Cronologia sedimentelor de fund (metoda varvocronologică, metoda de Geer, cronologia straturilor de mâl) [1] este o metodă geologică de determinare a vârstei, bazată pe numărarea straturilor de depozite sedimentare de fund ale lacurilor, mărilor sau râurilor [K 1] , cunoscută. ca argile de bandă și sedimente similare. Condiția pentru aplicarea metodei este prezența straturilor sezoniere a straturilor sedimentare, când se formează o pereche de straturi în cursul anului, de obicei diferite ca compoziție mecanică și culoare, similare cu inelele de creștere ale copacilor. Selectarea unor astfel de perechi - așa-numitele varve ( ing. varv ) - și calculul lor ne permite să determinăm durata acumulării precipitațiilor și vârsta relativă a acestora. Identificarea corelației dintre grosimile straturilor obținute în diferite secțiuni face posibilă stabilirea unei corespondențe între vârsta sedimentelor stratificate din regiune. Vârsta absolută a sedimentelor de fund stratificat, de obicei [K2] , este determinată folosind metode alternative de datare. Warvochronology este un instrument unic care vă permite să stabiliți vârsta evenimentelor care au avut loc cu zeci de mii de ani în urmă, cu o rezoluție de un an.
Depozitele cu straturi ciclice erau bine cunoscute în Suedia . Termen suedez . Hvarfig lera , corespunzătoare argilei de bandă rusă , apare pentru prima dată pe hărţile geologice încă din 1862 . Ulterior, datorită lucrării lui Gerhard da Geer , acest cuvânt suedez a ajuns să fie folosit în multe limbi pentru sedimentele de fund stratificat. Ipoteza despre natura sezonieră a schimbării straturilor în argile cu bandă, prin analogie evidentă cu inelele de creștere ale copacilor, a fost înaintată înaintea lui De Geer de către geologul american Edward Hitchcock și elvețianul Albert Geim [2] . De Geer a emis pentru prima dată ipoteza că argilele cu bandă prezintă schimbări sezoniere în modelele de sedimentare și că fiecare pereche de straturi corespunde unui an în 1882 . În 1884, a publicat o lucrare în care citează date obţinute pentru trei secţiuni care conţin 16 straturi anuale şi demonstrează posibilitatea fundamentală de a compara secvenţe de straturi obţinute în diferite secţiuni. În același timp, el postulează posibilitatea creării unei scale geocronologice continue pe baza unor astfel de comparații , dar evaluarea sa inițială a sferei acestei lucrări a implicat munca mai multor generații de geologi [3] . În 1889, Høgbom a subliniat diferențele de conținut de carbonați de calciu și magneziu în straturile „iarna” și „vară”, pe care le-a asociat cu schimbările sezoniere în geochimia Mării Baltice [4] .
În 1904, de Geer a descoperit o succesiune de straturi cu benzi uimitor de asemănătoare cu cele pe care le descrisese cu douăzeci de ani mai devreme, deși tăieturile erau la 3 kilometri între ele. Argilele tip panglică, pe care le-a descris de Geer, s-au format în condițiile unui rezervor periglaciar care a existat în timpul degradării ultimei glaciațiuni din bazinul Mării Baltice și teritoriile adiacente [4] . După o serie de măsurători, de Geer s-a convins că, pe măsură ce se deplasa de la sud la nord, în urma presupusei retrageri a frontului ghețar, pierdea straturi pas cu pas de la baza unor secțiuni altfel identice, în total 12 straturi pe fiecare. 4 kilometri. Acest lucru a făcut posibil să se constate că frontul de ghețar din zona de studiu s-a retras cu 4 kilometri în 12 ani. În 1905, de Geer a organizat un studiu la scară largă care a implicat studenți de la universitățile Uppsala și Stockholm , în timpul căruia a fost construit un profil de straturi de argilă bandă la o distanță de 500 de kilometri de la Stockholm la Jämtland , care a acoperit 1073 de ani. Studiul argilelor cu bandă a făcut posibilă determinarea cu precizie a ratei deglaciației în centrul Suediei, dar nu a oferit estimări absolute ale vârstei evenimentelor. Stratul de la baza secțiunii de pe teritoriul Observatorului Astronomic din Stockholm a fost considerat „anul zero” . De Geer a făcut prima sa încercare de a oferi o estimare absolută a vârstei argilelor cu bandă aproape glaciară în 1909, în timp ce studia depozitele lacului Rogunda , care a fost drenat în 1796 . Acumularea sedimentelor în lac s-a produs în condiții de fluctuații sezoniere bruște ale compoziției materialului depus datorită alimentării montane-glaciare. Deja prin 1911, a devenit clar că informațiile inițiale conțineau o eroare (acumularea de straturi de panglică în lac s-a încheiat cu mult înainte de coborârea lui), dar acest studiu a dovedit posibilitatea fundamentală de a stabili o secvență continuă între argile panglici ale rezervoarelor aproape glaciare. și sedimente similare, a căror acumulare s-a produs în lacuri și râuri.văi în perioada postglaciară [3] . Legarea scării geocronologice suedeze la cronologia absolută a fost realizată în 1913 de către asistentul lui de Geer, Ragnar Lieden , în timp ce studia depozitele stratificate postglaciare din valea râului Ongermanelven [4] [5] [K 3] .
După raportul lui de Geer la al X -lea Congres Geologic Internațional de la Stockholm în 1910, au început să fie efectuate studii asupra argilelor cu bandă în diferite regiuni ale lumii. Rezultate remarcabile au fost obținute de Matti Sauramo , care în 1918 și 1923 a construit o scară geocronologică similară cu cea suedeză pentru sudul Finlandei (de la coasta Golfului Finlandei până la Jyväskylä , incluzând toate cele trei creste Salpausselkä ) [8] . În plus, a efectuat studii litologice ale argilelor în bandă, pe baza cărora s-au tras concluzii cu privire la adâncimea și salinitatea rezervorului periglaciar [9] .
După ce a studiat depozitele din valea râului Dalelven în 1915 , unde a găsit secvențe identice de straturi la o distanță de peste 85 de kilometri, de Geer devine mult mai puțin conservator în abordarea sa de a compara secțiunile care sunt îndepărtate unele de altele. Pe baza naturii globale a fluctuațiilor climatice care au determinat parametrii straturilor anuale, el sugerează că identificarea unor secvențe identice face posibilă sincronizarea diferitelor scări cronologice între ele, indiferent de distanța dintre ele. De atunci, el și-a stabilit ca scop căutarea „ telecorelațiilor ” (corelații la distanță), care să permită construirea unei singure scale geocronologice globale bazată pe identificarea corelațiilor între secvențele de sedimente de fund. Începând cu 1920, el sau personalul său au întreprins o serie de expediții pentru a studia sedimentele de fund în diferite regiuni ale lumii: de Geer, Linden și Ernst Antevs [K 4] în America de Nord (1920), Eric Norin în Himalaya (1924-1925), Eric Nilson în Africa de Sud (1926-1928) și Carl Caldenius în Patagonia (1925-1929) și Noua Zeelandă (1932-1934) [3] . De Geer a rezumat rezultatele acestor studii într-o mare lucrare finală Geochronologia Suecica, Principles (1940) publicată de el cu puțin timp înainte de moartea sa.
În 1938 , Eric Fromm a măsurat pentru prima dată conținutul diferitelor tipuri de diatomee și polen de copac în fiecare dintre straturile centurii, ceea ce a făcut posibilă stabilirea datelor absolute pentru modificările salinității în Marea Baltică și distribuția diferitelor specii de arbori. , respectiv [4] [11] .
Conceptul de „telecorelații” a fost criticat și neacceptat de comunitatea științifică [12] [4] . La scurt timp după publicarea Geochronologia Suecica, Principles, necesitatea unei revizuiri a scalei geocronologice suedeze [13] a devenit evidentă datorită lucrării lui Kaldenius . Aceste circumstanțe au contribuit parțial la scăderea încrederii în metodele de varvocronologie în general în următoarele câteva decenii [12] . Descoperirea datarii cu radiocarbon în 1949 a oferit un instrument alternativ pentru obținerea datelor absolute. Interesul pentru studiile sedimentelor de fund a scăzut, iar centrul cercetării s-a mutat de la studiile despre cronologia deglaciației la cronologia lacurilor continentale individuale [4] .
Începând cu anii 1970, interesul pentru cronologia sedimentelor de fund a reînviat. Acest lucru s-a întâmplat datorită îmbunătățirii mijloacelor tehnice și a instrumentelor de analiză. În plus, pentru a evalua impactul antropic actual asupra mediului, au fost necesare date privind modificările naturale ale parametrilor de mediu în trecut, care nu puteau fi furnizate printr-un scurt istoric al observațiilor instrumentale. Din anii 1980, când a devenit evident că estimările absolute ale radiocarbonului trebuiau calibrate, a existat o reapariție a interesului pentru utilizarea sedimentelor pentru a crea scale geocronologice (adesea în combinație cu alte metode). În plus, există material insuficient sau deloc pentru analiza radiocarbonului în depozitele glaciare târzii [2] . În anii 1970-1980 s-au făcut mai multe revizuiri ale scării geocronologice suedeze, folosind metode alternative de datare, eroarea de datare absolută și intervalele de timp probabile în care ar trebui căutate secvențele lipsă de straturi [13] [14] .
În 1987, datorită carotelor din estuarul Ongermanelven , au fost obținute noi rezultate, care au făcut posibilă stabilirea unei relații directe între sedimentele rezervoarelor periglaciare și sedimentele moderne stratificate și îmbunătățirea acurateței și fiabilității estimărilor vârstei absolute a scara geocronologică suedeză [5] .
În funcție de procesul care domină în timpul formării straturilor sezoniere, se disting următoarele tipuri de sedimente de fund:
Stratificarea sezonieră a depozitelor este determinată în primul rând de diferența de compoziție mecanică a straturilor cu granulație grosieră „de vară” și „iarnă” cu granulație fină; uneori, ca factor suplimentar, acţionează colorarea straturilor „de iarnă” cu material organic. De obicei, se formează în regiunile arctice sau alpine unde lipsa sau lipsa vegetației contribuie la intemperii mecanice intense . În perioadele de topire intensă a ghețarilor sau a stratului de zăpadă primăvara și vara, materialul cu granulație grosieră precipită cu formarea unui strat deschis la culoare. Iarna, pe de o parte, furnizarea de material cu granulație grosieră este redusă sau oprită, iar pe de altă parte, din cauza scăderii intensității mișcării apei într-un rezervor înghețat, materialul cu granulație fină, care era prezent anterior sub formă de suspensie , precipită . Sunt tipice pentru rezervoarele intraglaciare și periglaciare (lacuri sau bazine maritime) [2] .
Depozitele gurii unor râuri au aceeași natură. Ele sunt comune, de exemplu, în nordul Suediei, unde, din cauza ridicării rapide izostatice a scoarței terestre, depozitele estuarelor s -au dovedit a fi pe uscat, au fost erodate în procesul de inserare ulterioară a văii râului, ceea ce a făcut acestea disponibile pentru studiu [5] .
Sedimente în care stratificarea sezonieră este determinată de modificarea tipurilor dominante de sedimente organice, reflectând ciclul de viață al biotopului rezervorului. În timpul primăverii - începutul verii, diatomeele se reproduc în mod activ , apoi la sfârșitul perioadei de vară, algele verzi și albastru-verzi , în unele cazuri, secvența anuală închide re-înflorirea diatomeelor, care este diferită în compoziția speciilor de primăvară. În perioada toamnă-iarnă, se depun detritus organogenic de culoare închisă , formate din alge în descompunere, și detritus mineralogeni, formate din produse de intemperii , al căror flux este activat de precipitațiile maxime de iarnă . În perioada primăvară-vară, formarea de straturi de culoare deschisă are loc datorită depunerii de diatomee și, în unele cazuri, de calcit . Diatomeele sunt conservate prin acoperiri de silice insolubilă . Carbonatul de calciu intră în rezervor în formă dizolvată cu produsele intemperiilor chimice ale rocilor carbonatice . Precipitarea calcitului are loc parțial datorită creșterii concentrației în timpul evaporării vara, dar în principal datorită creșterii pH -ului rezervorului în timpul eliminării dioxidului de carbon dizolvat ca urmare a reproducerii active a fitoplanctonului . Distribuit în regiunile cu climă umed , unde predomină intemperii chimice [2] .
Depozite în care stratificarea sezonieră este determinată de precipitarea mineralelor dizolvate ( calcit , aragonit , gips , halit ) cu creșterea salinității și acidității corpurilor de apă datorită evaporării intense în perioada „de vară” (stratul ușor) și a influxului. a unui amestec de detritus mineralogeni și organogeni în perioada în care o cantitate mare de apă curge în perioada de „iarnă” mai puțin uscată (stratul întunecat). Distribuit în regiuni cu climă aridă și semi- aridă [2] .
În ciuda faptului că condițiile de formare a depozitelor cu stratificare sezonieră sunt larg răspândite, secvențele potrivite pentru cercetare sunt relativ rare, deoarece există o serie de factori care împiedică conservarea depozitelor stratificate formate:
Conservarea sedimentelor de fund cu stratificare sezonieră este favorizată de o suprafață mică a lacului în combinație cu o adâncime mare, precum și de condițiile anoxice care decurg din descompunerea materialului organic în straturile de fund, care nu permit dezvoltarea. de bentos [2] .
Condițiile de formare a sedimentelor cu stratificare sezonieră au apărut în epocile geologice anterioare. De exemplu, secvențe caracteristice bine conservate de depozite stratificate aproape glaciare corespunzătoare epocii glaciare permiene au fost găsite în Brazilia , iar sedimente precambriene , a căror vârstă este estimată la 650 de milioane de ani, au fost găsite în Australia [4] .
În funcție de vârstă, sedimentele de fund stratificate pot fi împărțite în:
Natura precipitațiilor nu permite întotdeauna o estimare fiabilă a numărului de straturi:
În cazurile în care straturile nu sunt suficient de colorate de contrast sau prea subțiri, se folosesc metode de cercetare microsedimentologică și micropaleontologică pentru a determina cu exactitate numărul lor [2] .
Prin natura lor, sedimentele de fund cu stratificare sezonieră sunt o scară cronologică naturală cu o rezoluție de un an. Dar o astfel de scară este relativă; stabilirea vârstei absolute a depozitelor este adesea problematică. Excepție fac depozitele a căror acumulare s-a oprit la un moment precis stabilit sau continuă până în prezent.
Vârsta absolută a sedimentelor stratificate poate fi determinată direct: în prezența materialului organic adecvat - prin metoda radiocarbonului , pentru sedimentele din rezervoarele aproape glaciare sărace în materie organică se folosesc metode de datare optică [14] .
Dar mult mai des, mai ales pentru argilele clasice cu bandă, problema determinării vârstei absolute se reduce la compararea unor straturi specifice ale secvenței studiate cu straturi ale altor secvențe pentru care se stabilește vârsta absolută. Din punct de vedere istoric, astfel de comparații au fost făcute pe baza stabilirii unei corelații între grosimea relativă a straturilor sezoniere din secvențele studiate. Atunci când se compară secțiuni îndepărtate una de cealaltă, această metodă nu este considerată destul de fiabilă și este completată de metode alternative, care se reduc la căutarea de urme ale evenimentelor de ghidare în secvențele studiate. Astfel de evenimente pot fi coborâri catastrofale ale lacurilor aproape glaciare îndiguite, însoțite de formarea unui strat „zburător” de grosime anormală și compoziție litologică. Un exemplu de astfel de eveniment este coborârea lacului glaciar baltic , care a făcut posibilă stabilirea unei corespondențe între scara geocronologică suedeză și o scară similară construită pentru argilele de bandă glaciară târzie din Finlanda . Evenimentele directoare pot fi cutremure, care pot fi datate cu precizie din cauza perturbărilor în straturile acumulate înainte de cutremur sau a erupțiilor vulcanice, care determină îmbogățirea straturilor sezoniere individuale în tefra . Cele mai importante rezultate, care au făcut posibilă revizuirea estimărilor absolute ale vârstei scării cronologice suedeze, au fost obținute prin aplicarea metodelor de magnetostratigrafie la argile în bandă din bazinul lacului Onega [14] [15] .
Posibilitatea verificării datelor privind cronologia sedimentelor de fund folosind metodele independente enumerate a crescut semnificativ fiabilitatea estimărilor obținute și a contribuit la popularizarea în continuare a unor astfel de studii în ultimele decenii [2] .
Sedimentele de fund stratificat pot fi utilizate pentru a determina vârsta evenimentelor precum cutremure, erupții vulcanice și tsunami , dinamica degradării calotei de gheață. De exemplu, a fost stabilit faptul că a avut loc un cutremur major pe teritoriul Suediei în toamna anului 10430 [K 5] ani în urmă. magnitudinea , estimată prin atenuarea urmelor sale în argile cu benzi pe o suprafață de 320 × 100 km, a fost de peste 8 puncte pe scara Richter . Metodele de varvocronologie fac posibilă datarea timpului și a duratei formării crestelor morene Oz și terminale , precum și rata ridicării izostatice a teritoriilor pe perioade scurte de timp. În special, pentru centrul Suediei, cu aproximativ 10 mii de ani în urmă, au fost obținute estimări unice ale ratei de ridicare de 40 cm/an [4] .
În plus, fiind o scară naturală discretă, sedimentele de fund stratificat fac posibilă cuantificarea modificărilor condițiilor naturale în timpul perioadei de acumulare a acestora: compoziția litologică și grosimea straturilor fac posibilă aprecierea schimbărilor climatice, a boabelor de polen și a scheletelor de diatomee găsite. în sedimentele de fund - despre modificări ale acoperirii vegetale și respectiv al rezervorului de salinitate [2] . Frecvența perturbațiilor cauzate de cutremure poate fi utilizată pentru estimarea modificării activității seismice în perioada de acumulare a straturilor sedimentare [4] , în mod similar, se poate estima și frecvența manifestărilor vulcanismului.
Straturile inferioare ale lacului Van din Turcia ajung acum 14.570 de ani [16] . Pentru regiunea Eifel , conform sedimentelor de fund, a fost stabilită cronologia ultimilor 23.000 de ani (Meerferld Maar , de: Meerfelder Maar , Holzmaar, de: Holzmaar ) [17] , pentru lacurile Japoniei - pentru 45.000, iar pentru Marele Lac Monticchio pe de: Monte Vulture în sudul Italiei - timp de 76.000 de ani.