Тефрохронология — это геохронологическая техника, которая использует дискретные слои тефры — вулканического пепла от одного извержения — для создания хронологической структуры, в которую можно поместить палеоэкологические или археологические записи. Такое установленное событие обеспечивает «горизонт тефры». Предпосылка техники заключается в том, что каждое вулканическое событие производит пепел с уникальным химическим «отпечатком», который позволяет идентифицировать отложение по всей области, затронутой выпадением осадков. Таким образом, как только вулканическое событие было независимо датировано, горизонт тефры будет действовать как временной маркер. Это вариант базовой геологической техники стратиграфии .
Главные преимущества метода заключаются в том, что слои вулканического пепла можно относительно легко идентифицировать во многих отложениях, а слои тефры отлагаются относительно мгновенно на большой пространственной площади. Это означает, что они обеспечивают точные временные маркерные слои, которые можно использовать для проверки или подтверждения других методов датирования, связывая последовательности, далеко разделенные местоположением, в единую хронологию, которая коррелирует климатические последовательности и события. Это приводит к « возрастному эквивалентному датированию ». [1]
Эффективная тефрохронология требует точной геохимической дактилоскопии (обычно с помощью электронного микрозонда ). [2] Важным недавним достижением является использование LA-ICP-MS (т. е. лазерной абляции ICP-MS ) для измерения содержания микроэлементов в отдельных осколках тефры. [3] Одной из проблем тефрохронологии является то, что химия тефры может меняться с течением времени, по крайней мере, для базальтовой тефры. [4] Некоторые горизонты тефры и использование методов, направленных на циркон, более полезны, чем другие, для связывания слоев на больших территориях и определения деталей извержения. [5] Например, часто очень взрывной характер риолитических извержений приведет к более широкому распространению, более высокое содержание калия в риолите позволяет более точно определять время, а местоположение месторождения будет влиять на его потенциал для химического изменения после отложения. [5] Методы анализа циркона, применяемые к тефре и другим образцам из того же извержения, могут позволить лучше понять источники магмы, время пребывания магмы и геохимические условия образования магмы, датируя не только само извержение, но и время, когда магма впервые образовалась отдельно или включила в себя другие породы. [5]
Термин «тефрохронология», по-видимому, был использован Сигурдуром Тораринссоном еще в 1944 году. [6] Ключевым моментом в создании этой научной области изучения, которая впоследствии стала уникальным геонаучным методом, стал 1961 год, когда предложение, поддержанное им во главе с японскими исследователями, включая профессора Кунио Кобаяши, привело к созданию международной научной группы. Этому предшествовала большая работа, но она была ограничена методами, доступными в то время в геологии. Это привело к тому, что образования тефры не были связаны и неточные временные данные, которые не могли быть связаны с событиями, скажем, со следами по всему миру.
То, что сейчас известно как исследования криптотефры, проводилось на образцах морского дна в 1940-х годах, но Кристер Перссон из Скандинавии был первым, кто опубликовал статьи в этой области в 1960-х годах. [6] Эндрю Дагмор в 1989 году был первым, кто использовал современную систематическую методологию. [6] С тех пор исследователи нацелились на стратиграфические архивы торфа , озерных отложений, ледяных кернов, морских отложений, лесса , полов пещер и скальных укрытий или сталагмитов , а также современных отложений извержений. [6]
Ранние горизонты тефры были идентифицированы с тефрой Саксунарватн (исландского происхождения, ок. 10,2 кал. к. н. э.), образующей горизонт в позднем пребореале Северной Европы, пеплом Ведде (также исландского происхождения, ок. 12,0 кал. к. н. э.) и тефрой Лаахер-Зее (в вулканическом поле Эйфель , ок. 12,9 кал. к. н. э.). Основные вулканы, которые использовались в тефрохронологических исследованиях, включают Везувий , Геклу и Санторини . Незначительные вулканические события также могут оставить свой отпечаток в геологической летописи: вулкан Хейс ответственен за серию из шести основных слоев тефры в районе залива Кука на Аляске. Горизонты тефры обеспечивают синхронную проверку, с которой можно сопоставлять палеоклиматические реконструкции, полученные из наземных данных, таких как исследования ископаемой пыльцы ( палинология ), из слоев в озерных отложениях или из морских отложений и данных ледяных кернов , а также расширять пределы датирования по углероду-14 .
Пионером в использовании слоев тефры в качестве маркерных горизонтов для установления хронологии был Сигурдур Тораринссон , который начал с изучения слоев, которые он нашел в своей родной Исландии. [7] С конца 1990-х годов методы, разработанные Крисом С. М. Терни ( QUB , Белфаст; сейчас Университет Эксетера ) и другими для извлечения горизонтов тефры, невидимых невооруженным глазом («криптотефра») [8], произвели революцию в применении тефрохронологии. Этот метод основан на разнице между удельным весом осколков микротефры и вмещающей осадочной матрицей. Он привел к первому открытию пепла Ведде на материковой части Великобритании, в Швеции, в Нидерландах , в швейцарском озере Соппензее и в двух местах на Карельском перешейке Балтийской России.
Также были обнаружены ранее не обнаруженные слои пепла, такие как тефра Борробол, впервые обнаруженная в северной Шотландии и датируемая примерно 14,4 тыс. кал. лет назад [8], горизонты микротефры с эквивалентной геохимией из южной Швеции , датируемые 13 900 лет варвы Кариако [9] и из северо-западной Шотландии, датируемые 13,6 тыс. кал. лет назад [10] .
С 2010 года байесовское моделирование возраста, построенное на постоянно совершенствующихся калибровочных кривых 14C и других данных, связанных с возрастом, таких как двойное датирование циркона, продолжает лучше определять тефрохронологию. [6]