Палеовікові геомагнітні варіації та магнітохронологія пізньольодовиків’я – голоцену

де A_d і B_d - довжина шляху відповідно послідовностей A_m і B_n , C_d - послідовність, що визначає відповідність між A_m і B_n при мінімальній довжині C_d. Параметр змінюється від 0 (ідентичні послідовності) до 1 (відсутність зв'язку між послідовностями). На практиці оптимальний розв'язок із залученням SS-методу отримували тільки у сукупності з візуальною оцінкою й індивідуальним підходом при виборі оптимальних параметрів з урахуванням усієї додаткової геологічної інформації відносно вікової відповідності розрізів. Щодо осереднення результатів по декільком розрізам (шурфам) у межах одного об'єкту (озера, палеоводоймища, тощо), то його виконували тільки за умови, коли повнота розрізів і якість “запису” варіацій були порівняно однаковими. На практиці ця умова не завжди виконується. У такому випадку вибирають найбільш інформативний (по літології, магнітних характеристиках, вікових оцінках і т.д.) розріз, що вважається основним і з яким співставляються інші “записи”.

До процедури обробки рядів палеомагнітних даних прийнято включати спектральний аналіз із залученням алгоритмів ШПФ (швидке перетворення Фур'є) і ММЕ (метод максимальної ентропії). Основні проблеми при цьому виникають із-за обмежень у довжині ряду вихідних даних і неоднозначності в оцінках швидкості осадконакопичення (як показує практика, основним джерелом похибки при проведенні спектрального аналізу є якість хронологічної прив'язки). У роботі оцінка гармонік виконана за ММЕ, оскільки цей метод дає найкращі результати по виявленню прихованих періодичностей і поділу близьких за частотою піків у спектрах на реалізаціях обмеженої довжини (короткий опис ММЕ подано у Додатку Д). На практиці при застосуванні ММЕ основні проблеми пов'язані з появою нестійкості у спектрах і з вибором оптимальної довжини фільтру (N/2<М<N/5). Для кожного з аналізованих рядів було використано декілька фільтрів з оптимального інтервалу, що дало додаткову інформацію про ту чи іншу виділену гармоніку. Оскільки ряди палеомагнітних параметрів характеризуються деякими особливостями і, насамперед, змінним масштабом часу (різними швидкостями осадконакопичення у межах одного розрізу), у даній роботі спектральний аналіз виконано тільки для даних, приведених до єдиного часового ряду (розміщення даних через рівні проміжки часу). Такими були тільки матеріали по осадках із сезонною шаруватістю.

Для відновлення часового масштабу і приведення результатів до шкали часу були використані найбільш сучасні і високоточні методи датування: літологічний (варвометричний), ізотопно-геохімічний (радіовуглецевий) і палеофлористичний (палінологічний). Як далі показано у розділі 5, вік пізньольодовикових стрічкових глин був порівняний зі Шведською варвохронологічною шкалою, яка прив'язана до календарного віку і на сьогоднішній день є найбільш точною геохронологічною шкалою для пізнього плейстоцену - голоцену.

Результати радіовуглецевого (¹⁴С) методу у роботі розглянуті після приведення радіовуглецевого віку до каліброваного віку. Різниця між віком досліджуваного зразка, отриманого ¹⁴С методом (тобто фізичним віком), і його дійсним (календарним) віком - споконвічна проблема абсолютної хронології. Розбіжність між радіовуглецевими і календарними оцінками може досягати від декількох сотень до 1000 років на межі пізньольодовиків'я - голоцену. Саме тому у роботі особлива увага приділена тлумаченню терміна “вік осадків” і далі завжди застерігається, що слід розуміти під оцінкою віку: календарний вік, хронологічний вік стрічок-років ВР у відповідності зі Шведською варвохронологією (тут і далі нуль BP відповідає 1950 р., відлік ведеться вглиб століть); радіовуглецевий вік або калібрований радіовуглецевий вік ВР (необхідно також вказувати, у відповідності з яким калібруванням). У цій роботі калібрування радіовуглецевих даних, отриманих на різноманітному як морському (раковини молюсків) так і озерному (органогенні мули, торф'яники і т.п.) органогенному матеріалі, виконувалося по програмі CALIB 3.0.3 (Stuiver and Reimer, 1993).

Результати палінологічного методу виявились інформативними тільки для окремих збагачених органікою розрізів і розглянуті у роботі швидше як допоміжні (для стратиграфічного розчленовування). Основна увага приділена залученню палінологічних матеріалів для палеокліматичних реконструкцій пізньольодовиків'я - голоцену в межах території центральної, північно-східної і східної Європи на рівні кількісних оцінок. Результати інформаційно-статистичного методу (Климанов, 1974, 1976) і побудовані на їх підставі графіки змінення палеотемператур були покладені в основу оцінки палеокліматичної ситуації при аналізі зв'язку палеокліматичних змін з віковими варіаціями геомагнітного поля, що подано у шостому розділі.

Палеомагнітні дослідження пізньоплейстоценових - голоценових осадових товщ.

У цьому розділі наведено основні результати палеомагнітних досліджень палеовікових геомагнітних варіацій по двох послідовних часових інтервалах новітньої геологічної історії нашої планети - завершальному етапу плейстоцену (епоха пізньольодовиків'я) і голоцену. Для цих інтервалів істотне значення має підхід до оцінки віку відкладів. Якщо при дослідженні пізньольодовикових стрічкових глин основним методом встановлення віку є варвометричний, то при переході до дослідження голоценових озерних і морських відкладів, збагачених в неоднаковій мірі органічним матеріалом, провідне місце надається результатам ¹⁴С методу датування.

Вибір об'єктів для палеомагнітних досліджень насамперед здійснювали, виходячи з новітньої геологічної історії розвитку регіону, що суттєво відрізнялася для різних ділянок Скандинавського льодовикового щита під час дегляціації в залежності від показників теплообміну між атмосферою і льодовиком. Усього вивчено 34 об'єкти, представлених осадовими товщами як у природних відслоненнях, так і в кернах донних відкладів (див. рис. 1). Об'єкти (на більшості з яких вивчено два і більше розрізів) характеризувалися різною геолого-геохронологічною вивченістю і палеомагнітною інформативністю, перекривали один одного за віком і охоплювали останні 13 тис. років. Такий підхід дозволив здійснювати чіткий контроль “запису” у різних відкладах одного й того ж самого геофізичного феномену - зміни геомагнітного поля з часом. У результаті обробки великої кількості різноманітного фактичного матеріалу, в загальному поданого за результатами вимірювань більш ніж 12 тис. зразків, за даними магнітно-мінералогічних досліджень (розділ 2) з урахуванням методичних рекомендацій (розділ 3) і результатів статистичної обробки вихідного матеріалу (розділ 4) була вибрана серія найбільш інформативних об'єктів. Вони представлені озерними, озерно-льодовиковими, озерно-морськими і морськими відкладами і розташовані на відстані десятків і сотень кілометрів один від одного. Як зазначалося вище, вибраний шлях до виділення однакових закономірностей зміни геомагнітного поля на різних об'єктах є самим надійним доказом геофізичної природи варіацій і основним критерієм достовірності базової інформації.

В результаті досліджень п'яти об'єктів, які подані пізньольодовиковими дистальними стрічковими глинами на півдні Карелії, побудована зведена хроно- і магнітостратиграфічна схема варіацій компонент геомагнітного поля (схилення і нахилення) з дискретністю у 30 років. Поряд з високою інформативністю зазначених відкладів для вивчення вікових варіацій, при складанні цієї схеми виникла проблема приведення палеомагнітних визначень до шкали часу (геохронологічної або радіовуглецевої). Попередньо вік цих відкладів було встановлено непрямими методами по їхньому положенню відносно добре датованих стадіальних кінцевих морен. Використання палеомагнітних даних по південній Швеції (територіально віддаленої більш ніж на 1000 км на південний захід), які мають як радіовуглецеві, так і варвометричні визначення віку, дозволило отримати надійні оцінки віку піків схилення і нахилення. При доброму узгодженні карельських і шведських результатів, на серії розрізів була обрана ключова точка (єдина зміна схилення з західного на східне протягом всього пізньольодовиків'я), вік якої відповідав ¹⁴С віку 10450 (⁺²⁰⁰_-100) років ВР або хронологічному віку (у відповідності зі Шведською варвохронологією) 11020 (⁺⁵⁰_-40) стрічко-років. Виходячи з цього, відповідно до підрахунку кількості сезонних стрічок, для кожного з виділених піків варіацій схилення (5 піків) і нахилення (7 піків) був визначений вік і подано оцінку амплітуди. За геохронологічним віком наведена схема охоплює інтервал від 13000 до 10500 років.

Для виділення варіацій геомагнітного поля на межі пізньольодовиків'я - голоцену були використані результати по комплексу пізньо- післяльодовикових відкладів Ладозького озера, виявлених як у берегових відслоненнях північного Приладожжя, так і у кернах донних відкладів, які були відібрані трубками в межах акваторії сучасної Ладоги. За результатами палеомагнітних досліджень 6 розрізів, складених гомогенними глинами і мулами, побудовані зведені криві варіацій схилення і нахилення. Поряд з високою палеомагнітною інформативністю через відсутність датувань їхню вікову прив'язку вдалося виконати тільки по одному ключовому прошарку - переходу стрічкових глин у гомогенні глини на межі пізнього дріасу - пребореалу. У цьому випадку вік піків варіацій схилення і нахилення встановлено методом порівняння отриманих результатів з даними по серії розрізів озерних, озерно-морських і морських відкладів Кольського півострова.

Палеомагнітні результати по голоценових озерних відкладах Кольського півострова, забезпечені серією радіовуглецевих датувань, після визначення швидкості осадконакопичення і приведення даних до єдиного часового масштабу показали добре узгодження з західноєвропейськими (Британськими) еталонними кривими (Turner and Thompson, 1981, 1982) за останні 7500-7000 років. Проте криві схилення і нахилення для раннього голоцену, що добре узгоджувалися з результатами як по північному Приладожжю, так і по центральній і східній Фінляндії (Saarinen, 1994), істотно відрізнялися від західноєвропейських кривих. Доказом відмінності палеовікових варіацій у західній Європі і Феноскандії у ранньому голоцені також є результати, отримані по озерно-морських і морських відкладах північного заходу Кольського півострова. Зведені криві варіацій по трьох розрізах, які забезпечені серією радіовуглецевих датувань і охоплюють інтервал часу від 9500 до 8500 ¹⁴С років ВР, добре узгоджуються з результатами по північному Приладожжю й озерах Кольського півострова. При цьому узгодження піків варіацій і їхніх вікових оцінок досягнуто тільки після калібрування радіовуглецевих датувань по програмі CALIB 3.0.3. Таким чином, криві геомагнітних варіацій для раннього голоцену (виділено 5 піків для схилення і 5 піків для нахилення) хронологічно обґрунтовані в інтервалі від 10500 до 7500 кал. ¹⁴С років ВР і прийняті за основу регіональної магнітохронологічної схеми для раннього голоцену.

Для аналізу варіацій у середньому голоцені найбільш показові результати отримані по озерних глинах і алевритах, виявлених у берегових розрізах р. Нева (Ленінградська область). Оцінка тривалості нагромадження цієї товщі виконана як за даними споропилкового аналізу, так і по радіовуглецевим визначенням. Остання складає близько 2000 років, охоплюючи верхи бореалу, весь атлантик і низи суббореалу. Виявлені основні закономірності зміни геомагнітного поля добре узгоджуються з даними для середнього голоцену по північному Приладожжю і Кольському півострову, а також із західноєвропейськими кривими. Варто зазначити, що “запис” варіацій у середньому - пізньому голоцені може бути зіставлений з результатами археомагнітних визначень.

Дослідження пізньоголоценових озерних мулів у Естонії і співставлення результатів як з палеомагнітними даними по сусідній території Фінляндії (Saarinen, 1994, 1998), так і з археомагнітними визначеннями на Україні (Загний и Русаков, 1982), Болгарії (Kovacheva, 1980, 1997) та Англії (Tarling, 1989), дозволило однозначно виділити синхронні піки варіацій і привести їх у відповідність з часовою шкалою. Отримане узгодження архео- і палеомагнітних даних наочно демонструє високу інформативність палеомагнітного методу, який за точністю визначення кутових компонент не поступається археомагнітному. До того ж результати палеомагнітних досліджень дозволяють вивчати весь спектр геомагнітних вікових варіацій від декількох десятків до декількох тисяч і більше років. Окремо варто підкреслити добре узгодження навіть короткоперіодних, тривалістю 40-60 років, флуктуацій схилення при порівнянні результатів з матеріалами по Фінляндії. Вони можуть бути запропоновані як регіональні палеомагнітні маркери при дослідженнях пізньоголоценових відкладів. Аналіз результатів по Естонії разом з матеріалами по озерним відкладам з сезонною шаруватістю по Фінляндії дозволив виконати геохронологічну оцінку віку 6 піків схилення і 3 піків нахилення за останні 3200 років і скорелювати їх з археомагнітними кривими для Європейського континенту.

У кінці розділу на прикладі фактичного матеріалу розглянуте питання оцінки палеонапруженості по озерним відкладам. Перерахуємо критерії, яким повинні задовольняти осадові товщі для визначення відносної палеонапруженості: а) незначні зміни концентрації магнітного мінералу в породі; б) варіації магнітних параметрів у розрізі повинні відрізнятися не більше ніж на порядок; в) в якості магнітного носія перевага PSD магнетиту з розміром зерен 1,0 - 15,0 мкм. Відповідно до цих критеріїв придатним був визнаний тільки один розріз озерних відкладів в Естонії. Нормування J_n⁰ на , ARM і SIRM дозволило одержати результати по варіаціях палеонапруженості, об'єктивність виділення яких підтверджується співставленням з археомагнітними визначеннями. Криві варіацій параметрів NRM/ARM і NRM/SIRM у цілому повторюють хід археомагнітних кривих за останні 1200-1300 років. Отримані результати дуже оптимістичні і переконливо демонструють можливість і перспективи оцінки варіацій модуля геомагнітного поля по озерним відкладам незалежно від вікових обмежень.

Динаміка геомагнітного поля в пізньольодовиків'ї - голоцені, її зв'язок зі змінами палеоклімату і роль у магнітохронології.

У заключному розділі на підставі оригінального фактичного матеріалу й узагальнення палео- і археомагнітних проаналізовано динаміку геомагнітного поля за останні 13 тис. років. Крім того, новий матеріал розглянуто у палеокліматичному аспекті, а саме в рамках концепції зв'язку кліматичних флуктуацій з геомагнітними віковими варіаціями. Це новий перспективний напрямок, пов'язаний зрештою із вивченням тривалих змін навколишнього середовища, тут сфокусований на феномені варіацій Земного магнітного поля як можливої причини тривалих кліматичних змін.

Зміна магнітного моменту Землі. Аналіз довгих рядів археомагнітних визначень поряд з матеріалами по варіаціям концентрації космогенного ізотопу ¹⁴С (Т_0.5 5730 років) дозволяє отримати несуперечливу картину зміни магнітного моменту Землі (М) за останні кілька тисяч років. Для більш ранньої епохи даних зовсім недостатньо, а для окремих визначень властивий надзвичайно великий розбіг значень. Новий фактичний матеріал, отриманий за результатами методу переосадження, підтверджує зниження значення М в інтервалі 12-11 тис. років тому (0,4 - 0,5 від сучасного значення М). З урахуванням специфіки отримання середніх значень за 100-річні інтервали за даними археомагнітного і ¹⁴С методів варто визнати, що багато нюансів варіацій М просто не можуть бути враховані. Наприклад, виділені по палеомагнітним даним піки близько 1200, 4200 і 8500 років ВР (Ohno and Hamano, 1993) не виявлені на підсумкових археомагнітних кривих, але частково узгоджуються з даними ¹⁴С методу (Векслер, 1988; Петрова и др., 1992). Остаточний висновок про величину і зміну М у пізньому плейстоцені - ранньому голоцені можна буде зробити тільки при одержанні надійних даних по палеонапруженості на озерних відкладах з різних регіонів.

Спектр вікових варіацій. У спектрі вікових варіацій, який був розрахований тільки для осадків з сезонною шаруватістю, були виділені наступні гармоніки: 1) для стрічкових глин в інтервалі 12700-10700 років тому - для схилення 720 і 1800 років і для нахилення 330, 750 і 2200 років; 2) для пізньоголоценових мулів із сезонною шаруватістю (останні 3200 років) - для схилення 480, 900 і 1500 років і для нахилення 270, 900 і 1550 років. Тобто спектр вікових варіацій за останні 3200 років істотно відрізняється від визначень для пізньольодовиків'я. Зазначене свідчить про відмінність у режимі генерації геомагнітного поля в епоху пізньольодовиків'я й у пізньому голоцені. Це також не суперечить висновку про відмінність динаміки геомагнітних варіацій у пізньольодовиків'ї - ранньому голоцені на території західної і північної Європи, на що було вказано у розділі 5.

На окремих розрізах пізньольодовикових стрічкових глин у спектрі “крутильних” коливань крім періодів, близьких до 60 і 120 років, виділене коливання з періодом близько 90 років, що перевищує по амплітуді 60- і 120-річні коливання. Цей результат також свідчить про відмінність процесів у приповерхневих шарах ядра 12-10 тис. років тому в порівнянні з недавнім історичним минулим. Це коливання простежується протягом близько 2000 років і може бути зумовлено пониженим значенням М в епоху пізньольодовиків'я (0,4-0,5 від сучасного значення).

Дрейф віртуальних геомагнітних полюсів. Розрахунок координат віртуальних геомагнітних полюсів (ВГП) для середньостолітніх інтервалів дозволив побудувати зведену криву дрейфу ВГП. Основними характерними особливостями цієї кривої є: 1) зсув ВГП від географічного і магнітного полюсів на широту 60 -- 80 і довготу 180 -- 270 в епоху пізньольодовиків'я (дрейф переважно по годинниковій стрілці); 2) зміна напрямку дрейфу ВГП на початку раннього голоцену (дрейфу проти годинникової стрілки від 9500 до 6900 років тому). Близько 9700 - 9500 ¹⁴С р.т. траєкторія дрейфу ВГП перетинала територію Кольського півострова. За весь попередній і наступний досліджений часовий інтервал ВГП ніколи не розміщувався так близько до Європейського континенту; 3) у середньому голоцені, до 5,7 тис. р.т., переважає напрямок дрейфу ВГП проти годинникової стрілки; 4) у пізньому голоцені дрейф ВГП відбувається як за- так і проти годинникової стрілки. Тут як напрямок, так і траєкторія дрейфу ВГП добре узгоджується з археомагнітними даними для території України.

Аналіз ВГП по одинідцяти і п`яти регіонах земної кулі відповідно за останні 4000 і 10000 років (Ohno and Hamano, 1992) показує, що робити будь-яки висновки про траєкторію і напрямок дрейфу ВГП по зведеним світовим даним треба дуже обережно. Належить враховувати великі похибки визначення середніх значень, зумовлені як нерівнозначністю фактичного матеріалу і нерівномірністю його розподілу по земній кулі, так і впливом недипольних складових. На підставі цих матеріалів зроблено висновок про те, що розраховані траєкторії дрейфу ВГП для північної і центральної Європи в цілому відображають загальну картину дрейфу геомагнітного поля з часом. Одержані результати взяті за основу при опрацьовуванні питання про зв'язок вікових варіацій геомагнітного поля з кліматичними змінами.

Зв'язок варіацій геомагнітного поля зі зміною клімату центральної і північної Європи. Розгляд механізму сонячно-земних зв'язків у світлі довгострокових кліматичних змін показує, що якщо варіації останніх з періодами десятки тисяч років (близько 21, 41 і 100 тис. років) знаходять своє пояснення в рамках теорії Міланковича, то причини щодо короткочасних змін клімату тривалістю сотні - перші тисячі років не вкладаються в рамки астрономічної теорії. Проведено аналіз одного з можливих механізмів розвитку метеорологічних процесів у зв'язку зі зміною сонячної активності (на прикладах короткоперіодних змін погоди у масштабі від кількох днів до кількох тижнів). Показано, що при ефективно спрямованому потоці енергії магнітосфера має ресурси, які можуть вплинути на атмосферну циркуляцію. Зміна загальної циркуляції атмосфери залежить не тільки від інтенсивності і динаміки центрів дії атмосфери (ЦДА), але і прямо пов'язана з процесами в авроральному овалі у періоди зростання інтенсивності корпускулярного випромінювання і пов'язаної з ним геомагнітної активності. Зв'язок між останньою і повітряними течіями у північній півкулі також виявлений при аналізі синоптичної ситуації для різних рівнів геомагнітної активності (проаналізовані поля приземного тиску і його геопотенціалу на рівні 500 мб за кожний місяць у період 1964-1999 рр.). Таким чином показано, що процеси в авроральному овалі, зумовлені геомагнітною активністю, впливають на атмосферну циркуляцію у тропосфері.

Гіпотетичний механізм такого процесу описаний у роботах В.Бухи (Bucha, 1977, 1979, 1983, 1988, 1998). Він зводиться до того, що авроральний електроджет - джерело омічного нагрівання - є результатом дисипації енергії вздовж аврорального овалу, що призводить до зростання температури у стратосфері і тропосфері аж до рівня моря (спостерігається в основному в зимовий період). Згідно гіпотези, що розташування геомагнітного полюса (як центру аврорального овалу) разом з корпускулярним сонячним випромінюванням (яке зумовлює геомагнітну активність) істотно впливає на зміну атмосферної циркуляції в Європі, можна припустити, що зміна місця розташування геомагнітного полюса в масштабі сотень - перших тисяч років також повинна бути відображена у змінах кліматичної ситуації в такому ж часовому масштабі. Аналіз даних про зміну ландшафтно-кліматичних умов у пізньольодовиків'ї і у голоцені на території північної і центральної - східної Європи (Изменение климата…под ред. А.А.Величко), 1999), а також зведених кривих варіацій середньорічних температур по різним регіонам (Білорусь, Карелія, Російська рівнина, північно-східна Європа), дає наочне зображення основних кліматичних подій у масштабі багаторічних (сотні років) змін.

На підставі вищенаведеного фактичного матеріалу, який:

одержаний для високоширотної зони, де, по-перше, найбільше контрастно виражені тривалі зміни природного середовища і клімату і, по-друге, мінімальний вплив недипольних складових геомагнітного поля;

достовірний, оскільки одне і те ж саме явище - зміна геомагнітного поля з часом - досліджене як по палеомагнітним даним, отриманим по літогенетично різним типам відкладів, так і по археомагнітним даним (для останніх кількох тисяч років);

багатоінформативний, має добру прив'язку до шкали часу, а крок дискретизації даних не перевищує перших десятків років;

знімає проблему кореляції палеокліматичних і палеомагнітних даних, оскільки отриманий на тих самих об'єктах,

був виконаний аналіз траєкторії дрейфу ВГП щодо природних умов для пізньольодовиків'я - голоцену. Встановлено, що чергування стадіальних (холодних) і інтерстадіальних (теплих) періодів пов'язано з місцем розташування ВГП; з наближенням полюса до території північної Європи відбувається потепління водночас при віддаленні - похолодання. Тобто місце розташування геомагнітного полюса як центру аврорального овалу впливає на характер атмосферної циркуляції і, отже, на динаміку кліматичних змін. І якщо причиною тривалих кліматичних змін у масштабі десятків - сотень тисяч років прийнято вважати астрономічні фактори - зміну параметрів орбіти Землі, то у коливаннях клімату в масштабі кількох сотень - перших тисяч років явно простежується зв'язок із віковими варіаціями Земного магнітного поля. Немає причин стверджувати, що коливання клімату зумовлені тільки віковими геомагнітними варіаціями - найімовірніше ті й інші є наслідком впливу якогось третього (позаземного) фактору. Проте, виявлена закономірність підтверджена досить достовірним фактичним матеріалом і, на думку автора, може бути прийнята як робоча гіпотеза з наступним її розвитком і всебічним аналізом як в області дослідження сонячно-земних зв'язків, так і у рамках нагромадження нового фактичного матеріалу по палеокліматичним реконструкціям і віковим варіаціям магнітного поля Землі.

Магнітохронологія (магнітостратиграфія) пізньольодовиків'я - голоцену і проблема екскурсів. Застосування палеомагнітного методу для розчленування і стратифікації молодих осадових товщ досі не одержало широкого поширення. Це пов'язано з новизною методу і, як наслідок, надто обмеженій кількості регіональних еталонних “записів” вікових варіацій. Синтез наведених у розділі 5 матеріалів по палеовіковим геомагнітним варіаціям для різних часових фрагментів і їх подання відносно основних стратиграфічних підрозділів пізньольодовиків'я - голоцену (детально розглянутих у Додатку Е) дають всі підстави для побудови зведеної регіональної схеми. Для пізньольодовиків'я і раннього - середнього голоцену в її основу покладено результати по північно-західній Росії, а для пізнього голоцену - фрагмент даних по Естонії і Фінляндії. Екстремальні значення піків варіацій систематизовані у вигляді таблиці, а також кривих варіацій схилення і нахилення. Останні подані у порівнянні з західноєвропейською кривою і матеріалами по сусідній території Фінляндії (рис. 2). Очевидно, що екстремальні значення піків з обґрунтованими віковими прив'язками є свого роду магнітними реперами нижчого рангу, що можуть бути використані при палеомагнітних дослідженнях молодих осадових комплексів як опорні точки. Криві варіацій, подані на рис. 2, є регіональним макетом зведеної магнітохронологічної схеми пізньольодовиків'я - голоцену для території північної Європи (зокрема для північно-західної частини Росії, Феноскандії і прилеглих регіонів). Якщо розглядати їх відносно основних стратиграфічних підрозділів пізньольодовиків'я - голоцену, що відображені у лівій частині рис. 2, то очевидно варто говорити про магнітостратиграфічну схему за аналогією із шкалами геомагнітної полярності, які широко використовуються у магнітостратиграфії. Але у даному випадку одиницею (елементом) схеми є піки варіацій. Тобто магнітостратиграфічна схема є стратиграфічним аналогом магнітохронологічної схеми і, відповідно, магнітохронологічна схема являє собою часовий аналог магнітостратиграфічної схеми.

У зв'язку з вищевикладеним виникає питання про наймолодші екскурси (Етрусія - близько 2700-2800 р.т., Соловки - близько 6000 р.т., Готенбург - близько 11-13 тис. р.т.). Публікації про них як про магнітостратиграфічні репери (мінімум регіонального масштабу) періодично з'являються у літературі. Подані у роботі матеріали ставлять під сумнів об'єктивність їхнього існування. Додаткові результати дослідження 9 кернів пізньольодовикових донних відкладів Балтики не вказують на присутність рівнів з оберненою полярністю. Поряд з пізньольодовиковим фрагментом магнітохронологічної схеми матеріали по Балтиці не дають ніяких підстав стверджувати про екскурс Готенбург (принаймні для цього регіону). Для голоценового фрагменту схеми на жодному

Прикладний аспект магнітохронологічних досліджень у розв'язанні геологічних задач. Найбільш привабливим використанням палеовікових геомагнітних варіацій у геології, зокрема, стратиграфії, є кореляція і стратифікація “німих” за вмістом органіки осадових товщ на основі магнітостратиграфічної (магнітохронологічної) шкали. Як неодноразово було продемонстровано у роботі, криві схилення і нахилення успішно залучалися для уточнення вікового співвідношення осадових товщ. Зокрема, була розв'язана одна з найважливіших проблем кореляції пізньоплейстоценових стрічкових глин південно-східної частини Балтійського щита із шведською варвохронологічною шкалою. При наявності додаткової геохронологічної інформації за допомогою палеомагнітних даних уточнювався вік відкладів, а також провадилась кореляція окремих рівнів по характерним пікам і особливостям кривих варіацій. Якщо ж навіть приблизний вік осадових товщ був невідомий, то єдиним шансом залишалась прив'язка палеомагнітних кривих до магнітостратиграфічної (магнітохронологічної) схеми. Так крайові льодовикові утворення гряди Кейва II на південному сході Кольського півострова були порівняні із невською стадією останнього зледеніння, а геохронологічний вік підошви і покрівлі стрічкових глин Усть-Пялкського прильодовикового водоймища був визначений відповідно в 12400 і 11800 років.

Особливо важливо вказати на фундаментальну роль палеовікових геомагнітних варіацій в дослідженні внутрішньої будови Землі. Вивчення механізму процесів у ядрі, вивчення еволюції ядра і межі ядро-мантія, розвиток моделей геодинамо у своїй основі завжди спираються на експериментальні дані, у тому числі палеомагнітні. Останні найчастіше дають дослідникам лише інформацію для міркувань і навіть не завжди можуть бути проінтерпретовані. Відмінність західноєвропейських і північноєвропейських даних для раннього голоцену (раніше 8,0 - 7,7 тис. р.т.) можна інтерпретувати як регіональне порушення процесу генерації геомагнітного поля у зв'язку з гляціоізостатичним підняттям регіону після льодовикового розвантаження. У пізньольодовиків'ї - ранньому голоцені інтенсивними гляціоізостатичними підняттями (процес менш інтенсивно продовжується і по сьогоднішній день) були охоплені великі блоки літосфери (наприклад, Феноскандія), що у результаті деформації геоїда могло призвести до утворення вихрової структури речовини зовнішнього ядра і, як наслідок, відбитися на характері зміни геомагнітного поля.

ВИСНОВКИ

Основні результати роботи наведено у висновках, які подані наприкінці кожного розділу. На основі цих висновків сформулюємо головні наукові результати, що були отримані у процесі виконання даної роботи.

1. Розроблено методику палеомагнітних досліджень молодих осадових комплексів, що дозволяє одержувати інформацію про варіації древнього геомагнітного поля. В її основі лежить цілеспрямований індивідуальний підхід до вибору об'єкту досліджень, використання сучасного комплексу магнітно-мінералогічних методів, метою яких є визначення мінералів заліза - носіїв ПЗН, суворі критерії доказу природи ПЗН і вірогідності отриманої інформації, сучасні методи статистичної обробки фактичного матеріалу і, нарешті, надійна прив'язка результатів до хронологічної шкали.

2. Найважливішим питанням при вивченні палеовікових геомагнітних варіацій є вибір об'єкту - потенційного носія палеомагнітної інформації. Такими є донні відклади оліготрофних і, частково, мезотрофних озер, зокрема стрічкові і гомогенні глини, алеврити, мули з низьким вмістом органогенного матеріалу. Інформативними для виділення геомагнітних варіацій є пізньоплейстоценові - голоценові озерні, озерно-льодовикові, озерно-морські і морські осадові товщі, які мають надійні прив'язки до шкали часу.

3. Для дослідження неконсолідованих осадків запропонований оптимальний комплекс магнітно-мінералогічних методів, що дозволяє визначити склад магнітної фракції, її розмір і концентрацію. Він включає комбінацію нагрівних і безнагрівних методів, зокрема, термомагнітний аналіз, послідовний термомагнітний аналіз параметрів насичення, диференціальний термомагнітний аналіз по індуктивній (або залишковій) намагніченості, аналіз кривих ізотермічної залишкової намагніченості і розмагнічування ізотермічної залишкової намагніченості, повний аналіз параметрів петлі гістерезису і тест Лоурі-Фуллера. Тільки спільний аналіз результатів цих методів дає відповідь про склад магнітної фракції. Остання в досліджуваних осадках наведена (у порядку спадання) магнетитом, гематитом, маггемітом, титаномагнетитом, титаномаггемітом. Ряд додаткових магнітних параметрів, чуттєвих до концентрації і розміру зерен, відображає зміну умов седиментації у водоймищі. Це відкриває перспективи для дослідження варіацій відносної палеонапруженості в однорідних за складом розрізах при введенні нормувальних коефіцієнтів.

4. Ідентифікація хімічної намагніченості ще не свідчить про те, що інформація про вікові варіації може бути спотворена. В палеомагнітно інформативних об'єктах переважає орієнтаційна (посторієнтаційна) намагніченість, пов'язана, насамперед, з псевдооднодоменними зернами магнетиту або однодоменними зернами гематиту. При ідентифікації багатокомпонентного складу магнітної фракції і його зміни в залежності від умов седиментації критерієм вірогідності виділення палеовікових геомагнітних варіацій є узгодження результатів по різним об'єктам, що розрізняються по літології і генезису. Це основний і найпотужніший критерій доказу геофізичної природи виділених варіацій.

5. Уперше процес утворення в осадках ПЗН розглянуто в рамках седиментологічної моделі формування стрічкових глин як похідних суспензійних потоків, що дозволило пояснити розбіг магнітних характеристик цих відкладів та різний рівень їхньої палеомагнітної інформативності. Доведено, що інформативними для дослідження палеовікових геомагнітних варіацій є, у першу чергу, стрічкові глини дистальної зони.

6. Дослідження магнітної структури зразків повинні бути невід'ємною складовою палеомагнітних досліджень неконсолідованих осадків. Аналіз параметрів анізотропії магнітної сприйнятливості поряд з дослідженням процесу формування намагніченості в осадках дозволяє враховувати завади, зумовлені виключно процесом седиментації, тобто виділити геомагнітні вікові варіації у “чистому” вигляді. Концепція формування орієнтаційної намагніченості в осадових породах повинна бути переглянута з точки зору інформативності DRM стосовно PDRM для визначення напрямку древнього геомагнітного поля.

7. Вибір методики обробки вихідних результатів палеомагнітних визначень для вивчення вікових варіацій у кожному випадку належить розглядати індивідуально. Оптимальним є приведення даних до часового ряду. Обов'язковою умовою є підтвердження вірогідності “запису” палеовікових геомагнітних варіацій по декількох одновіковим розрізам. При цьому для кореляції рекомендується використовувати метод змінних різниць (SS- метод).

8. Уперше запис варіацій схилення і нахилення отриманий при вивченні різнорідних відкладів у серії неперервних хронологічно пов'язаних розрізів. Незалежно від генезису, літології, швидкості осадконакопичення, по сукупності фактичного матеріалу відновлена єдина картина запису зміни древнього геомагнітного поля з часом.

9. Отримано нові дані про динаміку геомагнітного поля за останні 13 тис. років. За характером варіацій схилення і нахилення, а також за результатами спектрального аналізу встановлено, що в пізньольодовиків'ї - ранньому голоцені варіації геомагнітного поля в західній і північній Європі істотно відрізнялися. Водночас у середньому - пізньому голоцені варіації були підпорядковані загальним закономірностям принаймні на 40-60 пн.ш. Уперше зроблено висновок про відмінність у режимі генерації геомагнітного поля в епоху пізньольодовиків'я і у пізньому голоцені.

10. Співставлення архео- і палеомагнітних даних вказує на високу інформативність останніх, які за точністю визначення кутових компонент не поступаються результатам археомагнітного методу. Зв'язок архео- і палеомагнітних даних дає надійний фактичний матеріал у вигляді тривалих рядів, що є потенційними джерелами інформації про структуру і динаміку геомагнітного поля за тисячі і десятки тисяч років. Аналіз останніх дозволяє вивчати весь спектр геомагнітних вікових варіацій від декількох десятків до декількох тисяч і більше років.

11. Розраховано траєкторію дрейфу ВГП по об'єктам з високих широт (60-70 пн. ш.) і визначено, що 9700-9500 років тому геомагнітний полюс перетинав територію Кольського півострова. За останні 13 тис. років не підтверджений жоден із трьох екскурсів геомагнітного поля (Етрусія, Соловки і Готенбург) принаймні у районі високих широт. Це ставить під сумнів об'єктивність їхнього виділення як геофізичного феномена або свідчить на користь їхнього регіонального характеру в середніх та низьких широтах.

12. Виділені піки варіацій схилення і нахилення, прив'язані до хронологічної шкали, узгоджуються з результатами по сусідніх територіях і можуть бути прийняті як регіональні репери при палеомагнітних дослідженнях молодих осадових товщ. Побудована зведена регіональна магнітохронологічна і магнітостратиграфічна схема палеовікових варіацій, яка являє собою новий інструмент для розчленування, стратифікації і кореляції осадових товщ на півночі Європейського континенту за останні 13 тис. років.

13. За результатами палеомагнітних визначень уперше було вирішено проблему кореляції комплексу пізньольодовикових відкладень північної Європи, а саме встановлений вік стрічкових глин східної Феноскандії відносно шведської варвохронологічної шкали.

14. Доведено, що за останні 13 тис. років періоди потеплінь і похолодань у північній, центральній та східній частинах Європейського континенту були пов'язані з місцем розташуванням геомагнітного полюсу (як центру аврорального овалу). Звідси зроблено висновок, що коливання клімату пов'язані з віковими варіаціями геомагнітного поля в рамках механізму, який зумовлює суттєвий вплив на атмосферну циркуляцію геомагнітної активності і пов'язаних з нею процесів у авроральному овалі. Так пояснюється чергування періодів глобальних потеплінь і так званих “малих льодовикових епох” у масштабі сотень - перших тисяч років. Цей висновок має безпосереднє відношення до проблем зміни навколишнього середовища і прогнозам його змін (у зв'язку з геофізичними і кліматичними факторами) у майбутньому.

Отримані відомості про палеовікові геомагнітні варіації можуть бути використані для вирішення таких прикладних і фундаментальних проблем:

* використання магнітохронологічної (магнітостратиграфічної) схеми вікових варіацій для розчленування і кореляції молодих осадових комплексів (у першу чергу відкладів сучасних довгоживучих озер і окраїнних морів);

* дослідження динаміки процесів у Земному ядрі, які приводять до генерації геомагнітного поля;

* дослідження причинно-наслідкових зв'язків і механізмів як тривалих (у масштабах сотень - тисяч років), так і короткочасних (у масштабах доби) кліматичних флуктуацій, зумовлених геофізичними чинниками.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Магнитохронологическая шкала эпохи позднеледниковья (13-10 тыс. лет назад) для юго-восточной Фенноскандии и прилегающих регионов // Геофизический журнал. -- 2001. -- Т.23, №1. -- С. 22--28.

Связь вариаций геомагнитного поля с палеоклиматическими изменениями в центральной и северной Европе за последние 12500 лет // Геофизический журнал. -- 1999. -- Т.21, №4. -- С. 40--58.

Магнитохронологическая шкала палеовековых вариаций и перспективы палеомагнитного датирования молодых осадочных комплексов // Геологический журнал. -- 2000. -- №4. -- С. 57--63.

Геомагнитные вековые вариации и проблемы магнитохронологии раннего голоцена (по результатам исследований озерных отложений Северо- Восточной Европы) // Геофизический журнал. -- 1998. --Т.20, №4. -- С. 22 -- 31.

Связь палеоклиматических изменений с вековыми вариациями геомагнитного поля // Докл. НАН Украины. -- 2001. -- №2. -- С.116--122.

Вековые вариации геомагнитного поля, зафиксированные в раннеголоценовых отложениях Ладожского озера // Геофизический журнал. --1996. -- Т.18, №4. -- С. 24--35.

Некоторые объективные причины искажения записи геомагнитного поля в озерно-ледниковых отложениях // Геофизический журнал. -- 1987. -- Т.9, №1. -- С. 20--27.

Вековые вариации геомагнитного поля: исследование ленточных глин Карелии // Геофизический журнал. -- 1989. -- Т.11, №. 6. -- С. 47--61. (Загний Г.Ф.).

Stratification and correlation of varved clays in terms of the palaeostructures of the Earth's magnetic field // Methods for the investigation of lake deposits: palaeoecological and palaeoclimatological aspect. - Vilnius: Vilnius University. -- 1987. -- P. 47--61. (Ekman I., Zagniy G.).

Stratigraphic subdivision and correlation of varved clays in Lake Ladoga area based on geological, palynological and palaeomagnetic studies // Palaeohydrology of the temperate zone, I. Rivers and Lakes, IGCP Project 158. -- Tallinn: Valgus. -- 1987. -- P. 191--203. (Ekman I. Zagnyi G.).

Палеомагнетизм и варвометрия ленточных глин Эстонии и Ленинградской области // Новые данные по геохронологии Четвертичного периода. -- М.: Наука. -- 1987. -- C. 225--229. (Загний Г.Ф., Карукяпп Р.Я.).

Условия формирования и возраст краевых образований последнего ледникового покрова на юго-востоке Кольского полуострова // Геоморфология. -- 1991. -- №2. -- С.52--58. (Евзеров В.Я., Загний Г.Ф, Колька В.В., Горбунов Е.О.).

Литология и палеомагнетизм позднеледниковых отложений Усть-Пялкского приледникового водоема // Геофизический журнал. -- 1992. -- Т.14, №6. -- С. 62--74. (Евзеров В. Я., Колька В.В.).

Geomagnetic secular variations of high-latitude glaciomarine sediments: data from the Kola Peninsula, northwestern Russia // Phys. Earth and Planet Inter. -- 1994. -- V.85, №1-2. -- P. 143--153. (Yevzerov V., Kolka V.).

Вековые вариации геомагнитного поля, записанные в ленточных глинах разрезов Усть-Пялка // Физика Земли. -- 1995, №4. -- С. 58--66. (Петрова Г.Н., Диденко Е.Ю.).

Upper Valdai-Veiksel (Valday-Weichselian) chrono- and magnetostratigraphy in south-east Fennoscandia. Examples from Russian Karelia // Contribution to the origin of Quaternary deposits and their resources in Finland and the Northwestern part of the Russian Federation (Edited by Kujansuu R. Saarnisto M.). -- Espoo: Geological Survey of Finland, Special Paper 24. -- 1997. -- Р. 74--85. (Ekman I.M., Zagniy G.F.).

Влияние возмущенности геомагнитного поля на процессы атмосферной циркуляции в Северном полушарии // Тр. УКРНИГМИ, вып. 248. -- 2000. -- С.36--47. (Мартазинова В.Ф., Чулков И.С.).

Колебания геомагнитного поля класса крутильных 12--9 тысяч лет тому назад // Докл. РАН. -- 1997. -- Т.353, №4. -- С.539--541. (Петрова Г.Н., Бураков К.С., Диденко Е.Ю.).

Запись вековых вариаций геомагнитного поля в ленточных глинах разреза Киндасово (Карелия) // Физика Земли. -- 1998. -- №1. -- С. 71--79. (Петрова Г.Н., Бураков К.С., Диденко Е.Ю.).

Вековые вариации класса крутильных колебаний 16--13 тыс. лет тому назад (ленточные глины Карелии) // Физики Земли. -- 1998. -- №5. -- С. 84--91. (Петрова Г.Н., Бураков К.С, Шаронова З.В.).

История развития залива Лехмалахти в позднепослеледниковье // Донные отложения Ладожского озера и его эволюция в позднем плейстоцене голоцене.-- Сб. Науч. Трудов. -- СПб: изд-во РГО, --1993. -- С. 43--48. (Давыдова Н.Н., Делюсина И.В., Рыбалко А.Е., Субетто Д.А.).

Магнитостратиграфические исследования осадков шельфа Баренцева моря // Геофизический журнал. -- 1993. -- Т.15, №1. -- С. 55--62. (Третяк А.Н., Вигилянская Л.И., Гриценко И.И., Ковалюх Н.Н.).

Магнитные и палеомагнитные характеристики ленточных глин разреза Хелюля // Физика Земли. -- 1993. --№12. -- Р. 46--53. (Петрова Г.Н., Диденко Е.Ю., Бураков К.С., Лыков А.В.).

Палеомагнитные исследования и возможности стратиграфического расчленения, корреляций и абсолютного датирования ленточных глин (на примере Карелии) // Природа и хозяйство Севера.--1986. -- №14. -- С. 14--20. (Загний Г.Ф., Экман И.М.).

Палеомагнитная стратификация осадочных толщ позднего плейстоцена юго-восточной части Балтийского щита // Новые данные по геохронологии Четвертичного периода. -- М.: Наука. --1987. -- C. 218--224. (Экман И.М., Загний Г.Ф.).

Secular variation of the geomagnetic field: data from the varved clays of Soviet Karelia // Phys. Earth and Planet Inter. -- 1990. -- V.63. -- P.121--134. (Zagniy G.).

Paleomagnetism and lithology of Late Weichselian deposits in Ust-Pjalka's periglacial lake, southeast of the Kola Peninsula // Geologica Carpatica. -- 1993. -- V.44, № 5. -- Р. 315--324. (Yevzerov V.Y., Kolka V.V.).

Secular variation of the geomagnetic field from paleomagnetic studies of the Karelian varved clays // Geomagnetic field in Quaternary. Report on Activities of the Working group of the Project II-2 of KAPG. Akademie der Wissenschaften der DDR, № 62. -- Potsdam. -- 1990. --P.109--113. (Zagniy G.F.).

Paleomagnetism and lithology of Late Weichselian deposits in Ust-Pjalka's periglacial lake, south-east of the Kola Peninsula // Eastern Fennoscandian Younger Dryas end moraines and deglaciation. Field conference of the IGCP Project 253 Termination of the Pleistocene (Edited by V. Evzerov). -- Apatity: Geolog. Inst. Kola Sci. centre. --1993. -- P. 41--59. (Yevzerov V. Kolka V.).

Палеомагнитные исследования донных и береговых образований внутриконтинентальных морей и океанов: Препр. / АН Украины. Ин-т геологических наук; 83-17. -- К. -- 1983, -- 66 с. (Третяк А.Н., Вигилянская Л.И., Митропольский А.Ю., Мельник В.И., Марковский В.С., Загний Г.Ф., Слободяник В.М., Дудкин В.П., Геворкян В.Х., Ломакин И.Э.).

Paleomagnetic records and chrono- and magnetostratigraphy of Late Weichselian to Early-Middle Holocene sediments of northwestern Russia // Terra Nostra. --2000. --№10. -- P. 20--23.

Палеоклиматический аспект палеомагнитных исследований // Материалы I респ. школы--семинара молодых геофизиков Украины. И-т геофизики АН УССР. -- Киев, 1987. Деп. в ВИНИТИ 05.II.87 г., № 7768-В87. С.148-- 150.

Paleosecular variation magnetostratigraphy of high-latitudes: data of late Weichselian and Holocene sediments of Kola peninsula, NW Russia // Abstract of EUG VII Congress in Strasbourg (France). -- Terra Nova. --1993. -- V.5. -- P.74.

Geomagnetic secular variation of Early Holocene recorded in Lagoda Lake // Abstracts of EGS XX General Assembly in Humburg (Germany). -- Annal. Geophys., Part 1. Suppl 1 to v. 13. -- 1995. --P.67.

Early Holocene paleomagnetic records in glaciomarine and lake deposits of Northwestern Russia // Abstracts of XIV Intern. Union for Quatern. Res. Congress in Berlin (Germany). -- Terra Nostra. -- 1995. -- №2. -- P.19.

К вопросу о привязке озерно-ледниковых отложений северного Приладожья к Шведской варвохронологической шкале // Тез. докл. Всерос. совещания “Главнейшие итоги в изучении Четвертичного периода и основные направления исследований в XXI в. -- Санкт-Петербург (Россия). -- СПб.: ВСЕГЕИ. -- 1998. -- С.11.

Магнитостратиграфия позднеледниковья - голоцена северо-запада России // Тез. докл. Всерос. совещания “Главнейшие итоги в изучении Четвертичного периода и основные направления исследований в XXI в. -- Санкт-Петербург (Россия). --СПб.: ВСЕГЕИ. -- 1998. -- С.227.

Стратификация и корреляция ленточных глин по исследованиям тонких палеоструктур магнитного поля Земли // Тез. докл. Междунар. конф. “Методы исследования озерных отложений в палеоэкологических и палеоклиматических аспектах”. -- Вильнюс: Вильн. Госуниверситет. -- 1986. -- С.64 --65. (Загний Г.Ф., Экман И.М.).

Новые геологические и палеомагнитные материалы по истории Ладожского залива Балтийского ледникового озера // Тез. докл. VII Всесоюз. конф. по истории озер “История современных озер”. -- Ленинград-Таллинн: Геогр. о-во. -- 1986. -- С.34--36. (Загний Г.Ф., Экман И.М.).

Короткопериодные вариации геомагнитного поля по палеомагнитным данным // Тез. докл. IV Всесоюз. Съезда по геомагнетизму. -- Часть I. -- Владимир-Суздаль: И-т Физики Земли АН СССР. -- 1991. -- С. 14--15. (Загний Г.Ф.).

Расчленение и корреляция позднеледниковых отложений северо-запада Европейской части СССР по элементам тонкой структуры геомагнитного поля // Тез. докл. IV Всесоюз. Съезда по геомагнетизму. -- Часть II. -- Владимир-Суздаль: И-т Физики Земли АН СССР. -- 1991. -- С. 36--37. (Загний Г.Ф., Экман И.М.).

The variation 945 years 16-13 thou years BP // Abstracts of EGS XXII General Assembly in Vienna (Austria). --Annales Geophys., part 1. Suppl. 1 to v. 15. -- 1997. -- P.91. (Burakov K.S., Didenko E.Y., Ptrova G.N., Sharonova Z.V.).

Magnetochronological scale of palaeosecular variations and it's application for dating of recent sediments // Abstracts of International Conf. “The Ukraine Quatern. Explored: the Middle and Upper Pleistocene of the middle Dniper area and its importance for the East-West European correlation”. -- Kyiv. -- 2001. -- P.7.

Размещено на Allbest.ru