Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Корреляция палеоокеанологических событий между низкими и высокими широтами Тихого океана в течение последних ледниково-межледниковых циклов

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Корреляция палеоокеанологических событий между низкими и высокими широтами Тихого океана в течение последних ледниково-межледниковых циклов"

На правах рукописи

Ъсаг

ОВСЕПЯН Екатерина Анатольевна

КОРРЕЛЯЦИЯ ПАЛЕООКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ СОБЫТИИ МЕЖДУ НИЗКИМИ И ВЫСОКИМИ ШИРОТАМИ ТИХОГО ОКЕАНА В ТЕЧЕНИЕ ПОСЛЕДНИХ ЛЕДНИКОВО-МЕЖЛЕДНИКОВЫХ ЦИКЛОВ

Специальность 25.00.28 - Океанология

19 ФЕЗ 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 2015

005559184

005559184

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук

Научный руководитель:

Иванова Елена Владимировна, доктор геолого-минералогических наук Официальные оппоненты:

Пушкарь Владимир Степанович, доктор географических наук, доцент, заведующий Лабораторией палеоэкологии кайнозоя Федерального государственного бюджетного учреждения науки Дальневосточного геологического института Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток

Алексеев Александр Сергеевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры палеонтологии геологического факультета Федерального государственного образовательного учреждения высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова", г. Москва

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт РАН, г. Москва

Защита состоится "12" марта 2015 г. в 14.00 на заседании Диссертационного совета Д 002.239.03 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук по адресу: 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36, Большой конференц-зал. Электронный адрес: tkhusid@mail.ru, факс (499) 124-59-83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36

Автореферат разослан "9" февраля 2015 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.239.03

кандидат биол. наук

Т.А. Хусид

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Выявление и изучение механизмов удаленной передачи климатических сигналов путем корреляции палеоокеанологических событий является одним из главных направлений современной палеоокеанологии. В течение последних десятилетий высокоразрешающие палеоокеанологические исследования интенсивно проводятся во многих районах Тихого океана. Тысячелетняя изменчивость различных палеоокеанологических индикаторов выявлена в колонках донных осадков из восточной части экваториально-тропической области (Loubere, 1999, Beaufort et al., 2001; Lea et al., 2002; Martínez et al., 2006; Leduc et al., 2007, Иванова, 2006, Pichevin et al., 2009; Calvo et al., 2011; Ivanova et al., 2012), с материкового склона Калифорнии (Cannariato, Kennett, 1999; Cannariato et al., 1999; Keigwin, 2002; Hendy, Pedersen, 2005; Dean et al, 2006; Мурдмаа и др., 2010; Cartapanis et al., 2011), из северной части Тихого океана (Jaccard et al., 2005; Gebhardt et al., 2008; Herguera et al., 2010; Okazaki et al., 2010), Берингова (Хусид и др. 2006; Gorbarenko et al., 2005, 2010; Okazaki et al., 2005a; Brunelle et al., 2007, 2010; Kim et al., 2011; Max et al., 2012) и Охотского (Nürnberg, Tiedemann, 2004; Бараш и др., 2008; Горбаренко и др., 2008; Матуль, 2009; Хусид и др., 2009; Бубенщикова и др., 2010; Gorbarenko et al., 2014) окраинных морей. Установленные климатические колебания контролируются, в первую очередь, изменчивостью астрономических параметров (прецессией, углом наклона земной оси, эксцентриситетом), а также океанской циркуляцией и взаимодействием океана с атмосферой, которые играют важнейшую роль в преобразовании, усилении и передаче климатических сигналов (Beaufort et al., 2001; Иванова, 2006).

В Тихом океане удаленная передача климатических сигналов между высокими и низкими широтами осуществляется промежуточными водными массами, образующимися в результате конвекции в субполярных регионах обоих полушарий, и придонной водой, формирующейся на отдельных участках континентального склона Антарктиды. Осадки в колонках, поднятых с промежуточных глубин, представляют наибольший интерес, т.к. их изучение позволяет проследить передачу сигналов из высоких широт как Северного, так и Южного полушарий. Выбранные для диссертационного исследования колонки из западной части Берингова моря и восточной экваториально-тропической области Тихого океана (ВЭТ) удовлетворяют этому условию и в полной мере подходят для решения такой задачи.

Актуальной проблемой современных исследований также является изучение эффективности биологического насоса, т.е. способности биоты компенсировать выделение С02 в атмосферу его поглощением фитопланктоном в процессе фотосинтеза (Кобленц-Мишке, Ведерников, 1977; Pichevin et al., 2009; Calvo et al., 2011), в зонах активного тепло- и газообмена между океаном и атмосферой, какими являются

субарктическая и восточная экваториально-тропическая области Тихого океана. Палеореконструкции вариаций биопродуктивности поверхностных вод и потоков органического вещества на дно вносят вклад в понимание этого вопроса.

В западной части Берингова моря до конца не решены вопросы о характере, длительности и площади распространения ледового покрова, а также об источнике Северотихоокеанских промежуточных вод в течение ледниково-межледниковых циклов.

Большинство современных исследований колонок донных осадков из Тихого океана сосредоточено на изучении палеоокеанологических событий в пределах последнего климатического или ледниково-межледникового цикла. Вскрытые изученными колонками временные интервалы позволяют проанализировать и сравнить между собой вариации климатических изменений в пределах двух последних ледниково-межледниковых циклов.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - реконструкция и корреляция палеоокеанологических условий в субарктической и восточной экваториально-тропической областях Тихого океана с выявлением отражающих передачу климатических сигналов синхронных событий в средне-позднечетвертичное время. При этом под корреляцией понимается сопоставление одновозрастных палеоокеанологических и палеоклиматических событий масштабов сотен и тысяч лег в разных разрезах и регионах.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Провести количественные анализы комплексов бентосных фораминифер (БФ) в колонках донных осадков из западной части Берингова моря и ВЭТ.

2. Реконструировать изменения палеоокеанологических условий (биопродуктивности поверхностных вод, содержания кислорода на промежуточных глубинах, ледовых условий) в западной части Берингова моря для последних 180 тыс. лет по комплексам БФ из колонки S0201-2-85KLc хребта Ширшова.

3. Сопоставить полученные результаты с другими данными по колонке S0201-2-85K.L и результатами, опубликованными для северо-западной части Тихого океана (СЗТ), включая Берингово, Охотское и Японское моря.

4. Разработать методику сопоставления изменений биопродуктивности по относительным колебаниям независимых индикаторов в СЗТ и прилегающих окраинных морях.

5. Восстановить изменения параметров среды (интенсивности и сезонности поступления органического вещества (ОВ) на дно, изменений содержания кислорода в придонных водах на промежуточных глубинах и агрессивности придонных вод по отношению к карбонатным микрофоссилиям) в ВЭТ для трех последних климатических циклов по комплексам БФ из колонки MD02-2529 с хребта Кокос.

6. Сравнить полученные результаты с имеющимися опубликованными данными по колонке MD02-2529 и другим колонкам из ВЭТ.

7. Выявить синхронные палеоокеанологические события в обоих регионах и установить определяющую роль высоких широт Северного или Южного полушария в формировании этих сигналов.

Научная новнзна. В данной работе впервые по комплексам БФ проведены высокоразрешающие реконструкции изменений поступления ОВ на дно в ВЭТ, севернее экватора, для последних 260 тыс. лет. В западной части Берингова моря восстановлены вариации биопродуктивности поверхностных вод и содержания кислорода в придонных водах на промежуточных глубинах для последних 180 тыс. лет. В ВЭТ изменения палеоокеанологических условий прослежены в пределах трех, а в западной части Берингова моря — двух последних ледниково-межледниковых циклов. В ВЭТ автором выявлена последовательная смена условий поступления ОВ на дно от сезонно контрастных через умеренно контрастные до относительно постоянных в течение года, которая повторяется каждые —40 тыс. лет в пределах трех последних ледниково-межледниковых циклов. Эта последовательность не была установлена ранее ни по одному из палеоокеанологических параметров. Впервые показано, что между 0 и 260 т.л.н. интервалы наиболее ярко выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно в ВЭТ коррелируют с интервалами максимальных значений угла наклона Земной оси к перпендикуляру к плоскости эклиптики.

В западной части Берингова моря установленная в настоящей работе серия кратковременных повышений биопродуктивности поверхностных вод в середине ИКС 6 не была прежде зафиксирована в данном возрастном интервале в пределах СЗТ, включая окраинные моря. Выявлено, что раннее повышение биопродуктивности поверхностных вод в западной части Берингова моря в начале терминации I опережало таковое, выявленное в других частях Берингова и Охотского морей. В этом же районе автором впервые зафиксировано интенсивное растворение карбонатных микрофоссилий в интервалах, когда Берингов пролив открывался в результате пляциоэвстатического подъема уровня океана. Кроме того, замечено, что в интервалах изоляции Берингова моря от Северного Ледовитого океана уменьшение содержания на дне лабильного ОВ в осадках на хребте Ширшова, реконструированное по индикаторным видам БФ, происходило в условиях увеличения сезонного контраста инсоляции на 57° с.ш. и понижения глобального уровня Мирового океана. Доля свежего ОВ в осадках на хребте Ширшова повышалась при ослаблении сезонного контраста инсоляции на 57° с.ш. и подъеме уровня океана Автором впервые показано, что выявленная недавно зависимость современных ледовых условий от интенсивности Восточно-Азиатского муссона (Li, Wang, 2013) четко прослеживается в течение последних 70 тыс. лет. В настоящей работе

впервые установлено, что одновременное усиление растворения карбонатных микрофоссилий в ИКС 5.4-5.1 и в начале терминации I в обоих изученных регионах связано с удаленной передачей климатического сигнала из Южного океана посредством океанской циркуляции. Синхронные колебания содержания кислорода на промежуточных глубинах в обоих регионах в начале предпоследнего оледенения, скорее всего, связаны с экспансией Северотихоокеанской промежуточной водной массы из высоких широт Северного полушария.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты диссертационной работы вносят существенный вклад в понимание особенностей палеогеографических обстановок, существовавших в ВЭТ и СЗТ в течение последних ледниково-межледниковых циклов. Поиск объяснения впервые выявленной повторяющейся смены условий сильно выраженного сезонного контраста условиями умеренного и, затем, слабо выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно задает новое направление в палеоокеанологических исследованиях ВЭТ. Гипотезы, объясняющие впервые выявленные пики биопродуктивности поверхностных вод в середине предпоследнего оледенения и в самом начале терминации I, интенсивное растворение карбонатных микрофоссилий в условиях открытого Берингова пролива и зависимость состава комплексов БФ от гляциоэвстатических колебаний уровня моря в интервалах изоляции Берингова моря от Северного Ледовитого океана, расширяют представления о палеогеографических обстановках в районе хребта Ширшова и в дальнейшем могут быть проверены на материале из других частей бассейна Выявленная в данной работе корреляция палеоокеанологических событий в изученных регионах дополняет имеющиеся сведения о распространении климатических сигналов, генерирующихся на низких и высоких широтах Северного и Южного полушарий, в течение двух последних климатических циклов.

Разработанная в рамках настоящего исследования методика сопоставления изменений биопродуктивности поверхностных вод по относительным колебаниям независимых палеоиндикаторов в дальнейшем может применяться для оценки вариаций других палеоокеанологических условий. Составленные автором коллекции массовых и экологически значимых видов БФ для западной части Берингова моря и ВЭТ могут использоваться при определении видового состава в других колонках из этих регионов. Выявленные особенности распределения отдельных видов БФ с высоким разрешением по изученным колонкам могут служить основой для изучения среднеплейстоцен-голоценовых осадков субарктической и восточной экваториально-тропической областей Тихого океана. Закономерности смены палеоокеанологических условий, установленные в работе, могут оказаться полезными при прогнозировании будущих климатических изменений.

Фактический материал. В рамках диссертационной работы изучены 2 колонки донных осадков и короткий разрез, полученный мультикорером. Колонка S0201-2-85KL длиной 18 м и разрез S0201-2-79MUC длиной 12 см получены в рейсе 201-2 НИС «Sonne» из западной части Берингова моря в 2009 г. в рамках российско-германского проекта KALMAR (Kurile-Kamchatka and ALeutian MARginal Sea-Island Arc Systems: Geodynamic and Climate Interaction in Space and Time). Для изучения комплексов БФ автору было предоставлено 360 образцов донных осадков из колонки S0201-2-85KL, и 12 проб из разреза S0201-2-79MUC. Вторая колонка MD02-2529 длиной 36 м поднята с хребта Кокос из ВЭТ в 2002 г. в международной экспедиции НИС «Marion Dufresne» по программе IMAGES (The International Marine Past Global Change Study). Сухие фракции в количестве 351 шт. были переданы автору для изучения французскими коллегами.

Защищаемые положения:

1) В западной части Берингова моря вариации численности и видового состава комплексов бентосных фораминифер отражают изменения биопродуктивности поверхностных вод, содержания кислорода в придонных водах, ледовых условий, а также гляциоэвстатические колебания уровня моря в течение двух последних ледниково-межледниковых циклов.

2) На основе разработки и применения оригинальной методики доказана возможность сопоставления изменений биопродуктивности поверхностных вод, выявленных по относительным колебаниям независимых палеоокеанологических индикаторов, в пределах северо-западной части Тихого океана, включая Берингово, Охотское и Японское моря, за последние 25 тыс. лет.

3) В восточной экваториально-тропической области Тихого океана изменчивость комплексов бентосных фораминифер отражает последовательность условий поступления органического вещества на дно от сезонно контрастных через умеренно контрастные до относительно постоянных в течение года, которая повторяется каждые ~40 тыс. лет в течение трех последних климатических циклов.

4) Одновременное усиление растворения карбонатных микрофоссилий в ИКС 5.4-5.1 и увеличение биопродуктивности поверхностных вод в начале терминации I в субарктической и восточной экваториально-тропической областях Тихого океана являются результатом удаленной передачи климатических сигналов из Южного океана посредством океанской циркуляции.

Личный вклад автора. Автором проведено 764 количественных анализа комплексов БФ, 413 из которых сделано в пробах донных осадков из западной части Берингова моря. В колонке из ВЭТ выполнен 351 количественный анализ комплексов БФ. Определен таксономический состав комплексов БФ в каждой пробе из обеих колонок. Во всех имеющихся образцах колонки S0201-2-85KL из западной части Берингова моря

подсчитаны зерна гравия. Статистическая обработка результатов, интерпретация, сопоставления и выводы, изложенные в диссертационной работе, сделаны лично автором.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на российских и международных конференциях: Bioindicators of past and present environments: The Micropaleontological Society's Foraminifera and Nannofossil Groups' Joint Spring Meeting (Tubingen, Germany, 2008); European Geosciences Union General Assembly (Vienna, Austria, 2009); XVIII и XX Международных научных конференциях (Школах) по морской геологии (Москва, 2009, 2011 г.); 11th International Conference on Paleoceanography (Barcelona, Spain, 2013 г.); "PAST Gateways" First International Conference and Workshop (Saint Petersburg, 2013); European Geosciences Union General Assembly (Vienna, Austria, 2014), а также на семинарах Лаборатории геодинамики и палеоокеанологии ИО РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, отражающих основные полученные выводы, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 233 страницах текста и состоит из введения, 7 глав, заключения, списка сокращений, аннотированного списка видов бентосных фораминифер, списка литературы, приложения и фототаблиц. Список литературы включает в себя 382 работы, в том числе 299 зарубежных источников. Настоящее исследование содержит 12 таблиц, 54 рисунка, и 8 фототаблиц.

Благодарности. Автор глубоко благодарна своему научному руководителю и учителю д.г.-м.н. Елене Владимировне Ивановой за полученные знания и приобретенный научный опыт, всестороннюю помощь и постоянное внимательное отношение к процессу работы над диссертацией. За плодотворные дискуссии на всех этапах работы автор искренне признательна профессору, д.г.-м.н. И.О. Мурдмаа. Работа не была бы завершена без знаний и критических замечаний, полученных от А.Г. Матуля, И.Н. Сухановой, Г.И. Баренблатта, С.А. Корсуна, Л.В. Поляка, G. Schmeidl, P. Loubere, G. Leduc, R. Tiedemann, L. Lembke-Jene, L. Max, M.H. Кошлякова, Р.Ю. Тараканова, Е.И. Поляковой, Е.Е. Талденковой, Е.А. Романкевича, Е.Л. Виноградовой, Е.М. Тесаковой. Неоценима помощь Н.В. Бубенщиковой, Т.А. Хусид, Х.М. Саидовой, И.И. Бурмистровой, A. Houlbourn, L. Licari в определении проблемных видов бентосных фораминифер. За помощь в освоении факторного анализа автор признательна Е.С. Кандиано. За предоставление материала автор благодарит французских коллег L. Vidal и L. Beaufort. Отдельное спасибо сотрудникам Лаборатории морских и полярных исследований им. О.Ю. Шмидта, в особенности Н. Kassens, Е.Л. Добротиной, В.Н. Чуруну, за возможность использования аналитических приборов. Автор благодарит своих друзей и коллег по Лаборатории Д.Г. Борисова, Э.А. Сейткалиеву и Г.Н. Алехину за помощь в оформлении диссертации и

моральную поддержку. Огромное спасибо моему супругу Я.С. Овсепяну, сыну Вове и моим родителям за безграничное терпение и постоянную разностороннюю помощь в процессе подготовки диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи исследования, сформулированы защищаемые положения, отражены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, а также приведены данные по апробации работы и личному вкладу автора.

Глава 1. Современные океанологические условия в Тихом океане

В главе 1 дается описание циркуляции водных масс в Тихом океане и современных океанологических условий в пределах восточной экваториально-тропической и субарктической его областей.

Район отбора колонки MD02-2529 располагается вблизи побережья Коста-Рики (рис. 1) между двумя прибрежными апвеллингами, формирующимися под действием сезонных ветров, которые наиболее интенсивны бореальной зимой (Kessler, 2006). Севернее станции MD02-2529 также под действием региональных ветров развивается структура под названием Костариканский купол (Costa Rica Dome). Она представляет собой океанский апвеллинг подповерхностных и промежуточных вод субантарктического происхождения (Spero, Lea, 2002; Spero et al., 2003), в результате которого биогенные элементы поступают в фотический слой. Станция MD02-2529 находится на периферии Костариканского купола, поэтому величины первичной продукции (-160-170 г С/м2/год) здесь выше, чем в тропических олиготрофных регионах (Behrenfeld et al., 2001). Зона кислородного минимума (ЗКМ) хорошо выражена на глубинах 100-1000 м (WOA, 2009; Fiedler, Talley, 2006), т.е. выше точки отбора колонки на хребте Кокос. Воды, омывающие подводное поднятие, обогащены кислородом; его содержание вблизи дна составляет ~2 мл/л (WOА, 2009).

Характерной чертой СЗТ, включая окраинные моря (рис. 2), является постоянный галоклин на глубине 220-320 м (Düllo et al., 2009), который в настоящее время препятствует формированию глубинных и придонных вод и блокирует поступление биогенных элементов в фотический слой из нижележащей океанской толщи.

В Беринговом море над центральной и южной частями хребта Ширшова значения первичной продукции невелики и составляют 50-100 г С/см2*год (Springer et al., 1996). ЗКМ развивается на глубинах 300-900 м, таким образом, точка отбора колонки S0201-2-85KL на хребте Ширшова омывается водами с низким содержанием кислорода (-0.34 мл/л) (Roden, 2000; WOA, 2009).

MV99-GC31"

ТТ013-/2

ODP849B0 а, RC13-1140

13-18

Y71-9-101 Y71.9-Л>1

(ОИПТ

ЮПТ

°Ю.Ш. 150 140 130 120 110 100 90 80 70"З.Д.

Рис. 1. Положение станции MD02-2529 в ВЭТ, циркуляция поверхностных вод (по Tomzcak, Godfrey, 1994; Fiedler, Talley, 2006). Белыми пунктирными линиями показаны концентрации нитратов (umol/L) в поверхностном слое (по Toggweiler et al., 1991). СПТ — Северное пассатное течение, СМПТ - Северное межпассагное противотечение, ЮПТ -Южное пассатное течение, ЮМПТ - Южное межпассатное противотечение, с.ш.

Рис. 2. Положение станций в СЗТ по (Овсепян и др., 2014). Красным кружком показано положение изученной в работе колонки. Поверхностная циркуляция (желтые стрелки) по (Tomzcak, Godfrey, 1994), границы сезонного морского льда (белая пунктирная линия) по (Tomzcak, Godfrey, 1994; Zhang et al., 2010), атмосферная

циркуляция (цветные овалы) по (Zhang et al., 2010). Двойной стрелкой показано направление ветра в зимний сезон.

Ледовый покров в Беринговом море начинает формироваться в ноябре и достигает максимума своего распространения в марте (Zhang et al., 2010). Его площадь связана с вариациями локальной атмосферной циркуляции, которая, в свою очередь, определяется интенсивностью Восточно-Азиатского муссона (Li, Wang, 2013). Интенсивный водообмен через многочисленные проливы в южной части бассейна с Тихим океаном позволяет считать Берингово море полноценной частью последнего. Связь с Северным Ледовитым океаном обеспечивается мелководным (~50 м) Беринговым проливом (Удинцев и др., 1959). В Берингово море впадают три крупные реки: Юкон, Анадырь и Кускоквим, которые поставляют в бассейн значительные объемы пресной воды, а также несут в себе запас растворенных биогенных элементов, органического вещества и терригенного материала.

Глава 2. Палеоокеанологнческая изученность субарктической и восточной экваториально-тропической областей Тихого океана

Климатическая изменчивость в различных частях Земного шара контролируется совокупностью астрономических факторов (эксцентриситета, прецессии и угла наклона Земной оси к перпендикуляру к плоскости эклиптики) и обратными связями внутри климатической системы, которые играют существенную роль в преобразовании, усилении и передаче сигналов. В многочисленных работах по Тихому океану активно приводятся доказательства доминирующей роли Южного океана в генерации палеоокеанологических сигналов, которые посредством океанской циркуляции передаются на север и проявляются в различных частях тихоокеанского сектора Северного полушария (Spero, Lea, 2002; Spero et al., 2003; Иванова, 2006; Martínez et al., 2006; Marchitto et al., 2007; Gebhardt et al., 2008; Ivanova, 2009; Herguera et al., 2010; Jaccard et al., 2010; Okazaki et al., 2010; Dubois et al., 2011; Calvo et al., 2011; Ivanova et al., 2012). Другие данные свидетельствуют о том, что формирующиеся высоких широтах Северного полушария промежуточные воды оказывают влияние на биохимический состав промежуточных вод в ВЭТ в течение некоторых интервалов в пределах последних 150 тыс. лет (Leduc et al., 2010).

Вариации биопродуктивности в пределах последнего ледниково-межледникового

цикла реконструированы по данным колонок из ВЭТ (рис. 1) (Loubere, 1999; 2002;

Beaufort et al., 2001; Bradtmiller et al., 2006; Kienast et al., 2006; Pichevin et al., 2009;

Ivanova et al., 2012). Установлено, что значения первичной продукции, а также

изменчивость комплексов планктонных фораминифер (ПФ) варьируют в фазе с циклом

прецессии в течение последних 140 тыс. лет (Beaufort et al., 2001; Ivanova et al., 2012). В

СЗТ и окраинных морях высокоразрешающие палеоокеанологические реконструкции

11

биопродуктивности поверхностных вод и содержания кислорода вблизи дна проводятся отечественными и зарубежными исследователями (например, Niirnberg, Tiedemann, 2004; Бараш и др., 2005; Gorbarenko et al., 2005, 2010, 2014; Хусид и др., 2005, 2006; Katsuki, Takahashi, 2005; Okazaki et al., 2005a, b; Пушкарь, Черепанова, 2008; Чеховская и др., 2008; Матуль, 2009; Бубенщикова и др., 2010; Caissie et al., 2010; Riethdorf et al., 2013b; Matul et al., in press). Оценки вариаций распространения морского льда в СЗТ в течение климатических циклов отражены в работах (St. John, Krissek, 1999; Lisitzin, 2002; Katsuki, Takahashi, 2005; Max et al., 2012; Левитан и др., 2013; Riethdorf et al., 2013a; Gorbarenko et al., 2014).

Глава 3. Сообщества бентосных фораминнфер открытого океана как инструмент палеоокеанологических реконструкций

В данной главе наряду с краткой историей становления метода восстановления палеоусловий по комплексам БФ подробно рассмотрены сами параметры среды и способы их реконструкций по изменениям основанных на БФ индикаторов (например, Gooday, 2003; Jorissen et al., 2007). К таким параметрам (соответствующие индикаторы указаны в скобках) относятся: (1) интенсивность поступления ОВ на дно (общая численность и скорости аккумуляции (СА) раковин БФ, индексы биоразнообразия, индикаторные виды и переходные функции); (2) качество ОВ по степени разложения (индикаторные виды и отношение инфауны к эпифауне); (3) сезонность поступления ОВ на дно (доля «фитодетритовых» видов и группы индикаторных видов); (4) содержание кислорода в придонных и поровых водах, а также на границе вода-осадок (индикаторные виды, отношение инфауны к эпифауне, доля кислородозависимых групп, индекс Кайхо и индексы биоразнообразия); (5) агрессивность придонных вод по отношению к карбонатным микрофоссилиям (следы коррозии на раковинах БФ, доля устойчивых к растворению видов и отношение ПФ/(ПФ+БФ)); (6) глубина моря (отношение ПФ/(ПФ+БФ)); (7) скорость течения (доля индикаторных видов); (8) ледовые условия (доля индикаторных видов); (9) критическая глубина карбонатонакопления (бескарбонатные осадки). Так как практически все показатели имеют ограничения в применении, надежность палеоокеанологических реконструкций обеспечивается комплексным исследованием с привлечением дополнительных независимых индикаторов.

Глава 4. Материал н методы исследования

Материалом для диссертационного исследования послужили две колонки донных осадков. Одна из них - S0201-2-85KL (57°30.30' с.ш., 170°24.79' в.д., глубина 968 м, длина 18 м) - поднята с хребта Ширшова в 2009 г. в рейсе 201-2 НИС «Sonne» в рамках российско-германского проекта КАЛЬМАР. Вторая - сверхдлинная колонка MD02-2529

(08°12.33' с.ш., 84°07.37" з.д., глубина 1619 м, длина 36 м) - была получена из заполненной осадками впадины на хребте Кокос в 126-м научно-исследовательском рейсе MONA судна «Marion Dufresne» в рамках Международной программы IMAGES. Дополнительно изучен короткий разрез S0201-2-79MUC (56°43.12' с.ш., 170°29.85' в.д., глубина 1150 м, длина 12 см), полученный мультикорером с хребта Ширшова.

Методы изучения колонок MD02-2529 и S0201-2-85KL и осадков мультикорера S0201-2-79MUC. БФ в колонке MD02-2529 изучены в гранулометрической фракции >150 |im с интервалом опробования 4-10 см. Надежными для палеоокеанологических реконструкций считались результаты, полученные при изучении образцов, где число экземпляров БФ превышало 250 шт. (Holbourn et al., 2005). Результаты изучения проб с общим числом раковин БФ 100-250 штук, включались в анализ, но считались недостаточно надежными. Образцы с количеством экземпляров <100 шт. исключались из исследования (Fatela, Taborda, 2002). Во фракциях определялись процентные содержания видов, общее число раковин БФ в 1 г сухого осадка и CA БФ. Для оценки воздействия растворения на сохранность карбонатных микрофоссилий на хребте Кокос рассчитывалась величина ПФ/(ПФ+БФ). Вариации относительного содержания кислорода в придонных и поровых водах поверхностного слоя осадков на промежуточных глубинах реконструировались по содержанию кислородозависимых групп (Kaiho, 1994; Овсепян, Иванова, 2009). С помощью программы PAST (Hammer et al., 2001) вычислялись индексы биоразнообразия Шеннона, выравненное™ Пиелу и доминирования Симпсона. Для выявления основных трендов изменчивости и определения доминирующих комплексов к матрице процентного содержания видов БФ, доля которых в сообществе составляла не менее 2% хотя бы в одной пробе, применялся CABFAC факторный анализ (Imbrie, Kipp, 1971).

В верхних 3 м колонки S0201-2-85KL количественный анализ БФ проводился во фракциях 63-100 и >100 цт для выявления разницы в составе и соотношении видов в зависимости от размера раковин (Овсепян и др., 2013). С целью выделения доминантных комплексов БФ в этом интервале колонки использовался CABFAC факторный анализ данных для видов, содержание которых превышало 2% хотя бы в одной пробе (Imbrie, Kipp, 1971). В нижней части колонки и в пробах осадков, полученных мультикорером S0201-2-79MUC и взятых из каждого сантиметра, БФ изучались в суммарной фракции >63 цт. Надежность результатов количественного анализа БФ определялась в соответствии с критериями, установленными для проб из колонки MD02-2529. В каждой пробе из колонки S0201-2-85KL рассчитывались численность и CA БФ, величина ПФ/(ПФ+БФ), содержание оксидной, субоксидной Б и дизоксидной групп БФ (Овсепян и др., 2013). Для реконструкций ледовых условий визуально оценивалось количество зерен терригеннош и обломков биогенного и вулканогенного материала с точностью до 5% в

каждой пробе, а также подечитывались зерна гравия во фракции >1000 (im (Г мм) (Лисицын, 1951). Затем рассчитывались их число в 1 г сухого осадка и скорости накопления. Для реконструкций ледового покрова также использовалась доля бентосного вида Е. arctica, обитающего в настоящее время в Арктике в условиях скудного поступления ОВ на дно из-за обилия морского льда, препятствующего обширному цветению фитопланктона (Wollenburg, Kuhnt, 2000; Polyak et al., 2013).

Метод сопоставления относительных изменений биопродуктивности по различным палеоокеанологическим индикаторам в СЗТ в течение последних 25 тыс. лет. Для анализа отобраны опубликованные данные по 30 колонкам из открытой СЗТ и окраинных субарктических морей России (рис. 2, Овсепян и др., 2014). Поскольку для каждой рассмотренной колонки имеются данные по распределению нескольких индикаторов биопродуктивности поверхностных вод, для данного исследования был выбран наиболее надежный. В настоящей работе в порядке уменьшения надежности использовались: процентное содержание индикаторного рода диатомовых водорослей, СА биогенного бария и радиолярий, содержание БФ, СА и содержание общего органического углерода, СА биогенного аморфного кремнезема (опала-A). Шесть хроностратиграфических интервалов были использованы для составления площадных реконструкций: максимум последнего оледенения (МПО, >20 т.л.н.); ранняя дегляциация (РД, 20-17.5 т.л.н.); событие, соответствующее выделенным в гренландском ледовом керне первому событию Хайнриха и раннему дриасу (XI, 17.5-14.8 т.л.н.); интервалы потепления беллинг/аллеред (Б-А, 14.8-12.9 т.л.н.), ранний (РГ, 11.7-9.2 т.л.н.) и поздний (ПГ, 6-1 т.л.н.) голоцен. Интервал 1-0 т.л.н. соответствует современным условиям. Событие позднего дриаса в данном регионе выражено слабо и не рассматривается.

Для оценки изменений биопродуктивности поверхностных вод введены термины «пониженная», «повышенная» или «высокая» относительно современных значений для каждой колонки и разработана методика, позволяющая путем логарифмического преобразования данных математически обозначить границы их применения. Для этого рассчитывался логарифм отношения величины использованного в каждой колонке для каждого возрастного интервала индикатора к его современному значению (т.е. самому верхнему измерению, имеющему возраст не древнее 1 тыс. лет). Рассчитанные для отдельной колонки значения логарифмов делились на максимальную среди всех интервалов величину логарифма, вследствие чего получалось множество чисел, каждое из которых <1. Поскольку нулевое значение логарифма отвечает современному значению продуктивности, отрицательные величины свидетельствуют о пониженной по сравнению с современной продуктивности. Граница между «повышенной» и «высокой» продуктивностью проведена посередине интервала 0-1. Положительные значения от 0 до

0.5 соответствуют повышенной, а от 0.5 до 1 - высокой биопродуктивности относительно современной.

Опробование метода на современном материале (СА органического углерода, рассчитанных для верхнего сантиметра колонки) показало, что в -70% всех рассмотренных случаев расчетные значения совпали с данными карты среднегодовой первичной продукции (Виноградов, 2008), что, по мнению автора, является хорошим результатом при невысокой надежности использованного индикатора (Овсепян и др., 2014). При построении карт для шести временных срезов использовалась средняя величина изменения биопродуктивности для каждого интервала.

Глава 5. Вариации палеоокеанологнческих условий в восточной экваториально-тропической области Тихого океана

В результате проведенных количественных анализов комплексов БФ в образцах колонки MD02-2529 было определено 70 видов массовых и экологически значимых видов. Преобладание в комплексе БФ видов-индикаторов высокой продуктивности, а также доминирование инфауны над эпифауной (Овсепян, Иванова, 2009) свидетельствуют о преимущественно высоком потоке ОВ на хребет Кокос в течение последних 262 тыс. лет. Визуальный анализ кривых процентного содержания доминирующих видов-индикаторов не позволил установить каких-либо закономерностей в их распределении. В связи с этим для выделения комплексов и выявления особенностей их изменчивости в течение трех климатических циклов матрица процентного содержания раковин БФ подверглась статистической обработке.

В результате проведенного CABFAC факторного анализа получены три фактора, которые описывают изменчивость видового состава сообществ в течение последних 262 тыс. лет (рис. 3). Доминирующим видом фактора 1 является вид U. hispida (факторная нагрузка 0.664), обитающий в условиях постоянного в течение года поступления свежего ОВ на дно (Loubere, Fariduddin, 1999). Следовательно, повышенные значения фактора 1 указывают на слабо выраженный сезонный контраст в поступлении ОВ на дно. Фактор 2, характеризующийся высокими положительными нагрузками U. peregrina (0.617) и отрицательными нагрузками U. hispida (-0.628), отражает взаимосвязь между этими двумя таксонами. U. peregrina адаптируется к питанию слегка измененным ОВ (Jannink et al., 1998; Fontanier et al., 2002) и предпочитает условия умеренно выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно с несколькими пиками цветения фитопланктона в течение года (Loubere, Fariduddin, 1999). Таким образом, максимальные значения фактора 2 отражают условия умеренно выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно в течение года Доминирующий вид фактора 3 М. barleeanus (0.629) питается более измененным ОВ, чем U. peregrina (Fontanier et al., 2003). Значит, увеличение значений фактора 3 отражает обилие преобразованного ОВ в осадке за счет усиления сезонного

15

контраста, выражавшегося в сокращении числа эпизодов цветения фитопланктона в фотическом слое в течение года, в интервалах между которыми значительная часть поступившего ОВ могла подвергаться процессу деградации. Таким образом, пики фактора 3 указывают на установление условий ярко выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно с небольшим числом пиков цветения фитопланктона в течение года.

0.8 0.4

' ТД "" ГI/ / » I I V / lit I L

1—1 I > I I и о

0.8

-0-4

а 0.6 о £

§04

0.2

° ' I ' I ' I ' I ' I ' I ' I ' I ' 1 ■ I ' I ' I ' I ' I 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Возраст, т.л.н.

Рис. 3. Распределение индикаторов сезонности поступления ОВ на дно. Вариации угла наклона Земной оси по (Berger, Loutre, 1991). Желтыми полосами выделены интервалы терминаций. Оранжевыми линиями отмечены ~40-тысячелетние циклы последовательной смены условий поступления ОВ на хребет Кокос от сильно- до слабоконтрастных в течение трех последних ледниково-межледниковых циклов.

24.5 -

О

24 S о х

23.5 i со

23 | s

22.5 ?

22 1.2

Высокоамплитудные пики значений фактора 3 совпадают с интервалами увеличения угла наклона Земной оси, приводящего в высоких широтах к усилению сезонного контраста инсоляции. Поскольку на низких широтах климатическая изменчивость контролируется, главным образом, циклом прецессии, а не вариациями угла наклона, установленный факт требует дальнейшего изучения.

Сопоставление трех факторов выявило последовательность в смене выраженности сезонного контраста в поступлении ОВ на хребет Кокос, которая повторяется каждые ~40 тыс. лет в течение последних 262 тыс. лет. Условия сильно выраженного сезонного

контраста поступления ОВ на дно сменяются условиями умеренно выраженного сезонного контраста, которые впоследствии трансформируются в условия постоянно высокого потока ОВ на дно в течение года. В интервале ИКС 8-ИКС 4 длительность каждого из таких циклов составляет —40 тыс. лет (рис. 3). В интервале ИКС 3-2 циклы неочевидны, что, вероятно, связано с наложениями на них более кратковременных сигналов потеплений и похолоданий циклов Дансгарда-Эшгера в Северном полушарии.

Глава 6. Реконструкции палеоокеанологнческих условий в западном части Берннгова моря н прилегающей северо-западной части Тихого океана

Сравнительный количественный анализ комплексов БФ в гранулометрических фракциях 63-100 и >100 цш в верхних 3 м колонки показал, что кратковременные сезонные вспышки продуктивности поверхностных вод, на которые указывает доминирование вида/1, weddellensis (Thomas et al., 1995), фиксируются только во фракции 63-100 (im. Таким образом, наиболее полная палеоокеанологическая информация в данном регионе обеспечивается при изучении суммарной фракции >63 цш (Овсепян и др., 2013).

Преобладание «фитодетритового» вида A. weddellensis и типичного для современных осадков окраинных морей Северного Ледовитого океана вида I. norcrossi, а также доминирование субоксидной Б группы БФ свидетельствуют о низкой биопродуктивности поверхностных вод и умеренном содержании кислорода на промежуточных глубинах в начале и конце ИКС 6 и ИКС 4-2 (рис. 4). На низкую биопродуктивность указывают и низкие содержания органического углерода, биогенного опала-A и карбоната кальция (Riethdorf et al., 2013a,b). Малое количество пищи для ПФ и БФ обусловлено, вероятно, слабым развитием фитопланктона в связи с коротким холодным периодом его цветения в условиях обилия морского льда над хребтом Ширшова в период весеннего таяния, как следует из увеличения скоростей накопления гравия в интервалах оледенений. Умеренное содержание кислорода, о котором свидетельствуют повышенные значения величины Fe/S (Овсепян и др., 2013; Riethdorf et al., 2013а), в придонных водах, вероятно, было обусловлено активным образованием промежуточных вод в результате опускания рассолов в процессе активного формирования морского льда на шельфе Берингова моря и над хребтом Ширшова. Плотность скопления морского льда над хребтом Ширшова, вероятно, была выше в ИКС 6, чем в ИКС 4-2, судя по присутствию бентосного вида Е. arctica, обитающего в настоящее время в Арктике в условиях скудного поступления пищи (Polyak et al., 2013) из-за продолжительного ледового покрова, и максимальным СА гравия.

Середина предпоследнего оледенения характеризуется повышенной биопродуктивностью поверхностных вод, судя по пикам процентного содержания вида-индикатора высокой продуктивности В. tenuata, общей численности и СА БФ.

Ггобальный уровень САБФ. 90> % Дмэоксидная Сродниц лимм

мори м эвд-ЛсмУтыс. лот группа 6Ф. % (декавоь-фечзаль)

инсоляция на 57яс,Ш„ В1 'И'

Рис. 4. Корреляция микропапеонтологических данных с результатами геохимических исследований по (Овсепян и др., 2013; ШеМогТе! а1., 2013а, Ь) по колонке 80201-2-85КЦ атакже с кривыми средней летней (июнь-август) и зимней (декабрь-февраль) инсоляции на 57°с.ш. (Ьавкаг е1 а1., 2004) и графиком изменения уровня Мирового океана (\Vaelbroeck е1 а1., 2002). Синяя линия маркирует современную глубину Берингова пролива. Розовая область показывает перерыв в осадконакоплении -3-3.5 тыс. лет. Желтые области выделяют интервалы оледенений, оранжевые - межледниковий, зеленые - терминаций.

.. Средняя летняя

Тврр^**"®^ (июнюогуст)

_ ма^вризп гАГравип. инсопяцмяна

Повышение биопродуктивности поверхностных вод могло быть обусловлено увеличением концентраций биогенных элементов в фотическом слое в результате вероятного смещения основной области таяния морского льда на север, а также активной разгрузки крупных рек при отступании ледников Аляски и Восточной Сибири в условиях уменьшения сезонного контраста инсоляции в Северном полушарии. В самом начале терминации I впервые выявлено повышение биопродуктивности поверхностных вод, которое не было ранее установлено в других районах СЗТ и окраинных морей и могло быть связано как с установлением глубинного перемешивания и ранней перестройкой океанской циркуляции (Овсепян и др., 2013), так и с отступлением границ морского льда в западной части моря.

Пики биопродуктивности поверхностных вод и дефицит кислорода вблизи дна реконструированы для Б-А и РГ по увеличению доли вида В. tenuata, повышению численности и СА БФ и максимумам содержания дизоксидной группы БФ (Овсепян и др., 2013). Сделанные выводы подтверждаются пиками содержания индикаторов биопродуктивности Сорг, СаСОз и Si02 и снижением значения Logcps (Fe/S) в течение этих интервалов.

В интервалах ИКС 5.5-5.1 и ИКС 1, когда Берингов пролив был открыт (рис. 4), по обилию корродированных толстостенных раковин БФ и большому количеству исключенных из анализа образцов (из-за малого числа раковин в пробе) реконструировано интенсивное растворение карбонатных микрофоссилий. В это время биопродуктивность поверхностных вод повышалась, судя по увеличению доли индикатора повышенной продукции U. peregrina, а плотность морского льда над хребтом Ширшова снижалась, исходя из низких СА гравия. Вероятное сокращение темпов формирования морского льда могло приводить к подъему нижней границы новообразованной промежуточной водной массы на глубины мельче 900 м, в результате чего хребет Ширшова стал омываться агрессивными по отношению к карбонатным микрофоссилиям водами Тихого океана, в составе которых присутствовала субантарктическая компонента. При закрытом Беринговом проливе преобладание А. weddellenis в комплексах БФ установлено в интервалах понижения уровня Мирового океана и увеличения сезонного контраста инсоляции на 57° с.ш. Это указывает на малое количество поступавшего на дно свежего ОВ из-за вероятного обилия морского льда в районе станции в результате положения основной границы таяния льда южнее хребта Ширшова. При снижении сезонного контраста инсоляции и повышении уровня океана граница морских льдов, скорее всего, отступала на север, что способствовало увеличению поступления свежего ОВ на дно, что выразилось в снижении доли A. weddellenis в комплексах БФ за счет видовой конкуренции.

Сопоставление графика СА гравия с кривой изотопно-кислородного состава сталагмитов из пещеры Хулу (Wang et al., 2001) показало, что взаимосвязь между интенсивностью Восточно-Азиатского муссона с площадью распространения морского

льда в Беринговом море не только существовала, но и хорошо запечатлевалась в осадках западной части бассейна в течение последних 70 тыс. лет.

В результате проведенного сравнительного анализа данных по 30 колонкам донных осадков установлено, что низкие по сравнению с современными величинами значения продуктивности характерны для МПО в Охотском море и западной части Берингова моря (рис. 5; Овсепян и др., 2014).

Палвоародуктивность

(по сравнению с современной): • • низкая ф - повышенная ф - высокая о - нет данных О * СА органического углерода 0 ■ СА биогенного бария о • содержание органического углерода

• - СА панцирей радиолярий ф . Численность бентосных • - содержание спор и вегетативных

• - СА биогенного опала фораминифер клеток диатомовых рода СЛаеГосе/гк

Рис. 5. Реконструкции биопродуктивности поверхностных вод в северо-западной части Тихого океана для максимума последнего оледенения, ранней дегляциации, первого

зо „

'В.Д-130 140 150 160 170 180 17СГЗ.Д.°В.Д130 140 150 160 170 180 170"3-Д.

в) первое событие

65 Хаинриха

(17.5-14.8 т.л.н.)

события Хайнриха, беллинга/аллереда, раннего и позднего голоцена (Овсепян и др., 2014). Простыми стрелками показана интенсивность поступления биогенных элементов: сплошными - высокая, пунктирными - слабая, зачеркнутыми крестиком - минимальная или отсутствие привноса. Двойными стрелками обозначено направление ветров. Данные по изменению глобального уровня океана по (Waelbroeck et al., 2002).

Глава 7. Сопоставление палеоокеанологнческнх событий н удаленная передача климатических сигналов между низкимн и высокими широтами в течение двух последних климатических циклов

Поскольку колонка S0201-2-85KL охватывает интервал ИКС 6-1, a MD02-2529 -ИКС 8-1, то сопоставление временных серий по разрезам возможно только в пределах последнего и предпоследнего ледниково-межледниковых циклов. Сопоставление данных по двум колонкам показало, что синхронные палеоокеанологические события проявляются в пределах трех интервалов: второй половины ИКС 6 (158-145 т.л.н.), ИКС 5.4-5.1 и началатерминации I.

В интервале 158-145 т.л.н. эпизодическое повышение процентного содержания субоксидной Б группы БФ в колонке S0201-2-85KL свидетельствует в пользу активного формирования промежуточной водной массы в СЗТ. В колонке MD02-2529 доля оксидной группы возрастает в пределах тех же интервалов, следовательно, можно предположить, что именно усиление формирования Северотихоокеанских промежуточных вод в СЗТ приводило к экспансии этой водной массы по направлению к экватору. Данная гипотеза подтверждается изотопно-углеродными данными в интервале 148-130 тыс. лет, которые указывают на то, что в это время хребет Кокос омывался промежуточными водами, в основном, субарктического происхождения (Leduc et al., 2010). С другой стороны, можно предположить, что при постоянстве интенсивности образования промежуточных вод в Беринговом море скорости придонных течений в обоих регионах менялись во времени, т.е. в интервалах повышения содержания оксидных и субоксидной Б групп БФ скорости течений вблизи дна над хребтами Ширшова и Кокос синхронно увеличивались. В качестве третьего варианта интерпретации можно предположить, что оба перечисленных процесса могли иметь место одновременно.

Интервал ИКС 5.4-5.1 характеризуется усилением растворения карбонатных микрофоссилий в обоих регионах. Оно реконструировано по минимальному содержанию раковин БФ в пробах, большому количеству исключенных из анализа образцов и обилию корродированных раковин БФ в колонке S0201-2-85KL (рис. 4), а также по пониженным значениям СаС03 (Leduc et al., 2010) и повышенным величинам содержания фрагментов раковин ПФ (Ivanova et al., 2012) в колонке MD02-2529. Интенсификация растворения в ВЭТ связана с повышением агрессивности промежуточных вод субантарктического происхождения (Leduc et al., 2010), омывавших в это время хребет Кокос. В западной части Берингова моря, как было описано в главе 6, агрессивность омывающих хребет

21

Ширшова вод связана с влиянием тихоокеанских вод, имеющих в составе воды субантарктического происхождения. Таким образом, синхронное палеоокеанологическое событие в ИКС 5.4-5.1 в СЗТ и ВЭТ связано с удаленной передачей климатического сигнала водными массами из Субантарктики.

В начале терминации I, в интервале XI, увеличение поставки свежего OB на дно в ВЭТ зафиксировано -16.6 т.л.н. (рис. 6; Овсепян, Иванова, 2009; Ivanova et al. 2012). Эти изменения связаны с доминированием сигнала прецессии (Beaufort et al., 2001; Ivanova et al. 2012), который усиливался вертикальным перемешиванием и подъемом «старых», богатых биогенными элементами вод субантарктического происхождения в ВЭТ (Ivanova, 2009; Calvo et al., 2011; Ivanova et al., 2012). Повышение биопродуктивности поверхностных вод и поступления OB на дно совпадает с интервалом низких значений Д14С (Marchitto et al., 2007), которые свидетельствуют о присутствии «старых» вод субантарктического происхождения на промежуточных глубинах на материковом склоне Калифорнийского полуострова (Ivanova, 2009).

В Беринговом море увеличение биопродуктивности, возможно, началось раньше, чем в ВЭТ. Однако точная оценка времени опережения, если таковое имело место, невозможна из-за неопределенности резервуарного эффекта в интервале дегляциации в СЗТ. В главе бив работе (Овсепян и др., 2013) отмечалось, что повышение биопродуктивности поверхностных вод на рубеже 17.5 тыс. лет было связано как минимум с двумя факторами. Одним из них является отступление границы морских льдов на север в условиях потепления климата и/или за счет усиления Восточно-Азиатского муссона (Wang et al., 2001). В качестве другого фактора предполагается установление возможного глубокого вертикального перемешивания (Овсепян и др., 2013), начавшегося в это время в открытой СЗТ (например, Gebhardt et al., 2008; Okazaki et al., 2010) и послужившего подъему богатых биогенными элементами вод субантарктического происхождения. Однако многие исследователи не согласны с этой точкой зрения (например, Riethdorf et al., 2013а; Max et al., 2012, 2014). JI. Макс и соавторы (Max et al., 2014) на основании сопоставления разниц радиоуглеродных возрастов, полученных для поверхностных и промежуточных/глубинных вод для ряда колонок из СЗТ (рис. 6), продемонстрировали, что в интервале XI промежуточные воды были гораздо моложе глубинных. Это доказывает существование глубинной стратификации в указанное время (Max et al., 2014). Однако в самом начале интервала, когда происходило реконструированное по ПФ и БФ повышение биопродуктивности поверхностных вод, на промежуточных глубинах в Беринговом и Охотском морях зафиксированы «старые» воды, судя по высокой разнице между радиоуглеродными

Возраст, т.л.н.

Рис. 6. Палеоокеанологические индикаторы в осадках северной и восточной частях Тихого океана в пределах терминации I: а) изменения изотопно-кислородного состава сталагмитов PD и MSD из пещеры Хулу, Китай (Wang et al., 2001); б) Берингова и

23

Охотского морей и открытой северо-западной части Тихого океана (по Max et al., 2014); в) численность (Овсепян и др., 2013) и скорости аккумуляции планктонных фораминифер;

г) численность (Овсепян и др., 2013) и скорости аккумуляции бентосных фораминифер;

д) вариации содержания радиоуглеродного изотопа |4С в промежуточных водах на континентальном склоне Калифорнийского полуострова (Marchitto et al., 2007); е) численность (Овсепян, Иванова, 2009) и скорости аккумуляции бентосных фораминифер; ж) численность (Овсепян, Иванова, 2009) и скорости аккумуляции бентосных фораминифер. ИКС - изотопно-кислородные стадии, РД - ранняя дешяциация, XI -интервал первого события Хайнриха, Б-А - беллинг/аллеред, ПД - поздний дриас, РГ -ранний голоцен, СГ - средний голоцен, ПГ - поздний голоцен, СА - скорости аккумуляции, БФ — бентосные фораминиферы, ПФ - планктонные фораминиферы, ВЭТ — восточная экваториально-тропическая область Тихого океана.

Примечание. Термины «биопродуктивность» и «вторичная продукция» взяты в кавычки, т.к. ПФ и БФ являются косвенными индикаторами этих параметров.

возрастами промежуточной и поверхностной водной массой. Близкие значения имеет разница радиоуглеродных возрастов, полученных по глубоководным колонкам. Приведенные данные свидетельствуют о том, что перемешивание в самом начале интервала XI имело место в СЗТ и, возможно, даже в западной части Берингова моря. Таким образом, повышение биопродуктивности поверхностных вод в западной части Берингова моря и ВЭТ в течение интервала XI могло являться результатом удаленной передачи климатического сигнала из Южного океана.

Заключение

В рамках данной работы по комплексам БФ реконструированы колебания поступления ОВ на дно и содержания кислорода в придонных водах на промежуточных глубинах в ВЭТ в течение трех последних климатических циклов. В западной части Берингова моря восстановлены изменения биопродуктивности поверхностных вод, содержания кислорода вблизи дна на промежуточных глубинах и ледовых условий в течение двух последних ледниково-межледниковых циклов.

В ВЭТ выявлена последовательность в смене условий поступления ОВ на дно от сезонно контрастных через умеренно контрастные до слабо контрастных в пределах трех последних ледниково-межледниковых циклов. Такая закономерность не была установлена ранее ни по одному из палеоокеанологических индикаторов. Кроме того, замечено, что интервалы наиболее ярко выраженного сезонного контраста в поступлении ОВ на дно в ВЭТ совпадают с интервалами максимальных значений угла наклона Земной оси к перпендикуляру к плоскости эклиптики. Установленный факт требует дальнейшего изучения по другим палеоиндикаторам из этой колонки и задает направление для будущих исследований ВЭТ

В западной части Берингова моря реконструированные изменения палеоокеанологических условий в пределах двух последних ледниково-межледниковых циклов, в целом, не противоречат результатам предыдущих исследований. Впервые зафиксированные кратковременные эпизоды повышения биопродуктивности поверхностных вод в середине предпоследнего оледенения, интенсивное растворение карбонатных микрофоссилий в интервалах, соответствующих открытому Берингову проливу, а также изменения состава комплексов БФ вследствие колебаний уровня Мирового океана при закрытом Беринговом проливе и выдвинутые для их объяснения гипотезы открывают интересные перспективы для дальнейших исследований региона.

Разработанная методика сопоставления относительных изменений независимых палеоиндикаторов позволила оценить вариации биопродуктивности поверхностных вод в СЗТ и прилегающих окраинных морях за последние 25 тыс. лет. В дальнейшем эту методику можно использовать для реконструкций других палеопараметров среды.

Корреляция палеоокеанологических условий в восточной экваториально-тропической и субарктической областях Тихого океана показала, что синхронные или с возможным сдвигом по фазе события обусловлены удаленной передачей климатических сигналов из высоких широт как Северного, так и Южного полушарий. В частности усиление растворения ИКС 5.4-5.1 и увеличение биопродуктивности поверхностных вод в начале терминации I связаны с передачей сигнала из Южного океана. Синхронные изменения содержания кислорода в придонных водах в конце предпоследнего оледенения отражают передачу сигнала из северной части Тихого океана.

В последние годы популярность метода восстановления палеоокеанологических условий по комплексам БФ неуклонно снижается вследствие его трудоемкости и больших временных затрат. Однако получение в рамках данной работы принципиально новых результатов для обоих регионов, не зафиксированных ранее по другим микропалеонтологическим и геохимическим индикаторам, напоминает о важности и необходимости применения этого метода в современной палеоокеанологии.

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Овсепян Е.А., Иванова Е.В., Мурдмаа И.О. Алехина Г.Н. Изменения биопродуктивности в северо-западной части Тихого океана в течение последних 25 тыс. лет И Океанология. 2014. Т. 54. № 4. С. 546-560.

2. Овсепян Е.А., Иванова Е.В., Макс Л., Ритдорф Я.-Р., Нюрнберг Д., Тидеманн Р. Палеоокеанологические условия в западной части Берингова моря в позднечетвертичное время // Океанология. 2013. Т. 53. №2. С.237-248.

3. Овсепян Е.А., Иванова Е.В. Комплексы бентосных фораминифер как индикаторы палеоокеанологических условий восточной части экваториальной области Тихого океана //Океанология. 2009. Т. 49. № 1. С. 131-140.

4. Ivanova E.V., Ovsepyan Е.А., Risebrobakken В., Vetrov A. Downcore distribution of living calcareous foraminifera and stable isotopes in the western Barents Sea // Journal of Foraminiferal Research. 2008. Vol. 38. № 4. P. 337-356.

Публикации в прочих изданиях:

5. Ovsepyan Е., Ivanova Е., Murdmaa I. Penultimate and last glacial cycles in the western Bering Sea: evidence from micropaleontological and sedimentary records // Geophysical Research Abstracts. V. 16. EGU2014-665, 2014.

6. Ovsepyan E., Ivanova E., Murdmaa I. Millennial-scale variability of paleoceanographic conditions in the western Bering Sea during the last 180 kyr // Proceeding of the "PAST Gateways" First International Conference and Workshop. Saint Petersburg, Russia, May, 13-17, 2013. Saint Petersburg: Renova. P. 54-57.

7. Ovsepyan E.A., Ivanova E.V. Paleoceanographic conditions in the northwestern Pacific and its marginal seas since the LGM // Abstracts of the ICP 11. Sitges-Barcelona, Spain-Catalanya, 1-6 September, 2013. P-126.

8. Алексеева Т.Н. , Мурдмаа И.О., Иванова Е.В., Овсепян Е.А., Кузьмина Т.Г., Сейткалиева Э.А. Позднечетвертичные обстановки осадконакопления на хребте Ширшова (Берингово море) // Геология морей и океанов. Материалы XX Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ГЕОС, 2013. Т. II. С. 230-234.

9. Овсепян Е. А. Комплексы бентосных фораминифер трех терминаций и максимума последнего оледенения в восточной части экваториальной области Тихого океана/Яеология морей и океанов. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН, 2009. С. 246-248.

10. Murdmaa I., Ivanova Е., Leduc G., Beaufort L., Peresypkin V., Vidal L., Ovsepyan E., Alekhina G., Kravtsov V., Vasileva V. High resolution sedimentary record from the Cocos Ridge: evidence of land-ocean linkages in the Eastern Equatorial Pacific over the last 70 ka // Geophysical Research Abstracts. V. 11. EGU2009-10433-1, 2009.

11. Ivanova, E.V., Beaufort, L., Ovsepyan, E.A., Vidal, L. Carbonate microfossil assemblages of the Eastern Equatorial Pacific: evidence of bioproductivity and circulation changes over the last 250 kyr // Bioindicators of past and present environments. The Micropaleontological Society's Foraminifera and Nannofossil Groups' Joint Spring Meeting 2008. Tubingen, Germany, p. 29.

Подписано в печать 28.01.2015 г.

Формат 60x90/16. Заказ 1793. Тираж 100 экз.

Печать офсетная. Бумага для множительных аппаратов.

Отпечатано в ООО "ФЭД+", Москва, Ленинский пр. 42, тел. (495)774-26-96