Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири

Кулькова, Марианна Алексеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири"

На правах рукописи

КУЛЬКОВА Марианна Алексеевна

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЛАНДШАФТНО-ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В ГОЛОЦЕНЕ РЕГИОНОВ ДВИНСКО-ЛОВАТЬСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ И ЮЖНОЙ СИБИРИ

Специальность 25.00.09 -Геохимия, геохимические методы поисков

полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогическнх наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2005

Работа выполнена на кафедре геохимии геологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель доктор геолого-минералогических

наук, профессор

Владимир Васильевич Гавриленко

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических

наук, профессор Алексей Григорьевич Марченко

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Евгений Михайлович Нестеров

Ведущая организация Институт озероведения РАН.

Защита диссертации состоится « ЗО-Об. ОS~ 42.00 » на заседании диссертационного совета Д 212.232.25 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном Университете по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, геологический факультет, ауд. ту. E-mail: charykova@cpk.spbu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.А.М Горького Санкт-Петербургского государственного Университета.

Автореферат разослан « - О & ■ З-Ь

Ученый секретарь диссертационного совета М.В.Чарыкова

ШМ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы работы определяет ся необходимостью разработки /еохимических метилов реконструкции лаядшафтно-климатических условий голоценового периода. Применение для этой цели таких широко используемых методов, как спорово-пыльцевой, диатомовый анализы, кислородная изотопия не всегда возможно. Особенно трудной задачей является детальная реконструкция палеоклиматических событий. Установление соотношений химических элементов и использование их в качестве индикаторов палеоклимата является задачей исследования. Детальная реконструкция климата особенно необходима для голоценового периода В это время происходят большие преобразования в истории человечества, связанные с изменением климата Наряду с охотой, рыболовством и собирательством появляются производящие методы хозяйства, развиваются новые технологические процессы Важные изменения в жизнедеятельности древнего населения происходили в голоценовый период в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири. В настоящее время это самые перспективные районы археологических работ, в этом заключается актуальность исследований именно в этих регионах. Влияние палеоклиматических условий на развитие древних культур в этих районах до сих пор было слабо исследовано Поэтому разработка геохимической индикации ландшафтно-палеоклиматических условий и детальная реконструкция палеоклимата в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири является важной задачей для решения археологических вопросов.

Цель и задачи исследования.

Главная цель работы: установить индикаторные соотношения элементов, которые зависят от изменения ландшафтно-климатических показателей (температуры, влажности, уровня воды в водоеме, антропогенного воздействия) для регионов, расположенных в различных климатических зонах - Двинско-Ловатьское междуречье (гумидная климатическая зона) и Южная Сибирь (се-миаридная и аридная климатические зоны).

В связи с поставленной целью решались следующие задачи.

1 .Определение минерального и химического сосчавов отложений голоценового возраста в различных условиях осадконакопления в районах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири

2. Изучение распределения и поведения химических элементов в определенных типах отложений (озерных, эоловых, палеопочвах)

3 Выявление отдельных химических элементов и их соотношений, отражающих изменение ландшафтно-климатических условий на протяжении голоцена в регионе Двинско-Ловатьского междуречья (гумидная климатическая зона).

4. Выявление отдельных химических элементов и их соотношений, отражающих изменение ландшафтно-климатических условий на протяжении голоцена в регионе Южной Сибири (семиаридная и аридная климатические зоны).

Научная новизна полученных результатов.

В данной работе были уточнены минералого-геохимические индикаторы ландшафтко климатических условий, с помощью которых впервые определялся комплекс палеоклиматических характеристик (относительная температура, относительная влажность, изменение глубины водоема, биологическое и антропогенное влияние) для гумидных климатических условий региона Двинско-Ловатьского междуречья и для аридных и семиарид!тых климатических условий региона Южной Сибири

Впервые были выявлены геохимические индикаторы, характеризующие расположение и площади различных функциональных зон на территории древних поселений в районе Ловатьско-Двинского междуречья

Установлена хронология голоценовых отложений и построены детальные хронологические схемы климатических изменений и развития археологических культур в период голоцена в районах археологических раскопок Двин-ско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири.

Фактический материал и методы исследования.

В основе работы лежит обширный полевой материал (озерные, эоловые, почвенные отложения), собранный непосредственно автором во время археологических экспедиций в районе междуречья верхнего течения Западной Двины и Ловати, в южной части Псковской и северо-западной части Смоленской области и в районе Южной Сибири, регионах Тува, Хакассия, Красноярский край. Образцы были исследованы различными методами литологических, минералогических и геохимических анализов Исследование образцов из 2-х скважин и 2 разрезов из региона Южной Сибири проводились в Университете Амстердама в лаборатории почвенной химии автором, следующими методами - определение химического состава методом ЮР-ОЕБ (РегктЕЬпег 5000) 832 элементооггре-деления, определение содержания азота, уг лерода, серы методом газовой хроматографии (С№) (156 элементоопределений), содержание С02 в образцах определялось по принципу Думаса- 52 определения Определение минералогии глин выполнялось рентгено-дифракционным анализом глинистой составляющей. Для определения концентраций различных фракций в образцах использовался гранулометрический анализ (ситовой и пипеточный). Исследование образцов из 6 скважин и 5 разрезов из региона Двинско-Ловатьского междуречья проводилось следующими методами, определение химического состава методом ТСР-МБ (лаборатория Института Научных Приборов) - 2043 элементооп-ределения, спектральный эмиссионный полуколичественный и количественный анализ (лаборатория кафедры геохимии Государственного Университета, Ти-мохиной Л.А) - 2005 элементоопределений, рентгеноспектральный флуоресцентный анализ 840 элементоопределений (лаборатория ВСЕГЕИ, Цимошенко Б.А.), исследование минерального состава 30 образцов мегодом ИКС ( лаборатория ГОИ, лаборатория каф геохимии, Зориной М.Л). Фосфатный анализ 40 образцов был выполнен в химической лаборатории Государственного Эрмитажа Рощиной Ю А Радиоуглеродное датирование образцов проводилось при участии автора в радиоуглеродной лаборатории Института Истории Матери-

альной Культуры и в радиоуглеродной лаборатории Географического Института СПб ГУ по традиционной методике, AMS датирование проводилось в Университете Гренингена (Нидерланды) Получено 86 дат. Спорово-пыльиевой анализ образцов был выполнен Савельевой Л.А., Дкркссн В. Г., дкатомовый анализ выполнен Джиноридзе Е.Н Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Statistica 6.0, SPSS 11 0, Surfer 7.0.

Практическая значимость работы.

Практическая ценность работы заключается в применении этого метода в археологических исследованиях для решения вопросов детальной реконструкции палеоклимата в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири и определения возраста культурных слоев, датирование которых методами абсолютной хронологии зафуднено Проведенные исследования позволили более эффективно установить хронологическую позицию типологически выделенных археологических комплексов. В результате полученных данных была создана обоснованная детальная хронология климатических изменений и развития археологических культур для изученных регионов. Выявление i еохи-мических индикаторов, связанных с антропогенной активностью в регионе Двинско-Ловатьского междуречья, позволило определить степень и характер воздействия человека на экосистему

Результаты исследований используются в курсах лекций по геохимии в СПб гос.Университеге, в СПб гос.Горном институте (ТУ) и СПб Педагогическом институте им.Герцена.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендадий

определяется детальными минералого-геохимическими исследованиями и применением современных методов изучения вещества с использованием новей-тих компьютерных технологий обработки аналитических данных, а также подробным анализом литературных источников по исследуемой тематике Обоснование основных выводов подтверждается сопоставимостью с данными спорово-пыльцевого и диатомового анализов, полученных для исследованных отложений и используемых для реконструкции палеоклимага в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири

Апробация работы.

Основные результаты и отдельные положения докладывались на ежегодных археологических сессиях Государственного Эрмитажа, на российских и международных конференциях- «Bridget across the Baltic Sea», Malmo, Sweden, 2000; «Хронология неолита Восточной Европы.», С-Петербург, 2000 г; «Methods of absolute chronology » , April 2001, Ustron, Poland; «Scientific methods in archaeology.» August 2001, Umea, Sweden, «Историческая геология и эволюционная география», Санкт-Петербург, 2003; «Environment and settling along Baltic Sea through time», Пярну, Эстония, октябрь 2002; «Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития», Псков, ноябрь 2002, NATO Advanced Research Workshop "Impact of the environment on human migration in Eurasia", St Petersburg, 15-18 ноября 2003, «Methods of absolute chronol-

ogy», 17-19 мая 2004. TJstron, Poland, «Школа экологической геологии и рационального недропользования », ("-Петербург. 31 мая-3 июня 2004; минералогическом съезде «'Минералогия во тзсем пространстве сего слова >> 5-8 октября, 2004; «Плейстоцен Беларуси и сопредельных территорий » 29 октября, Минск, Белоруссия ,2004, «Конференция, посвященная памяти А М.Микляева». Эрмитаж, Санкт-Петербург, 11-13 ноября 2004

Публикадни.

По геме диссертации опубликовано 20 работ Научных статей 10

Объем, структура и содержание работы

Диссертация состоит из введения четырех глав, списка литературы из 122 источников и заключения. Основная часть работы содержит 170 страниц текста, 59 рисунков, 21 таблицу, 4 приложения.

Во введении приводится общая характеристика работы, адекватная вышеизложенной части автореферата. В первой главе обсуждается современное состояние проблемы геохимической индикации ландшафтно-палеоклиматических условий По данным литературных источников рассматривается характер изменения минерального и химического составов различных рыхлых осадочных отложений в зависимости от влияния ландшафтно-климатических факторов Исследования различных авторов позволили достаточно подробно охарактеризовать поведение отдельных химических элементов и их соединений в различных ландшафтно-климатических условиях

Во второй главе охарактеризованы методы проведения аналитических исследований

В третьей главе представлены исследования, проведенные в районе Двинско-Ловатьского междуречья, характеризующегося гумидными климатическими условиями на протяжении голоцена В главе приводится геолого-географическая характеристика района, описание опорных разрезов, данные по минеральному, химическому, спорово-пыльцевому и диатомовому составам озерных и почвенных отложений этого региона. На основании этих данных выявляются геохимические индикаторы, характеризующие ландшафшо-палеоклиматические условия в период голоцена Предлагается схема хронологии древних памятников и климатических изменений для этого региона

В четвертой главе представлены исследования, проведенные в районах Южной Сибири, которые характеризуются аридными и семиаридными климатическими условиями на протяжении голоцена. В главе приводи гея геолого-географическая характеристика районов, описание опорных разрезов, данные по минеральному, химическому, спорово-пыльцевому составам озерных и лес-сово- и эолово-почъенных отложений этого региона. На основании этих данных выявляются геохимические индикаторы, характеризующие ландшафтно-палеоклиматические условия в период голоцена. Предлагается схема хронологии древних культур и влияния на них климатических изменений для этого региона

В заключении приведены результаты работы и даются методические рекомендации.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю док-гору геолого-минералогических наук, профессору Гаърилемко В Б за [лкогю-дство и оказанную поддержку, начальнику радиоуглеродной лаборатории ИИМК РАН к.х н Зайцевой Г И за помощь в рабше. сотрудникам каф геохимии С-Г16 Гос Университета Зориной М.Л., Тимохиной Л А, Семеновой В.В. за помощь в проведении анализов, начальнику Лаборатории почвенной химии Университета Амстердама Mr Leo Hotinga за помощь в лабораторных работах и техническую поддержку, начальнику Северо-Западной экспедиции Гос Эрмитажа Мазуркевичу А Н и нач Средне-Ннисейской экспедиции ИИМК РАН Боковенко Н А за прекрасную организацию полевых работ Особую признательность за поддержку и понимание автор выражает Кулькову A.M. и своим коллегам, сотрудникам радиоуглеродной лаборатории Семенцову А,А, Лебедевой Л.М., Буровой Н.Д.

Работа выполнена при поддержке фондов. INTAS проект 00-00016, NWO проект 047 009 005, TNTAS проект 03-51 4261,TNTAS проект 03-51-4445

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Соотношения химических элементов в голоценовых озерных и озерно-почвенных отложениях района Двииско-Ловатьского междуречья являются геохимическими индикаторами гумндных ландшафтно-климатических условий: (Ti,AI,K/Ca,Mn,Corg) и (Fe, Corg Al, Ti/Na,К) - изменение уровня водоема; (Si/Alj-изменение продуктивности водоема; Mn/Fe -изменение щелочиости/кислотности среды; (Рс/Са)-изменение относительной влажности; (Na/K, Na/La, K/La). (Sr/Ba) -изменение относительной температуры.

1.1 Геохимические показатели изменения глубины водоема.

В результате исследований минерального и химического состава голоценовых озерттьтх отложений Двинско-Ловатьского междуречья были выявлены геохимические показатели, отражающие эволюцию глубины водоема.

1.1.1 Для органогенных отложений, формирующихся в глубоководных частях озера.

Исследования минерального и химического составов торфо-сапропелевых отложений для серии скважин и обработка этих данных методами математической статистики позволили выявить антагонизм между комплексами элементов: ТЮ2 Al203,K20,Na20/Ca0,C0rg, МпО и Ni,Co,Cu,Cr,Zn,Pb/Ca,Sr В исследуемых отложениях ТЮ2, А1203, К20, Na20, главным образом, входят в состав полевых шпатов, слюд, глинистых минералов Эти обломочные, терри-генные минералы выносятся в водоем с береговых частей озерных бассейнов и по законам механической дифференциации тяготеют к накоплению в глиноа-левритовых осадках Более глубоководные тонкие, пелитовые осадки содержат высокое количество органического вещества и аутигенные минералы, образовавшиеся в толще воды и в придонных условиях в результате биогенных и хе-могенных процессов В состав аутигатых минералов входят MnO,CaO, Sr

Кальций и стронций были определены в составе карбонатов, сульфата (ангидрита) Марганец образует окислы и гидрокислы Эти данные бьыи сопоставлены с данными диатомового анализа и скоростью осадконакопления в озере. Увеличение концентраций соединений Т1О2А1203,К20, Na20 и >лементов Ni,Co,Cu,Cr,Zn,Pb в отложениях соответствует периодам уменьшения уровня воды в водоеме, увеличение содержания соединений СаО, Corg, МпО и Sr совпадает с периодами увеличения уровня воды в водоеме. Таким образом, соотношения комплексов терригенных элементов к аутигенным в органогенных озерных отложениях может быть использовано, как показатель изменения уровня воды в водоеме

1.1.2 Для озерно-почвенных отложений, сформировавшихся на море-но-флювиогляциальных песках и суглинках.

Анализ минерального и химического составов этих отложений к статистическая обработка позволяют выявить антагонизм элементов Na, К и Fe, Sr, Corg, Al. Na, К - элементы, главным образом, входят в состав полевошпатовых минералов и обогащают алевритовые отложения, накапливающиеся в мелководных озерных условиях. Fe, Sr, Corg Al - элементы , входящие в состав гид-рокислов железа, глинистых минералов, карбонатов, органического вещества Эти минеральные соединения были определены с помощь аналитических методов в исследуемых отложениях. Высокие конпентрации Fe, Sr. Corfc, Al фиксируются в отложениях почвенного генезиса. Сопоставление резулыатов с данными изменения уровня воды в водоеме, полученными с помощью диатомового анализа, а также геохимического анализа органогенных отложений, позволяет выявить показатель изменения уровня воды в береговой части озера, который может быть определен по соотношению элементов Na, К/Fe, Sr, Corg> Al Увеличение соотношения соответствует увеличению уровня воды в водоеме

1.1.3 Для прибрежных озерных отложений, сформировавшихся на флювиогляциальных (комовых) отложениях.

В результате минералого-геохимических исследований озерных отложений, сформировавшихся в прибрежной части водоема и представленных голшей переслаивающихся глин и песчано-алевритовых пород, было установлено, что повышенные содержания комплексов элементов А1203, Fe2Oi, СаО и V фиксируются в глинистых отложениях Высокие концентрации комплексов элементов Na20, К20, которые входят, главным образом, в состав полевошпатовых минералов, регистрируются в алевритовых и песчаных породах Сопоставление соотношения комплексов элементов Na20, К20/А1203, Fe203, СаО с данными изменения уровня воды в водоеме, полученными с помощью диатомового анализа, а также геохимического анализа органогенных отложений, дает возможность использовать это соотношение как показатель изменения уровня воды в береговой части озера.

1.2 Геохимические показатели озерной продуктивности.

Продуктивность в озере напрямую зависит от развития диаюмовых водорослей. Увеличению популяции диатомовых водорослей способствуе] улучшение климатических условий, например высокие температуры, увеличение влажности и высокая интенсивность почвенной эрозии Последний фактор при-

водит к поступлению биогенных элементов в водоем В результате гидромеханической дифференциации в i лубоководной части озера накапливаются алевритовые и пелитсзые частицы, содержащие i линистые, полевошпатовые минералы и биогенный кремнезем, а основное количество кварца накапливается в прибрежных песчаных отложениях МГавшин, ОМ.Хлыстов (2000), М.Н. Шимараев, ИЬ Мизандронцев (2004) предлагают использовать для оценки продуктивности озерного водоема соотношение Si02/Al203| которое огражает долю биогенного кремнезема в органических отложениях глубоководных частей озера. В гумидной климатической обстановке в районе Двинско-Ловатьского междуречья для сапропелевых ошожений глубоководной части озера было определено соотношение Si0)/Al203, которое может отражать долю биогенного кремнезема, использующегося диатомовыми водорослями для построения своих скелетов Хорошая корреляция с данными количественного состава планктонных диатомей, полученных диатомовым анализом, позволяет использовать это соотношение как индтатор продуктивности водоема Для оценки содержания органического вещества в озере также использовался показатель LOI/Ca Потери при прокаливании (LOI) выражают суммарное количество органического, карбонатного и сульфатного материала в отложениях, кальций входит, главным образом, в состав карбонатов в рассматриваемых отложениях Увеличение содержания органического вещества в озерных отложениях соответствует повышенным значениям ЯЮ2пиот " Si02/Al203

1.3 Геохимические индикаторы, отражающие изменения относительной температуры и относительной влажности.

Физико-химическое выветривание, которое зависит от условий температуры и влажности, является важным фактором, влияющим на изменчивость минерального и химического составов вещества Инсоляция, то есть нагревание поверхности горных пород солнечными лучами и процессы, возникающие вследствие попеременного нагрева и остывания, ведут к периодическому изменению объема породы и вызывают ее растрескивание, нарушение связи между минералами, а также и внутри них. Такие преобразования могут быть зафиксированы в аллотигенных минералах Нужно отметить, что в чистом виде физическое выветривание почти не проявляется, сопровождаясь изменениями химического состава горных пород, при этом высокие 1емпературы способствуют увеличению скорости и интенсивности процессов химического выветривания. Химическое выветривание обуславливает преобразование минералов и образование новых минералов В разных климатических зонах оно идет по-разному. Особенно велика в этом отношении роль воды, несущей в себе растворы солей и газов Количество выпадаемых осадков играет большую роль в растворении существующих и образовании новых минералов, которые являются индикаторами климатических условий Поэтому для оценки влажности климата, более целесообразно исследовать поведение аутигенных минералов и их химического состава.

В районе Двинско-Ловатьского междуречья формирование озерных отложений происходило в гумидных климатических условиях, которые сохранялись на протяжении всего голоценового периода В ходе исследований быаа

сделана попытка при изучении поведения терригенных минералов и соответствующих им химических элементов в процессе выветривания оценить относительное изменение температуры в голоценовьтй период

Исследование минералогo-геохимического cocí arta opia.ioie¡ii¡bix ит лишений, сформировавшихся в глубоководных частях озера, показало, что основные формы нахождения комплексов Na20, К20, А]203 являются минералы глин, слюд и полевые шпаты По литературным данным, для оценки степени выветривания, которая зависит и от температурных колебаний, используются следующие показатели (K20+Na20)/Al203, K20/Na20 - показатели интенсивности химического выветрившшя, которому подвергаются почвенные отложения, по данным А Дж Джеральда (1984) Для измерения педо! енетической интенсивности ночь в аридных областях (Вог-ming Jahn, Sylvain Gallet, 2002), a также для установления степени выветривания, связанного с увеличением т емпературы в гумидпых зонах (С А Калик, В H Мачилов, 1998) используется индекс химического выветривания, предложенный Neisbit, Young CrA_Alj0i/(A!203+Ca0 t-Na20 t K20). Эти показатели были рассчитаны для органогенных озерных отложений При сравнении с данными спорово-пыльцевого анализа было установлено, чю соотношения Na20/Al203 и К20/А1203, а также CIA, которые характеризуют степень изменения потевош-пат-глинистых минералов, являются довольно грубыми показа!елями относи-1ельных температур, так как включают в себя влияние других факторов На преобразование полевошпатовых минералов в глинистые в процессе выветривания, наряду с температурой, большое влияние оказывает изменение влажности Кроме того, на распределение минеральных частиц в озере при изменении уровня воды большую роль оказывают процессы гидродинамической дифференциации Наиболее чутким показателем, отражающим температурную изменчивость, является соотношение Na20/K20, вариации которого хорошо согласуются с данными спорово-пыльцевого анализа Это соотношение отражает степень разрушения плагиоклаза, который более чувствителен к процессу выветривания, чем калиевый полевой шпат, как отмечает Chen Yun et al (2001)

Для отложений, формирующихся в прибрежных участках водоема и представленных песчано-глинистыми породами, были проведены минералого-геохимические исследования тяжелой и легкой минеральных фракций Тяжелая минеральная фракция, иавным образом, состоит из таких минералов, как циркон, магнетит, титаномагнетит, рутил, встречаются зерна граната, амфибола, iурмалина, моноцита, небольшое количество полевого шпата В тяжелой фракции цирконий, преимущественно, накапливается в составе циркона Легкую минеральную фракцию, в основном, составляют кварц, глинистые слюдистые и полевошпатовые минералы Натрий, главным образом, входит в состав плагиоклазов Калий, вероятно, в большей степени накапливается в составе полевошпатовых, слюдистых и i .тииисчых минералов По данным Shotyk W , Weiss D (2001), соотношения Na/Zr, K/Zr, Al/Zr, в эолово-почвенных отложениях могут быть использованы для оценки интенсивности выветривания Эти показатели были рассчитаны для озерных песчано-глинистых отложений Сравнение с данными спорово-пыльцевого анализа показало, чю соотношения Na/Zr, K/Zr,

Al/Zr в тяжелой минеральной фракции наиболее точно отражают температурные изменения Соотношение Na/K, которое отражает степень преобразования плагиоклаз-полевошпатовых минералов в серицит и 1 '¡инистые минералы при увеличении температуры, также может быть использовано, как индикатор температурных изменений.

Для оценки влажности в гумидных климатических регионах, где выпадение осадков преобладает над испарением и более интенсивно идут процессы окисления и гидратации целесообразно использовать элементы аутигенных минералов Железо является элементом, наиболее чувствительно реагирующим на эти процессы. По данным Македонова А.В (1985), массовым индикатором влажного климата является повышенное содержание железа При выветривании первичных (магматических) пород, железо первоначально прису [сгвующее в виде силикатных минералов в восстановленном, бивалентном состоянии, будет высвобождаться при гидролизе и окислении Трехвалентное железо вследствие своей низкой растворимости в среде с нормальным pH осаждается в виде окислов и гидрокислов Только небольшая часть железа будет входить в состав вторичных глинистых минералов и, или дополняться органической материей Другие формы железа, такие как сульфиды и карбонаты, также характерны для влажных климатических зон, но образуются в восстановительных условиях среды, без участия кислорода.

Другим индикаторным минералом, характеризующим изменение влажности, является карбонат кальция, как указывают Гагарина Э И. (2004), Bor-mmg Jahn et al (2001) В озерных отложениях кальций встречается в двух формах- в виде собственного углекислого кальция и в небольшом количестве в форме кальция, связанного с органическим веществом осадка Главным фактором, контролирующим осаждение карбоната кальция из толщи водной среды, при условии достаточного содержания кальция во вмещающих породах, является парциальное давление СОг в водоеме. Воды, содержащие избыток С02, растворяют карбонат кальция, который мигрирует в виде гидрокарбоната. При уменьшении концентрации свободного диоксида углерода, i идрокарбонат превращается в карбонат кальция и отлагается. Парциальное давление С02 в водоеме зависит с одной стороны, от равновесия с парциальным давлением С02 в атмосфере, а с другой от процессов фотосинтеза в озере с участием организмов. Процессы испарения способствуют осаждению карбоната кальция, как в озерных системах, так и в почвенных системах. Увеличение влажности климата, а следовательно повышение концентрации С02 в водных растворах, ведет к растворению карбоната. Главным фактором, влияющим на равновесие карбоната кальция в гумидных условиях, является влажность климата. Осаждение карбоната кальция в результате реакций фотосинтеза растений в тумидных условиях имеет подчиненное значение. Исследования озерных и озерно-почвенных отложений в гумидных климатических зонах показали, что железо, главным образом, входит в состав окислов и гидрокислов, сорбируется глинистыми частицами и в очень незначительных количествах встречается в виде гидротроиллита Кальций, главным образом, накапливается в виде карбонатов. Для озерно-почвенных отложений было рассчитано соотношение Ре2Оз/СаО. Сравнение с

данными спорово-пыльпепого анализа покачало, что увеличение соотношения соответствует периодам повышенной влажности Парный коэффициен i корреляции. полученный длч значений показателя Fe2rVCaO и содержания гтьпьтгы ели в сапропелевых отложениях скв 63 - R2=0,59. п 16. Вариации влажности, полученные при использовании лого показателя для других исследованных скважин и разрезов, имеют хорошее совпадение Эти иссчсдования показывают, что соотношение Fe/Ca может определять изменение относительной влажности для этого региона

1.4 Гидрохимические показатели водоема.

Нужно отметить, что типы отложений, выбраштые для исследования, предполагают минимальное развитие диагенетических процессов, что увеличивает достоверность данных о первоначальной геохимической обстановке седиментации.

Как отмечают Sei L Ng, Roger Н King (2004), небольшие озера обычно хорошо насыщены кислородом, поверхность осадок-вода также хорошо насыщена кислородом Это важно для геохимических интерпретаций, т к поверхность, насыщенна;! кислородом, существенно предотвращает освобождение химических элементов из отложений в придонные воды. Другими словами, существенные диагенетические химические изменения не имеют места в отложениях и поэтому геохимические сигналы, отражающие изменения в окружающей среде не были изменены и сохранились в осадке

Минералого-геохимические исследования озерно-почвенных отложений Двинско-Ловатьского междуречья, позволяют предположить, что марганеи присутствует в виде окислов и гидрокислов, для осаждения которых, щелочные и окислительные условия являются благоприятными, в виде некоторой изоморфной примеси в карбонатах и в составе органического вещества Марганец имеет высокие коэффициенты корреляции с кальцием и с содержанием органи ческого вещества Исследования Галоты В В.(2002), Краускопфа (1965) показали, что осаждение марганца происходит на щелочном барьере, и предложили использовать соотношение Mn/Fe в осадочных отложениях, как показатель увеличения щелочности среды Schmidt R et al (2002) использовали соотношение Mn/Fc в озерных отложениях как окислительно-восстановительный индикатор среды В озерных отложениях Двинско-Ловатьского междуречья парный коэффициент корреляции между значениями соотношения MnO/Fe2Ü3 и значениями СаО - R2=0,76, п=32 Высокие значения МпО/РегОз соотношения совпадают с увеличением количества диатомей, обитающих в водах с повышенной щелочностью Поэтому это соотношение может быть использовано как показатель степени щелочности водной среды при высоком окислительном потенциале

1.5 Редкоземельные элементы (РЗЭ) в озерных отложениях могут быть использованы для характеристики источников поступления вещества, и для оценки изменения относительных температур.

При исследовании распределения РЗЭ в озерных прибрежных отложениях можно сделать следующие выводы 1) Озерно-почвенные отложения Двинско-Ловатьского междуречья существенно обогащены легкими РЗЭ, что характерно для пород кислого состава

Таким образом, основным источником для формирования озерно-почвенных отложений голоценового возраста являются подстилающие их г тенистые морены и флювиогляииальные пески валдайского оледенения.

2) Значения РЗЭ, нормироианные к хондритам, выше в легкой минеральной фракции, коюрая обогащена глинистыми минералами и гидроокислами железа, по сравнению с тяжелой минеральной фракцией.

3) Отрицательная Се аномалия наиболее интенсивно проявляется в образцах, обогащенных глинистой составляющей и гидроокислами железа.

4) Корреляционный анализ между РЗЭ и главными породообразующими элементами отдельно для легкой и тяжелой фракции дал следующие результаты в легкой фракции парные коэффициенты корреляции R2La-Ai=0,90, R2yb-А,=0,92, R2Ld.T,=0,88, 112уьлг0,98; R2La.F,-0,85. R2Yb.Fc=0,89, R2La_Nd= -0,85, R2Yb-Na= - 0,91, n=10 Таким образом, основные минеральные формы нахождения РЗЭ в легкой минеральной фракции - глинистые минералы и t идро-окислы железа В тяжелой минеральной фракции' R2La ^=0,56, R2yb-zr='0,74; R\a-T,=0,87, R2Yb-Ti=0,92; R2i.a-Na= -0,79, Я\ъ-ка= - 0,61, n=10 В тяжелой фракци!. РЗЭ входят в состав тяжелых минералов, циркона, титаномагне-гита, анатаза. брукита, монацита.

5) В легкой фракции происходит увеличение концентрации РЗ'З в образцах, обогащенных глинисюй составляющей и гидроокислами железа. Парные коэффициенты корреляции между Lai, Ybi и CIA=A1/(A1+Na+K+Ca) соответственно R2= 0,81, R2= 0,83, n=10 T е. в процессе выветривания и переотложения часть РЗЭ входит в состав глинистых минералов (вероятно, сорбируется ими).

6) В тяжелой минеральной фракции фиксируется накопление РЗЭ образцах наиболее сильно подверженных процессу выветривания Парные коэффициенты корреляции между Lah и Nat/Kh и Nai,/Zrh соответственно - R2= -0,65 и R2= -0,63. п=10, а между Ybh и Alh/Zrh R2= -0,57. Парные коэффициенты корреляции между Zrh и Ybh R2= 0,55, между Ьаь и Zrh R2= 0,74, n=J0 / Т.е. РЗЭ ведут себя как элеменш резистанты. которые входят в состав 1я-желых минералов и обогащают осгаючные отложения в процессе выветривания Поэтому для оценки степени выветривания в зависимости от температурных изменений можно использовать соотношения Na/La и K/La в тяжелой фракции Такое соотношение отражает степень изменения полевых шпатов по ошошению к устойчивым к выветриванию тяжелым минералам Парный коэффициент корреляции между соотношениями Na/La и K/La в тяжелой фракции составляет 0,96, между Na/La и Na/K составляет 0,76.

7) Соотношение La/Yb в тяжелой минеральной фракции выше, чем в легкой минеральной фракции Вероятно, это можно объяснить различным состоянием вхождения РЗЭ в минералы В тяжелой минера ",ной фракции РЗЭ входят в состав тяжелых минералов в виде изоморфной примеси, в лег кой фракции, по-видимому, сорбируются, преимущественно, глинистыми минералами Вследствие большего атомного радиуса La сорбируется хуже, чем Yb Те, несмотря на то, что общее содержание легких РЗЭ выше в

глинистых минералах, они сорбируются хуже, чем тяжелые РЗЭ Тяжелые РЗЭ лучше растворимы в кислых условиях, поэтому очи более подвижны и, в целом, их содержание в глинистых минералах меньше.

Исследования Roman Ross, S.Ribero Guevara ei al (1995) и Alan F Arbogast, Daniel R.Muhs (2000) показали возможность использования РЗЭ в осадочных отложениях для установления источников поступления вешества, а также для оценки степени выветривания вещества Для рассматриваемых отложений, можно заключить, что в условиях гумидной климатической обстановки РЗЭ ведут себя как элементы-резистанты, которые являются немобильными в процессе выветривания и характеризуют источники поступления вещества в озерные бассейны. Сопоставление полученных результатов с климатическими индикаторами, выявленными для исследуемых отложений, показывает, что соотношения Na/La и К/1,а для тяжелой минеральной фракции мог;, г быть использованы как индикаторы изменения относительной температуры в период голоцена на территории Двинско-Ловатьского междуречья

Осадконакопление основных минерально-органических соединений в ojepax и почвах гумидной климатической зоны Двинско-Ловатьского междуречья

Проведенные исследования озерно-почвенных отложений гумидной климатической обстановки, применение физико-химических диаграмм устойчивости минералов в условиях Т=25° и Р=1 атм. предложенных Гаррелсом РМ и Крайстом Ч.Л (1968), данные Келлера и Краускопфа (1963) позволили составить схему процессов седиментации в озерах в зависимости от изменения влажности, температуры, глубины водоема.

Геохимические показатели изменения окружающей среды для органогенных отложений, накапливающихся в глубоководных частях озера (рис 3 9)-регрессии/трансгрессии - (Ti,A!,K/Ca,Mn,Corgï или (Ni, Со, Си, Cr, Ti/Ca,Sr); изменение относительной влажности - (Fe/Ca), изменение щелочности/кислотности среды -Mn/Fe; относительное изменение температуры -(Na/K), (Sr/Ba); изменение продуктивности - (Si/Al)

Геохимические показатели изменения окружающей среды для прибрежных озерно-почвенных отложений,

регрессии/трансгрессии - (Fe, Corg Al, Ti/Na К), измените относительной влажности - (Fe/Ca), относительное изменение температуры - (Nah/Kh), (Sr/Ba), изменение щелочности/кислотности среды -Mn/Fe

1 Климат сухой, прохладный, а) глубоководная часть озера.

Органических остатков в таких условиях мало, водоросли редкие Сухой климат не способствует почвенной эрозии В результате испарения в водной среде понижается концентрация С02. что приводит к увеличению щелочности среды Продуктивность з водоеме низкая Циркуляция воды в глубоководных частях бассейна хорошая, поэтому окислительный потенциал высокий Эти условия благоприятны для накопления в отложениях' аутигенные минералы карбонат кальция, окислы и гидрокислы марганца, гидрокислы и окислы железа развиты слабо

возраст 14С' ВР

са> 14С ВР (2сиг.)

тю ,л|.о„ к,о,

СаО, МоОХО!

Т!0„ К О, !Ч8,0/Р,0,

ге,а(с»о<%)

"(•,0/К,0(%)

510,/А1,0,(%)

археологи че кч е комплексы

торф ' корнчоешК сапропель

(Ьв-4281) 69015« '(£«■4280) 11Щ 60 957-ПИ? '

_сапропель I растнъ й л|гёвс< • ос ] аткамн"

<1.|Н2<5| 1560± 90 170

коричневый "* снпроасль

сапропель с растит. '

серо-'зелёиыв сапропель

' 'мнвковм'К "

сапропель, с раковинами светло-олнвк. сапропель

ВДМВКЩШЙ

сапропель раковыпамп , ПМИОКкШВК

сапропель ераковинама светло-алпвк. шропмь

черный сапропель

(Ьа-*269) 2310+60 ¿•^2Л>254в±60

Д.а-«75) бШ±280

<и-425в> 7060*130 (¡,«-4244) 7580*150

(Ьв-»247)9520±140 (Ц»-42М)<)991)±1 50

" Ж-Ц®".'

1308-1569

гшгш

2115-2467 2148-2471 3204-164«

мШо»'

7655-8054

8017-85 44~"

8018-8661

8696-9428" 9272-'»«7.

О ¡П~0 Ц Я.Х2 С. !

Длинные к\ргакы

Днепра-Двмнска я

Ушеяская Ссверо-Бсш »русская ■Жяаштсш ГУсютская

| Гуанянскп)!

Ссртейскаа

Клнда

Рис. 3.9 Характеристики озерных отложений, скв.63. Сертейская котловина

терригенные минералы• присутствие глинистых минералов и в большей степени полевошпатовых минералов

б) мелководная часгь озера

Условия характеризуются повышенной щелочностью среды в водоеме и

сильноокислительными условиями

Эти условия благоприятны для накопления в отложениях

аутигенные минералы: карбонат качьция, окислы и гидроокислы марганца

терригенные минералы, обломочные плагиоклаз-полевошпатовые минералы,

кварц, биотит.

в) почвы щелочные В почвах образуются карбонаты, глинистые минералов мало, полевошпатовые минералы.

2 Климат прохладный, влажный

а) глубоководная часть озера.

В водоеме происходит некоторое увеличение количества органики и усиливаются процессы гниения Гидрохимические условия среды в водоеме смещаются в сторону кислых и слабо окислительных Карбонаты в условиях увеличения влажности растворяются Продуктивность в водоеме увеличивается Эти условия благоприятны для накопления в отложениях

аутигенные минералы осаждение окислов и гидрокислов железа, в илах может появляться небольшое количество гидротроиллита

терригенные минералы накопление слюдистых, глинистых и полевошпатовых минералов.

б) прибрежные, мелководные условия.

Характеризуются застойными условиями и увеличением процессов гниения Эти условия благоприятны для накопления в отложениях

аутигенные минералы осаждение окислов и гидрокислов железа, появление небольшого количества гидротроиллита.

терригенные минералы полевошпатовые минералы, небольшое количество слюдистых, глинистых минералов, кварц.

в) Появление растительности способс1вует нейтральной, слабо кислой обеIа-новке в почвах Ото приводит к появлению гидрокислов железа, кремнезем и глинозем лишаются подвижности, образуя в почве глинистые минералы, наряду с ними присутствует большое количество полевошпатовых минералов

3. Теплые, влажные условия а) глубоководная часть озера

Происходит бурное развитие органики, цветение водорослей и процессы фого-сшгтеза приводят к увеличению количества кислорода в воде В тоже время поступление поверхностных вод приводит к выравниванию щелочно-кислотнш о потенциала, который увеличиваегся в результате процессов фотосинтеза растений Ботыное количество органики, которая развивается в этих ус ювиях при отмирании и захоронении, разла!ается, чю приводит к поглощению ки-сторода Т е тги процессы в совокупности приводят к нейтральным и окислительным гидрохимическим условиям среды Окислительный потенциал не очень высокий Продуктивность водоема высокая Эти условия приводят к накоплению в отложениях

сутигенные минералы образование гидрокислов железа, органические остатки, биогенный кремнезем.

терригенные минералы тяжелые минера.™, слюдистые, глинистые минералы 0) мелководная часть озера

Эти условия приводят к накоплению в отложениях-

аутигенные минералы образование гидрокислов железа, органические остатки. терригенные минералы: кварц, серицит, глины, полевошпатовых минералов мало.

в) почвы кислые В условиях чрезвычайно обильных дождей и теплого климата, бактериальное разложение происходит быстро В результате углекислота, освобождающаяся при разложении органического вещества, поступает в атмосферу, а почвы выщетачиваются очень глубоко до рН=2 7 Происходит вынос глинистых частиц и элементов железа, кальция, марганца Формируются подзолистые почвы.

4 Климат теплый, сухой.

а) глубоководная часть озера

Развитие в водоеме большого количества водорослей и макрофитов приводит к повышению щелочности среды водоема Испарение также способствует удалению углекислого газа из водной системы Таким образом, гидрохимические условия в водоеме можно охарактеризовать как щелочные и окислительные. аутигенные минералы карбонат кальция, окислы и гидроокислы марганца, органические остатки

терригенные минералы тяжелые минералы, слюды, глинистых минералов очень мало

б) прибрежные, мелководные условия.

В этих условиях происходит зарастание водоема, усиливаются процессы эв-трофикации. Уменьшается количество кислорода в воде, процессы испарения приводят к уменьшению углекислого газа, гидрохимический режим изменяется в сторону щелочных и слабо окислительных условий.

аутигенные минералы карбонаты, органические остатки, может появляться сидерит

терригенные минералы кварц, слюды, пелитизированные полевые шпаты, плагиоклаза мало

в) Почвы содержат некоторое количество растительности, но сухие условия способствуют возникновению щелочных условий Образуются карбонаты, появляется гематит, преобладают кварц и полевошпатовые минералы.

2. Соотношения химических элементов в голоценовых озерных, лессовых и эоловых отложениях региона Южной Сибири являются геохимическими индика!орами <*еми?ридны\ и яришных ^анчшафтно-климатических условий: для семиаридного климата- (Ti, Л!, Fe, К, Ba/Corg,Sr, Са, С02, (Ba/Sr), (CIA), (K/AI)- изменение относительной температурь! ; (Са, Sr, СО2/Curg5 N,S) -изменение относительного испарения/увлажнения.

Для аридного климата - (Ti, Al, Fe, К, Ba/Corg,Sr, Са, С02, N), (Ba/Sr), CIA, (Corg/N) -изменение относительной температуры; (Са, С02, Corg, N,S/Na), (Са, S, С02, Sr/Corg, N)- изменение относительного испарения/увлажнения.

2.1 Геохимические показатели относительных температурных и влажностных изменений и продуктивности водоема.

В результате исследований минерального и химического составов отложений, развитых в регионах Южной Сибири (Южно-Минусинская котловина) и Центральной Азия (Тува, Турано-Укжская котловина) и обработки данных методами математической статистики, было установлено, что элементы А1 К, Fe, Mg, Ti входят в состав алгомосиликатных минералов, С02, Са, Sr - в состав карбонатов, Corg, N, - в состав органического материала

В семиаридных климатических условиях, которые существовали на протяжении голоцена в регионе Южной Сибири (Южно-Минусинская котловина), увеличение температуры способствует интенсивности процессов фотосинтеза в озерах и выпадению карбонатов вместе с повышенным содержанием органического вещества В холодные периоды в водоеме происходит разложение органики и растворение карбонатов Процессы гниения в этом климате развиты слабо, общее количество органического материала невелико, поэтому в процессе разложения органики не возникает сильно кислой среды и это способствует накоплению глинистых и полевошпатовых минералов в холодные периоды По литературным данным, увеличение содержания карбонатов в результате процессов фотосинтеза в озерах Монголии в теплые климатические периоды было отмечено John A.Peck, Р Khosbayar (2002) Соотношение Sr/Ba, выявленное для озерных отложений Байкала по данным Гольдберга и др.(2000), было предложено для использования в качестве индикатора температурных вариаций Сопоставление соотношения комплексов элементов Ti, Al, Fe, K/Corg, Са. C02. N, a также соотношения Sr/Ba с данными спорово-пылмдевого анализа, показало, что преобладание в озерных отложениях элементов, входящих в состав алюмо-силикатных минералов, таких как полевые пшаты, глины, слюды чад карбонатными и органическими комплексами характеризует холодные периоды Т е эти показатели могут применяться для установления характера изменения относительной температуры в голоцене для этого региона

Колебания влажности влияют на изменение количества органич^ско! о вещества в условиях семиаридного климата Увеличение органики в озерных отложениях связано с увеличением влажности, а выпадение карбонатов происходит при преобладании испарения Сравнение соотношения комплексов элементов, входящих в состав карбонатов к элементам органических соединений

(Ca, Sr, CCb/Corj,, N,S) в озерных отложениях, с данными спорово-пыльцевого анализа, полученными для этих осадков показывают увеличение этого соотношения в периоды засушливого климата и уменьшение в периоды влажного клима! а Таким обрашм, это соотношение может быть использовано как показатель относительной влажности для этого региона

В лессово-почвенных отложениях повышенная влажность по сравнению с аридными засушливыми периодами при увеличении температуры способствует развитию растительного покрова, тогда как уменьшение температурь! ведет к деградации растительности, преобладанию щелочных условий и образованию карбонатов Сравнение соотношения комплексов этемептов органических соединений к карбонатным соединениям с данными изменения увлажненности климата, полученных для этого региона с помощью мультидисциплинарных исследований, позволяет использовать соотношение Cur¿, N /Са, С02, Sr в лессово-почвенных отложениях как индикатор изменения влажности Наиболее близкими показателями оценки температурных вариаций, выявленными при мультидисциплинарном исследовании лессово-почвенных отложений, являются соотношения Al/Ti, К/А1 и индекс химического выветривания (CIA), который предложен рядом авторов (Bor-ming Jahn, Sylvain Gallet, 2002, С A.Калик, В.Н.Мазилов,1998) для оценки степени изменения вещества в лессово-почвенных отложениях в зависимости от климата.

В аридных, более засушливых условиях, которые отмечаются для региона Тувы (Турано-Уюкская котловина), в озерных отложениях также были определены соотношения комплексов элементов, входящих в состав алюмоси-ликатных минералов к карбонатным и opi аническим соединениям (Ti, Al, Fe, K/Corg, Ca, C02, N; Sr/Ba).Сравнение с данными спорово-пыльцевого анализа, выполненного для этих отложений, дает возможность использовать эти соотношения для оценки относительных изменений температуры В озерах аридных климатических условий органики не очень много, поэтому она полностью растворяется в холодное время С другой стороны, в этих условиях осаждение карбоната кальция определяется степенью испарения, т к органическое вещество развито слабо Поэтому для аридных районов, где испарение превышает выпадение осадков, уменьшение соотношения комплексов элементов, входящих в состав карбонатов и органики к элемешам i руины i ал идо к (Ca, СО-, Corg, N,S/Na) совпадает с периодами повышенного испарения и засоления озера, выявленными по данным спорово-пыльцевого анализа При исследовании минерального состава в отложениях этого региона был обнаружен галит Натрий имеет отрицательный коэффициет корреляции с остальными элементами Органическое вещество практически не подвержено процессам гниения в этом климате, это способствует совместному осаждению его с карбонатами в более влажных условиях, чем при осаждении галита Volkova N I (1998) применяет соотношение элементов карбонатных комплексов к элементам гатитов в осанках щелочных озер в районе Восточного Памира для определения увлажненности климата Это соотношение может быть использовано как индикатор изменения засоления озера в зависимости от увлажненности климат и для данного региона Соотношение Corg/C02 также отражает изменение увлажненности

климата и наиболее точно соответствует данным спорово-пыльцевого анализа для отложений озера White Lake 2.

Для оценки температур в погребенных отложениях эотово-почвеннлй последовательности при сравнении с данными спорово-пыльцевото анализа, выполненного для этих отложений, были выявлены соотношение Corg/N и рассчитан индекс химического выветривания (СТА) Соотношение Cor£,/N в эолово-почвенных отложениях характеризует изменчивость типов органического вещества в зависимости от температурных условий. Организмы низших растений, в состав которых входит большее количество азота, чем углерода развиваются в более холодных условиях, организмы высших растений с высоким содержанием Corg преобладают при увеличении влажности и температуры Индекс химического выветривания отражает, главным образом, степень физического выветривания, которое преобладает в этой зоне, и при увеличении температуры ведет к преобразованию полевошпатовых минералов в гидрослюды Увеличение испарения в этом регионе приводит к осаждению карбонатов и сульфатов в эолово-почвенных отложениях. Повышенная влажность способствует развитию органического вещества Соотношение элементов, входящих в состав карбонатов и сульфатов к элементам органических комплексов (Ca, S, СО2, Sr/Corg, N). определенное для эолово-почвенных погребенных отложений хорошо согласуется с данными спорово-пыльцево1 о анализа и может быть использовано как показатель изменения относительной влажност и

В семиаридных и аридных, засушливых климатических условиях, железо, присутствующее, главным образом, в виде силикатных минералов, накапливается в терригенной части отложений, т.к. низкая влажность не способствует освобождению железа из силикатных минералов и образованию новых аутогенных минерачьных форм.

Продуктивность озерных водоемов оценивалась показателями (TOC) -общее содержание органического вещества и соотношением Copr/N, которые были предложены в работах Philip A.Meyer (2003), Abdelfettah Sifeddine et al.(2003), Zicheng Yu (2000)

Исследования озерных и лессово-почвенных отложений семиаридной и аридной климатических обстановок, применение физико-химических диаграмм устойчивости минералов в условиях Т=25° и Р=1 атм., предложенных Гаррел-сом Р.М иКрайстом 4.J1 (1968) данные Келлера и Краускопфа (1963) позволили составить схему процессов седиментации в озерах и лессово-почвенных отложениях в зависимости от изменения влажности, температуры, глубины водоема.

Осадконакопление основных минерально-органических соединений в озерах и лессовых отложениях семиаридной климатической зоны Минусинской котловины.

Геохимические показатели палеоклимата для озерных отложений (рис. 4.9): Изменение относительной температуры - (Ti, AI, Fe, К, Ba/Corg,Sr, Ca, C02, N), (Ba/Sr), изменение относительного испарения/увлажнения - (Ca, Sr, C02/Corg, N,S),

8590-

100105-

120125 • ПО. 135140-

170. 175. 180. 185 . 190 ■

200 ■ 20«. 210-2И-220. 22521021* -

торф черный

I светло-коричневым сапропель с остатками растительности

темно-корнч. сапропель

светло-корнч сапропель

темио-корич. сапропель

сапропель светл. корич с пмиист. и песч. проел.

светло-корич. сапропель

гемно-серын

опссчанешнаи

сапропель

возрасч 14С ВР

(Ле-6234)

а)15*0+/-90 в)1600+/-1$0

2470+'-70 (Лг-6231)

26Э6+.-180 (Ле^2Э2) 29*К+, -40 (СгЛ 20687)

431<Ь/-П»

Ю)р1П

кал 14С ВР, (¿Ш.1,

611150-1900

2300-3250 3000-3330

4500-5300

Т1, А1, Ге,К/ Соге, N4 5

10 -и« а о

Са, СО2,8г & >1, Сог£

эияха. культуры

Железны 4 »с к Таш гыкская

Железны! 1 век Та1арская

Поздн» й Бронзовые I ек Карясукская Андропо некая

Средний Ьронэовьш век Окуневслан

Ранний Бронзовы1 «ек \фанасье! екая

Рис. 4.9 Характеристики озерных отложений, скв. 1, Кутужековское о?

Геохимические показатели палеоклимата для лессово-почвениых отложений' Изменение относительной температуры - (K/Al, Al/Tí, CIA). Изменение относительного испарения/увлажнения -( S, Са. CO¿/Corg,N). Характерист ики органогенных отложений оз. Кутужековское (рис 4 9)

1 Климат холодный, сухой

а) Озерные условия.

Органического вещества в этих условиях накашивается очень мало или оно отсутствует В осадках накапливаются ашомосиликатные минералы (полевошпатовые минералы, хлориты), карбонаты

б) Лессово-почвенные отложения

Происходит формирование лессов, содержащих алюмосиликаты, представленные в основном полевошиаювыми минералами и гидрослюдами, карбонаты, сульфаты

2 Климат холодный, влажность повышенная

а) Озерные условия

В озерах увеличивается количество органики, представленной преимущественно низшими организмами I идрохимическая обстановка становится менее щелочной В осадках накапливаются алюмосиликаты (полевошпатовые минералы, гидрослюды, смектит), появляются органические остатки, небольшое количество карбонатов

б) Лессово-почвенные отложения

Отложения в этот климатический период представляют собой слабо развитые почвы В них содержатся органические остами, полевошпатовые минералы, гидрослюды, в небольшом количестве карбонаты. 3. Климат теплый, влажность повышенная.

а) Озерные условия.

Происходит бурное развитие организмов в озере Появляются виды высшей растительности Процессы фотосинтеза ведут к повышению щелочности среды и выпадению карбонатов В отложениях накапливаются в большей степени органическое вещест во, карбонаты, небольшое количество алюмосиликатов

б) Лессово-почвенные отложения

Отложения в этот климатический период представляют собой хорошо развитые почвы В почвах присутствует высшая растительность, карбонатов мало, алюмосиликаты в небольшом количестве среди которых преобладают гидрослюды 4 Климат теплый, засушливый

а) Озерные условия

Оргатгики очень мало, в основном доминируют организмы высших растений, приспособленные к сухим условиям В отложениях преобладают карбонаты Алюмосиликатов небольшое количество, среди которых преобладают полевошпатовые минералы и хлорит

б) Лессово-почвенные отложения Происходит накопление лессов с небольшим содержанием органики В лессах преобладают карбонаты, алюмосиликатные минералы (полевые шпаты, хлорит), сульфаты.

Осадконакопление основных минерально-органических соединений в озерах и головых отложениях аридной климатической зоны Турано-Уюкской кот-ювчны.

Хараюериы ики органогенных сложений оз "White Lak; 2" (рис 4 19) Изменение относительной температуры - (Ti, AI, Fe, К, Ba/Corg,Sr, Га, С02, N), i'Ra/Sr) изменение огносительного испарепия/увлажнения - (Ca, СО?, Corg N,S/Na)

Геохимические показатели палеоклимага для эолово-почветптых отложений

Изменение относительной температуры - CIA, (Corg/NГ).

Изменение относительного испарения/увлажнения (Ca S, С02, Sr/Corg, N)

1 Климат холодный сухой.

а) Озерные условия.

Органика практически отсутствует В озерах преобладают щелочные условия, в отложениях доминируют соли натрия, алюмосиликатные минералы (полевошпатовые минералы, кварц, хчориг)

б) Погребенные эолово-почвенные отложения

В отложениях преобладают карбонаты и сульфаты, алюмосиликатные минералы представлены, в основном, кварцем, полевошпатовыми минералами.

2 Климат холодный, в важность повышенная

а) Озерные условия

В озере появляются низшие органические виды растительности. В озере преобладают алюмосиликатные минералы (гидрослюды, полевошпатовые минералы), присутствуют карбонаты и органическое вещество

б) Погребенные эолово-ночвенкые отложения

Происходит формирование плохо развитых почв В отложениях присутствуют органические остатки, минералы алюмосиликатов, в основном кварц и полевошпатовые минералы, карбонатов очень небольшое количество

3 Климат теплый, влажность повышенная

а) Озерные условия

В озере происходит развитие растительности. В отложениях содержится большое количест во органического вещества и карбонатов Алюмосиликатных минералов очень мало, в основном преобладают смектиты.

б) Погребенные эолово-почвенные отложения

Формируются хорошо развитые почвы, с растительными остатками. Отложения содержат алюмосиликатные минералы, представленные кварцем гидрослюдами, небольшим количеством полевых пшатов Карбонатов очень мало 4. Климат теплый, сухой

а) Озерные условия

Растительность в озерах представлена высшими видами, приспособленными к сухим устовиям В отложениях присутствуют остатки растительности, карбонаты г ал иды Алюмосиликатных минералов очень небольшое количество в основном полевошпатовые минералы и хлорит

б) Погребенные эолово-почвенные отложения

глуб. I

возраст МС ВР

возраст 14С кал. ВР {2 снп)

СО„Са,М&8,Сог^ Ка

Согв/ СО*(ррт)

Эпоха (мльт\ра)

торф

чери. сапропель с а ее ком

20904]00

и 6195

серый. сапропель с песком

393(Н-/-90

Ье-МОД '1

ссрыя сапропель

5840+/-50

тшо-серын сарррпрь с пеекпм

ссрин сапропель с песком

653&+/-400 "ТГШ—

гемнв-серыт сапропель с песком

желтый ищюпел^^глино^

желтая глина

А-С17ЫВ С) I ЛННвК

красный песок

средней иронз, Оку невская

Рис. 4.19 Характерисгики озерных отложений, скв 2, «\Vhite Ьаке»

В этих условиях происходит накопление эоловых песков, содержащих кварк карбонаты и сульфаты, алюмосиликатные минералы, представленные хлоритом и смектитом и неботычос количество полевошпатовых минералов

3. Комплекс химических элементов (Р, Са, К, Sr, Rb, Ми) в отложениях, развитых в местах древних поселений в регионе Двинско-Ловатьского междуречья характеризует особенности жизнедеятельности человека в голоцене.

Осадконакоплсние в регионе Двинско-Ловатьского междуречья проходило в зоне интенсивною развития древних поселений r период юлоцена Областью деятельности человека является геологическая среда, i е фактор антропогенного воздействия на формирующиеся осадки нельзя не учитывать. Ч Финкл (1985) и Milton G Nune? (1977) указывают что кальций и фосфор являются главными элементами зубов и костей и первичным источником значительной части почвенного фосфора служит фторапатит. Эти авторы отмечают, что, если большое количество фосфора концентрируется в почве как результат человеческой активности, значительная часть его входит в соединение с железом и алюминием и может противостоять процессам выветривания (вымывания) и поглощения растительностью тысячелетиями Геохимические исследования отложений в районе археологических раскопок, проведенные на площади поселения. которое было расположено в береговой части озера, дали возможность выявить комплекс элементов-индикаторов антропогенной деятельности на площади исследуемого поселения Полютементные карты, построенные но Э1им данным показывают, что ареолы повышенных значений элементов, характеризующих антропогенную деятельность на этом поселении, совпадают с зонами заселения, выявленными на основании археологических данных Были построены и моноэлементные карты, отражающие изменение концентраций отдельных элементов в отложениях Фосфор, кальций и стронций являются главными элементами, входящими в состав минеральной части костной ткани, зубов, роговых образований При сравнении с археолш ическими данными было установлено, что ареолы повышенных концентраций этих элементов совпадают с зонами разделки животных Положительные корреляционные связи фосфора с калием и рубидием позволяют также рассматривать эти элементы, как индикаторы ;тля реконструкции антропогенной деятельности на поселении Калий, как показывают исследования, является главным элементом, накапливающимся в тканях растений, рубидий, изоморфно замещающий калий также накаптивается в тканях растений William D Middleton (1996) отмечает, что высокие концентрации калия и рубидия фиксируются в золе древесных растений Аномальные значения показателя K/(K+Na) совпадают с местами расположения очагов и очажных ям, выявленных археологическими методами При сопоставлении этих зон с картой распределения аномальных значений показателя Rb/(Rb+Na), можно более детально определить местоположение очагов и их изменение во времени 11остроенные моноэлементные карты и сопоставление их с археологическими данными позволяют выявить достаточно точно различные функцио-

нальные зоны на поселении На площади поселения Сертея XIV были выявлены зоны жилых конструкций, зоны разделки животных и зоны очагов Детальное исследование ареолов рассеяния элементов, характеризующих антропогенную деятельность на поселении, и сопоставление их с распределением археологического материала, дает возможность проследить изменение во времени хозяйственных и жилых зон и изменение их занимаемой площади Выявленные закономерности распределения элементов позволяют определять характер функциональных зон на других поселениях этого микрорегиона.

Древние поселения были обнаружены не только на побережье, но и во внутренних частях озер, например, здесь располагались «свайные поселения» В результате исследований сапропелевых огложений, развтых в глубоководных участках озер, был выявлен антагонизм комплексов Р205 и Fe203 к остальным элементам. По данным радиоуглеродного датирования, отложения с повышенными значениями фосфора соответствуют времени появления и развития древних поселений Одним из механизмов поступления больших концентраций железа в водоем, являются процессы почвенной эрозии в результате антропогенной деятельности, как отмечают A.R Gardner (2002), Roland Schmidt, Karin A Komig (2002) Высокие корреляционные связи фосфора с алюминием, титаном, кремнием, калием показывают его терригенный генезис, т е. поступление в водоем в виде нерастворимого или плохо растворимого фосфата Радиоуглеродное датирование отложений, в которых были зафиксированы повышенные содержания фосфора, показало, что возраст этих отложений совпадает с периодами появления и развития древних поселений. Таким образом, увеличение соотношения комплексов элементов Р205 и FejOi по отношению к остальным элементам в озерных отложениях этого региона может отражать антропогенное влияние на водоем.

4. Особенности климатических изменений, выявленные на основе геохимических индикаторов, и сопоставление их с археологическими данными позволили построить детальные хронологические схемы исторических событий для регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири.

Хронология древних поселений и климатических изменений в районе Двинско-Ловатьского междуречья.

Период 12000-9200 ксш. лет назад (9850-7430 ВС).

В целом климат может быть охарактеризован как прохладный и сухой Озера в этот период были глубоководными, продуктивность водоемов высокая Около 10000 кал лет назад в озерных отложениях появляются элементы антропогенного характера. В этот же период, по-видимому, на бортах котловин появляются первые стоянки культуры Кунда, относящиеся к мезолиту Период 9200-5000 ксш лет назад (7430-3100 ВС)

Максимум регрессии в озерах фиксируется около 8300 кал. лет назад (6397-6229 ВС) Климат в этот период становится более влажным и теплым Продуктивность в озере уменьшается. Антропогенное воздействие на экосистему уменьшается По археологическим данным какие-либо памятники этого

периода не были найдены Вероятно, плошость популяции населения уменьшается или оно отсутствует Появление глиняной посуды среди племен Северо-Запада 01 носится к периоду около 7748-8413 кал ВР (6500-5750 ВС) (Ле-5260). 74! 6-9031 кал ВР (720С-53С0 ВС) (Лс 5261) Эти памятники были объединены г: Сертейскую культ урную группу

Около 8000-7700 кал лет назад регистрируется увеличение уровня воды в водоемах Климат становится сухим и прохладным Продуктивность в водоемах увеличивается Антропогенная нагрузка на водоемы увеличивается Это, вероятно, может быть связано с увеличением плотности популяции населения в микрорегионе Поселения средней и поздней фазы Сертейской культуры располагались на высоких береговых склонах озерных котловин.

Уменьшение уровня воды в озерах микрорегиона фиксируется около 7500-6500 кал лет назад Климат в это время становится теплым и влажным Озерная продуктивное!ь уменьшается Антропогенное влияние на водоем увеличивается В это время в прибрежных частях озер появляются поселения Руд-нянской культуры, которые сочетают в себе культурные местные традиции и традиции Нарвской культуры.

Около 6500-5500 кал лет назад в водоемах фиксируется трансгрессия Климат прохладный и влажный Озерная продуктивность увеличивается Антропогенная нагрузка па водоем уменьшается В данном регионе наблюдается резкое сокращение количества поселений, возможно, даже, что в период максимального подъема уровня воды в озерах рассматриваемый археологический микрорегион был необитаем

Период около 5100-2600 кал. лет назад (3100-410 ВС). Регрессия в водоемах наступает около 5100-4700 кал лет назад На фоне теплого климата регистрируется уменьшение влажности Литоральная часть озер зарастает озера превращаются в болота Продуктивность озер резко уменьшается Изменения окружающей среды, по-видимому, приводят к появлению новых форм построек В прибрежной части заболоченных озер появляются свайные постройки Усвятсткой кутьгуры

Следующая трансгрессивная фаза в водоемах фиксируется около 40003700 кал лет назад ('2283-1685 ВС) Климат в этот период становится немного холоднее, около 3700-3600 кал лет назад фиксируется увеличение сухости В этот период в микрорегионс развиты свайные поселения Жижицкой и Сенеро-Бслорусской культур Антропогенная нагрузка немного уменьшается по сравнению с предыдущим периодом Свайные поселения затапливаются водой, и население переносит поселения на острова и более высокие участки берегов озер Здесь обнаружены поселения Узменьской культуры

В период около 3400-3100 кал лет назад уровень в озерах уменьшается Климат в этот период теплый, влажность немного увеличивается Антропогенное воздействие на водоемы увеличивается Это время появления поселений начальног о железного века в лесной зоне (финал Узменьской культуры). Период, начавшийся около 2600 кал. лет назад

Около 2600 кал лет назад наблюдается похолодание и увеличение влажности в изучаемом регионе в водоемах отмечается трансгрессия Антропоген-

ное влияние на экосистему уменьшается, остатков поселений ранней Днепро-Двинской культуры в эгом регионе не было найдено

Климатические изменения в Южной Сибири и Центральной Азии и история развития древних культур на этих территориях в голоцеиовый период.

Климатические изменения и особенности древних культур в голоцене на территории Южной Минусинской котловины.

Периоо 5300-3000 кал пет назад (3000лет до н э -1000 лет до н.э.).

В целом, этот период характеризуется сухими и прохладными климатическими условиями В этот период на этой территории происходит появление культур бронзового века Афанасьевская культура, относящаяся к раннему бронзовому веку, появляется на территории Южной Минусинской котловины в период с 4-3 тысячелетия до н.э Около 5300 кал лет назад (2500 лет до н.э) фиксируется скачок в сторону сухих и теплых условий По археологическим данным, в этом микрорегиоие в конце 3000 кал лет до н э происходит появление культур среднего бронзового века (Окуневская культура) Андроновская культура распространяется в северной части котловины в период 1800-1400 лет до н э В этот период климат вновь становится прохладнее

Периоб 3000-1300 кал. лет назад (1000лет до н.э.-¡000лет н.э.).

В этот период климат становится теплее и влажнее Начало увлажнения климата фиксируется около 3000-2740 кал лет ВР (13-8 века до н э ), что совпадает с похолоданием На территории Минусинской котловины в 14-10 веках до н э распространяются культуры позднего бронзового века (Карасукская культура) Около 2740-2350 кал лет ВР (7 век до н э.) на этой территории фиксируется максимальное увлажнение и некоторое потепление По археологическим данным, в 1 -м тысячелетии до н э этот микрорегион занимают многочисленные племена кочевников скифского времени (Татарская культура), с этого времени происходит переход к железному веку Прохладные климатические условия на фоне влажного климата регистрируются около 1900 кал лет назад (3-4 века н.э ) В это время, по данным археологов, территорию занимают племена Таштыкской культуры, которая существовала здесь с 1 века до н э до 4 века н э.

Климатические изменения и особенности древних культур в голоцене на территории ТуранО'Уюкской котловины.

Период около 8200 кал лет ВР до 4050 кал лет ВР (4650-2500 лет до н.э.) характеризуется сухим и теплым климатом Испарение преобладает над увлажнением В этот период нет достаточно четких археоло) ических данных о существовании какого-либо населения на этой территории

Увлажнение климата начинается после 4050 кал лет назад (2500 лет до н э ) По археологическим данным во 2-ом тысячелетии до н э в котловине появляются первые племена Окуневской культуры

Период влажного климата и достаточно теплого климата фиксируется около 2760-2360 кал лет ВР (810-470 лет до н э) В это время происходит развитие культур скифского времени на этой территории По археологическим

данным, начало появления многочисленных племен скифских кочевников датируется 1 -м тысячелетием до н э

Различия в заселении Минусинской и Турано-Уюкской котловин древними племенами, вероятна, сяязапы с их лахццлафтко-палеоклиматическими оси бенностями. Процессы заселения Минусинской котловины на протяжении ю-лоценового периода отличались большим разнообразием и интенсивное! ью, по сравнению с Турано-Уюкской котловиной, климатические условия в которой были менее блш онриятными Резкое увеличение влажности в обеих котловинах около 2800-2300 кал лет назад (1-е тысячелетие до н э) способствовало развитию пастбищных лугов и увеличению растительного покрова Эти климатические изменения, вероятно, привели к распространению многочисленных кочевых племен скифской культуры по всей территории Южной Сибири и Центральной Азии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность геохимических показателей ландшафтно-палеоклимашческих условий в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири, таких как относительные изменения температуры и влажности, тип и эволюция глубины водоема, гидрохимические характеристики и продуктивность водоема, антропогенное воздействие на экосистему были выявлены при детальном геологическом и минералого-химическом исследовании озерных, лессово-почвенных и эолово-почвенных отложений голоценового возраста и материнских пород, которые их подстилают.

Процессы седиментогенеза и гштергенеза для аридных (Южная Сибирьj и гумидных (Двинско-Ловатьское междуречье) климатических условий существенно отличаются друг от друга и могут быть охарактеризованы определенными геохимическими показа (елями По данным проведенных исследований впервые предлагаются индикаторы температурной изменчивости. Для гумидных климатических условий - соотношения NajO/KjO (Na/La, K/La) в озерных и озерно-почвенных отложениях. Для семиаридных и аридных климатических условий показатели температурной изменчивости - индекс химического вывет ривания (CIA) и соотношение К/А1 в лессово-почвенных и эолово-почвенных отложениях; соотношение (Ti, AI, Fe. К/С^,,, С02, Ca, N) для озерных отложений, индикатор увлажненности - Corg/C02. Соотношение Fe/Ca в озерных отложениях для оценки влажное i и целесообразно использовать только для ту-мидных климатических условий

Выявление элементов, характеризующих ашропо1енную деятельность, в отложениях в районе древних поселений, позволяет оценивать степень заселенности, реконструировать различные типы жилых и хозяйственных структур на поселении

Климатические кривые, полученные с помощью метода геохимической индикашш для oí дельных стратиграфических разрезов, позволяют оценить общую тенденцию изменения климата в относительной хронологической шкале для исследуемого региона.

Сопоставление этих данных с данными радиоуглеродного датирования дает возможность представть детальные хронологические схемы климатических изменений и развития археологических культур

Для использования метода геохимической индикации ландшафтно-климатических изменений в голоценовый период были предложены методические рекомендации

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. Кулькова М.А, Савельева Л.А, Реконструкция палеоклтата голоцена в районе заболоченных озер Рудня-Сертейская по данным комплексного анализа Древности Подвинья' исторический аспект С-Петербург, Гос Эрмитаж, 2003, стр 291-299

2. Кулькова М.А. Геохимическая индикация ландшафтно-климатических изменений в голоцене Историческая геология и эволюционная география СПб. 2001, стр 171-178

3. Кулькова М.А.. Мазуркевич А Н . Хронология памятников каменного века и изменений в окружающей среде на Северо-Западе России. Материалы Международной научной конференции «Плейстоцен Белоруссии и сопредельных территорий». Минск, 2004, стр.44

4. Кулькова М.А , Гавриленко В В , Применение геохимических методов для реконструкции среды и условий жизнедеятельности древнего человека (археологическая геохимия). Материалы конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» СПб, 2004, стр 118-121

5. Мазуркевич А.Н., Короткевич Б С , Полковникова М Э , Кулькова М.А , Михайлов AB., Исследования Северо-Западной археологической экспедиции в 2003 г. Археологические экспедиции за 2003 год. СПб, Гос Эрмитаж, 2004, стр. 3-15

6. Гавриленко В В , Кулькова М.А , Археогеохгшия как научное направление на границе геохимии, археологии и минерапогии Минералогия во всем пространстве сего слова. СПб, 2003, стр 239-240

7. Гавриленко В В , Кулькова М.А , Геохимия в палеогеографии и археологии - методы решения проблем. Геология и эволюциош1ая география СПб, 2004, стр.20-22

8. Долуханов П.М., Болтрамович С.Ф., Зайцева Г И, Кулькова М.А , Тимофеев В И К палеогеографии и геохронологии поселений каменного века - эпохи раннего металла Балтийско-Ладожского региона. Петербургская трасологическая школа и изучение древних культур Евразии СПб, 2003, стр 64-69

9. Kul'kova М.А., Mazurkevich А N, Dolukhanov Р.М Chronology and Palaeoclimate of prehistoric sites m Western Dvina-Lovat' area of North-Western Russia Geochronorr.etria, Vol 20, pp 87-94, 2001 - Journal on Methods and Applications of Absolute Chronology.

10. Zaitseva G.l, Van Geel В , Bokovenko N A, Chugunov К V , Dergachev V.A., Dirksen V G , Koulkova M.A., Nagler A , Parzinger G , van der Plicht J , Chronology and possible links between climatic and cultural change during the first millen-

mum BC in Southern Siberia and Central Asia Radiocarbon, Vol 46, Issue 1, 2004, pp 259-276

11. Koulkova MA. Radiocarbon chronology and geochemistry in the study of pa-leoenvironinent in the Western-Dvina Lovai' area of North-Western Ruv,ia Materia! of conference «Methods of absolute chronology», Poland, 2004, pp.73-75

12. Koulkova M.A Applications of Geochemistry to paleoenvironmental reconstruction m Southern Siberia. Impact of the Environment on Human Migration in Eurasia Kluwer Academic Publishers, 2004, pp 255-274

13. Dolukhanov P M , Shukurov A M , Arslanov Kh A , Mazurkevich A N, Savel'eva L A , Dzinoridze F. N, Kulkova M.A., Zaitseva G.I. The Holocene Environment and Transition to Agriculture in Boreal Russia (Serteya Valley Case Study) Internet Archaeology, 17, 2004

http /7intarch ac.uk/journal/issuel7/dolukhanov Joc html

Подписано в печать 20.05.05.г. Формат 60x84 1/1 б.Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,8. Тираж 100 экз. Заказ №174

Отпечатано в ООО «Издательство "ЛЕМА"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д.24, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru

»1358Ï

РНБ Русский фонд

2006-4 11294

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Кулькова, Марианна Алексеевна

Введение.б

Глава 1. Современное состояние проблемы индикации палеоландшафтно-климатических условий.

1.1. Процессы изменения вещества при физико-химическом выветривании и осаждении.

1.2. Гранулометрический состав отложений.

1.3. Гидрохимические условия седиментации.

1.4. Влияние биологического вещества на гидрохимическе условия.

1.5. Эоловый вклад в природные системы.

1.6. Антропогенное влияние.

1.7. Геохимия элементов в различных фациальных условиях.

1.8 Индикаторные соотношения элементов, характеризующие климатические обстановки.

Глава 2. Методики проведения анализов.

2.1. Определение содержания воды (НгСГ) и потерь при прокаливании (НгО*).

2.2 Гранулометрический анализ.

2.3 Определение минералогии глин методом рентгено-фазового дифракционного анализа.

2.4 Определение содержания СО2 в образцах методом Wesemael.

2.5 Определение фосфора рыхлых отложениях сравнительным колориметрическим методом.

2.6 Спектральный полуколичественный и количественный эмиссионный анализ.

2.7 Определение химического состава рыхлых отложений методом ICP.

2.8 Рентгено-спектральный флуоресцентный анализ.

2.9 Газовый хрома,тографический CNS анализ.

2.10 Метод дифференциально-термического анализа (ДТА).

2.11 Метод инфракрасной спектроскопии.

2.13 Радиоуглеродный анализ.

Глава 3. Регион Двинско-Ловатьского междуречья.

3.1 Геолого-географическая характеристика района междуречья верхнего течения Западной Двины и Ловати.

3.2. Описание опорных разрезов органогенных озерных отложений из глубоководных частей озер.

3.2.1. Большая Сертейскя озерная котловина, скважина 63.

3.2.1.1 Спорово-пыльцевой анализ.

3.2.1.2 Диатомовый анализ.

3.2.1.3 Минералогические методы исследования.

3.2.1.3.1 Метод инфракрасной спектросокопии.

3.2.1.3.2 Определение минерального состава под бинокуляром.

3.2.1.3.3 Потери вещества при прокаливании.

3.2.1.3.4 Определение магнитной восприимчивости.

3.2.1.3.5 Скорость осадконакопления. щ 3.2.1.4. Геохимические методы исследования.

3.2.1.4.1 Определение химического состава методом XRF (рентгеноспектрального флуоресцентного анализа).

3.2.1.5 Реконструкция палеоклиматической обстановки.

3.2.2. Малая Нивниковская озерная котловина, скважина 72(a).

3.2.2.1 Минералогические методы исследования.

3.2.2.1.1 Метод инфракрасной спектросокопии.

3.2.2.1.2 Определение минерального состава под бинокуляром.

3.2.2.1.3 Потери вещества при прокаливании.

3.2.2.2 Геохимические методы исследования.

3.2.2.2.1 Определение химического состава методом XRF (рентгено-спектрального флуоресцентного анализа).

3.2.2.3 Условия осаждения сапропелевых отложений и реконструкция палеоклиматической обстановки.

3.2.3 Большая Сертейская озерная котловина, скважины 62,44.

3.2.3.1 Спорово-пыльцевой анализ

3.2.3.2 Диатомовый анализ.

4 3.2.3.4 Стратиграфия скважины 62 и реконструкция палеоклиматических событий.

3.2.3.5 Стратиграфия скважины 44 и реконструкция палеоклиматических событий.

3.3. Описание опорных разрезов прибрежных озерных отложений.

3.3.1. Большая Сертейская озерная котловина, разрез 14.

3.3.1.1 Минералогические методы исследования.

3.3.1.1.1 Метод инфракрасной спектросокопии.

3.3.1.1.2 Определение минерального состава под бинокуляром.

3.3.1.1.3 Потери вещества при прокаливании.

3.3.1.2 Стратиграфия разреза 14.

3.3.1.3. Геохимические методы исследования.

3.3.1.3.1 Определение химического состава методом ICP-MS (индуктивно-плазменная масс-спектромерия).

3.3.1.3.2 Условия формирования озерно-почвенных отложений и реконструкция палеоклиматической обстановки.

3.4 Определение функциональных зон на поселениях с помощью геохимических методов исследования.

3.5. Хронология древних поселений и климатических изменений на Северо-Западе.

3.5.1 Период 12000-9200 кал. лет назад (9850-7430 ВС).

3.5.2 Период 9200-5000 кал. лет назад (7430-3100 ВС).

3.5.3 Период около 5100-2600 кал. лет назад (3100-410 ВС).

3.5.4 Период, начавшийся около 2600 кал. лет назад.

Глава 4 Регион Южной Сибири 4.1. Геолого-географическая характеристика районов Южной Сибири и

Центральной Азии.

4.1.1 Минусинская котловина.

4.1.2 Турано-Уюкская котловина.

4.2. Описание опорных разрезов и скважин, расположенных на территории Южной Сибири и Центральной Азии.

4.2.1. Минусинская котловина.

4.2.1.1. Кутужековское озеро. (КТН-В).

4.2.1.1.1. Спорово-пыльцевой анализ.

4.2.1.1.2. Минералогические методы исследования.

4.2.1.1.2.1 Гранулометрический анализ.

4.2.1.1.2.2 Определение минерального состава методом инфракрасной спектросокопии.

4.2.1.1.3. Геохимические методы исследования.

4.2.1.1.3.1 Определение химического состава методом ICP-OES.

4.2.1.1.3.2 Определение содержания углекислого газа.

4.2.1.1.3.3 Определение содержания углерода, серы, азота хроматографическим методом CNS.

4.2.1.1.3.4 Определение потерь вещества при прокаливании.

4.2.1.1.4 Соотношения между элементами.

4.2.1.1.5. Реконструкция палеоклиматической обстановки.

4.2.1.2. Разрез лессово-почвенных отложений «Тепсей».

4.2.1.2.1 Минералогические методы исследования.

4.2.1.2.1.1 Гранулометрический анализ.

4.2.1.2.1.2 Метод инфракрасной спектросокопии.

4.2.1.2.2 Геохимические методы исследования.

4.2.1.2.2.1 Определение химического состава методом ICP-OES.

4.2.1.2.2.2 Определение содержания углекислого газа.

4.2.1.2.2.3 Определение содержания углерода, серы, азота хроматографическим методом CNS.

4.2.1.2.2.4 Определение потерь вещества при прокаливании.

4.2.1.2.3 Соотношения между элементами.

4.2.1.2.4. Реконструкция палеоклиматической обстановки.

4.2.1.3. Климатические изменения и особенности древних культур в голоцене на территории Южной Минусинской котловины.

4.2.2. Турано-Уюкская котловина.

4.2.2.1. Белое озеро (White Lake 2).

4.2.2.1.1. Спорово-пыльцевой анализ.

4.2.2.1.2. Минералогические методы исследования.

4.2.2.1.2.1 Гранулометрический анализ.

4.2.2.1.2.2 Определение минералогического состава глин методом рентгенофазового дифракционного анализа.

4.2.2.1.2.3 Термический анализ. (ДТА).

4.2.2.1.2.4 Определение минерального состава отложений методом инфракрасной спектросокопии.

4.2.2.1.2.5 Реагентный метод.

4.2.2.1.3. Геохимические методы исследования.

4.2.2.1.3.1 Определение химического состава методом ICP-OES.

4.2.2.1.3.2 Определение содержания углекислого газа.

4.2.2.1.3.3 Определение содержания углерода, серы, азота хроматографическим методом CNS.

4.2.2.1.3.4 Определение потерь при прокаливании.

4.2.2.1.4 Соотношения между элементами.

4.2.2.1.6. Реконструкция палеоклиматической обстановки.

4.2.2.2. Разрез эолово-почвенных отложений, погребенных под курганом «Аржан

4.2.2.2.1 Спорово-пылыдевой анализ.

4.2.2.2.2. Минералогические методы исследования.

4.2.2.2.2.1 Гранулометрический анализ.

4.2.^.2.2.2 Метод инфракрасной спектросокопии.

4.2.2.2.3. Геохимические методы исследования.

4.2.2.2.3.1 Определение химического состава методом ICP-OES.

4.2.2.2.3.2 Определение содержания углекислого газа.

4.2.2.2.3.3 Определение содержания углерода, серы, азота хроматографическим методом CNS.

4.2.2.2.3.4 Определение потерь при прокаливании.

4.2.2.2.4 Соотношения между элементами.

4.2.2.2.5. Реконструкция палеоклиматической обстановки.

4.2.2.3. Климатические изменения и особенности древних культур в голоцене на территории Турано-Уюкской котловины.

4.3. Климатические изменения в Южной Сибири и Центральной Азии и история развития древних культур на этих территориях в голоценовый период.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири"

Актуальность темы работы определяется необходимостью разработки геохимических методов реконструкции ландшафтно-климатических условий голоце-нового периода. Применение для этой цели таких широко используемых методов, как спорово-пыльцевой, диатомовый анализы, кислородная изотопия не всегда возможно. Особенно трудной задачей является детальная реконструкция палео-климатических событий. Установление соотношений химических элементов и использование их в качестве индикаторов палеоклиматической обстановки является задачей исследования. Детальная реконструкция климата особенно необходима для голоценового периода. В это время происходят большие преобразования в истории человечества, связанные с изменением климата. Наряду с охотой, рыболовством и собирательством появляются производящие методы хозяйства, развиваются новые технологические процессы. Важные изменения в жизнедеятельности древнего населения происходили в голоценовый период в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири. В настоящее время это самые перспективные районы археологических работ, в этом заключается актуальность исследований именно в этих регионах. Влияние палеоклиматических условий на развитие древних культур в этих районах до сих пор было слабо исследовано. Поэтому разработка геохимической индикации ландшафтно-палеоклиматических условий и реконструкция па-леоклимата в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири является важной для решения археологических задач.

Цель и задачи исследования.

Главная цель работы: установить индикаторные соотношения элементов, которые зависят от изменения ландшафтно-климатических показателей (температуры, влажности, уровня воды в водоеме, антропогенного воздействия) для регионов, расположенных в различных климатических зонах - Двинско-Ловатьское междуречье (гумидная климатическая зона) и Южная Сибирь (семиаридная и аридная климатические зоны).

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1 .Определение минерального и химического составов отложений голоценового возраста в различных условиях осадконакопления в районах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири.

2. Изучение распределения и поведения химических элементов в определенных типах отложений (озерных, эоловых, палеопочвах).

3. Выявление отдельных химических элементов и их соотношений, отражающих изменение ландшафтно-климатических условий на протяжении голоцена в регионе Двинско-Ловатьского междуречья (гумидная климатическая зона).

Научная новизна полученных результатов.

В данной работе были уточнены минералого-геохимические индикаторы ландшафтно-климатических условий, с помощью которых впервые определялся комплекс палеоклиматических характеристик (относительная температура, относительная влажность, изменение глубины водоема, биологическое и антропогенное влияние) для гумидных климатических условий региона Двинско-Ловатьского междуречья и для аридных и семиаридных климатических условий региона Южной Сибири.

Установлена хронология голоценовых отложений, и построены детальные хронологические схемы климатических изменений и развития археологических культур в период голоцена в районах археологических раскопок Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири.

Фактический материал и методы исследования.

В основе работы лежит обширный полевой материал (озерные, эоловые, почвенные отложения) собранный непосредственно автором во время археологических экспедиций в районе междуречья верхнего течения Западной Двины и Ловати, в южной части Псковской и северо-западной части Смоленской области и в районе Южной Сибири, регионах Тува, Хакассия, Красноярский край. Образцы были исследованы различными методами литологических, минералогических и геохимических анализов. Исследование образцов из 2-х скважин и 2 разрезов из региона Южной Сибири проводились в Университете Амстердама в лаборатории почвенной химии автором, следующими методами - определение химического состава методом ICP-OES (PerkinElmer 5000) 832 элементоопределения, определение содержания азота, углерода, серы методом газовой хроматографии (CNS) (156 эле-ментоопределепий), содержание СОг в образцах определялось по принципу Дума-са- 52 определения. Определение минералогии глин выполнялось рентгено-дифракционным анализом глинистой составляющей. Для определения концентраций различных фракций в образцах использовался гранулометрический анализ (ситовой и пипеточный). Исследование образцов из 6 скважин и 5 разрезов из региона Северо-Запада России проводилось следующими методами: определение химического состава методом ICP-MS (лаборатория Института Научных Приборов) - 2043 элементоопределения, спектральный эмиссионный полуколичественный и количественный анализ (лаборатория кафедры геохимии Государственного Университета, Тимохиной JI.A.) - 2005 элементоопределений, рентгено-спектральный флуоресцентный анализ 840 элементоопределений (лаборатория ВСЕГЕИ, Цимошенко Б А.), исследование минерального состава около 30 образцов методом ИКС ( лаборатория ГОИ, лаборатория каф. геохимии, Зориной MJI). Фосфатный анализ 40 образцов был выполнен в химической лаборатории Государственного Эрмитажа Рощиной Ю.А. Радиоуглеродное датирование образцов проводилось при участии автора в радиоуглеродной лаборатории Института Истории Материальной Культуры и в радиоуглеродной лаборатории Географического Института СПб ГУ по традиционной методике, AMS датирование проводилось в Университете Гренингена (Нидерланды). Получено 86 дат. Спорово-пыльцевой анализ образцов был выполнен Савельевой JLA., Дирксен В. Г., диатомовый анализ выполнен Джиноридзе Е.Н. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Statistica 6.0, SPSS 11.0, Surfer 7.0.

Практическая значимость работы.

Практическая ценность работы заключается в применении этого метода в археологических исследованиях для решения вопросов детальной реконструкции палеоклимата в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири и определения возраста культурных слоев, датирование которых методами абсолютной хронологии затруднено. Проведенные исследования позволили более эффективно установить хронологическую позицию типологически выделенных археологических комплексов. В результате полученных данных была создана обоснованная детальная хронология климатических изменений и развития археологических культур для изученных регионов. Выявление геохимических индикаторов, связанных с антропогенной активностью в регионе Двинско-Ловатьского междуречья, позволило определить степень и характер воздействия человека на экосистему.

Результаты исследований используются в курсах лекций по геохимии в СПб Гос.Университете, в Горном институте и Педагогическом институте им.Герцена.

Достоверность защищаемых положений выводов и рекомендаций определяется детальными минералого-геохимическими исследованиями и применением современных методов изучения вещества с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических данных, а также подробным анализом литературных источников по исследуемой тематике. Обоснование основных выводов подтверждается сопоставимостью с данными спорово-пыльцевого и диатомового анализов, полученными для исследованных отложений и используемыми для реконструкции палеоклимата в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири.

Апробация работы.

Основные результаты и отдельные положения докладывались на ежегодных археологических сессиях Государственного Эрмитажа, на российских и международных конференциях «Bridget across the Baltic Sea», Malmo, Sweden, 2000; «Хронология неолита Восточной Европы.» С-Петербург, 2000 г; «Methods of absolute chronology.» ,April 2001, Ustron, Poland; «Scientific methods in archaeology.» August, 2001, Umea, Sweden; «Историческая геология и эволюционная география», Санкт-Петербург, 2001; «Environment and settling along Baltic Sea through time», Пярну, Эстония, октябрь 2002. «Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития», Псков, ноябрь 2002. NATO Advanced Research Workshop "Impact of the environment on human migration in Eurasia", St.Petersburg, 15-18 ноября 2003. ,на конференциях «Methods of absolute chronology», 17-19 мая 2004, Ustron, Poland, «Школа экологической геологии и рационального недропользования.» С

Петербург, 31 мая-3 июня; 2004, минералогическом съезде «Минералогия во всем пространстве сего слова.» 5-8 октября 2004; «Плйстоцен Белоруси и сопредельных территорий.» 29 октября, Минск, Белоруссия ,2004; «Конференция, посвященная памяти А.М.Микляева», Эрмитаж, Санкт-Петербург, 11-13 ноября 2004.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору Гавриленко В.В. за руководство и оказанную поддержку, начальнику радиоуглеродной лаборатории ИИМК РАН к.х.н. Зайцевой Г.И за помощь в работе, сотрудникам каф. геохимии С-Пб Гос.Университета Зориной M.JL, Тимохиной Л.А., Семеновой В.В. за помощь в проведении анализов, начальнику Лаборатории почвенной химии Университета Амстердама Mr.Leo Hotinga за помощь в лабораторных работах и техническую поддержку, начальнику Северо-Западной экспедиции Гос.Эрмитажа Мазуркевичу А.Н и нач. Средне-Енисейской экспедиции ИИМК РАН Боковенко Н.А. за прекрасную организацию полевых работ. Особенную признательность за поддержку и понимание автор выражает Кулькову A.M. и своим коллегам, сотрудникам радиоуглеродной лаборатории Семенцову А.А., Лебедевой Л.М., Буровой Н.Д.

Работа выполнена при поддержке фондов: INTAS проект 00-00016, NWO проект 047.009.005, INTAS проект 03-51-4261,INTAS проект 03-51-4445.

1. Современное состояние проблемы индикации палео-ландшафтно-климатических условий.

Геохимические методы с 1980-х годов получили широкое распространение при литофациальном анализе осадочных пород и осадков. Наиболее ранние работы, посвященные анализам геохимических признаков и применению геохимических методов для определения условий образования различных литотипов, были проведены Страховым Н.М. (1947,1965,1966). Исследования поведения химических элементов в различных ландшафтных условиях освещены в работе

A.И.Перельмана (1972). Важные разработки в изучении геохимических индикаторов для реконструкции палеоклимата проводились К.И.Лукашевым и

B.К.Лукашевым, (1971, 1978). Некоторые общие методы геохимического анализа древних и современных осадков освещены в работах Македонова А.В.(1985), А.Б.Ронова, Я.Э.Юдовича (1981), К.Б.Краускопфа (1963), В.А.Гроссгейма и др. (1984), П.П. Тимофеева( 1999), Гольберга Е.Л. (2000).

Индикаторами ландшафтно-климатических условий являются отдельные элементы, группы элементов, соотношения элементов, которые характеризуют климатические условия и характер осадконакопления за определенный промежуток времени (сочетание климата, рельефа, геотектонического режима). В соответствии с опубликованными данными (А.В.Маке донов, 1985, С.А.Калик и В.Н.Мазилов , 1998, W.Shotyk, 2000) - это:

1) Валовый химический состав, в том числе основных породообразующих элементов, соотношение которых формирует своеобразный геохимический спектр данного типа породы или фации.

2) Отдельные элементы - индикаторы солености, рН, Eh климата.

3) Различные поглощенные катионы и анионы.

4) Некоторые естественные химические соединения в разных формах.

5) Геохимические коэффициенты: отношения элементов и химических соединений.

6) Коэффициенты концентрации по отношению к общим или региональным кларкам.

7) Комплексы-наборы геохимических показателей с дифференциацией по типам пород и новообразований в них.

8) Изотопные соотношения элементов.

Изучение распределения отдельных элементов, соотношений с другими элементами в четвертичных отложениях дает ключ к пониманию процессов образования этих отложений и влияния на них ландшафтно-палеоклиматических факторов. Поведение отдельных элементов, способность их взаимодействия с другими элементами, формы миграций и осаждения определяются электронным строением и индивидуальными химическими свойствами элементов. В соответствии с этими свойствами происходит формирование и разрушение отдельных минералов и минеральных комплексов. Основными факторами, влияющими на разрушение и образование горных пород и минералов в ходе эрозионно-денудационных и седимен-тационных процессов при стабильном тектоническом режиме, в целом, являются -температура, влажность, геоморфологические особенности рельефа. Поэтому важно оценить влияние этих факторов на процессы преобразования минералов и на поведение химических элементов.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Кулькова, Марианна Алексеевна

Выводы

Совокупность геохимических показателей ландшафтнопалеоклиматических условий в регионах Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири, таких как относительные изменения температуры и влажности, тип и эволюция глубины водоема, гидрохимические характеристики и продуктивность водоема, антропогенное воздействие на экосистему были выявлены при детальном геологическом и минералого-химическом исследовании озерных, лессовопочвенных и эолово-почвенных отложений голоценового возраста и материнских пород, которые их подстилают.

Процессы седиментогенеза и гипергенеза для аридных (Южная Сибирь) и гумидных (Двинско-Ловатьское междуречье) климатических условий существенно отличаются друг от друга и могут быть охарактеризованы определенными геохимическими показателями. По данным проведенных исследований впервые предлагаются индикаторы температурной изменчивости. Для гумидных климатических условий - соотношение Na20/K20 (Na/La, K/La) в озерных и озерно-почвенных отложениях. Для семиаридных и аридных климатических условий показатели температурной изменчивости - индекс химического выветривания (CIA) и соотношение К/А1 в лессово-почвенных и эолово-почвенных отложениях; соотношение (Ti, А1, Fe, K/Copr, С02, Са, N) для озерных отложений, индикаторы увлажненности (Corg/C02). Соотношение Fe/Ca в озерных отложениях для оценки влажности целесообразно использовать только для гумидных климатических условий.

Выявление элементов, характеризующих антропогенную деятельность, в отложениях в районе древних поселений, позволяет оценивать степень заселенности, реконструировать различные типы жилых и хозяйственных структур на поселении.

Климатические кривые, полученные с помощью метода геохимической индикации для отдельных стратиграфических разрезов, позволяют оценить общую тенденцию изменения климата в относительной хронологической шкале для исследуемого региона.

Сопоставление этих данных с данными радиоуглеродного датирования дает возможность представить детальные хронологические схемы климатических изменений и развития археологических культур.

Методические рекомендации для использования метода геохимической индикации ландшафтно-палеоклиматических условий.

На всех стадиях осадочного преобразования наряду с физико-химической наследственностью, как указывает Холодов В.Н. (1998), ярко проявляется физико-химическая изменчивость минеральной среды, возникают области геохимического противоречия и реализуются явления типичные только для данной стадии.

Отложения голоценового возраста являются молодыми образованиями и отражают начальную стадию осадочного процесса - седиментогенез. Они в первую очередь запечатлевают в себе те ландшафтно-климатические факторы, которые повлияли на особенности их минералого-химического состава.

Для реконструкций палеоклимата методом геохимической индикации наиболее подходящими отложениями являются отложения, накапливающихся в стабильных фациальных условиях, например в мелководных, небольших по площади озерах, в которых происходит постепенное накопление и захоронение вещества и отсутствует принос вещества из других областей. Диагенетические преобразования в таких отложениях развиты слабо. Другим типом отложений, которые также могут быть использованы для реконструкций, являются эоловые и лессовые толщи с погребенными почвенными горизонтами. В стратиграфической последовательности этих отложений выделяются погребенные почвенные горизонты, что отражает изменения в окружающей среде при формировании этих отложений. Состав таких отложений более точно отражает ландшафтно-палеоклиматические условия седи-ментогенеза.

Целесообразно выявить минеральный и химический состав материнских отложений, на которых развиваются исследуемые отложения, и определить источники поступления вещества (зоны питания).

Образцы для исследований могут быть отобраны ручным буром из скважины или из разреза. Образцы отбираются из каждого слоя стратиграфической последовательности. Количество образцов отбирается из расчета, необходимого для обработки методом математической статистики. Образцы для реконструкции функциональных особенностей жилищ на древних стоянках отбираются по сетке с шагом, кратным площади занимаемого поселения. Контрольные образцы отбираются из этих же отложений за пределами поселений. Количество образца для исследования: органогенных отложений - 100-50 г. мокрого вещества, минеральных отложений - 30-10 г. В полевых условиях минеральные образцы можно отквартовать и разделить на легкую и тяжелую фракции.

В лабораторных условиях образцы высушиваются в сушильном шкафу, истираются в ручной ступке и отсеиваются на сите 0,2 мм. В дальнейшем образцы разделяются на две части. Одна часть образцов озоляется в муфельной печи при

Т=500-550°С для удаления органики (метод определения потерь при прокаливании - LOI). Эти образцы можно использовать для исследований различными спектральными методами. Для реконструкции палеоклимата рекомендуется для определения химического состава использовать метод XRF, силикатный анализ. Этот анализ дает содержание окислов основных элементов, присутствующих в отложениях.

Минеральный состав отложений исследуется под бинокуляром и методом инфракрасной спектроскопии, который дает содержание основных минеральных форм в рыхлых отложениях.

Для определения органических углерода, азота, серы можно использовать хроматографический анализ CNS. Для этого используются неозоленные образцы. Общее количество фосфора также целесообразно определять в неозоленных образцах. Этот анализ можно провести методом колориметрического определения фосфора по стандартной методике.

Для интерпретации результатов химического состава отложений применяются методы многомерной математической статистики с использованием компьютерных программ SPSS 11.0 или Statistica 6.0. Корреляционный анализ позволяет выделить группы элементов на основании высоких корреляционных связей. Факторный анализ показывает взаимодействия между группами элементов.

Анализ формы нахождения и поведения элементов в рыхлых отложениях, который основан на данных минерального и химического составов, позволяет предположить условия, в которых происходило осадкообразование. На основании этих данных выявляются соотношения отдельных элементов и групп элементов, которые могут являться индикаторами ландшафтно-климатических условий в исследуемом регионе.

В случае установления функциональных зон на поселениях также используются методы математической статистики для выявления элементов, имеющих антропогенный характер. На основании этих данных строят поли- и моноэлементные карты, которые характеризуют аномальные значения элементов и показывают расположение различных функциональных зон. Эти карты сопоставляются с археологическими данными, полученными для этого поселения. Исследования показывают характер функциональных зон и изменение их местоположения во времени. Полученные результаты могут использоваться для выявления жилых и хозяйственных структур на других памятниках этого же микрорегиона, на которых археологическая интерпретация затруднена.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Кулькова, Марианна Алексеевна, Санкт-Петербург

1. Алешинская А.С., Спиридонова Е.А. Периодизация эпохи бронзы лесной зоны Европейской России / Тверской археологический сборник, 2000. Вып.1

2. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. Москва, 1976.

3. Барабанов В.Ф. Геохимия.- Л.Недра, 1985. -423 с.

4. Барабанов В.Ф., Гончаров Г.Н., Зорина М.Л. Современные физические методы в геохимии.-Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1990. -391 с.

5. Баас Беккинг Г.М., Каплан И.Р., Мур Д. Пределы колебаний кислотно-щелочного и окислительо-восстановительных потенциалов природных сред: Геохимия литогенеза. -М.: ИЛ., 1963.

6. Бракли Н. Сапрпелевые отложения водоемов Латвийской ССР.- Рига, 1967.

7. Булах А.Г. Методы термодинамики в минералогии,- Л.:Недра, 1968. -174 с.

8. Вадецкая Э.Б. Археологические памятники в степях Среднего Енисея.- Л.: Наука, 1986.

9. Гавлина Г.В. Климат Минусинской котловины: Материалы Южно-енисейской комплексной экспедиции. Изд. Академии Наук, 1954. Вып.З.(а) -С.3-71

10. Гавлина Г.В. Климат Хакассии// Природная среда и агрикультура республики Хакассии.-М.: Наука, 1954. -С.14-42

11. Гагарина Э.И. Микроморфологический метод исследования почв: Учебное пособие. СПб.: Изд-во С.Петербургского университета, 2004. -156 с.

12. Гавшин В.М., Хлыстов О.М. Диатомовые водоросли в контексте глобальных изменений палеоклимата// Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена, 2000. Вып. 2.

13. Гаррелс P.M., Крайст 4.J1. Растворы, минералы, равновесия. -М.: Мир, 1968. -317 с.

14. Геохимия озерно-болотного литогенеза: Сб. науч. тр./Отв. ред. К.И.Лукашев. -Минск, 1971.

15. Геохимия неогенового литогенеза: Сб. науч. тр./Отв. ред. В.К.Лукашев.-Минск, 1978.

16. Геологическая карта Енисейско-Саянской складчатой области. Масштаб 1:1000000/ Глав. ред. А.Л.Яншин.- М.: Госгеолтехиздат, 1965.

17. Геохимия, минералогия и генетические типы месторождений редких элементов: Сб. науч. тр./Отв. ред. К.А. Власов. -М., 1964.- Т.З. С. 609-704.

18. Глинка Н.Л. Общая химия. -Л., 1985.- 702 с.

19. Голота В.В. Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса." Уфа. 2002. Препринт по дополненному изданию РНТИК «Баштехинформ», 2000.

20. Гольдбеорг Е.Л., Федорин М.А., Грачев М.А., Бобров В.А. Периодические сигналы орбитального форсинга эпохи Брюнес в геохимических записях осадков озера Байкал// Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена, 2000. -Вып. 2.

21. Джеральд А.Дж. Почвы и формы рельефа/ Пер. с англ. -Л.:Недра, 1984, 208с.

22. Долуханов П.М., Знаменская О.М. Палеогеографические принципы построения хронологии археологических культур / Археология иестественные науки.- М.,1965.

23. Дуничев В. М. Геология XXII века. — Южно-Сахалинск: Издательский дом "Welcome". 2002. 162 с.

24. Жуховицкая А.А, Генералова В.А. Геохимия озер Белоруссии. -Минск: Наука и техника, 1991.

25. Иванов С.Е., Ладонин Д.В., Соколов Т.А. Экспериментальное изучение некоторых кислотно-основных буферных реакций в палево-подзолистой поч-ве//Почвоведение, 2002. № 1.

26. История озер Восточно-Европейской равнины: Сб. науч. тр./Отв. ред. Давыдова Н.Н.- СПб.: Наука, 1992. -122 С.

27. Калик С.А., Мазилов В.Н. Многомерный анализ в литологии// Литология и полезные ископаемые, 1998. № 3.

28. Краускопф К.Б. Разделение марганца и железа в осадочном процессе: Геохимия литогенеза.- М.: ИЛ, 1963. С. 294-339

29. Келлер. Основы химического выветривания: Геохимия литогенеза.- М.: ИЛ, 1963.

30. Лак Г.Ц. Диатомовая флора озерных отложений в котловине Ладожского озе-ра//История озер в голоцене, 1975.

31. Лукашев К.И. Основные генетические типы четвертичных отложений СССР.-Минск: Изд. Белорусского Гос. Университета, 1955. -258 с.

32. Лукашев В.К., Аношко Я.И. Геохимия неогенового литогенеза.- Минск: Наука и техника, 1978.

33. Маслов А.В., Гареев Э.З., Крупенин М.Т., Демчук И.Г. Тонкая алюмосиликла-стика в верхнедокембрийском разрезе Башкирского мегантиклинория (к реконструкции условий формирвания). -Екатеринбург, 1999.

34. Македонов А.В. Методы литофациального анализа и типизация осадков гумед-ных зон. -Л.: Недра, 1985. -242 с.

35. Малаховский Д.Б., Арсланов Х.А., Гей Н.А., Джиноридзе Р.Н. Новые данные по истории возникновения Невы// Эволюция природных обстановок и современное состояние геосистемы Ладожского озера: Тез. докл. Русское Географическое общество.- СПб., 1993. -С.74-84

36. Методы палеогеографических реконструкций (при поисках залежей нефти и газа)/ Гроссгейм В.А., Бескровная О.В., Геращенко И.Л. и др. JL: Недра, 1984. -271 с.

37. Перельман А.И. Геохимия. М.: Наука, 1972.

38. Природные режимы степей, Минусинской котловины (на примере Койбальской степи)/ Сост. И.АХлебович, В.В.Буфала. -Новосибирск: Наука 1976.- 236 с.

39. Овчинников A.M. Гидрогеохимия. -М.,Недра, 1970, с.70-71

40. Осадочная дифференциация//Геологический словарь.- М.: Недра, 1978, -Т.1, -с.233-234.

41. Рельеф и стратиграфия четвертичных отложений Северо-Запада Русской равнины: Сб. науч. тр./Отв. ред. К.К.Марков.- М.: Изд. Акад наук СССР, 1961.С.82-90

42. Санчук А.И., Бондаренко Г.Н. Физико-химические условия образования мобильных форм токсичных металлов в почвах// Минералогический журнал.- 1998. №2.

43. Сапожников Д.Г. Возможные источники металла при образовании марганцевых месторождений: Марганцевое рудообразование на территории СССР. -М.: Наука, 1984

44. Смоленский В.В. Статистические методы обработки экспериментальных данных/Учебное пособие. -С.-Петербург, 2003,- 102 с.

45. Страхов Н.М. Железорудные фации и их аналоги в истории Земли.- М., 1947.

46. Страхов Н.М. Осадкообразование в современных водоемах. -М., 1965.

47. Страхов Н.М. Геохимия кремнезема. М., 1966.

48. Страхов Н.М., Штеренберг Л.Е., Калиненко В.В., Тихомирова Е.С. Геохимия осадочного марганцоворудного процесса/ Тр. ГИН АН СССР, 1968.- Вып. 185, -495 с.

49. Страхов Н.М. Стадии образования осадочных пород и задачи их изучения: Методы изучения осадочных пород.- М.: Госгеолтехиздат, 1957, -Т.1. С. 7-28

50. Тимофеев П.П., Боголюбова Л.И. Геохимия органического вещества голоцено-вых отложений в областях приморского торфонакопления. М.:Наука, 1999. - 220 с.

51. Ходоровская Н.И., Стурова М.В. Исследование влияния концентрации кремния и фосфора на развитие диатомовой микрофлоры// Известия Челябинского научного центра. -2002. Вып. 2 (15). -С. 50-53

52. Шимараев М.Н., Мизандронцев И.Б. Реконструкция абиотических условий в Байкале в позднем плейстоцене и голоцене. //Геология и геофизика, 2004. -Т. 45. № 5.- С. 557—564

53. Финкл Ч. Минералогия почв// Минералогическая энциклопедия/ Отв.ред. К.Фрей,- Л.:Недра, 1985. 174 с.

54. Хотинский Н.А. Палеогеографические основы датировки и периодизации неолита лесной зоны Европейской части СССР./ Кр.сообщения 153. Памятники эпохи неолита. -М.:Наука, 1978.

55. Холодов В.Н., Физико-химическая наследственность в процессах осадочного породообразования в свете современных данных// Вестник отделения наук о земле РАН, 1998. № 1(3).

56. Юдович Я.Э. Региональная геохимия осадочных толщ.- Л., 1981.

57. Яхонтова Jl. К., Зверева В. П. Основы минералогии гипергенеза: Учеб. пособие.- Владивосток: Дальнаука, 2000. 331 с.

58. Achyuthan Н. Petrologic analysis and geochemistry of the Late Neogene-Early Quaternary hardpan calcretes of Western Rajasthan India// Quaternary International (in press).

59. Alan F.Arbogast, Daniel R.Muhs. Geochemical and mineralogical evidence from eolian sediments for northwesterly mid-Holocene paleowinds, central Kansas, USA// Quaternary International.- 2000. Vol.67. -P.107-118.

60. Berner and Berner. Environmental Geochemistry.-Faure, 1991.

61. Bor-ming Jahn, Sylvain Gallet, Jiamao Han. Geochemistry of the Xining Jixian sections, Loess Plateau of China: eolian dust provenance and paleosol evolution during the last 140 ka// Chemical Geology.- 2001. Vol.178. -P.71-94.

62. Bronger A., Winter R., Sedov S. Weathering and clay mineral formation in two Holocene soils and buried paleoloess in Tadjikistan: towards a Quaternary paleoclimatic records in Central Asia// Catena.- 1998. Vol.34.- P.19-34.

63. Chen J., An Zh., Head J. Variation of Rb/Sr Ratios in the Loess-Paleosol Sequences of Central China during the Last 130,000 Years and Their Implications for Monsoon Pa-leoclimatology// Quaternary Research.- 1999. Vol.51.-P. 215-219.

64. Dean W.E., Gardner J.V., Piper D.Z. Inorganic geochemical indicators of glacial-interglacial changes in productivity and anoxia on the California continental margin// Geochimica et Cosmochimica acta.- 1997.Vol.61. No21.- P.4507-4518.

65. Decampo D.M., Blumenschine R.J., Ashley G.M. Wetland Diagenesis and Traces of Early Hominids, Olduvai Gorge, TanzaniaII Quaternary Research.- 2002. Vol.57.- P.271-181.

66. Ewing H.A., Nater E.A. Use of scanning electron microscopy to investigate records of soil weathering preserved in lake sediment// The Holocene.-2003, Vol. 13(1).- P.51-61.

67. Doner H.E., Lyinn C. Carbonate, Halide, sulfate and sulfide. Minerals in Soil Environments/ J.B.Dixon and e.t. Soil Science Society of America. -Madison, Wisconsin USA, 1977.-P.75-97.

68. Gardner A.R. Neolithic to Copper Age woodland impacts in Northeast Hungary? Evidence from the pollen and sediment chemistry records// The Holocene. -2002. Vol. 12(5).-P.541-553.

69. Graca В., Bolalek J. Forms of phosphorus in sediments from the Gulf of Gdansk// Applied Geochemistry.- 1998.Vol.13. P.319-327.

70. Ewing H.A., Nater E.A. Holocene Soil Development on Till and Outwash Inferred from Lake-Sediment geochemistry in Michigan and Wisconsin//Quaternary Research. -2002. Vol.57.-P. 234-243.

71. Karabanov E.B., Prokopenko A.A., Williams D.F., Khursevich G.K. A new record of Holocene climate change from the bottom sediments of Lake Baikal// Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.- 2000. Vol.156.-P 211-224.

72. Kenzie MC. Manganese oxides and hydroxides. Minerals in Soil Environments/ J.B.Dixon and e.t. Soil Science Society of America. -Madison, Wisconsin USA, 1977.-P.182-191.

73. Kurtz A.C., Derry L.A., Chadwick O.A. Accretion of Asian dust to Hawaiian soils: Isotopic, elemental, and mineral mass balances// Geochimica et Cosmochimica acta.-2001. Vol.65. Nol2.- P.1971-1983,.

74. Kunze G.W., Dixon J.B., 1986. Analysis Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, 677 S. Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods.-Madison, Wisconsin USA, P. 91-99

75. Lima da Costa M., Kern D. Geochemical signatures of tropical soils with archaeological black earth in the Amazon, Brazil// Journal of Geochemical Exploration.- 1999. Vol.66.-P. 369-385.

76. Ludwig W., Amiotte-Suchet P., Probst J. Enhanced chemical weathering of rocks during the last glacial maximum: a sink for atmospheric C02?// Chemical Geology.-1999. Vol. 159(1-4).- P. 147-161.

77. Miettinen A. Relative Sea Level Changes in the Eastern Part of the Gulf of Finland during the Last 8000 Years.- Helsenki, Suomalainen Tiedeakatemia, 2002.-P. 2-10

78. Meyers P.A. Application of organic geochemistry to paleolimnological reconstructions: a summary of examples from the Laurentian Great Lake// Organic Geochemistry.-2003. Vol.34.-P.261-289.

79. Ng Sci L., King R.H. Geochemistry of Lake Sediments as Record of Environmental Change in High Arctic Watershid// Cheme der Erde.-2004.Vol.64. -P. 257-275.

80. Nunez M.G. Archeology through soil chemical analysis: an evalution.- Helsinki, 1977.-P.80.

81. Nyakairu G., Koeberl Ch. Variation of Mineral, Chemical, and Rare Earth Element composition in size fractions of clay-rich sediments from the Kajjansi and Ntawo Clay deposits, Central Uganda// Chemie der Erde.- 2002.Vol.62. Issue 1. -P. 73-86

82. Osterholm I. Spot tests as a phosphate survey method in the field: practical experiences// European Archaeology.- 1997. Vol.1. -P.137-152.

83. Parnell J.J., Terry R.E. Soil Chemical Analysis Applied as an Interpretive Tool for Ancient Human Activities in Piedras Negras, Guatemala//Journal of Archaeological Science.- 2002. Vol.29. -P. 379-404.

84. Peck A. J., Khosbayar P., Fowell S. J. Mid to Late Holocene climate change in north central Mongolia as recorded in the sediments of Lake Telmen// Palaeogeography, Pa-laeoclimatology, Palaeoecology.- 2002. Vol.2817. -P. 1-9.

85. Rodrigues-Filho S., Behling H., Iron G., Muller G. Evidence for Lake formation as a Rasponse to an Inferred Holocene Climatic Transition in Brazil// Quaternary Research.-2002. Vol.57.-P. 131-137.

86. Ross G.R., Ribero S., Guevara, Arribere M.A. Rare Earth geochemistry in sediments of the Upper Manso River Basin, Rio Negro, Argentina// Earth and Planetary Science Letters.- 1995. Vol.133. P.47-57.

87. Schutt B. Reconstruction of palaeoenvironmental conditions by investigation of Holocene playa sediments in the Ebro Basin, Spain: preliminary results// Geomorphol-ogy.- 1998. Vol.23. -P. 273-283.

88. Schwertmann U., Taylor R.M. Iron Oxides. Minerals in Soil Environments/ J.B.Dixon and e.t. Soil Science Society of America. -Madison, Wisconsin USA, 1977.-P.145-175.

89. Sifeddine A., Spadano A., Albuquerque M., Ledru. A. 21000 cal. years paleocli-matic records from Ca?o Lake, northern Brazil evidens from sedimentary and pollen analyses// Palaeogeography, Palaeoclimate, Palaeoecology.- 2003. Vol.189.-P.25-34.

90. Sohlenius G., Sternbeck J., Andien E., Westman P. Holocene history of the Baltic Sea as recorded in sediment core from the Gotland Deep//Marine Geology.- 1996. Vol. 134. P.183-201.

91. Volkova N.I. Geochemistry of rare elements in water and sediments of alkaline lakes in the Sasykkul depression, East Pamirs// Geochemical Geology. 1998. Vol. 117.-P.265-277.

92. Zhang H.C., Ma Y.Z., Wunnemann В., Pachur H.-J. A Holocene climatic records from arid northwestern China// Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.-2000. Vol.162.- P.389-401.

93. Ward J. A., Larcombe R., Cuff C. Stratigraphic control of the geochemistry of Holocene inner-shelf facies Great Barrier Reef// Marine Geology. -1995. Vol.129.- P.47-62.

94. Whitting L.D., Allardice W.R., X-Ray Diffraction Techniques. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy,677 S. Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. -1986. -P. 331-361

95. Weiss D., Shotyk W. The geochemistry of major and selected trace elements in a forested peat bog, Kalimantan, SE Asia, and its implication for past atmospheric dust deposition// Geochimica at Cosmochimica Acta.- 2002. Vol.66. No 13.- P.2307-2323.

96. Wesemael J.Ch. De bepaling van het calciumcarbonaatgehalte van gronden. Chem-ish Weekblad 51,-1955. -P. 35-36

97. Wright R., Stuczynski T. Atomic absorbtion and Flame Emission Spectometry. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy,677 S. Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods. -1996. -P. 65-75

98. Yu Z. Ecosystem response to Lateglacial and early Holocene climate oscillations in the Great Lakes region of North America// Quaternary Science Reviews 19. 2000.1. P. 1723-1747.

99. Yang X., Williams M. The ion chemistry of lakes and late Holocene desiccation in the Badain Jaran Desert, Inner Mongolia, China// Catena.- 2003. Vol.51.-P.45-60.

100. Xiao J., Nakamura Т., Lu H., Zhang G. Holocene climate changes over the desert/loess transition of north-central China// Earth and Planetary Science Letters.- 2002. Vol.6112.-P.l-8.

Информация о работе

Кулькова, Марианна Алексеевна
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2005
ВАК 25.00.09

Диссертация

Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Геохимическая индикация ландшафтно-палеоклиматических условий в голоцене регионов Двинско-Ловатьского междуречья и Южной Сибири - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы