Датирование осадков озера Байкал и палеоклиматические реконструкции байкальского региона по палеомагнитным данным тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Крайнов, Михаил Андреевич

• Крайнов, Михаил Андреевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Крайнов, Михаил Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ И ПЕТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСАДКОВ ОЗЕРА БАЙКАЛ; ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИЗУЧЕНИЯ ПАЛЕОКЛИМАТА.

1.1. Особенности озера Байкал.

1.2. Строение осадочного чехла в различных местах Байкала.

1.3. Общие сведения о проекте «Бурение на Байкале».

1.4. Палеомагнетизм.

1.5. Изменения климата и палеоклимат.

1.6. Циклы Миланковича.

1.7. Кислородная кривая 5 О.

1.8. Диатомовые водоросли и биогенный кремнезем.

1.9. Магнитная восприимчивость.

1.10. Геохимические профили.

1.11. Методика исследований.

ГЛАВА 2. ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Общие сведения по результатам палеомагнитных исследований.

2.2. Палеомагнитные исследования скважины BDP-96.

2.3. Палеомагнитные исследования скважины BDP-98.

2.4. Палеомагнитные исследования скважины BDP-99.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ И ПАЛЕОКЛИМАТА.

3.1. Дополнительные частоты.

3.2. Исследования магнитной восприимчивости скважины BDP-93.

3.3. Исследования магнитной восприимчивости скважины BDP-96.

3.3.1. Магнитные минералы осадка скважины BDP-96-1.

3.4. Исследования магнитной восприимчивости скважины BDP-98.

3.5. Сравнительный анализ результатов исследований осадков скважин

BDP-93 и BDP-96.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Датирование осадков озера Байкал и палеоклиматические реконструкции байкальского региона по палеомагнитным данным»

Актуальность исследований. Познание закономерностей изменения климата имеет большое значение как для изучения прошлого Земли, так и для прогнозирования её будущего. В то время как палеоклиматические особенности в истории океанов установлены относительно полно, сведения о позднекайнозойском палеоклимате континентов ещё довольно скудные, поэтому новая информация о нем весьма актуальна. Осуществление проекта «Байкал-бурение» дает уникальную возможность по различным признакам осадков получить данные о климатических условиях, существовавших в течение позднего кайнозоя, и их изменении. Данная работа посвящена изучению палеомагнитных свойств осадков озера Байкал, как материала, сохранившего в себе запись континентального палеоклиматического сигнала, и установлению, какие палеомагнитные данные обусловлены палеоклиматиче-скими условиями накопления осадков.

Цель работы - определение возраста байкальских осадков палеомаг-нитным методом, изучение континентального палеоклиматического сигнала, сохранившегося в записях магнитной восприимчивости и сопоставление получившегося результата с данными, полученными по иным параметрам. Внимание также было уделено определению изменения соотношения различных магнитных минералов, фиксирующих палеоклиматический сигнал, в зависимости от климата.

Поставленная цель определила защищаемые положения.

1. С помощью палеомагнитного метода получена возрастная модель осадков озера Байкал для возраста свыше 7 млн. лет - самой длинной записи непрерывного осадконакопления на континентах.

2. Магнитная восприимчивость осадков оз. Байкал является надежным индикатором палеоклиматического сигнала, отражающего планетарные изменения климата, как в местах с медленным осадконакоплением (Академический хребет), так и в местах с большим привносом речного материала (Бу-гульдейская перемычка).

3. Состав магнитных минералов, фиксирующих палеоклиматический сигнал, коррелирует с содержанием диатомовых водорослей в осадках озера, что связано с переходом минералов из одной фазы в другую, при изменении палеоклимата.

4. Результаты частотного анализа магнитной восприимчивости, проведенного для Байкальских осадков впервые, показали, что палеоклимат Байкальского региона, также как и глобальные изменения климата, зависит от орбитальных параметров Земли.

Защищаемые положения потребовали решения ряда задач, наиболее важными из которых являются следующие:

- с помощью палеомагнитного метода установить возраст осадков скважин, полученных в ходе проекта «Байкал-бурение»;

- выяснить степень корреляции между магнитной восприимчивостью осадков оз. Байкал и палеоклиматическим сигналом;

- определить периоды изменения магнитной восприимчивости и сравнить их с циклами Миланковича;

- сравнить полученные результаты с выводами, полученными другими исследователями;

- узнать, как меняется содержание магнитных минералов при изменении климата; определить, содержание каких минералов в осадке является превалирующим в периоды относительного потепления/ похолодания.

Предмет исследования - донные осадки озера Байкал, полученные при выполнении проекта «Байкал-бурение».

Работа базируется на фактическом материале - осадках озера Байкал, отбор образцов которых происходил из кернов, полученных в рамках проекта «Байкал-бурение». Количество измеренных образцов составляет свыше 4000. Лично автором работы было отобрано свыше 1000 образцов, магнитная восприимчивость была измерена у 2000 образцов, остаточная намагниченность -у 600 образцов. Непосредственно под руководством автора работы сотрудниками лаборатории была измерена остаточная намагниченность еще у 1500 образцов (скважины BDP-98 и BDP-99). Кроме того, автор принимал участие в измерении магнитной восприимчивости у керна скважины BDP-98 без нарушения естественной стратификации осадка. Также автор работы самостоятельно проводил частотный анализ, написал несколько программ на Turbo Pascal, необходимых для получения конечных результатов. В заключительной части исследовательской работы автором был осуществлен сбор и обобщение литературных данных, обработка и интерпретация всех данных по измерениям, участие в подготовке статей к публикации в отечественных и зарубежных журналах.

Теоретическая и методическая база исследования. Теоретически работа базируется на принципах сохранения записи палеомагнитного сигнала в осадочных породах, а также на зависимости магнитной восприимчивости от климатических условий момента формирования осадка. Методически работа основана на стандартном ступенчатом размагничивании в переменном магнитном поле; на измерении магнитной восприимчивости в слабых полях; на методах частотного анализа и линейной корреляции.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены возрастные реперные шкалы разрезов континентальных осадков на возрастном интервале, превышающем 7 млн. лет; получены новые и подтверждены некоторые старые данные о палеоклимате позднего кайнозоя Юга Восточной Сибири; определены новые палеоклиматические частоты, не зафиксированные ранее предыдущими исследователями, и сделана попытка их интерпретации; впервые найден коэффициент корреляции между составом магнитных минералов и содержанием диатомовых водорослей, что подтвердило сведения о зависимости состава осадков от палеоклимата. Проведенные исследования охватывают широкий круг теоретических и методических проблем. Наиболее существенные новые результаты состоят в следующем:

1. С помощью палеомагнитного метода определен возраст осадков, взятых из скважин, пробуренных в ходе выполнения проекта «Байкал-бурение».

В самой глубокой скважине BDP-98 вскрытая толща осадков имеет возраст свыше 7 млн. лет, что является самой длинной записью непрерывного осад-конакопления на континентах.

2. Проведенные исследования магнитной восприимчивости, сопоставление полученных по ней данных с данными по биогенному кремнезему, геохимическим профилям, кривой кислорода 5180 в океанах, а также частотный анализ магнитной восприимчивости показали, что, во-первых, осадки озера Байкал содержат запись палеоклиматического сигнала через различные параметры, в том числе, через петромагнитные и петрохимические, во-вторых, изменения климата на Байкале, фиксируемые магнитной восприимчивостью, связаны с орбитальными циклами Земли, как с каждым циклом в отдельности, так и с их взаимосвязанным влиянием на палеоклимат. Полученные результаты позволяют утверждать, что климат в районе оз. Байкал изменялся по той же модели, что и планетарный.

3. Изучение состава фракции магнитных минералов показало, что в различных климатических условиях главенствующую роль в увеличении значения магнитной восприимчивости играли разные минералы. Основной вклад в величину магнитной восприимчивости осадков Байкала дают магнетит, гетит, ильменит. Наблюдается значимая обратная корреляция между содержанием магнетита и диатомовых водорослей в осадке.

Практическая значимость. Результаты работы позволили составить возрастные реперные шкалы разрезов, что дает возможность с большей эффективностью анализировать данные, полученные другими исследователями, а также сопоставить различные части разреза.

Результаты изучения палеоклимата позволили улучшить понимание причин, влияющих на континентальный палеоклимат, а также могут использоваться как базовые для построения модели континентального палеоклимата.

Апробация работы. Материалы, послужившие основой для представленной работы, были апробированы на Международной Геофизической конференции EGS-2000 (2000); конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2000); XXXIX Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2001), Международном семинаре «Проект бурение на Байкале и Хуб-сугуле» (Улан-Батор, 2001), Совместной ассамблее американского, европейского и канадского геофизических союзов (Ницца, 2003).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 113 страницах и состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, который включает 57 источников. Работа содержит 30 рисунков и 5 таблиц в приложении, пояснения к которым даны в тексте работы.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Крайнов, Михаил Андреевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования подтвердили высокую эффективность па-леомагнитного метода для определения возраста континентальных осадков. Это будет способствовать более широкому использованию палеомагнитного метода при изучении непрерывных разрезов осадков.

Разработанная нами методика составления композиционных колонок позволяет значительно уменьшить погрешности самых различных величин, возникших как по естественным причинам, так и вследствие «человеческого фактора». Кроме того, в случае разрывов в осадках одного из стволов бурения, мы можем заполнить их данными из других стволов, что позволяет получить непрерывный разрез.

Сопоставление результатов исследования палеоклимата, полученных при анализе магнитной восприимчивости, с результатами, полученными другими исследователями по биогенному кремнезему и геохимическим профилям, показали хорошую сходимость результатов и подтвердили правомерность использования магнитной восприимчивости для построения палеокли-матической кривой.

Сравнение палеоклиматической кривой, полученной для Байкальских осадков с океанической показало, что принципиально климат, как на континентах, так и в океанах, меняется по одинаковым законам, а одними из важнейших причин климатических изменений являются колебания орбитальных параметров планеты Земля.

Работу завершают основные выводы, заключающиеся в следующем:

- возраст осадков, полученных со скважины BDP-98, превышает 7 млн. лет и, согласно нашей интерпретации, достигает рубежа 11 млн. лет.

- магнитная восприимчивость осадков озера Байкал содержит запись континентального палеоклиматического сигнала; в ее колебании обнаружены орбитальные циклы Миланковича, в том числе редко встречаемые в других местах гармоники и дополнительные частоты.

- климатическая запись сохраняется в байкальских осадках в местах с различными условиями осадконакопления.

- среди магнитных минералов достоверно только содержание магнетита коррелирует с содержанием диатомовых водорослей, а, следовательно, и с палеоклиматом, при этом общему потеплению климата соответствует уменьшение количества магнетита в осадке.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Крайнов, Михаил Андреевич, 2005 год

1. Ван-дер-Варден Б. Л. Математическая статистика. Пер. с нем. Большева Л. Н. Под ред. Смирнова Н. В. М.: изд. иностр. лит. 1960. 356 с.

2. Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах. Иркутск: ВосточноСибирское книжное издательство, 1987. - 384 с.

3. Геология зоны БАМ. Т. 1. Геологическое строение / М-во геологии СССР. Всесоюз. науч.-исслед. геол. ин-т. Л.: Недра, 1988. - 443 с.

4. Гольдберг Е. Л., Федорин М. А., Грачев М. А., Золотарев К. В., Хлыстов О. М. Геохимические индикаторы изменений палеоклима-та в осадках озера Байкал. // Геология и геофизика, №1-2, 2001, с.с. 76-86.

5. Зоненшайн Л. П., Кузьмин М. И. Палеогеодинамика. М.: Наука, 1992.- 192 с.

6. Кинг Дж. У., Пек Дж., Гангеми П., Кравчинский В. А. Палеомагнит-ные и петромагнитные исследования оз. Байкал // Геология и геофизика, 1993, т.34, № 10-11, с.174-192.

7. Коллектив исполнителей Байкальского бурового проекта. Результаты бурения первой скважины на озере Байкал в районе Бугульдейской перемычки. // Геология и геофизика, 1995. Том 36, N2, с.с. 332.

8. Коллектив участников проекта "Байкал-бурение". Непрерывная запись климатических изменений в отложениях озера за последние 5 миллионов лет // Геология и геофизика, 1998, т. 39, №2, с. 139-156.

9. Коллектив участников проекта "Байкал-бурение". Позднекайнозой-ская палеоклиматическая запись в осадках озера Байкал (по результатам исследования 600-метрового керна глубокого бурения) // Геология и геофизика, №1, 2000, с.с. 3-32.

10. Коллектив участников проекта "Байкал-бурение". Высокоразрешающая осадочная запись по керну глубоководного бурения на Посольской банке в оз. Байкал (BDP-99) // Геология и геофизика, 2004, т. 45, №2, с.с. 163-193.

11. Косов А. А. О палеоклиматических циклах Миланковича.

12. Климишин И. А. Элементарная астрономия. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. -464 с.

13. Крайнов М. А., Кравчинский В. А., Пек Дж., Сакаи X., Кинг Дж., Кузьмин М. И. Палеоклиматическая запись осадков озера Байкал по результатам изучения магнитной восприимчивости // Геология и геофизика, №1-2, 2001, с.с. 87-97.

14. Кузнецов Э. Д. Структура, динамика и устойчивость Солнечной системы. Уральский государственный университет, кафедра астрономии и геодезии, 1999.

15. Кузьмин М. И. Во льдах Байкала / Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2001. 140 с.

16. Мац В. Д., Уфимцев Г. Ф., Мандельбаум М. М. и др. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: Строение и геологическая история. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.

17. Методы и результаты палеомагнитного изучения осадочных формаций кайнозоя Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1973. - 96 с.

18. Новый политехнический словарь / Гл. ред. А. Ю. Ишлинский.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000 671 с.

19. Хаин В. Е. Основные проблемы современной геологии. Москва: Научный мир, 2003, изд. 2-е, доп. С.с. 116-136.

20. Шарапов И. П. Применение математической статистики в геологии. М.: изд. "Недра". 1970. С. 135-152.

21. Ярмолюк В. В., Коваленко В. И. Глубинная геодинамика, мантийные плюмы и их роль в формировании Центрально-Азиатского складчатого пояса. // Петрология, т. 11, №6, 2003, с.с. 556-586.

22. Berger A. Long-term variations of dayly insolation and Quaternary climatic changes // Journal of the atmospheric sciences, vol. 35, N 12, 1978.

23. Berger A. Support for the astronomical climatic change. Nature, 268, pp.44-45, 1977.

24. Berger A., Loutre M. F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quaternary Science Reviews, Vol. 10, p.p. 297-317, 1991

25. Bloemendal J., Liu X. M., Rolph Т. C. Correlation of the magnetic susceptibility of Chinese loess and the marine oxygen isotope record: chronological and palaeoclimatic implications // Earth and Planetary Science Letters, 1995, 131, p. 371-380.

26. Bloomfield P, Fourier Analysis of Time Series: An Introduction, Wiley, New York, 1976.

27. Cande S.C., D.V. Kent, Revised calibration of the geomagnetic polarity time scale for the late Cretaceous and Cenozoic // Journal of Geophysical Research, 100, 6093-6095, 1995.

28. Channel, J.E.T. Recalibration of the geomagnetic polarity timescale // Reviews of Geophysics, Supplement, 1995, p. 161-168.

29. Colman S. M., Peck J. A., Karabanov E. В., Carter S. J., Bradbury J. P., King J. W., Williams D.F. Continental climate response to orbital forcing from biogenic silica records in Lake Baikal // Nature, vol. 378, No. 6559, p.p. 769-771, 1995.

30. Crowley, T.J., North, G.R., 1991. Palaeoclimatology. Oxford Monographs on Geology and Geophysics No. 18. Oxford University Press, New York, 339 p.

31. Guyodo Y. and Valet J.-P. Global changes in intensity of the Earth's magnetic field during past 800 kyr // Nature, N 399, 1999. p.p. 249-252.

32. Hinnov L.A., 2000. New perspectives on orbitally forced stratigraphy. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 28, p.p. 419^475.

33. House M. R. Orbital forcing timescales: an introduction // in book Orbital forcing timescales and cyclostratigraphy edited by House M. R. and Gale A. S. London. Publ. by Geological Society, 1995. p.p. 1-18.

34. Milankovitch M. Kanon der erdbestrahlung und seine Andwendung auf das Eiszeitenproblem, 1941. Roy. Serb. Acad. Spec Publ. 133, p.p. 1633. (English version published by the Israel Program for Scientific Translations, Jerusalem, 1969).

35. Nergini R.M., Verosub K.L., Davis J.O. The middle to late Pleistocene geomagnetic field recorded in fine-grained sediments from Summer Lake, Oregon, and Double Hot Spring, Nevada, USA. Earth and Planetary Science Letters, 87, pp. 173-192, 1988.

36. Peck J. A., King J. W., Colman S. M., Kravchinsky V. A. A rock-magnetic record from Lake Baikal, Siberia: evidence for Late Quaternary climate change // Earth planet. Sci. Lett., 1994, v.122, p.221-238.

37. Petrova G.N., Pospelova G.A. Excirsions of the magnetic field during the Brunhes chron.// Phys. Earth Planet. Inter., 1990,- 63,- p.135-143.

38. Rail, J., 1999. Pacemaking the ice ages by frequency modulation of Earth's orbital eccentricity. Science, 285, 564-68.

39. Robinson S. G. The late Pleistocene paleoclimatic record of North Atlantic deep-sea sediments revealed by mineral-magnetic measurements // Phys. Ear. Planet. Inter., 42, 1986,- p. 22-47.

40. Sapota Т., Aldahan A., Possnert G., Peck J., King J, Prokopenko A., Kuzmin M. A late Cenozoic Earth's crust and atmosphere dynamics record from an active continental rift system, 2003 // Sent to journal.

41. Shackleton N. J., Berger A., Peltier W. R. An alternative astronomical calibration of the lower Pleistocene timescale based on ODP Site 677 // Trans. Roy. Soc. Edinburgh: Earth Sciences, 1990. V. 81. p.p. 251-261.

42. Williams D.F., Peck J.A., Karabanov E.B., Prokopenko A.A., Kravchinsky V.A., King J.W., Kuzmin M.I. Lake Baikal. Record of continental climate response to orbital insolation during the past 5 million years.// Science, 1997,- v.278,- p.p. 1114-1117.

43. Willis, К.J., Kleczkowski, A, Briggs, K.M., and Gilligan, C.A., 1999. The role of sub-Milankovitch climatic forcing in the initiation of the Northern Hemisphere glaciation. Science, 285, 568-571.