Выбор методов для решения геоморфологических проблем

Методы, виды анализа и приемы исследования	Питающие провинции	Ге-незис	Палеогеографические реконструкции	Стратиграфические построения
				расчленение	корреляция
Общие	Сравнительно-географический			хх
Фациально-генетический		хх	хх	х	х
Актуалистический			х
Эволюционный			хх	хх
Частные	Геоморфологические		хх	хх	х
Литологические:
текстуры		хх	хх
физико-механические свойства		хх
гранулометрия	х	х	х	х
минералогический:
терригенных минералов	хх	х	х	х	хх
аутигенных		хх	хх
	глинистых петрография	хх хх		хх х	хх хх	хх
	Геологические	хх			хх	хх

Методы изучения древнего рельефа суши. Формы рельефа относительно редко сохраняются в ископаемом состоянии. Среди таких чаще встречаются речные долины, озерные котловины, конусы вулканов, дюны, горные хребты и пр. Реконструкция древнего рельефа производится на основе анализа фаций и формаций с помощью общих и частных методов палеогеографии.

Прежде всего устанавливается область сноса материала, т. е. область активной денудации отложений. С помощью гранулометрического анализа изучается смена фаций по площади; чем ближе к области сноса, тем более механический состав породы становится грубым и хуже отсортированным. Осадки глинистые, сменяются песчаными, галечными, валунистыми, обломочными. Окатанность их уменьшается. Иногда изменяется степень окраски. Меняется состав фауны – глубоводные, мелководные, прибрежные, наземные виды. По этим признакам реконструируется береговая линия, характер рельефа – горный или равнинный. Горный рельеф имеет большую мощность отложений во впадинах, часто грубообломочный и с быстрой сменой фаций. Равнинный рельеф характеризуется малыми мощностями, однородным составом фаций, постепенной их сменой.

О высоте древнего рельефа судят по уклонам аллювиальных отложений. Современные равнинные реки имеют уклон 0,4–4 м, горные – 1–10 м и до 100 м на один километр длины. Зная площадь распространения древнего аллювия (длина), можно примерно оценить высоту рельефа по формуле: Δ h = , т. е. уклоны (Δ h) равны высоте, делимой на длину. Отсюда h = Δ h х L. Но всегда нужно иметь в виду еще два положения – палеотектонику и палеоклимат, т. е. нужно взглянуть на логическую модель палеофации. Палеогеоморфология очень тесно связана с практикой поиска россыпных полезных ископаемых – золота, платины, алмазов, полиметаллов.

Методы изучения древних водоемов. В основном используются органические и геохимические методы в сочетании с литологическими. Изучаются моря и озера.

Береговая линия реконструируется с помощью фациального анализа, а также характерных для побережий форм рельефа – береговые валы, дюны, остатки волнобойных уступов.

Рельеф дна древних водоемов можно оценить по наличию рифовых комплексов, подводных оползней, изменению гранулометрического состава донных осадков, изменению площадей органических остатков (ареалов).

Данные о глубине водоема (до 10–15 м) дает гранулометрия. Там, где прибрежная зона подвержена воздействию прибоя, формируются грубозернистые, галечные, плохо сортированные материалы. На литорали (глубиной менее 30 м), где наблюдаются приливы и отливы, характерны знаки ряби и песчаные волны. В этих же глубинах можно наблюдать и вынос реками илистого и песчаного материала. Более глубокие места водоемов (> 30–100 м) сложены глинистыми и кремнистыми породами, неслоистыми с остатками планктонных организмов (живших в толще воды – акул, рачков, аммонитов, белемнитов и пр.). Глубоководные однотипные осадки встречаются на разных глубинах, это зависит от размеров водоема. По данным Страхова Н. М. (1963), алевриты в океанах формируются с глубины 75–100 м, в Черном море – 15–25 м, а в Балхаше – всего с 2–3 м. Геохимия и минералогия железистых (аутигенных и глинистых) минералов позволяет определить относительные глубины. Так, у самого берега образуется детритовый гетит, а с удалением от него – шамозит, глауконит.

Однако наиболее точно относительные глубины определяются палеоонтологическими материалами. Так, наличие в геологических отложениях остатков донных водорослей является показателем мелководья, не превышающего глубину 50–70 м, так как на большей глубине не возможен фотосинтез. Коралловые постройки формируются на глубине 40–60 м. На мелководье живут моллюски с массивными раковинами. С глубиной увеличивается количество планктонных форм и сокращается количество донных, скелет которых становится хрупким. В отложениях сохраняются зубы акул, скатов, рыб, рачков, аммонитов и пр.

Определение солености производится по составу хемогенных осадков и органическим остаткам. По мере увеличения солености вод в морях происходит последовательное выпадение хемогенных осадков: карбонат кальция – карбонат магния – сульфаты – галиты. В морях с нормальной соленостью (около 35⁰/₀₀) обитали кораллы, радиолярии, головоногие моллюски, морские ежи и лилии, большинство фораминифер. В бассейнах с пониженной соленостью (20–25⁰/₀₀) широко распространялись брахиоподы, гастроподы, остракоды и харовые водоросли.

О газовом режиме вод судят по присутствию соединений железа и марганца, которые имеют переменную валентность. Окислительная среда дает наличие гематита и фосфатов, а восстановительная – присутствие сульфидов железа, марганца, цинка и свинца.

Температурный режим вод определяют по фациям-индикаторам, остаткам организмов и с помощью изотопно-кислородного анализа.

Признаками теплых водоемов служат: мощные толщи известняков, доломитов, железа, марганца, соленосные фации, остатки кораллов и граптолитов. В холодных водоемах отлагались кремнистые и гляциально-морские осадки с комплексами холодолюбивых морских организмов (фораминиферы, моллюски,остракоды, диатомовые водоросли). Бентосные фораминиферы и двустворки имеют крупные раковины в холодных условиях.

Особенно достоверные данные о древних водоемах дают диатомовые водоросли, которые освоили все экологические ниши в водоемах Земли.

Методы восстановления климатов прошлого. Показателями теплого и влажного климата служат: высокая степень выветрелости континентальных отложений и глубокое их химическое разложение; образование красноцветной коры выветривания; ископаемые почвы (красноцветы, желтоземы, красноземы); преобладание биогенного карбонатонакопления перед хемогенным в водоемах; месторождения бокситов, каолинов, каменных углей.

Признаками холодного климата являются: малая мощность коры выветривания; слабая степень химического разложения отложений; присутствие ледниковых и водно-ледниковых отложений.

О засушливом (аридном) климате свидетельствуют: известковистость всех континентальных фаций; преобладание в водоемах хемогенного карбонатонакопления; континентальное и лагунное соленакопление; широкое развитие эоловых фаций; пестроцветность.

Сезонная слоистость фаций (ленточные глины, соленосные толщи) позволяет судить о наличии и характере климатических сезонов.

Качественную оценку палеоклиматов дают остатки растений и животных. Среди них есть очень четкие индикаторы. Например, вечнозеленые растения, кораллы. Важным является видовой состав растений и животных. Чем хуже условия (холодный климат), тем беднее видовой состав. Аналогичная зависимость характерна и для морских организмов: у берегов Индонезии обитает 40 000 видов морских животных, в Средиземном море их более 6 000, а в высоких широтах – около 400 видов.

Количественную характеристику древних климатов получают по изотопному составу ископаемых организмов. Метод разработан американским ученым лауреатом Нобелевской премии Г. Юри. В скелетах живых организмов накапливаются изотопы ¹⁸О и ¹⁶О. Их соотношение в организмах меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Соотношение ¹⁸О/¹⁶О позволяет получать количественные показатели палеоклиматов, судить о простирании климатических зон и о сезонных колебаниях. Так, изотопный метод показал, что в плейстоцене поверхностные воды Тихого океана на экваторе имели температуру на 6ºС ниже современной.

Особенно хорошие показатели климатов прошлого дает сопряженный метод исследования – спорово-пыльцевой, диатомовый, изотопный и ядерной хронологии.

Методы изучения древних ландшафтов. Древние ландшафты характеризуются особенностями геомы и биоты. О геоме мы уже упоминали, а что касается палеобиот, то восстанавливаются они с помощью палеоботанических и палеозоологических методов. Решаются следующие задачи:

1) определяется систематический состав флоры и фауны;

2) прослеживается эволюция флоры, фауны и физико-географических условий;

3) исследуются палеобиогеоценозы и их распространение;

4) проводятся палеоэкологические исследования, т. е. реконструкция жизнедеятельности организмов.

Палинологический (спорово-пыльцевой) анализ дает возможность реконструировать растительность прошлых эпох. Анализ выполняется более чем в 150 лабораториях в России и около 20 специалистами в Беларуси. Объектами изучения метода являются зерна цветочной пыльцы и спор наземных растений. Развиваясь в огромных количествах в тычинках и спорангиях (1 экземпляр щавеля продуцирует около 400 млн пыльцевых зерен), пыльца и споры высыпаются наружу и рассеиваются на обширной площади в виде пыльцевого дождя. Попадая в почву или водоемы, пыльца и споры захороняются. Их оболочка, состоящая из пробкоподобной целлюлозы и спорополленина, прочная и стойкая, что дает им возможность сохраняться очень длительное время.

Палеокарпологический анализ (изучение плодов, семян и шишек) хорошо характеризует палеофлору.

Ботанический анализ торфяников (погребенных и современных) дает возможность определить состав растений и тип торфонакопления.

Дополнительные сведения о флоре и условиях ее обитания получают другими видами анализов.

— С помощью органографического анализа исследуют отпечатки растений и их морфологию.

— Палеоксилологический анализ дает возможность изучить структуры ископаемой древесины.

— Дендрохронологический анализ применяют при изучении годичных колец и климатических сезонов.

— Диатомовый анализ позволяет изучить флору водной среды – диатомовые водоросли.

— Флорогенетический анализ используется при изучении современной флоры и определении возраста ее элементов.

— Ареалогический анализ (анализ современных ареалов) дает возможность получить информацию об их размещении, целостности и т. д.

Палеозоологические методы, как и палеоботанические, изучают отдельные группы животных, так как они характеризуют разные ландшафты и имеют разную морфологию. Кроме того, в истории Земли разные группы животных играли главные роли, поэтому они имеют свою специфику и в палеогеографии имеют собственное значение. Структура палеозоологических методов была дана выше.

С помощью палеоонтологических материалов можно получить палеоклиматические характеристики – температуру января, июля, среднегодовую, годовое количество атмосферных осадков. С помощью ареалогического метода, разработанного Иверсеном (Iversen, 1944), можно найти для каждой точки современного ареала растения и животного климатические характеристики и построить климатограммы парной корреляции для нескольких видов, которые в настоящее время редко встречаются между собой. Площадь на графике, где пересекаются все ареалы, и должна характеризовать климатические показатели прошлого той территории, где был найден подобный состав растений или животных.

Математическим методом были рассчитаны зависимости между климатическими характеристиками и структурой современных спорово-пыльцевых спектров в различных условиях. Например, для ландшафтов степей и полупустынь:

1. Средняя годовая температура = 18, 67 – (0,11 TR + 0,02 SP + 0,001 Chen).

2. Средняя температура июля = 15,8 + 0,09 TR + 0,26 Eph + 0,002 Chen + 0,013 Art + 0,065 Wodn.

3. Средняя температура января = (2,5 средняя годовая температура + 0,023 Chen + 0,13 Brya) – (20,61 + 0, 11 TR).

4. Годовая сумма осадков = 989,6 + 2,17 Pin – (8,92 Gram + 7,9 Chen + 10,9 Art + 16,11 Wodn),

где: TR – общее количество пыльцы (травянистых растений), Art – (полыней), Chen – (мариевых), Eph – (эфедры), Wodn – (водных), Pin – (сосны), Gram – (злаков), SP – (спор), Brya – (спор зеленых мхов).

Методы определения абсолютного возраста. Возраст отложений определяется по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада. Во многих минералах есть радиоактивные изотопы, которые используются для датирования. Среди многих методов наиболее часто используются следующие:

1) гелиевый метод, свинцово-изотопный, где используется процесс распада урана и тория:

²³⁸U ® 8 He + ²⁰⁶Pb

²³⁵U ® 7 He + ²⁰⁷Pb

²³² Th ® 6 He + ²⁰⁸Pb;

2) калий-аргоновый:

⁴⁰K + e ® ⁴⁰ Ar;

3) рубидиево-стронциевый:

⁸⁷Rb ® b + ⁸⁷ Sr;

4) самарий-неодимовый:

¹⁴⁷ Sm ® a + ¹⁴³ Nd;

5) рений-осмиевый:

¹⁸⁷ Re ® b + ¹⁸⁷ Os;

6) радиоуглеродный:

¹⁴ C ® b + ¹⁴ N;

7) термолюминисцентный: аккумуляция энергии радиационного поля минералами.

Наиболее древние породы Земли – комплекс метаморфических и интрузивных пород района Исуа в Западной Гренландии. По данным рубидиево-стронциевого и свинцово-изотопного методов их возраст 3,8 млрд лет. Возраст метеоритов при этом составляет 4,5–4,6 млрд лет. Земля, соответственно, не может быть моложе этой цифры, т. к. произошла из метеоритный пыли.

Академик Ферсман А. Е. отметил: «...смерть атома человек сумел превратить в орудие познания мира и сделать из нее эталон времени».

Палеомагнитный методизучает остаточную намагниченность минералов, которая дает сведения о древнем магнитном поле (направление, напряженности) и об условиях, в которых происходило формирование горных пород.

Антропологический и археологический методыреконструируют особенности развития человека, хозяйственной деятельности и формирования антропогенных ландшафтов.

Исторические методы применяются в экономико-географических исследованиях и при историко-географических реконструкциях.