Chronologie dnových sedimentů (varvochronologická metoda, de Geerova metoda, chronologie vrstev bahna) [1] je geologická metoda pro stanovení stáří, založená na počítání vrstev dnových sedimentárních ložisek jezer, moří nebo řek [K 1] , známá jako pásové jíly a podobné sedimenty. Podmínkou pro aplikaci metody je přítomnost sezónního vrstvení sedimentárních vrstev, kdy se v průběhu roku vytvoří dvojice vrstev lišících se zpravidla mechanickým složením a barvou, podobně jako letokruhy stromů. Výběr takových párů - tzv. varv ( angl. varv ) - a jejich výpočet nám umožňuje určit dobu trvání akumulace srážek a jejich relativní stáří. Identifikace korelace mezi tloušťkami vrstev získaných v různých řezech umožňuje stanovit shodu mezi stářím vrstevnatých sedimentů v regionu. Absolutní stáří vrstevnatých dnových sedimentů, obvykle [K 2 ] , se určuje pomocí alternativních datovacích metod. Warvochronology je unikátní nástroj, který vám umožňuje určit stáří událostí, které se odehrály před desítkami tisíc let, s rozlišením jednoho roku.
Ve Švédsku byla dobře známá ložiska s cyklickými vrstvami . švédský termín . Hvarfig lera , odpovídající ruské pásové hlíně , se poprvé objevuje na geologických mapách již v roce 1862 . Následně, díky práci Gerharda da Geera , se toto švédské slovo začalo používat v mnoha jazycích pro vrstvené spodní sedimenty. Hypotézu o sezónní povaze změny vrstev v páskovaných jílech, zjevnou analogií s letokruhy stromů, předložili De Geerovi americký geolog Edward Hitchcock a Švýcar Albert Geim [2] . De Geer poprvé předpokládal, že páskované jíly vykazují sezónní změny ve vzorcích sedimentace a že každá dvojice vrstev odpovídá jednomu roku v roce 1882 . V roce 1884 publikoval práci, ve které cituje data získaná pro tři sekce obsahující 16 ročních vrstev a demonstruje zásadní možnost srovnání sekvencí vrstev získaných v různých sekcích. Zároveň postuluje možnost vytvoření souvislé geochronologické stupnice na základě takových srovnání , ale jeho prvotní posouzení rozsahu této práce zahrnovalo práci několika generací geologů [3] . V roce 1889 Høgbom poukázal na rozdíly v obsahu uhličitanů vápenatých a hořečnatých v „zimní“ a „letní“ vrstvě, které spojoval se sezónními změnami v geochemii Baltského moře [4] .
V roce 1904 objevil de Geer řadu páskovaných vrstev nápadně podobných těm, které popsal o dvacet let dříve, ačkoli řezy byly od sebe vzdálené 3 kilometry. Páskové jíly, které popsal de Geer, vznikly v podmínkách periglaciální nádrže , která existovala během degradace posledního zalednění v povodí Baltského moře a přilehlých územích [4] . Po sérii měření se de Geer přesvědčil, že při pohybu z jihu na sever po předpokládaném ústupu ledovcové fronty postupně ztrácí vrstvy od základny jinak identických úseků, celkem 12 vrstev na 4 kilometry. To umožnilo konstatovat, že fronta ledovce ve zkoumané oblasti ustoupila za 12 let o 4 kilometry. V roce 1905 zorganizoval de Geer rozsáhlou studii zahrnující studenty univerzit v Uppsale a Stockholmu , během níž byl ve vzdálenosti 500 kilometrů od Stockholmu do Jämtlandu vybudován profil vrstev pásové hlíny , což trvalo 1073 let. Studium páskovaných jílů umožnilo přesně určit rychlost odlednění v celém středním Švédsku, ale neposkytlo absolutní odhady stáří událostí. Vrstva na základně úseku na území Stockholmské astronomické observatoře byla brána jako "nultý rok" . De Geer se poprvé pokusil o absolutní odhad stáří páskovaných jílů v blízkosti ledovce v roce 1909 při studiu ložisek jezera Rogunda , které bylo odvodněno v roce 1796 . K akumulaci sedimentů v jezeře docházelo za podmínek prudkých sezónních výkyvů ve složení ukládaného materiálu v důsledku horsko-ledovcového napájení. Již v roce 1911 se ukázalo, že původní informace obsahovaly chybu (hromadění pásových vrstev v jezeře skončilo dlouho před jeho sestupem), ale tato studie prokázala zásadní možnost vytvoření souvislého sledu pásových jílů téměř ledovcových nádrží. a podobné sedimenty, k jejichž akumulaci docházelo v jezerech a řekách.údolích v postglaciálu [3] . Vazbu švédské geochronologické stupnice na absolutní chronologii provedl v roce 1913 de Geerův dlouholetý asistent Ragnar Lieden při studiu postglaciálních vrstevnatých uloženin v údolí řeky Ongermanelven [4] [5] [K 3] .
Po de Geerově zprávě na X. mezinárodním geologickém kongresu ve Stockholmu v roce 1910 se začaly v různých oblastech světa provádět studie páskovaných jílů. Vynikající výsledky dosáhl Matti Sauramo , který v letech 1918 a 1923 vybudoval geochronologické měřítko podobné švédskému pro jižní Finsko (od pobřeží Finského zálivu po Jyväskylä , včetně všech tří hřebenů Salpausselkä ) [8] . Kromě toho prováděl litologické studie páskovaných jílů, na jejichž základě byly vyvozeny závěry o hloubce a salinitě periglaciální nádrže [9] .
Po studiu ložisek v údolí řeky Dalelven v roce 1915 , kde našel identické sekvence vrstev ve vzdálenosti více než 85 kilometrů, se de Geer stává mnohem méně konzervativním ve svém přístupu k porovnávání úseků, které jsou od sebe vzdálené. Na základě globální povahy klimatických výkyvů, které určovaly parametry ročních vrstev, navrhuje, že identifikace identických sekvencí umožňuje vzájemně synchronizovat různá chronologická měřítka bez ohledu na vzdálenost mezi nimi. Od té doby si za cíl stanovil hledání „ telekorelací “ (vzdálených korelací), které umožní sestavení jednotné globální geochronologické škály založené na identifikaci korelací mezi sekvencemi dnových sedimentů. Počínaje rokem 1920 podnikl on nebo jeho zaměstnanci řadu expedic za účelem studia sedimentů na dně v různých oblastech světa: de Geer, Linden a Ernst Antevs [K 4] v Severní Americe (1920), Eric Norin v Himalájích (1924-1925), Eric Nilson v Jižní Africe (1926-1928) a Carl Caldenius v Patagonii (1925-1929) a na Novém Zélandu (1932-1934) [3] . De Geer shrnul výsledky těchto studií ve velké závěrečné práci Geochronologia Suecica, Principles (1940), kterou vydal krátce před svou smrtí.
V roce 1938 Eric Fromm poprvé změřil obsah různých typů rozsivek a pylu stromů v každé z vrstev pásu, což umožnilo stanovit absolutní data pro změny slanosti v Baltském moři a rozšíření různých druhů stromů. , respektive [4] [11] .
Koncept „telekorelací“ byl kritizován a nebyl přijat vědeckou komunitou [12] [4] . Krátce po vydání Geochronologia Suecica, Principy se díky Kaldeniově práci ukázala potřeba revize švédského geochronologického měřítka [13] . Tyto okolnosti částečně přispěly k poklesu důvěry v metody varvochronologie obecně během několika příštích desetiletí [12] . Objev radiokarbonového datování v roce 1949 poskytl alternativní nástroj pro získání absolutních dat. Opadl zájem o studium dnových sedimentů a těžiště výzkumu se přesunulo od studií chronologie odlednění k chronologii jednotlivých kontinentálních jezer [4] .
Od 70. let 20. století ožívá zájem o chronologii dnových sedimentů. Stalo se tak díky zdokonalení technických prostředků a analytických nástrojů. Pro posouzení současného antropogenního vlivu na životní prostředí byly navíc zapotřebí údaje o přirozených změnách parametrů prostředí v minulosti, které nemohla poskytnout krátká historie přístrojových pozorování. Od 80. let 20. století, kdy se ukázalo, že je třeba zkalibrovat absolutní radiokarbonové odhady, znovu vzplanul zájem o využití sedimentu k vytváření geochronologických měřítek (často v kombinaci s jinými metodami). Kromě toho v pozdních glaciálních usazeninách není dostatek nebo žádný materiál pro radiokarbonovou analýzu [2] . V 70. – 80. letech 20. století bylo provedeno několik revizí švédské geochronologické stupnice za použití alternativních datovacích metod, odhaduje se chyba absolutního datování a pravděpodobné časové intervaly, ve kterých by se měly hledat chybějící sekvence vrstev [13] [14] .
V roce 1987 byly díky jádrům z ústí Ongermanelven získány nové výsledky, které umožnily stanovit přímý vztah mezi sedimenty periglaciálních nádrží a moderními vrstevnatými sedimenty a zlepšit přesnost a spolehlivost odhadů absolutního stáří švédská geochronologická stupnice [5] .
V závislosti na procesu, který dominuje při tvorbě sezónního vrstvení, se rozlišují následující typy spodních sedimentů:
Sezónní vrstvení ložisek je dáno především rozdílem v mechanickém složení hrubozrnné „letní“ a jemnozrnné „zimní“ vrstvy; někdy jako další faktor působí probarvení „zimních“ vrstev organickým materiálem. Obvykle se tvoří v arktických nebo alpských oblastech, kde nedostatek nebo nedostatek vegetace přispívá k intenzivnímu mechanickému zvětrávání . V období intenzivního tání ledovců nebo sněhové pokrývky na jaře a v létě se vysráží hrubozrnný materiál s tvorbou světlé vrstvy. V zimním období se jednak omezí nebo zastaví přísun hrubozrnného materiálu a jednak poklesem intenzity pohybu vody ve zamrzlé nádrži se dříve vyskytoval jemnozrnný materiál. ve formě suspenze se vysráží . Jsou typické pro intraglaciální a periglaciální nádrže (jezera nebo mořské pánve) [2] .
Stejný charakter mají ložiska ústních částí některých řek. Běžné jsou například v severním Švédsku, kde se v důsledku rychlého izostatického zdvihu zemské kůry, jak se ukázalo, ložiska ústí řek , nacházela na souši, byla erodována v procesu dalšího zasunování říčního údolí, což způsobilo jsou k dispozici ke studiu [5] .
Sedimenty, ve kterých je sezónní vrstvení dáno změnou dominantních typů organických sedimentů, odrážejících životní cyklus biotopu nádrže. Během jara - začátku léta se aktivně rozmnožují rozsivky , na konci letního období pak zelené a modrozelené řasy, v některých případech roční sled uzavírá překvět rozsivek, který je druhovým složením odlišný od jara. V období podzim-zima se ukládá tmavě zbarvený organogenní suť , tvořený tlejícími řasami , a mineralogenní detrit , tvořený produkty zvětrávání , jejichž proudění je aktivováno zimním maximem srážek . V období jaro-léto dochází k tvorbě světlých vrstev v důsledku ukládání rozsivek a v některých případech i kalcitu . Rozsivky jsou chráněny povlaky z nerozpustného oxidu křemičitého . Uhličitan vápenatý vstupuje do nádrže v rozpuštěné formě s produkty chemického zvětrávání uhličitanových hornin. Ke srážení kalcitu dochází jednak zvýšením koncentrace při odpařování v létě, ale především zvýšením pH nádrže při odstraňování rozpuštěného oxidu uhličitého v důsledku aktivní reprodukce fytoplanktonu . Rozšířený v oblastech s vlhkým klimatem , kde převládá chemické zvětrávání [2] .
Ložiska, ve kterých je sezónní vrstvení dáno srážením rozpuštěných minerálů ( kalcit , aragonit , sádrovec , halit ) se zvýšením salinity a kyselosti vodních útvarů v důsledku intenzivního odpařování v "letním" období (světlá vrstva) a přílivem směsi mineralogenního a organogenního detritu v období, kdy protéká velké množství vody v méně suchém "zimním" období (tmavá vrstva). Rozšířen v oblastech se suchým a polosuchým podnebím [2] .
Navzdory skutečnosti, že podmínky pro tvorbu ložisek se sezónním vrstvením jsou rozšířené, sekvence vhodné pro výzkum jsou relativně vzácné, protože existuje řada faktorů, které brání zachování vytvořených vrstevnatých ložisek:
Zachování dnových sedimentů se sezónní stratifikací podporuje malá plocha jezera v kombinaci s velkou hloubkou a také anoxické podmínky vznikající rozkladem organického materiálu ve spodních vrstvách, které neumožňují rozvoj bentosu [2] .
Podmínky pro vznik sedimentů se sezónním vrstvením vznikly v předchozích geologických epochách. Například charakteristické dobře zachované sekvence vrstevnatých usazenin v blízkosti ledovce odpovídající permské době ledové byly nalezeny v Brazílii a prekambrické sedimenty, jejichž stáří se odhaduje na 650 milionů let , byly nalezeny v Austrálii [4] .
Podle stáří lze vrstevnaté spodní sedimenty rozdělit na:
Povaha srážek ne vždy umožňuje spolehlivý odhad počtu vrstev:
V případech, kdy vrstvy nejsou dostatečně kontrastně zbarveny nebo jsou příliš tenké, se k přesnému určení jejich počtu používají mikrosedimentologické a mikropaleontologické metody výzkumu [2] .
Dnové sedimenty se sezónním vrstvením jsou svým charakterem přirozenou chronologickou stupnicí s rozlišením jednoho roku. Takové měřítko je ale relativní, stanovení absolutního stáří vkladů je často problematické. Výjimkou jsou ložiska, jejichž akumulace se zastavila v přesně stanovený čas nebo trvá dodnes.
Absolutní stáří vrstevných sedimentů lze určit přímo: v přítomnosti vhodného organického materiálu - radiokarbonovou metodou , pro sedimenty blízkoglaciálních nádrží chudých na organickou hmotu se používají optické datovací metody [14] .
Ale mnohem častěji, zejména u klasických páskovaných jílů, se problém stanovení absolutního stáří redukuje na porovnávání konkrétních vrstev studované sekvence s vrstvami jiných sekvencí, pro které je absolutní stáří stanoveno. Historicky byla taková srovnání provedena na základě stanovení korelace mezi relativní tloušťkou sezónních vrstev ve studovaných sekvencích. Při porovnávání úseků vzdálených od sebe není tato metoda považována za zcela spolehlivou a je doplněna alternativními metodami, které se redukují na hledání stop vodících událostí ve studovaných sekvencích. Takovými událostmi mohou být katastrofické sestupy přehrazených téměř ledovcových jezer, doprovázené tvorbou „létající“ vrstvy anomální tloušťky a litologického složení. Příkladem takové události je sestup Baltského ledovcového jezera , který umožnil vytvořit shodu mezi švédským geochronologickým měřítkem a podobným měřítkem vybudovaným pro pozdně ledovcové pásové jíly Finska . Vůdčími událostmi mohou být zemětřesení, která lze přesně datovat v důsledku poruch ve vrstvách nahromaděných před zemětřesením nebo vulkanických erupcí, které způsobují obohacování jednotlivých sezónních vrstev v tephra . Nejdůležitější výsledky, které umožnily revidovat absolutní odhady stáří švédské chronologické stupnice, byly získány aplikací metod magnetostratigrafie na páskované jíly povodí Oněžského jezera [14] [15] .
Možnost ověření dat o chronologii dnových sedimentů pomocí uvedených nezávislých metod významně zvýšila spolehlivost získaných odhadů a přispěla k další popularizaci takových studií v posledních desetiletích [2] .
Vrstvené sedimenty na dně mohou být použity k určení stáří událostí, jako jsou zemětřesení, sopečné erupce a tsunami , dynamiky degradace ledových příkrovů. Například byla prokázána skutečnost velkého zemětřesení na území Švédska na podzim roku 10430 [K 5] lety. magnituda , odhadovaná podle zeslabení jeho stop v páskovaných jílech na ploše 320 × 100 km, byla více než 8 bodů na Richterově stupnici . Metody varvochronologie umožňují datovat dobu a trvání formování Oz a terminálních morénových hřbetů , stejně jako rychlost izostatického zdvihu území v krátkých časových obdobích. Zejména pro střední Švédsko byly asi před 10 tisíci lety získány unikátní odhady rychlosti zdvihu 40 cm/rok [4] .
Navíc, jako přirozené diskrétní měřítko, vrstvené dnové sedimenty umožňují kvantifikovat změny přírodních podmínek během období jejich akumulace: litologické složení a tloušťka vrstev umožňuje posoudit změny klimatu, nalezená pylová zrna a kostry rozsivek v sedimentech dna - o změnách vegetačního krytu, respektive salinity [2] . Četnost poruch způsobených zemětřesením lze využít k odhadu změny seismické aktivity v období akumulace sedimentárních vrstev [4] , podobně lze odhadnout četnost projevů vulkanismu.
Spodní vrstvy jezera Van v Turecku dosahují před 14 570 lety [16] . Pro oblast Eifel byla podle sedimentů na dně stanovena chronologie posledních 23 000 let (Meerferld Maar , de: Meerfelder Maar , Holzmaar, de: Holzmaar ) [17] , pro japonská jezera - pro 45 000 a pro Velké jezero Monticchio na de: Monte Vulture v jižní Itálii - již 76 000 let.