Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Палеогеография Северной Пацифики в позднем плиоцене и плейстоцене

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Текст научной работыДиссертация по географии, доктора географических наук, Пушкарь, Владимир Степанович, Владивосток

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

ПУШКАРЬ Владимир Степанович

ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ СЕВЕРНОЙ ПАЦИФИКИ В ПОЗДНЕМ ПЛИОЦЕНЕ И ПЛЕЙСТОЦЕНЕ

(палеоэкосистемный анализ по диатомеям)

11.00.04 - геоморфология и эволюционная география

Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................4

ГЛАВА 1. Проблемы изучения позднекайнозойских диатомей Северной Па-

цифики..............................................................................18

ГЛАВА 2. Основные положения и методика диатомового анализа...........27

2.1. Экосистемы.....................................................................30

2.2. Палеоэкосистемы и природа стратонов.................................34

2.3. Аутэкология и синэкология...............................................38

2.4. Диатомеи в биоценозах.....................................................41

2.5. Танатоценозы..................................................................49

2.6. Автохтонные и аллохтонные комплексы...............................57

2.7. Морфологические признаки и их изменчивость.......................59

2.8. Видовое разнообразие и доминирование...............................71

2.9. Структурная организация комплексов и их целостность............76

2.10. Палеосукцессии диатомей...............................................79

2.11. Пространственно-временные отношения.............................91

ГЛАВА 3. Зональная диатомовая шкала верхнего плиоцена и плейстоцена......................................................................................95

3.1. Понятия "биозона" и "экозона"...........................................95

3.2. Принципы выделения диатомовых зон и экозон.....................97

3.3. Диатомовая зональная шкала.............................................105

ГЛАВА 4. Зональная стратиграфия верхнего плиоцена и плейстоцена Северной Пацифики....................................................................130

4.1. Северо-Запад Тихого океана и окраинные моря.....................130

4.2. Центральная и Восточно-Экваториальная Пацифика..............161

4.3. Северо-Западная и Восточная Чукотка................................177

4.4. Северо-Западная и Арктическая Аляска...............................199

4.5. Остров Карагинский (Северо-Восточная Камчатка)................222

4.6. Остров Кунашир (Курильские острова)...............................227

4.7. Полуостров Босо (остров Хонсю, Япония)............................238

4.8. Сахалин......................................................................242

4.9. Юг Дальнего Востока.....................................................259

ГЛАВА 5. Основные палеогеографические события Северной Пацифики и

их межрегиональная корреляция.............................................264

5.1. Идентификация и корреляция событий...............................264

5.2. Поздний плиоцен..........................................................272

5.3. Плейстоцен..................................................................283

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ...........................................294

Список литературы.....................................................................300

Приложения:

I Координаты колонок в Тихом океане

II Список диатомей четвертичных отложений Чукотки

III. Изотопные датировки отложений шельфа Восточного Сахалина

IV Таблицы микрофотографий диатомей

ВВЕДЕНИЕ

Работа посвящена одной из важнейших проблем современной палеогеографии - истории развития северной части Тихого океана, включая и континентальное обрамление. Именно в этом регионе наиболее ярко проявились в позднем плиоцене и плейстоцене такие явления как резкое изменение палео-климатов, трансгрессии и регрессии, возникновение и деградация оледенений. Немаловажной проблемой является и история Берингийской суши, во многом определившая особенности развития в позднем кайнозое, как севера Тихого океана, так и Арктического бассейна, в том числе развитие и становление современной биоты. Отчетливо сохранившиеся следы палеогеографических событий в позднекайнозойских континентальных и морских толщах позволяют провести их идентификацию и анализ причинно-следственных связей. А это дает ключ к решению одной из фундаментальных проблем современной геологии и палеогеографии - корреляции этих событий на планетарном уровне и, как следствие, - к созданию принципиально новой событийной стратиграфической шкалы. Именно такая шкала, вобравшая в себя последние достижения зональной стратиграфии и палеогеографии, может стать основой для корреляции морских и континентальных отложений, а, следовательно, и решения проблемы синхронности геологических и палеогеографических событий в позднекайнозойской истории планеты.

Работа выполнена в лаборатории палеогеографии Тихоокеанского института географии ДВО РАН и соответствует разделам "Климатические смены позднего кайнозоя и устойчивость природных систем в зоне перехода от материка к океану на юге Дальнего Востока" (шифр 0.74.09) Общегосударственной программы "Глобальные изменения природной среды и климата" (Постановление ГКНТ № 1209), по ряду разделов проектов "Граница океан-

континент" (шифр 02.08.НЗ) "Палеокеанология" (шифр 03.09.H3), а также Региональной программе "Разработка хроностратиграфии и биостратиграфии позднего кайнозоя для решения задач палеореконструкции состояний и тенденций развития природных систем Востока Азии и Тихого океана", в ряде разделов которой автор выступал как ответственный исполнитель и руководитель тем. Автор принимал участие в выполнении Международных программ WESTPAK/IOC-CCOP "Paleogeographic mapping of the marginal seas of the Pacific Ocean" и US NSF "Late Cenozoic history of the Bering Strait Region (#90-15234-Umass and #90-15469-UAK), а также является руководителем проекта РФФИ #96-05-65369 "Гляциоэвстатические трансгрессии среднего плейстоцена Северной Пацифики".

Актуальность темы. Диатомовые водоросли - одна из наиболее приоритетных групп микрофоссилий, широко используемая при стратиграфических и палеогеографических исследованиях. Интерес к диатомеям как источнику геологической и палеогеографической информациям определен, прежде всего, их обилием и хорошей сохранностью в позднекайнозойских толщах как морского, так и континентального генезиса. С другой стороны, диатомеи обладают хорошо выраженной реакцией на экологические изменения в природной среде и достаточно быстрыми темпами эволюции. Это определяет их как ортостратиграфическую группу для расчленения кайнозойских отложений и определения палеогеографических условий их формирования в северных широтах, где известковый наннопланктон и фораминифе-ры уступают им по обилию и степени сохранности. Особенно заметно это при изучении вулканогенно-осадочных толщ, в которых диатомеи нередко являются единственной информативной группой. Вместе с тем, несмотря на успехи в области диатомового анализа кайнозойских отложений Северной Пацифики, многие вопросы диатомовой стратиграфии и палеогеографии находятся еще в стадии разработки, или весьма дискуссионны. Это относится к

детализации зональных диатомовых шкал и выделению интерзональных подразделений, методологии использования диатомового анализа в экостра-тиграфических исследованиях.

Довольно слабо изучена плейстоценовая диатомовая флора Восточной Чукотки, а данные по Аляске практически отсутствуют. Нет механизмов корреляции гетеротаксальных комплексов одновозрастных осадков средних и высоких широт из-за слабой изученности особенностей формирования клисерий диатомей.

Недостаточно изучены темпы и пути эволюции диатомей в плейстоцене, когда резкие и частые палеоклиматические изменения, несомненно, влияли и на изменения в филогенезе, по крайней мере, на микроэволюционном уровне. Многие дискуссионные проблемы стратиграфии и палеогеографии северных регионов также нельзя разрешить без анализа диатомей. В частности это касается проблематичности возраста и корреляции гляциоморских толщ, нередко рассматриваемых как трансгрессивные серии интерстадиалов или даже интергляциалов. Часть вопросов палеогеографии инициирована попыткой отождествить события, которые выделены разными методами для различных регионов. При этом палеогеографическая интерпретация и корреляция событий не всегда логичны и во многом имеют субъективную трактовку, поскольку часто выстраивается ряд внешне неадекватных причин и следствий, то такие корреляции весьма условны и формальны.

С этих позиций представляется актуальным изучение комплексов диатомей с использованием элементов экосистемного анализа их стратиграфического и палеоэкологического распространения. Диатомовый анализ рассматривается как основной и общий инструмент при изучении позднекайно-зойских разнофациальных толщ Северной Пацифики. Сравнительный анализ результатов как между собой, так и с данными, полученными иными методами стратиграфии и палеогеографии, позволил объективнее подойти к ре-

шению поставленных в работе задач.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключается в разработке и обосновании событийной палеогеографической модели позд-некайнозойской истории развития Северной Пацифики, выполненной на основе экосистемного анализа диатомей. С этих позиций объектом исследований являются позднеплиоценовые и плейстоценовые морские и континентальные отложения различных генетических типов, а предметом исследований - диатомовые водоросли. Это определяет диатомовый анализ как основной метод исследований. Регион исследований включает в себя северную часть Тихого океана и его окраинные моря, Аляску, Восточную Чукотку, Камчатку, острова Сахалин и Южные Курилы, Северо-Западное Приохотье и Приморье. При построении палеогеографической модели истории развития региона были сформулированы следующие задачи:

1 - изучение систематического и стратиграфического распространения диатомей в морских и континентальных отложениях позднего плиоцена и плейстоцена как основы для их зонального расчленения и корреляции;

2 - анализ распределения датированных эволюционных уровней появления и исчезновения диатомей во времени-пространстве; выбор по уровню стратиграфической доверительности и надежности видов-индексов и маркеров таких зональных границ, которые совпадают с крупными палеогеографическими рубежами;

3 - изучение палеоэкологических особенностей формирования конкретных ископаемых сообществ диатомей (клисерий) как основы для экострати-графического расчленения, характеристики региональных палеогеографических событий и корреляции изучаемых отложений на основе параллелизма клисерий;

4 - анализ трансрегиональной смыкаемости зональных и экостратигра-фических границ; анализ возможных причин диахронности границ;

5 - проведение межрегиональной корреляции отложений северной части Тихоокеанского региона и идентификация межрегиональных событий с глобальной событийной палеогеографической шкалой;

6 - построение качественных и количественных моделей изменения па-леоклиматов и трансгрессивно-регрессивных циклов Северной Пацифики;

7 - изучение фенотипической (модификационной) изменчивости некоторых видов диатомей и анализ эволюционных процессов в развитии диатомовой флоры в плиоцене и плейстоцене, их связи с палеогеографическими изменениями среды обитания; анализ возможных центров видообразования в плиоцене и плейстоцене.

Научная новизна исследований. Детальное и всестороннее изучение диатомовых водорослей в позднекайнозойских толщах северной части Тихого океана и континентальных окраин позволило получить новые оригинальные данные по их стратиграфическому и палеоэкологическому распространению. Обобщение и сравнительный анализ ископаемых диатомовых флор позволил разработать принципиально новую зональную стратиграфическую шкалу для плейстоцена Северной Пацифики. Защищаемая шкала превосходит по степени детальности все известные мировые зональные шкалы по морскому микропланктону. На ее основе впервые выполнено зональное расчленение шельфовых отложений. Вплоть до настоящего времени стратификация шельфовых отложений была затруднено из-за использования в зональных диатомовых шкалах исключительно планктонных океанических видов. Введение в шкалу парастратиграфического неритического элемента позволяет подойти к решению вопроса о расчленении и корреляции морских толщ различного генезиса. Это в свою очередь дает ключ к пониманию и идентификации палеогеографических событий, записанных в различных фациях. При этом в исследованиях используется единый инструмент и единые методологические подходы. С этих позиций и даны палеогеографические

реконструкции для Северной Транспацифики и представлены новые данные по палеоклиматам и трансгрессивно-регрессивным циклам, позволившие решить ряд остро дискуссионных проблем истории Берингии. Впервые проведено изучение диатомей в позднекайнозойских морских отложениях Аляски и стратотипах морского нижнего и среднего плейстоцена п-ова Босо Японии, представлена их зональная стратиграфия. Обоснована и уточнена палеогеографическая модель развития трансгрессий Северной Пацифики и проведена их корреляция с палеоклиматами и кислородно-изотопными стадиями. Полученные данные существенно дополняют представления об особенностях палеогеографической истории этого региона и вносят вклад в теорию диатомового анализа. Выяснены закономерности и особенности эволюционного развития диатомей в позднем плиоцене и плейстоцене, а в качестве стратиграфических и экологических маркеров использованы не только виды, но и морфологические признаки створок диатомей. Эти результаты могут быть использованы при дальнейшей разработке концепции морфо- и филогенеза диатомей, направленной на построение их естественной классификации. Предложен ряд оригинальных методик, в основу которых положен анализ видового разнообразия и доминирования экологически высокоспециализированных видов в клисериях диатомей. Это позволяет оценивать устойчивость комплексов при палеоэкосистемных перестройках, уточнять положение границ между палеогеографическими событиями любой со-подчиненности, и, возможно, также осуществлять поиск скрытых перерывов в визуально однородных толщах.

Теоретическое и практическое значение работы. В работе представлены и обоснованы новые методологические аспекты применения диатомового анализа для детального биостратиграфического расчленения позднекайнозойских отложений и построения палеогеографических моделей. Детализация зональной шкалы и введение в нее интерзональных подразделений

на уровне экозон основаны на анализе микроэволюционных процессов, оценке устойчивости комплексов и доминирования видов в клисериях диа-томей. Такой подход позволяет не только дополнить характеристику границ эволюционных зон, но и выделить критические уровни в экологической истории диатомей, являющиеся объемными границами между палеогеографическими событиями. Эти разработки могут быть использованы в построении общей теории диатомового анализа и, возможно, будут полезны при построении концепций теории экостратиграфии. Некоторые положения работы могут найти свое отражение при решении общеальгологических проблем.

Диатомовая зональная шкала была принята за основу при инженерно -геологической съемке масштаба 1:50000 позднекайнозойских отложений шельфа Восточного Сахалина и геологической съемке масштаба 1:200000 северо-западного шельфа Японского моря в целях народнохозяйственного освоения ресурсов шельфа, в том числе поиска россыпных месторождений и месторождений нефти и газа.

Качественная и количественная характеристики основных этапов палеогеографической истории северной части Тихоокеанского региона могут служить одним из базовых элементов при разработке моделей прогнозирования изменений природной среды в будущем.

Фактический материал и личный вклад. В основу работы положены результаты диатомового анализа, проводившегося автором в Дальневосточном геологическом институте (1972-1979 гг.) и Тихоокеанском институте географии (1979-1998 гг.) ДВО РАН и связанного с решением проблемы биостратиграфии и палеогеографии кайнозоя Дальнего Востока и Северной части Тихого океана. Фактический материал (Рис. 1) отобран непосредственно автором во время экспедиционных работ в Приморском крае (19741977, 1979-1989, 1991, 1994 гг.), Северо-Западном Приохотье (1973, 1978 гг.), на Сахалине (1985 г.), Южных Курилах (1995-1997 гг.), Восточной Чу-

шш

4

X J<-8 о.Кулашнр VIII

308

4Н-2

©

дв. возв. Шатского 1681

ее 1680

323

а*

■м

е-1з-1

747)9

®

® ® 7180

©

7190

7409

79Á-M

301

7790

7786

¿2381 385

1790 ® q1901

1902 ©

ПОО-Т

В13-80 ' ©

В13-74

® „пи В13-82

В13-88 0 © 1047-т

В13-73

В13-103

1759-т ©9® ®

3923-т

©

© 1094-т 1053-т '2358-т

6220

1714

" л Гавайские о-ва

В13-107 ®

В13-97 ©

1759-т

Я1094-т

160W

140W

IP

BI-3-

120W

B13-7I

э ©

В13-72

ON

100W

Рис. 1. Схема расположения изученных разрезов I - среднерыгытгынская толща (верхний плиоцен), плейстоцен Чукотки; II - формации Gubik (плио-плейстоцен), Cape Blossom, Hotam Inlet (средний плейстоцен) Аляски; III - усть-лимимтэваямская свита (верхний плиоцен) о-ва Карагинский; IV -верхний плиоцен и плейстоцен шельфа Восточного Сахалина, V - маруямская свита (верхний миоцен-плиоцен) Южного Сахалина; VI-VII - плейстоцен Приморья и Северо-Западного Приохотья; VIII - головнинская �