№08 август 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Откуда родом суглинки Русской равнины?

Татьяна Зимина. По информации географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова

Характерная черта Восточно-Европейской равнины — непроходимая грязь осенью и весной, а при обильных осадках — и летом. Дело в том, что бóльшая часть современного рельефа равнины с поверхности сформирована лёссами. Так называют особый тип горных пород. Эти отложения формируются при медленном осаждении пыли из атмосферы. В свою очередь пыль поступает в атмосферу в результате перевевания ветром различных рыхлых отложений: песчаных пустынь, пляжей на берегах морей, речных пойм и дельт, а в древние эпохи — осадков, которые сформировались при масштабных оледенениях. В дальнейшем пылеватый материал может переноситься на дальние расстояния и в спокойных условиях осаждаться на поверхность. Особенно активен этот процесс в степях.

Мощные толщи лёссовых отложений размываются в разрезе Чумбур-Коса, окрашивая воды Азовского моря.
Участники экспедиции географического факультета МГУ и Института географии РАН исследуют лёссовые отложения Кубани — в разрезе видны тёмные горизонты палеопочв, которые образовались в древние тёплые эпохи, и светлые слои лёссов, формировавшиеся в условиях повышенной запылённости атмосферы ледниковых эпох.
Обработка образцов лёсса в лаборатории географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

В Центральной России лёссы называют покровными суглинками и именно с ними связана традиционная непроходимая грязь. Давно стоял вопрос, откуда же поступал этот материал? Высказывались различные гипотезы. Одни исследователи утверждали, что это отложения, принесённые древним скандинавским ледником на север Русской равнины (это ещё одно название Восточно-Европейской равнины. — Ред.), другие считали, что источник лёссов — огромные песчаные террасы нестабильного Каспийского моря, пустыни Средней Азии... Ранее многолетние исследования на основе анализа размера зёрен (частиц) в лёссах, химического и минералогического состава не давали однозначных результатов.

Сотрудники научно-исследовательской лаборатории новейших отложений географического факультета МГУ и Института географии РАН провели своё изучение покровных суглинков на Русской равнине. На протяжении пяти лет они собирали образцы разных лёссов из опорных разрезов (геологических обнажений, имеющих научную ценность) в Нижнем Поволжье, Приазовье, Предкавказье, Прикаспийской низменности, на Кубани. Более 100 образцов затем обработали в лаборатории географического факультета МГУ и изучили совместно с коллегами из Уппсальского университета (Швеция). В результате географы впервые реконструировали источники пыли, которая за последние 150 тысяч лет образовала мощные толщи лёссов на территории Европейской России, Белоруссии, стран Прибалтики, Молдавии, Украины, Казахстана.

В проведённом исследовании использован усовершенствованный метод уран-свинцового радиоизотопного датирования. Применим этот метод к геологическим объектам, содержащим уран. В его основе лежит определение того, какая доля урана успела распасться за время существования геологического объекта, то есть с момента кристаллизации в нём минералов. Чаще всего для уран-свинцовых датировок используют минерал циркон. Дело в том, что различные источники циркона имеют свой возраст формирования, то есть этот минерал — своеобразный геохронометр. При этом циркон — широко распространён и входит в большинство магматических пород, а благодаря своей химической инертности и твёрдости хорошо сохраняется в осадочных отложениях и присутствует в большинстве песков. При переносе ветром и водой зёрна циркона перемещаются на дальние расстояния, смешиваясь с зёрнами из других источников. Особенно активно этот процесс происходит при формировании лёссов, так как в атмосферу пылеватый материал поступает одновременно из множества источников.

Московские географы выделяли зёрна циркона из образцов лёсса и устанавливали возраст этих зёрен. Благодаря этим данным была получена информация о времени их формирования, выделены пики возрастов. Каждый пик указывает на тот или иной источник, а размер пика — на вклад источника материала.

Старший научный сотрудник лаборатории новейших отложений географического факультета МГУ Реджеп Курбанов пояснил, что хотя метод уран-свинцового датирования существует более века, в данном исследовании он впервые применён для изучения молодых четвертичных отложений* на Русской равнине. Для изучения истории природы четвертичного периода метод начал внедряться лишь в последние годы. Его использование при изучении Китайского лёссового плато, Великих равнин Северной Америки и лёссов долин Рейна и Дуная дало новые результаты, существенно уточнившие представления о механизмах переноса и накопления атмосферной пыли. «Эти работы послужили источником вдохновения для организации исследования на Русской равнине, где лёссы занимают значительные площади», — пояснил Реджеп Курбанов.

Использование масс-спектрометрии с лазерной абляцией** для изучения образцов лёсса дало возможность из одного образца выделять и анализировать до 300 зёрен циркона, в том числе размером 12 мкм (против обычных — более 25 мкм), а значит существенно повысить точность определения источников происхождения минерала.

Источниками пылеватого материала на Русской равнине оказались пески рек Волги, Кубани и Дона, а также Каспийского и Чёрного морей. Эти данные существенно уточняют современные представления о закономерностях атмосферного переноса пыли за последние 150 тысяч лет и могут быть использованы для более точной реконструкции древних ландшафтов и климата на территории Русской равнины, в том числе для установления направления ветра и других климатических параметров древних эпох, что важно и для прогноза климатиче-ских изменений.

Исследования проведены в ходе проекта РНФ 19—77—10077. Результаты работы опубликованы в журнале «Global and Planetary Change».

Фото предоставлены пресс-службой географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

***

Метод уран-свинцового датирования — немного истории

Ещё в начале XX века Эрнест Резерфорд пришёл к идее определения возраста горных пород на основе распада урана. Эта идея основывалась на открытом Резерфордом и Фредериком Содди законе ядерного распада, утверждающем, что интенсивность распада пропорциональна количеству атомов того или иного элемента. Начальные попытки датирования основывались на количестве другого продукта распада урана — гелия. Первую уран-гелиевую (и радиоизотопную вообще) оценку возраста горных пород Резерфорд представил на лекции в 1904 году. Но уже в 1907 году Бертрам Болтвуд определил отношение концентраций свинца и урана в ряде образцов урановой руды и получил значения её возраста от 410 до 2200 млн лет. Следующим шагом стала работа Артура Холмса, разработавшего более точные способы измерения концентрации урана и свинца. Они годились не только для урановых руд, но и для других минералов, в том числе циркона. Дальнейшее развитие метода уран-свинцового датирования было связано с развитием масс-спектрометрии и открытием изотопов свинца и урана. И с конца 1950-х годов метод начал активно развиваться. Его используют преимущественно для датировки пород.

Комментарии к статье

* Четвертичный период, или антропоген, — современный этап истории Земли. Начался 2,588 миллиона лет назад и продолжается по сей день.

** Лазерная абляция — метод удаления вещества с поверхности лазерным импульсом. В аналитической химии и геохимии используется для прямого (то есть непосредственно, без пробоподготовки) локального и послойного анализа образцов.

Другие статьи из рубрики «Вести из лабораторий»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее