Реконструкция климата на палеоводосборах с использованием геохимических данных для тонкозернистых обломочных пород: современные подходы, возможности и ограничения

Объект исследования. Методика реконструкции климата палеоводосборных площадей.

Цель. Выявить возможности и ограничения использования ряда геохимических характеристик глинистых пород (индекса CIA, RW-индекса, модулей и модульных диаграмм и пр.) при восстановлении сведений о степени увлажнения и среднегодовых температур (СГТ) в приземном слое воздуха для водосборов геологического прошлого.

Общие положения. Рассмотрены типы классификаций климата и палеоклимата, особенности реконструкции палеоклимата с особым акцентом на геохимическом составе тонкозернистых пород. Классификация палеоклимата Н.М. Чумакова выдвинута в качестве наиболее объективной. Приведены геохимические критерии, по которым возможно реконструировать отдельные параметры, необходимые для ее применения. Так, относить различные толщи к продуктам выветривания питающих провинций в гумидном, аридном/семиаридном климате возможно не только с помощью модульных диаграмм Я.Э. Юдовича и М.П. Кетрис, но и при изучении геохимии титана. В дополнение недавно предложенное уравнение К. Дена с соавторами позволяет восстановить СГТ в области размыва материнских пород через величины CIA в мелководно-морских и дельтовых образованиях. Однако вычисление индекса CIA в отложениях, претерпевших литогенез, имеет ряд ограничений, многие из которых возможно преодолеть. Рассуждения подкреплены несколькими примерами рационального применения комплексного геохимического подхода к восстановлению характеристик климата в отношении верхнерифейских и верхневендских толщ, вмещающих красноцветные образования, нижневендских толщ, фиксирующих ледниковые и межледниковые события, и верхнедевонской полифациальной толщи с разнородным комплексом пород питающих провинций

Вывод. Реконструировать различные характеристики климата на палеоводосборах времени накопления тех или иных толщ с использованием литогеохимических характеристик глинистых пород можно только в том случае, когда выполнено их комплексное изучение, а исследователь принимает во внимание и учитывает многофакторность процессов, определяющих их состав.

1. Алисов Б.П. (1936) Географические типы климатов. Метеорология и гидрология, (6), 16-34.

2. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. (1974) Климатология. 2-е изд., перераб. и доп. М.: МГУ, 298 с.

3. Анфимов Л.В. (1997) Литогенез в рифейских осадочных толщах Башкирского мегантиклинория (Ю. Урал). Екатеринбург: УрО РАН, 290 с.

4. Берг Л.С. (1938) Основы климатологии. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: ГУПИ Наркомпроса РСФСР, 455 с.

5. Геология Беларуси (2001) (Под ред. А.С. Махнача, Р.Г. Гарецкого, А.В. Матвеева). Минск: ИГН НАН Беларуси, 815 с.

6. Гольберт А.В. (1987) Основы региональной палеоклиматологии. М.: Недра, 222 с.

7. Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л. (2010) Осадочные системы сылвицкой серии (верхний венд Среднего Урала). Екатеринбург: УрО РАН, 280 с.

8. Григорьев А.А., Будыко М.И. (1959) Классификация климатов СССР. Изв. АН СССР. Сер. География, (3), 3-19.

9. Кислов А.В., Суркова Г.В. (2023) Климатология. 4-е изд., испр. и доп. М.: Инфра-М, 324 с.

10. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. (2004) (Гл. ред. Ю.Г. Леонов). М.: Наука, 299 с.

11. Маслов А.В. (1988) Литология верхнерифейских отложений Башкирского мегантиклинория. М.: Наука, 133 с.

12. Маслов А.В. (2020) Литогеохимия глинистых пород и вулканических туфов в разрезах венда западного склона Среднего Урала: черты сходства и различия. Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Науки о Земле, 65(3), 577-599. https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.309

13. Маслов А.В. (2022) Источники кластики для верхнерифейского аркозового комплекса Южного Урала: некоторые геохимические ограничения. Геохимия, 67(11), 1124-1141. https://doi.org/10.31857/S0016752522110073

14. Маслов А.В., Мельничук О.Ю. (2023) Существуют ли ограничения при реконструкции категорий рек, связанные с появлением высшей растительности? Литология и полез. ископаемые, (1), 69-95. https://doi.org/10.31857/S0024497X23010056

15. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Киселева Д.В. (2011) Литогеохимия алюмосиликластических пород серебрянской серии венда Среднего Урала. Геохимия, (10), 1032-1062.

16. Маслов А.В., Гражданкин Д.В., Гой Ю.Ю. (2013) Примитивные палеопочвы в разрезах зильмердакской свиты Южного Урала (текстурный и литогеохимический аспекты). Литосфера, (2), 45-64.

17. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Гареев Э.З. (2003) Литологические, литохимические и геохимические индикаторы палеоклимата (на примере рифея Южного Урала). Литология и полез. ископаемые, (5), 427-446.

18. Маслов А.В., Мельничук О.Ю., Кузнецов А.Б., Подковыров В.Н. (2024) Литогеохимия верхнедокмебрийских отложений Беларуси. Сообщ. 2. Петрофонд, палеогеодинамика, палеогеография и палеоклимат. Литология и полез. ископаемые, (5), 515-543. https://doi.org/10.31857/S0024497X24050019

19. Маслов А.В., Ронкин Ю.Л., Крупенин М.Т., Петров Г.А., Корнилова А.Ю., Лепихина О.П., Попова О.Ю. (2006) Систематика редкоземельных элементов, Th, Hf, Sc, Co, Cr и Ni в глинистых породах серебрянской и сылвицкой серии венда западного склона Среднего Урала – инструмент мониторинга состава источников сноса. Геохимия, (6), 610-632.

20. Мельничук О.Ю. (2024) Первые следы разрушения позднепалеозойского аккреционного орогена на восточном склоне Среднего Урала. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 168, 37-46. https://doi.org/10.24930/0371-7291-2024-168-37-46

21. Мельничук О.Ю., Бадида Л.В. (2026) Опыт реконструкции климата на палеоводосборах верхнефранской кодинской свиты (восточный склон Среднего Урала). Russ. J. Earth. Sci. (В печати).

22. Мельничук О.Ю., Маслов А.В. (2025а) Химический состав глинистых пород венда Среднего Урала и некоторые количественные характеристики палеоклимата. Литология и полез. ископаемые, (3), 273-295. https://doi.org/10.31857/S0024497X25030026

23. Мельничук О.Ю., Маслов А.В. (2025б) Химический состав глинистых пород стратотипа рифея и некоторые количественные характеристики палеоклимата. Литосфера, 25(4), 725-747. https://doi.org/10.24930/2500-302X-2025-25-4-725-747

24. Мельничук О.Ю., Рянская А.Д. (2017) Особенности вещественного состава aргиллитов кодинской свиты (верхний девон, восток Среднего Урала). Литосфера, 17(3), 71-86.

25. Методы реконструкции палеоклиматов. (1985) (Отв. ред. А.А. Величко). М.: Наука, 197 с.

26. Синицын В.М. (1980) Введение в палеоклиматологию. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Недра, 248 с.

27. Страхов Н.М. (1960а) Основы теории литогенеза. Т. 1. Типы литогенеза и их размещение на поверхности Земли. М.: АН СССР, 212 с.

28. Страхов Н.М. (1960б) Основы теории литогенеза. Т. 2. Закономерности состава и размещения гумидных отложений. М.: АН СССР, 574 с.

29. Страхов Н.М. (1962) Основы теории литогенеза. Т. 3. Закономерности состава и размещения аридных отложений. М.: АН СССР, 550 с.

30. Хромов С.П., Петросянц М.А. (2006) Метеорология и климатология. 7-е изд. М.: МГУ; Наука, 582 с.

31. Чумаков Н.М. (2004) Общий обзор позднемезозойского климата и событий. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. (Гл. ред. Ю.Г. Леонов). М.: Наука, 44-51.

32. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2000) Основы литохимии. СПб.: Наука, 479 с.

33. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 с.

34. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. (2018) Геохимия титана. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 432 с.

35. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. (2020) Геохимия фосфора. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 512 с.

36. Янин Б.Т. (2009) Палеобиогеография. М.: Академия, 256 с. Япаскурт О.В. (2008) Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо- и рудообразования. М.: Эслан, 356 с.

37. Ясаманов Н.А. (1985) Древние климаты Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 294 с.

38. Algeo T.J., Li C. (2020) Redox classification and calibration of redox thresholds in sedimentary systems. Geochim. Cosmochim. Acta, 287, 8-26. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.01.055

39. Babechuk M.G., Widdowson M., Kamber B.S. (2014) Quantifying chemical weathering intensity and trace element release from two contrasting basalt profiles, Deccan Traps, India. Chem. Geol., 363, 56-75. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.10.027

40. Boucot A.J., Shen X., Scotese C.R., Morley R.J. (2013) Phanerozoic Paleoclimate: An Atlas of Lithologic Indicators of Climate. SEPM Concepts in Sedimentology and Paleontology, 11, 30. https://doi.org/10.2110/sepmcsp.11

41. Bracciali L., Marroni M., Pandolfi L., Rocchi S. (2007) Geochemistry and petrography of Western Tethys Cretaceous sedimentary covers (Corsica and Northern Apennines): From source areas to configuration of margins. Sedimentary Provenance and Petrogenesis: Perspectives from Petrography and Geochemistry. Geol. Soc. Amer. Spec. Pap., 420, 73-93. https://doi.org/10.1130/2006.2420(06)

42. Bradley R.S. (2015) Paleoclimatology. Reconstructing climates of the quaternary. 3rd ed. Oxford, Elsevier, Academic Press, 675 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-18310-1

43. Cho T., Ohta T. (2022) A robust chemical weathering index for sediments containing authigenic and biogenic materials. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 608, 111288. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.111288

44. Condie K.C. (1993) Chemical composition and evolution of the upper continental crust: Contrasting results from surface samples and shales. Chem. Geol., 104(1-4), 1-37. https://doi.org/10.1016/0009-2541(93)90140-E

45. Condie K.C., Wronkiewicz D.J. (1990) The Cr/Th ratio in Precambrian pelites from the Kaapvaal craton as an index of craton evolution. Earth Planet. Sci. Lett., 97(3-4), 256-267. https://doi.org/10.1016/0012-821X(90)90046-Z

46. Deng K., Yang S., Guo Y. (2022) A global temperature control of silicate weathering intensity. Nat. Commun., 13(1), 1781. http://doi.org/10.1038/s41467-022-29415-0

47. Duzgoren-Aydin N.S., Aydin A., Malpas J. (2002) Re-assessment of chemical weathering indices: case study on pyroclastic rocks of Hong Kong. Eng. Geol., 63(1-2), 99-119. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(01)00073-4

48. Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. (1995) Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. Geology, 23(10), 921-924. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1995)023<0921:UTEOPM>2.3.CO;2

49. Flohn H. (1950) Neue Anschauungen über die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre und ihre klimatische Bedeutung. Erdkunde, (4), 141-162.

50. Floyd P.A., Leveridge B.E. (1987) Tectonic Environment of the Devonian Gramscatho Basin South Cornwall: Framework Mode and Geochemical Evidence from Turbiditic Sandstones. J. Geol. Soc. London, 144, 531-542. http://doi.org/10.1144/gsjgs.144.4.0531

51. Geiger R. (1954) Klassifikation der Klimate nach W. Köppen. Landolt-Börnstein – Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik, alte Serie V. 3. Berlin: Springer, 603-607.

52. Gillet N.P., Kirchmeier-Young M., Ribes A., Shiogama H., Hegerl G.C., Knutti R., Gastineau G., John J.G., Li L., Nazarenko L., Rosenbloom N., Seland Ø., Wu T., Yukimoto S., Ziehn T. (2021) Constraining human contributions to observed warming since the pre-industrial period. Nat. Clim. Chang., 11, 207-212. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00965-9

53. Goessling H.F., Rackow T., Jung T. (2024) Recent global temperature surge intensified by record-low planetary albedo. Science, 387(6729), 68-73. https://doi.org/10.1126/science.adq7280

54. Gwizd S., Fedo C., Grotzinger J., Banham S., Rivera-Hernández F., Stack K.M., Siebach K., Thorpe M., O’Connell-Cooper C., Stein N., Edgar L., Gupta S., Rubin D., Sumner D., Vasavada A.R. (2022) Sedimentological and geochemical perspectives on a marginal lake environment recorded in the Hartmann’s Valley and Karasburg members of the Murray formation, Gale crater, Mars. J. Geophys. Res. Planets, 127(8), e2022JE007280. https://doi.org/10.1029/2022JE007280

55. Köppen W. (1884) Die Wärmezonen der Erde, nach der Dauer der heissen, gemässigten und kalten Zeit und nach der Wirkung der Wärme auf die organische Welt betrachtet (The thermal zones of the earth according to the duration of hot, moderate and cold periods and to the impact of heat on the organic world). Meteorol., 1, 215-226 (translated and ed. by E. Volken, S. Brönnimann (2011) Meteorol., 20(3), 351-360). https://doi.org/10.1127/0941-2948/2011/105

56. Köppen W. (1923) Die Klimate der Erde: Grundriss der Klimakunde. Berlin, Leipzig: De Gruyter, 369 p. https://doi.org/10.1515/9783111491530

57. Kupfer E. (1954) Entwurf einer Klimakarte auf genetischer Grundlage. Zeitschr. Erdkundeunterr, (6), 5-13. Kuzmenkova О.F., Laptsevich А.G., Streltsova G.D., Мinenkova Т.M. (2018) Riphean and Vendian of the conjugation zone of the Orshanskya Depth and the Zlobin Saddle (Bykhovskaya parametric borehole). Проблемы геологии Беларуси и смежных территорий. Мат-лы междунар. науч. конф., посвящ. 100-лет. со дня рождения академика НАН Беларуси А.С. Махнача. (Ред. А.А. Махнач). Минск: СтройМедиаПроект, 101-105.

58. Li Z.-X., Liu Y., Ernst R. (2023) A dynamic 2000–540 Ma Earth history: From cratonic amalgamation to the age of supercontinent cycle. Earth Sci. Rev., 238, 104336. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104336

59. Lipp A.G., Shorttle O., Syvret F., Roberts G.G. (2020) Major Element Composition of Sediments in Terms of Weathering and Provenance: Implications for Crustal Recycling. Geochem. Geophys. Geosyst., 21(6), e2019GC008758. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18258-2

60. McLennan S.M. (1993) Weathering and Global Denudation. J. Geol., 101(2), 295-303. https://doi.org/10.1086/648222

61. McLennan S.M., Hemming S., McDaniel D.K., Hanson G.N. (1993) Geochemical Approaches to Sedimentation, Provenance and Tectonics. Processes Controlling the Composition of Clastic Sediments. Geol. Soc. Amer. Spec. Pap., 285, 21-40. http://doi.org/10.1130/SPE284-p21

62. Meunier A. (1980) Les mécanismes de l’altération des granites et le rôle des microsystèmes: étude des arènes du massif granitique de Parthenay (Deux-Sèvres). Memoir. Soc. Géol. France, 140, 1-80.

63. Meunier A., Caner L., Hubert F., El Albani A., Pret D. (2013) The weathering intensity scale (WIS): An alternative approach of the Chemical Index of Alteration (CIA). Amer. J. Sci., 313(2), 113-143. https://doi.org/10.2475/02.2013.03

64. Molén M.O. (2024) Geochemical proxies: Paleoclimate or paleoenvironment? Geosyst. Geoenviron., 3, 100238. https://doi.org/10.1016/j.geogeo.2023.100238

65. Neef E. (1956) Die Erde Klimazonen. Wandkarte 1 : 15 000 000. Gotha, 7 p.

66. Nesbitt H.W., Young G.M. (1982) Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 299(5885), 715-717. https://doi.org/10.1038/299715a0

67. Nesbitt H.W., Young G.M. (1984) Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochim. Cosmochim. Acta, 48(7), 1523-1534. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90408-3

68. Nesbitt H.W., Fedo C.M., Young G.M. (1997) Quartz and Feldspar Stability, Steady and Non Steady State Weathering, and Petrogenesis of Siliciclastic Sands and Muds. J. Geol., 105(2), 173-192. https://doi.org/10.1086/515908

69. Paleoclimatology. (2021) (Ed. by G. Ramstein, A. Landais, N. Bouttes, P. Sepulchre, A. Govin). Cham: Springer, 485 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-24982-3

70. Panahi A., Young G.M., Rainbird R.H. (2000) Behavior of major and trace elements (including REE) during Paleoproterozoic pedogenesis and diagenetic alteration of an Archean granite near Ville Marie, Québec, Canada. Geochim. Cosmochim. Acta, 64(13), 2199-2220. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00420-2

71. Parker A. (1970) An Index of Weathering for Silicate Rocks. Geol. Mag., 107(6), 501-504. https://doi.org/10.1017/S0016756800058581

72. Paszkowski M., Budzyn B., Mazur S., Sláma J., Shumlyanskyy L., Srodon J., Dhuime B., Kedzior A., Liivamägi S., Pisarzowska A. (2019) Detrital zircon U–Pb and Hf constraints on provenance and timing of deposition of the Mesoproterozoic to Cambrian sedimentary cover of the East European Craton, Belarus. Precambrian Res., 331, 105352. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.105352

73. Peel М.С., Finlayson B.L., McMahon T.A. (2007) Updated world map of the Koppen–Geiger climate classification. Hydrol. Earth Syst. Sci., 11(5), 1633-1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007

74. Plant Functional Types: Their Relevance to Ecosystem Properties and Global. (1997) (Ed. by T.M. Smith, H.H. Shugart, F.I. Woodward). Cambridge: Cambridge University Press, 369 p.

75. Rudnick R.L., Gao S. (2014) Composition of the continental crust. Treatise on Geochemistry. (Ed. by H.D. Holland, K.K. Turekian). 2nd ed. Oxford: Elsevier, 1-51. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6

76. Spicer R.A., Yang J., Spicer T.E.V., Farnsworth A. (2021) Woody dicot leaf traits as a palaeoclimate proxy: 100 years of development and application. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 562, 110138. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.110138

77. Tabor N.J., Myers T.S. (2015) Paleosols as Indicators of Paleoenvironment and Paleoclimate. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 43, 333-361. https://doi.org/10.1146/annurevearth-060614-105355

78. van de Kamp P.C. (2016) Potassium distribution and metasomatism in pelites and schists: how and when, relation to postdepositional events. J. Sediment. Res., 86(6), 683-711. https://doi.org/10.2110/jsr.2016.44

79. White A.F., Blum A.E., Schultz M.S., Huntington T.G., Peters N.E., Stonestrom D. (2002) Chemical weathering of the Panola Granite: Solute and regolith elemental fluxes and the weathering rate of biotite. Water-Rock Interactions, Ore deposits and Environmental geochemistry: A tribute to David Crerar: Geol. Soc. Spec. Publ., (7), 37-59.

80. Young G.M., Williams G.E. (2020) Proterozoic Climates. Encyclopedia of Geology. 2nd ed. V. 5. Climates. (Ed. by S. Elias, D. Alderton). Amsterdam: Elsevier, 557-570. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12540-0

81. Yu C., Zhang L., Hou M., Yang J., Zhong H., Wang C. (2023) Climate paleogeography knowledge graph and deep time paleoclimate classifications. Geosci. Front., 14, 101450. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101450

82. Zhang L., Wang C., Li X., Cao K., Song Y., Hu B., Lu D., Wang Q., Du X., Cao S. (2016) A new paleoclimate classification for deep time. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 443, 98-106. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2015.11.041