Строение и история развития литосферы - Коллектив авторов

Рис. 5. Стратиграфическое положение пластовых льдов.

Рис. 6. Эрратический валун, абляционная морена (о. Фаддеевский).

Оледенение Новосибирских островов вызвало усиление континентализации климата в перигляциальной зоне (Ляховские о-ва, Яно-Индигирская низменность), что, в свою очередь, отразилось в осадконакоплении увеличением эоловой составляющей. Нормальная для этих мест последовательность чередования разнофациальных ледовых комплексов с повторно-жильными льдами и толщ, сформированных в результате термокарста, нарушается слабольдистой толщей супесей в значительной степени состоящих из эолового материала.

Возраст оледенения – этого важного для севера Восточной Сибири геологического события – установлен в результате изучения вмещающих пластовые льды отложений с использованием комплекса биостратиграфических методов и радиологического датирования. С целью 230Th/U-датирования были отобраны образцы раковин моллюсков из морских мелководных отложений, дислоцированных ледником: С019 и С016 в разрезе мыса Каменный (о. Новая Сибирь), С072 и С070 – в разрезе Сана-Балаган (о. Фаддеевский). Из отложений регрессирующего моря, перекрывающих следы оледенения – образцы моллюсков NS BM-M и NS BM-L в разрезе Бухты Мира (о. Новая Сибирь) и С069 в разрезе мыса Сана-Балаган (рис. 2, 4, 7). Отбирались преимущественно толстостенные раковины двустворчатых моллюсков и гастропод: Astarte (Tridonta) borealis (Schumacher, 1817), Hiatella arctica (Linne, 1767) и Neptunea sp. Следует отметить, что на о. Фаддеевском раковины С069 встречены совместно с костными остатками грызунов.

Рис. 7. Уровни отбора образцов на радиоизотопное датирование.

В толще континентальных отложений залегающих выше встречено множество костей крупных млекопитающих мамонтового комплекса, по которым получены радиоуглеродные даты. Наиболее древние получены по остаткам мамонтов 48 600±1500 14C лет (GIN-11818) и >50 000 14C лет (GIN-11819).

2. Определение возраста раковин моллюсков методом 230Th/U-датирования

Экспериментально установленный факт нарушения в морской воде радиоактивного равновесия в урановом ряду послужил предпосылкой для разработки и внедрения в практику геохронологических исследований уран-ториевого (230Th/234U) метода определения возраста ископаемых раковин моллюсков. Из материнского урана, находящегося в субстрате раковины в значительных количествах (до нескольких ppm или г/т), со временем образуется и накапливается дочерний 230Th. Современное значение отношения 230Th/234U является мерой возраста образца. Практическое использование уран-ториевого датирования морских отложений основывается на выполнимости ряда теоретических положений, сформулированных в ряде работ (Кузнецов, 1976; Ivanovich, Harmon, 1992; Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002).

Предполагается, что естественное соотношение изотопов урана в раковинах моллюсков соответствует таковому в морской воде, в которой они обитают. При этом дочерний радионуклид – 230Th, а также заметные количества 230Th и 232U (234U) не внедряются в структуру раковины из вмещающих отложений. Кроме того, в течение датируемого интервала времени (в пределах от первых нескольких тысяч до 250–300 тыс. лет) не происходит обмен между раковинами и вмещающим осадком (удаление или привнос) 230Th и 234U (238U). Если предпосылки 230Th/234U-метода выполняются, а объекты изучения соответствуют предъявляемым к ним требованиям, то возраст отдельных образцов раковин моллюсков или слоев кораллов рассчитывается по формуле (Ivanovich, Harmon, 1992):

где λ230 и λ234 – постоянные распада 230Th и 234U; 230Th, 234U и 238U – активности этих изотопов, измеренные в изучаемой пробе. Расчет возраста по формуле (1) позволяет учесть также и долю 230Th, накопившуюся в образце из распадающегося во времени избыточного 234U (над равновесным с ним 238U) с момента включения урана в карбонатную структуру раковины.

В работах (Арсланов и др. 1976; Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002, 2002) показано, что в большинстве изученных этими авторами раковин моллюсков из трансгрессивных отложений Каспийского, Черного, Баренцева и Белого морей только самая внутренняя фракция образцов представляет собой закрытую геохимическую систему по отношению к урану и торию. Поэтому в настоящем исследовании на первой стадии радиохимического анализа 2/3 массы пробы (внешний и промежуточный слои) растворялись рассчитанным количеством азотной кислоты, а полученный раствор отбрасывался. Выделение изотопов урана и тория из остатка (внутренняя фракция) осуществлялось в соответствии с радиохимической методикой, приведенной в работе (Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002). Остаток пробы весом в несколько грамм переводился в раствор с помощью HNO3 (1:1). Далее проводилось разделение и очистка изотопов урана и тория методом анионной хроматографии, с последующим электроосаждением урановой и ториевой фракции (каждой в отдельности) из спиртового раствора на Pt-мишени. Альфа-спектрометрические измерения для определения содержаний (активностей) 238U, 234U, 232Th, 230Th осуществлялись в течение нескольких дней. Полученные таким образом данные послужили основой для расчета возраста исследованных раковин моллюсков (табл. 1, формула 1).

Таблица 1. Результаты радиохимического анализа и 230Th/234U-возраст образцов раковин моллюсков.

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, удельная активность 232Th в исследованных образцах весьма незначительна, находясь фактически на уровне или чуть выше предела ее детектирования. Это свидетельствует о практически полном отсутствии терригенного обломочного материала в составе анализированных фракций раковин и выполнимости одной из теоретических предпосылок 230Th/U-датирования этих формаций (см. табл. 1).

3. Обсуждение

Усредненная величина изотопного отношения активностей 234U/238U для открытых районов Мирового океана составляет 1.146±0.002 (Chen et al., 1986). В шельфовых зонах океана и окраинных морях это отношение несколько выше. Например, в ископаемых раковинах моллюсков Каспийского и Черноморского побережий Кавказа значение 234U/238U варьирует в целом в пределах 1.2–1.5 и 1.0–1.4 соответственно (Арсланов и др., 1976). В настоящей работе соотношение изотопов урана в большинстве случаев существенно выше и достигает 2 и даже несколько более (ЛУУ-13, 15, 16, табл. 1). Вероятно, изученные образцы (точнее, внутренние фракции раковин) нельзя, все-таки, рассматривать как полностью закрытые системы по отношению к урану. С определенной долей уверенности можно предполагать, что в течение времени с момента отложения и захоронения раковин моллюсков имело место дополнительное поступление изотопов урана в составе грунтовых вод в исследованные образцы. Экспериментально установлено, что в подземных водах величина 234U/238U оценивается интервалом 0.59–11.7, в континентальных поверхностных водах – 0.78–2.44 (Chenery et al., 2002). В южной части ареала распространения вечной мерзлоты это соотношение, например, для вод Алданского щита получено от ~1.5 до ~3.3 (Титаева, 2005), а для разных глубин водных горизонтов в районе г. Томска – от 1–2 до порядка 16 (Tokarev et al., 2006). Не исключено, что достаточно высокие значения 234U/238Uв изученных раковинах являются результатом привноса в них урана в составе талых вод в периоды оптимизации климатических условий и оттаивания мерзлоты (Tokarev et al., 2006). Эти процессы могли иметь место на протяжении последних как минимум ~180 тыс. лет (датировка образца ЛУУ-211 – 178.1±33.7/25.2 т. л., табл. 1) в межледниковые и межстадиальные времена. С этих позиций все полученные 230Th/U-датировки, скорее всего, в какой-то степени омоложены и не могут рассматриваться как окончательные.

Следы покровного оледенения Новосибирских о-вов перекрыты морскими мелководными отложениями, переходящими вверх по разрезу в континентальные толщи. На о. Фаддеевский в песчаной линзе пляжных отложений, сформировавшейся после таяния глетчерного льда, вместе с раковинами моллюсков были обнаружены остатки мелких млекопитающих (обр. С069), изученные В.С. Зажигиным. Возраст этой фауны по эволюционному положению Dicrostonyx henseli Hinton в линии копытных леммингов (Зажигин, 2004) определен как конец среднего неоплейстоцена. По раковинам моллюсков из этого образца получен уран ториевый возраст 57,4 +7,7, -7 тыс. лет. Таким образом, мы можем оценить омоложение уран ториевого возраста этого образца приблизительно на 60 тыс. лет. Это предположение хорошо согласуется с данными радиоуглеродного датирования. По костям поздненеоплейстоценовых млекопитающих из залегающих стратиграфически выше континентальных отложений получен большой массив 14C дат, наиболее древние из которых имеют значения: 48 600±1500 14С лет (GIN-11818) и >50 000 14C лет (GIN-11819).