Геохронологія субаеральних відкладів Північного Причорномор’я

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність роботи. Головним завданням геохронологічних досліджень відкладів неоплейстоцену є визначення їх “абсолютного” та відносного віку з використанням фізичних методів. Незважаючи на добру вивченість антропогенових відкладів Північного Причорномор'я, виникає необхідність в вирішені питань границь та хронологічних об'ємів окремих стратиграфічних підрозділів і горизонтів. На основі отриманих термолюмінесцентним методом дат визначено вік геологічних порід та проведено кореляцію субаеральних відкладів окремих опорних розрізів Північного Причорномор'я.

В зв'язку з невпинним зростанням вимог до геологічного великомасштабного картування існує необхідність у вдосконаленні методів визначення геологічного віку гірських порід. Нами модернізовано методику відбору та підготовки зразків для термолюмінесцентного аналізу, вдосконалено апаратуру, що дозволило підвищити достовірність датування і зменшити похибку при визначенні віку субаеральних відкладів.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - освоєння та вдосконалення термолюмінесцентного методу досліджень, геохронологічне розчленування неоплейстоценових субаеральних відкладів з опорних розрізів Північного Причорномор'я, проведення границь і встановлення хронологічних об'ємів окремих горизонтів і ланок неоплейстоцену.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

- освоєння та вдосконалення термолюмінесцентного методу досліджень, проведення модернізації обладнання, спрощення камеральної обробки зразків, розширення меж застосування та визначення хронологічних границь методу;

- дослідження субаеральних неоплейстоценових відкладів з опорних розрізів Північного Причорномор'я;

- проведення геохронологічної стратифікації опорних розрізів Причорномор'я (на базі отриманих термолюмінесцентним методом дат);

- уточнення хронологічних границь стратиграфічних горизонтів та їх об'єм;

- внесення доповнень в геохронологічну шкалу неоплейстоцену;

- проведення кореляції субаеральних відкладів Північного Причорномор'я та Північного Приазов'я;

- встановлення послідовності стратиграфічних і палеогеографічних подій та виявлення стратиграфічних особливостей будови лесової формації Північного Причорномор'я.

1. Історія досліджень неоплейстоценових відкладів Північного Причорномор'я

Розглянуті основні етапи вивчення субаеральних неоплейстоценових відкладів Північного Причорномор'я, охарактеризовані методи, якими ці дослідження проводяться.

Північне Причорномор'я - район, де антропогенові відклади мають широке розповсюдження. Однією з характерних особливостей неоплейстоцену були значні коливання клімату. Численні похолодання відбилися на зовнішньому вигляді, літологічному складі та специфічних властивостях субаеральних відкладів.

Сучасні проблеми стратиграфії, геохронології, біостратиграфії, літології, неотектоніки, геоморфології висвітлюються в багатьох роботах таких дослідників, як О.П. Андріяш, О.А. Антюхов, Ю.Г. Баландін, В.Г. Бондарчук, В.П. Булавенко, А.О. Величко, М.Ф. Веклич, В.Г. Верховцев, В.Е. Гарутт, Н.П. Герасименко, П.Ф. Гожик, Г.І. Горецький, А.К. Гранова, В.І. Громов, І.М. Громов, Н.І. Дикань, П.К. Заморій, І.К. Іванова, М.М. Ковалюх, М.С. Комар, В.Ф. Краєв, М.І. Крігер, В.І. Крокос, О.І. Крохмаль, Н.А. Куниця, Н.О. Лебедєва, Ж.М. Матвіїшина, В.М. Мацуй, В.І. Мельник, Г.І. Мельничук, В.М Мірошник, О.В. Мірошник, І.В.. Молявко, Г.В. Морозов, О.Д. Моськіна, К.В. Нікіфорова, В.П. Паліенко, І.Г. Підоплічко, А.Я. Радзівілл, В.М. Семененко, Н.А. Сіренко, І.Л. Соколовський, В.А. Топачевський, О.Н. Третяк, С.І. Турло, Т.Ф. Христофорова, І.І. Чебаненко, А.Л. Чепалига, А.І. Шевченко, В.М. Шовкопляс та ін.

Геохронологічні дослідження мають висвітлювати питання часу виникнення, розвитку, специфіки функціонування конкретної геологічної події. Іншим важливим завданням, поставленим перед геохронологією, є встановлення кореляційних зв'язків між віддаленими в просторі, але хронологічно одновіковими об'єктами. Дані, отримані геохронологією в об'єктивних одиницях астрономічного часу, дозволяють виявляти одновікові горизонти і проводити кореляційні зв'язки на великих відстанях.

Більшість фізичних методів визначення віку працює в певному діапазоні часової шкали і застосовується лише до певного типу гірських відкладів. Термолюмінесцентний метод є надійним для датування субаеральних неоплейстоценових відкладів, який охоплює віковий діапазон від 20 до 900 тис. років.

В розділі наведені короткі характеристики окремих методів досліджень четвертинних відкладів, їх можливості та обмеження в застосуванні. Особливу увагу ми приділили історії виникнення та розвитку термолюмінесцентного методу. О.Ю. Лукін проводив дослідження можливостей використання термолюмінесценції вапняків при палеогеографічних реконструкціях у нафтогазових регіонах. Термолюмінесцентний метод для визначення віку субаеральних відкладів в Україні розроблявся й активно впроваджувався В.М. Шовкоплясом та Г.В. Морозовим.

2. Методика термолюмінесцентного аналізу

Присвячений детальному розгляду термолюмінесцентного методу. Висвітлюються питання люмінесценції як фізичного явища, поглинання енергії та існування збудженого стану квантової системи а також тривалості метастабільного стану. Описується термолюмінесценція як процес рекомбінації збуджених атомів.

Термолюмінесцентний метод визначення відносного та “абсолютного” віку субаеральних відкладів ґрунтується на властивості кристалів накопичувати енергію радіоактивного розпаду, а потім, при нагріванні, випромінювати її. Термолюмінесцентний ефект фіксується у вигляді кривих термовисвічування (інтенсивність/час) по висоті або по площі під кривою. Поділивши величину накопиченої енергії на радіоактивність породи, одержуємо значення, що характеризує вік зразка. Молодші породи мають менші вікові показники, давніші - більші значення вікового індексу.

Як природні кристалофори можуть бути використані різні оптично прозорі мінерали-діелектрики. Нас цікавлять мінерали, які б могли виступити в якості палеодозиметра, що накопичували б і зберігали впродовж тривалого часу вікову інформацію. Саме таким мінералом є кварц. Кварц - один з найпоширеніших мінералів земної кори. Маса кремнезему SiО2 у земній корі становить 12%. Цей мінерал досить стійкий до зовнішніх впливів як фізичних (тиск, удари, стирання), так і хімічних. Кристали кварцу мають певні структурні дефекти, які характеризують достатню глибину пастки для того, щоб метастабільний стан електронів зберігався тривалий час. Дефекти кристалічної решітки забезпечені структурними особливостями заміни Si4+ на Fe3+ або Al3+ з одночасним входженням у решітку Na1+, Li1+ або (ОН)1-

Лесова формація - один з найбільш зручних об'єктів для датування термолюмінесцентним методом. Відклади лесової формації широко розповсюджені, вони вкривають майже всю територію України. Леси містять велику кількість пилуватого кварцу, який є природним палеодозиметром.

Відбір і підготовка зразків. Відбір матеріалу на термолюмінесцентний аналіз має величезне значення для точності отриманих результатів. Зразки відбираються з природних відслонень, кернів свердловин, переважно з характерними ознаками лесів, лесоподібних суглинків, пилуватих глин, викопних ґрунтів.

Термолюмінесцентна установка складається з: а) блока нагрівача, що включає світлонепроникний кожух і нагрівач; б) блока фотопомножувача; в) блока реєстрації температури; г) підсилювача фотоструму; д) приладу, що реєструє отриманий результат - стрічкового самописця.

Перед тим як визначати вік зразка, необхідно встановити фактори, що впливають на накопичення світлосуми в досліджуваному зразку. По - перше, це кількісний і якісний склад радіоактивних ізотопів урану, торію, калію в породі; по - друге, вплив б, в, г і жорсткого космічного випромінювання. Мають бути емпірично визначені енергетичні рівні пасток, процеси федінгу та ін. Визначення віку зразків напряму залежить від вирішення таких практичних питань, як вплив тиску, стирання, ультрафіолетового випромінювання тощо, на збереження світлосуми в палеодозиметрі.

Опромінення природною дозою D впливає як на кількість пасток у структурі радіаційних дефектів, так і на їх стан (збуджений чи пасивний), і чим більша наявність збуджених пасток, тим апріорі більший вік палеодозиметра.

Теоретичні й експериментальні дані показують, що вплив на палеодозиметр з метою його дренування відпаленням, опроміненням ультрафіолетом тощо істотно змінює його чутливість до іонізуючого випромінювання. Тому ми у своїй роботі використовуємо метод накладення штучної дози випромінювання на природну дозу (палеодозу). Калібрування зразка полягає в опроміненні палеодозиметра певною дозою радіоактивного випромінювання. Джерелом може слугувати будь-який пристрій, що генерує іонізуюче випромінювання, здатне збуджувати вільні електронно-дірочні центри - пастки.

Домішки різних елементів можуть виступати в кристалах як активаторами, так і гасниками світлосуми. Хоча механізм активації або гасіння теоретично залишається нез'ясованим, є лише вказівки на те, що домішки заліза, кобальту й нікелю виступають як гасники, а марганцю і стронцію - як активатори. Практично вся різноманітність у морфології піків і кривих термолюмінесценції кварцових зерен обумовлена наявністю і співвідношенням у породі цих домішок, якими можуть бути літій, натрій, магній, калій, залізо. Причому утворення дірочного центра на кристалах Аl-тетраедра і пастки на одному з таких центрів супроводжується дифузією іонів Nа, Lі.

Паралельно процесу накопичення світлосуми відбувається процес федінгу -довільного випромінювання фотонів з переходом електронів із збудженого (метастабільного) стану в нормальний, але цей процес дуже повільний.

Визначення віку. Знаючи швидкість накопичення палеодозиметром енергії (ерг/рік) і значення поглиненої зразком дози радіації, що відтворює в зразку світлосуму, можна визначити вік зразка.

Температура максимуму термовипромінювання прямо пропорційна енергетичній глибині локальних рівнів. Площа кривих термолюмінесценції пропорційна кількості актів рекомбінації, а світлосума прямо пропорційна поглиненій дозі радіації.

При визначенні віку палеодозиметра необхідно перш за все встановити залежність зростання термолюмінесценції від збільшення дози опромінення.

Нуль-момент. Для всіх фізичних методів одним із ключових моментів є межа початку відліку віку. Для термолюмінесцентного методу - це "проблема нуль-моменту". Це початковий момент часу, коли прогенетична світлосума повністю знята, "стерта" внаслідок природних процесів. Встановлення нульового значення в накопиченні енергії кристалами кварцу визначає принципову можливість застосування термолюмінесцентного методу для визначення геологічного віку. Саме з моменту входження кристалів кварцу до складу субаеральних відкладів починається формування вторинної (вікової) світлосуми.

Виділяються три основних природних фактори, здатних “стерти” прогенетичну, накопичену раніше світлосуму: 1) механічна дезінтеграція; 2) вплив температури (термічний федінг); 3) дія сонячної радіації (радіаційний федінг).

Головну роль у процесі зняття прогенетичної світлосуми відіграє сонячна радіація. Для практично повного знищення прогенетичної світлосуми гірську породу досить піддати кількох годинному ультрафіолетовому опроміненню. Чим довше відбувається процес переносу і поховання, тим більший вплив ультрафіолету, тим ефективніше зняття прогенетичної світлосуми. Тому ми вважаємо, що для більшості субаеральних відкладів "проблеми нуль-моменту" практично не існує; такої ж думки дотримуються й багато інших дослідників.

На даний момент немає коректної моделі методу, яка б відповідала на всі питання, що виникають в процесі датування. І все ж, незважаючи на деякі теоретичні і практичні недоробки питання, ефективність датування неоплейстоценових відкладів термолюмінесцентним методом не викликає заперечень. Метод з успіхом використовується в геохронології для визначення абсолютного і відносного віку неоплейстоценових відкладів.

Подальше вдосконалення методу має включати такі напрями: 1) удосконалення апаратури і методики датування; 2) подальший розвиток і уточнення теоретичної бази методу; 3) уточнення значень природних факторів, які впливають на накопичення світлосуми; 4) розширення меж застосування методу.

3. Опис опорних розрізів Північного Причорномор'я

Присвячений вивченню опорних розрізів Північного Причорномор'я, ці розрізи є одними з найбільш характерних і показових для своїх районів.

Наведений матеріал збирався і оброблявся автором протягом багатьох років. Дослідження проводились в Північному Причорномор'ї і Північному Приазов'ї. Нами було детально вивчено вісім опорних розрізів субаеральних неоплейстоценових відкладів, відібрано і продатовано 242 зразки. Отримані термолюмінесцентні дати дозволили встановити геохронологічну послідовність, хронологічні межі й об'єм окремих горизонтів та деталізувати геологічну будову досліджуваних розрізів.

4. Геохронологія субаеральних неоплейстоценових відкладів півдня України

Наведено аналіз отриманих результатів.

Нами було проведено системне геохронологічне дослідження субаеральних неоплейстоценових відкладів Причорноморської низовини. В своєму дослідженні ми спирались головним чином на результати, одержані термолюмінесцентним методом.

Геологічна історія антропогену на території України характеризується неодноразовою зміною кліматичних циклів. Льодовикові та міжльодовикові епохи змінювали одна одну. Найбільш чіткого ритмічного характеру кліматичні зміни набули в неоплейстоцені. Коливання клімату відобразились в структурі осадонакопичення. Відбувалось формування потужних лесових горизонтів та багатошарових викопних ґрунтів. Тривалість періодів похолодань і потеплінь, їх хронологія, послідовність, кліматичні особливості і сьогодні викликають жваву дискусію.

Основною причиною послідовного чергування льодовикових та міжльодовикових періодів є палеокліматичні зміни. Палеокліматичні реконструкції базуються на даних палеонтології, результатах вивчення співвідношення О18/О16 в океанічних відкладах, розрахунках коливань орбітально-ротаційних параметрів Землі, палеомагнітних даних, результатах абсолютної геохронології (термолюмінесцентних і радіовуглецевих датах) та ін. Ці дані дозволяють охарактеризувати динаміку процесів, які відбувалися в неоплейстоцені. Немає сумнівів, що явища, які відбуваються в атмосфері, гідросфері, магнітосфері Землі, прямо або опосередковано зв'язані з діяльністю Сонця.

Неоплейстоцен України, як регіональний розділ стратиграфічної схеми, підрозділяється на три ланки - нижній неоплейстоцен, середній і верхній, які, в свою чергу, відповідно теплим і холодним півритмам, поділяються на термо- і кріохрони (хронологічної шкали).

Встановлено шість теплих і шість холодних періодів, їм відповідають горизонти викопних ґрунтів або лесів, які сформувалися впродовж однієї півфази кліматичного ритму. Теплі періоди (термохрони) представлені викопним ґрунтом, холодним періодам (кріохронам) відповідають лесові горизонти. У своїй роботі ми використовували стратиграфічну схему, розроблену у відділі геології антропогену ІГН НАН України.

Ранній неоплейстоцен (нижня ланка). Відклади раннього неоплейстоцену широко розповсюджені на півдні України. Це найтриваліша ланка неоплейстоцену. За стратиграфічною схемою поділу антропогену, до нижньої ланки неоплейстоцену відносяться відклади віком від 900 до 440 тис. років. Відклади цього періоду складені послідовним чергуванням викопних ґрунтів та лесових горизонтів. Лесові горизонти представлені середнім, до важкого суглинком, а поховані ґрунти - бурими, червоно-бурими важкими суглинками і глинами. Хронологічно ранній неоплейстоцен складають мартоноський і лубенський термохрони та сульський і тилігульський кріохрони.

Слід відмітити, що нижня межа застосування термолюмінесцентного методу знаходиться на рівні 800-900 тис. років.

Мартоноський термохрон. Відклади термохрону представлені викопним ґрунтом з термолюмінесцентними датами - 800±87 тис. років. Відклади мартоноського термохрону корелюються з 19, 18, 17 стадіями ізотопної кисневої шкали. Палеомагнітні дослідження, проведені для відкладів термохрону О.Н. Третяком, визначили в нижній частині горизонту межу Брюнес-Матуяма (780 тис. років).

Сульський кріохрон. Формування відкладів сульського кріохрону відбувалось під час першого неоплейстоценового похолодання. Відклади представлені в Північному Причорномор'ї супіском або лесоподібним суглинком жовто-палевим, палевим. Незважаючи на незначний час його формування, близько 20 тис. років, видима потужність горизонту становить 1,5-2 м (відслонюється він дуже рідко). В Північному Приазов'ї відклади сульського кріохрону представлені суглинком легким, пилуватим, світло-бурим.

Час існування сульського кріохрону оцінюється в 20 тис. років (з 620 до 600 тис. років). Цей час на кривій сонячної активності позначений суттєвим зниженням сонячної інсоляції. Відклади сульського кріохрону синхронізуються з 16 стадією ізотопної кисневої шкали.

Лубенський термохрон. Зразки з даного горизонту викопного ґрунту ми відібрали та дослідили термолюмінесцентним методом з розрізів Ногайське і Урзуф. Відклади горизонту представлені переважно важким суглинком червоно-бурим, карбонатним.

Було відібрано зразки з опорних розрізів Ногайське й Урзуф. Мінімальна дата, яка була отримана - 480 тис. років з розрізу Ногайське, і максимальна - 592 тис. років з розрізу Урзуф. Верхня границя термохрону становить 480 тис. років. Нижню границю термохрону ми оцінюємо в 600 тис. років. Отже об'єм лубенського термохрону можна вважати близьким до 120 тис. років. Відклади лубенського термохрону синхронізуються з 15, 14, 13 стадіями ізотопної кисневої шкали.

Тилігульський кріохрон. Лесовий горизонт, який перекриває лубенський викопний ґрунт, широко розповсюджений в районі досліджень. Його потужність майже однакова в усіх вивчених розрізах як Північного Причорномор'я (1,5-2,5 м), так і Північного Приазов'я (1-3 м).

Термолюмінесценція тилігульського лесу вирізняється чіткими, добре вираженими, насиченими піками люмінесценції, що свідчить про давній вік відкладів. Термолюмінесцентний аналіз 20 зразків дав такі результати: в Північному Причорномор'ї мінімальний вік - 420 тис. років, максимальний - 472 тис. років; для Північного Приазов'я - відповідно 428 і 474 тис. років (див. рис. 1, 2). Нижня границя тилігульського кріохрону проводиться нами на рівні 480 тис. років, а верхня дорівнює 425 тис. років. Таким чином, можна стверджувати, що об'єм тилігульського кріохрону становить 55 тис. років.

Аналізуючи криву сонячної активності М. Міланковича (рис. 3), ми бачимо, що період формування відкладів тилігульського кріохрону збігається з трьома періодами зниження сонячної активності та двома періодами підвищення активності. Загалом цей період відповідає 12 стадії ізотопної кисневої шкали, а також співпадає з часом формування окської морени, відклади якої фіксуються в північно-західній частині України. Відклади кріохрону добре простежуються по простяганню і чітко корелюються за даними термолюмінесцентного аналізу.

Таким чином, можна відмітити, що протягом раннього неоплейстоцену ритмічні коливання клімату призвели до послідовного чергування лесових та ґрунтових відкладів, які представлені тилігульським і сульським лесовими горизонтами та лубенським і мартоноським викопними ґрунтами. Сформовані в цей час леси характеризуються важким крупнозернистим гранулометричним складом. Вони, як правило, палево-бурі, щільні і мають чітку границю з підстеляючими породами.

Ми вважаємо, що нижня границя нижньої ланки неоплейстоцену знаходиться в районі 900 тис. років, а верхня проходить по покрівлі тилігульського кріохрону на рубежі 440-425 тис. років. Виходячи з цього, об'єм нижньої ланки неоплейстоцену буде близько 450 тис. років.

Палеомагнітна картина раннього неоплейстоцену характеризується тим, що на фоні прямої палеонамагніченості відкладів фіксуються часті і не дуже тривалі зміни палеополярності; причому чим ближче до межі Брюнес-Матуяма, тим частіше відбуваються ці зміни.

Середній неоплейстоцен (середня ланка). Субаеральні відклади, які відносяться до середньої ланки неоплейстоцену, широко розповсюджені в районі дослідження. Відклади представлені повним профілем і містять чотири горизонти: два лесових і два викопних ґрунтів. У процесі осадонакопичення чітко простежується ритміка, що відповідає теплим і холодним періодам. Потужність відкладів середнього неоплейстоцену - від 8-10 до 13 м (розріз Роксолани).

Завадівський термохрон. Потужність багатошарового викопного ґрунту, який сформувався протягом дуже тривалого часу, досягає 4-5 м. Ґрунт представлений суглинком середнім, іноді важким, коричнювато-червонувато-бурим. Він майже в усіх розрізах складений кількома накладеними один на одного горизонтами викопного ґрунту. Багатошарова структура ґрунту свідчить про складні палеогеографічні умови, які наклали свій відбиток на динаміку накопичення і будову відкладів термохрону.

Для зразків, відібраних з відкладів завадівського термохрону, було визначено понад 40 дат отриманих термолюмінесцентним методом, які охоплюють інтервал від 430 до 290 тис. років (див. рис. 1, 2). Можна намітити декілька вікових етапів ґрунтоутворення, які, загалом, збігаються з палеокліматичними даними, відображеними на кривій сонячної інсоляції. Більшість дат розподілилася в нижньому (430-390 тис. років) та верхньому (350-300 тис. років) часових відрізках. Відклади термохрону зіставляються відповідно з 11, 10 та 9 стадіями ізотопної кисневої шкали. Нижня границя завадівського термохрону збігається з границею покрівлі тилігульського кріохрону - 425 тис. років. Верхня границя проводиться нами на рубежі в 300 тис. років. Таким чином, хронологічний об'єм завадівського термохрону дорівнює 125 тис. років.

На кривій сонячної інсоляції відображено суттєву по тривалості майже в 125 тис. років достатньо високу і відносно стабільну сонячну активність.

Дніпровський кріохрон. Лесовий горизонт, що перекриває завадівський викопний ґрунт, добре представлений в Північному Причорномор'ї. Він доволі потужний - від 2-4 м до майже 9 м (розріз Роксолани). Натомість, в Північному Приазов'ї дніпровський лес практично відсутній, крім розрізу Платове, де нами досліджено горизонт дніпровського лесу потужністю 3,5 м.

Для цього лесового горизонту була отримана велика серія (20) термолюмінесцентних дат. Мінімальні з одержаних дат - 255-260 тис. років. Відповідно верхню границю дніпровського кріохрону ми проводимо по границі в 255 тис. років. Максимальна з отриманих дат - 298 тис. років. Ми вважаємо, що границя між дніпровським кріохроном і завадівським термохроном повинна проходити на рубежі 300 тис. років. Таким чином, тривалість формування відкладів і відповідно хронологічний об'єм дніпровського кріохрону можна оцінити в 45 тис. років.

Палеокліматична картина кріохрону характеризується тим, що, крім початкового етапу, простежується тривалий (30 тис. років) стабільно низький рівень сонячної активності, під час якої утворився потужний материковий льодовий покрив, що охопив значну територію України.

Палеомагнітні дослідження відкладів дніпровського кріохрону виявили зону оберненої полярності - епізод Дніпро (розріз Роксолани). Відклади кріохрону синхронні 8 стадії ізотопної кисневої шкали.

Кайдацький термохрон. Багатошаровий викопний ґрунт, який залягає на дніпровському лесі, широко розповсюджений в районі досліджень. Відклади ґрунтового комплексу в різних розрізах значно відрізняються за потужністю, кількістю горизонтів, структурою і літологічним складом.

Для відкладів даного термохрону нами було визначено 35 дат. Максимальні дати становлять 260-250 тис. років, мінімальні не перевищують 190 тис. років (див. рис. 1, 2). Таким чином, нижню границю кайдацького термохрону ми оцінюємо в 255 тис. років, а границю покрівлі проводимо на рівні 190 тис. років. Отже, об'єм термохрону буде дорівнювати 65 тис. років. Відклади термохрону чудово простежуються в усіх розрізах і впевнено корелюються за термолюмінесцентними даними. Вони синхронні 7 стадії ізотопної кисневої шкали.

На інсоляційній кривій спостерігається не характерна для теплих періодів відносно низька сонячна активність. Добре простежуються три піки підвищеної сонячної інсоляції. Між ними спостерігається різкий та значний пік низької інсоляції в часовому проміжку близько 230 тис. років.

Тясьминський кріохрон. Лесовий горизонт, який перекриває відклади кайдацького термохрону, представлений типовими лесовими палевими породами потужністю від 1 до майже 2 м.

Для тясьминського кріохрону нами отримано 20 дат. Більшість максимальних дат розташувалось в районі 190 тис. років. Мінімальні дати тяжіють до 130 тис. років. Таким чином, нижню границю кріохрону ми проводимо по покрівлі кайдацького термохрону в 190 тис. років, а верхня границя дорівнює 130 тис. років. За термолюмінесцентними даними накопичення відкладів тясьминського кріохрону тривало близько 60 тис. років. Характерною особливістю даного горизонту є те, що більшість дат, а отже і відкладів, відносяться до нижньої та верхньої частин кріохрону.

Крива сонячної активності в інтервалі 200-190 тис. років фіксує дуже значне за інтенсивністю падіння сонячної інсоляції. Цей період відповідає московському зледенінню Східно-Європейської рівнини. Відклади тясьминського кріохрону синхронізуються з 6 стадією ізотопної кисневої шкали.

Характеризуючи будову відкладів середньої ланки неоплейстоцену, можна констатувати наявність двох термохронів (завадівський і кайдацький) та двох кріохронів (дніпровський і тясьминський). Послідовна зміна лесово-ґрунтових комплексів вказує на складні палеокліматичні умови, які панували на території Північного Причорномор'я в середньому неоплейстоцені. Ці події детально зафіксовані в будові лесової формації.

Всього для відкладів середньої ланки неоплейстоцену було отримано 117 дат. На їх підставі можна стверджувати, що нижня границя середньої ланки проводиться на рубежі в 425 тис. років, границя покрівлі - 130 тис. років. Отже повний хронологічний об'єм середньої ланки неоплейстоцену близький до 300 тис. років.

Палеомагнітна характеристика відкладів середнього неоплейстоцену відповідає прямій намагніченості епохи Брюнес. Однак, при цьому, зафіксовано два палеомагнітних епізоди зворотної полярності: 1) Дніпро - 280 тис. років; 2) V зони шкали А. Кокса в завадівському викопному ґрунті - 390 тис. років.

Пізній неоплейстоцен (верхня ланка). В верхньому неоплейстоцені виділяють чотири горизонти відкладів: два лесових і два викопних ґрунтів. Короткі періоди похолодань змінювалися періодами потеплінь. Теплим етапам (термохронам) відповідає утворення викопних ґрунтів, холодним періодам (кріохронам) - верстви лесів або лесоподібних суглинків. Геохронологічне розчленування відкладів верхньої ланки ми робили з урахуванням даних, отриманих термолюмінесцентним методом, та із залученням результатів, одержаних іншими дослідниками.

Прилуцький термохрон. На відкладах тясьминського лесового горизонту залягає складнопобудований багатогоризонтний досить потужний - (2-3,5 м) викопний ґрунт. Його складають два, іноді три горизонти викопного ґрунту, розділених незначними, малопотужними лесовими прошарками, складеними суглинком середнім палевим, макропористим, карбонатизованим. Найбільш виразно три горизонти прилуцького ґрунтового комплексу простежуються в розрізі Роксолани. Складна будова відкладів термохрону, ймовірно, пов'язана з особливостями палеокліматичних умов, зміни яких фіксуються на кривій сонячної активності трьома піками підвищеної інсоляції і двома піками низької сонячної інсоляції (рис. 3).

Для даного ґрунтового комплексу з розрізів Північного Причорномор'я нами було отримано 15 термолюмінесцентних дат, з розрізів Північного Приазов'я - 18 дат. В межах Північного Причорномор'я для описаного комплексу прилуцьких викопних ґрунтів були одержані термолюмінесцентні дати від 75 тис. років (Приморське) до 130 тис. років (Роксолани). Для Північного Приазов'я отримані дати мають близькі вікові показники. Таким чином, нижня границя прилуцького термохрону збігається з верхнею границею середньої ланки неоплейстоцену і дорівнює 130 тис. років. Верхню границю термохрону ми приймаємо рівною 75 тис. років. Виходячи з отриманих дат, об'єм прилуцького термохрону оцінюємо в 55 тис. років. Відклади прилуцького горизонту добре простежуються і впевнено корелюються за даними термолюмінесцентного методу. Вони синхронні 5 стадії ізотопної кисневої шкали. У відкладах прилуцького горизонту була зафіксована палеомагнітна аномалія - Блейк, вік якої 125 тис. років, що зіставляється з Х зоною шкали А. Кокса.

Удайський кріохрон. Відклади прилуцького викопного ґрунту перекриваються лесом палевим, бурувато-палевим. В його складі значне місце посідає глиниста складова - до 20%, проте крупнопилуватої фракції (основного носія термолюмінесценції) - до 70%. Потужність відкладів удайського горизонту незначна - 1-1,5 м, за винятком розрізу Роксолани, де його потужність досягає 9 м. У Північному Приазов'ї він дуже скорочений, а в розрізах Ногайське і Урзуф взагалі відсутній.

Для відкладів даного горизонту було отримано 33 дати. Мінімальні з них наближаються до 60 тис. років, максимальні - близько 75 тис років. Дані відклади ми відносимо до удайського кріохрону. Нижня границя кріохрону проходить по покрівлі прилуцького термохрону і дорівнює 75 тис. років, а верхня приймається нами в 60 тис. років. Таким чином, повний об'єм кріохрону буде 15 тис. років. Його відклади синхронні 4 стадії ізотопної кисневої шкали.

Вітачівський термохрон. На відкладах удайського горизонту залягає повнопрофільний добре сформований викопний ґрунт потужність якого - 1-1,5 м, а в розрізі Широкіно, він досягає 3 м. Ґрунт складений середнім суглинком бурим, червонувато-бурим, коричнювато-бурим, часто пилуватим.

З даного викопного ґрунту було відібрано і продатовано термолюмінесцентним методом 21 зразок. Ми отримали серію термолюмінесцентних дат від 40 до 60 тис. років. Розподіл вікових показників такий: для Північного Приазов'я вони вищі, тоді як в Північному Причорномор'ї спостерігається деяке їх зменшення (рис. 1, 2). Мінімальні з отриманих дат близькі до 40 тис. років, максимальні не перевищують 60 тис. років. Ці результати добре корелюються з кривою сонячної активності. Відклади вітачівського термохрону синхронні 3 стадії ізотопної кисневої шкали.

Таким чином, нижню границю вітачівського термохрону ми приймаємо рівною 60 тис. років, а верхня границя дорівнює 40 тис. років. Звідси можна зробити висновок, що об'єм вітачівського термохрону становить 20 тис. років.

Бузький кріохрон. Лесові породи, що перекривають відклади вітачівського викопного ґрунту, зафіксовані нами в усіх досліджуваних розрізах. Потужність лесового горизонту сягає 30 м. Відклади бузького горизонту представлені типовими лесовими породами палевими, сірувато-палевими, легкими, пухкими на дотик. Клімат у час бузького кріохрону на досліджуваній території був засушливий і холодний.

Відклади бузького кріохрону відносяться до верхньої межі застосування термолюмінесцентного методу.

Отримана нами серія термолюмінесцентних дат знаходиться в інтервалі 24-34 тис. років. Мінімальні дати зафіксовані нами в розрізах Приморське й Урзуф - 24 тис. років, а максимальні - 34 тис. років у розрізах Роксолани і Миронівка. Основна маса отриманих дат розташовується в районі 30 тис. років (рис. 1, 2). Нижню границю бузького кріохрону ми проводимо по покрівлі вітачівського термохрону в 40 тис. років, а верхню по підошві голоцену в 10 тис. років. Близькість дат, отриманих нами з різних розрізів, дають підстави вважати ці відклади одновіковими і впевнено проводити між ними кореляцію. Відклади бузького кріохрону синхронні 2 стадії ізотопної кисневої шкали.

Слід відмітити різну потужність досліджуваних відкладів. Найбільш потужний - лесовий горизонт, який відповідає бузькому кріохрону 5-10 м (розріз Роксолани - до 30 м). Вітачівський викопний ґрунт має потужність 1-1,5м. Відклади удайського кріохрону менш потужні (0,5-2 м) і тільки в відслоненні Роксолани вони досягають потужності майже 9 м. Відклади прилуцького термохрону складаються з потужного 2-3,5 метрового багатошарового викопного ґрунту.

З відкладів верхньої ланки неоплейстоцену нами було отримано понад 100 дат. Аналізуючи отримані результати, можна констатувати, що нижня границя верхньої ланки проходить на рубежі в 130 тис. років і збігається з покрівлею середньої ланки, а верхня границя корелюється з початком голоцену і проводиться на рубежі 10 тис. років.

Варто відмітити, що піки збільшення або зменшення інсоляції на кривій сонячної активності М. Міланковича дуже добре корелюються з отриманими нами геохронологічними інтервалами: періоди зниження сонячної радіації відповідають холодним етапам (бузькому і тясьминському), а періоди підвищення інтенсивності інсоляції збігаються з етапами потеплінь (вітачівський і прилуцький). Розглядаючи палеомагнітні дані, можна зробити висновок, що за цей час відбулося декілька епізодів зміни магнітних полюсів, а також було зафіксовано кілька аномальних подій в бузький і вітачівський час.

Підсумки. На підставі вивчення впливу кліматичних та геологічних процесів на формування субаеральних відкладів можна стверджувати, що внаслідок регулярних змін палеокліматичних та палеогеографічних умов змінювалися й процеси їх седиментації. Характер залягання та склад субаеральних відкладів знаходяться в прямій залежності від кліматичних умов, структурної будови території та неотектонічних рухів.

На основі отриманих даних в неоплейстоцені виділено 12 вікових періодів, кожному з яких відповідає певний горизонт відкладів. Холодні епохи - кріохрони: бузька, удайська, тясьминська, дніпровська, тилігульска, сульська. Вони представлені лесовими горизонтами різної потужності та різного літологічного складу. Теплі епохи - термохрони: вітачівська, прилуцька, кайдацька, завадівська, лубенська, мартоноська. Теплим періодам відповідає формування викопних ґрунтів, або багатошарових світ викопних ґрунтів, які формувалися протягом однієї півфази кліматичного ритму.

Границя між раннім і середнім неоплейстоценом проводиться по підошві завадівського комплексу похованих ґрунтів з віком 425 тис. років, в якому присутній палеомагнітний епізод, що відповідає V зоні шкали А. Кокса (390-400 тис. років). Границя між середньою і пізньою ланками неоплейстоцену проводиться по підошві прилуцького комплексу похованих ґрунтів (130 тис. років), в якому присутній палеомагнітний епізод Блейк, який відповідає Х зоні шкали А. Кокса і має вік 125 тис. років. Границя між верхньою ланкою неоплейстоцену і голоценом проводиться по підошві голоцену з віком 10 тис. років.

Дані палеомагнітної шкали неоплейстоцену дають підстави стверджувати, що відклади неоплейстоцену мають пряму палеомагнітну спрямованість, окрім деяких епізодів оберненої палеонамагніченості та деяких аномальних подій.

Сходження термолюмінесцентних дат, кривих сонячної активності, палеомагнітних даних, стадій ізотопної кисневої шкали тощо дозволяють констатувати, що наше геохронологічне розчленування субаеральних неоплейстоценових відкладів Північного Причорномор'я є коректним.

Висновки

неоплейстоценовий субаеральний геохронологічний

Головним завданням геохронологічних досліджень є визначення віку геологічних об'єктів, а також встановлення послідовності геологічних подій і процесів.

Незважаючи на досить повну вивченість антропогенових відкладів Північного Причорномор'я, виникають питання щодо границь та хронологічних об'ємів окремих стратиграфічних підрозділів та геологічних утворень. Саме тому проведення системних досліджень опорних розрізів Північного Причорномор'я залишається актуальним завданням.

Антропогенові відклади вивчаються палеонтологічними, літологічними, геохімічними і різноманітними фізичними методами, що в свою чергу, включають ізотопні, дозиметричні, палеомагнітний та ін. Датування неоплейстоценових відкладів завжди викликало значні труднощі, що зумовлено насамперед технічними можливостями, а також наявністю об'єктів, придатних для коректного визначення віку. На сьогодні існує один метод, який дозволяє впевнено датувати відклади четвертинного періоду в межах 20 - 800 тис. років, це - термолюмінесцентний метод.

Важливим поштовхом розвитку термолюмінесцентного методу є потреби геологічної теорії і практики в отриманні якомога більшої кількості достовірних дат. З метою вирішення поставленого завдання дисертантом були проведені наступні дослідження та одержані такі результати:

- Внесено ряд теоретичних та практичних вдосконалень в термолюмінесцентний метод. Виявлені основні фактори, які впливають на інтенсивність вікових піків: дренування, калібрування, федінг, нуль-момент, внесок у накопичення світлосуми б, в і г - випромінювання. Такі фактори, як площа кювети, розмір кварцових зерен, об'єм і маса досліджуваного зразка, швидкість його нагрівання, а також напруга на ФЕУ, так само впливають на інтенсивність термолюмінесценції. Внесені вдосконалення дозволили підвищити точність і достовірність датування неоплейстоценових відкладів.

- Підтверджено, що з моменту утворення кварцу як мінералу в його кристалічній решітці під впливом енергії фонової радіації відбувається накопичення нерівноважних носіїв заряду, формується прогенетична світлосума. В процесі діагенезу відбувається руйнування та переміщення матеріалу, внаслідок чого прогенетична світлосума знищується. Виникає нульовий стан - стан відсутності в кристалах кварцу збуджених атомів. В подальшому в осадових породах під дією енергії розпаду природних радіонуклідів починає формуватися вторинна (вікова) світлосума. Можна стверджувати, що встановлення нульового значення енергії, накопиченої кристалами кварцу, є необхідною умовою, яка визначає принципову можливість застосування термолюмінесцентного методу для геохронологічних досліджень.

- Дослідження термолюмінесцентних властивостей кристалів кварцу дозволило встановити, що пилувата фракція з розміром зерен 0,05-0,005 мм характеризується чітким віковим піком люмінесценції з максимумом при температурі 220-2400С. З'ясовано, що відклади лесової формації є оптимальним об'єктом для термолюмінесцентного датування тому, що пилувата фракція складає понад 60% об'єму породи.

- Термолюмінесцентним методом було визначено вік 242 зразків. На основі отриманих дат проведено детальне геохронологічне розчленування субаеральних неоплейстоценових відкладів восьми опорних розрізів Північного Причорномор'я. Було встановлено хронологічні границі та об'єми окремих термо- і кріотронів, які підтверджуються палеонтологічними, палеомагнітними, палеокліматичними даними, результатами радіовуглецевого датування та ін. Встановлені хронологічні межі відкладів дають можливість віднести їх до конкретних термо- або кріохронів.

Отримані дати дозволили провести кореляцію субаеральних неоплейстоценових відкладів опорних розрізів Північного Причорномор'я.

Запропоновано низку змін до стратиграфічної схеми неоплейстоцену України, які стосуються границь та об'ємів хроностратиграфічних підрозділів.

- З'ясовано, що формування відкладів лесової формації безпосередньо залежало від палеогеографічних та палеокліматичних умов. Сонячна інсоляція відігравала в цих процесах провідну роль. Одержані нами дати, виявили майже абсолютну кореляцію (в часі) між зменшенням інтенсивності сонячної інсоляції, похолоданням, розвитком льодовикових покривів та накопиченням лесових горизонтів. Формування викопних ґрунтів корелюється з теплими епохами, збільшенням потоку сонячної радіації і деградацією льодовикових покривів.

Отримані нами термолюмінесцентним методом дати узгоджуються з палеонтологічними, палеомагнітними, палеокліматичними даними, результатами радіовуглецевого датування тощо. Загалом одержані дані дозволяють більш детально зрозуміти геологічну історію розвитку регіону. Результати геохронологічних досліджень будуть використані для побудови та перевірки теоретичних моделей розвитку природи неоплейстоцену, прогнозу її змін в майбутньому, для побудови стратиграфічних схем і геологічних карт, пошуку корисних копалин.

Література

1. Прилипко С.К. Литолого-термолюминесцентная характеристика некоторых разрезов Северного Причерноморья / С.К. Прилипко, Е.В. Мельник // Сучасні проблеми геологічної науки: Зб. наук. пр. Ін-ту геол. наук НАН України. - К., 2003. - С. 327-329.

2. Крохмаль А.И. Субфоссильные мелкие млекопитающие (морфология, стратиграфия) из аллювиальных отложений VII террасы Днестра (с. Роксоланы, Одесская обл.) / А.И. Крохмаль, С.К. Прилипко // Проблеми палеонтології та біостратиграфії протерозою і фанерозою України: Зб. наук. пр. Ін-ту геол. наук НАН України. - К., 2006. - С. 306-313.

3. Прилипко С.К. Литолого-термолюминесцентная характеристика неоплейстоценовых отложений разреза Приморское / С.К. Прилипко, Е.В. Мельник // Сучасні напрямки української геологічної науки.: Зб. наук. пр. Ін-ту геол. наук НАН України. - К., 2006. - С. 44-48.

4. Шовкопляс В.М. Використання даних термолюмінесцентного аналізу з метою вирішення проблем кореляції верхньоплейстоценових відкладів льодовикової та позальодовикової зон України / В.М. Шовкопляс, Б.Д. Возгрін, С.К. Прилипко // Мін. ресурси України. - 2006. - № 3. - С. 22-24.

5. Прилипко С.К. Стратиграфія четвертинних відкладів розрізу Платове (Північне Приазов'я) / С.К. Прилипко // Тект. і стратиграфія. - 2007. - Вип. 35. - С. 128-133.

Размещено на Allbest.ru