СИБИРСКИЕ ГЕОЛОГИ: ДАТИРОВКИ ЛЕДНИКОВЫХ СОБЫТИЙ АЛТАЯ НУЖНО ПЕРЕСМОТРЕТЬ
22.05.2018
Источник: «Наука в Сибири», 22 мая 2018
Возраст древних оледенений
Алтая в действующей региональной стратиграфической схеме обоснован небольшим количеством
дат. Все они получены в прошлом веке по кварцу из моренных отложений с
использованием термолюминесцентного метода датирования. Исследование ученых Института
геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН показало, что для ледниковых
отложений этот метод, как правило, не работает из-за того, что минерал-хронометр
недостаточно времени проводит на солнце и сохраняет информацию о более древних
событиях. Статья об этом опубликована в журнале Geochronometria.
Региональная стратиграфическая схема
показывает возрастные соотношения геологических пород в пределах крупного
региона с общей геологической историей. Ледниковые и межледниковые отложения Алтая
отражены в региональной стратиграфической схеме четвертичных отложений
Алтае-Саянской области. Морены — несортированные обломочные отложения,
перенесенные и отложенные ледниками. Это могут быть как каменные глыбы, так и
песок и глины.
Геология — наука историческая, и время в ней является
одним из основных параметров. Только после того, как определен хронологический
порядок и длительность «записанных» в породах и рельефе геологических событий,
можно устанавливать или отвергать причинно-следственные связи между ними.
Однако датирование морен дело непростое. Если отложения сохранили свою форму в
рельефе, то по степени ее сохранности можно сказать, какое из оледенений
произошло раньше, а какое — позже. Это метод относительного датирования: он
помогает выстроить цепь событий, но не отвечает на вопрос — когда же именно они
произошли. Для этого существует целый ряд методов численного определения
возраста, которые позволяют привязать установленную последовательность
геологических событий к шкале календарного времени.
«Разработка этих методов стала возможной только
с развитием физики, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории
литогеодинамики осадочных бассейнов ИГМ СО РАН кандидат
геолого-минералогических наук Анна Раульевна Агатова. — Часто их называют методами
абсолютного датирования, хотя это не совсем верно: все-таки каждый из методов
имеет вполне определенную точность, и мы считаем получаемые даты абсолютными,
т.е. календарными, с некоторой оговоркой. Разные типы отложений датируют разными
методами, что зависит от физической основы каждого метода, при этом морены,
пожалуй, наиболее сложны в этом отношении.
В отличие от соседней вулканически активной Тувы
в моренах Алтая отсутствуют хорошо датируемые пепловые или базальтовые прослои,
поэтому мы не можем привлечь датирование по урановым рядам или по изотопам
аргона. Для использования радиоуглеродного метода в основном нужен органический
материал: почвы, торфы, останки растений и животных. Понятно, что в отложениях,
которые накапливались в периоды масштабных оледенений, они встречаются
чрезвычайно редко. Да и возраст большинства древних морен находится за
пределами возможностей этого метода, они просто старше 50 тыс. лет».
В этих обстоятельствах для датирования «немых»
(то есть таких, где отсутствует палеонтологический материал) ледниковых толщ
Алтая в последней четверти прошлого века был опробован люминесцентный метод.
Принцип датирования таков: после попадания в отложения в минералах-хронометрах
— кварце и полевом шпате — под воздействием ионизирующей радиации окружающих
пород появляются свободные электроны, которые накапливаются в дефектах
кристаллической решетки («электронных ловушках») этих минералов. В лаборатории
под воздействием нагрева или света с определенной длиной волны электроны покидают
ловушки, вызывая люминесценцию. Ее измеряют, и, зная величину радиационного
фона в месте отбора образца, вычисляют время, в течение которого
минерал-хронометр находился в погребенном состоянии. В зависимости от того,
каким образом проводят стимулирование зерен кварца или полевого шпата в
лаборатории — нагревом или облучением светом — различают термически и оптически
стимулированную люминесценцию (ТЛ и ОСЛ). Существенная деталь: чтобы вычислить
время нахождения минерала-хронометра в отложениях, возраст которых мы
собственно и определяем, перед попаданием в эти отложения должна произойти его
полная «засветка» под солнечными лучами. Только в этом случае счетчик времени в
природном хронометре «обнуляется».
«Это условие легко выполняется для эоловых отложений,
формируемых ветром, но исследователь никогда не может быть уверен, что песчаные
прослои в толщах ледниковых отложений, из которых мы отбираем образец для датирования,
откладывались на дневной поверхности, а не в подледных условиях, — говорит Анна
Агатова. — Если же зерно не прошло необходимой «засветки», оно продолжает
хранить часть информации из «прошлой жизни», и датирование даст ложные представления
о возрасте морен. Кстати, возможно, именно неполной засветкой зерен кварца
может объясняться расхождение термолюминесцентных дат и палеонтологических
определений возраста некоторых древних слоев во всемирно известной Денисовой пещере
на Алтае, где новосибирские археологи обнаружили останки новой популяции
древнего человека. Ведь в пещерах, как и в ледниках, может не произойти
обнуления «счетчика времени» в минерале-хронометре».
В геологии
исследователи очень долго работали исключительно относительными методами —
выявляли последовательность и количество геологических событий по тем следам,
которые они оставили в отложениях и рельефе. Основой определения относительного
возраста пород была палеонтология. О методах абсолютного датирования можно было
только мечтать. Потом появились эти методы, и были получены первые единичные
даты, которые сразу легли в основу стратиграфических схем и палеогеографических
реконструкций. Но постепенно количество дат увеличивалось, и они уже совсем не
так красиво встраивались в эти первые схемы, а потом и методов стало больше. И
теперь мы очень часто сталкиваемся с ситуацией, когда необходимо понять причину
разброса дат, полученных для одного и того же объекта разными методами.
Исследование проходило на территории бассейна
реки Чаган-Узун. Ученые провели картографирование морен разной степени
сохранности и подтвердили: на территории Алтая было как минимум две эпохи
крупных оледенений. Соответственно, они предположили, что в отложениях опорного
разреза Чаган, расположенного в пределах бассейна, также может быть отражено не
менее двух таких периодов.
«Мы отобрали серию образцов кварца и отправили
разные их части в разные лаборатории, в которых использовались разные методики
термолюминесцентного метода. В результате получили разные даты, иногда
отличающиеся на порядок. Кроме того, данные, рассчитанные даже в одной и той же
лаборатории, слабо согласовывались со стратиграфической последовательностью
образцов в разрезе. Например, для вышележащих слоев (которые всегда моложе
нижележащих), мы получили более древние даты. Такой разброс показал, что
физическая основа термолюминесцентного метода не подходит для датирования
ледниковых отложений. К тому же, когда позднее мы провели совместные
исследования с коллегами из Института геологии и палеонтологии Университета
Инсбрука (Австрия), оказалось, что и кварц из этого разреза не подходит для
такого анализа. По всей видимости, кварц попал в морены сразу из коренных
кристаллических пород, слагающих склоны и днища ледниковых долин. А значит, частицы
кварца испытали лишь небольшое количество циклов: эрозия — транспортировка —
захоронение в осадке, и их кристаллическая решетка обладает недостаточным количеством
«электронных ловушек», т.е. емкость таких хронометров мала. Подчеркну, что все
датировки, на которые опирается региональная стратиграфическая шкала, выполнены
именно по этому минералу и именно ТЛ методом. А это ставит под сомнение и
определения возраста оледенений Горного Алтая, и корреляцию с древними
оледенениями других регионов Сибири», — отмечает исследовательница.
Тогда ученые решили использовать для датирования
алтайских морен другую, более чувствительную разновидность люминесцентного
метода — оптически стимулированную люминесценцию (ОСЛ). В отличие от ТЛ ловушек
ОСЛ ловушки обнуляются полностью, что не создает неопределенности при расчете
возраста. Но основное преимущество ОСЛ — им можно датировать отложения, которые
испытали значительно более краткое экспонирование на солнечном свету: 10 секунд
для кварца и 9 минут для полевого шпата вместо 20 часов в случае ТЛ метода, а
это особенно важно при исследовании морен. В ходе эксперимента, проведенного в
Университете Инсбрука, было установлено, что люминесценция кварцевых образцов
при стимулировании инфракрасным излучением обеспечивается в основном
микровключениями полевого шпата. В результате было принято решение об
использовании для датирования, несмотря на незначительное содержание, зерен
полевого шпата. +
«Мы получили несколько дат, но пока их мало,
чтобы дать окончательный ответ на вопрос о количестве и возрасте древних оледенений
Алтая, — говорит Анна Агатова. —Делать окончательные выводы рано, но удачный
эксперимент показал направление дальнейшей работы. Очевидно, что существующая
стратиграфическая схема должна быть пересмотрена, и это дело будущих геохронологических
исследований».