Варвы: Годовые слои осадочных пород

Введение

Годовой слой осадка или осадочной породы.

Варва – это годовой слой осадка или осадочной породы. Слово «varve» происходит от шведского слова varv, значение и коннотации которого включают «революция», «в слоях» и «круг». Термин впервые появился как Hvarfig lera (слоистая глина) на первой карте, составленной Геологической службой Швеции в 1862 году. Изначально «варва» относилась к каждому из отдельных компонентов, составляющих один годовой слой в отложениях ледниковых озер, но на Геологическом конгрессе 1910 года шведский геолог Жерар Де Гер (1858–1943) предложил новое формальное определение, согласно которому варва означает весь годовой осадочный слой. Недавно введенные термины, такие как «ежегодно ламинированный», являются синонимами варвы. Среди множества ритмитов в геологической летописи варвы являются одними из наиболее важных и информативных при изучении прошлых изменений климата. Варвы относятся к событиям наименьшего масштаба, выделяемым в стратиграфии. Годовой слой может быть хорошо виден, поскольку частицы, заносимые в слой весной, когда сила потока выше, значительно крупнее, чем те, которые откладываются позже в году. Это формирует пару слоев – один крупнозернистый и один мелкозернистый – для каждого годового цикла. Варвы формируются только в пресной или солоноватой воде, поскольку высокое содержание соли в обычной морской воде вызывает коагуляцию глины в крупные зерна. Поскольку соленые воды оставляют крупные частицы в течение всего года, практически невозможно различить отдельные слои в соленой воде. Действительно, флокуляция глины происходит при высокой ионной силе из-за разрушения электрического двойного слоя глины (EDL), что уменьшает электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными частицами глины.

История исследований варва

Хотя термин «варва» был введен только в конце девятнадцатого века, концепция ежегодного ритма осадконакопления существует уже по крайней мере два столетия. В 1840-х годах Эдвард Хичкок предположил, что ламинированные отложения в Северной Америке могут иметь сезонное происхождение, а в 1884 году Уоррен Уфэм высказал предположение, что светлые и темные ламинированные пары соответствуют годичному осадконакоплению. Несмотря на эти ранние попытки, главным пионером и популяризатором исследований варв был Жерар Де Геер. Работая в Геологической службе Швеции, Де Геер заметил близкое визуальное сходство между ламинированными отложениями, которые он картографировал, и годичными кольцами деревьев. Это побудило его предположить, что чередующиеся слои грубого и мелкого материала, часто встречающиеся в отложениях ледниковых озер, являются годичными слоями. Первая хронология варв была составлена Де Геером в Стокгольме в конце XIX века. Вскоре последовали дальнейшие исследования, и вдоль восточного побережья Швеции была создана сеть пунктов наблюдения. Варвовые отложения, обнаруженные в этих пунктах, формировались в гляциолагунных и гляциоморских условиях Балтийского бассейна по мере отступления последнего ледникового покрова на север. К 1914 году Де Геер обнаружил, что можно сравнивать последовательности варв на больших расстояниях, сопоставляя изменения толщины варв и отчетливые маркерные ламины. Однако это открытие привело Де Геера и многих его коллег к ошибочным корреляциям, которые они назвали «телесвязями» между континентами, что подверглось критике со стороны других пионеров исследований варв, таких как Эрнст Антевс. В 1924 году был основан Геохронологический институт – специальная лаборатория, посвященная исследованиям варв. Де Геер, его коллеги и студенты совершали поездки в другие страны и континенты для изучения варвовых отложений. Эрнст Антевс исследовал районы от Лонг-Айленда (США) до озера Тимискаминг и залива Гудзона (Канада) и создал североамериканскую хронологию варв. Карл Кальдениус посетил Патагонию и Огненную Землю, а Эрик Норин – Центральную Азию. К этому времени другие геологи также изучали последовательности варв, в том числе Матти Саурамо, который составил хронологию варв последней деглациации в Финляндии. В 1940 году была опубликована ставшая классической научная работа Де Геера «Geochronologia Suecica», в которой он представил шведскую шкалу времени – плавающую хронологию варв для отступления льда от Скане до Индалсельвена. Рагнар Лиден предпринял первые попытки связать эту шкалу времени с современностью. С тех пор шкала времени неоднократно пересматривалась по мере открытия новых пунктов наблюдения и переоценки старых. В настоящее время шведская хронология варв основана на тысячах пунктов наблюдения и охватывает 13 200 варвных лет. В 2008 году, хотя варвы считались перспективным источником информации, аналогичной дендрохронологии, их признали «слишком ненадежными» для использования в долгосрочных масштабах времени. Однако к 2012 году в рамках проекта «Озеро Суигетсу 2006» были идентифицированы «пропущенные» варвы в последовательности озера Суигетсу путем наложения нескольких кернов и совершенствования методов подсчета варв, что позволило расширить шкалу времени до 52 800 лет.

Although the term varve was not introduced until the late nineteenth century, the concept of an annual rhythm of deposition is at least two centuries old. In the 1840s, Edward Hitchcock suspected laminated sediment in North America could be seasonal, and in 1884 Warren Upham postulated that light dark laminated couplets represented a single year's deposition. Despite these earlier forays, the chief pioneer and populariser of varve research was Gerard De Geer. While working for the Geological Survey of Sweden, De Geer noticed a close visual similarity between the laminated sediments he was mapping, and tree rings. This prompted him to suggest the coarse fine couplets frequently found in the sediments of glacial lakes were annual layers. The first varve chronology was constructed by De Geer in Stockholm in the late 19th century. Further work soon followed, and a network of sites along the east coast of Sweden was established. The varved sediments exposed in these sites had formed in glaciolacustrine and glacimarine conditions in the Baltic basin as the last ice sheet retreated northwards. By 1914, De Geer had discovered that it was possible to compare varve sequences across long distances by matching variations in varve thickness, and distinct marker laminae. However, this discovery led De Geer and many of his co workers into making incorrect correlations, which they called 'teleconnections', between continents, a process criticised by other varve pioneers like Ernst Antevs. In 1924, the Geochronological Institute, a special laboratory dedicated to varve research was established. De Geer and his co workers and students made trips to other countries and continents to investigate varved sediments. Ernst Antevs studied sites from Long Island, U. S. A. to Lake Timiskaming and Hudson Bay, Canada, and created a North American varve chronology. Carl Caldenius visited Patagonia and Tierra del Fuego, and Erik Norin visited central Asia. By this stage, other geologists were investigating varve sequences, including Matti Sauramo who constructed a varve chronology of the last deglaciation in Finland. 1940 saw the publication of a now classic scientific paper by De Geer, the Geochronologia Suecica, in which he presented the Swedish Time Scale, a floating varve chronology for ice recession from Skåne to Indalsälven. Ragnar Lidén made the first attempts to link this time scale with the present day. Since then, there have been revisions as new sites are discovered, and old ones reassessed. At present, the Swedish varve chronology is based on thousands of sites, and covers 13,200 varve years. In 2008, although varves were considered likely to give similar information to dendrochronology, they were considered "too uncertain" for use on a long term timescale. However, by 2012, “missing” varves in the Lake Suigetsu sequence were identified in the Lake Suigetsu 2006 Project by overlapping multiple cores and improved varve counting techniques, extending the timescale to 52,800 years.

Формирование

Варвы формируются в разнообразных морских и озерных осадочных средах в результате сезонных изменений в кластических, биологических и химических процессах осадконакопления. Классический образец варвы – это светло-темная пара слоев, отложенная в ледниковом озере. Светлый слой обычно состоит из более крупного ламинасета – группы согласных ламинатов, сложенных из ила и мелкого песка, отложенных в условиях более высокой энергии, когда талые воды приносят в озеро осадочный материал. В зимние месяцы, когда приток талых вод и взвешенных в них осадков уменьшается, и часто когда поверхность озера замерзает, отлагается мелкозернистый глинистый осадок, формируя темный ламинасет. Помимо сезонных изменений в процессах осадконакопления, для образования варв необходимо отсутствие биотурбации. Следовательно, варвы обычно формируются в аноксических условиях. Хорошо известный морской пример варвовых отложений представлен отложениями в бассейне Санта-Барбара у побережья Калифорнии. Еще одна длительная запись варвовых отложений – палеоозерная запись бассейна Пьянико–Сельере (Южные Альпы). Здесь детритный слой каждого варва использовался в качестве прокси-индикатора для 771 палеопаводков, произошедших в течение 9,3 тысяч лет в межледниковый период плейстоцена.