Геология четвертичных отложений / КУРС ЛЕКЦИЙ / QUARTER LAST

Отложения гляциальной формации накапливались во время оледенений на территориях, занятых ледником. Представлены совокупностью моренных, потоково- и озерно-ледниковых образований.

Отложения перигляциальной формации также возникали в ледниковые этапы, но за пределами распространения ледников – в перигляциальной зоне. Среди перигляциальных осадков наиболее развиты криоаллювиальные, лессовидные и эоловые песчаные, озерно-ледниковые и озерные, а также криогенные делювиальные и пролювиальные отложения.

Отложения термогенной формации соответствуют теплым этапам: межледниковьям и голоцену. Для них типичны насыщенные органикой болотные, озерные, аллювиальные, элювиальные, делювиальные и прочие накопления, и сегодня возникающие на территории Беларуси.

Огромные сложности в стратиграфическом расчленении четвертичной толщи создаются невыдержанностью горизонтов по простиранию и мощности, пестротой генезиса и литологического состава, почти повсеместной гляциодислоцированностью и отсутствием разрезов, охватывающих весь комплекс разновозрастных отложений. Эти проблемы обуславливают поливариантность мнений о стратиграфии квартера, истории развития территории. В соответствии со стратиграфической схемой, предложенной авторами последнего обобщающего труда по геологии Беларуси [7], в главе 7 будут рассмотрены события, происходившие на просторах республики в четвертичное время.

Контрольные вопросы

§Перечислите типы ледников и типы движимой морены.

§Каковы закономерности распределения ледниковых отложений в разрезе?

§Какие экзогенные силы господствовали на территориях ледниковых и внеледниковых зон во время ледниковых и межледниковых этапов?

§Какие отложения свидетельствуют о стадийности развития ледников?

§Как изменялось строение осадочного чехла и рельефа к концу каждого оледенения и межледниковья?

§Какие отложения свидетельствуют о господстве перигляциальных условий?

§Отложения каких формаций накапливались на территориях разных зон в разные климатические этапы?

5.СТРАТИГРАФИЯ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

5.1. Принципы и проблемы стратиграфии квартера

73

Стратиграфическое расчленение отложений квартера является одной из главнейших проблем геологии четвертичных отложений. Объясняется это многими причинами, среди которых выделяется все еще недостаточная изученность четвертичной толщи. Сочетание частой и кардинальной смены климата и геологических процессов с одной стороны, и малой продолжительности четвертичного периода с другой предполагают выделение слишком коротких временных отрезков. Настолько коротких, что аналогов им по продолжительности во всех предыдущих геологических периодах нет. Следовательно, от специалистов требуется высочайшее внимание при исследовании залегания и состава отложений квартера. По-прежнему дискуссионными остаются вопросы о количестве и стратиграфических рангах отложений теплых и холодных этапов, продолжительности квартера, границах распространения ледниковых покровов. В деле восстановления глобальной истории четвертичного периода колоссальные трудности создает обилие местных стратиграфических схем.

Выделение этапов осадконакопления и определение их таксономического ранга опирается на три фундаментальных стратиграфических принципа: историко-тектонический, биостратиграфический и климатостратиграфический.

Историко-тектонический принцип применим для обоснования стра-

тиграфических таксонов крупнейшего ранга: эонотем и эратем, на протяжении которых совершались тектонические перестройки глобального значения. К числу таких перестроек нужно отнести тектонические эпохи объединения и разделения материков, складкообразования, гигантских по продолжительности и масштабам морских трансгрессий и регрессий. Время накопления соответствующих отложений составляет не менее 67 млн. лет (табл. 3) – применение данного принципа для стратиграфии квартера оказывается невозможным.

Биостратиграфический (палеонтологический) принцип опирается на изучение окаменелостей, признавая факт последовательной смены живых организмов в истории Земли. Иными словами, находки руководящих животных позволяют надежно выделять совокупности слоев рангом не ниже звена, то есть продолжительностью не менее 200 тыс. лет. Объясняется это тем, что в слоях, формировавшихся за меньшее время, не удается обнаружить новых видов, получивших планетарное распространение и руководящее значение. Поскольку 95 % объема осадочных пород территории суши имеют морское происхождение, то почти все руководящие окаменелости являются остатками морских организмов, а именно – беспозвоночных. Вместе с тем известно, что в четвертичном периоде крупных морских

74

трансгрессий не происходило, а значит наиболее доступными для исследований оказываются сравнительно редко встречающиеся и фрагментарные остатки сухопутных обитателей. А среди них также не выявлено обилия широко распространенных форм, позволяющих детально расчленить последний отрезок жизни планеты.

Климатостратиграфический принцип основывается на выделении горизонтов, формировавшихся в разных климатических условиях. Так как отличительной чертой квартера явилась периодичность смены теплых и холодных этапов, то данный принцип и является основополагающим в стратиграфии четвертичных отложений.

Среди методов, позволяющих реконструировать палеогеографические условия осадконакопления, прежде всего надо назвать палеонтологические, литолого-петрографические, геоморфологические и палеопедологический. Необходимо отметить, что для создания единой стратиграфической схемы исключительную роль должно сыграть углубленное изучение четвертичных осадков дна океана, в которых просто не могут не запечатлеться следы глобальных климатических трансформаций. И, наконец, что наиболее достоверные результаты могут быть получены лишь при комплексном использовании самых разных методов.

Первым важнейшим вопросом стратиграфии остается объем четвертичной системы, то есть проблема продолжительности квартера. Граница между четвертичной системой и неогеновой разными специалистами и в разные годы проводилась неодинаково. Рассмотрим проблему соответственно принципам стратиграфии.

1.Если следовать тектоническому принципу, то рубеж неогена – квартера можно пытаться проводить лишь в самых молодых горно-складчатых сооружениях. Тогда граница пройдет по верхнему угловому (структурному) несогласию: четвертичные слои должны залегать горизонтально или наклонно над смятыми в складки слоями неогена. При таком подходе необходимо жестко ограничить альпийскую складчатость палеогеном и неогеном – признать, что к началу квартера альпийский орогенез завершился.

2.При использовании биостратиграфического принципа возможны два варианта решения проблемы. О первом из них уже говорилось ранее – определить нижнюю границу четвертичного периода сложно, поскольку органический мир Земли за это время не испытал существенных изменений. Второй вариант предполагает, что такие изменения все же имели место: одни виды животных и растений вымерли, другие появились, наконец, на планете появился человек. В этом случае продолжительность квартера соответствует возрасту древнейших находок ископаемого человека. Одна-

75

ко и здесь все далеко не просто – необходимо условиться, останки каких именно гоминид принадлежат собственно человеку. Если этим человеком считать австралопитеков, то начало квартера отодвинется на 5,5 млн. лет, если человека умелого – на 2,65 млн. лет – в обоих случаях резко сократится плиоцен. Если же человеком считать человека разумного, то, во-первых, продолжительность квартера резко сократится, а во-вторых, опять-таки возникает вопрос – от какой именно формы Homo sapiens следует начинать отсчет? Если от архаичной, то возраст оценится в 300 тыс. лет, если от неандертальца – в 125 тыс. лет, от кроманьонца – 40 тыс. лет. Последней каплей тогда станет утверждение, что человек полностью современного облика сформировался в голоцене. И все же, применение биостратиграфического принципа для выявления нижней границы квартера возможно – хотя бы потому, что именно в квартере сложилась современная структура природной зональности, и, что особенно важно, впервые в истории планеты возникли природные зоны тундры, лесотундры и тайги, а также перигляциальная.

3. Соответственно климатостратиграфическому принципу, нижнюю границу четвертичной системы нужно проводить в основании горизонта, отражающего первое глобальное похолодание верхнего кайнозоя. Причем такого похолодания, которое привело к сильному смещению границы арктического пояса, развитию в северном полушарии покровных ледников, а значит, к накоплению гляциальных и перигляциальных осадков. Согласно многим стратиграфическим схемам, рубеж перехода к таким условиям седиментации проходит чуть ниже палеомагнитной инверсии Матуяма – Брюнес (0,78 млн. лет). Например, унифицированной стратиграфической схемой четвертичных отложений Беларуси (1982 г.) продолжительность квартера оценена примерно в 0,8 млн. лет. Иная точка зрения предлагается авторами труда «Геология Беларуси» – согласно возрасту древнейших слоев перигляциального облика, найденных на территории республики, четвертичный период начался 1,76 млн. лет назад [7].

Вторая проблема стратиграфии – разделение четвертичной системы (периода) на мелкие таксоны. Стратиграфические подразделения, обособляемые в четвертичных отложениях, приведены в таблице 3. За основу взята таксономия, разработанная И. И. Красновым и др. [20]. Наименования некоторых таксонов заменены принятыми в Беларуси: вместо “ступень” и “стадиал” соответственно использованы “горизонт” и “подгоризонт”.

Четвертичная система (период) соответствует этапу сильного похолодания, на протяжении которого многократно изменялись площади климатических поясов и перестраивалась структура природной зональности. В

76

четвертичной системе не выделяют отделы (эпохи), ярусы (века), зоны (фазы) – их объем в других системах слишком велик. Поэтому четвертичная система делится на таксоны более низкого ранга – разделы.

Раздел (этап) – высшее подразделение квартера. Выделяют два раздела: плейстоцен и голоцен. Плейстоцен объединяет отложения ледниковий и межледниковий, а голоцен содержит лишь осадки послеледниковья. Разделы плейстоцена делятся на звенья.

Звено (подэтап, пора) является низшей единицей общей стратиграфической шкалы. В плейстоцене звено объединяет отложения нескольких ледниковий и межледниковий. В плейстоцене выделяют три звена: нижнее, среднее и верхнее. Голоцен включает лишь одно звено – современное. Звенья делятся либо на горизонты, либо на надгоризонты.

Местная стратиграфическая шкала включает надгоризонты, горизонты и более мелкие стратиграфические единицы.

Надгоризонт (темп) объединяет отложения либо чрезвычайно продолжительного ледниковья, складывавшегося из нескольких крупных стадий (например, припятский – табл. 7), либо даже несколько ледниковых и межледниковых этапов, образующих единый климатический ритм нарастающего похолодания (или потепления). Примером последнего может служить гомельский надгоризонт (табл. 7).

Горизонт соответствует комплексу образований одного оледенения (холодного этапа) или межледниковья (теплого этапа). Выделение и изучение горизонтов является фундаментом геологии четвертичных отложений. Горизонты делятся на подгоризонты.

Подгоризонт (стадия) отвечает сравнительно кратковременному глобальному похолоданию (стадии оледенения) или потеплению (интерстадиалу), приведшему к смещению границ природных зон.

Наслой (осцилляция) является климатостратиграфическим подразделением низшего ранга, входящим в состав подгоризонтов и горизонтов. Наслой соответствует кратковременному и незначительному изменению климата, носившему глобальный характер.

Стратиграфические проблемы другого рода связаны с особенностями происхождения и распространения четвертичных отложений. Четвертичные осадки представлены пестрым набором генетических типов континентальных, а иногда и морских образований, причем совершенно разных даже на смежных территориях. Более того, отложения одного генезиса редко образуют массивы большой площади. То же самое касается распределения слоев по вертикали: на расстоянии нескольких сотен метров можно вскрыть как разное количество слоев определенного возраста или проис-

77

хождения, так и слои, накопленные в диаметрально противоположных условиях, но залегающие на одной глубине.

Таблица 7

Таксономический ряд стратиграфических и геохронологических подразделений

(по И. И. Краснову, К. В. Никифоровой, Е. В. Шанцеру, с изменениями)

		Принцип			Стратиграфи-	Геохронологический	Продолжитель-
	выделения				ческий таксон	эквивалент	ность, лет
Историкотектонический		Биостратиграфический			Эонотема	Эон	~ 1 млрд.
					Эратема
					(группа)	Эра	67–330 млн.
					Система	Период	25–70 млн.
					Отдел	Эпоха	15–25 млн.
					Ярус	Век	3–5 млн.
					Зона	Фаза (хрон)	1–2 млн.
			Климатостратиграфиче-		Раздел	Этап	0,5– 1 млн.
				ский	Звено	Пора (подэтап)	200–500 тыс.
					Надгоризонт	Темп	80–150 тыс.
					(надступень)
					Горизонт
					(ступень,		20–80 тыс.
					климатолит)
					Подгоризонт	Стадия	5–20 тыс.
					(стадиал )
					Наслой	Осцилляция	1–5 тыс.

В силу указанных причин окончательно не определена продолжительность квартера, не установлены количество и ранг его подразделений, высказываются разные мнения о границах и времени максимального оледенения и т. д. Поэтому к настоящему времени не разработана единая стратиграфическая схема квартера, а вместо нее существует множество местных (региональных) схем.

Контрольные вопросы

§Перечислите общие принципы стратиграфического расчленения отложений и укажите главный для четвертичной системы.

§Какие существуют стратиграфические подразделения внутри четвертичной системы? Укажите их геохронологические эквиваленты.

§Каковы критерии установления нижней возрастной границы квартера?

78

5. 2. Региональные стратиграфические схемы квартера

Первый опыт создания стратиграфической схемы четвертичных отложений принадлежит выдающимся немецким ученым: А. Пенку и Э. Брюкнеру. В северных предгорьях Альп они изучали и сопоставляли отложения аллювиальные и моренные, исследовали строение и расположение речных террас, горизонты погребенных почв, скорость выветривания. В результате А. Пенк и Э. Брюкнер пришли к выводу о четырехкратном оледенении Альп, а продолжительность квартера оценили в 1 млн. лет. Предложенная А. Пенком и Э. Брюкнером схема стала классической и легла в основу множества местных стратиграфических схем. Ледниковые этапы в ней именуются по рекам, в долинах которых соответствующие осадки изучались: гюнц, миндель, рисс, вюрм. Названия межледниковий слагаются из предшествующего и последующего гляциалов (табл. 4). Кроме того, в основании квартера Пенк и Брюкнер выделили теплый доледниковый этап. Позднее, другими учеными, эта схема была дополнена двумя оледенениями, отнесенными к нижнему плейстоцену: в 30-е годы ХХ века выделен ледниковый горизонт дунай, а в 50-е годы – еще более ранний бибер.

Таблица 4

Альпийская стратиграфическая схема (по А. Пенку и Э. Брюкнеру)*

Ледниковый	Межледниковый
этап**	этап**
Вюрм
	Рисс – вюрм
Рисс
	Миндель – рисс
Миндель
	Гюнц – миндель
Гюнц
	Дунай – гюнц
Дунай
	Бибер – дунай
Бибер

*– четыре нижних подразделения были выделены другими исследователями

**– в дальнейших схемах соответственно (л), (мл).

79

Для территории Северной Америки составлено множество стратиграфических схем квартера. В одной из них, предложенной Р. Флинтом и др. в 50-е годы ХХ века (табл. 5), четвертичная система разделена на два отдела (плейстоцен и голоцен), а отделы включают ярусы и горизонты. Подобно альпийской схеме, Р. Флинт выделял четыре ледниковых и три межледниковых этапа, причем в составе верхнего ледникового горизонта (висконсин) обособил четыре стадиала. Последующее изучение показало, что в толще нижнего плейстоцена отражена более сложная история: горизонт канзас разделяется не менее чем на три стадиальных подгоризонта, горизонт небраска – на два. Не исключено, что часть этих подгоризонтов является на самом деле горизонтами, накопившимися во время самостоятельных оледенений раннего плейстоцена.

Таблица 5

Сопоставление стратиграфических схем Альп и Северной Америки

	Стратиграфия квартера Северной Америки			Альпийская
		(по Р. Флинту и др.)		стратиграфическая
				схема
	Раздел (отдел)	Звено (ярус)	Горизонт	(по А. Пенку и
				Э. Брюкнеру)
	Голоцен	Современный	Современный
		Верхний	Висконсин (л)	Вюрм
			Сангамон (мл)	Рисс-вюрм
	Плейстоцен	Средний	Иллинойс (л)	Рисс
			Ярмут (мл)	Миндель-рисс
		Нижний	Канзас (л)	Миндель
			Афтон (мл)	Гюнц-миндель
			Небраска (л)	Гюнц

Из большого количества стратиграфических схем квартера, составленных для территории Беларуси, мы остановимся на двух: унифицированной схеме 1982 г. и схеме, предлагаемой в труде “Геология Беларуси”.

Региональная унифицированная стратиграфическая схема четвертичных отложений Белоруссии утверждена Межведомственным стратиграфическим комитетом СССР 24 мая 1982 г. Согласно этой схеме квартер, продолжительностью 0,8 млн. лет, разделяется на два раздела (плейстоцен и голоцен), четыре звена (нижнее, среднее и верхнее в плейстоцене, а также современное в голоцене) и 11 горизонтов (табл. 6).

80

Таблица 6

Региональная унифицированная стратиграфическая схема четвертичных отложений Белоруссии, 1982 г

Система	Раздел	Звено	Индекс	Надгоризонт		Горизонт
	Голоцен	Современное	Hl			Голоценовый
			IIIpz			Поозерский (л)
			IIImr			Муравинский (мл)
Четвертичная	Плейстоцен	СреднееВерхнее	IIsz			Сожский (л)
			IIsk			Шкловский (мл)
			IIdn			Днепровский (л)
			IIalk			Александрийский (мл)
			Ibr	-		Березинский (л)
			Ibl			Беловежский (мл)
			Inr			Наревский (л)
		Нижнее	Ibs	Бело	русский	Брестский
						предледниковый

В основу данной схемы положены материалы по строению и литологическому составу четвертичной толщи, геоморфологическим и тектоническим особенностям территории, использовались результаты палеонтологических (особенно палинологических) исследований и определений изотопного возраста отложений. Стратиграфические подразделения названы либо соответственно наименованиям опорных разрезов (т. е. типичных и наиболее изученных), либо речных бассейнов или территорий, на которых широко распространены отложения данного возраста.

В нижнем плейстоцене выделяется холодный брестский предледни-

ковый этап, а также два ледниковых (наревский и березинский) и один, разделяющий их, межледниковый (беловежский). Первым ледниковым покровом, достигшим территории республики в четвертичном периоде, признается наревский.

81

В среднем плейстоцене выделяется две ледниковых эпохи (днепров-

ская и сожская) и две межледниковых (александрийская и шкловская).

Днепровский ледниковый покров признается величайшим изо всех четвертичных по площади и мощности, и единственным, полностью перекрывшим территорию Беларуси.

Верхнее звено отличается гораздо меньшим объемом – включает лишь два горизонта: муравинский межледниковый и поозерский ледниковый. Данный этап выделяется экстремальными для всего квартера климатическими амплитудами: если муравинское время считается климатическим оптимумом четвертичного периода, то поозерское, наоборот, климатическим минимумом. Наконец, современное звено объединяет породы го- лоценового горизонта, накопившиеся за последние 10 тыс. лет.

По мнению ведущих белорусских ученых, к настоящему времени накопилась информация, позволяющая изменить представления о многих аспектах геологии четвертичного периода. Новые взгляды отражены в стратиграфической схеме, предложенной в 2001 г авторами фундаментального труда “Геология Беларуси”. Отложения четвертичной системы территории Беларуси дробятся на два раздела: плейстоцен и голоцен (табл. 7). В разделах выделяются звенья, которые состоят из надгоризонтов, горизонтов и подгоризонтов. Продолжительность квартера оценивается в 1 млн. 760 тыс. лет – его нижняя возрастная граница, по сравнению со схемой 1982 г, понижена почти на 1 млн. лет, и проходит близ кровли отложений, накопившихся за время геомагнитного эпизода Олдувей [7]. В новой и унифицированной схемах нижние границы плейстоцена не совпадают с рубежами изотопно-кислородной шкалы: в новой схеме начало квартера приходится на рубеж между 37 и 36 ярусами (табл. 7), тогда как в унифицированной – между 21 и 20. Таким образом, продолжительность плиоцена предлагается сократить, а объем нижнего плейстоцена резко увеличить.

Плейстоценовые отложения подразделяются на три звена: нижнее, среднее и верхнее.

Нижний плейстоцен содержит лишь один надгоризонт – гомельский, внутри которого выделено четыре горизонта: вселюбский, ельнинский, жлобинский и рогачевский. Объем квартера увеличен на основании палеоботанических данных: стратиграфически ниже наревского горизонта вскрыты отложения, флористические остатки в которых свидетельствуют не менее чем о двух древних и продолжительных волнах холода, разделявшихся потеплениями.

Таблица 7

Стратиграфическая схема четвертичных отложений Беларуси

(“Геология Беларуси”, 2001)

82