Московский государственный университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЦВЕТНОСТИ МОРЕН
ДЛЯ РАСЧЛЕНЕНИЯ И КОРРЕЛЯЦИИ ЛЕДНИКОВОГО КОМПЛЕКСА
ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ РАВНИНЫ
Основными маркирующими горизонтами плейстоценовых отложений ледниковой области Восточно-Европейской равнины являются разновозрастные комплексы моренных отложений. От той или иной трактовки их геологического возраста и пространственных корреляций во многом зависят стратиграфические построения и палеогеографические реконструкции. Однако значительное визуальное сходство разновозрастных морен, разнообразие условий залегания и литологических характеристик сильно осложняют выявление одновозрастных морен нередко даже в пределах сравнительно небольших площадей. В этом кроется причина выделения разного количества ледниковых эпох и различного толкования их возраста. В результате имеющиеся палеогеографические схемы для центральных районов Восточно-Европейской равнины заметно отличаются между собой по таким принципиальным вопросам, как количество и возраст ледниковых эпох, пределы максимального распространения ледников в конце среднего и верхнем плейстоцене. Как следствие этого, стратиграфические схемы разных исследователей существенно расходятся, что затрудняет геологическое картирование, инженерно-геологические и другие исследования. Отмеченные трудности усугубляются ещё и тем, что в меж моренных отложениях далеко не всегда удаётся обнаружить выразительные палеонтологические материалы, которые позволили бы уверенно датировать вмещающие отложения.
В связи со сказанным возникает острая необходимость в широком привлечении аналитических методов для возрастной диагностики морен. Весьма перспективно в этом отношении их комплексное литологическое изучение, проводимое в Лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического факультета МГУ. Особое внимание при этом было сосредоточено на цветности морен, являющейся одним из важнейших свойств, диагностических и корреляционных признаков, имеющих большое генетическое и палеогеографическое значение. Необходимо при этом заметить, что объективное определение и измерение цвета морен до сих пор представляет одну из нерешенных проблем ледникового литогенеза [1?3]. Поэтому поиск путей количественного выражения окраски морен в качестве объективного показателя имеет несомненный теоретический и практический интерес.
Попытки использовать цвет морен в качестве стратиграфического или корреляционного критерия сталкиваются с трудностями, касающимися не только недостаточной разработанности общих принципов сопоставления морен, но и выбора оптимальной методики определения цветности, а также изучения природы окраски. Чаще всего окраска морен оценивается визуально: разные цвета описываются различными исследователями одинаково, а сходные ? получают различные наименования. В силу этого использование описаний, составленных несколькими исследователями, в значительной степени затруднено. Оно приводит к разночтениям в стратиграфической интерпретации, на что в литологической литературе, как в отечественной, так и в зарубежной неоднократно обращалось внимание.
Проблема причинности в связи с вещественным составом и характером геохимических процессов, впервые затронутая [4], получила развитие в работе [5]. Было показано, что на формирование цвета определённым образом влияют вещественный состав (химический, гранулометрический, минералогический), а также агрегированность и влажность породы. Выявлено также, что цветность морен как унаследованный от коренных пород признак меняется в зависимости от подстилающих пород. Действительно, в целом ряде случаев такая непосредственная связь весьма характерна. Вместе с тем известно, что на значительных площадях, покрывавшихся плейстоценовыми оледенениями, часто общий фон окраски морен приближается к бурому или буровато-коричневому цвету и, таким образом, не отражает прямой связи с подстилающими породами. На фоне действующих факторов особая роль в окрашивании отложений отводится тонкодисперсным фракциям. Отмечается, что незначительное изменение в соотношении глинистой и алевритовой составляющих осадка оказывает заметное влияние на показатели цветности.
Изменение цветовых признаков морен, их отражательной способности связывается преимущественно с оксидами Fe различной степени гидратированности, придающими им бурые, коричневые, жёлтые тона и создающими тональность окраски; с закисными соединениями Fe, сообщающими синеватые и зеленоватые тона; с органическим веществом в форме гумусо-глинистых комплексов, прокрашивающим отложения в тёмные тона; наконец, с веществами белого цвета (кремнекислота, карбонаты, сульфаты, некоторые вторичные минералы и др.), влияющими на насыщенность тона. Необходимо при этом заметить, что воздействие светлоокрашенных компонентов на окраску моренной массы во многом снижается из-за маскирующего действия соединений окисного Fe, гумуса, образующих на поверхности частиц плёнки. Процессы сорбции и десорбции оксидов Fe глинистыми минералами имеют достаточно широкое распространение в природе. Они, в значительной степени, регулируются окислительно-восстановительными условиями среды и обусловлены, в частности, присутствием или отсутствием органического вещества, способствующего переходу части трёхвалентного Fe в двухвалентное, что, в свою очередь, приводит к изменению в окраске. Немаловажную роль в хроматической характеристике морен играют количественные соотношения перечисленных выше хромофоров. Изучение особенностей ледового литогенеза выявило существенную роль в окраске морен железистых новообразований, заключенных в глинистой массе заполнителя. Они образуют бесформенные пятна, плёнки на отдельных зёрнах, дают расплывчатые ореолы вокруг точечных зёрнышек железистых карбонатов, слюдистых пластинок, а также входят в тонкую смесь с дисперсными глинистыми частицами основной ткани морены.
Методы изучения окраски природных образований развивались как в направлении качественного её определения с использованием цветовых стандартов и шкал, так и по пути получения количественных характеристик с помощью оптических приборов. Применение специально разработанной методики комплексного спектрофотометрического исследования к образцам разновозрастных морен позволило выявить особенности хроматической структуры и установить причину их характерной окраски. Объективная количественная характеристика окраски морен, их спектральной отражательной способности была получена с помощью спектрофотометра СФ-14 с интегральной сферой по воздушно-сухим образцам из фракции мельче 0,25 мм. В основе используемого спектрофотометрического метода лежит измерение интенсивности и спектрального состава излучений, отраженных от образцов морен и фиксируемых прибором в видимой области (400—750 нм) спектра. На полученных спектрограммах исследуемые образцы характеризовались серией кривых. Количественный расчёт и оценка цветности морен осуществлялись с помощью анализа общего вида спектральной кривой (свыше 600) и рассчитанных на её основе спектрофотометрических коэффициентов (цветности, яркости, отражения света, относительного поглощения света, относительной чистоты цвета, тональности и других), позволивших значительно сократить количество цифровых данных, получить объективное представление о цветовом тоне, насыщенности цвета, наметить связь между изменениями спектрофотометрических коэффициентов и палеогеографическими условиями моренообразования. Преимущества указанного метода заключаются в следующем: 1) образцы не подвергаются химической обработке и не претерпевают изменений, что особенно важно для понимания сущности процессов их образования; 2) инструментальный метод исследования спектральной отражательной способности позволяет получить точную количественную характеристику их цветности. С целью выявления влияния вещественного состава на отражательную способность ледниковых отложений проводилось определение гранулометрического состава, валового химического состава (в т. ч. валового анализа илистой фракции), органического вещества (количественных и качественных его параметров), карбонатности. Наряду с этим привлекались данные минералогического анализа, в частности минеральный состав глинистой составляющей осадка. Для решения некоторых диагностических задач были рассчитаны статистические показатели природного варьирования спектральных свойств морен и оценена степень информативности спектрофотометрических коэффициентов.
Объектом исследования возрастного и пространственного разграничения ледниковых отложений по цветности в связи с условиями литогенеза послужили разновозрастные морены ряда литологических районов Центра Восточно-Европейской равнины, различающиеся по условиям ледникового питания: в Онежском секторе ? Ярославское Поволжье, занимающее мезозойскую равнину; в Ладожском секторе ? Московский округ с останцовыми возвышенностями, сложенными мезозойскими породами, Можайско-Боровский округ в пределах карбонового плато. Наиболее полно комплекс нижне-, среднеплейстоценовых морен исследован в Ладожском секторе: в районах Боровско-Тарусском, Дмитровско-Московском; в Онежском секторе ? Загорском, отчасти Ростовско-Ивановском районах. Верхнеплейстоценовые морены изучены в Ладожском секторе ? Дмитровско-Московском, Смоленско-Белорусском и Угринском районах.
Спектрофотометрическое изучение свыше 400 образцов разновозрастных морен позволило обнаружить общие черты их цветовой характеристики при определённом различии. Оно показало, что: 1) спектральный состав и интенсивность излучений, отражаемых моренами, являются одной из стабильных и важнейших диагностических характеристик и могут применяться при их изучении, удачно дополняя визуальные наблюдения, они дают количественное представление о цвете ледниковых отложений, позволяют судить о связи вещественного состава с хроматической структурой последних, о характере и степени диагенетических преобразований морен; 2) цветность морен, базируясь на объективных количественных параметрах, может быть использована для стратиграфического расчленения разрезов, корреляции отложений, а также для выяснения особенностей литогенеза разновозрастных морен, связанных со своеобразием структуры ледниковых покровов и характером питающих провинций; 3) спектрофотометрический метод изучения цветности морен позволяет дополнить характеристику ледниковых отложений новыми показателями, способствующими более полному раскрытию их свойств, производных от своеобразия палеогеографической обстановки периода их формирования.
Цветность морен как показатель условий литогенеза // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 1984. № 1. С. 76—80. , Основные черты ледникового типа литогенеза // Литология и полезные ископаемые. 1974. № 6. С. 43—52. Литология ледниковых отложений. Л.: Недра, 1973. 176 с. Цвета минералов. Л.: Изд-во АН СССР, 1936. 159 с. Flint R. F. Glacial and Pleistocene geology. New York, 1957. 553 p.
