Pohjasedimenttien kronologia (varvokronologinen menetelmä, de Geerin menetelmä, lietekerrosten kronologia) [1] on geologinen menetelmä iän määrittämiseksi, joka perustuu järvien, merien tai jokien pohjasedimenttiesiintymien kerrosten laskemiseen [K 1] , tunnetaan savina ja vastaavina sedimentteinä . Menetelmän soveltamisen edellytyksenä on sedimenttikerrosten kausittaisen kerrostumisen esiintyminen, kun vuoden aikana muodostuu kerrospari, joka yleensä eroaa mekaaniselta koostumukseltaan ja väriltään puiden kasvurenkaita muistuttavana. Tällaisten parien - ns . varveen ( eng. varv ) - valinta ja niiden laskeminen mahdollistavat sateen kertymisen keston ja niiden suhteellisen iän määrittämisen. Eri osissa saatujen kerrosten paksuuksien välisen korrelaation tunnistaminen mahdollistaa kerrosten sedimenttien iän vastaavuuden toteamisen alueella. Kerrosten pohjasedimenttien absoluuttinen ikä, yleensä [K 2 ] , määritetään vaihtoehtoisilla ajoitusmenetelmillä. Warvochronology on ainutlaatuinen työkalu, jonka avulla voit määrittää kymmeniä tuhansia vuosia sitten tapahtuneiden tapahtumien iän yhden vuoden resoluutiolla.
Suhdannekerroksiset talletukset tunnettiin Ruotsissa hyvin . ruotsinkielinen termi . Hvarfig lera , joka vastaa venäläistä nauhasavea , esiintyy ensimmäisen kerran geologisissa kartoissa jo vuonna 1862 . Myöhemmin Gerhard da Geerin työn ansiosta tätä ruotsinkielistä sanaa alettiin käyttää monilla kielillä kerroksellisille pohjasedimenteille. Amerikkalainen geologi Edward Hitchcock ja sveitsiläinen Albert Geim [2] esittivät ennen De Geeriä hypoteesin nauhamaisten savikerrosten vaihtelun kausiluonteisuudesta, ilmeisen analogisesti puiden kasvurenkaiden kanssa . De Geer oletti ensin, että nauhamaisissa savissa on sedimentaatiomallien kausivaihteluita ja että jokainen kerrospari vastaa yhtä vuotta vuonna 1882 . Vuonna 1884 hän julkaisi artikkelin, jossa hän lainaa tietoja, jotka on saatu kolmesta osasta, jotka sisältävät 16 vuotuista kerrosta, ja osoittaa perustavanlaatuisen mahdollisuuden verrata eri osissa saatuja kerrosjonoja. Samalla hän olettaa mahdollisuutta luoda jatkuva geokronologinen mittakaava tällaisten vertailujen perusteella, mutta hänen alustava arvionsa tämän työn laajuudesta käsitti useiden sukupolvien geologien työtä [3] . Vuonna 1889 Høgbom toi esiin erot kalsium- ja magnesiumkarbonaattipitoisuuksissa "talvi" ja "kesä" kerroksissa, jotka hän liitti vuodenaikojen muutoksiin Itämeren geokemiassa [4] .
Vuonna 1904 de Geer löysi peräkkäin nauhakerroksia, jotka olivat hämmästyttävän samanlaisia kuin ne, jotka hän oli kuvaillut kaksikymmentä vuotta aiemmin, vaikka leikkaukset olivat 3 kilometrin päässä toisistaan. De Geerin kuvaamat nauhasavet muodostuivat Itämeren altaan ja sen lähialueiden viimeisen jäätikön hajoamisen aikana esiintyneen periglasiaalisen säiliön olosuhteissa [4] . Useiden mittausten jälkeen de Geer vakuuttui siitä, että siirtyessään etelästä pohjoiseen jäätikön rintaman oletetun vetäytymisen jälkeen hän menetti kerroksia askel askeleelta muuten identtisten osien pohjalta, yhteensä 12 kerrosta per. 4 kilometriä. Näin oli mahdollista todeta, että jäätikön rintama tutkimusalueella vetäytyi 4 kilometriä 12 vuodessa. Vuonna 1905 de Geer järjesti Uppsalan ja Tukholman yliopistojen opiskelijoille laajan tutkimuksen , jonka aikana 500 kilometrin etäisyydelle Tukholmasta Jämtlantiin rakennettiin nauhasavikerrosprofiili , joka kattoi 1073 vuotta. Vuorosavien tutkiminen mahdollisti jäätiköiden nopeuden tarkan määrittämisen koko Keski-Ruotsissa, mutta ei antanut absoluuttisia arvioita tapahtumien iästä. Tukholman tähtitieteellisen observatorion alueella olevan osan pohjalla oleva kerros otettiin "nollavuodeksi" . De Geer teki ensimmäisen yrityksensä antaa absoluuttisen arvion lähes jääkauden nauhamaisten saveen iästä vuonna 1909 tutkiessaan vuonna 1796 valutetun Rogundajärven [ esiintymiä . Sedimenttien kerääntyminen järveen tapahtui jyrkän kausivaihtelun olosuhteissa laskeutuneen materiaalin koostumuksessa vuoristo-jäätikön ravinnon vuoksi. Jo vuoteen 1911 mennessä kävi selväksi, että alkuperäiset tiedot sisälsivät virheen (nauhakerrosten kerääntyminen järveen päättyi kauan ennen sen laskeutumista), mutta tämä tutkimus osoitti perustavanlaatuisen mahdollisuuden muodostaa jatkuva sekvenssi lähellä jäätiköiden altaiden nauhasavien välille. ja vastaavat sedimentit, joiden kerääntyminen tapahtui järviin ja jokiin, laaksoihin jääkauden jälkeisellä kaudella [3] . Ruotsin geokronologisen asteikon sitomisen absoluuttiseen kronologiaan suoritti de Geerin pitkäaikainen assistentti Ragnar Lieden vuonna 1913 tutkiessaan jääkauden jälkeisiä kerroskerrostumia Ongermanelven -joen laaksossa [4] [5] [K 3] .
De Geerin X kansainvälisessä geologisessa kongressissa Tukholmassa vuonna 1910 esittämän raportin jälkeen sidottusavien tutkimuksia alettiin tehdä eri puolilla maailmaa. Erinomaisia tuloksia saavutti Matti Sauramo , joka vuosina 1918 ja 1923 rakensi Etelä- Suomeen Ruotsin kaltaisen geokronologisen mittakaavan ( Suomenlahden rannikolta Jyväskylään , mukaan lukien kaikki kolme Salpausselän harjua ) [8] . Lisäksi hän teki nauhasavien litologisia tutkimuksia, joiden perusteella tehtiin johtopäätöksiä periglasiaalisen säiliön syvyydestä ja suolaisuudesta [9] .
Tutkittuaan kerrostumia Dalelven- joen laaksossa vuonna 1915 , josta hän löysi identtiset kerrossekvenssit yli 85 kilometrin etäisyydeltä, de Geeristä tulee paljon vähemmän konservatiivinen lähestymistapansa vertailla osia, jotka ovat kaukana toisistaan. Vuotuisten kerrosten parametrit määrittäneiden ilmaston vaihteluiden globaalin luonteen perusteella hän ehdottaa, että identtisten sekvenssien tunnistaminen mahdollistaa erilaisten kronologisten asteikkojen synkronoinnin keskenään niiden välisestä etäisyydestä riippumatta. Siitä lähtien hän on asettanut tavoitteekseen etsiä " telekorrelaatioita " (etäkorrelaatioita), jotka mahdollistavat yhden globaalin geokronologisen asteikon rakentamisen pohjasedimenttien sekvenssien välisten korrelaatioiden tunnistamisen perusteella. Vuodesta 1920 lähtien hän tai hänen henkilökuntansa teki useita tutkimusmatkoja pohjasedimenttien tutkimiseksi eri puolilla maailmaa: de Geer, Linden ja Ernst Antevs [K 4] Pohjois-Amerikassa (1920), Eric Norin Himalajalla (1924-1925), Eric Nilson Etelä-Afrikassa (1926-1928) ja Carl Caldenius Patagoniassa ( 1925-1929) ja Uudessa -Seelannissa (1932-1934) [3] . De Geer tiivisti näiden tutkimusten tulokset suuressa lopputeoksessa Geochronologia Suecica, Principles (1940), jonka hän julkaisi vähän ennen kuolemaansa.
Vuonna 1938 Eric Fromm mittasi ensimmäistä kertaa erityyppisten piilevien ja puiden siitepölyn pitoisuuden kussakin vyökerroksessa, mikä mahdollisti absoluuttisen päivämäärän määrittämisen Itämeren suolapitoisuuden muutoksille ja eri puulajien levinneisyydelle. , vastaavasti [4] [11] .
"Telekorrelaatioiden" käsite on arvosteltu, eikä tiedeyhteisö ole hyväksynyt [12] [4] . Pian Geochronologia Suecica, Principles julkaisemisen jälkeen, tarve tarkistaa Ruotsin geokronologinen mittakaava [13] tuli ilmeiseksi Kaldeniuksen työn ansiosta . Nämä olosuhteet vaikuttivat osittain siihen, että luottamus varvokronologian menetelmiin yleisesti ottaen laski muutaman seuraavan vuosikymmenen aikana [12] . Radiohiilidattauksen löytö vuonna 1949 tarjosi vaihtoehtoisen työkalun absoluuttisten päivämäärien saamiseksi. Kiinnostus pohjasedimenttien tutkimuksiin on vähentynyt ja tutkimuksen painopiste on siirtynyt jääkauden kronologian tutkimuksesta yksittäisten mannerjärvien kronologiaan [4] .
1970-luvulta lähtien kiinnostus pohjasedimenttien kronologiaa kohtaan on herännyt eloon. Tämä johtui teknisten välineiden ja analyysityökalujen parantamisesta. Lisäksi nykyisten ihmisen aiheuttamien ympäristövaikutusten arvioimiseksi vaadittiin tietoja ympäristöparametrien luonnollisista muutoksista menneisyydessä, mitä ei kyetty tarjoamaan lyhyellä instrumentaalisella havainnolla. 1980-luvulta lähtien, jolloin kävi ilmi, että absoluuttiset radiohiiliarviot on kalibroitava, kiinnostus sedimentin käyttämiseen geokronologisten asteikkojen luomiseen on herännyt uudelleen (usein yhdessä muiden menetelmien kanssa). Lisäksi myöhäisjääkauden kerrostumissa ei ole riittävästi tai ei ollenkaan materiaalia radiohiilianalyysiin [2] . 1970-1980-luvulla Ruotsin geokronologiseen mittakaavaan tehtiin useita tarkistuksia vaihtoehtoisilla ajoitusmenetelmillä, arvioitiin absoluuttisen ajoituksen virhe ja todennäköisiä aikavälejä, joilta puuttuvat kerrosjonot tulisi etsiä [13] [14] .
Vuonna 1987 Ongermanelven- suiston ytimien ansiosta saatiin uusia tuloksia, jotka mahdollistivat periglasiaalisten altaiden sedimenttien ja nykyaikaisten kerrossedimenttien välisen suoran yhteyden määrittämisen ja paransivat vuoden absoluuttisen iän arvioiden tarkkuutta ja luotettavuutta. Ruotsin geokronologinen mittakaava [5] .
Kausiluonteisen kerrostumisen muodostumisen aikana hallitsevasta prosessista riippuen erotetaan seuraavat pohjasedimenttityypit:
Kerrostumien kausittaisen kerrostumisen määrää ensisijaisesti karkearakeisten "kesä" ja hienorakeisten "talvi" kerrosten mekaaninen koostumus; joskus lisätekijänä toimii "talvi"-kerrosten värjäys orgaanisella materiaalilla. Ne muodostuvat yleensä arktisille tai alppialueille, joilla kasvillisuuden puute tai niukkuus edistää voimakasta mekaanista sään aiheuttamaa säätä . Keväällä ja kesällä jäätiköiden tai lumipeitteen voimakkaan sulamisen aikana karkearakeinen materiaali saostuu muodostaen vaalean kerroksen. Talvella toisaalta karkearakeisen materiaalin syöttö vähenee tai pysähtyy, ja toisaalta johtuen veden liikkeen intensiteetin vähenemisestä jäätyneessä säiliössä, hienorakeinen materiaali, joka oli aiemmin läsnä. suspension muodossa , saostuu . Ne ovat tyypillisiä intraglasiaalisille ja periglasiaalisille altaille (järville tai merialtaille) [2] .
Joidenkin jokien suuosien esiintymät ovat luonteeltaan samanlaisia. Ne ovat yleisiä esimerkiksi Pohjois-Ruotsissa, missä maankuoren nopean isostaattisen kohoamisen vuoksi jokilaakson lisäämisen yhteydessä suistokertymät osoittautuivat olevan maalla, mikä teki ne ovat tutkittavissa [5] .
Sedimentit, joissa kausittaisen kerrostumisen määrää vallitsevien orgaanisten sedimenttien tyyppien muutos, joka heijastaa säiliön biotoopin elinkaarta. Kevään - alkukesän aikana piilevät lisääntyvät aktiivisesti , sitten kesäkauden lopussa viher- ja sinilevät , joissakin tapauksissa vuotuinen järjestys sulkee piilevien uudelleenkukinnan, joka lajikoostumukseltaan eroaa keväästä. Syksy-talvikaudella kerrostuu hajoavien levien muodostamaa tummaa organogeenistä jätettä ja sään aiheuttamien tuotteiden muodostamaa mineralogeenistä jätettä, jonka virtausta aktivoi talven maksimi sademäärä . Kevät-kesäkaudella vaaleanväristen kerrosten muodostuminen tapahtuu piilevien ja joissakin tapauksissa kalsiitin laskeuman vuoksi . Piilevät säilytetään liukenemattoman piidioksidin pinnoitteilla . Kalsiumkarbonaatti tulee säiliöön liuenneessa muodossa karbonaattikivien kemiallisen sään tuotteiden mukana . Kalsiitin saostuminen johtuu osittain pitoisuuden noususta kesällä haihdutuksen aikana, mutta pääasiassa säiliön pH :n noususta liuenneen hiilidioksidin poiston aikana kasviplanktonin aktiivisen lisääntymisen seurauksena . Levitetty kostean ilmaston alueilla , joilla vallitsee kemiallinen sää [2] .
Esiintymät, joissa kausiluontoisen kerrostumisen määrää liuenneiden mineraalien ( kalsiitti , aragoniitti , kipsi , haliitti ) saostuminen ja vesistöjen suolaisuuden ja happamuuden lisääntyminen "kesäjakson" intensiivisen haihtumisen (kevyt kerros) ja sisäänvirtauksen vuoksi. mineralogeenisen ja organogeenisen jäännöksen seoksesta aikana, jolloin suuri määrä vettä virtaa vähemmän kuivan "talvikauden" aikana (tumma kerros). Levitetty alueilla, joilla on kuiva ja puolikuiva ilmasto [2] .
Huolimatta siitä, että olosuhteet kausikerroksisten kerrostumien muodostumiselle ovat laajalle levinneitä, tutkimukseen sopivat sekvenssit ovat suhteellisen harvinaisia, koska on olemassa joukko tekijöitä, jotka estävät muodostuneiden kerrostuneiden kerrostumien säilymisen:
Pohjasedimenttien säilymistä kausiluontoisen kerrostumisen myötä edistävät järven pieni pinta-ala yhdistettynä suureen syvyyteen sekä pohjakerrosten orgaanisen materiaalin hajoamisesta aiheutuvat hapettomat olosuhteet, jotka eivät mahdollista kehitystä. pohjaeliöstöstä [2] .
Edellytykset sedimenttien muodostumiselle, joissa on kausiluonteista kerrostumista, syntyivät aikaisemmilla geologisilla aikakausilla. Esimerkiksi Brasiliasta on löydetty Permin jääkautta vastaavia tyypillisiä hyvin säilyneitä läheisjääkauden kerroskerrostumia, ja Australiasta on löydetty prekambrian sedimenttejä, joiden iän arvioidaan olevan 650 miljoonaa vuotta [4] .
Iästä riippuen kerrostetut pohjasedimentit voidaan jakaa:
Sateen luonne ei aina mahdollista luotettavaa arviota kerrosten lukumäärästä:
Tapauksissa, joissa kerrokset eivät ole riittävän kontrastivärisiä tai liian ohuita, niiden lukumäärän määrittämiseen käytetään mikrosedimentologisia ja mikropaleontologisia tutkimusmenetelmiä [2] .
Sedimentit, joissa on vuodenaikojen kerros, ovat luonteeltaan luonnollinen kronologinen mittakaava, jonka resoluutio on yksi vuosi. Mutta tällainen mittakaava on suhteellista; talletusten absoluuttisen iän määrittäminen on usein ongelmallista. Poikkeuksen muodostavat talletukset, joiden kertyminen pysähtyi tarkasti asetettuna aikana tai jatkuu tähän päivään asti.
Kerrostettujen sedimenttien absoluuttinen ikä voidaan määrittää suoraan: sopivan orgaanisen materiaalin läsnä ollessa - radiohiilimenetelmällä , orgaanisesta aineesta köyhien jäätiköiden lähellä sijaitsevien säiliöiden sedimenteissä käytetään optisia päivämäärämenetelmiä [14] .
Mutta paljon useammin, varsinkin klassisten nauhasavien kohdalla, absoluuttisen iän määrittämisongelma rajoittuu tutkitun sekvenssin tiettyjen kerrosten vertaamiseen muiden sekvenssien kerroksiin, joille on määritetty absoluuttinen ikä. Historiallisesti tällaiset vertailut tehtiin korrelaation määrittämisen perusteella tutkittujen sekvenssien kausiluonteisten kerrosten suhteellisen paksuuden välillä. Kun verrataan toisistaan etäällä olevia osia, tätä menetelmää ei pidetä kovin luotettavana ja sitä täydennetään vaihtoehtoisilla menetelmillä, jotka rajoittuvat ohjaavien tapahtumien jälkien etsimiseen tutkituista jaksoista. Tällaisia tapahtumia voivat olla tuhoisat padon lähellä jäätikköjärvien laskeutumiset, joihin liittyy "lentävän" kerroksen muodostuminen, jonka paksuus ja litologinen koostumus on epätavallinen. Esimerkkinä tällaisesta tapahtumasta on Itämeren jäätikköjärven laskeutuminen, joka mahdollisti vastaavuuden löytämisen Ruotsin geokronologisen mittakaavan ja Suomen myöhäisjääkauden nauhasaveille rakennetun vastaavan mittakaavan välillä . Ohjaavia tapahtumia voivat olla maanjäristykset, jotka voidaan ajoittaa tarkasti ennen maanjäristystä kertyneiden kerrosten häiriöistä tai tulivuorenpurkauksista, jotka aiheuttavat yksittäisten kausiluonteisten kerrosten rikastumista tefrassa . Tärkeimmät tulokset, jotka mahdollistivat Ruotsin kronologisen asteikon iän absoluuttisten arvioiden tarkistamisen, saatiin soveltamalla magnetostratigrafian menetelmiä Onega -järven altaan nauhamaisiin savisiin [14] [15] .
Mahdollisuus tarkistaa pohjasedimenttien kronologiaa koskevat tiedot lueteltujen itsenäisten menetelmien avulla lisäsi merkittävästi saatujen arvioiden luotettavuutta ja auttoi tällaisten tutkimusten yleistymistä edelleen viime vuosikymmeninä [2] .
Kerrostettujen pohjasedimenttien avulla voidaan määrittää tapahtumien, kuten maanjäristysten, tulivuorenpurkausten ja tsunamien ikä, sekä jääpeitteen hajoamisen dynamiikka. Esimerkiksi todettiin, että Ruotsin alueella tapahtui suuri maanjäristys syksyllä 10430 [K 5] vuotta sitten. suuruusluokka , joka arvioitiin sen jälkien vaimenemisen perusteella nauhamaisissa savessa 320 × 100 km:n alueella, oli yli 8 pistettä Richterin asteikolla . Varvokronologian menetelmät mahdollistavat Ozin ja päätemoreeniharjujen muodostumisen ajan ja keston sekä alueiden isostaattisen nousunopeuden lyhyiden ajanjaksojen aikana. Erityisesti Keski-Ruotsissa noin 10 tuhatta vuotta sitten saatiin ainutlaatuiset arviot nousunopeudesta 40 cm/vuosi [4] .
Lisäksi kerrostetut pohjasedimentit, jotka ovat luonnollinen diskreetti mittakaava, mahdollistavat luonnollisten olosuhteiden muutosten kvantifioinnin niiden kertymisaikana: kerrosten litologinen koostumus ja paksuus mahdollistavat ilmastonmuutosten, siitepölyjyvien ja piilevien runkojen arvioimisen. pohjasedimentissä - kasvillisuuden ja suolapitoisuuden muutoksista [2] . Maanjäristysten aiheuttamien häiriöiden taajuudella voidaan arvioida seismisen aktiivisuuden muutosta sedimenttikerrosten kertymisjakson aikana [4] , samoin vulkanismin ilmentymistiheys.
Turkin Van -järven pohjakerrokset ulottuvat 14 570 vuotta sitten [16] . Eifelin alueella pohjasedimenttien mukaan vahvistettiin kronologia viimeisten 23 000 vuoden ajalta (Meerferld Maar , de: Meerfelder Maar , Holzmaar, de: Holzmaar ) [17] , Japanin järville - 45 000 ja Great Lake Monticchio on de: Monte Vulture Etelä-Italiassa - 76 000 vuotta.