Радиоуглеродные исследования торфяников и хронология событий голоцена Южной Камчатки и Волго-Окского междуречья

Одна из главных задач геологии — хронометрия большого количества групп разных событий, поэтому геохронология является основным инструментальным методом ее исследований. Определение возраста разнообразных событий прошлого Земли позволяет устанавливать хронологическую взаимосвязь явлений, на первый взгляд, друг с другом не связанных, и реконструировать их ход и соподчиненность. Подобные исследования представляются весьма перспективными для ближайшего к современности отрезка геологического времени — голоцена. Он насыщен бесчисленными природными событиями всевозможных классов и масштабов, которые можно зафиксировать на единой шкале времени, и затем наблюдать всевозможные, часто причудливые связи явлений. Радиоуглеродный метод датирования предоставляет наилучшие возможности для хронометрирования естественной истории голоцена, так как он позволяет работать с временным разрешением в первые десятки лет для последних 10 тысяч лет.

Для радиоуглеродного датирования (как прямого, так и косвенного) применяется все более широкий спектр органогенных материаловобугленная и необугленная древесина, кости, погребенные почвы, торф, трава, сапропель, раковины моллюсков, известняки и травертины, кораллы, ткани, нагар на керамике и т. п. — ассоциированных во времени с теми или иными событиями. Последние фиксируются датами на единой хронометрической шкале, образуя летопись природных явлений. Но определяемая происхождением датируемого образца хронологическая связь события и даты, а так же не мгновенное накопление углерода часто вносят существенные ограничения в точность датирования. Поэтому необходимо все время стремиться к уточнению радиоуглеродного возраста событий прошлого Земли и к детализации хронологических представлений и реконструкций. Для восстановления непрерывной хронологии желательно, чтобы накопление пригодного для датирования органического вещества шло 2 непрерывно, а для детальной «фиксации» событий — чтобы накопление шло с высокой скоростью. Это возможно, например, по древесине (когда может быть привлечена дендрохронология), водорослям, кораллам и отчасти ленточным глинам (когда можно наблюдать годовой и полугодовой прирост), но такие случаи не часты и датируемый углерод оказывается накопившимся за десятки, а иногда и многие сотни лет. Однако возможность выделения вещества, образовавшегося за счет фотосинтеза в краткий период времени (первые годы) часто дают голоценовые отложения торфа — «торфяные болота являются идеальными консервантами комплексной информации о событиях голоцена, непрерывно в них поступающей» (Мельченко, 1999).

Торф как вещество для датирования имеет свои преимущества и недостатки. Главное преимущество его в том, что отложения торфяных болот представляют собой стратифицированные толщи, которые «теоретически» (а иногда и практически) можно разделять на синхронно образовавшиеся годовые прослои. В силу того, что накопление торфа часто идет постоянно, фиксирующиеся в торфяной толще события в течение короткого времени «запечатываются» нарастающим слоем торфа, хорошо консервируются и затем их можно идентифицировать и датировать. Недостаток же торфа в том, что болото является живой системой, в которой иногда наблюдаются как механические или биологические перемешивания деструктированного органического вещества (биотурбации, в условиях «вечной» мерзлотыкриотурбации), так и контаминации за счет проникновения более молодой органики в виде корней растущих на болоте растений на более древние стратиграфические уровни, что может вызывать существенные девиации радиоуглеродных дат. Тем не менее, исследования тафономических особенностей образцов торфа с помощью ботанического анализа позволяют в большинстве случаев понять не только причины подобных девиаций, но и механизмы его накопления, и считать торфяные болота одним из источников наиболее детальной информации о возрасте и последовательности разных событий голоцена. 3.

В рамках работ лаборатории Геохимии изотопов и геохронологиисоздания и геоэкологической интерпретации массивов радиоуглеродных дат по событиям вулканизма, мегафауны, древнего человека, окружающей среды и т. п. — проводился сбор материала для исследований по детальному радиоуглеродному датированию следов конкретных событий, запечатленных в торфяных отложениях: вулканических извержений Южной Камчатки, а также археологических культур и влияющих на них природных событий Волго-Окского междуречья, параллельно с тефрохронологическими исследованиями в первом районе и археологическими раскопками во втором. Следы вулканических извержений, которые мы можем идентифицировать в торфяных разрезах — прослои тефры, мгновенно (в масштабе геологического времени) откладывающейся на поверхность болота, и затем перекрывающейся новыми «напластованиями» торфа. Следы археологических культур — многократно встречающиеся в торфяных разрезах культурные слои — сохранившиеся остатки жизнедеятельности древнего человека, погребенные в болотных или озерных отложениях.

Актуальность работы определялась, во-первых, все большей детализацией как геологических, так и археологических исследований, проводимых с использованием больших серий радиоуглеродных дат, во-вторых, необходимостью анализа девиаций и повышения надежности радиоуглеродных дат, полученных по болотным отложениям и другим генетическим типам радиоуглеродных образцов при детальном датировании.

Выбор объектов исследований определялся, как уже говорилось, наличием в торфяниках четких хронологических реперов. В первом случае это прослои тефры, которые, являясь «следами» мгновенных в геологическом масштабе времени событий — вулканических извержений, представляют собой однозначно идентифицируемые в многочисленных разрезах изохронные горизонты. Во втором случае это культурные слои: заключенные в них артефакты характеризуются набором признаков, присущих определенной археологической культуре (времени), и распознаются в различных разрезах торфяных поселений. Соответственно, мы можем датировать эти следы по торфу, определяя их возраст и реконструируя детальную хронологию.

Здесь решается и обратная методическая задача исследования воспроизводимости радиоуглеродных дат для одних и тех же событий, полученных из разных удаленных друг от друга разрезов, и, следовательно, надежности радиоуглеродного датирования.

Таким образом, цель данного исследования — радиоуглеродное датирование и реконструкция детальной хронологии событий голоцена, запечатленных в отложениях торфяных болот, а также получение информации о надежности подобного датирования. Решались следующие задачи:

Проводились отбор и определение радиоуглеродного возраста образцов, I ассоциированных с отчетливо читаемыми событиями, запечатленными в непрерывных разрезах торфяных болот ключевых участков. Анализировался вещественный состав и тафономические особенности образования торфа.

Осмысливались генетические характеристики всех датируемых образцов. В связи с отсутствием возможности контролировать результаты радиоуглеродного датирования другими физическими методами для этого использовались данные того же радиоуглеродного метода в сочетании с данными тефрохронологического, археологического, и отчасти палинологического методов.

Исследовались последовательности радиоуглеродных дат по разрезам и их воспроизводимость по простиранию, используя четкие хронологические реперы.

Проводилось статистическое тестирование образцов и определение радиоуглеродного возраста событийв зависимости от задач радиоугеродный возраст калибровался. 5.

Реконструировались последовательности событий и их синхронизация между собой при использовании результатов других методов, и выстраивались временные ряды.

Для получения комплексной информации по исследованным объектам применялись следующие методы:

1. Радиоуглеродное датирование — основной метод исследований, с помощью которого определялся возраст углерода образцов и степень его гетерохронности для торфа и различных других материалов.

2. Тефрохронологический метод — использовались результаты идентификации в торфяных разрезах пеплов вулканических извержений как стратиграфических и хронологических реперов, полученные по почвенно-пирокластическим чехлам (ППЧ) для Южной Камчатки.

3. Археологический метод — его результаты использовались для контроля дат, полученных для культурных слоев поселений.

4. Ботанический анализ — применялся для исследования основной характеристики торфа — его ботанического состава, а также для понимания тафономических особенностей образцов торфа и, опять-таки, меры его гетерохронности и, в зависимости от этого, возможных причин и тенденций девиаций радиоуглеродных дат.

5. Палинологический метод — использовались его результаты по возрасту общепринятых рубежей изменений природной среды, полученные по отобранным автором образцам из разрезов многослойных торфяных поселений, для расширения объема информации по датируемым событиям и явлениям.

Защищаемые положения:

1. Увеличение детальности датирования по торфу и по стратиграфически синхронным материалам, и создание массивов радиоуглеродных дат позволяет, при их анализе, достигнуть повышения точности и надежности получаемого возраста событий голоцена.

2. Ботанический состав торфа датированных прослоев и особенности их накопления могут быть мерилом гетерохронности материала образца и критерием надежности радиоуглеродных дат.

3. Наличие четких хронологических реперов, в том числе следов вулканических извержений и археологических культур в торфяных разрезах позволяет контролировать воспроизводимость дат в различных разрезах, и, соответственно, является инструментом для получения достоверного и более точного возраста самих реперов.

4. Радиоуглеродные исследования торфяных отложений позволили более точно датировать запечатленные в них события и реконструировать их детальную хронологию в голоцене для построения общего временного ряда явлений.

Научная новизна работы состоит в следующем: получены новые большие серии радиоуглеродных дат по торфяникам, вмещающим следы событий недавнего прошлого Землипри этом оказывается высока представительность и надежность данных за счет исследования массивов дат. проведено методическое изучение торфа как материала для датирования и его сравнение с другими генетическими типами радиоуглеродных образцовоценена пригодность различных органогенных материалов для датирования изученных объектовполучены новые, а также уточнены предыдущие данные о возрасте вулканических извержений (в том числе мощных эксплозивных) Южной Камчаткиполучены новые данные о возрасте мезолитических и неолитических культур Волго-Окского междуречья, более точно определяющие их хронологические границытщательный анализ полученных массивов радиоуглеродных данных, а также применение широкого спектра вспомогательных методов, 7 существенно расширили объем полученной информации и позволили на новом уровне детальности реконструировать хронологию событий голоцена, запечатленных в торфяных отложениях.

Практическая значимость работы. Результаты исследований будут использованы (и уже используются): а) для реконструкций истории вулканизма, палеоцунами и датирования археологических стоянок южной части Камчатского полуострова в голоценеб) для периодизации мезолитических и неолитических археологических культур лесной зоны Восточной Европы.

Личный вклад автора. Автор проводила отбор практически всех датированных образов торфа и других органогенных материалов, во время проведения совместных полевых работ: в тефрохронологическом отряде на Южной Камчатке и в Верхневолжской археологической экспедиии при раскопках на торфяных поселениях Ивановское-7 и Становое-4. Автором проводилась лабораторная обработка и определение возраста отобранных образцов (при участии коллег по радиоуглеродной группе) — всего получено порядка 330 дат. Также, в Гербарии Ботанического института РАН, автором проводились имеющие тафономическое значение исследования растений-торфообразователей, идентифицированных в датированных образцах торфа с Южной Камчатки. Осмыслена вся полученная хронологическая информация.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на литологических коллоквиумах (1999, 2000, 2001) и конкурсах научных работ (1999, 2000) Геологического института РАНна археологической конференции и семинарах «Тверская земля и сопредельные территории в древности» (Тверь, 1999, 2000, 2001) — на заседании Сектора каменного века ИА РАН (Москва, 2000) — на Международной Радиоуглеродной Конференции (Израиль, 2000) — на Международной конференции «Неолит лесной зоны Восточной Европы».

Санкт-Петербург, 2000) — на Международной конференции по Методам Абсолютного датирования (Польша, 2001) — на заседании Комиссии по изучению четвертичного периода РАН (Москва, 2001) — на Международной конференции «Plants and Volcanoes» (Петропавловск-Камчатский, 2001) — на расширенном заседании Лаборатории археологических технологий (Санкт-Петербург, 2001).

Работа проводилась в лаборатории Геохимии изотопов и геохронологии Геологического интитута РАН под руководством с.н.с. Л. Д. Сулержицкого.

Автор благодарен коллегам по работепо камчатским экспедициямпо археологическим экспедициямсотруднице Института овощеводства О. Н. Успенской за проведение ботанического анализа образцов торфасотрудникам Института Археологии РАН д.и.н. М. Г. Жилину за сотрудничество во время проведения раскопок, к.г.н. Е. А. Спиридоновой и к.г.н. А. С. Алешинской за палинологический анализ разрезовсотруднику Географического ф-та МГУ Ф. А. Романенко за поддержку в работерабочим, копавшим шурфы и расчисткифондам — РФФИ, Интеграции, Национальному Географическому Обществу США за финансовую поддержку полевых работ и командировок, способствовавших научному обменусотрудникам лаборатории болотных экосистем Карельского института биологии за теоретические и практические консультации по болотоведению.

Работа состоит из Введения, четырех глав и Заключения объемом текста 108 страниц, содержит 30 иллюстраций, 15 таблиц, список литературы из 113 наименований и Приложение со списком полученных и использованных радиоуглеродных дат. Нумерация иллюстраций и таблиц дается внутри каждой главы. 9.

Заключение

.

Ниже приведены основные результаты настоящей работы:

1. Получены новые большие серии радиоуглеродных дат разрезов торфяных болот Южной Камчатки, вмещающих пеплы многочисленных вулканических извержений (7 разрезов, 230 дат) и торфяников Волго-Окского междуречья, вмещающих мезолитические и неолитические культурные слои (5 разрезов, 100 дат). Детальность опробования и датирования разрезов, тщательность проработки хронологических данных послужили основой для представлений о надежности предложенного возрастного членения изученных объектов.

2. Проведены методические исследования генетических типов радиоуглеродных образцов. Изучение торфяных отложений показало, что торф оказался благоприятным материалом для их детального датирования и большей частью не подвержен контаминациям. Проведены сравнения дат, полученных для событий, датируемых по торфу, с датами по другим генетическим типам радиоуглеродных образцов. Оценена пригодность различных типов радиоуглеродных образцов для датирования событийрассмотрены варианты получения из образцов препаратов углерода.

3. Проанализирован вещественный состав торфяных отложений большинства изученных объектов. В результате удалось в большинстве случаев установить причины девиаций радиоуглеродных дат (в большинстве случаев омоложения возраста по отношению к реальному), случающихся в торфяных разрезах Южной Камчатки: были идентифицированы виды осок с геотропными корнями, вносящие более молодой углерод на более древние стратиграфические уровни и таким образом омолаживающие возраст датируемых прослоев торфа. Удалось установить генетические типы отложений, вмещающих.

106 культурные слои поселения Становое-4, и понять специфику датирования культурных слоев на этом объекте.

4. Выработаны критерии отбора радиоуглеродных дат для определения возраста событий, запечатленных в торфяниках, основанные на анализе генетических типов образцов. При этом были использованы «следы» этих событий, являющиеся четкими хронологическими реперами в ряду торфяных разрезов — маркирующие прослои пеплов крупных эксплозивных извержений на Камчатке и культурные слои на торфяных археологических памятниках, обеспечивающие контроль по воспроизводимости полученных радиоуглеродных дат. Для мгновенных событий — вулканических извержений — было проведено статистическое тестирование дат, показавшее их «синхронность» и принадлежность к одному датируемому событию.

5. Определен возраст 30 вулканических извержений Южной Камчатки (в том числе крупных эксплозивных). Установлен возраст мезолитических и неолитических культурных слоев и длительность существования «культурных общностей» на исследованных поселениях, проведено сравнение с возрастом этих культур на других памятниках Волго-Окского междуречья. Получены новые данные о начале мезолитического заселения Волого-Окского междуречья.

6. По соотношению с результатами других аналитических методов проведено тестирование полученных данных: а) калиброванный (календарный) возраст крупных эксплозивных извержений был соотнесен с возрастом кислотных пиков, имеющих календарную хронологию в Гренландском ледниковом щитеб) возраст культурных слоев был сопоставлен с полученными для изученных поселений ботаническими и палинологическими диаграммами (в которых нашли отражение природные события), и это позволило провести детальную реконструкцию хронологии развития поселений в голоцене.

Результаты исследований будут использованы (и уже используются): а) для реконструкций истории вулканизма южной части Камчатского полуострова в голоцене при использовании прослоев пеплов как хронологических реперов с определенным возрастомб) для периодизации мезолитических и неолитических археологических культур лесной зоны Восточной Европы.

Все приведенные фрагменты временных рядов войдут в общий временной ряд природных событий голоцена, полученный на базе радиоуглеродной хронологии.

Полученные результаты показали, что детальное радиоуглеродное датирование торфяных отложений, вмещающих «следы» событий голоцена, совместно с применением вспомогательных методов, позволяют реконструировать детальную и достоверную хронологию широкого круга явлений и расширять объем информации о датируемых объектах.