Kronologi av bottensediment (varvokronologisk metod, de Geer-metoden, kronologi av siltlager) [1] är en geologisk metod för bestämning av åldern, baserad på räkning av lagren av bottensedimentära avlagringar av sjöar, hav eller floder [K 1] , känd som bandleror och liknande sediment. Villkoret för tillämpningen av metoden är närvaron av säsongsbetonad skiktning av de sedimentära skikten, när ett par skikt bildas under året, vanligtvis olika i mekanisk sammansättning och färg, liknande trädens tillväxtringar . Urvalet av sådana par - de så kallade varven ( eng. varv ) - och deras beräkning gör att vi kan bestämma varaktigheten av ackumuleringen av nederbörd och deras relativa ålder. Identifiering av korrelationen mellan tjockleken på skikten som erhålls i olika sektioner gör det möjligt att fastställa en överensstämmelse mellan åldern på skiktade sediment inom regionen. Den absoluta åldern för skiktade bottensediment, vanligtvis [K 2 ] , bestäms med hjälp av alternativa dateringsmetoder. Warvochronology är ett unikt verktyg som låter dig fastställa åldern på händelser som ägde rum för tiotusentals år sedan, med en upplösning på ett år.
Fyndigheter med cykliska skikt var välkända i Sverige . Svensk term . Hvarfig lera , motsvarande den ryska bandleran , förekommer första gången på geologiska kartor redan 1862 . Därefter, tack vare Gerhard da Geers arbete , kom detta svenska ord att användas på många språk för skiktade bottensediment. Hypotesen om säsongsbetonad karaktär av förändringen av lager i bandade leror, i uppenbar analogi med trädens tillväxtringar, lades fram inför De Geer av den amerikanske geologen Edward Hitchcock och schweizaren Albert Geim [2] . De Geer antog först att bandade leror visar säsongsmässiga förändringar i sedimentationsmönster och att varje par av lager motsvarar ett år 1882 . År 1884 publicerade han ett dokument där han citerar data som erhållits för tre sektioner som innehåller 16 årliga lager och visar den grundläggande möjligheten att jämföra sekvenser av lager som erhållits i olika sektioner. Samtidigt postulerar han möjligheten att skapa en kontinuerlig geokronologisk skala baserad på sådana jämförelser , men hans första bedömning av omfattningen av detta arbete involverade arbetet av flera generationer av geologer [3] . År 1889 påpekade Høgbom skillnaderna i halten av kalcium- och magnesiumkarbonater i "vinter"- och "sommar"-lagren, som han förknippade med säsongsmässiga förändringar i Östersjöns geokemi [4] .
1904 upptäckte de Geer en rad bandade lager slående lika de som han hade beskrivit tjugo år tidigare, även om skärningarna låg 3 kilometer från varandra. Ribbonleror, som de Geer beskrev, bildades under förhållandena för en periglacial reservoar som existerade under nedbrytningen av den sista glaciationen i Östersjöns bassäng och angränsande territorier [4] . Efter en rad mätningar blev de Geer övertygad om att han, när han rörde sig från söder till norr, efter glaciärfrontens förmodade reträtt, tappade lager steg för steg från basen av annars identiska sektioner, totalt 12 lager per 4 kilometer. Detta gjorde det möjligt att konstatera att glaciärfronten i studieområdet drog sig tillbaka med 4 kilometer på 12 år. 1905 anordnade de Geer en storskalig studie med studenter från Uppsala och Stockholms universitet, under vilken en profil av bandlerlager byggdes på ett avstånd av 500 kilometer från Stockholm till Jämtland , som sträckte sig över 1073 år. Studiet av bandade leror gjorde det möjligt att exakt bestämma deglaciationshastigheten i hela Mellansverige, men gav inga absoluta uppskattningar av händelsernas ålder. Lagret vid basen av sektionen på Stockholms astronomiska observatoriums territorium togs som "nollår" . De Geer gjorde sitt första försök att ge en absolut uppskattning av åldern på de nära glaciala bandade lerorna 1909, samtidigt som han studerade avlagringarna av sjön Rogunda , som dränerades 1796 . Ansamlingen av sediment i sjön inträffade under förhållanden med kraftiga säsongsmässiga fluktuationer i sammansättningen av det avsatta materialet på grund av bergsglacial utfodring. Redan 1911 stod det klart att den initiala informationen innehöll ett fel (ackumuleringen av bandlager i sjön upphörde långt innan dess nedstigning), men denna studie visade den grundläggande möjligheten att upprätta en kontinuerlig sekvens mellan bandleror i nära glaciala reservoarer och liknande sediment, vars ansamling förekom i sjöar och floder, dalar under den postglaciala perioden [3] . Bindningen av den svenska geokronologiska skalan till den absoluta kronologin genomfördes 1913 av de Geers mångårige assistent Ragnar Lieden medan han studerade postglaciala skiktade avlagringar i Ongermanelvens älvdal [4] [5] [K 3] .
Efter de Geers rapport vid X International Geological Congress i Stockholm 1910, började studier av bandade leror att utföras i olika regioner i världen. Enastående resultat erhölls av Matti Sauramo , som 1918 och 1923 byggde en geokronologisk skala liknande den svenska för södra Finland (från Finska vikens kust till Jyväskylä , inklusive alla tre Salpausselkä- åsarna ) [8] . Dessutom utförde han litologiska studier av bandade leror, på grundval av vilka slutsatser drogs om djupet och salthalten i periglacialreservoaren [9] .
Efter att ha studerat avlagringar i Dalelvens dalgång 1915 , där han hittade identiska sekvenser av lager på ett avstånd av mer än 85 kilometer, blir de Geer mycket mindre konservativ i sin inställning till att jämföra sektioner som ligger långt från varandra. Baserat på den globala naturen av klimatfluktuationer som bestämmer parametrarna för årsskikten, föreslår han att identifieringen av identiska sekvenser gör det möjligt att synkronisera olika kronologiska skalor med varandra, oavsett avståndet mellan dem. Sedan dess har han satt som sitt mål sökandet efter " telekorrelationer " (avlägsna korrelationer), vilket kommer att göra det möjligt att bygga en enda global geokronologisk skala baserad på identifiering av korrelationer mellan sekvenser av bottensediment. Med början 1920 genomförde han eller hans personal ett antal expeditioner för att studera bottensediment i olika delar av världen: de Geer, Linden och Ernst Antevs [K 4] i Nordamerika (1920), Eric Norin i Himalaya (1924-1925), Eric Nilson i Sydafrika (1926-1928) och Carl Caldenius i Patagonien (1925-1929) och Nya Zeeland (1932-1934) [3] . De Geer sammanfattade resultaten av dessa studier i ett stort slutverk Geochronologia Suecica, Principles (1940) som publicerades av honom kort före hans död.
År 1938 mätte Eric Fromm för första gången halten av olika typer av kiselalger och trädpollen i vart och ett av bältesskikten, vilket gjorde det möjligt att fastställa absoluta datum för förändringar i salthalten i Östersjön och fördelningen av olika trädslag. , respektive [4] [11] .
Begreppet "telekorrelationer" har kritiserats och inte accepterats av det vetenskapliga samfundet [12] [4] . Kort efter publiceringen av Geochronologia Suecica, Principles, blev behovet av en revidering av den svenska geokronologiska skalan [13] uppenbart tack vare Kaldenius arbete . Dessa omständigheter bidrog delvis till nedgången i förtroendet för metoderna för varvokronologi i allmänhet under de närmaste decennierna [12] . Upptäckten av radiokoldatering 1949 gav ett alternativt verktyg för att erhålla absoluta datum. Intresset för studier av bottensediment har minskat, och forskningens fokus har flyttats från studier av deglaciationens kronologi till kronologin för enskilda kontinentalsjöar [4] .
Sedan 1970-talet har intresset för bottensedimentens kronologi återupplivats. Detta hände på grund av förbättringen av tekniska medel och analysverktyg. Dessutom, för att bedöma den nuvarande antropogena påverkan på miljön, krävdes data om naturliga förändringar i miljöparametrar i det förflutna, vilket inte kunde tillhandahållas av en kort historia av instrumentella observationer. Sedan 1980-talet, när det blev uppenbart att absoluta uppskattningar av radiokolväten behövde kalibreras, har intresset återuppstått för att använda sediment för att skapa geokronologiska skalor (ofta i kombination med andra metoder). Dessutom finns det otillräckligt eller inget material för radiokolanalys i senglaciala avlagringar [2] . Under 1970-1980-talen gjordes flera revideringar av den svenska geokronologiska skalan, med hjälp av alternativa dateringsmetoder, felet i absolut datering och sannolika tidsintervall där de saknade sekvenserna av lager ska sökas [13] [14] uppskattas .
År 1987, tack vare kärnor från Ongermanelvens mynning , erhölls nya resultat, som gjorde det möjligt att fastställa ett direkt samband mellan sedimenten i de periglaciala reservoarerna och moderna skiktade sediment och att förbättra noggrannheten och tillförlitligheten av uppskattningar av den absoluta åldern av den svenska geokronologiska skalan [5] .
Beroende på den process som dominerar under bildandet av säsongsbetonad skiktning, särskiljs följande typer av bottensediment:
Den säsongsbetonade skiktningen av avlagringar bestäms främst av skillnaden i den mekaniska sammansättningen av de grovkorniga "sommar"- och finkorniga "vinter"-lagren; ibland, som en ytterligare faktor, verkar färgningen av "vinter"-lagren med organiskt material. De bildas vanligtvis i arktiska eller alpina regioner där bristen eller bristen på vegetation bidrar till intensiv mekanisk vittring . Under perioder av intensiv avsmältning av glaciärer eller snötäcke på våren och sommaren faller grovkornigt material ut med bildandet av ett ljust lager. På vintern minskar eller stoppas å ena sidan tillförseln av grovkornigt material, och å andra sidan, på grund av en minskning av intensiteten av vattenrörelser i en frusen reservoar, finkornigt material, som tidigare fanns. i form av en suspension fälls ut . De är typiska för intraglaciala och periglaciala reservoarer (sjöar eller havsbassänger) [2] .
Avlagringarna av mynningsdelarna i vissa floder har samma karaktär. De är vanliga till exempel i norra Sverige, där på grund av den snabba isostatiska höjningen av jordskorpan, avlagringar av flodmynningar visade sig ligga på land, eroderades i processen för ytterligare införande av älvdalen, vilket gjorde dem tillgängliga för studier [5] .
Sediment där årstidsskiktningen bestäms av förändringen i de dominerande typerna av organiska sediment, vilket speglar livscykeln för reservoarens biotop . Under våren - försommaren reproducerar kiselalger aktivt , sedan i slutet av sommarperioden gröna och blågröna alger, i vissa fall stänger årssekvensen återblomningen av kiselalger, som skiljer sig i artsammansättning från våren. Under höst-vinterperioden avsätts mörkfärgad organogen detritus , bildad av ruttnande alger, och mineralogen detritus, bildad av vittringsprodukter , vars flöde aktiveras av vinterns maximala nederbörd . Under vår-sommarperioden uppstår bildandet av ljusa skikt på grund av avsättningen av kiselalger och i vissa fall kalcit . Kiselalger bevaras av beläggningar av olöslig kiseldioxid . Kalciumkarbonat kommer in i reservoaren i löst form med produkterna från kemisk vittring av karbonatstenar . Utfällningen av kalcit sker delvis på grund av en ökning av koncentrationen under avdunstning på sommaren, men främst på grund av en ökning av pH i reservoaren under avlägsnande av löst koldioxid som ett resultat av den aktiva reproduktionen av växtplankton . Distribuerad i regioner med fuktigt klimat , där kemisk vittring råder [2] .
Avlagringar där den säsongsbetonade skiktningen bestäms av utfällningen av lösta mineraler ( kalcit , aragonit , gips , halit ) med en ökning av salthalt och surhet i vattenkroppar på grund av intensiv avdunstning under "sommar"-perioden (lätt lager) och inflödet av en blandning av mineralogen och organogen detritus under den period då en stor mängd vatten rinner under den mindre torra "vinterperioden" (mörkt skikt). Distribuerad i regioner med torra och halvtorra klimat [ 2] .
Trots det faktum att förutsättningarna för bildandet av avlagringar med säsongsbetonad skiktning är utbredda, är sekvenser lämpliga för forskning relativt sällsynta, eftersom det finns ett antal faktorer som förhindrar bevarandet av de bildade skiktade avlagringarna:
Bevarandet av bottensediment med säsongsbetonad skiktning gynnas av en liten yta av sjön i kombination med ett stort djup, såväl som anoxiska förhållanden som uppstår från nedbrytningen av organiskt material i bottenskikten, vilket inte tillåter utvecklingen av bentos [2] .
Förutsättningar för bildandet av sediment med säsongsbetonad skiktning uppstod under tidigare geologiska epoker. Till exempel har karakteristiska välbevarade sekvenser av nära-glaciala skiktade avlagringar som motsvarar den permiska istiden hittats i Brasilien , och prekambriska sediment, vars ålder uppskattas till 650 miljoner år , har hittats i Australien [4] .
Beroende på ålder kan skiktade bottensediment delas in i:
Nederbördens natur tillåter inte alltid en tillförlitlig uppskattning av antalet lager:
I de fall där lagren inte är tillräckligt kontrastfärgade eller för tunna, används mikrosedimentologiska och mikropaleontologiska forskningsmetoder för att exakt bestämma deras antal [2] .
Bottensediment med säsongsbetonad skiktning är till sin natur en naturlig kronologisk skala med en upplösning på ett år. Men en sådan skala är relativ, att fastställa den absoluta åldern för insättningar är ofta problematiskt. Undantaget är insättningar vars ackumulering upphörde vid en exakt bestämd tidpunkt eller fortsätter till denna dag.
Den absoluta åldern för skiktade sediment kan bestämmas direkt: i närvaro av lämpligt organiskt material - genom radiokolmetoden , för sediment av nära-glaciala reservoarer som är fattiga på organiskt material, används optiska dateringsmetoder [14] .
Men mycket oftare, särskilt för klassiska bandade leror, reduceras problemet med att bestämma den absoluta åldern till att jämföra specifika skikt av den studerade sekvensen med skikt av andra sekvenser för vilka den absoluta åldern är fastställd. Historiskt har sådana jämförelser gjorts på grundval av att fastställa en korrelation mellan den relativa tjockleken av säsongslager i de studerade sekvenserna. Vid jämförelse av sektioner på avstånd från varandra anses denna metod inte vara helt tillförlitlig och kompletteras med alternativa metoder, som reduceras till att söka efter spår av vägledande händelser i de studerade sekvenserna. Sådana händelser kan vara katastrofala nedstigningar av uppdämda nära glaciala sjöar, åtföljda av bildandet av ett "flygande" lager med onormal tjocklek och litologisk sammansättning. Ett exempel på en sådan händelse är nedstigningen av den baltiska issjön , som gjorde det möjligt att fastställa en överensstämmelse mellan den svenska geokronologiska skalan och en liknande skala byggd för Finlands senglaciala bandleror . Vägledande händelser kan vara jordbävningar, som kan dateras exakt på grund av störningar i lagren som ackumulerats före jordbävningen eller vulkanutbrott, som orsakar anrikningen av individuella säsongslager i tefran . De viktigaste resultaten, som gjorde det möjligt att revidera de absoluta uppskattningarna av åldern på den svenska kronologiska skalan, erhölls genom att tillämpa magnetostratigrafimetoderna på bandade leror i Onegasjöns bassäng [14] [15] .
Möjligheten att verifiera data om kronologin för bottensediment med hjälp av de angivna oberoende metoderna ökade avsevärt tillförlitligheten hos de erhållna uppskattningarna och bidrog till den ytterligare populariseringen av sådana studier under de senaste decennierna [2] .
Skiktade bottensediment kan användas för att bestämma åldern för händelser som jordbävningar, vulkanutbrott och tsunamis , dynamiken i inlandsisens nedbrytning. Till exempel konstaterades faktumet av en stor jordbävning på Sveriges territorium hösten 10430 [K 5] år sedan. magnituden , uppskattad av dämpningen av dess spår i bandade leror över ett område på 320 × 100 km, var mer än 8 punkter på Richterskalan . Metoderna för varvokronologi gör det möjligt att datera tidpunkten och varaktigheten för bildandet av Oz och terminala moränryggar , såväl som hastigheten för isostatisk höjning av territorier under korta tidsperioder. Speciellt för Mellansverige, för cirka 10 tusen år sedan, erhölls unika uppskattningar av lyfthastigheten på 40 cm/år [4] .
Dessutom, eftersom de är en naturlig diskret skala, gör skiktade bottensediment det möjligt att kvantifiera förändringar i naturliga förhållanden under ackumuleringsperioden: den litologiska sammansättningen och tjockleken av lagren gör det möjligt att bedöma klimatförändringar, pollenkorn och funna kiselalgerskelett i bottensediment - om förändringar i vegetationstäcke respektive salthaltsreservoar [2] . Frekvensen av störningar orsakade av jordbävningar kan användas för att uppskatta förändringen i seismisk aktivitet under perioden för ackumulering av sedimentära skikt [4] , på samma sätt kan frekvensen av manifestationer av vulkanism uppskattas.
De nedre lagren av sjön Van i Turkiet når 14 570 år sedan [16] . För Eifelregionen , enligt bottensediment, fastställdes kronologin för de senaste 23 000 åren (Meerferld Maar , de: Meerfelder Maar , Holzmaar, de: Holzmaar ) [17] , för sjöarna i Japan - för 45 000, och för Stora sjön Monticchio på de: Monte Vulture i södra Italien - i 76 000 år.