Метод стронциевой изотопной хемостратиграфии (SIS) позволяет расчленять и коррелировать морские карбонатные отложения, изучая в них изотопный состав Sr. Исследование тысячи образцов фораминиферовых илов из глубоководных скважин показало, что отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в осадках позднего кайнозоя повышалось в среднем на 0.00004/млн лет [McArthur et al., 2001], что вместе с возможностями современных масс-спектрометров позволяет датировать позднекайнозойские осадки с точностью ±200 тыс. лет. Из-за быстрого перемешивания океанических вод отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в фораминиферовых илах и карбонатных раковинах моллюсков литоральной зоны одинаковы в каждый момент геологического времени [Кузнецов и др., 2012]. Это позволяет использовать Sr-изотопную характеристику неперекристаллизованных раковин для корреляции и уточнения возраста морских отложений. В настоящей работе метод SIS впервые применен для определения возраста позднекайнозойского покрова Тимано-Уральского региона. Палеонтологические и SIS-данные доказывают наличие здесь морских отложений эоплейстоценового возраста, что свидетельствует о затоплении арктического побережья 1.4-0.7 млн лет назад.

Геологическое изучение кайнозойского чехла Тимано-Уральского региона началось в конце XIX в. (В.П. Амалицкий, А. Штукенберг и др.). Первоначально он был расчленен на два континентальных моренных горизонта, разделенных морскими межледниковыми песками. В ХХ в. геологические работы в этом регионе в связи с поисками полезных ископаемых значительно расширились (Н.А. Кулик, В.И. Устрицкий, И.И. Краснов, Ф.Н. Чернышев и др.), что привело к созданию новых стратиграфических схем, в которых «нижняя морена» была выделена в большеземельскую серию [Белкин и др., 1966; Зархидзе, 1972], включающую колвинскую, падимейскую, роговскую и вашуткинскую свиты. В Большеземельской тундре мощность этой серии составляет 200-350 м. По мере удаления от побережья она сокращается и на хр. Пай-Хой породы серии заполняют небольшие межгорные впадины. Несмотря на сходство литологического состава с составом верхней («антропогеновой») морены Предуралья, сероцветные алевро-глинистые отложения большеземельской серии значительно плотнее и содержат раковины морских моллюсков.

Вопрос о возрасте и происхождении отложений большеземельской серии на протяжении целого столетия остается дискуссионным. Здесь преобладают крайние позиции. Одна из них предполагает исключительно гляциальное происхождение толщ в результате движения и таяния плейстоценовых покровных ледников [Андреичева, 2002; Гросвальд, 1983]. Другая опирается на литологические, палеонтологические и палеомагнитные данные, указывающие преимущественно на морское происхождение отложений в плиоцен-эоплейстоценовое время [Белкин и др., 1966; Зархидзе, 1972; Кулик, 1926]. Сотни радиоуглеродных, U-Th-, парамагнитных (ЭПР) и оптико-люминесцентных (OSL-) датировок, полученных в рамках норвежского проекта PECHORA, также не внесли ясность в вопрос о возрасте отложений большеземельской серии [Астахов и Свенсен, 2002; Manley et al., 2001; Svendsen et al., 2004]. Для решения указанной проблемы нами использован новый для этого региона метод SIS.

Исследования проведены в опорных разрезах верхней части большеземельской серии - алевро-глинистой роговской и песчаной вашуткинской свит - (рис. 1) в ходе тематических работ в районе р. Море-Ю и при ГДП-200 (листы R-41-XXVIII, XXIX и XXI). Отложения названных свит являются рельефообразующими на отметках до 240 м в Большеземельской тундре (разрез Морею-7) и на центральном Пай-Хое на отметках до 250-350 м (разрезы Хубтапэ-2 и -3, Хэйяхамал-1). На побережье Карского моря (урочище Изба Шпиндлера) отложения обнажены от уровня моря до отметок 45-50 м.

В алевритах и глинах обеих свит часто отмечают тонкоритмичную ленточную слоистость, а в песках наблюдают косую перекрестную и волнистую слоистость, что предполагает их накопление в приливно-отливной зоне. Породы содержат много раковин двустворчатых моллюсков и гастропод. Недеформированные раковины моллюсков с сомкнутыми и раскрытыми створками обнаружены в разрезах и удаленных на 200 км (Морею-7 и Изба Шпиндлера), и находящихся по разные стороны хр. Пай-Хой (рис. 1 и 2). Более того, впервые в регионе нами обнаружен экземпляр моллюска, поселившегося внутри раковины другого отмершего моллюска (текстура “shell-in-shell”). Все это указывает на захоронение раковин непосредственно в рыхлом осадке (in situ) и исключает как длительный перенос их внутри покровного ледника при гипотетическом захвате со дна Карского и Баренцева морей, так и переотложение в супесях талой морены.

В роговской и вашуткинской свитах присутствуют морские двустворчатые моллюски Astarte borealis (Shum.), A. montagui (Dillw.), Macoma calcarea (Gmel.), M. baltica (Linn.), Hiatella arctica (Linn.), H. pholadis (Linn.), Mya truncata gudmunduri (Strauch), Arctica islandica (Linn.) и Clinocardium сiliatum (Fabr.), а также гастроподы Neptunea sp. и Buccinum undatum (Linn.) и ракообразные рода Balanus [3, 7]. Многие из них принадлежат к тепловодным видам кайнозойских моллюсков атлантического и тихоокеанского регионов. Двустворчатые моллюски Isocrassina omalii (De Join.), Euspira hemiclausa (Sowerby), Mya truncata gudmunduri (Strauch), Arctica islandica (Linn.), обнаруженные нами в роговской свите в разрезе Морею-7, встречаются в отложениях плиоцена-эоплейстоцена Бельгии и Исландии [Гладенков и др., 1980; Simonarssen, Leifsdottir, 2009].

Для SIS-анализа были отобраны наиболее крупные раковины и их фрагменты. После измельчения их промыли очищенной водой в ультразвуковой ванне, затем растворили в 0.5N HCl. Содержание Mn в образцах определили атомно-абсорбционным методом, а содержание Sr - методом изотопного разбавления. Изотопный состав Sr измерен на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI. Средние значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в стандартных образцах SRM 987 и EN-1, нормализованные к отношению ⁸⁶Sr/⁸⁸Sr, равному 0.1194, составляли в период работы соответственно 0.710275±0.000008 (2σ_ср, n = 54) и 0.709202±0.000006 (2σ_ср, n = 26). Все измеренные значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в образцах скорректированы на значение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в стандарте EN-1, равное 0.709175. Сходимость повторных опытов составляла 0.000011-0.000014 (четыре образца), что сравнимо с аналитической точностью приборных измерений [Кузнецов и др., 2012]. Различие отношений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в повторных опытах, пересчитанное в возрастные единицы согласно [McArthur et al., 2001], не превышает 200 тыс. лет.

Большинство изученных ископаемых раковин в отличие от современных не сохранило первичную призматическо-волокнистую текстуру. Стенки ископаемых раковин часто замещены тонкозернистым арагонитом, а на поверхности развивается пористый кальцит. Вторичная перекристаллизация карбонатов раковин произошла в зоне циркуляции речных и талых вод, взаимодействие с которыми обычно приводит к обогащению Mn и Th, а также к частичной потере Sr и U [Кузнецов и др., 2005; Wagner, 1998]. Высокие (80-480 мкг/г) концентрации Mn в ископаемых раковинах подтверждают интенсивные диагенетические преобразования (рис. 3). Вследствие диагенетической миграции Mn, Th и U полученные здесь ранее U-Th- (130 тыс. лет [Астахов и Свенсен, 2002]) и ЭПР-датировки (85-92 тыс. лет [Зархидзе и др., 2010]) раковин моллюсков из разрезов большеземельской серии не являются надежными.

Концентрация Sr в ископаемых раковинах варьируется в пределах 1000-3000 мкг/г, что в среднем (1620±670 мкг/г) совпадает с содержанием Sr в современных морских раковинах (1600±300 мкг/г [Кузнецов и др., 2012]) и указывает на соленость, близкую к «нормально-морской», а также на удовлетворительную сохранность первичных Rb-Sr-систем карбонатных минералов в наших образцах.

Измеренное отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в раковинах моллюсков роговской свиты составляет 0.709106-0.709147, а вашуткинской - 0.709132-0.709154. Сравнение изотопных Sr-данных с отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в позднекайнозойском океане [McArthur et al., 2001] показывает, что наиболее вероятный возраст раковин моллюсков роговской свиты отвечает интервалу 1.44-0.79 млн лет, а вашуткинской - 1.12-0.63 млн лет (рис. 4). Средние значения возраста каждой из свит равны соответственно 1.14±0.16 и 0.87±0.21 млн лет, что позволяет отнести их к эоплейстоцену. Этот вывод согласуется с палеонтологическими находками и представлениями о широкой морской трансгрессии [Астахов и Свенсен, 2002; Зархидзе, 1972; Кулик, 1926]. Противоречия с опубликованными «омоложенными» OSL-датировками (88-120 тыс. лет [Астахов и Свенсен, 2002; Зархидзе и др., 2010]) объясняются аналитическими особенностями метода OSL, который достоверен для мономинеральных песков «моложе» 120-100 тыс. лет, неустойчивых к деструкции люминесцентных ловушек в криогенезе [Wagner, 1998].

Таким образом, первое изотопное Sr-исследование раковин ископаемых моллюсков Тимано-Уральского региона уверенно доказывает эоплейстоценовый возраст верхней части большеземельской серии. В современном рельефе эти отложения расположены на отметках 240-350 м выше уровня моря, что подтверждает быстрое (≈0.3-0.4 м/тыс. лет) воздымание центрального Пай-Хоя и прилегающей территории Большеземельской тундры в четвертичное время. Все это указывает на принципиальную возможность использования метода SIS для реконструкции кайнозойской истории Арктики.

Авторы благодарны Р. Марке (R. Marquet, Королевский музей естественных наук Бельгии) за помощь в определении моллюсков, а также А.В. Бартовой, Д.В. Доливо-Добровольскому и А.B. Журавлеву за содействие в оформлении рисунков. Исследования выполнены при финансовой поддержке ОНЗ РАН (программа № 4).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреичева Л.Н. Плейстоцен Европейского Северо-Востока. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 322 с.

2. Астахов В.И., Свенсен Й.И. Возраст остатков плейстоценового ледника в Большеземельской тундре // ДАН. 2002. Т. 384. №4. С. 534-538.

3. Белкин В.И., Зархидзе В.С., Семенов И.Н. Кайнозойский покров севера Тимано-Уральской области. В кн.: Геология севера Европейской части СССР. М.: Изд-во МГУ, 1966. С. 38-55.

4. Гладенков Ю.Б., Нортон П., Спайк Г. Верхний кайнозой Исландии (стратиграфия плиоцена и плейстоцена и палеонтологические комплексы). М.: Наука, 1980. 115 с.

5. Гросвальд М.Г. Покровные ледники континентальных шельфов. М.: Наука, 1983. 216 с.

6. Зархидзе В.С. Роговская и нерцетская свиты северных и северо-западных районов Тимано-Уральской области. В кн.: Вопросы стратиграфии и корреляции плиоценовых и плейстоценовых отложений северной и южной частей Предуралья. Уфа: БашФАН СССР, 1972. В. 1. С. 67-82.

7. Зархидзе Д.В., Гусев Е.А., Аникина Н.Ю., Бартова А.В., Гладенков А.Ю., Деревянко Л.Г., Крылов А.В., Тверская Л.А. Новые данные по стратиграфии плиоцен-четвертичных отложений бассейна реки Море-Ю (Большеземельская тундра). В кн.: Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2010. Т. 210. В. 7. С. 96-110.

8. Кузнецов А.Б., Семихатов М.А., Горохов И.М. Изотопный состав Sr в водах Мирового океана, окраинных и внутренних морей: возможности и ограничения Sr-изотопной хемостратиграфии // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2012. Т. 20. № 6. С. 3-19.

9. Кузнецов А.Б., Овчинникова Г.В., Крупенин М.Т., Горохов И.М., Маслов А.В., Каурова О.К., Эльмис Р. Формирование и преобразование карбонатных пород и сидеритовых руд бакальской свиты нижнего рифея (Южный Урал): Sr-изотопная характеристика и Pb-Pb возраст // Литология и полез. ископаемые. 2005. №3. С. 227-249.

10. Кулик Н.А. О северном постплиоцене // Геол. вестн. Петроград. 1926. Т. 5. №1/3. С. 1-12.

11. Manley W.F., Lokrantz H., Gataullin V., Ingolfsson O., Forman S.L., Andersson T. Late Quaternary stratigraphy, radiocarbon chronology, and glacial history // Global Planetary Change. 2001. V. 31. P. 239-254.

12. McArthur J.M., Howarth R.J., Bailey T.R. Strontium isotope stratigraphy: LOWESS version 3: Best fit to the marine Sr-isotope curve for 0-509 Ma and accompanying look-up table for deriving numerical age // Journal of Geology. 2001. V. 109. № 2. P. 155-170.

13. Simonarssen L.A., Leifsdottir O.E. // Náttúrufrædingurinn. 2009. V. 78. № 1-2. P. 57-65.

14. Svendsen J. I., Alexanderson H., Astakhov V.I., et al. Late Quaternary ice sheet history of northern Eurasia // Quaternary Science Reviews. 2004. V. 23. № 11-13. P. 1229-1271.

15. Wagner G.A. Age Determination of Young Rocks and Artifacts. B.: Springer-Verlag, 1998. 466 p.

Ссылка на статью:

Кузнецов А.Б., Зархидзе Д.В., Крылов А.В., Маслов А.В. Стронциевая изотопная хемостратиграфия позднекайнозойских отложений Тимано-Уральского региона по раковинам моллюсков: обоснование эоплейстоцена // Доклады Академии наук. 2014. Т. 458. № 6. С. 687-691.