CC BY
82
Ф. Е. Максимов, В. Ю. Кузнецов
НОВАЯ ВЕРСИЯ 230ТЬ/И ДАТИРОВАНИЯ ВЕРХНЕ- И СРЕДНЕНЕОПЛЕЙСТОЦЕНОВЫХ ПОГРЕБЕННЫХ ОРГАНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ*
Введение. Возрастные оценки климатических событий плейстоцена Сибири и Восточной Европы за временными пределами радиоуглеродного метода базируются на ТЛ, ОСЛ датировании континентальных эоловых и аллювиальных (песков, суглинков, глин) осадков, 230ТЬ/И, ЭПР датировании раковин моллюсков из морских отложений. Количество и точность датировок остаются явно недостаточными для определения точного хронометрического возраста и продолжительности климатических событий в поздне- и средненеоплейстоцене. Сравнительно недавно (с середины 80-х годов ХХ века) для датирования органогенных озерно-болотных осадков, отложившихся в относительно теплых и влажных условиях, стал применяться 230ТЬ/И метод [1, 2, 3], ранее используемый для морских отложений и континентальных карбонатов. Органогенные отложения являются весьма сложным объектом для неравновесного датирования. До сих пор не выявлен строгий подход к практическому использованию этого метода для датирования погребенных торфов и гиттий.
В последнее десятилетие нами осуществлялись радиохимические и биостратигра-фические исследования погребенных торфяников и гитий, вскрытых в разрезах, расположенных на территориях Восточной Европы и Сибири. Результаты опубликованы в ряде работ [4-10]. В большинстве из них применялась новая версия 230 ТЬ/И метода [6-12]. Подходы к ее практическому применению со временем совершенствовались. В настоящей работе обобщены методико-методологические особенности новой версии 230ТЬ/И-датирования органогенных отложений и ее практическая реализация, а также приведены результаты комплексных геохронологических исследований межледниковых (межстадиальных) органогенных отложений.
Основы 230ТЬ/и метода датирования погребенных органогенных отложений. Возможность практического применения 230 ТЬ/И метода датирования к погребенным торфам и гитиям с возрастом до 300-350 тыс. лет основывается на том, что образование торфяных толщ сопровождается аккумуляцией в них гидрогенного И, из которого с течением времени накапливается дочерний изотоп 230ТЬ. Современное отношение активностей 230ТЬ/234И в торфе является мерой возраста этих озерно-болотных отложений. Идеальная модель 230ТЬ/И метода базируется на двух допущениях:
1. В момент своего формирования отложения включают только уран, из которого со временем в результате радиоактивного распада накапливается дочерний изотоп 230ТЬ (называемый радиогенным).
2. В постседиментационное время датируемые отложения представляют собой закрытую геохимическую систему относительно изотопов урана и тория.
Если эти условия выполняются, то для определения возраста достаточно провести радиохимический анализ одного образца. При этом, возраст 1 можно найти мето-
* Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №08-05-00919).
© Ф. Е. Максимов, В. Ю. Кузнецов, 2010
дом простого подбора, предварительно подставив полученные значения 230ТЬ/234и и 234и/238и в уравнение (1) Кауфмана и Брокера [13].
234и 7 у \Л° _ ■
где 230ТЪг,а'5— удельная активность радиогенного 230ТЪ; 7 = 2зв§; 234и, 238и — удельные активности изотопов 234и и 238и; Л° —постоянная радиоактивного распада 230ТЬ; Л4 —постоянная радиоактивного распада 234И.
Доверительный возрастной интервал рассчитывается аналогичным образом
из уравнения (1), в которое вместо 230ТЬ/234И и 234И/238И подставляются следующие величины:
230ТЬ/234И + СТ(230ТЬ/234и) и 234и/238и _ ст(234и/238и) для определения t + о
и “ТЬ/ И _ а(230ть/234 и) и И/ И + Ст(234 и/238 и) для определения t _ о,
где о(230ть/234и) и 0(234и/238и) —стандартные отклонения отношений активностей.
На практике погребенные органогенные осадки не всегда полностью соответствуют условиям идеальной модели 230ТЬ/И метода датирования. Это связано с тем, что в момент формирования отложений в них включаются некоторые количества изотопов тория, в том числе и 230ТЬ, называемого первичным или, условно, «нерадиогенным», входящие в состав минеральной (детритной) компоненты. Активность первичного 230ТЬ необходимо учесть (вычесть) при расчетах возраста. Существующие коррекционные приближения основаны на том, что первичное ториевое загрязнение характеризуется конкретными соотношениями активностей изотопов тория 230 ТЬ и 232 ТЬ, причем последний радионуклид, как правило, обнаруживается в заметных аналитических количествах при радиохимическом изучении отложений торфа. Именно последнее обстоятельство позволяет тем или иным способом оценить активность первичного 230ТЬ. Отделение радиогенной и «нерадиогенной» составляющих 230ТЬ с использованием аналитических данных по одному образцу на настоящий момент является не решаемой задачей, поэтому чаще всего применяют так называемое изохронное датирование, основанное на количественном определении изотопов урана и тория в нескольких одновозрастных образцах торфяника (или гиттий). Основные две теоретические предпосылки изохронного приближения можно сформулировать следующим образом:
1. В выбранных одновозрастных образцах должна быть одна и та же величина первичного ториевого загрязнения (^, а значит и коррекционного индекса.
2. Образцы являются закрытыми радиометрическими системами относительно изотопов урана и тория.
Рассмотрим сначала вторую предпосылку. Чаще всего предполагается, что образцы из внутренней части отложений являются закрытыми геохимическими системами по отношению к изотопам И и ТЬ. Наши экспериментальные данные показывают, что в большинстве апробированных разрезов в кровле и подошве торфов (гитий) наблюдаются повышенные концентрации урана относительно внутренней части этих отложений (рис. 1). Это обстоятельство позволяет рассматривать краевые органогенные слои как геохимические барьеры, которые препятствуют проникновению водорастворимых форм урана в толщу отложений (миграция тория происходит в основном в составе взвесей и обломочного материала). Иногда геохимические барьеры могут не проявляться в краевых слоях торфа, например, когда перекрывающие или подстилающие слои (в
со
05
Фили Мурава
0 5 10 15 0 1,
Нятесос 0 2 4
Мардасавас Бедоба
14 7 п ап
Шурышкары
0,2 0,5 0,8
Кирьяс
о з 6 ppm
S
Рис. 1. Выявление закрытых радиометрических систем в органогенных толщах на основании распределения концентрации урана (по оси абсцисс, ppm—10_6 грамм U на грамм образца) по вертикальным профилям изученных торфяников (жирные линии ограничивают внутренние слои — закрытые радиометрические системы относительно изотопов урана).
первую очередь глины) препятствуют поступлению грунтовых вод в органогенные отложения.
Что касается первой предпосылки, то для ряда образцов величина первичного то-риевого загрязнения (а значит и значение коррекционного индекса) может быть одна и та же в случае постоянства изотопного состава или, точнее, соотношения изотопов тория и урана между собой в детритной фракции от образца к образцу. Тогда для ряда одновозрастных проб обнаруживается линейная зависимость (изохрона) в координатах отношений активностей 230ТЬ/232ТЬ-234И/232ТЬ. Линейные параметры этой зависимости, а именно величина отрезка отсечения на оси ординат — коррекционного индекса (характеризующего первичное ториевое загрязнение, выражаемое через тори-евый индекс f=230Th/232Th),—позволяет вычислить значение изохронно-корректиро-ванного возраста (схему расчета см. далее).
Чаще всего для 230ТЬ/И датирования торфяников применялась L/L-изохронно-коррекционная модель, подразумевающая проведение химической обработки методом выщелачивания нескольких одновозрастных (в геологическом смысле) образцов из внутренних слоев торфяника. Использование данной модели для датирования межледниковых торфов из ряда разрезов на территории Западной Европы [2, 3, 14] и Восточной Европы [4] позволило получить результаты, удовлетворительно сопоставимые с хронологией нечетных стадий по изотопно-кислородной шкале океанических осадков. Одним из таких примеров в настоящем исследовании является торфяник из известного разреза «Микулино», 230ТЬ/И возраст которого, определенный нами по L/L модели в 109,5 ± 6,2/5,3 тыс. лет, оказался несколько меньше нижней возрастной границы порядка 114 тыс. лет для 5е подстадии кислородно-изотопной шкалы, но в пределах ошибки близок к этому временному параметру [4].
Новая версия 230ТЬ/и изохронного датирования погребенных органогенных отложений. Наши исследования показали, что практическое применение только одной изохроннокоррекционной модели не всегда обосновано. Возраст отложений рассчитывается из величины коэффициента линейной регрессии — отрезка отсечения на оси ординат, и поэтому зависит от выборки экспериментальных точек, через которые проводится изохрона. Критериями правильности выбора аналитических точек для построения линейной зависимости, как правило, является высокий коэффициент корреляции и предполагаемый возраст отложений. Нередко получается так, что в зависимости от выбранного набора точек можно построить две, а то и больше линейных зависимостей с высокими коэффициентами корреляции, но с разными линейными параметрами, что ведет к получению разных значений изохронного возраста (рис. 2). В качестве примера использованы аналитические данные L/L — модели торфяника из разреза Мурава (Беларусь). Очевидно, что в зависимости от выборки точек меняются линейные параметры зависимостей.
234и/232ть
Рис. 2. Неоднозначность выбора точек в изохронных координатах.
Отсутствие надежных критериев отбора экспериментальных точек, удовлетворяющих этим предпосылкам, для построения адекватной линейной зависимости, является существенным недостатком применяемых коррекционных моделей. Действительно, для центральных горизонтов торфа существует возможность отличий в изотопном составе детритной фракции, а значит и неодинаковой величины первичного ториевого загрязнения f и, соответственно, коррекционного индекса для разных образцов. Кроме того, несмотря на использование изохронного приближения для проб из внутренней части торфяника, нельзя исключать постседиментационного привноса И в некоторые центральные слои профиля, например, при латеральном поступлении грунтовых вод. Косвенно на открытую систему иногда могут указывать прямые аналитические датировки образцов из этих слоев, которые омоложены по сравнению с датировками образцов из других слоев.
Нами предложен новый подход к методике датирования торфа, основанный на параллельном использовании двух способов химической обработки озоленных образцов: методом выщелачивания ^^-модель) и методом полного растворения (TSD-модель) проб [11, 12]. В последней модели коррекционный индекс £гяо равен величине торие-вого загрязнения (ториевому индексу ^ то есть современному отношению активностей первичного 230ТЬ к 232ТЬ). Коррекционный индекс ^/ь зависит как от величины первичного ториевого загрязнения, так и от того, в каком соотношении выщелачиваются из детритной фракции изотопы урана и тория, что определяется условиями проведения эксперимента и геохимическим составом минерального детрита исследуемых проб (в некоторых случаях ^/ь может иметь даже отрицательное значение). Датирование торфа, проведенное по обеим моделям для одних и тех же образцов (точнее, одного и того же набора проб), признавалось надежным, если выполнялись следующие условия:
1) Из всего набора проб должны быть исключены образцы, аналитические данные которых отличаются экстремальными значениями по сравнению с данными других образцов. Например, в исключаемых из дальнейших расчетов пробах отмечается существенное омоложение прямых датировок из-за значительного повышения удельных активностей изотопов И. Иными словами, эти образцы, по всей видимости, могут быть открытыми радиометрическими системами.
2) Для серии выбранных образцов должна соблюдаться общая тенденция между аналитическими данными по выщелачиванию и по полному растворению проб. Например, все отношения активностей 230ТЬ/234И в выщелатах должны быть или только меньше, или же только равны или только больше (в пределах погрешностей) соответствующих значений 230ТЬ/234И в образцах при их полном растворении.
3) Изохронно-корректированный возраст выбранного набора образцов, вычисленный по TSD-модели, должен находиться в согласии с возрастом, рассчитанным по L/L-модели.
Выполнение этих требований для серии образцов подразумевает, что, по-видимому, действительно величины изотопных соотношений тория и урана между собой в органогенной фракции, а также в детритной фракции, не меняются от образца к образцу. Это означает, что и величина первичного ториевого загрязнения — ториевого индекса — и зависящая от нее величина коррекционного индекса также не меняются от слоя к слою как в случае TSD-, так и в случае L/L-модели. Предполагаемое постоянство изотопного состава органогенной и детритной фракций (каждой в отдельности) от образца к образцу свидетельствует о выполнении условий закрытой системы относительно изотопов И и ТЬ. Таким образом, с определенной долей уверенности можно считать, что
такие образцы удовлетворяют двум предпосылкам изохронного приближения в рамках каждой из обеих коррекционных моделей.
Практические аспекты 230ТЬ/И датирования погребенных торфов и гит-
тий. Практическая реализация новой версии изохронного датирования органогенных отложений включает радиометрическое определение изотопов И и ТЬ в одних и тех же образцах из внутренней части торфяника методами выщелачивания ^^) и полного растворения (TSD) с использованием радиохимической методики [4, 11] и вычисление изохронного возраста в соответствии с вышеизложенными тремя требованиями.
Основными стадиями радиохимического анализа являются:
— доведение до постоянного веса проб (5-30 г) и их озоление при температуре - 500 _ 700° С;
— процедура полного растворения состоит из разложения и переведения в раствор золы образцов последовательно концентрированными кислотами HCL, HF, смесью НСЮ4-НС1, НМ03, в начале этой стадии анализа вводились индикаторы химического выхода изотопов урана и тория — 232И и 234ТЬ, соответственно; процедура выщелачивания производилась обработкой золы либо раствором 7 н. НМ03, либо раствором «царской водки» с последующим отделением раствора от осадка и внесением в раствор индикаторов химического выхода — 232И и 234ТЬ;
— отделение, очистка (от макро- и микропримесей, мешающих альфа-излучателей) и разделение И- и ТЬ-фракций на анионообменной смоле АВ-17 в среде 7 н. НМ03; элюирование ТЬ-фракции в среде 8 н. НС1, И-фракции — смесью НМ03 и HCL (1 н. по Н^, 0,5 н. по НШ3);
— электроосаждение изотопов И и ТЬ на платиновых дисках из спиртового раствора;
— альфа-спектрометрическое определение 238И, 234И, 232ТЬ, 230ТЬ на анализаторе импульсов АИ-1024.
Удельная активность изотопов И и ТЬ рассчитывалась с учетом индикаторов химического выхода.
Расчеты изохронно-корректированного возраста произведены раздельно по двум моделям и TSD) с применением двух различных расчетных методик. Первая — линейная методика [3, 12] включает следующие шаги (для примера рассмотрен торфяник из разреза «Кирьяс» на Средней Оби):
1) Оценка коррекционного индекса (как отрезка отсечения на оси ординат) и его погрешности Сг80,(ь/ь) ± из аналитической линейной зависимости в координатах 230ТЬ/232ТЬ — 234И/232ТЬ с применением метода наименьших квадратов (МНК) по методике Йорка [15]. Эта методика подразумевает проведение прямой линии с учетом «весов» аналитических точек ^). Обычно значения «веса» точки рассчитываются по осям ординат и абсцисс из = 1 /о2, где о\ — стандартное отклонение отношения активностей по каждой оси (крестиком на рис. 2 и 3 обозначены стандартные отклонения точки). В этом случае «вес» точек по мере приближения к началу координат больше (меньше крестик), и соответственно линейная зависимость в большей степени сориентирована именно на эти точки. Однако, чем дальше точки удалены от начала координат, тем удельные активности 230ТЬ и 234И больше и измерены точнее, соответственно и некорректированные отношения 230ТЬ/234И будут точнее. Кроме того, по мере увеличения отношения 230ТЬ/232ТЬ будет уменьшаться вклад первичного тори-евого загрязнения, а значит и коррекция отношений 230ТЬ/234И количественно будет меньше. То есть, более удаленные от начала координат точки должны иметь больший вес в построении линейной зависимости, поэтому мы использовали в качестве «веса» точек величины, равные 1/у2, где V; — относительные стандартные отклонения отно-
234и/232ть
Ь/Ь — модель ТББ — модель
Рис. 3. Линейные зависимости в изохронных координатах 230ТЬ/232 ТЬ-234и/232 ТЬ, построенные по аналитическим данным пяти образцов торфа из разреза «Кирьяс», для каждой из моделей химической обработки образцов.
шений активностей для каждой из осей. В этом случае «вес» точек по мере удаления от начала координат будет расти, соответственно и их роль в построении линейной зависимости, а значит и в определении возраста, будет выше. В соответствии с этими пояснениями по аналитическим данным пяти из семи образцов внутренней части торфяника «Кирьяс» (для которых были в итоге получены согласующиеся возрасты по Ь/Ьи TSD-моделям) построены линейные зависимости с соответствующими коррекционными индексами ^гяодь/ь) ^ (см. рис. 3).
2) Для каждого из выбранных образцов рассчитывались корректированные отношения активностей и их погрешности (по закону накопления ошибок):
'230ТЬ.ра<^ ^230ТЬ. ,232ТЬ.'(
I 234 и. у 234и.
где 230ТЬ?“5 — активность радиогенного 230ТЬ в образце торфа, то есть накопившегося из урана в постседиментационное время, 230ТЬі, 232ТЬі, 234Ьі —аналитические (измеренные) значения удельных активностей (количество образцов і = 1, . .., п).
f=fтSD,(L/L), ^(230ТЬ. рад/234 и;) = (І/234 иі) - у/ [ст2230Ть.) + (^ТЬі^/234 Ьі)2 ■ ^234^) +
(232ТЬі ■ аі)2 + (сг(232тЬі) ■ ґ)2], где СТ(23отЬі), ст(232ть;), а(234и;) —стандартные отклонения измеренных удельных активностей изотопов.
3) Из вычисленных значений корректированных (230ТЬРад/234иі)±Ст(230ть;рад/234Уі) и измеренных (234иі/238Ьі)±ст(2 34и;/23ви;) рассчитывали детритно-корректированный возраст ^ каждого образца и доверительный интервал по уравнению радиоактивного распада (1). Для пяти образцов торфяника из разреза «Кирьяс» в результате вычислений согласно шагам 1-3 получены следующие детритно-корректированные возрасты І4 (табл. 1).
4) Следующий шаг состоял из проверки (с помощью х2-критерия) гипотезы о нормальном распределении совокупности (выборки) 11 ± <7^ вокруг средневзвешенного значения возраста, определяемого для этой выборки. Для набора 11 ± 7^ вычислялось экспериментальное значение:
Хэксп = — 1ср) 17^ ),
где 1ср — средневзвешенный возраст из 11 ± 7^; 1ср = 2(1 /а^)/ ^ (1/72).
Проводилось сравнение Х2ксп с табличным значением Хтабл для 30% уровня значимости при числе степеней свободы f=n-1 (количество образцов 1=1, ...,п). Если Х2ксп < Х2абл, то гипотеза согласовывалась с опытными данными, и за окончательный Ь/Ь- или TSD-изохронно-корректированный возраст принималось значение средневзвешенного возраста 1ср, и его погрешность рассчитывалась в соответствии с распределением Гаусса: 7^р = л/[1/5^(1/а2.)]. Для вышеприведенных выборок детритно-корректированных датировок (разрез Кирьяс) получены следующие значения Х2ксп:
для Ь/Ь-модели Х2ксп = 1, 6 < хТабл = 4, 9, для ТЖ-мОДели Х2ксп = 0, 6 < Хтабл = 4, 9. То есть опытные данные не противоречат нормальному распределению. В соответствие с этим вычислены изохронно-корректированные возрасты 105, 5 + / — 3, 6/3, 3 (Ь/Ь-мо-дель) и 104, 4 + / — 4,4/3, 9 (TSD-модель) тыс. лет слоя торфа 30-60 см. Надо отметить, что доверительные интервалы детритно-корректированных датировок 11 ± являлись несимметричными +7^ > I — 7^ |, поэтому средневзвешенный возраст 1ср и значение Х2ксп рассчитывались исходя из усредненных значений 7^ср = (+7^ + ^
I — 7^ |)/2. Доверительный интервал окон- ^ чательного изохронно корректированного возраста 1ср ± 7tср вычислялся как несимметричный: для определения +7^р использовали значения +7ti, а для — 7^р — соответственно — 7^ .
Расчеты по линейной методике корректны для образцов со значительной амплитудой разброса отношений активностей в изохронных координатах, когда удается построить надежную линейную регрессию и достаточно точно определить коррекционный индекс. В случаях формирования в изотопных координатах тесных групп («кластеров») аналитических точек возможность построения линейной зависимости исключается, как, например, для торфяника из разреза «Шурышкары» с Нижней Оби (рис. 4).
Данный факт наблюдается для образцов с относительно гомогенным изотопным составом по всей толще изучаемого слоя торфа. На основе приближения Гая [3] нами разработан нелинейный способ расчета возраста — методика последовательной минимизации разброса индивидуальных датировок [12]. Отличие этой методики от линейного способа только в первом шаге. Для выбранного набора одновозрастных образцов (количество образцов 1 = 1,..., п) строится функциональная зависимость в координатах d
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0
0
0,5
1,0 1,5
234и/232тъ
ТББ — модель
Рис. 4. Аналитические данные образцов торфа из разреза «Шурышкары» в изохронных координатах
230ТЬ________234и/232
(относительный разброс возраста) — ^гяодь/ь), (коррекционный индекс). Для каждого значения аргумента f в интервале от -2 до 10 через 0,01 (можно и меньше) по формуле (2) рассчитываются (230тЬ?ад/234Ц^), из которых по уравнению (1) вычисляют возрасты выбранных образцов 11, и далее определяют величину ё = (1;тах — 11т1П)/1средн., где 1тах, Сп — максимальные и минимальные значения детритно-корректированного возраста из 11, 1средн. = ХХ^О/п — среднеарифметический возраст из 11.
В интервале значений ^ для которых возможны разумные возрастные вычисления, величина d распределится по вогнутой кривой (рис. 5).
«
О
о
сь
Ю
с.
«
Я
я
л
§
3
и
О
ТЗ
0,05 0,10 0,15 0,20
f - коррекционный индекс
0,25
Г - коррекционный индекс
Рис. 5. Определение коррекционного индекса 1, соответствующего минимальному значению ^ по 1/Ь и ТЯЮ моделям для выборки одних и тех же образцов (разрез «Шурышкары»). Примечание: Цифры вдоль кривых обозначают среднеарифметический возраст выборки детритно-корректированных возрастов проб с использованием соответствующего (по графику) коррекционного индекса 1.
Минимальное значение d (минимум на кривой), то есть минимальный разброс дет-ритно-корректированных датировок будет соответствовать конкретному значению коррекционного индекса ^ для которого в наиболее полной мере соблюдается очевидное условие для формирующихся в одно и то же время образцов — их одинаковый (в пределах ошибки) возраст. Мы предположили, что о = л/Е[а22 3 0ть/232ть-)]/п]. Такая процедура вычисления о не нарушает физического смысла коррекционного индекса, так как точность определения его значения в той или иной степени зависит от точности измерений в образцах изотопных отношений тория (230ТЬ/232ТЬ). Важным является и тот момент, что такой выбор о в методике последовательной минимизации позволил рассчитывать погрешности возраста, близкие к значениям статистически обоснованной возрастной ошибки, вычисляемой в соответствии с линейной методикой (табл. 2). Из найденного таким образом f±Of производилось вычисление L/L- (TSD-) изохронно-корректированного возраста аналогично 2-4 шагам в линейной методике. Для торфяника из разреза «Шурышкары» согласно рис. 4, для одних и тех же образцов получены ^/^ = 0,120 + / — 0,034 и = 0,190 + / — 0,025 и, соответственно, возрасты по L/L — 133, 7 + / — 13, 5/11, 7 и по TSD-моделям — 137, 0 + / — 11, 0/9, 2 тыс. лет.
Методика последовательной минимизации является более универсальной, чем линейная методика, и ее можно применять для вычислений изохронного возраста, как
в случае образования «кластеров», так и в случае значительного разброса значений изотопных отношений. Для контроля расчетов возраста мы использовали обе методики.
В табл. 2 представлены результаты 230ХЬ/И датирования ряда торфяников на основе новой версии с применением линейной (Т-1) и нелинейной (Т-2) методик расчета. Здесь приведены также объединенные значения возраста Х^-1 и их ошибок, рассчитанные согласно 4-му шагу схемы вычислений для общей совокупности L/L- и TSD- детритно-корректированных датировок выбранных образцов 11 ± (см. табл. 1), полученных по
линейной методике расчета. Аналогично рассчитаны значения Х^-2 с погрешностями в варианте вычислений по нелинейной методике.
Таблица 2. Уран-ториевые датировки исследованных погребенных торфов
Погребенный торф (см), количество обр. Ттэб-! (т.л.) Ть/ь-1 (т.л.) Те-1 (т.л.) Ттэв-2 (т.л.) Ть/ь-2 (т.л.) Те-2 (т.л.)
Микулино (Россия) 35-65, 6 обр. - 109,5± 6,2/5,3 - - 110,1± 9,3/7,5
Фили (Россия) 15-35, 3 обр. 110,о± 6,6/5,9 100,6± 5,3/4,8 104,3± 4,1/3,7 110,4± 9,7/8,4 100,6± 9,0/8,1 105,3± 6,7/5,8
Мурава (Беларусь) 40-55, 3 обр. 105,9± 11,4/9,5 98,4± 8,5/7,3 103,2± 6,8/5,8 100,3± 9,2/8,0 106,5± 10,9/9,0 103,0± 7,0/6,0
Нятесос (Литва) 40-55, 3 обр. 78,8± 7,6/6,6 100,6± 9,3/8,0 - 79,1± 4,3/3,8 94,6± 7,0/6,2 -
Мардасавас (Литва) 35-65, 4 обр. 182,8± 31,5/18,9 218,1± 32,2/19,7 200,4± 22,5/13,9 181,1± 14,4/11,1 219,5± 35,7/21,0 187,5± 13,3/9,8
Чембакчино (Зап. Сибирь), 30—55, 5 обр. 110,1± 6,7/5,9 112,8± 19,0/13,8 110,5± 6,3/5,4 106,1± 7,5/6,4 110,3± 9,6/7,9 107,8± 5,9/5,0
Кирьяс (Зап. Сибирь), 30—60, 4 обр. 104,4± 4,4/3,9 105,5± 3,6/3,3 105,2± 2,8/2,6 104,8± 6,3/5,5 103,4± 4,7/4,3 103,9± 3,8/3,4
Бедоба (Центр. Сибирь), 60-100, 4 обр. 148,5± 11,2/9,3 126,7± 10,3/8,6 136,7± 7,6/6,3 142,7± 5,1/4,6 137,0± 11,8/9,6 141,7± 4,6/4,1
Шурышкары (Зап. Сибирь), 38.5—50, 3 обр. - - - 137,0± 11,0/9,2 133,7± 13,5/11,7 135,7± 8,5/7,0
Малые Курилы (о. Танфильева), 4 внутр.слоя - - - 73,0± 5,3/4,8 69,4± 8,2/7,0 71,9± 4,4/3,9
В тех случаях, когда были произведены расчеты по обеим методикам, отмечено согласие доверительных интервалов Х^-1 и Х^-2. Для аналитических данных двух торфяников оказалось невозможным построение линейной зависимости (см. рис. 4), поэтому расчеты возраста выполнены только по нелинейной методике.
В целом же достижение согласия L/L- и TSD изохронно-корректированных возрастов в пределах их погрешностей для одной и той же группы образцов в большинстве случаях исследованных торфяников (за исключением торфяника из разреза «Няте-сос»), предполагает обоснованность применения новой версии 230ТЬ/И метода.
Геохронологическая интерпретация результатов 230ТЬ/И датирования погребенных органогенных отложений. На основе впервые полученного количественного 230ТЬ/И возраста погребенных органогенных отложений уточнено, а в некоторых случаях и выявлено их хроностратиграфическое положение в толще четвертичных осадков.
Результаты 230 ХЬ/И датирования стратотипических торфяников из разрезов межледниковых микулинских отложений в с. Микулино Смоленской обл. и межледниковых муравинских отложений около д. Мурава в республике Беларусь, а также погребенного
торфа в Филевском парке г. Москвы оказались хорошо сопоставимыми с 230 ХЬ/И возрастом эемских торфяников в Германии (7 разрезов). Интервал формирования торфов (с учетом 1а) в разрезах «Микулино» (Хь/ь — 1, 2), «Фили» и «Мурава» (Х^ — 1, 2) от 119,4 до 97 тыс. л.н. (см. табл. 2), тогда как в Германии получены 230ХЬ/И-дати-ровки от 119,5 до 97,5 тыс. л.н. [3]. Эти практически совпадающие хронологические отрезки охватывают вторую половину МИС (морская изотопная стадия)-5е, всю МИС-5d и первую половину МИС-5с кислородно-изотопной шкалы [16]. Палеонтологическое изучение разных лет подтверждает межледниковый характер формирования этих торфяников в более благоприятных климатических условиях, нежели современные [17, 18]. Следует отметить, что в отличие от стратотипов (Микулино и Мурава), принадлежность филевского торфяника к последнему межледниковью была выявлена лишь в результате 230ТЬ/И датирования.
Впервые на Восточно-Европейской равнине (по-видимому, и в Западной Европе) получен возраст средненеоплейстоценовых межледниковых отложений, коррелирующих с МИС-7. 230ХЬ/И возраст гитий в парастратотипическом разрезе «Мардасавас» в Литве — Х^ — 1 = 200,4 + / — 22, 5/13, 9 (Х^ — 2 = 187, 5 + / — 13, 3/9, 8) тыс. лет. Палинологические данные свидетельствуют, что гитии формировались во время заключительного этапа снайгупельского межледниковья [10]. Ранее существование снай-гупельского (одинцовского, родионовского и т. д.) межледниковья, коррелирующего с МИС-7, подвергалось сомнению.
Давно ведется дискуссия по проблеме каргинского времени в Сибири: межледнико-вье или интерстадиал. В 70-х годах прошлого века так называемые каргинские слои, в том числе и органогенные (например, торфяники из разрезов Бедоба на р. Иркенеева, северном притоке Ангары, и Шурышкары на Нижней Оби), по палеонтологическим данным были охарактеризованы как межледниковые, и на основе радиоуглеродного датирования отнесены к интервалу времени примерно 50-23 тыс. л. н. [19-22 и мн. др.], сопоставляемому с МИС-3 [16]. Климат во время оптимальной фазы каргинского межледниковья предполагался даже теплее и мягче современного.
Позднее в 80-90 годах XX в. появились сомнения в хроностратиграфической интерпретации каргинского горизонта, коррелируемого с МИС-3. Морские слои на Каргин-ском мысу, датированные ЭПР методом, получили даты 115-122 тыс. лет, что позволило их сопоставлять с МИС-5е [23]. Кроме того, континентальные органогенные отложения (торф, торфопочвенные образования, гумусированные суглинки) в низовьях Иртыша получили серию ТЛ датировок по вмещающим породам —130±31, 130±25, 130±27 тыс. лет, тогда как радиоуглеродное датирование дало ряд конечных дат — 39-23 тыс. лет, а также запредельных значений > 40-50 тыс. лет [24].
Проведенное нами повторное комплексное изучение «каргинских» торфяников из разрезов «Бедоба» и «Шурышкары» дало запредельные 14С датировки (> 40-50 тыс. лет) и 230ХЬ/И даты торфяников — Х^ — 1 = 136, 7 + / — 7, 6/6, 3 (Х^ — 2 = 141, 7 + / —
4, 6/4,1) и Х^ — 2 = 135, 7+ / — 8, 5/7, 0 тыс. лет, а также подтвердило (данными палеонтологического изучения), что климатические условия торфонакопления были более благоприятные, чем современные [5, 6]. Таким образом, количественный возраст межледниковых отложений, определенный в 70-х годах XX в. по 14С, оказался псевдоконеч-ным, а 230ХЬ/И возраст укладывался в рамки казанцевского межледникового периода, датированного методами ЭПР и ТЛ по морским и аллювиальным отложениям в интервале от 150 до 110 тыс. л.н. [24]. По данным 230ХЬ/И датирования к заключительным фазам этого же интервала времени был отнесен ранее не изучавшийся межледниковый торфяник из разреза Чембакчино на Нижнем Иртыше.
Хроностратиграфическая позиция торфяника из обнажения «Кирьяс» на Средней Оби также была пересмотрена. Эти отложения, получившие в 70-е годы XX в. 14С даты от 38,7 до 44,7 тыс. лет [22], названы стратотипом прохладных кирьясских слоев каргинского горизонта. Нами определен 230Th/U возраст торфа TE — 1 = 105, 2+/— 2, 8/2, 6 (Те — 2 = 103, 9 + / — 3, 8/3,4) и получена 14С-дата из его кровли > 60,7 тыс. лет [8]. Палиноспектры и макрофлора торфяника отражают лесной тип растительности и отнесены к одному из ранневюрмских интерстадиалов типа аммесфорт, оддераде, бреруп. Во время накопления торфяника климат был холоднее современного. Возраст торфа сопоставлен с межстадиалом бреруп, хронометрированным в 100-105 тыс. л. н. по изотопно-кислородной диаграмме из скважины Саммит в центральной части Гренландии [25] и коррелируемым с концом МИС-5'i и началом МИС-5с.
Примерно в одно время с нашими 230 Th/U датировками бывших «каргинских» торфяников, были получены новые ОСЛ данные по опорному разрезу «каргинских» отложений на левом притоке Енисея — р. Малой Хете, ранее датированных по 14С в интервале от 44 до 35 тыс. лет [19]. ОСЛ датировки пойменного и старичного аллювия и перекрывающих его эоловых отложений в интервале от 112±6 до 79±4 тыс. лет также как и в случае рассмотренных выше торфяников, позволили коррелировать эти слои с МИС-5 [26]. При этом, малохетский аллювий по разнообразным палеонтологическим данным отлагался в межледниковом климате, который был теплее современного.
В уже упомянутом разрезе «Кирьяс» для органогенных прослоев, залегающих выше торфяника, датированного 230Th/U методом, нами получены конечные 14С датировки от 48 до 27 тыс. лет [27]. Палеонтологическая характеристика этих прослоев свидетельствовала, что климат в Сургутском Приобье в течение времени, коррелируемого с МИС-3, был существенно холоднее, чем современный. Наши исследования отложений разреза «Золотой мыс» на Нижней Оби принципиально подтвердили эти выводы [27].
Новые геохронологические исследования позднеплейстоценовых разрезов в Западной и Средней Сибири с применением 230Th/U, 14С и ОСЛ методов датирования показали, что во время МИС-5 формировались межледниковые и межстадиальные (торфяник из разреза «Кирьяс») осадки, тогда как во время МИС-3 — межстадиальные отложения.
Осуществлено датирование и палеонтологическое изучение погребенного торфяника из прибрежных отложений ниже уровня моря (2-3 м) острова Танфильева из Малой Курильской Гряды [28]. Климатические условия времени формирования торфяника были подобны современным или несколько холоднее. Уран-ториевый возраст Те — 2 = 71, 9 + / — 4, 4/3, 9 тыс. лет подтверждался запредельной 14С датировкой > 49,5 тыс. лет (ГИН-13463) и находился в согласии с данными 230Th/U датирования глубоководных отложений северной части Тихого океана, сформировавшихся около 80,4 тыс. л. н. в теплую фазу конца МИС-5, и морских отложений Южного Приморья, охарактеризованных термофильными спорово-пыльцевыми спектрами, с датировкой 80, 6 ± 2, 9 тыс. лет [28].
Заключение. Первые экспериментальные данные датирования погребенных торфяников, полученные на основе новой версии 230Th/U метода, несмотря на свою малочисленность, позволили оценить возрастные границы некоторых этапов потеплений в среднем и позднем плейстоцене Восточной Европы, Сибири и Дальнего Востока. Временные пределы 230Th/U метода датирования погребенных органогенных отложений открывают перспективы выявления периодов потеплений на протяжении от 300350 тыс. л. н. до границы неоплейстоцена и голоцена.
Необходимо отметить, что предложенный новый подход к 230Th/U определению возраста погребенных органогенных отложений не претендует на исчерпывающее разрешение методико-методологических проблем, связанных с практическим применением метода. Для повышения надежности и точности датирования в перспективе необходимо проводить исследования следующей направленности:
• поиск методов разделения (по возможности более полного) органической и минеральной фракций торфа;
• детальное изучение минералого-геохимического состава торфа;
• проведение совместного 230Th/U и 14С датирования погребенных торфяников с возрастом до 40-50 тыс. лет;
• при определении возраста торфяников наряду с 230 Th/U желательно применять ТЛ, ОСЛ, ЭПР датирование подстилающих и перекрывающих отложений.
Литература
1. Van der Wijk A., El-Daoushy F., Arends A. R., Mook W. G Dating peat with U/Th disequi-lidrium: Some geochemical considerations // Chemical Geology (Isotope Geoscience Section). 1986. Vol. 59. P. 283-292.
2. Heijnis H. Uranium/Thorium dating of Late Pleistocene peat deposits in N. W. Europa. Ri-jksuniversitet Groningen, 1992. 149 p.
3. Geyh M.A. Reflections on the 230Th/U dating of dirty material // Geochronometria. 2001. Vol. 20. P. 9-14.
4. Кузнецов В. Ю., Максимов Ф. Е. Новый подход к геохронологии межледниковых отложений Русской равнины на основе уран-ториевого метода датирования погребенного торфа // ДАН. 2003. Т. 392. №6. С. 802-806.
5. Арсланов Х.А., Лаухин С. А., Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю., Величкевич Ф.Ю., Санько А.Ф., Шилова Г.Н., Чернов С. Б. Бедоба — опорный разрез казанцевского горизонта в Центральной Сибири // ДАН. 2004. Т. 396. №6. С. 796-799.
6. Астахов В.Н., Арсланов Х.А., Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю., Разина В. В., Назаров Д. В. Возраст межледникового торфяника на Нижней Оби // ДАН. 2005. Т. 401. №1. C. 95-99.
7. Лаухин С. А., Арсланов Х. А., Максимов Ф. Е., Кузнецов В. Ю., Шилова Г. Н., Величкевич Ф. Ю., Чернов С. Б., Никоноров Я. А. Новое обнажение погребенного торфяника казанцевского возраста в низовьях Иртыша // ДАН. 2008а. Т. 418. №5. С. 650-654.
8. Лаухин С. А., Максимов Ф.Е., Арсланов Х.А., Кузнецов В.Ю., Чернов С. Б., Шилова Г.Н., Величкевич Ф.Ю. Геохронология и ландшафтно-климатические условия раннезырянского межстадиала // ДАН. 2008б. Т. 420. № 5. С. 683-686.
9. Gaigalas A., Arslanov Kh. A., Maksimov F. E., Kuznetsov V. Yu., Chernov S. B., Melesyte M. Results of uranium-thorium isochron dating of Netiesos section peat-bog in South Lithuania // Geology. Lietuvos mokslu akademija. 2005. №51. P. 29-38.
10. Gaigalas A., Arslanov Kh. A., Maksimov F. E., Kuznetsov V. Yu., Chernov S. B. Uranium-thorium isochron dating results of penultimate (Late Mid-Pleistocene) Interglacial in Lithuania from Mardasavas site // Geologija Lietuvos mokslu akademija. 2007. No 57. P. 21-29.
11. Maksimov F., Arslanov Kh., Kuznetsov V., Chernov S. 230Th/U and 14C dating of Upper and Middle Pleistocene Interglacial and Interstadial organic deposits from the East-European Plain and Siberia // Pleistocene Environments in Eurasia Chronology, Paleocli-mate and Teleconnection. INTAS Final Workshop. Hannover, Germany. 2-3 November, 2006. P. 34-38.
12. Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю., Арсланов Х.А., Чернов С. Б. Особенности 230Th/U датирования верхне- и среднеплейстоценовых погребенных органогенных отложений // Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших ис-
следований. Материалы V Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. М.: ГЕОС. 2007. С. 252-255.
13. Kaufman A., Broecker W. S. Comparison of Th230 and C14 ages for carbonates materials from Lakes Lahontan and Bonneville // J. Geophys. Res. 1965. Vol. 70. P. 4030-4042.
14. Geyh M.A., Miller H. Numerical 230Th/U dating and palinological rewiew of the Holsteinian/Hoxnian Interglacial // Quaternary Science Rewiews. 2005. Vol. 24. P. 1861-1872.
15. York D. Least-squares fitting of a straight line // Canadian Journal of Physics. 1966. Vol. 44. P. 1079-1086.
16. Bassinot F. C., Labeyrie L. D., Vincent E. et al. The astronomical theory of climate and the age of the Brunhes-Matuyama magnetic reversal // Earth and Planet. Sci. Lett. 1994. Vol. 126. P. 91-108.
17. Вознячук Л.Н. Отложения последнего межледниковья на территории Белоруссии // Материалы по антропогену Белоруссии к VI конгрессу ИНКВА. Минск, 1961. С. 159-217.
18. Санько А. Ф. Неоплейстоцен северо-восточной Белоруссии и смежных районов РСФСР. Минск, 1987. 177 с.
19. Кинд Н. В. Геохронология позднего антропогена по изотопным данным. М.: Наука, 1974. 255 с.
20. Лаухин С. А., Метельцева Е. П. Об иркиниевских межледниковых отложениях с ископаемой флорой в Северном Приангарье // Бюл. Комиссии по изучению четвертичного периода. 1973. №4. С. 96-105.
21. Архипов С. А., Bomax М. Р., Гольберт А. В., Гудина В. И., Довгаль Л. А., Юдке-вич А. И. Последнее оледенение в Нижнем Приобье. Новосибирск: Наука, 1977. 214 с.
22. Архипов С. А., Астахов В. И., Волков И. А. и др. Палеогеография Западно-Сибирской равнины в максимум позднезырянского оледенения. Новосибирск: Наука, 1980. 109 с.
23. Архипов С. А. Объяснительная записка к региональной стратиграфической схеме Западно-Сибирской равнины. Новосибирск: ИГиТ СОАН СССР, 1990. 95 с.
24. Архипов С. А. Хронология геологических событий позднего плейстоцена Западной Сибири // Геология и геофизика. 1997. Т. 38. №12. С. 1863-1884.
25. Dansgaard W., Johnsen S. J., Clausen H. B. et al. Evidence for general instability of past climate from a 250-kyr ice-core record // Nature. 1993. Vol. 364. №6434. P. 218-220.
26. Астахов В. Н., Мангеруд Я. О возрасте каргинских межледниковых слоев на Нижнем Енисее // ДАН. 2005. Т. 403. №1. С. 63-66.
27. Лаухин С. А., Арсланов Х. А., Шилова Г. Н., Величкевич Д. Ю., Максимов Ф. Е., Кузнецов В.Ю., Чернов С. Б., Тертычная Т. В. Палеоклиматы и хронология средневюрмского мегаинтерстадиала на Западно-Сибирской равнине // ДАН. 2006. Т. 411. №4. С. 540-544.
28. Разжигаева Н. Г., Гребенникова Т. А., Ганзей Л. А., Белянина Н. И., Кузнецов В. Ю., Максимов Ф. Е. Климат и развитие ландшафтов в последнее межледниковье на юге Малой Курильской дуги // Фундаментальные проблемы Квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. Материалы V Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Москва, 7-9 ноября 2007. ГЕОС. С. 343-346.
Статья поступила в редакцию 23 июля 2010 г.
