Принципы и методы стратиграфии квартера
Стратиграфическое расчленение отложений квартера является одной из главнейших проблем четвертичной геологии. Объясняется это многими причинами, среди которых, конечно же, выделяется все еще недостаточная изученность четвертичной толщи. Сочетание частой и кардинальной смены климата и геологических процессов с одной стороны, и малой продолжительности четвертичного периода с другой предполагают выделение слишком коротких временных отрезков. Настолько коротких, что аналогов им по продолжительности во всех предыдущих геологических периодах нет. Следовательно, от специалистов требуется высочайшее внимание при исследовании залегания и состава отложений квартера. По-прежнему дискуссионными остаются вопросы о количестве и стратиграфических рангах отложений теплых и холодных этапов, продолжительности квартера, границах распространения ледниковых покровов. В деле восстановления глобальной истории четвертичного периода колоссальные трудности создает обилие местных стратиграфических схем.
Выделение этапов осадконакопления и определение их таксономического ранга опирается на три фундаментальных стратиграфических принципа: историко-тектонический, биостратиграфический и климатостратиграфический.
Историко-тектонический принцип применим для обоснования стратиграфических таксонов крупнейшего ранга: эонотем и эратем, на протяжении которых совершались тектонические перестройки глобального значения. К числу таких перестроек нужно отнести тектонические эпохи объединения и разделения материков, складкообразования, гигантских по продолжительности и масштабам морских трансгрессий и регрессий. Время накопления соответствующих отложений, как известно, составляет не менее 67 млн. лет (табл. 3). Соответственно и применение данного принципа для стратиграфии квартера, оказывается невозможным.
Биостратиграфический (палеонтологический) принцип опирается на изучение окаменелостей, признавая факт последовательной смены живых организмов в истории Земли. Иными словами, находки руководящих животных позволяют надежно выделять совокупности слоев рангом не ниже звена, то есть продолжительностью не менее 200 тыс. лет. Объясняется это тем, что в слоях, формировавшихся за меньшее время, не удается обнаружить новых видов, получивших планетарное распространение и руководящее значение. Поскольку 95% объема осадочных пород территории суши имеют морское происхождение, то почти все руководящие окаменелости являются останками морских организмов, а именно – беспозвоночных. Вместе с тем известно, что в четвертичном периоде крупных и продолжительных морских трансгрессий не происходило, а значит наиболее доступными для исследований оказываются редко встречающиеся и фрагментарные останки сухопутных обитателей. А среди них также не выявлено широко распространенных форм, позволяющих детально расчленить последний отрезок жизни планеты.
Климатостратиграфический принцип основывается на выделении горизонтов, формировавшихся в разных климатических условиях. Так как отличительной чертой квартера явилась периодичность смены теплых и холодных этапов, то данный принцип и является основополагающим в стратиграфии четвертичных отложений. Среди методов, позволяющих реконструировать палеогеографические условия осадконакопления, прежде всего надо назвать палеонтологические, литолого-петрографические, геоморфологические и палеопедологический. Необходимо отметить, что для создания единой стратиграфической схемы исключительную роль должно сыграть углубленное изучение четвертичных осадков дна океана, в которых просто не могут не запечатлеться следы глобальных климатических трансформаций. И, наконец, что наиболее достоверные результаты могут быть получены лишь при комплексном использовании самых разных методов.
Первым важнейшим вопросом стратиграфии остается объем четвертичной системы, то есть проблема продолжительности квартера. Граница между четвертичной системой и неогеновой разными специалистами и в разные годы проводилась неодинаково. Рассмотрим их соответственно принципам стратиграфии.
1. Если следовать тектоническому принципу, то рубеж неогена – квартера можно пытаться проводить лишь в самых молодых горно-складчатых сооружениях. Тогда граница пройдет по самому верхнему угловому (структурному) несогласию: четвертичные слои должны залегать горизонтально или наклонно над смятыми в складки слоями неогена. Однако, при таком подходе необходимо жесточайше ограничить альпийскую складчатость палеогеном и неогеном, то есть признать, что к началу квартера альпийский орогенез завершился.
2. При использовании биостратиграфического принципа возможны два варианта решения проблемы. О первом из них уже говорилось ранее – определить нижнюю границу четвертичного периода невозможно вовсе, поскольку органический мир Земли за это время не испытал существенных изменений.
Второй вариант предполагает, что такие изменения все же имели место – на планете появился человек. В этом случае продолжительность квартера соответствует возрасту древнейших находок ископаемого человека. Однако и здесь все далеко не просто – необходимо условиться, останки каких именно гоминид принадлежат собственно человеку. Если этим человеком считать австралопитеков, то начало квартера отодвинется на 5,5 млн. лет, если человека умелого – на 2,65 млн. лет – в обоих случаях резко сократится плиоцен. Если же человеком считать человека разумного, то, во-первых, продолжительность квартера резко сократится, а во-вторых, опять-таки возникает вопрос – от какой именно формы Homo sapiens следует начинать отсчет? Если от архаичной, то возраст оценится в 300 тыс. лет, если от неандертальца – в 125 тыс. лет, от кроманьонца – 40 тыс. лет. Последней каплей тогда станет утверждение, что человек современного облика сформировался в голоцене.
И все же, применение биостратиграфического принципа для выявления нижней границы квартера возможно – хотя бы потому, что именно в квартере сложилась современная структура природной зональности, и, что особенно важно, впервые в истории планеты возникли природные зоны тундр и тайги. Образование этих природных комплексов явилось реакцией растительности на глобальное похолодание. В связи с этим переходим к анализу результатов определения продолжительности четвертичного периода, полученных с использованием климатостратиграфического принципа.
3. В соответствии с климатостратиграфическим принципом, нижнюю границу четвертичной системы нужно проводить в основании горизонта, отражающего первое глобальное похолодание верхнего кайнозоя. Причем такого похолодания, которое привело к сильному смещению границы арктического климатического пояса, развитию в северном полушарии именно покровных ледников, а значит, к накоплению гляциальных и перигляциальных осадков. Согласно многим стратиграфическим схемам, рубеж перехода к таким условиям седиментации проходит чуть ниже палеомагнитной инверсии Брюнес – Матуяма (0,78 млн. лет). Например, унифицированной стратиграфической схемой четвертичных отложений Беларуси (1982 г.) продолжительность квартера оценена примерно в 0,8 млн. лет. Иная точка зрения предлагается Ф. Ю. Величкевичем и др. – согласно возрасту древнейших слоев перигляциального облика, найденных на территории республики, четвертичный период начался 1,76 млн. л. н [6].
Второй проблемой стратиграфии является разделение четвертичной системы (периода) на более мелкие, таксономически соподчиненные отрезки. Современные представления о структуре и соподчиненности стратиграфических подразделений, обособляемых в четвертичных отложениях, приведены в таблице 3. За основу ее была взята таксономия, разработанная И. И. Красновым и др. [19].
Четвертичная система (геохронологический эквивалент – период) выделяется как этап сильного похолодания, на протяжении которого многократно изменялись площади климатических поясов и перестраивалась структура природной зональности. Как уже говорилось ранее, в четвертичной системе решено не выделять отделы (эпохи), ярусы (века), а так же зоны (фазы), поскольку их продолжительность в составе всех других систем слишком велика. Поэтому четвертичная система делится на таксоны более низкого ранга – разделы.
Раздел (этап) – самое высокое по рангу подразделение квартера. Выделяют два раздела: плейстоцен и голоцен. Плейстоцен объединяет отложения ледниковых и межледниковых этапов развития, а голоцен содержит лишь осадки послеледниковья. Разделы делятся на звенья.
Звено (подэтап, пора) соответствует совокупности нескольких ледниковых и межледниковых этапов развития. В плейстоцене выделяют три звена: нижний плейстоцен, средний плейстоцен, верхний плейстоцен. Голоцен включает лишь одно звено – современное. Звенья делятся либо на надгоризонты, либо на горизонты.
Надгоризонт (темп) объединяет в себе либо чрезвычайно продолжительный ледниковый этап, складывающийся из нескольких крупных стадий (например, припятский – табл. 7), либо даже несколько ледниковых и межледниковых этапов, образующих единый климатический ритм нарастающего похолодания (или потепления). Примером последнего может служить гомельский надгоризонт (табл. 7).
Ступень соответствует комплексу отложений одного оледенения (холодного этапа) или межледниковья (теплого этапа). По сути, выделение и изучение горизонтов является фундаментом всей четвертичной геологии. Горизонты разделяются на подгоризонты.
Стадиал (стадия), как следует из названия его геохронологического эквивалента, отвечает сравнительно кратковременному, но глобальному похолоданию (стадии оледенения) или потеплению (интерстадиалу) климата, приведшему к смещению границ природных зон.
Наслой (осцилляция) является климатостратиграфическим подразделением низшего ранга, входящим в состав подгоризонтов и горизонтов. Наслой соответствует кратковременному и незначительному изменению климата, носившему глобальный характер.
С помощью палеонтологических методов восстанавливаются флористические и фаунистические комплексы, распространявшиеся на суше. Анализ состава и распределения ассоциаций растений и животных позволяет реконструировать природные условия времени их обитания. Особенно важное значение из числа палеофлористических методов принадлежит палинологическому, а из палеофаунистических – маммологическому.
Литолого-петрографические методы также позволяют восстанавливать условия седиментации пород, путем изучения их структур, текстур, вещественного состава, окраски и проч.
Геоморфологические методы опираются на тот факт, что конкретные генетические типы и даже группы фаций четвертичных отложений всегда представлены в рельефе определенными типами и формами рельефа. Следовательно, степень сохранности форм рельефа сообщает о возрасте отложений, а сам характер рельефа – о тех геолого-геоморфологических процессах, которые его создали.
Палеопедологические методы базируются на том, что определенные генетические типы почв образуются в условиях конкретных природных зон, а значит, конкретного климата.
Методы абсолютной геохронологии, естественно, также находят широчайшее применение. Из них чаще всего используются радиоуглеродный, неравновесно-урановый и изотопно-кислородный.
Стратиграфические проблемы другого рода связаны с особенностями происхождения и распространения четвертичных отложений. На поверхности планеты четвертичные осадки представлены чрезвычайно пестрым набором генетических типов континентальных, а иногда и морских пород, причем совершенно разных даже на смежных территориях. Более того, отложения одного генезиса не образуют горизонтов, охватывающих большие площади.
Таблица 3