Четвертичный период, охватывающий последние 2,6 миллиона лет истории Земли, характеризуется динамичными и часто контрастными геохимическими процессами, вызванными чередованием оледенений и межледниковий, интенсивной деятельностью эрозионных и седиментационных систем, а также антропогенным воздействием. Этот временной интервал ознаменован глубокой перестройкой круговорота веществ в литосфере, гидросфере и атмосфере, что делает его ключевым этапом для понимания современных геохимических процессов и эволюции природной среды.
Цикличность климатических колебаний в четвертичном периоде определялась изменениями параметров земной орбиты (циклы Миланковича), что вызывало чередование ледниковых и межледниковых эпох. Эти климатические ритмы сопровождались крупномасштабными изменениями в геохимическом обмене между геосферами.
В ледниковые периоды происходило резкое сокращение площади растительности и биомассы, что снижало интенсивность биогенных потоков углерода и азота. Углерод фиксировался в биогенных отложениях и карбонатных породах, а атмосферная концентрация CO₂ снижалась до 180–200 ppm. Рост ледяных щитов приводил к изоляции обширных территорий от выветривания, что уменьшало поступление растворённых ионов в океаны.
В межледниковья, напротив, активизация выветривания и биогенных процессов способствовала увеличению содержания углекислого газа до 280–300 ppm, усилению круговорота элементов и росту биопродуктивности океанов. Поступление растворённого кремния, кальция и фосфора в океан способствовало интенсификации осадконакопления и формированию новых геохимических барьеров.
Осадочные процессы четвертичного периода отражают тесное взаимодействие тектонических, климатических и биогенных факторов. Масштабные переотложения пород в результате ледникового перемещения и эрозии изменили структуру и состав поверхностных геохимических систем.
Гляциогенные отложения отличаются высоким содержанием терригенного материала и механически измельчённых минералов. В них преобладают кремний, алюминий, железо и титан, характерные для устойчивых к выветриванию минералов — кварца, полевых шпатов и ильменита.
Флювиогенные и озёрные осадки в межледниковья формировались в условиях активного химического выветривания. В них наблюдается рост доли растворимых элементов — кальция, магния, натрия, калия. Одновременно возрастает содержание органического вещества и гумусовых соединений, связывающих микроэлементы (Cu, Zn, Pb, Mn).
В морских бассейнах четко фиксируются изменения изотопных систем — δ¹³C, δ¹⁸O, δ³⁴S, отражающих колебания температуры, солёности и продуктивности океана. Особенно информативны донные осадки Атлантики и Тихого океана, где изотопные вариации кислорода в раковинах фораминифер служат индикатором объёма ледяных щитов.
Эпохи дегляциации сопровождались мощными потоками талых вод, обогащённых ионами кальция, магния и кремния, поступавших в океаны. Быстрое таяние льда вызывало рост уровня моря и интенсификацию гидротермальной активности на шельфах, где происходило формирование новых геохимических барьеров — зон осаждения железо-марганцевых и фосфатных минералов.
При дегляциации происходило активное высвобождение метана из вечной мерзлоты и гидратов, что приводило к кратковременным, но значительным изменениям парникового баланса атмосферы. Эти процессы оказывали выраженное влияние на глобальный цикл углерода, приводя к положительным обратным связям между температурой и концентрацией парниковых газов.
Развитие флоры и фауны в межледниковьях стимулировало биогеохимическое перераспределение элементов. Важнейшую роль играл почвенный покров, активно аккумулировавший углерод и питательные элементы. Формирование гумусовых горизонтов способствовало фиксации тяжелых металлов и редких элементов в органо-минеральных комплексах.
Фитоценозы способствовали интенсивному выносу элементов выветривания в гидросферу. При этом фосфор, азот и кремний вовлекались в биогенные циклы, определяя продуктивность экосистем. Погребение органического вещества в болотах, озёрах и торфяниках формировало геохимические аномалии, характерные для четвертичной эпохи.
Последние десятки тысяч лет характеризуются усилением влияния человека на геохимические процессы. С освоением металлов, сельского хозяйства и промышленности началось ускоренное перераспределение химических элементов в биосфере.
Сжигание ископаемого топлива, металлургическое производство и добыча полезных ископаемых привели к резкому увеличению потоков углерода, серы, азота и тяжёлых металлов. Повышение концентраций CO₂, CH₄ и N₂O в атмосфере стало одним из определяющих факторов современных климатических и геохимических изменений.
Антропогенные аэрозоли и техногенные отложения формируют новые геохимические горизонты, идентифицируемые как антропогенные маркеры в стратиграфических разрезах. Эти слои фиксируют переход от естественных процессов четвертичной геохимической эволюции к антропоцену — эпохе господства человеческой деятельности.
Изотопные системы кислорода, углерода, стронция и свинца являются важнейшими инструментами для изучения геохимической эволюции четвертичного периода.
Анализ этих систем позволил установить детальную хронику климатических и геохимических изменений, а также оценить скорость перераспределения элементов в земной коре и гидросфере.
В позднем плейстоцене и голоцене усилилась динамика обмена веществ между геосферами. Сочетание климатических колебаний и антропогенного воздействия привело к формированию сложных геохимических систем с нелинейными обратными связями.
Рост содержания углерода в атмосфере, усиление выветривания, изменение химического состава рек и океанов — всё это свидетельствует о переходе геохимических процессов в новое состояние, в котором естественные ритмы дополняются техногенными факторами.
Эти преобразования четвертичного периода стали основой современной геохимической структуры Земли, определяющей химический облик планеты и её дальнейшую эволюцию.