Хемостратиграфия: Химический состав осадочных пород для определения стратиграфических связей.
Chemostratigraphy
Хемостратиграфия: изучение химических изменений в осадочных породах для определения их возраста и взаимосвязей. Ключ к стратиграфии – химические маркеры!
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Хемостратиграфия, или химическая стратиграфия, – это изучение химических вариаций в осадочных последовательностях для установления стратиграфических взаимосвязей. Эта область относительно нова, получив широкое распространение лишь в начале 1980-х годов, но сама идея хемостратиграфии почти так же стара, как и стратиграфия в целом: отчетливые химические признаки могут быть столь же полезны, как и характерные комплексы окаменелостей или литологические особенности, для определения стратиграфических отношений между различными слоями горных пород.
Chemostratigraphy, or chemical stratigraphy, is the study of the chemical variations within sedimentary sequences to determine stratigraphic relationships. The field is relatively young, having only come into common usage in the early 1980s, but the basic idea of chemostratigraphy is nearly as old as stratigraphy itself: distinct chemical signatures can be as useful as distinct fossil assemblages or distinct lithographies in establishing stratigraphic relationships between different rock layers.
Типы химических изменений
В некоторых стратиграфических последовательностях отчетливо наблюдается вариация цвета между различными слоями. Такие различия в цвете часто обусловлены изменениями в содержании материалов, включающих переходные металлы, в процессе осаждения и литификации. Другие различия в цвете могут быть связаны с изменениями содержания органического углерода в породе. Однако до недавнего времени эти вариации редко исследовались из-за значительных усилий и затрат, связанных с химическим анализом. Недавно, развитие новых аналитических методов химического анализа для нужд магматической петрологии во второй половине 20-го века, например, электронного микрозонда, и разработка рентгенофлуоресцентного анализа с нормальной фокусировкой для геологоразведки на нефтяных месторождениях, расширили доступность методов крупномасштабного химического анализа для осадочных геологов, что сделало анализ химического состава слоев все более осуществимым. Параллельно с этим, достижения в атомной физике стимулировали исследования в области геохимии стабильных изотопов. Наиболее важным для химиостратиграфии в целом стало открытие, сделанное Гарольдом Юри и Чезаре Эмилиани в начале 1950-х годов, о том, что изменчивость изотопов кислорода в кальцитовых раковинах фораминифер может использоваться в качестве прокси-показателя для реконструкции прошлых температур океана. Таким образом, химиостратиграфия обычно предоставляет геологическому сообществу два полезных типа информации. Во-первых, химиостратиграфия может быть использована для изучения изменений окружающей среды на локальном, региональном и глобальном уровнях, сопоставляя изменения в химии пород с изменениями в среде, в которой происходило осадконакопление. Ярким примером такого исследования может служить обнаружение слоев, богатых иридием, вблизи границы между меловым и третичным периодами по всему миру. Высокая концентрация иридия, который обычно редок в земной коре, указывает на значительное поступление внеземного материала, предположительно от крупного астероида, столкнувшегося с Землей в то время. Более обычным примером химиостратиграфической реконструкции прошлых условий может быть использование соотношения изотопов углерода-13 к углероду-12 в геологическом времени в качестве прокси-показателя для изменений в процессах углеродного цикла на различных этапах биологической эволюции. Во-вторых, региональные или глобально сопоставимые химиостратиграфические сигналы можно обнаружить в породах, время образования которых точно определено радионуклидным датированием самих слоев или слоев, легко сопоставимых с ними, например, вулканического комплекса, прерывающего близлежащие слои. Однако датировать многие осадочные породы гораздо сложнее, поскольку в них отсутствуют минералы с высокой концентрацией радионуклидов и их нельзя сопоставить с последовательностями, пригодными для датирования. Тем не менее, многие из этих пород содержат химиостратиграфические сигналы. Следовательно, корреляция между химиостратиграфическими сигналами в условно датируемых и не датируемых последовательностях значительно расширила наше понимание истории тектонически спокойных регионов и биологических организмов, обитавших в этих регионах. Химиостратиграфия также служит проверкой для других областей стратиграфии, таких как биостратиграфия и магнитостратиграфия.
In some stratigraphic sequences, there is clearly a variation in color between different strata. Such color differences often originate from variations in the incorporation of transition metal containing materials during deposition and lithification. Other differences in color can originate from variations in the organic carbon content of the rock. However, until relatively recently, these variations were not commonly investigated because of the great effort and expense involved in chemical analysis. Recently, the development of new analytical techniques for chemical analysis for igneous petrological applications during the latter half of the 20th century, e. g., the electron microprobe, and the development of normal focus X ray fluorescence for wellsite oil exploration has improved the availability of bulk chemical analysis techniques to the sedimentary geologist, making analysis of the chemical composition of strata increasingly possible. Concurrently, advances in atomic physics stimulated investigations in stable isotope geochemistry. Most relevant to chemostratigraphy in general was the discovery by Harold Urey and Cesare Emiliani in the early 1950s that the oxygen isotope variability in the calcite shells of foraminifera could be used as a proxy for past ocean temperatures. Thus, chemostratigraphy generally provides two useful types of information to the larger geological community. First, chemostratigraphy can be used to investigate environmental change on the local, regional, and global levels by relating variations in rock chemistry to changes in the environment in which the sediment was deposited. An extreme example of this type of investigation might be the discovery of strata rich in iridium near the boundary between the Cretaceous and Tertiary systems globally. The high concentration of iridium, which is generally rare in the Earth's crust, is indicative of a large delivery of extraterrestrial material, presumably from a large asteroid impactor during this time. A more prosaic example of chemostratigraphic reconstruction of past conditions might be the use of the carbon 13/carbon 12 ratio over geologic time as a proxy for changes in carbon cycle processes at different stages of biological evolution. Second, regionally or globally correlatable chemostratigraphic signals can be found in rocks whose formation time is well constrained by radionuclide dating of the strata themselves or by strata easily correlated with them, such as a volcanic suite that interrupts nearby strata. However, many sedimentary rocks are much harder to date, because they lack minerals with high concentrations of radionuclides and cannot be correlated with nearly datable sequences. Yet many of these rocks do possess chemostratigraphic signals. Therefore, the correlation between chemostatigraphic signals in conventionally datable and non datable sequences has extended greatly our understanding of the history of tectonically quiescent regions and of biological organisms that lived in such regions. Chemostratigraphy also has acted as a check on other sub fields of stratigraphy such as biostratigraphy and magnetostratigraphy.