Formacja varw: roczne warstwy szliferu jeziornego

Jak Formuje Się Varwa: Cykl Sedimentacyjny Sezonowy

Varwa nie jest przypadkowym plamstwem gliny. Jest to dokładnie uporządkowany dwuczłonowy zasiew, który zostaje osadzony w ciągu exactamente 12 miesięcy w jeziernie spokojnej dość, aby gleba mogła się osadzić bez ponownego podniesienia. Proces ten zależy od tego, że jezioro ma charakterystyczne sezonowe zmiany, które wpływają na ruch wody i to, co ona przynosi. Wiosną i latem, wzrost temperatur powoduje roztopienie śniegu i lodu górskiego, a powiększona przez deszcz rzeka wpływa do jeziora. Ta falwa zamarznienia jest pełna gliny i drobnej piaskownicy, które są grubej przez sam lód, oraz szpury wokół terenu, które zostały wygrzebane przez lód. Ponieważ ta woda wprowadzana jest często chłodniejsza i gęstska, lub prosto energetyczna do zrzucenia gleby daleko na dno jeziora, drobne mineralne krople rozszerzają się po dnie jezera i spadają prawie natychmiast, w ciągu kilku dni. To tworzy białą, gładką warstwę z drobniejszymi kroplami, brązową, żółtą lub pomarańczową, która stanowi pierwszą połowę varwy. Gdy jesień przemija i zimno zaczyna panować, wszystko się zmienia. Wpływ falw zamarznienia spadka do prawie niewyraźnego, a w wielu jeziernych lądach górskich powierzchnia zamarza pod lodem, lub kolumna wodna staje się warstwowana termicznie, co przerywa ruch powietrza na powierzchni. Bez obecności prądu wprowadzanego do podtrzymywania cząsteczek w zawiesinie, jezioro staje się prawie spokojne. W tych spokojnych warunkach pozostają tylko najdrobniejsze cząsteczki wystarczająco długo, aby miały znaczenie: flaki gliny mikroskopowej i organiczne szczątki algi i planktonu, które żyły i umarły w jeziorze podczas cieplejszych miesięcy. Te powoli, łagodnie opadają przez nieruchomą wodę, tworząc delikatną, ciemną warstwę bogatą w glinę i organicznego karbonu. Kiedy wróci wiosna, cykl ponownie zaczyna się, a nowa drobna warstwa jest osadzona bezpośrednio na poprzednim zimowym ciemnym pokrycie. Ostry brzeg między jednoletnim ciemnym pokryciem a nową drobną warstwą to, co pozwala geolodom liczyć poszczególne lata z pewnością. Ponieważ ten cykl powtarza się wraz z sezonami, i ponieważ sezonowe zmiany powtarzają się z niezmienioną regularnością, stos osadowy staje się naturalnym, samodatum archiwem, o ile dno jeziora nigdy nie zostanie zakłócone przez organizmy wykopywające, silne prądy czy wprowadzenie ludzkie.

Czytanie zapisu: warstwy szliferu jako proxy klimatyczny

Pomimo przepisywania jedynie liczb lat, fizyczna cecha każdego varwa nosi informacje o warunkach w których się formował, co sprawia, że varwy są cenione jako proxy paleoklmatyczny – naturalne zapisy, które zastępują bezpośrednie pomiary, których naszemu wyobraźni nie przyszłoby zrealizować. Najczęściej używany sygnał to grubość varwa. Gruba warstwa varwu, zwłaszcza gruba i cienkostrzęsista warstwa letnia, ogólnie wskazuje na ciepłe lato z bogatym upadkiem śniegu, bardziej aktywnym roz✖liznianiu się lodu i większym przepływu wodnym, który nosi na siebie większą ilość sztuczek. Cienka warstwa varwu sugeruje zimne lub suche lato, gdy mniej wodna roztapiała dotarła do jeziora i mniej sztuczek było dostępnych do transportu i osadzenia. Pomiar grubości każdego varwa na długiej sekwencji pozwala naukowcom budować krzywe lata przez lata, które wskazują na względną ciepłoistość, podobnie jak szerokość pęcherzyków drzewa odzwierciedla warunki w sezonie rosnącym. Kolor i skład mają znaczenie. Zawartość organiczna ciemnej zimowej warstwy może odzwierciedlać, jak produktywne było jezioro podczas sezonu rosnącego, ponieważ więcej algei i planktonu w letnim sezonie oznacza więcej materiału organicznego osiadającego dalej. Niezwykle zgranie może również marco konkretne wydarzenia: nagle przypływ mógł wprowadzić dodatkowo gruba lub niezwykle cienkostrzęsista warstwę poza sekwencję, erupcja wulkaniczna zostawia jasną warstwę popiołu, zwane tefram, zastępującą się w sekwencji varw, a poruszenie spowodowane trzęsień ziemi może naruszyć lub powtórzyć warstwy w sposób, który analiści ucenili rozpoznawać i korekować. Bo każda varwa jest związana z konkretnym rokiem kalendarnym, te naruszenia same stają się datowanymi wydarzeniami. Popioł erupcji wulkanicznej odkryty na 4200-tej warstwie sekwencji przyciętej do obecności mówi naukowcom dokładne odległości, z jaką stąd doszła ta erupcja, z precyzją lat przez lata, której niewielu metod geologicznych nie może pokryć. To co podwyższa sekwencje varw do bycia po prostu starym glinianiem do autentycznego dzieła historii środowiskowej, czytanej strona za stroną, rok za rokiem.

Gerard De Geer i urodzenie chronologii varw

Naukowe badania nad varwami zaczęły się poważnie pod koniec XIX wieku i na początku XX wieku, gdy szwedzki geolod Gerard De Geer skierował swoją uwagę do warstwionych glin w osadach jeziornych i starej basenów lodowych zostawionych za sobą przez zrecesjonowane płaskowyży lodowe podczas epoki lodowca. De Geer zauważył, że te postrzępione gliny nie są przypadkowymi osadami, ale warstwami rocznymi. Zrozumiał coś jeszcze mocniejszego: ponieważ grubość varw różni się rok od roku w odpowiedzi na klimat, a dany zjawisko klimatyczne, np. szczególnie ciepły sezon roztopu, wpłynie na wiele jezior jednocześnie w szerokim obszarze, wzór grubych i cienkich varw w jednym osadzie basenu powinien niemal dokładnie odzwierciedlać wzór w bliskim osadzie z tego samego okresu. To oznaczało, że sekwencje z różnych lokalizacji mogły być uporządkowane i dopasowane na podstawie ich wzorów grubości, aż stawały się podobne do kodów kredensalnych. Używając tej techniki, De Geer i jego współpracownicy skleili sekwencje z overlapingiem varw z jeziora na jezioro po całym Szwecji, stopniowo rozszerzając kontynuowany, nieprzerwany chronologii wstecz w czasie. Starsze baseny jeziornicze, które były odsłonięte bliżej miejsca, gdzie płaskowyż lodowca zrecesjonował tysiące lat wcześniej, były dopasowywane do młodszych basenów bliżej wybrzeża, gdzie lodowiec zrecesjonował niedawno. Warstwa po warstwie, lokalizacja po lokalizacji, De Geer skleił to, co stało się znane jako Szwedzka Skala Czasowa, chronologię varw rozszerzającą się na około trzynaście tysięcy lat, śledząc zrecesjonowanie lodowca skalnego pod koniec ostatniej epoki lodowej z precyzją roczną. Ta osiągnięcie, dokonane dekady przed pojawieniem się datowania radiokarbonowego, dało geolodom pierwszy prawdziwy, rocznie rozstrzygający szereg czasowy dla wydarzeń na końcu ostatniego okresu lodowca. Metoda De Geera, polegająca na dopasowywaniu sekwencji z overlapingiem na podstawie wzorów zamiast opierać się na jednym bardzo długim osadzie, stała się szablonem dla pracy nad chronologią varw w całym świecie i pozostaje fundamentową techniką używaną dzisiaj w basenach lodowych skalnych, od Szwecji po Amerykę Północną, aż do Alp.

Chronologia warstw varw jako niezależny kalendarz daty

Jedną z najważniejszych cech dobrze stworzonej chronologii warstw varw jest to, że jest ona całkowicie oparta na liczeniu direct zmiennych sezonowych, a nie na jakichkolwiek założeniach dotyczących szybkości rozpadu czy procesów chemicznych. Każda warstwa reprezentuje jeden rok ze względu na mechanizm fizyczny depozycji opisany wcześniej, więc szereg pięciuset liczonych varw rzeczywiście reprezentuje pięć tysięcy lat, pod warunkiem, że szereg jest kompletny i nieprzerwany. To sprawia, że chronologie warstw varw są podstawowo niezależne od datowania karbonowym (radiocarbon), który zamiast tego polega na pomiarze rozpadu radioaktywnego karbon-14 w materiałach organicznych i wymaga korelacji do konwersji pomiarów rozpadu na lata kalendariowe. Samo datowanie karbonowym ma znane złożoności: ilość karbon-14 w atmosferze zmieniała się w czasie ze względu na zmiany intensywności promieni kosmicznych, pola magnetycznego Ziemi i innych czynników, więc starannie pomiarowe wieki karbonowym muszą być korelowane z niezależnym, absolutnie datowanym kalendarzem, aby uzyskać prawdziwe lata kalendariowe. To dokładnie tam, gdzie chronologie warstw varw stają się kluczowe dla nauki poza geologią jeziorną. Ponieważ szeregi warstw varw dostarczają danych o latach zmiennych przez direct liczenie, a materiały organiczne takie jak liście, gałąźki lub reszty alg, które są zachowane w jednym z indywidualnych warstw varw, mogą również być datowane karbonowym, naukowcy mogą porównywać oba metody bezpośrednio. Warstwa varw na znanej pozycji liczonej daje niezależnie znany wiek; pomiar karbonowym materiału z tej samej warstwy varw daje starannie pomiarowe wieki karbonowym. Porównywanie tysięcy takich pasujących par pośród długiego szeregu warstw varw umożliwia badaczom budowanie i ulepszanie korelacji do datowania karbonowego samego. Chronologie warstw varw zostały rozszerzone i sprawdzane za pomocą innych niezależnych archiwów zmiennych rocznych, w tym notatek drzewnorostowych z dendrochronologii oraz warstw kryształowych lodu ze szczytów polarnych, które również tworzą jedno oddzielne warstwo na rok. Gdzie te różne naturalne kalendarze się nakładają i zgadzają, naukowcy zdobywają bardzo wysoką pewność w wynikającym kalendarzu. Długie szeregi varw z Skandynawii i Ameryki Północnej, niektóre rozszerzające się nawet ponad dziesięć tysięcy lat, odegrały dokładnie tę rolę kalibracji, łącząc daty karbonowe do prawdziwych latach kalendariowych i pomagając w ulepszaniu naszego zrozumienia szybkości deglacjacji, przejść klimatycznych i terminów wielu wulkanicznych i środowiskowych zdarzeń.

Ograniczenia, wyzwania i współczesne zastosowania

Precyzyjne czytanie szeregów varw wymaga ostrożności, ponieważ kilka rzeczy może skomplikować proste liczenie warstw rok po roku. Bioturbacja, mieszanie sedimentu przez węże, larwy owadów lub inne organizmy zamieszkujące dno, może zgaszać lub zniszczyć ostre granice między warstwami, dlatego najjawniejsze rejestry varw obwazywane są zazwyczaj w jezierniach, gdzie głębsza woda jest zimna, chora na tlen lub inaczej niepropozycyjna dla życia na dnie, ponieważ takie warunki uniemożliwiają całkowite zagrzebanie. Brakujące lub podwójne warstwy stanowią kolejne wyzwanie. Niezwykle spokojny rok może powodować produkcję szczególnie cienkich, trudnych do rozróżnienia par, które analizator mógłby przypadkowo połączyć z sąsiadującą, prowadząc do undercountingu rzeczywistego liczba lat. W odwrotnej sytuacji, rok przeszkodzony inundacją lub spadkiem sedimentu poziomu podmorskiego może zostawić za sobą dodatkowe warstwy, które wyglądają jak więcej niż jeden rok, prowadząc do overcountingu. Zdolni analiści zwracają się do rozwiązań, sprawdzając wielokrotnie wycinki z tego samego jeziora, używając technologii X-ray i wysokiej rozdzielczości skanowania do badania detalicznej struktury warstw, a także przekraczając się rejestrami sąsiadujących jezierni, jak to zrobił pierwotnie De Geer, tak aby błędy w jednym wycinku były zauważane i poprawiane na podstawie zgody lub niezgody z innymi. Współczesne badania varw przekraczają proste liczenie. Badacze teraz używają technologii skanowania takich jak mikro-komputerowa tomografia i wysokiej rozdzielczości obrazowania cyfrowego do pomiaru grubości i składu warstw z niezwykłą precyzją, a następnie łączą liczby varw z analizą geochemiczną, mierząc elementy śladowe, zawartość pollenów i izotopy stabilne w poszczególnych warstwach, aby odtworzyć nie tylko temperaturę, ale także wzory deszczu, zmiany roślinności oraz nawet aktywność ludzka, taką jak historyczne wykopaliska czy deforestacja zapisane jako ślad zanieczyszczenia w sedimencie. Varwowe warstwy sedimentów zostały zdobyte i studiowane z basenów glaciarniczych w Skandynawii, Alpach, Ameryce Północnej oraz innych regionach dawniej podglacjernych, a także z jeziorom sezonowo stratyfikowanych w klimatach cieplejszych, gdzie cykliczna sezonowa deszczowa i sezonowa suche produkuje analogiczne roczne warstwowanie. Wspólne te rejestry tworzą jedną z najmocniejszych narzędzi dostępnych do odtworzenia historii środowiska Ziemi na rzecz rocznej, rozszerzając rekord klimatyczny ludzkości dalej niż osiągi pisanej historii lub pomiarów instrumentalnych.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Varve Formation: Annual Lake Sediment Layers i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.