О тупиковой ситуации в четвертичной геологии и палеогляциологии
Статья опубликована в Материалах Международной Конференции «Дистанционные и наземные исследования Земли в Центральной Азии», организованной Центрально-Азиатским институтом прикладных исследований Земли (ЦАИИЗ) Бишкек, Кыргызстан, 8-9 Сентября, 2014
О тупиковой ситуации в четвертичной геологии
и палеогляциологии и как из нее выйти
В.И. Шатравин
Тянь-Шаньский высокогорный научный центр ИВПиГЭ НАН КР.
E-mail: shatravin@yandex.ru
Решение многих прикладных задач четвертичного периода связано со стратиграфическим расчленением и палеогляцио-климатическими реконструкциями антропогена. Важнейшими из этих задач являются долгосрочное прогнозирование климатических и ледниковых изменений и пространственное прогнозирование экзогенных геологических процессов и сейсмотектонической активности.
Результаты исследований четвертичной геологии и палеогляциологии полны противоречий, а сами предметы изучения отличаются сложностью и запутанностью. В связи с этим не представляется возможным правильно и однозначно выполнять стратиграфические построения и геологические корреляции, а также - реконструировать гляциально-климатические изменения четвертичного периода.
В основе стратиграфического расчленения четвертичного периода лежит климато-стратиграфический подход с ориентацией на эпохальные плейстоценовые оледенения. При этом в палеогляциологии и четвертичной геологии (как в горных, так и в равнинных областях) результаты исследований подтягиваются под классическую альпийскую гляциальную модель Пенка-Брюкнера, в основе которой лежит четырехкратное плейстоценовое оледенение. Несмотря на то, что эта схема не имеет надежной хроностратиграфической основы и она все более не находит подтверждения, является по сути дезинформирующей, исследователи кладут ее в основу своих стратиграфических построений, при этом давая лишь местные названия выделяемым стратотипам вместо альпийских «гюнц», «миндель», «рисс», «вюрм».
D. Bowen так объясняет причины противоречий в четвертичной геологии и палеогляциологии: «В действительности исследователи четвертичного периода, как правило, не подбирают соответствующие друг другу данные, чтобы построить на их основе теорию, а наоборот, насильно вгоняют их в рамки существующей теории»[1]. Подобную тенденцию – постоянно подтверждать открытия, сделанные при недостаточном объеме данных, N.Watkins назвал синдромом подкрепления, приведя в качестве примера классическое четырехчленное деление плейстоцена в Альпах: «В результате такого подхода названия нередко даются событиям, установленным вдали от районов, где они впервые применены, и корреляция осуществляется путем заполнения пустующих клеток в классификационной таблице»[24].
Результаты изотопно-кислородных исследований глубоководных океанических осадков, которые, как считается, сделали прорыв в палеоклиматологии и четвертичной геологии и рассматриваются как информационный взрыв, далеко не однозначны и полны противоречий. Это связано с множеством допущений, лежащих в основе методов, и теоретических предположений [1]. Основными недостатками этих исследований являются очень низкая информативность изучаемых субстратов, большой разброс показаний и невозможность выполнять детальную палеоклиматическую реконструкцию. Вариации изотопно-кислородного показателя, по которому реконструировали гляциально-климатические условия плейстоцена при изучении глубоководных осадков, весьма незначительные - они не превышали 1,5% [3]. Считается уже общепризнанным, что по результатам океанических исследований невозможно сделать обобщение, точно охарактеризовать какую-либо конкретную ситуацию в климатическом отношении, невозможно для какой-либо местности перевести изотопно-кислородные данные в климатические параметры. Этим объясняется невозможность корреляции климатических эпизодов на континентах со стадиями, выявленными по изотопам кислорода в океанах.
Не находит подтверждения и всемирно известная модель Миланковича об орбитальных причинах климатических и ледниковых изменений на Земле. Результаты изучения наземных и океанических осадков, привязанные к орбитальным циклам этой модели, выглядят как искусственное подтягивание под эту модель.
Состояние дел в четвертичной геологии и палеогляциологии можно наглядно охарактеризовать следующим образом: «На конгрессе ИНКВА еще в 1957 г. констатировалось, что на запросы о стратиграфической шкале четвертичного периода, посланные в 22 страны, было получено 22 различных ответа». До настоящего времени ситуация существенно не улучшилась. Безусловно, это результат глубоких противоречий в данных областях науки. Тянь-Шань и Памир являются яркими тому примерами. Наглядным является то, что для этих районов, как и для других регионов Мира, неоднозначно устанавливается даже число плейстоценовых оледенений. Например, в Тянь-Шане различными исследователями обнаруживались следы от одного до 7 плейстоценовых оледенений. Существующие для этих районов стратиграфические схемы четвертичного периода противоречивые. Не представляется возможным создание унифицированных схем не только на межрегиональном и региональном, но и на местном уровне. Именно по этой причине в Средней Азии до сих пор действует принятая на Межведомственном стратиграфическом совещании около 50 лет т. назад только Рабочая стратиграфическая схема. Альтернативы этой схеме пока нет.
В настоящее время имеются весьма противоречивые палеогляциологические модели, в том числе и по голоцену. Для плейстоцена до сих пор однозначно не установлено число древних оледенений и масштабы их проявлений. Нет единого мнения и о том, что из себя представляет голоценовое оледенение – либо это неогляциал, либо реликт позднеплейстоценового оледенения. Имеют место такие крайности, как:
- модель стадиального распада голоценовых ледников, согласно которой, голоценовое оледенение – это реликт позднеплейстоценового оледенения, распавшегося в виде 8 стадий [21, 12, 8];
- и модель их квазистационарного состояния, предполагающая относительную стабильность климата в голоцене [13].
Все это подтверждает наличие глубоких противоречий на этих научных поприщах.
Причины противоречий
Предыдущими исследованиями автора были вскрыты следующие основные причины сложностей и противоречий, имеющих место при палеогляциологических реконструкциях и климато-стратиграфическом расчленении квартера в высокогорных областях:
1– неверные исходные позиции исследователей;
2– отсутствие надежных абсолютных датировок морен.
1. О неверных исходных позициях. При палеогляциологических реконструкциях и стратиграфическом расчленении четвертичного периода исследователи изначально встали на неверные исходные позиции и продолжают оставаться на них в настоящее время: в качестве основных климато-стратиграфических реперов высокогорных районов они используют не только истинные морены, но и псевдоморены, ошибочно принимая последние за морены и совершенно неверно оценивая их возрасты.
На примере Тянь-Шаня, Памира, Кавказа, Гималаев и Анд на основе разработанных им количественных геохимических и гранулометрических фациально-литологических (иначе - генетических) показателей было установлено, что все морфо-литологические образования горных районов, традиционно принимаемые за ранне– и среднеплеплейстоценовые морены, а также значительная часть таких образований, принимаемых за позднеплейстоценовые морены, на самом деле являются позднеплейстоцен-голоценовыми псевдоморенами (в сводном стратиграфическом разрезе они занимают положение между позднеплейстоценовыми и голоценовыми моренами), истинный генезис которых гравитационный и представлены они пространственно развитыми специфическими оползнями. Такой вывод был сделан на основании установленных им закономерностей гляциального (с образованием морен) и гравитационного (с образованием псевдоморен) литогенезов. В частности, было установлено, что гляциальный и гравитационный типы литогенеза протекают в диаметрально противоположных геохимических условиях: первый из них - в восстановительных геохимических условиях, второй – в окислительных. В некоторых случаях исследователи за плейстоценовые морены принимают обвальные, аллювильно-пролювиальные и др. отложения.
Примеры истинных морен и псевдоморен в фотографиях
На прилагаемых фото использованы следующие символы: gl Ps III - позднеплейстоценовые морены; gl Hs - голоценовые морены; gr Ps III-Hs– псевдоморены в виде деляпсивных, то есть оползневого типа, гравитационных образований позднеплейстоцен-голоценового возраста, сокращенно - gr(dl). Стрелками показано направление и область срыва (оползания) полигенетических склоновых отложений и (или) коренных пород, образовавших псевдоморены.
Рис.1. Морены и псевдоморены в долине р. Чон-Ак-Суу (хр. Кунгей-Ала-Тоо, Сев. Тянь-Шань).
С традиционных позиций, изображенные на данном фото grPsIII-Hs - это среднеплейстоценовые морены. Именно так отображено на геологических картах Кирг. ССР (в частности, на карте четвертичных отложений бассейна р. Чон-Ак-Суу [5]), в научных статьях [6] и в производственных отчетах ПО «Кыргызгеология». Для объяснения столь большой мощности этой «среднеплейстоценовой морены» (только видимая в эрозионном врезе мощность – до 150 м) при весьма незначительном (не более 3-4 км) удалении от исходных для «морены» каров исследователи придумали загадочный термин «морена напора»[6]. Автором было выполнено детальное фациально-литологические изучение изображенных на фото морен и псевдоморен с применением количественных геохимических и гранулометрических показателей их отложений, на основании чего был сделан вывод о принадлежности этих отложений именно к тем генетическим типам, которые указаны на данном фото [15].
Рис. 2. Псевдоморены Алайской долины (Сев. склон Заалайскиого хребта, Сев. Памир).
С традиционных позиций, изображенные на данном фото псевдоморены (местное название соответствующего рельефа - чукуры) – это позднеплейстоценовые морены. Именно так значится на геологических картах (в том числе – и на карте четвертичных отложений) Кирг. ССР и в научных статьях, например, в [7, 11]. Согласно результатам фациально-литологического изучения автора, это типичные деляпсивные гравитационные образования за счет массового сползания с отрогов Заалайского хребта полигенетических склоновых отложений и нескальных коренных пород (в данном случае – это исключительно породы палеогенового и мелового возрастов) [26].
Рис. 3. Псевдоморены в приустьевой части р. Муксуу (на стыке хребтов Зааалайский и Петра I, Сев.- Зап. Памир.).
На данном фото обозначенное символом gr(dl) принимается за классические конечные и береговые плейстоценовые морены ледника Федченко [7, 10, 2, 4]. Причем, мнения авторов расходятся в оценке возраста: одни из них считают эти «морены» позднеплейстоценовыми, другие – среднеплейстоценовыми. Террасы выдаются за эфемерные террасы оседания «береговой морены». Для отложений террасированных «морен» получена RTL - датировка 260 тыс. лет [2], якобы отвечающая среднему плейстоцену. Согласно результатам исследований автора, это псевдоморены позднеплейстоцен-голоценового возраста в виде огромных оползней, блокировавших р. Муксу; террасы – это ступенчатые эрозионные террасы, образовавшиеся при размыве оползней рекой Муксу [26, 23].
Рис. 4. Морены и псевдоморены в долине р. Кхумбу (Гималаи).
Автором был сделан вывод о принадлежности показанных на фото отложений к соответствующим генетическим типам (показаны генетическими индексами) на основании полевого обследования с отбором образцов на геохимические и гранулометрические анализы.
2. О ненадежности абсолютных датировок морен. Подробно об этом автором изложено в
[25, 9, 19]. В данном случае целесообразно изложить это в виде следующих тезисов.
Традиционно применяемые физические методы абсолютного датирования (14С, TL, RTL, OSL и 10Ве) не позволяют получать надежные возраста морен. Датирование псевдоморен, ошибочно принимаемых за морены, приводит еще и к дезинформации, что значительно искажает истинную стратиграфическую и палеогляциологическую картину.
Радиоуглеродное (14С) датирование морен. Этим методом собственно морены не датировали, потому что в моренах не обнаруживалось необходимое для этого автохтонное органическое вещество, и даже не предполагалась возможность нахождения его там. В связи с этим все имеющиеся в мире радиоуглеродные датировки морен были получены исключительно по аллохтонному органическому веществу, либо по автохтонному, но обнаруженному не в самих моренах, а в смежных с ними отложениях иного, не гляциального генезиса. При этом всегда остается не решенным вопрос – насколько полученные датировки моложе или древнее самой морены.
Термолюминисцентное (TL) датирование морен. Термолюминисцентные датировки морен (а также полученные методами RTL и OSL, которые представляет собой разновидность TL метода) следует признать далеко не достоверными по следующим причинам:
- TL метод датирования находится в стадии разработки и разрабатывался он исключительно для лессовых и дюнных отложений;
- по данным межлабораторного контроля, этот метод дает погрешности до 300-400 и более процентов [20, 22];
- кроме разброса датировок, имеет место значительное завышение (может достигать более чем в 10 раз) возрастов относительно 14С датировок [4].
Метод космических изотопов (10Ве). Непригодность этого метода для датирования морен также, как TL, RTL и OSL методов, обусловлена неопределенностью «нуль-момента». Главный и совершенно непреодолимый недостаток этих методов датирования – неопределенность «нуль-момента», с которого исчисляется время захоронения от лучистой космической энергии материала для такого датирования - кварцевых или же полевошпатовых зерен в обломочном материале морен. В связи с этим никакие усовершенствования этих методов не позволят получать достоверные датировки морен.
Во всех случаях датирование псевдоморен, ошибочно принимаемых за морены, приводит к дополнительной дезинформации. Многочисленные тому примеры автором могут быть приведены как по Тянь-Шаню, так и по Памиру.
О тупиковой ситуации в четвертичной геологии и палеогляциологии
В связи с использованием в качестве климато-стратиграфических реперов псевдоморен, ошибочно принимаемых за морены, а также - недостоверных и дезинформирующих датировок морен четвертичная геология и палеогляциология оказались без надежных климато-стратиграфических реперов, без чего дальнейшие исследования в этих областях исследований бесперспективны. Это дает основание считать, что таким образом четвертичную геологию и палеогляциологию загнали в тупик.
Как устранить причины противоречий и вывести из тупика четвертичную геологию и палеогляциологию?
Подробно об этом автором изложено в [18, 25, 9, 15, 26, 16, 17], здесь - в виде тезисов.
1. Различение морен и псевдоморен. Для различения истинных морен от псевдоморен горных районов автором получены надежные генетические признаки этих отложений в виде следующих количественных фациально-литологических показателей:
- окисно-закисный коэффициент по железу К = Fe2O3/FeO мелкоземистого заполнителя отложений;
- степень глинистости S = <0,005/(1-0,005) мелкоземистого заполнителя отложений -
соотношение процентного содержания фракций <0,005мм и 1 - 0,005 (мм), где <0,005мм – глинистая фракция, 1 - 0,005 (мм) – область мономинеральных частиц, не подвергающихся дальнейшему дроблению при физическом выветривании.
Кроме количественных показателей, автором найдены дополнительные генетические показатели истинных морен и псевдоморен в виде соответствующих текстурно-структурных, морфо-литологических и лито-стратиграфических признаков.
2. Определение надежных абсолютных возрастов морен. Для получения надежных абсолютных возрастов морен автором отработан способ радиоуглеродного датирования морен с использованием автохтонного органического вещества. В моренах им обнаружена автохтонная гляциохионофильная (специфическая ледниковая) тонкодисперсная органика, рассеянная в моренном мелкоземе; установлена ее природа и показаны возможности использования этой органики для датирования морен.
На пути к разрешению проблемы. Наши предложения.
Всем заинтересованным в разрешении вышеуказанной проблемы предлагаем принять участие в полевых исследованиях Тянь-Шаньского высокогорного научного центра. Это участие может быть в виде вводно-ознакомительных экскурсий по репрезентативным объектам изучения в горах Тянь-Шаня и Памира. Что будет при этом показано:
· на конкретных объектах будет продемонстрировано надежное распознавание морен и
псевдоморен с применением разработанных автором генетических признаков этих отложений;
· возможности выполнять региональные и межрегиональные геологические и
палеогляциологические корреляции четвертичного периода на основе установленной
закономерности в парагенезисе морен и псевдоморен с аллювиально-пролювиальными
отложениями конусов выноса и речных террас;
· на конкретных примерах будет показана непригодность традиционно применяемых физических
методов датирования морен, а также – имеющая при этом место дезинформация;
· свидетельства того, что в горах Тянь-Шаня и Памира было только одно плейстоценовое
оледенение, проявившееся в позднем плейстоцене и распавшееся стадиально по принципу затухающего колебания;
· морфологически выраженная закономерность стадиального распада голоценового оледенения,
происходящего по принципу затухающего колебания;
· свидетельства того, что между позднеплейстоценовым и голоценовым оледенениями было
глубокое межледниковье, к которому была приурочена эпоха массового гравитационного литогенеза с образованием псевдоморен, проявившегося в виде природных катаклизмов;
· продемонстрирован способ отбора образцов из морен для получения надежных
радиоуглеродных датировок по автохтонной органике;
· возможности оценки сейсмотектонической активности конкретных районов по степени
развития псевдоморен;
· возможности пространственного прогнозирования селевых потоков по фациально-
литологическим показателям селеформирующих отложений.
Литература
1. Боуэн Д.. Четвертичная геология. М.: Мир, 1981. 272 с.
2. Власов В.К., Куликов О.А., Никонов А.А. Первые данные о возрасте ледниковых комплексов Памира по данным РТЛ-анализа // Докл. АН СССР. 1984. Т. 274, Т 6. С 1424- 1433.
3. Джон. Б. Зимы нашей планеты. Москва: Мир, 1982. С 240-242.
4. Каплин П.А., Леонтьев О.К., Рычагов Г.И. и др. Хронология и палеогеография
плейстоцена Понто-Каспия (по данным абсолютного датирования). // Палеогеография и
отложения плейстоцена южных морей СССР. М. «Наука», 1977.– с. 33-68.
5. Карта четвертичных отложений Киргизской ССР м-ба 1: 100 000, составленная
Н.В. Макаровым, В.И. Макаровым, Л.И. Соловьевой, Л.И. Турбинным и др.
МинГео СССР, Упр. Геологии Кирг. ССР, Мин-во высш. и средн. спец. обр-я
СССР, МГУ. (1969).
6. Качаганов Ш.К., Сыдыков Дж. Древнее оледенение бассейна р. Чон-Ак-Суу // Динамика и
режим современного и древнего оледенения Тянь-Шаня.-Фрунзе,- 1977, - С. 62-77.
7. Лоскутов В.В., Трофимов А.К. Древнее оледенение Северного Памира//Новые данные по
геологии Таджикистана. Душанбе, 1971. Вып. 1. С 13-74.
8. Максимов Е.В. Ледниковое прошлое хребта Киргизский Алатау. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 184 с.
9. Маматканов Д.М., Шатравин В.И., Тузова Т.В. Что мешает сделать долгосрочный
прогноз климата и оледенения? // Сборник научных трудов № 65, посвященный памяти
академика Ц.Е. Мирцхулава. Тбилиси – 2010. С. 159 – 163.
10. Марков К.К. О проблеме древнего оледенения гор Средней Азии. Пробл. Физ. Географии, 4,
1937.
11. Минина Е.А., Борисов Б.А. Стратиграфия четвертичных отложений Восточного Памира и
Алайской долины // Тр. ВСЕГЕИ. Н.С. 1978. Т.297. С. 76 – 79.
12. Озера Тянь-Шаня и их история. Л.: Недра, 1980, С.232.
13. Соломина О.Н. Горное оледенение Евразии в голоцене. Москва. Научный мир, 1999. 263 с.
14. Чедия О.К., Васильев В.А. О характере и возрасте древнего оледенения северного склона
хребта Петра I – го // Труды Тадж. ФАН СССР, 1969, т. 28, вып. 1.
15. Шатравин В.И. Фациально-литологические особенности четвертичных отложений
высокогорья Северного Тянь-Шаня. Автореферат дис. к. г-м. н. Институт геологии НАН РК.
– Бишкек, 1992.- 21 с.
16. Шатравин В.И..Фациально-литологическая типизация основных генетических
генераций четвертичных отложений высокогорных зон // Геология кайнозоя и
сейсмотектоника Тянь-Шаня. - Бишкек, 1994а, – С. 3-15.
17. Шатравин В.И. Основные закономерности гляциального и гравитационного типов
литогенеза горных районов // Геология кайнозоя и сейсмотектоника Тянь-Шаня. –
Бишкек, 1994б,- С. 15-26.
18. Шатравин В. И. Реконструкция плейстоценового и голоценового оледенений Тянь-Шаня с
новых исходных позиций // Климат, ледники и озера: путешествие в прошлое. Бишкек. «Илим», 2007 г. С. 26-46.
19. Шатравин В.И. Радиоуглеродное датирование морен по рассеянной органике // Климат,
ледники и озера: путешествие в прошлое. Бишкек. «Илим», 2007 г. С.74-92.
20. Шлюков А. И., Восковская Л.Т., Лященко М.Г. (Геофак МГУ, г. Москва); Шаховец
С.А. (ТИГ ДВО АН СССР, г. Владивосток); Шейкман В.С. (ТГУ, г. Таллин). Прогресс
новой ТЛ технологии на Русской равнине. // Материалы Всесоюзного совещания по
геохронологии четвертичного периода. Москва, 1990 г.
21. Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков северного
полушария//Записки ГО СССР. М-Л. 1957. Новая серия. Т.16. 337 с.
22. Я.-М. К. Пуннинг, В.К. Власов, О.А. Куликов и др. Первый опыт и результаты
межлабораторного контроля термолюминисцентного датирования лессовых пород на
примере опорного разреза Чарвак. В сб. «Геохронология четвертичного периода. М.,
«Наука» 1992. Труды Комиссии по изучению четвертичного периода РАН.
23. Shatravin V.I. Reconstruction of the Pleistocen and Holocene glaciations of the Tian-
Shan and Pamir: new results // Pamir and Tian- Shan: Glacier and Climate Fluctuations
during the Pleistocene and Holocene. International Workshop, July 22-23, 2000. Institute of
Soil Science and Soil Geography, Univ. of Bayreuth, Germany.
24. Watkins N.D. Geomagnetic Polarity Events and the Problem of «The Reinforcement
Syndrome», Comments on Earth Sciences – Geophysics, 2, 36 – 43, 1971.