ГО «Борок» ИФЗ РАН, (tselm@mail.ru), 2МГУ, 3ИЗК СО РАН, 4ИМКЭС СО РАН, 5ИВМиМГ СО РАН

Микроскопические свидетельства голоценовых катастроф, хранящиеся в торфе.

Цельмович В.А. 1, Куражковский А.Ю.1, Казанский А.Ю.2, Щетников А.А.3,Бляхарчук Т.А. 4, Амелин И.И 5.

В истории Земли известны множественны катастрофические события, локального и планетарного приводившие к значительным изменениям в биоте, вплоть до массовых вымираний. Следы этих катастроф запечатлены в геологической летописи Земли в виде грандиозных вымираний организмов. Основными причинами катастроф являлись либо вулканическая деятельность, либо с импактные события (столкновение Земли с крупными космическими телами – астероидами и кометами). Как вулканические, так и космические события приводили в появлению огромного количества пылевых микрочастиц, морфология и состав которых соответствует характеру происшедших катастроф. Эти частицы накапливались в определенном горизонте осадочных пород, маркируя тем самым происшедшее событие [Grachev et al.,, 2005]. Авторами был накоплен опыт идентификации подобных событий на границах геологических эпох [Корчагин и др., 2010].

Особый интерес для понимания истории человечества имеют катастрофные события, происходившие в голоцене. Хотя эти события не приводили к вымираниям биоты планетарного масштаба как это было при переходе из одной геологической эры в другую (пермь-триас, юра-мел и др), тем не менее их влияние на становление и развитие человеческой цивилизации оказалось значимым. Свидетельства таких событий накапливаются и хранятся в торфе. Авторами накоплен богатый опыт выделения частиц- индикатор катастрофных событий в осадочных породах. Он был успешно перенесен на торф [Цельмович, 2015].

Однако торф, как объект для исследования, представляется нам достаточно сложным. Требуется методические работы, позволяющие установить: 1) Из какого материала и в ходе каких процессов образуются пылевидные частицы. 2). Как микрочастицы фиксируются в нем 3) как изменяются в процессе жизни торфяника (консервируются или разлагаются). 4). Как выделить наиболее важные слои торфа. Также крайне важен процесс пробоподготовки, в ходе которого выделяются анализируемые частицы – индикаторы различных процессов. В ходе этого процесса важно не внести загрязнения в образец, при этом необходим опыт по идентификации возможных загрязнений, чтобы адекватно интерпретировать результаты в том случае, если это случится. Комплекс этих непростых задач поставлен и решается в ходе анализа различных коллекций торфа.

Намагниченность насыщения Irs. является параметром, характеризующим условия торфонакопления. Изучались изменения Irs образцов, отобранных по мощности (глубине) двух голоценовых торфяных отложений. Разрез 1 был отобран из осушенного калтуса (верхового болота) на дельте р. Селенги (Бурятия), координаты 52° 0'32.29"С 106°22'21.08"В.). Изучено 306 образцов. Разрез 2 - болото «Тундра» Кемеровская область, Междуреченский р-н, Кузнецкий Алатау. Это мезотрофно-олиготрофное кустарниково-сфагновое болото «Тундра» расположено в пойме р. Уса. Образцы были взяты из речного обнажения торфяника в точке с координатами 54,78649º с.ш., 88,27233º в.д., высота над ур. моря 273 м. Мощность торфяника 260 см. Для этих разрезов были построены графики зависимости Irs от глубины. На графиках (рис.1, рис.2) видны как высокие значения Irs (пики), так и резкие провалы значений Irs. Причиной возрастаний Irs является увеличение содержания минерального вещества в образцах по сравнению с органическим веществом и наличие магнитного вещества катастрофного происхождения. Вариации Irs могут свидетельствовать и о климатических изменениях. В нижней и верхней частях обоих разрезов были обнаружены повышенные значения Irs. В первом случае высокие значения Irs. свидетельствуют об изменении условий осадконакопления (от озерных к болотным). В верхней части колонки высокие значения Irs связаны с интенсификацией современных промышленных загрязнений, что подтверждается находками антропогенных микрочастиц. В основном это Mt и силикатные сфероиды, но были и специфические находки Ni микроглобул и даже чистого Se.

Ранее была показана возможность микроскопической диагностики космической пыли в торфе [Цельмович, 2015]. Микроминералогический анализ, проведенный с помощью микроанализатора ТЕСКАН ВЕГА 2, показал, что, в зависимости от глубины залегания исследованных горизонтов, меняется химический состав и форма минеральных частиц, обладающих Irs. Минералы техногенного происхождения из верхних горизонтов имеют явные отличия по составу и форме от терригенных минералов. Микросферы техногенного происхождения из горизонта 1 см множественны. Особенность техногенных проявлений - обилие алюмосиликатных частиц разнообразного состава несовершенной формы, часто с выделениями Mt. В нижележащих горизонтах подобных частиц нет. Магнитные свойства нижних горизонтов связаны либо с наличием обломочных частиц титаномагнетитового и гемоильменитового рядов, либо определяется присутствием чистого Fe, Mt шариков, камасита, тэнита, Ni. Например, в разрезе 1 в горизонте 27 см имел место всплеск значений Irs. Его состав отличается от минералогического состава соседних горизонтов. Так, магнитные свойства соседних горизонтов определяются в основном наличием Mt, IL, Tm и маггемитов. Горизонт 27 см обогащен минералами, имеющими либо космическое (найден камасит и шрейберзит), либо эксплозивно-вулканическое происхождение. В данном случае это Mt шарики, камасит, самородные: Fe, W, Ti, S, Ag, Bi (рис.2 а,б), корунд с частицами наноалмазов (подтверждено катодолюминесцентными спектрами). По результатам предварительной датировки ¹⁴С AMS это событие произошло ~795 калиброванных лет тому назад (в доиндустриальное время). Особенности минералогического состава горизонта 27 см свидетельствуют о кратковременном (катастрофическом) событии, Особенностью обладают отложения горизонта 14 см. В нем обнаружено большое количества углеродистых микросфер размером 5-10 мкм, природа их неизвестна. В горизонтах с минимальным значением Irs в обоих разрезах отмечены частицы, которые можно идентифицировать, как фоновую космическую пыль. Горизонт 277 см с макс. Irs содержит типичные вулканогенные минералы. В разрезе 2 отмечено два важных факта. 1-ый - в горизонтах с минимальным Irs обнаружены в основном частицы фоновой космической пыли. Возможно, последующая аридизация климата и связанная с этим процессом интенсификация эолового переноса ведут к росту Irs. 2-ой - в горизонте 218 см имеется резкий всплеск по Irs, а обнаруженные минералы можно отнести к космическим. Это чешуйчатые Fe (рис. 3а), Ti (рис. 2в, свидетельство высоковосстановительных условий), Zn; FeCr, FeNi – тэнит и вторичные, возникшие в результате импакта (например, микросферы апатита и полевого шпата, рис.4в.)

Рис1. Разрез 1. Верховое болото на дельте р. Селенги, зависимость Irs от глубины

Рис.2. Разрез 2. Болото в Кемеровской обл., зависимость Irs от глубины

Представленные первые результаты петромагнитного исследования кернов 2-х торфяных отложений показали, что используемый нами метод позволяет получать информацию как о плавных, циклических, так и резких кратковременных воздействиях на исследуемую экосистему. Выделены и датированы первые слои, содержание частицы-индикаторы катастрофных явлений. При исследовании торфяных кернов нами используется сочетание петромагнитных и микрозондовых методов.

а) б) в)

Рис.3. Разрез 1, гор. 27 см. a) шрейберзит; б) самородный Ti; в) корунд (светлое) и наноалмазы

а) б) в)

Рис.4. Разрез 2, гор. 218 см. a) частица чешуйчатого Fe; б) фрагмент Mt «космического» шарика, в) чешуйчатый Ni и микросфера из полевого шпата.

Работа поддержана РФФИ, проекты 16-05-00703а, 15-05-01644а

ЛИТЕРАТУРА

1. Grachev A.F., Korchagin O.A., Kollmann H.A.,.Pechersky D.M, Tselmovich V.A. A New Look at the Nature of the Transitional Layer at the K/T Boundary near Gams, Eastern Alps, Austria, and the Problem of the Mass Extinction of the Biota. Published in Russian Journal of Earth Sciences, 2005, Vol. 7, No 6, P. 1-45

2. Корчагин О. А., Цельмович В. А., Поспелов И. И., Цяньтао Бянь. Космические магнетитовые микросферы и металлические частицы вблизи границы Пермь-Триас в точке глобального стратотипа границы (слой 27, Мэйшань, Китай) // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 432, № 2, с. 1–7.

3. Цельмович В.А. Возможности микроскопической диагностики космической пыли в торфе. "МЕТЕОРИТЫ, АСТЕРОИДЫ, КОМЕТЫ". Материалы международной конференции "ЧЕБАРКУЛЬ 2015".ISBN 978-5-9905440-8-6. Изд-во "ТЕТА", г. Челябинск. C. 193-196.