Петромагнитные методы в изучении лёссово-почвенных серий Восточной Сибири

Петромагнитные методы дополняют визуальные геологические и гранулометрические исследования субаэральных комплексов, позволяя решать актуальные и интересные с точки зрения палеогеографии задачи. Магнитные характеристики, выражаемые числом, дают обоснованную базу для корректного сравнения субаэральных отложений между собой, для более детального расчленения осадков и уточнения их генезиса, для выявления маркирующих горизонтов, для корреляционного анализа данных различных методов. В работе обсуждаются основные механизмы формирования магнитных свойств лёссово-почвенных серий в различных регионах (“китайский” и “аляскинский”) и особенности в интерпретации петромагнитных параметров в рамках различных механизмов. Анализируется палео-климатическая информативность петромагнитных параметров в различных физико-географических обстановках. Показаны различия в формировании магнитных свойств лёссово-почвенных серий Сибири (“сибирский” механизм) и представлены принципы палеоклиматической интерпретации петромагнитных данных на основе исследования более 40 разрезов субаэральных комплексов юга Западной, Средней и Восточной Сибири. На примере разрезов субаэральных отложений Восточной Сибири на основе изменения петромагнитных параметров выявлен тренд климатических изменений в течение квартера, отражающийся в смене “педогенного” механизма на “сибирский” и далее на “аляскинский”. Наличие такого тренда может служить критерием для диагностики субаэральных отложений эоплейстоценового возраста.

1. Алексеева Н. В. (2005). Эволюция природной среды Западного Забайкалья в позднем кайнозое (по данным фауны мелких млекопитающих). М: ГЕОС. 141 с.

2. Базаров Д. Б. (1986). Кайнозой Прибайкалья и Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука. 182 с.

3. Базаров Д. Б., Ербаева М. А., Резанов И. Н. (1976). Геология и фауна опорных разрезов антропогена Западного Забайкалья. М.: Наука, 148 с.

4. Волков И. А. (1971). Позднечетвертичная субаэральная формация. М.: Изд-во Наука. 254 с.

5. Галанин А. А. (2021). Позднечетвертичные песчаные покровы Центральной Якутии (Восточная Сибирь): строение, фациальный состав и палеоэкологическое значение. Криосфера Земли. Т. XXV. № 1. C. 3—34. https://doi.org/10.15372/KZ20210101

6. Голубцов В. А., Рыжов Ю. В., Кобылкин Д. В. (2017). Почвообразование и осадконакопление в Селенгинском среднегорье в позднеледниковье и голоцене. Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН. 139 с.

7. Динамика ландшафтных компонентов и внутренних морских бассейнов Северной Евразии за последние 13 000 лет. Атлас-монография. (2002). Под ред. А. А. Величко. М.: ГЕОС. 231 с.

8. Гужиков А. Ю., Шкатова В. К. (2016). О внесении изменений в Общую магнитостратиграфическую шкалу полярности четвертичной системы. Постановления Межведомственного стратиграфического комитета и его постоянных комиссий. Вып. 44. СПб: Изд-во ВСЕГЕИ. С. 35—36.

9. Ербаев М. А., Щетников А. А., Казанский А. Ю. и др. (2019). Новый опорный разрез плейстоцена Улан-Жагла в Западном Забайкалье. Доклады Академии наук. Т. 488. № . 3. С. 48—52. https://doi.org/10.31857/S0869-56524883277-281

10. Жданова А. И., Казанский А. Ю., Зольников И. Д. и др. (2007). Опыт фациально-генетического расчленения субаэральных отложений Новосибирского Приобья геолого-петромагнитными методами. Геология. Геофизика. Т. 48. № 4. С. 446—459.

11. Казанский А. Ю., Кравчинский В. А., Зыкина В. С. и др. (1998). Возможности магнитных методов для выявления климатического сигнала в лёссово-почвенных раз- резах Сибири. В сб.: Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири. Новосибирск: Ин-т археологии и этнографии. С. 191—202.

12. Казанский А. Ю., Матасова Г. Г., Щетников А. А. и др. (2022а). Разрез Китойский мост — новый тип разреза верхнечетвертичных отложений Предбайкалья. В сб.: Геодинамическая эволюция литосферы Центрально- Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Вып. 20. Иркутск: ИЗК СО РАН. С. 117—118.

13. Казанский А. Ю., Матасова Г. Г., Щетников А. А. и др., (2022б). Результаты комплексных исследований опорного разреза Игетей (средний верхний неоплейстоцен, Предбайкалье). В сб.: Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Вып. 20. Иркутск: ИЗК СО РАН. С. 119—122.

14. Матасова Г. Г., Казанский А. Ю. (2005). Вклад пара- магнитных минералов в магнитные свойства лёссово-почвенных отложений Сибири (палеоклиматический аспект). Физика Земли. № 9. С. 81—89.

15. Матасова Г. Г., Казанский А. Ю., Зыкина В. С. (2003). Наложение “Аляскинской и Китайской моделей записи палеоклимата в магнитных свойствах отложений верх- него и среднего неоплейстоцена на юге Западной Сибири. Геология. Геофизика. Т. 44. № 7. С. 638—651.

16. Матасова Г. Г., Казанский А. Ю., Щетников А. А. и др. (2020). Новые петро- и палеомагнитные данные по четвертичным отложениям опорного разреза Тологой (Западное Забайкалье) и их климатическое значение. Физика Земли. № 3. С. 112—133. https://doi.org/10.31857/S0002333720030059

17. Матасова Г. Г., Казанский А. Ю., Щетников А. А. и др. (2023). Куйтунская долина — экзодинамический полигон для отработки междисциплинарной методики исследований седиментационных обстановок формирования покровного лёссовидного комплекса в позднем неоплейстоцене Забайкалья. Геодинамика и тектонофизика. Т. 14. № 3. https://doi.org/10.5800/ GT-2023-14-3-0703

18. Мац В. Д., Покатилов А. Г., Попова С. М. и др. (1982). Плиоцен и плейстоцен Среднего Байкала. Новосибирск: Наука. 195 с.

19. Медведев Г. И., Воробьева Г. А. (1987). Игетей — опорный разрез верхнеплейстоценовых субаэральных отложений и палеолитических культур на юге Восточной Сибири. В сб.: Геология кайнозоя юга Восточной Сибири: тезисы докладов. Иркутск. С. 20—21.

20. Покатилов А. Г. (2004). Палеонтология и стратиграфия кайнозоя юга Восточной Сибири и сопредельных территорий. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. 275 с.

21. Стратиграфия, палеогеография и археология юга Сред- ней Сибири: К XIII Конгрессу ИНКВА (КНР, 1991) (1990). Под ред. Г. И. Медведева, Н. А. Савельева, В. В. Свинина. Иркутск: Изд-во Иркутск. ун-та. 165 с.

22. Akram H., Yoshida M. (1997). Ultra-fine magnetite/maghe- mite and their magnetic granulometry in the Late Pleis-tocene loess-paleosol deposits, Haro River Area, Attock Basin, Pakistan. Proceedeings of Inter-PARMAGS Seminar (1996) “Paleomagnetism of Collision Belts, Recent Progress in Geomagnetism, Rock Magnetism and Paleomagnetism”. № 1. Р. 153—197.

23. Alexeeva N. V., Erbajeva M. A. (2005). Changes in the fossil mammal faunas of Western Transbaikalia during the Pliocene–Pleistocene boundary and the Early–Middle Pleistocene transition. Quat. Int. V. 131. № 1. P. 109—115. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2004.07.002.

24. An Z. S., Kukla G. J., Porter S. C. et al. (1991). Magnetic susceptibility evidence of Monsoon variation on the Loess Plateau of Central China during the last 130000 years. Quat. Res. V. 36. P. 29—36. https://doi.org/10.1144/SP342.8

25. Banerjee S. K., Hunt C. P., Liu X. M. (1993). Separation of local signals from the regional paleomonsoon record of the Chinese loess plateau: A rock-magnetic approach. Geophys. Res. Lett. № 20. Р. 843—846. https://doi. org/10.1029/93GL00908

26. Beget J. E., Stone D. B., Hawkins D. B. (1990). Paleo- climatic forcing of magnetic susceptibility variations in Alaskan loess during the late Quaternary. Geology. V. 18. № 1. P. 40—43. https://doi.org/10.1130/0091- 7613(1990)018<0040:pfomsv>2.3.co;2

27. Berger A. (1988). Milankovitch theory and climate. Rev. Geophys. V. 26. P. 624—657. https://doi.org/10.1029/ RG026i004p00624

28. Bidegain J. C., Evans M. E., van Velzen A. J. (2005). A magnetoclimatological investigation of Pampean loess, Argentina. Geophys. J. Int. V. 160. № 1. Р. 55—62. https://doi. org/10.1111/j.1365-246X.2004.02431.x

29. Bosken J., Obreht I., Zeeden C. et al. (2019). High-resolution paleoclimatic proxy data from the MIS3/2 transition recorded in northeastern Hungarian loess. Quat. Int. V. 502. Part A. P. 95—107. https://doi.org/10.1016/j. quaint.2017.12.008

30. Brookfield M. E. (2011). Aeolian processes and features in cool climates. Geological Society, London, Special Publications. P. 241—258. https://doi.org/10.1144/ SP354.16

31. Chlachula J., Evans M. E., Rutter N. W. (1998). A magnetic investigation of a Late Quaternary loess/palaesol record in Siberia. Geophys. J. Int. V. 132. P. 128—132. https://doi. org/10.1046/j.1365-246x.1998.00399.x

32. Chlachula J., Rutter N.W., Evans M. E. (1997). A late Quaternary loess-paleosol record at Kurtak, southern Siberia. Canadian J. of Earth Sci. V. 34. P. 679—686. https://doi. org/10.1139/e17-054

33. Day R., Fuller M., Schmidt V. A. (1977). Hysteresis prop- erties of titanomagnetites: grain-size and compositional dependence. Phys. Earth Planet. Int. V. 13. P. 260—267. https://doi.org/10.1016/0031-9201(77)90108-X

34. Dearing J., Liningstone I., Zhou L. P. (1996). A late Quaternary magnetic record of Tunisian loess and its climatic significance. Geophys. Res. Lett. V. 23. № 2. P. 189—192. https://doi.org/10.1029/95GL03132

35. Dearing J. A., Dann R. J.L., Hay K. et al. (1996). Frequency-ependent susceptibility measurements of environmental materials. Geophys. J. Int. V. 124. P. 228—240. https://doi. org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06366.x

36. Deng C., Zhu R., Verosub K. L. et al. (2004). Mineral magnetic properties of loess/paleosol couplets of the central loess plateau of China over the last 1.2 Myr. J. of Geo- phys. Res.: Solid Earth. V. 109. Iss. B1. 01103. https://doi. org/10.1029/2003JB002532

37. Ding Z. L., Ranov V., Yang S. L. et al. (2002). The loess record in southern Tajikistan and correlation with Chinese loess. Earth Planet. Sci. Lett. V. 200. P. 387—400. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(02)00637-4

38. Dunlop D. J. (2002). Theory and application of the Day plot (M-rs/M-s versus H-cr/H-c). 1. Theoretical curves and tests using titanomagnetite data. J. of Geophys. Res.: Solid Earth. V. 107. Iss. B3. P. 2046—2067. https://doi. org/10.1029/2001JB000487

39. Erbajeva M. A. (1998). Late Pliocene Itansinian faunas in Western Transbaikalia. In: The Dawn of the Quaternary. Mededelingen Nederlands Instituut voor Toegepaste Geowettenschappen TNO. V. 60. P. 417—430.

40. Erbajeva M. A., Alexeeva N. V. (2000). Pliocene and Pleistocene biostratigraphic succession of Transbaikalia with emphasis on small mammals. Quat. Int. V. 68—71. P. 67—75. https://doi.org/10.1016/S1040-6182(00)00033-1

41. Evans M. E., Heller F. (2003). Environmental Magnetism. New York: Academic Press. 299 p.

42. Evans T. E., Heller F. (1994). Magnetic enhancement and palaeoclimate: study of a loess/paleosol couplet across the Loess Plateau of China. Geophys. J. Int. V. 117. P. 257— 264. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1994.tb03316.x

43. Feng Z.-D., Wang H. B., Olson C. et al. (2004). Chronological discord between the last interglacial paleosol (S1) and its parent material in the Chinese Loess Plateau. Quat. Int. V. 117. № 1. P. 17—26. https://doi.org/10.1016/s1040- 6182(03)00112-5

44. Forster Th., Heller F., Evans M. E. et al. (1996). Loess in the Czech Republic: magnetic properties and paleoclimate. Stud. Geophys. Geod. V. 40. P. 243—261. https://doi. org/10.1007/BF02300741

45. Hao Q., Guo Z. (2005). Spatial variations of magnetic susceptibility of Chinese loess for the last 600 kyr: Implications for monsoon evolution. J. Geophys. Res. V. 110. B12101. https://doi.org/10.1029/2005JB003765.

46. Hayward R. K., Lowell T. V. (1993). Variations in loess accumulation rates in the mid-continent, United States, as reflected by magnetic susceptibility. Geology. V. 21. P. 821—824. https://doi. org/10.1130/0091-7613(1993)021<0821: VILARI>2.3.CO;2

47. Heller F., & Liu T. (1984). Magnetism of Chinese loess deposits. Geophys. J. Int. V. 77. № 1. P. 125—141. https://doi. org/10.1111/j.1365-246x.1984.tb01928.x

48. Hunt C. P., Banerjee S. K., Han J. et al. (1995). Rock-magnetic proxies of climate change in the loess-palaeosol sequences of the western Loess Plateau of China. Geophys. J. Int. V. 123. P. 232—244. https://doi.org/10.1111/ j.1365-246X.1995.tb06672.x

49. Hus J. J., Han J. (1992). The contribution of loess magnetism to the retrieval of past global changes — some problem. Phys. Earth Planet. Int. V. 70. № 3—4. P. 154—168. https://doi.org/10.1016/0031-9201(92)90178-X

50. Ivanova V. V., Erbajeva M. A., Shchetnikov A. A. et al. (2019). Tologoi key section: A unique archive for Pliocene-Pleistocene paleoenvironment dynamics of transbaikalia, bikal rift zone. Quat. Int. V. 519. № 10. P. 58—73. https://doi. org/10.1016/j.quaint.2018.11.004

51. Jie Chen J., Stevens T., Yang T. et al. (2021) Revisiting Late Pleistocene Loess–Paleosol Sequences in the Azov Sea Region of Russia: Chronostratigraphy and Paleoenvironmental Record. Front. Earth Sci. V. 9. 808157. https://doi.org/10.3389/feart.2021.808157

52. Kazansky A. Y., Shchetnikov A. A., Matasova G. G. et al. (2022). Palaeomagnetic data from the late Cenozoic Ta- gay section (Olkhon island, Baikal region, Eastern Siberia). Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments. V. 102. № 4. P. 943—967. https://doi.org/10.1007/s12549-022- 00559-7

53. Költringer C., Stevens T., Bradák B. et al. (2021). Enviromagnetic study of Late Quaternary environmental evolution in Lower Volga loess sequences, Russia. Quat. Res. V. 103. P. 49—73. https://doi.org/10.1017/qua.2020.73

54. Kukla G., Heller F., Liu X. M., et al. (1988). Pleistocene climates in China dated by magnetic susceptibility. Geology. V. 16. P. 811—814. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1988)016<0811:PCICDB>2.3.CO;2

55. Laag C., Hambach U., Zeeden C. et al. (2021). A Detailed Paleoclimate Proxy Record for the Middle Danube Basin Over the Last 430 kyr: A Rock Magnetic and Colorimetric Study of the Zemun Loess-Paleosol Sequence. Front. Earth Sci. V. 9. 9: 600086. https://doi.org/10.3389/feart.2021.600086

56. Lisiecki L. E., Raymo M. E. (2005). A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. V. 50. № 1. PA1003. https://doi. org/10.1029/2004pa001071

57. Liu X. M., Shaw J., Liu T. S. et al. (1992). Magnetic mineralogy of Chinese loess and its significance. Geophys. J. Int. V. 108. P. 301—308. https://doi.org/10.1111/j.1365- 246X.1992.tb00859.x

58. Liu X. M., Shaw J., Liu T. S. et al. (1993). Magnetic susceptibility of the Chinese loess-paleosol sequence: environmental change and pedogenesis. J. Geol. Soc. V. 150. P. 583—588. https://doi.org/10.1144/gsjgs.150.3.0583

59. Maher B. A., Taylor R. M. (1988). Formation of ultrafine-grained magnetite in soil. Nature. V. 336. P. 368—370. https://doi.org/10.1038/336368a0

60. Maher B. A., Thompson R. (1991). Mineral magnetic record of the Chinese loess and palaeosols. Geology. V. 19. P. 3—6. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1991)019<0003: MMROTC>2.3.CO;2

61. Maher B. A. (2011). The Magnetic Properties of Quaternary Aeolian Dusts and Sediments, and Their Palaeoclimatic Significance. Aeolian Res. V. 3. P. 87—144. https://doi. org/10.1016/j.aeolia.2011.01.005

62. Martinson D. G., Pisias N. G., Hays J. D. et al. (1987). Age dating and the orbital theory of the Ice ages: development of a high-resolution 0 to 300,000-year chronostratigraphy. Quat. Int. V. 27. P. 1—29. https://doi.org/10.1016/0033-5894(87)90046-9

63. Matasova G., Petrovsky E., Jordanova N. et al. (2001). Magnetic study of Late Pleistocene loess/palaeosol sections from Siberia: palaeoenvironmental implications. Geophys. J. Int. V. 147. № 2. P. 367—380. https://doi.org/10.1046/ j.0956-540X.2001.01544.x

64. Matasova G. G., Kazansky A. Yu. (2004). Magnetic proper- ties and magnetic fabrics of Pleistocene loess/palaeosol deposits along west-central Siberian transect and their palaeoclimatic implications. In: Magnetic Fabric: Methods and Applications. Geological Society, London, Special Publications. V. 238. P. 145—173. https://doi.org/10.1144/ GSL.SP.2004.238.01.11

65. Meng X., Derbyshire E., Kemp R. A. (1997). Origin of the magnetic susceptibility signal in Chinese loess. Quat. Sci. Rev. V. 16. P. 833—839. https://doi.org/10.1016/S0277- 3791(97)00053-X

66. Milanković M. (1930). Mathematische Klimalehre und astronomische Theorie der Klimaschwankungen. In: Hand- buch der Klimatologie. Bd. 1. Berlin: Borntraeger. S. 176.

67. Nawrocki J. (1992). Magnetic Susceptibility of Polish loesses and loess-like sediments. Geol. Zb. Geol. Carpathica. V. 43. P. 179—180.

68. Nawrocki J., Wojcik A., Bogucki A. (1996). The magnetic susceptibility record in the Polish and western Ukrainian loess-palaeosol sequences conditioned by palaeo-climate. Boreas. V. 25. № 3. P. 161—169. https://doi. org/10.1111/j.1502-3885.1996.tb00845.x

69. Necula C., Dimofte D., Panaiotu C. (2015). Rock magnetism of a loess-palaeosol sequence from the western Black Sea shore (Romania). Geophys. J. Int. V. 202. № 3. P. 1733—1748. https://doi.org/10.1093/gji/ggv250

70. Rolph T. C., Shaw J., Derbyshire E. et al. (1989). A detailed geomagnetic record from Chinese loess. Phys. Earth. Planet. Int. V. 56. P. 151—164. https://doi.org/10.1016/0031- 9201(89)90044-7

71. Schellenberger A., Heller F., Veit H. (2003). Magnetostratigraphy and magnetic susceptibility of the Las Carreras loess–paleosol sequence in Valle de Tafı́, Tucumán, NW-Argentina. Quat. Int. V. 106—107. P. 159—167. https://doi.org/10.1016/S1040-6182(02)00170-2

72. Shackleton N. J., Berger A., Peltier W. R. (1990). An alternative astronomical calibration of the lower Pleistocene timescale based on ODP site 677. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, Earth Science. V. 81. P. 251—261. https://doi.org/10.1017/s026359330002078

73. Sun J. M., Kohfeld K. E., Harrison S. P. (2000). Records of aeolian dust deposits on the Chinese Loess Plateau during the Late Quaternary. Jena, Germany: Max-Planck — Institute for Biogeochemistry. 318 p.

74. Sun J., Liu T. (2000). Multiple origins and interpretations of the magnetic susceptibility signal in Chinese wind-blown sediments. Earth Planet. Sci. Lett. V. 180. P. 287—296. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(00)00175-8

75. Taylor S. N., Lagroix F. (2014). Mineral magnetic analysis of the Upper Pleniglacial loess-palaeosol deposits from Nussloch (Germany): An insight into local environmental processes. Geophys. J. Int. V. 199. Р. 1463—1480.

76. Vidic N. J., TenPas J.D., Verosub K. L. et al. (2000). Separation of pedogenic and lithogenic components of magnetic susceptibility in the Chinese loess/palaeosol sequence as determined by the CBD procedure and a mixing analysis. Geophys. J. Int. V. 142. P. 551—562. https://doi. org/10.1046/j.1365-246x.2000.00178.x.

77. Vlag P. A., Oches E. A., Banerjee S. K. et al. (1999). The paleoenvironmental — magnetic record of the Gold Hill Steps loess section in central Alaska. Phys. Chem. Earth. V. 24. № 9. P. 779—783. https://doi.org/10.1016/S1464-1895(99)00114-3

78. Vlaminck S., Kehl M., Rolf C. et al. (2018). Late Pleistocene dust dynamics and pedogenesis in Southern Eurasia — Detailed insights from the loess profile Toshan (NE Iran). Quat. Sci. Rev. V. 180. № 15. P. 75—95. https://doi. org/10.1016/j.quascirev.2017.11.010

79. Zhu R. X., Matasova G., Kazansky A., et al. (2003). Rock magnetic record of the last glacial-interglacial cycle from the Kurtak loess section, southern Siberia. Geophys. J. Int. V. 152. № 2. P. 335—343. https://doi.org/10.1046/j.1365- 246X.2003.01829.x

80. Zhu Rixiang, Kazansky A., Matasova G. et al. (2000). Rock-magnetic investigation of Siberia loess and its implication. Chin. Sci. Bull. V. 45. № 23. P. 2192—2197. https://doi.org/10.1007/BF02886328