Лекция 6 Тема: споровопыльцевой анализ

1.1. Общие принципы и методические особенности

Одним из наиболее распространенных методов биоиндикации в геоморфологии следует считать спорово-пыльцевой анализ, позволяющий составить представление о возрасте рельефа и обстановках рельефообразования.

Метод основан на идентификации оболочек пыльцы и спор растений, которые могут долго находиться в захороненном состоянии. Наиболее благоприятны для консервации этих микрофоссилий озерно-болотные обстановки, которые традиционно привлекали наибольшее внимание исследователей. В динами­чески активных средах пыльцы и спор нередко ухудшается и одновременно возрастает опасность их переотложения из более древних осадков и заноса из отдаленных райнов.

До недавних пор считалось, что минеральные осадки не пригодны для изучения спорово-пыльцевым методом из-за низкой концентрации пыльцы и спор. Однако с внедрением совершенных методик экстрагирования пыльцы и спор из породы (ультразвуковое и кавитационное диспергирование образцов в тяжелой жидкости, длительное кипячение в концентрированной соляной кислоте – Гричук, Шумова, Шипорина, 1967 и др.) положение значительно улучшилось.

Отбирают образцы для споророво-пыльцевого анализа из хорошо зачищенных обнажений, шурфов или путем бурения. Для геоморфологических целей важно, чтобы точки отбора были приурочены к характерным элементам рельефа, а в осадочной толще была запечетлена по возможности наиболее полная летопись, отображающая историю развития района. Отбор образцов проводиться послойно, причем его частота зависит от вещественного состава отложений: в торфах и сапропелях через 1-5 см, в глинах, суглинках, тонкозернистых песках – 10-30 см, в галечниках, валунниках – около 1 м.

В процессе спорово-пыльцевого анализа регистрируют все встреченные зерна пыльцы и спор. Чтобы составить статистически достоверные представления о спорово-пыльцевом спектре, необходима выборка в 300-500 зерен, т.е. в каждой из трех основных групп (пыльца древесных пород, пыльца травянистых растений и споры) не менее чем по 100 зерен.

Однако для восстановления наиболее полной картины условий осадконакопления считают до 1000 микрофоссилий. Пыльца древесных пород определяется обычно на родовом или видовом уровне. Среди пыльцы травянистых растений выделяются се­мейства, в ряде случаев роды и даже виды. Споры идентифици­руются до класса, семейства, рода и иногда вида. Видовые определения позволяют осуществить более точные климатичес­кие и экологические реконструкции, а также стратиграфические построения.

Сумма пыльцы и спор принимается за 100% и вычисляют­ся соотношения между основными группами спектра. Если в спектре встречено много пыльцы гидрофитов, то она высчитывается по отношению к сумме пыльцы и спор, так как служит показателем локальных условий, отражающих эволюцию водое­мов. На следующем этапе рассчитываются соотношения отдель­ных таксонов внутри каждой группы.

* На основе полученных количественных соотношений строят­ся спорово-пыльцевые диаграммы. Существуют разные способы их построения. Однако для представления результатов спорово-пыльцевого анализа и сопоставления данных желательно придерживаться единой методики. В, связи с осуществлением международных проектов в рамках программ геологической корреляции в настоящее время возникла необходимость в стандартизации спорово-пыльцевых диаграмм.

На наш взгляд, наиболее наглядной является спорово-пыльцевая диаграмма следующего типа. Слева помещается литоло­го-стратиграфическая колонка. Затем идет вертикальная графа с изображением общего состава спорово-пыльцевых спектров по данным о каждом образце. Дальше на оси абсцисс отклады­ваются отрезки, соответствующие каждой группе спорово-пыльцевого спектра (слева направо: пыльца древесных растений, пыльца трав, споры) и по вертикали отмечается процентное содержание каждого компонента. Соседние точки в каждом столбце соединяются и в целях наглядности заливаются тушью или заштриховываются.

Современный уровень спорово-пыльцевого анализа преду­сматривает возможность идентификации нескольких десятков таксонов, что требует немалых затрат труда и времени, Однако и представление этих результатов в виде спорово-пыльцевых диаграмм тоже оказывается весьма трудоемким процессом. Поэтому в ряде стран для этих целей успешно при­меняется компьютерная техника (Yuorinen, Huttunen, 1981), обеспечивающая не только оперативность, но и высокую точность подсчетов. Кроме того, были реализованы принципиаль­но новые численные подходы к обработке палинологической информации на основе математической статистики, анализа главных компонент и построения двойных диаграмм (Кабайлене, 1987; Gordon, 1982; Davis, 1984).

Расчленение отложений по палинологическим данным про­изводится путем комплексной оценки состава спектров. Выбо­рочная оценка, опирающаяся на учет изменений хода кривой одного или двух компонентов, может привести к неправиль­ным заключениям. Выделение пыльцевых зон осуществляется по данным изучения опорных разрезов, сложенных главным образом гомогенными осадками, накапливавшимися в бассейне средних размеров, где исключено влияние эрозии или переоложения и к минимуму сведена роль локальной прибрежной растительности. Границы зон определяют по появлению или выпадению каких-либо компонентов и по доминантам и содоминантам спорово-пыльцевого спектра с учетом дополнительных характеристик. При комплексной оценке спорово-пыльцевых данных представляется возможность проследить характер существенных трансформаций как в составе флоры, так и в структуре растительных сообществ, что может косвенно отражать и изменения рельефа.

На первый этапах развития палинологии применяли системы пыльцевых зон, в принце привязанные к схеме климатических периодов Блитта-Сернандера. В СССР наиболее была распространена система зон, разработанная М. И. Нейштадтом, в Скандинавских странах – система К. Йессена и Т. Нильссона, в Великобритании – Х. Годвина и др.

К настоящему времени для разных районов накоплен довольно значительный банк палинологической информации, на которой строится так называемая пыльцевая стратиграфия. Сопоставление вновь полученных результатов спорово-пыльцевого анализа с диаграммами опорных разрезов, характерными для данного региона, позволяет коррелировать изученные осадочные толщи с определенными временными интервалами. В принципе, спорово-пыльцевой метод не в состоянии обеспечить точную датировку событий прошлого. Это стало возможным благодаря внедрению радиоуглеродного метода, диапазон применения которого охватывает весь голоцен и самый конец плейстоцена

Одним из признаков стандартного опорного разреза голоцена является обеспеченность его не менее чем 10 датировками. Однако на практике это требование по ряду объективных и субъективных причин трудно соблюсти и до сих пор многие споровопыльцевые диаграммы обеспечены лишь еди­ничными радиоуглеродными датировками. По мнению A.M. Дэвис (Davis, 1984), радиоуглеродный метод позволяет упо­рядочить споровопыльцевые данные, но не может полностью заменить "пыльцевую стратиграфию" как средство датирова­ния. Эти методы должны взаимно дополнять один другой. Многочисленные разрезы, изученные до внедрения радио­углеродного метода, могут быть стратифицированы лишь по палинологическим данным. Таким образом, в целом за "пыль­цевыми зонами" сохраняется роль отправного хронологическо­го репера.

В СССР наиболее густая сеть разрезов озерно-болотных голоценовых отложений, изученных палинологическим методом в сочетании с большим количеством радиоуглеродных датиро­вок, сосредоточена на территории Эстонии, где прослежена смена темпов осадконакопления и особенностей формирования рельефа болот в рамках отдельных временных срезов голоцена. Реальные возможности постановки таких исследований имеются и для некоторых других районов, отличающихся высокой забо­лоченностью и хорошей палинологической изученностью” Ре­конструкции развития рельефа болот в голоцене могут быть предприняты на основе многочисленных палинологических и радиоуглеродных данных, полученных для Карелии, Украины, Западной Сибири и других регионов СССР.

Спорово-пыльцевой метод применяется и для датирования плейстоценовых отложений. Здесь наибольшие успехи достигнув ты по опорным разрезам межледниковий. В принципе установ­лена типовая палинологическая стратиграфия каждого межледниковья по крупным регионам. К этой основе привязывает­ся информация по вновь изучаемым разрезам.

К сожалению, возможности датирования плейстоценовых отложений с помощью изотопно-геохимических методов ограни­чены, главным образом из-за редкой встречаемости органо­генных материалов. Перспективы датирования минеральных отложений, составляющих подавляющую часть объема плейсто­ценовой формации (Матвеев, 1976), к сожалению, пока невелики, если не считать предложений по совершенствованию термолюминесцентного метода (Пуннинг, Раукас, 1983).

Фактически в последнее время спорово-пыльцевой анализ из основного метода датирования четвертичных отложений сохранил лишь функцию относительного хронологического ме­тода. С расширением возможностей детального определения большого числа таксонов пыльцы и спор метод стал использо­ваться для раскрытия экологических условий седиментогенеза и рельефообразования.

Для успешной реконструкции обстановок прошлого необхо­димо грамотно интерпретировать спорово-пыльцевые спектры и "читать" диаграммы. Надо помнить, что соотношение ком­понентов даже субрецентных (поверхностные пробы) спорово-пыльцевых спектров неадекватно соотношению компонентов растительного покрова той территории, на которой выявлен спектр.

Анализ субрецентных спектров из разных генетических типов осадков показал, что спектры почв и озерно-болотных отложений лучше отражают локальные черты растительного покрова. Для характеристики крупных районов наиболее перспективен спорово-пыльцевой анализ аллювиальных осадков. По его результатам можно судить о зональной растительнос­ти. В целом, по спектрам из осадков разного генезиса имеет­ся возможность реконструкции растительности на зональном и подзональном уровнях. Из многочисленных работ по спорово-пыльцевому анализу следует, что каждому зональному типурастительного покрова соответствует определенный тип спорово-пыльцевого спектра.

Для окончательных реконструкций растительности учитыва­ют особенности фоссилизации пыльцы и спор в различных гене­тических типах отложений, продуктивность и устойчивость к разрушению микрофоссилий разных таксонов, возможности выявления переотложенных пыльцы и спор.

За последние годы были выполнены многочисленные пали­нологические исследования, в том числе и методического ха­рактера, позволяющие пополнить представления о распределе­нии пыльцы и спор в различных современных климатических и геоморфологических обстановках. Если еще в недавнем прош­лом исследования концентрировались в областях умеренного климата, то теперь они охватывают и аридную, и экваториаль­ные зоны, проникают в высокоширотные и высокогорные райо­ны” а также акватории разных типов - от небольших озер до эпиконтинентальных морей. При этом анализировались особен­ности транспорта и захоронения микрофоссилий под воздейст­вием различных рельефообразующих процессов.

В горных районах со сложной орографией несильным воздействием ветров эта проблема долгое время считалась трудно разрешимой. Однако после методических исследований Н. Б. Клопотовской (1973), выполненных в пределах значительной части Кавказа, была установлена корреляция субрецентных спектров с обстановками конкретных высотных поясов. Особый интерес привлекло открытие верхнего, пере от ложе иного, мак­симума пыльцы древесных пород выше верхней границы леса. Аналогичные результаты были получены Фленли ( Flenley, 1979) для гор экваториального пояса.

В связи с расширением фронта палинологических работ на Дальнем Востоке и Северо-Востоке СССР были изучены закономерности формирования спектров на морских побережьях, в долинах рек, на дне озер, в моренных грядах, на зандровых равнинах и т.д. (Спорово-пыльцевой анализ..., 1971; 1981; Палинологические исследования..., 1978; Палинологические методы. .. , 1982).

Большой прогресс достигнут в изучении процессов разноса и аккумуляции пыльцы и спор в морях, что составило методи­ческую основу особого направления - маринополинологии. Е.С. Малясова'(1976; 1989) на основе исследования донных проб в Белом и Баренцевом морях доказала существование взаимосвязи состава спорово-пыльцевых спектров со строени­ем рельефа морского дна, глубиной водоема, конфигурацией бе­регов и гидродинамическими процессами. Было установлено, что каждой морфодинамической зоне моря присущ особый тип спектров.

В.А. Вронский (1976; 1984), изучая донные осадки Аральского, Каспийскогр, Азовского, Черного и Средиземного морей, выявил палинологические критерии трансгрессивных и регрессивных типов осадков, индикации эрозионных процессов, реконструкции древних дельт. В результате получения инфор­мации об особенностях пространственного распределения пыль­цы и спор на дне озерных котловин (Кабайлене, 1969; Маля­сова, 1976 и др.) имеется возможность восстановления палеорельефа озерных котловин и морфодинамических зон в их пределах.

Лекция 7