геоморфология

периода является В. И. Громов, который выделил и описал для Восточной Европы фаунистические комплексы крупных млекопитающих (1932—1937 гг.), характеризующие основные этапы развития природы Северного полушария в четвертичном периоде. Каждый комплекс соответствует зоне распространения форм слонов мамонтовой линии. Позднее перечень комплексов был дополнен различными авторами и сейчас включает молдавский и хапровский (конец плиоцена); псекупский (одесский) и таманский (эоплейстоцен); тираспольский, отвечающий нижнему неоплейстоцену (до 380 тыс. лет назад); сингильский (начало среднего неоплейстоцена, лихвинское межледниковье); хазарский, охватывающий остальную часть среднего звена (до 130 тыс. лет назад); мамонтовый, или верхнепалеолитический, характеризующий верхнее звено неоплейстоцена; современный, относящийся к голоцену.

Молдавский комплекс выделен несколько позже остальных, известен как комплекс гиппарионовой фауны, характеризуется распространением гиппарионов (трехпалых предков лошадей), мастодонтов — Anancus arvernensis, носорогов, оленей, верблюдов, антилоп, саблезубых тигров и других животных.

Хапровский комплекс (стратотип — станция Хапры, северное побережье Азовского моря) выделен в 1932—1937 гг. и имеет нижнюю границу по палеомагнитным данным в верхах хрона Гаусс. Руководящий вид слонов Archidiscodon gromovi. Кроме него, комплекс включает мастодонтов, этрусских носорогов, кавказских эласмотериев, лошадей (лошадь Стенона).

Псекупский комплекс (1932) назван по р. Псекуп (у станицы Бакинская) с руководящим видом Archidiscodon meridionalis. В 1965 г. псекупский комплекс был заменен одесским комплексом мелких млекопитающих (А. И. Шевченко, 1965), но в 1982 г. псекупский комплекс был восстановлен в первоначальном значении (Э. А. Вангенгейм, 1990).

Таманский комплекс (северный берег Таманского полуострова, Синяя балка) характеризуется распространением слонов вида Archidiscodon meridionalis tamansensis. В него

61

также входят этрусский носорог, зюссенборнская лошадь, кавказский эласмотерий и др.

Тираспольский комплекс выделен М. В. Павловой в 1925 г. у г. Тирасполя. Руководящий вид — Archidiscodon trogonteri. Комплекс также включает этрусского носорога (поздний подвид), мосбахскую лошадь, бизона Шетензака, широколобого лося, оленя и др.

Сингильский комплекс выделен в 1961 г. с руководящей формой Palaeoloxodon antiquus и сопоставляется с лихвинским межледниковьем Русской равнины. Сингильская фауна описана впервые в 1932 г. в Нижнем Поволжье. Кроме руководящей формы, комплекс объединяет носорога Мерка, сибирского эласмотерия, лошадь, гигантского оленя и др.

Хазарский комплекс описан В. И. Громовой в 1932 г. под названием «волжская фауна» в стратотипе Черный яр у с. Никольское. Руководящий вид — Mammuthus chozaricus. В комплекс входят также хазарская лошадь, верблюд Кноблоха, длиннорогий бизон, сайга, шерстистый носорог, сибирский эласмотерий и др.

Мамонтовый (верхнепалеолитический) комплекс делится на раннюю и позднюю стадии с ранней и поздней формами Mammuthus primigenius. Ранний подкомплекс, кроме мамонта, объединяет шерстистого носорога, каболлоидную лошадь, северного оленя, овцебыка, бизона и др. В позднем подкомплексе — шерстистый носорог, лошадь, короткорогий бизон, овцебык, северный олень, лемминг и др.

Комплексы крупных млекопитающих несколько позже и с меньшей детальностью были выделены для Северной Америки в интервале от начала неогена до квартера включительно. Четвертичный период характеризуется веком млекопитающих ирвингтон, включающим такие подразделения, как сапп, отвечающий эоплейстоцену и примерно сопоставляющийся с псекупским и таманским комплексами Громова; кудах (примерно сопоставляющийся с тираспольским комплексом); шеридан (коррелируется с сингильским, хазарским и мамонтовым комплексами вместе взятыми).

62

Мелкие млекопитающие (грызуны, зайцеобразные) для целей стратиграфии в нашей стране начали изучаться с шестидесятых годов прошлого века и стали использоваться как для выделения самостоятельных комплексов, так и для более дробного расчленения комплексов В. И. Громова. Если находки костных останков крупных млекопитающих в значительной степени случайны, то изучение комплексов мелких млекопитающих может быть включено в проекты геолого-съемочных работ. И в этом заключается их важное практическое значение. Сам процесс опробования состоит в том, что из изучаемого обнажения отбирают породу (обычно песчаные или глинистопесчаные отложения) и промывают в воде через мелкое сито. Из остатка на сите выбирают зубы, фрагменты частей скелета мелких млекопитающих. Промывку продолжают до тех пор, пока будет отобрано не менее 100 экземпляров. В лабораторных условиях определяют видовой состав млекопитающих, используя метод актуализма, реконструируют среду их обитания (палеогеографические и палеоклиматические условия), принадлежность к определенному фаунистическому комплексу по наличию руководящих форм.

Для стратиграфии субаквальных отложений может быть использована фауна моллюсков, позволяющая определять палеотемпературные условия, изменения уровня солености водоемов.

Среди других методов палеофаунистических исследований можно назвать изучение фауны фораминифер, радиолярий, использующихся при расчленении морских отложений.

2.1.2. Палеофлористические методы

Среди палеофлористических методов ведущее место занимает палинологический (спорово-пыльцевой) анализ. Он основан на изучении состава растительности по составу спор и пыльцы, выделенных из изучаемых отложений. Из хорошо зачищенных обнажений отбирают пробы весом 150—200 г с интервалом 10—15 см. Может быть опробован

63

также керн скважин. Пробы с кратким описанием разреза

иуказанием мест отбора передают в палинологическую лабораторию. Там они подвергаются специальной обработке, которая позволяет выделить споры и пыльцу. Под бинокулярным микроскопом палинологи определяют их видовую принадлежность. Из каждого образца необходимо получить не менее 100 определений, на основе которых составляется

спорово-пыльцевая диаграмма. Она представляет совокупность кривых распределения по разрезу выделенных видов пыльцы и спор. Используя специальные методики пересчетов состава спорово-пыльцевых спектров, палинологии делают заключение о палеогеографических и палеоклиматических условиях формирования и возможной стратиграфической принадлежности изучаемых отложений. Палинологический анализ сыграл важнейшую роль в становлении и развитии четвертичной геологии. Он не потерял своей актуальности и в настоящее время.

Более ограниченными возможностями обладает метод изучения диатомовых водорослей. Он применим только для субаквальных отложений и позволяет определять палеотемпературные условия водоемов. Отбор проб, их обработка и изучение сходны с палинологическим анализом, хотя и отличаются рядом особенностей.

Применяются также палеокарпологический анализ, основанный на изучении ископаемых плодов, семян растений

ипалеоботанический анализ, в котором исследуются отпечатки и остатки листьев, стеблей растений. Эти методы чаще всего применяются при изучении торфяников.

2.1.3.Физические методы

Среди разнообразных физических методов, применяемых в стратиграфических исследованиях четвертичных отложений, необходимо выделить палеомагнитный, термолюминесцентный, радиоуглеродный, калий-аргоновый, изотопно-кис- лородный методы.

64

Палеомагнитный метод основан на изучении остаточной намагниченности горных пород, фиксирующей параметры палеомагнитного поля Земли. Среди этих параметров выделяются эпохи прямой и обратной полярности магнитного поля, относительно кратковременные эпизоды изменения полярности. На основе этих и других параметров разработана палеомагнитная шкала, охватывающая не только квартер, но и более древние этапы геологического развития. При изучении новейших (неоген-четвертичных) отложений

вкачестве главных хронов в палеомагнитной шкале выделяют эпоху Гильберт (Джильберт) с обратной полярностью, охватывающую миоцен и часть плиоцена до рубежа 3,58 млн лет назад. В ее плиоценовой части установлены четыре эпизода прямой полярности во временных интервалах (в млн лет): 5,23–4,98; 4,89—4,80; 4,62—4,48; 4,29—4,18. Эпоха Гаусс с прямой полярностью выделяется в интервале от 3,58 до 2,58 млн лет назад, соответствует средней части плиоцена, содержит два эпизода обратной полярности

винтервалах времени: 3,33—3,22; 3,11—3,04 млн лет назад. Ее верхняя возрастная граница (2,58 млн лет назад) в европейской стратиграфической схеме принимается за начало четвертичного периода. Эпоха обратной полярности Матуяма охватывает верхний плиоцен и часть четвертичного периода (эоплейстоцен) в интервале от 2,58 до 0,78 млн лет назад. Она содержит четыре эпизода прямой полярности: 2,15—2,14; 1,95—1,77; 1,21—1,20; 1,07—0,99 млн лет назад. Последняя эпоха — Брюнес — сопоставляется с неоплейстоценом и голоценом и характеризуется современной (прямой) полярностью. Главной особенностью палеомагнитной шкалы является ее глобальный характер, позволяющий осуществлять корреляцию разрезов, весьма далеко отстоящих друг от друга. Для палеомагнитного анализа пробы отбирают из отложений (преимущественно глинисто-песчаных, эффузив- но-осадочных и эффузивных пород), содержащих в качестве примесей минералы ферромагнетики. Из одного слоя (одна проба) отбирают не менее 30 (для статистической оценки)

65

ориентированных по странам света, с указанием положения «верх-низ» штуфов в форме куба с размером грани 1 дюйм (примерно 2,5 см). Каждый куб заключают (заклеивают) в специально подготовленную оболочку из плотной бумаги (крафта). Образцы отправляют в палеомагнитную лабораторию, где после серии специальных обработок определяются параметры древнего магнитного поля. При отборе проб необходимо использовать только немагнитные инструменты.

Термолюминесцентный анализ (термолюм) основан на свойстве некоторых минералов (в частности кварца) накапливать за время нахождения на свету (на поверхности Земли) солнечную энергию — светосумму. При нагревании примерно до 400 °С минералы начинают излучать свет (явление термической люминесценции). После перехода минерала в погребенное состояние интенсивность излучения постепенно снижается в зависимости от длительности пребывания минерала в этом состоянии. Путем расчета эталонной шкалы люминесценции можно определить продолжительность отрезка времени, прошедшего с момента захоронения минерала. В последнее время используется более совершенные варианты метода — измерение люминесценции кварцевых песчинок,

стимулированной светом в узких зонах оптического диапазона (OSL-метод) или инфракрасным излучением (IRSLметод). Надежность датирования ограничена 150 тыс. лет для водноосажденных и 300 тыс. лет для эоловых (лессовых) толщ. При этом ошибка определения возраста может достигать 20 %. Для получения корректных результатов необходимо иметь не менее трех OSL дат по одной пробе.

Радиоуглеродный метод основан на измерении соотношения изотопов углерода с номерами 14 и 12. Допускается, что их соотношение в природной среде и в живом организме, обменивающимся веществом с этой средой, постоянно во времени. При гибели организма и прекращении обмена это соотношение изменяется за счет распада радиоактивного изотопа углерода 14. Для определения абсолютного возраста могут быть использованы различные органические остатки

66

(кости, растительный детрит, гумус ископаемых почв). Наиболее надежные результаты могут быть получены по костным остаткам. Пределы измерения возраста обычно не превышают от современности 50 тыс. лет назад. При отборе проб следует соблюдать особую осторожность, чтобы не засорить пробу современной органикой. Новая разновидность радиоуглеродного анализа — радиоуглеродный метод анализа микрообъемов органики — AMS-метод (ускорительная масс-спектроскопия) позволяет выбирать микрообъемы наиболее надежной органики и повышать порог чувствительности метода до 60—70 тыс. лет.

Калий-аргоновый метод применяется для определения возраста отложений не моложе 100 тыс. лет. В качестве проб используются органические остатки.

Изотопно-кислородный метод в последнее время признан в качестве важнейшего метода как глобальной, так и региональной стратиграфической корреляции. Он базируется на изучении океанических осадков, накапливавшихся практически непрерывно в продолжение четвертичного периода и поэтому позволяющих получить полную информацию о глобальных циклах изменения климата. В методе измеряется соотношение двух стабильных изотопов кислорода (шестнадцатого — «легкого» и восемнадцатого — «тяжелого»), содержащихся в раковинах фораминифер. В ледниковые периоды испаряющаяся влага (обогащенная «легким» кислородом) накапливается в ледниках, а в океанах при этом увеличивается содержание «тяжелого» кислорода. При потеплении климата ледники тают, вода с «легким» кислородом возвращается в океан, количество кислорода 18-го уменьшается. В живых организмах, формирующих раковину, эти отношения закрепляются и «консервируются» в карбонате раковины при отмирании организма. В настоящее время выполнен большой объем аналитических работ по донным осадкам в различных океанах. Результаты этих анализов показали высокую степень их сходимости и позволили составить изотопную кривую, отражающую глобальные изменения

67

климата. На этой кривой все крупные пики, соответствующие повышенным содержаниям «тяжелого» кислорода, выделены в качестве морских изотопных стадий (МИС) и

пронумерованы сверху вниз. При этом холодные (ледниковые) стадии обозначены четными числами, а межледниковые — нечетными. Изотопная кривая характеризуется высокой степенью сходимости с кривыми Миланковича, полученными при анализе астрономических данных об особенностях движения планеты. Их сопоставление друг с другом, с данными палеомагнитной шкалы и результатами определения абсолютного возраста океанических осадков позволяет получить надежную основу для глобальных корреляций региональных стратиграфических шкал.

2.1.4. Геологические и геоморфологические методы

Геологические методы корреляции разрезов основаны на фиксации геологических индикаторов климата, к которым относятся ледниковые отложения (морены), следы древней мерзлоты (криотурбации), характеризующие холодные (ледниковые эпохи); прослои торфа, различные типы ископаемых почв (подзолы, черноземы, латериты и др.), характеризующие различные климатические условия теплых (межледниковых) эпох; псевдоморфозы по трещинам усыхания, свидетельствующие об аридизации климата и др. Особое место в этом ряду занимают лессово-почвенные комплексы, которые в совокупности с другими методами являются основой геологического картирования многих обширных территорий (внеледниковые области Украины, России, Западной Сибири). Среди геологических методов корреляции разрезов большое значение может иметь тефрохронология. Метод основан на выделении и анализе прослоев тефры — вулканического пепла. Пепловые слои — это важнейшие маркирующие горизонты, поскольку они отмечают определенный и очень короткий промежуток времени, в продолжение которого пирокластический материал от извергающихся вулканов может разноситься ветром

68

на расстояния в сотни и тысячи километров, осаждаться на поверхности земли. Корреляция осуществляется при помощи датирования связанного с пеплами углеродсодержащего материала или путем датирования самих пеплов калий-аргоновым или трековым методами. Могут быть использованы и отличительные свойства пепловых горизонтов. Не меньшее значение имеет изучение отложений аллювиальной формации равнин, эрозионно-аккумулятивные циклы которой тесно связаны через главный базис эрозии с гляциоэвстатическими изменениями уровня Мирового океана, трансгрессивно-регрессивными циклами внутренних морей и озер. Изучение аллювиальных отложений тесно связано с геоморфологическими исследованиями речных террас. Террасы морских побережий, а также крупных озер в ряде регионов также могут служить основой возрастного расчленения четвертичных образований. Эти исследования позволяют выделить разновозрастные генерации рельефа и поверхности выравнивания различного ранга. В целом же при геологической съемке геоморфологическое картирование проводится в тесной связи с картированием четвертичных образований, и многие геоморфологические контуры аккумулятивных форм рельефа различного генезиса полностью совпадают с контурами слагающих их отложений. Так, днища долин совмещаются с областями распространения современного аллювия, совпадают валообразные формы краевых морен и соответствующих одноименных отложений, на геоморфологических картах и картах четвертичных отложений одинаковы контуры тыловых швов террас и т. п.

Литература к разделу 2.1: [18, 20, 22, 26, 30].

2.2. Развитие природы в четвертичном периоде

Главной особенностью развития природы в четвертичном периоде является направленное похолодание климата, унаследованное от конца плиоцена. Это похолодание имело сложный характер, обусловленный чередованием холодных (ледниковых) эпох и теплых эпох (межледнико-

69

вий). Внутри ледниковий могут выделяться стадиалы и межстадиалы. Другая важная особенность — это интенсивное проявление неотектонических процессов, вулканизма, приведших к формированию расчлененного рельефа суши при общем увеличении ее площади. По этому признаку четвертичный период может быть охарактеризован как геократический период. Однако и изменения площади суши имели цикличный характер и были связаны в значительной степени с гляциоэвстатическими изменениями уровня Мирового океана. Третьим феноменом четвертичного периода было появление и развитие человека. Несомненно, этот феномен во многом обусловлен двумя другими особенностями четвертичного периода. В наше время развитие человеческой цивилизации превратилось в мощный фактор, влияющий как на географические, так и геологические процессы планеты.

2.2.1. Неотектонические процессы и формирование рельефа

На неотектоническом этапе, еще до начала четвертичного периода, происходила существенная перестройка рельефа планеты, выразившаяся в поднятии суши, росте материков, увеличении высоты гор на 2000 и более метров. Важнейшим событием было столкновение Индийской литосферной плиты и обломков Гондваны с южным краем Евразийской плиты. Следствием коллизии явилось полное закрытие сегмента океана Неотетис, образование высочайшей в мире горной цепи Гималаев и крупнейшего высокогорного плато Тибет. Произошло формирование других высокогорных сооружений в области Неотетиса и Паратетиса, образование обширных эпиплатформенных орогенов Средней Азии и Южной Сибири — ЦентральноАзиатского горного пояса (Гиндукуш, Каракорум, Памир, Кунь-Лунь, Тянь-Шань, Алтай, Саяны и др.). Отмечается дальнейшее развитие мощного неогенового и четвертичного вулканизма по субдукционным окраинам Тихого океана

70