Показаны возможности использования наблюдений по вековым вариациям магнитного поля Земли для стратиграфического расчленения и дальних корреляций ленточно-слоистых озерно-ледниковых отложений с достаточно высокой точностью. Даны рекомендации о дальнейших направлениях палеомагнитных исследований и использовании этих данных в геологической практике (стратификация озерно-ледниковых толщ, их корреляция, геохронология).

Возросший в последнее десятилетие интерес к тонкой структуре магнитного поля Земли (МПЗ), в частности его вековых вариаций (SV), привел к необходимости поиска новых геологических объектов, исследование которых позволило бы получить наиболее детальные кривые изменения компонент геомагнитного поля в прошлом. Необходимость в подобных исследованиях тем более очевидна, поскольку опыт теоретических разработок требует углубления знаний о пространственно-временной структуре МПЗ, расширения временного интервала и выяснения тонкой структуры геомагнитного поля для более ранних эпох, не охваченных инструментальными и археомагнитными исследованиями. С другой стороны, изучение тонкой структуры МПЗ позволяет производить стратиграфическое расчленение и корреляцию четвертичных отложений не только по инверсиям геомагнитного поля, но и по неповторимым особенностям вековых вариаций, различающихся на относительно коротких временных интервалах как по амплитуде, так и по периоду и фазе.

В этой связи с целью выделения SV, стратификации и корреляции нерасчлененных ленточно-слоистых толщ нами проведено исследование четырех разрезов озерно-ледниковых глин в Юго-Западной Карелии (рис. 1). По географическому местоположению эти разрезы можно разделить на две группы.

К первой группе относятся разрезы Сортавала (Хелюля) и Хаапалампи, расположенные на северном побережье Ладожского озера и отстоящие друг от друга на расстоянии около 15 км . Ленточные глинистые отложения залегают непосредственно под почвенным слоем. Мощность их достигает соответственно в этих разрезах 6 и 3 м , а время образования, определенное по подсчету годовых лент, - 1700 и около 800 лет (рис. 1, 2). Формирование отложений происходило в обширном приледниковом водоеме, возникшем в Ладожской котловине после отступания края ледника от краевых образований невской стадии [Квасов, 1975; Ладожское озеро…, 1978; Ekman et al., 1981; Hyvärinen, 1973]. В обоих разрезах вскрываются гляциальные толщи, позволяющие синхронизировать начало образования ленточных глин в едином приледниковом водоеме, приуроченном к Ладожской котловине. Накопление ленточно-слоистых отложений в наиболее полном разрезе Сортавала (Хелюля) совершалось практически непрерывно с конца среднего дриаса до конца позднего дриаса включительно, т.е. в течение порядка 1700 лет. Длительно существовавший здесь водоем, испытывавший, несомненно, значительные колебания уровня, видимо, лишь частично сопоставляется с временными рамками развития Балтийского ледникового озера с его Ладожским заливом [Квасов, 1975; Hyvärinen, 1973].

Палинологические материалы по разрезу Сортавала (Хелюля), дополненные варвометрическими наблюдениями, позволяют сделать следующую стратиграфическую и геохронологическую интерпретацию рассматриваемого опорного обнажения (см. рис. 1, А). На основании анализа состава пыльцы и спор в толще позднеледниковых глин можно выделить три горизонта.

Нижний горизонт (инт. 6,3- 5,7 м ), представленный переслаивающимися глинами, алевритами и мелкими песками, характеризуется одним образцом. В общем составе спорово-пыльцевого комплекса при господстве пыльцы древесных пород (60%) отмечается высокое содержание пыльцы и травянистых растений (37%). Среди древесных пород преобладает пыльца берез (60%). Содержание пыльцы сосны составляет 8%. Пыльца ольхи, по-видимому, является преимущественно переотложенной. В составе травянистых растений характерно высокое содержание суммы пыльцы полыней и маревых - около 50%.

По совокупности признаков спорово-пыльцевой комплекс указывает, что отложения этого горизонта накопились в стадиальных условиях, скорее всего в конце среднего дриаса. Такой вывод может быть уверенно сделан с учетом варвометрических наблюдений и географического положения разреза между краевыми образованиями невской стадии и стадии сальпаусселькя-I (см. рис. 1).

Осадки сформировались во время убывания невского ледника, 11 950 - 11 800 л . н.

Средний горизонт (инт. 5,7- 4,1 м ), представленный голубовато-серыми ленточными глинами, характеризуется пыльцевыми спектрами лесного типа (пыльцы древесных пород до 70-82%). Характерно существенное уменьшение по сравнению с нижележащим горизонтом пыльцы травянистых растений (до 9-22%). Резко убывает содержание пыльцы такой перигляциальной флоры, как полыней (0-8%). Очевидно, что на побережье водоема в наиболее теплый интервал времени произрастали сомкнутые или очень слабо разреженные березовые леса (содержание пыльцы Betula в спектрах 60-80%), характерные для пребореального или начала бореального периода голоцена для этой же территории.

Средний горизонт позднеледниковых глинистых осадков отвечает межстадиальным условиям. По комплексу признаков его можно отнести к аллерёду, имевшему место 11 800 - 11 300 л .н.

Верхний горизонт (инт. 4,1- 0,2 м ) является по существу «немым» в палинологическом отношении, поэтому о возрасте слагающих его ленточных глин можно судить по данным варвометрических наблюдений с учетом размещения горизонта в геологическом разрезе и положению разреза в системе краевых образований заключительных стадий последнего оледенения и истории развития приледниковых водоемов в Ладожской котловине [Квасов, 1975; Ekman et al., 1981; Hyvärinen, 1973].

Судя по одному образцу (глуб. 4,0 м ), давшему показательный пыльцевой спектр, свидетельствующий о направленном изменении климатических условий в сторону их резкого ухудшения - похолодания, верхний горизонт глин следует отнести к стадиальному времени. Так, в общем составе пыльцы и спор господствует пыльца травянистых растений (58%), среди которых доминируют полыни (60%).

По комплексу признаков, толща верхних глин сформировалась в позднем дриасе (см. рис. 1, А), во время развития Балтийского ледникового озера, сопряженного во времени и пространстве с существованием ледникового покрова стадий сальпаусселькя-I и II. Геохронологические рубежи верхнего дриаса, по нашим данным, составляют 11 300 (11 250) - 10 200 л .н.

Отсутствие пыльцы и спор в верхней части озерно-ледниковой толщи глин скорее всего можно объяснить близостью разреза Сортавала (Хелюля) к краю существовавшего во время их накопления ледникового покрова ( 30 км ), наличием в Ладожской котловине крупного приледникового озера, удаленностью его южных и юго-восточных берегов, где уже обитала и продуцировала пыльцу и споры наземная растительность. При господствующих ветрах, дувших со стороны края (поверхности) ледника в дистальном направлении - преимущественно к юго-востоку, - поступление пыльцы и спор в проксимальные части обширного приледникового бассейна было затрудненное.

Ко второй группе разрезов относятся обнажения Ууксу и Новзема (Видлица), расположенные юго-восточнее от обнажений первой группы соответственно на 50 и 90 км , уже в Восточном Приладожье (см. рис. 1, Б). Разрез Новзема (Видлица) детально описан и изучен спорово-пыльцевым и другими методами [Девятова, 1972; Евзеров и Экман, 1978]. В глинистой толще левобережья р. Новземы подсчет количества годичных лент весьма затруднен и носит фрагментарный характер. Озерно-ледниковые глины здесь подстилаются ледниковыми отложениями. Материалы палинологических исследований не позволяют однозначно определить возраст этой толщи глинистых осадков [Девятова, 1972].

В разрезе Ууксу вскрывается только часть толщи ленточных глин, нижние слои которых залегают ниже уреза воды р. Ууксунъёки. В обнаженной части ( 3 м ) глинистой толщи подсчитано около 600 годичных лент. Палинологические исследования по данному разрезу не проводились.

Из всех рассмотренных обнажений были взяты пробы на палеомагнитные исследования по следующей методике. Ориентированные образцы отбирались из позднеледниковых озерных отложений, представленных лишь глинами и алевритами (суглинками), с использованием сплошной колонки-призмы, вырезанной на всю мощность алеврито-глинистой толщи, перпендикулярно плоскостям напластования слоистости. Из глинистых призм изготовлялись ориентированные образцы кубической формы со стороной в 5 см из каждого пятисантиметрового горизонта по вертикали (в среднем 3 образца из одного уровня). Всего было отобрано более 1200 образцов.

Комплекс лабораторных исследований [Загний и Бахмутов, 1984] позволил установить:

1. Основными ферромагнитными компонентами исследуемых отложений являются мелкозернистый магнетит и минеральная ассоциация магнетит-маггемит.

2. Естественная остаточная намагниченность (ЕОН) представлена ориентационной и вязкой компонентами.

3. Вязкая компонента I_nv не превышает в целом 10% величины естественной остаточной намагниченности I_n и полностью уничтожается в результате температурной чистки при 150°С, при этом направление вектора ЕОН меняется незначительно.

Более сложным является вопрос: запечатлены ли вариации древнего геомагнитного поля в изучаемых отложениях, либо изменение вектора ЕОН по разрезу обусловлено изменениями в условиях седиментации, в компонентном составе ферромагнетика, либо рядом других факторов [Verozub, 1977]? С другой стороны, возникает вопрос: насколько точно вектор ЕОН пород отражает направление древнего геомагнитного поля времени образования осадка?

Однозначно ответить на первый вопрос на современном этапе возможно, по-видимому, лишь сопоставляя результаты, полученные по одновозрастным разрезам, синхронизированным независимо от палеомагнитного метода. В данном случае естественно сопоставить результаты по разрезам Сортавала (Хелюля) и Хаапалампи, формирование ленточных отложений которых происходило, несомненно, в едином приледниковом водоеме. Поскольку озерно-ледниковые осадки в обоих обнажениях подстилаются мореной, то, исходя из анализа геоморфологических и палеогеографических данных (см. рис. 1, Б), логично предположить, что отступание края ледника и вслед за ним накопление ленточных отложений происходило в этих пунктах практически одновременно. Независимое сопоставление результатов, полученных по палеомагнитным исследованиям (склонение D° и наклонение I°), позволяет синхронизировать нижние горизонты ленточных отложений - кривые склонения и наклонения почти полностью повторяют друг друга (см. рис. 2). Совпадение результатов, полученных по двум удаленным обнажениям, сопоставимым друг с другом, позволяет сделать вывод, что изменение компонент вектора ЕОН (D° и I°) отражает изменения древнего геомагнитного поля во времени. Наблюдается также и корреляция кривых I_n и параметра Q = I_n / ϰH разрезов Сортавала (Хелюля) и Хаапалампи, что обусловлено, по-видимому, единой областью питания приледникового водоема и в связи с этим единым увеличением или уменьшением в определенные периоды привноса алеврито-глинистого материала, его дифференциации и осаждения. Изменение величин I_n и ϰ по разрезам не коррелируется с изменением D° и I°.

Что касается вопроса о точности отражения вектором ЕОН направления древнего геомагнитного поля, то, в первую очередь, необходимо учесть возможность существования «ошибки наклонения» в ленточных отложениях. Занижение величины наклонения I° достигает, по данным ряда зарубежных авторов, величины до 20° [Barton et al., 1980]. Лабораторные опыты по переосаждению позволили сделать вывод, что в изучаемых ленточных отложениях ошибка наклонения присутствует, но величина ее невелика и в среднем составляет 5-7°, что значительно ниже оценок отмеченных авторов. Вычислив среднее значение I° по разрезам, составившим для обнажения Хелюля 63°, Хаапалампи - 64°, Ууксу - 67°, и сопоставив их с современным наклонением (73°), мы находим расхождение, близкое к ошибке наклонения, полученной по данным переосаждения. Относительно синхронности записи вариаций с образованием осадка есть данные [Verozub, 1975], указывающие на приобретение ЕОН осадками с сезонной слоистостью либо в момент осаждения, либо сразу после осаждения. Подобные выводы можно сделать и по синхронности изменений компонент геомагнитного поля по изученным разрезам.

Таким образом, ЕОН ленточных отложений Юго-Западной Карелии отражает геомагнитное поле времени образования осадка, что позволяет нам решить ряд задач, связанных со стратиграфическим расчленением и корреляцией часто практически «немых» отложений.

Статистическая обработка материала производилась с привлечением стандартных программ обработки палеомагнитных данных. Большие скорости осадконакопления (от 0,1 до 0,7 см/год и более) позволили принять шаг осреднения 30 лет. Как показали исследования, подобная выборка (в зависимости от скорости осадконакопления включает в себя от 5 до 12 и более образцов в интервале от 5 до 20 см по вертикали) обеспечена надежными значениями направления вектора ЕОН [Бахмутов и др., 1984].

Сопоставление палеомагнитных данных по разрезам (см. рис. 2) позволяет сделать вывод о принадлежности разрезов Сортавала (Хелюля), Хаапалампи и Ууксу к единому этапу дегляциации и выпадения из этой картины обнажения Новзема (Видлица).

На рис. 2 приведено сопоставление кривых изменения склонения D° и наклонения I°, осредненных по 30-летним интервалам (в верхней части обнажения Хелюля шаг осреднения 45 лет) с учетом влияния вязкой компоненты. Наиболее полным является разрез Сортавала (Хелюля), в разрезе Хаапалампи возможен перерыв в осадконакоплении, продолжительность которого нам, естественно, неизвестна. Сопоставляя данные по изменению компонент геомагнитного поля, можно приблизительно оценить продолжительность перерыва в осадконакоплении около 180 лет. Заслуживает внимания следующий факт. На рис. 2 в увеличенном масштабе вынесены значения D° и I° обнажений Хаапалампи и Ууксу в толще, сформировавшейся по ленточной хронологии в течение 170 лет. Амплитуда колебаний склонения на протяжении 130 лет достигает 20°, наклонения - около 12°, притом колебания совпадают по амплитуде и фазе. Подобная зона прослеживается и в разрезе Хелюля, где она также охватывает временной интервал порядка 130 лет. Совпадение амплитудных и фазовых значений величин D° и I° по трем разрезам позволяет, во-первых, предположить геофизическую природу подобного «всплеска», обусловленного изменением геомагнитного поля, и, во-вторых, исходя из этого, скоррелировать по этому «всплеску» верхние части разрезов, а также оценить продолжительность перерывов в осадконакоплении, визуально выделяемых на обнажениях.

Полученные результаты палеомагнитных измерений (см. рис. 2) позволяют обнаженную глинистую толщу разреза Ууксу синхронизировать по времени осадконакопления с нижней частью разрезов Сортавала (Хелюля) и Хаапалампи, сформировавшейся в конце среднего дриаса - аллерёде - начале верхнего дриаса. К сожалению, ввиду высокого уровня воды пока не удалось произвести отбор образцов из нижней части толщи ленточных глин до моренной толщи, что позволило бы с высокой точностью определить разницу во времени начала осадконакопления по разрезам Ууксу и Сортавала (Хелюля) и на этой основе рассчитать среднюю скорость отступления края ледника в пределах Ладожской котловины.

Относительно разреза Новзема (Видлица) в настоящее время можно сделать лишь предварительные выводы (эти данные на рис. 2 не приведены).

Так, изменения компонент вектора I_n существенно отличаются от результатов по рассмотренным выше разрезам, и, несомненно, формирование Видлицкой толщи глин произошло раньше, скорее всего в Невско-Лужский этап дегляциации. На это указывает и местоположение разреза Новзема (Видлида) с внешней стороны от краевых образований невской стадии (см. рис. 1, Б).

Приведенные результаты убедительно показывают, что стратиграфические расчленения и дальние корреляции ленточных глин по вековым вариациям МПЗ могут быть приведены с достаточно высокой точностью, а кривые изменения компонент вектора I_n - склонения D° и наклонения I° - могут быть использованы в качестве опорных при палеомагнитном расчленении средне-верхнедриасовых отложений Карельской АССР и прилегающих территорий, в том числе Прибалтики. Сводные палеомагнитные кривые, увязанные с абсолютным возрастом, представляют собой удобную для практического применения геохронологическую шкалу позднеледниковья.

В ближайшей перспективе следует разработать эталон - сквозную шкалу вековых вариаций МПЗ по замерам ленточно-слоистых озерно-ледниковых отложений последнего оледенения, развитых на Северо-Западе и Севере европейской части СССР. С использованием сводной хроностратиграфической палеомагнитной схемы существенно повысится надежность стратиграфических построений и корреляций верхневалдайских отложений, будут устранены многие нерешенные или дискуссионные вопросы по хронологии и палеогеографии «большого» валдая, по прохождению границ отдельных стадий оледенения. Палеомагнитные исследования по наблюдениям вековых вариаций МПЗ должны широко использоваться в комплексе геологических работ, связанных со съемкой и картированием древнеледниковой области, где широко распространены практически «немые», трудно стратифицируемые и коррелируемые толщи ленточно-слоистых отложений.

Литература

1. Бахмутов В.Г., Загний Г.Ф., Третьяк А.Н. Палеомагнетизм ленточных отложений Карелии. - Геофиз. журн., 1984, т. 6, № 5, с. 58-65.

2. Девятова Э.И. Палинологическая характеристика верхнечетвертичных отложений Карелин. - В кн.: Четвертичная геология и геоморфология восточной части Балтийского щита. - Л.: Наука, 1972, с. 59-96.

3. Евзеров В.Я., Экман И.М. Генезис ленточных глин северо-восточного Приладожья. - В сб.: Строение и формирование камов. Таллинн, 1978, с. 62-70.

4. Загний Г.Ф., Бахмутов В.Г. Изучение вековых вариаций геомагнитного поля по озерно-ледниковым отложениям Карелии. - ДАН УССР, сер. геол., 1984, № 1, с. 15-19.

5. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л., 1975, с. 162-174.

6. Ладожское озеро: Развитие рельефа и условия формирования четвертичного покрова котловины. Петрозаводск:. Карелия, 1978. 203 с.

7. Лукашов А.Д., Экман И.М. Деградация последнего оледенения и некоторые особенности маргинальной и островной ледниковой аккумуляции в Карелии. - В сб.: Природа и хозяйство Севера. Мурманск: Кн. изд-во, 1980, вып. 7, с. 8-20.

8. Вarton С.Е., McElhinny М. W., Edwards D.J. Laboratory studies of depositional DRM. Geophyz. J. R. astr. Soc., 1980, № 61, p. 355-377.

9. Ekman I.M., Ilyin V.A., Lukashоv A.D. Deglaciation of the late ice sheet on the territory of the Karelian ASSR. - In: Glacial deposits and glacial history in Eastern Fennoscandia . Apatity, Kola Branch of the USSR Academy of Sciences, 1981, p. 103-117.

10. Hyvärinen H. The deglaciation history of eastern Fennoscandia - recent data from Finland . Boreas, 1973, v. 2, № 2, p. 85 -102.

11. Verozub U.L. Paleomagnetic excursions as magneto-stratigraphic horizons. A. cautionary note, Science, 1975, № 190, p. 48-50.

12. Verozub U.L. Depositional and postdepositional processes in the magnetization of sediments. Rev. Geophyz. Space Phyz., 1977, v. 15, № 2, p. 129-143.