Четвертичная биостратиграфия и палеоокеанология Охотского моря и других субарктических районов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт океанологии им. П.П. Ширшова

25.00.28 - Океанология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Четвертичная биостратиграфия и палеоокеанология Охотского моря и других субарктических районов

Матуль А.Г.

Москва - 2007

Работа выполнена в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Официальные оппоненты:

Вишневская Валентина Сергеевна, доктор геолого-минералогических наук (Геологический институт РАН, г. Москва)

Мурдмаа Ивар Оскарович, доктор геолого-минералогических наук (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москва)

Николаев Сергей Дмитриевич, доктор географических наук (Географический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва)

Ведущая организация:

Палеонтологический институт РАН, г. Москва

Защита состоится 9 октября 2007 г. в 14.00 на заседании Диссертационного совета Д 002.239.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим отправлять по адресу 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36, Институт океанологии, Ученому секретарю диссертационного совета Т.А. Хусид. Факс: (495) 124 59 83.

Автореферат разослан _________________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Т.А. Хусид

1. Общая характеристика

Актуальность.

Работа затрагивает фундаментальную проблему глобальных природных изменений. Исследование направлено на развитие представлений о крупных колебаниях палеоклимата и палеоокеанологии на шкале четвертичной ледниково-межледниковой цикличности.

Субарктические районы - полигон изучения палеоклимата плейстоцена, т.к. здесь происходили самые заметные события: рост и исчезновение гигантских материковых ледников, масштабное широтное смещение природных зон и океанических фронтов, трансформация термогалинного конвейера.

Охотское море, на примере изучения которого построены основные выводы работы, в плейстоцене испытало сильное влияние со стороны климата соседней Северо-Восточной Азии и океанологических условий в Северо-Западной Пацифике, в частности, в зоне "пограничных" субарктических течений. В свою очередь, само море было местом охлаждения, опреснения и вентиляции воды для всей субарктической Пацифики. Как показывает опыт седиментологии и микропалеонтологии, состав четвертичных отложений Охотского моря хорошо отразил региональные и глобальные изменения, осложненные местной обстановкой. Поэтому становится возможным получить высокоразрешающие записи палеоокеанологии и биостратиграфии. Детализация биостратиграфии на примере Охотского моря соответствует современной тенденции разработки инфразональной стратиграфии ("микро-" или "наностратиграфии") (Гладенков Ю.Б., 2007). Реконструкция палеоокеанологии Охотского моря как окраинного бассейна позволяет усовершенствовать знания о четвертичных природных изменениях на границе суша/океан, в частности, за последний миллион лет, когда четко оформились амплитудные ледниковые циклы.

Работа продолжает классические отечественные исследования осадконакопления, микропалеонтологии и развития природной обстановки в дальневосточных морях и соседних субарктических районах, начатые Безруковым (1955), Безруковым и Романкевичем (1960), Жузе (1962), Кругликовой (1969), Кореневой (1957), Лисицыным (1966), Романкевичем и др. (1966), Саидовой (1959), и др. В последние 20 лет применение новых технологий глубоководного бурения, отбора грунтовых трубок и лабораторной обработки осадков привело к началу этапа детализации и комплексного анализа осадочной летописи. Активные исследования высокоразрешающей позднечетвертичной палеоокеанологии проводились под руководством Горбаренко (2004). Работы Бараша и др. (2001, 2006), Матуля и Абельман (2001), Матуля и др. (2003; Matul et al., 2002) позволили распространить детальную стратиграфию и палеоокеанологию Охотского моря на несколько последних ледниковых циклов.

Следует отметить, что основополагающие схемы по кайнозойской биостратиграфии и палеоокеанологии Северной Пацифики и Северо-Восточной Евразии по микрофоссилиям создали и обобщили Точилина (1985), Левыкина (1986), Гладенков Ю.Б. (1988), Бараш и др. (1989), Витухин (1993), Полякова (1997), Пушкарь и Черепанова (2001), Гладенков А.Ю. (2003), Цой и Шастина (2005), и др.

Настоящая работа представляет детальную стратиграфию и палеоокеанологию Охотского моря для интервала последних 1.1 млн. лет, которому были присущи четко выраженные ледниковые циклы. Приведены сведения о крупных региональных и глобальных природных изменениях в ходе Среднеплейстоценовой климатической революции, когда произошло усиление материковых оледенений. Обсуждены вопросы палеоокеанологии и взаимосвязей различных субарктических районов.

Цель и основные задачи работы.

Цель работы - исследование детальной биостратиграфии четвертичных отложений и региональной палеоокеанологии субарктических районов в контексте глобальных природных изменений.

Основные задачи работы:

1. Изучить распределение радиолярий как осадкообразующих микрофоссилий в четвертичных отложениях Охотского моря и субарктической Атлантики. Привлечь аналогичные сведения из публикаций и компьютерных баз данных. Провести анализ современного распространения видов, найденных при изучении проб древних осадков.

2. Выявить датировочные уровни по радиоляриям и последовательность ледниковых и межледниковых комплексов радиолярий для разработки биостратиграфии.

3. Сделать реконструкции четвертичной палеоокеанологии субарктических районов по распределению групп видов и отдельных характерных видов радиолярий. Для региональных и глобальных сопоставлений привлечь палеоклиматические сведения из публикаций и компьютерных баз данных.

Научная новизна.

В работе сделано новое обобщение современных сведений о глобальных архивах и крупных необратимых изменениях четвертичного палеоклимата.

Настоящая работа является первым детальным исследованием микропалеонтологии Охотского моря в интервале от конца раннего плейстоцена до голоцена с временным разрешением до первых сотен лет.

Впервые выявлена последовательность многих датировочных уровней по радиоляриям в четвертичных осадках Охотского моря, существенно дополнившая региональную биостратиграфию. Из 17 датировочных уровней вновь установлено 11 уровней. Сделано предположение, что датировочные уровни связаны с ледниково-межледниковыми событиями плейстоцена.

Впервые по микрофоссилиям удалось достоверно связать крупные изменения палеоокеанологии Охотского моря с основными глобальными этапами Среднеплейстоценовой климатической революции.

Впервые обобщены и по-новому использованы для обсуждения условий палеосреды сведения по характерным массовым видам радиолярий в четвертичной летописи Охотского моря и других субарктических районов.

Применение результатов и практическая значимость.

Результаты работы по детальной четвертичной биостратиграфии Охотского моря могут использоваться для уточнения и дополнения региональных стратиграфических схем, применяемых при поисках полезных ископаемых (углеводородное сырье) в окраинных дальневосточных морях.

Выводы по палеоокеанологии Охотского моря и других субарктических районов помогут прояснить региональные процессы как циклических (ледниково-межледниковых) изменений, так и крупных необратимых климатических переходов.

Биостратиграфические и палеоокеанологические сведения найдут применение в новых исследованиях природной среды северо-западной части Тихого океана, которые сейчас развертываются в рамках международных проектов по глубоководному бурению IODP и российско-германскому сотрудничеству кальмар.

Данные микропалеонтологического анализа (электронные файлы, графики и карты распределения микрофоссилий) могут быть использованы для математико-статистической обработки в рамках палеоокеанологических и палеоклиматических моделей, как это делается в мировой практике, например, для реконструкции палеотемпературы и других свойств водных масс.

Защищаемые положения.

1. Стратиграфическая летопись донных осадков Охотского моря за последний миллион лет содержит детальную последовательность из 17 датировочных уровней по радиоляриям; 11 уровней установлено впервые для региона. Множественность уровней исчезновения и появления видов радиолярий является вероятным отражением резких ледниково-межледниковых изменений в плейстоцене.

2. Распределение Cycladophora davisiana является признаком формирования холодных вентилированных промежуточных и глубинных водных масс в краевых субарктических районах океана, где содержится большое количество взвешенного органического вещества. Четверичные вариации содержания Cycladophora davisiana показывают, что долговременные изменения в образовании охотоморской промежуточной водной массы за последний миллион лет не имели устойчивой зависимости от циклических ледниково-межледниковых колебаний. Записи концентрации Cycladophora davisiana не могут использоваться в качестве универсального инструмента глобальной океанской стратиграфии; они имеют ограниченное региональное применение.

3. Максимальные относительные концентрации вида радиолярий Amphimelissa setosa маркируют средне- и позднеплейстоценовые межледниковые интервалы в Охотском море. Во время межледниковых оптимумов улучшение перемешивания и ослабление стратификации в верхней части водного столба Охотского моря нашло отражение в массовой аккумуляции Amphimelissa setosa на фоне общей повышенной продуктивности радиолярий. Исчезновение вида из Северной Пацифики на переходе к последнему оледенению было вероятным результатом усиления гидрологических градиентов в приповерхностном слое воды.

4. В четвертичной фауне радиолярий Охотского моря выделяются группы видов, которые (а) обеспечивали циклическое воспроизводство богатых межледниковых комплексов и (б) поддерживали существование слабопродуктивных ледниковых ассоциаций.

5. Природные условия Охотского моря за последний миллион лет отразили три крупных этапа глобальных и региональных природных изменений в ходе Среднеплейстоценовой климатической революции. В открытой части субарктической Пацифики эти изменения отчетливо проявились только в приповерхностном слое, а в Охотском море они происходили и в глубинных горизонтах.

Защищаемое положение 1 отражает проблему биостратиграфии, защищаемые положения 2-4 - проблемы биостратиграфии и палеоокеанологии, защищаемое положение 5 - проблему палеоокеанологии.

Фактический материал и личный вклад автора.

Для изучения четвертичной биостратиграфии и палеоокеанологии, а также распределения характерных видов радиолярий привлечены сведения по 24 колонкам осадков и 2 скважинам глубоководного бурения. Автор лично сделал анализ радиолярий в 1341 пробе осадков из 16 колонок (12 колонок из Охотского моря и 4 колонки из Северной Атлантики). По 8 колонкам (Охотское и Берингово моря, СЗ Пацифика, СВ и ЮВ Атлантика, Субантарктика) и 2 скважинам бурения (СЗ Пацифика и СВ Атлантика) микропалеонтологическая информация взята из публикаций, на которые имеются ссылки в тексте диссертации. Автор участвовал и отбирал пробы осадков в российско-германской экспедиции в Охотское море, 27-й рейс НИС "Академик М.А. Лаврентьев", в рамках международного проекта КОМЕХ. Разные колонки из Охотского моря, изученные автором, охватывают разные временные интервалы: наименьший интервал - последние 10-20 тыс. лет, наибольший - последние 1.1 млн. лет.

Для изучения особенностей современного распределения характерного охотоморского вида радиолярий Cycladophora davisiana привлечены сведения по 331 пробе поверхностного слоя морских осадков северного полушария. Из этого числа автор лично сделал анализ радиолярий в 63 пробах (52 пробы из Северной Атлантики и 11 проб из Охотского моря). Информация по остальным пробам взята из публикаций и компьютерных баз данных, на которые имеются ссылки в тексте диссертации.

Все основные идеи, приведшие к формулировке защищаемых положений, разработаны автором диссертации. В подавляющем большинстве публикаций по теме диссертации автор был первым в списке соавторов.

Научные результаты автора как соисполнителя вошли в отчеты по научно-тематическим планам работы ИОРАН, по нескольким грантам РФФИ, по Программе Президиума РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология", по международному проекту КОМЕХ, а также как руководителя темы - по ФЦП "Мировой океан".

Методы исследования.

Основной рабочий метод исследования в настоящей работе - микропалеонтология донных морских осадков по данным радиолярий. В последние годы происходит качественный скачок в систематике радиолярий, в обобщении огромных массивов таксономической и экологической информации по радиоляриям, в разработке основ новой классификации и определении этапов эволюции радиолярий (Вишневская, 2005; Афанасьева и Амон, 2006). Успешное применение радиоляриевого анализа в изучении современных и четвертичных осадков Северной Пацифики продемонстрировали, прежде всего, работы Кругликовой (1969, и др.).

Автор в своей работе использовал обнаружение датировочных уровней как важнейших биостратиграфических маркеров, анализировал распределение отдельных характерных видов и групп видов для интерпретации комплексов радиолярий как показателей палеосреды.

Первичная стратиграфия и корреляция колонок осадков из Охотского моря, изученных автором, основана на ряде признаков: литология, записи магнитной восприимчивости, обнаружение датированных прослоев вулканического пепла, обнаружение датировочных уровней по радиоляриям, записи характеристик отраженного света (Nьrnberg et al., 1997; Biebow and Hьtten, 1999).

Для двух опорных колонок из Охотского моря - LV28-42-4 и MD01-2415 - разработана хроностратиграфия на основе изотопно-кислородных данных по бентосным фораминиферам (Nьrnberg and Tiedemann, 2004). Эти колонки охватывают последние 350 тыс. лет и 1.1 млн. лет, соответственно, и позволяют описать от трех до четырнадцати ледниковых циклов.

Обоснованность и достоверность результатов.

Пробы четвертичных осадков анализировались с детальностью, принятой в международной практике микропалеонтологии - в среднем, через каждые 10 см разреза колонок, в ряде интервалов через каждые 5 см. Обеспечено временнуе разрешение палеоклиматических данных от нескольких сотен лет до первых тысяч лет, что полностью соответствует современным требованиям в данной области знаний.

Обработка проб для приготовления препаратов радиолярий сделана по современной методике (Abelmann et al.,1999); использована фракция осадка >40 мкм, которая позволяет надежно учесть содержание и соотношение основных видов радиолярий. Количественные (процентные) подсчеты сделаны минимум по 300-350 экземплярам радиолярий; это число экземпляров принято достаточным для обоснованной статистической обработки первичных микропалеонтологических данных.

Результаты и выводы работы не имеют принципиальных противоречий с данными из других аналогичных исследований и публикаций. Публикации и доклады автора по теме диссертации прошли научное рецензирование и обсуждение со стороны коллег - специалистов в данной области знаний.

Дискуссионный характер некоторых положений диссертации.

Главное внимание работы сосредоточено на Охотском море. Оно является, с одной стороны, типичным субарктическим бассейном, но, с другой стороны, обладает природным своеобразием ввиду значительного летнего поверхностного прогрева и сильного зимнего выхолаживания, что реализуется в образовании резкой водной стратификации. Поэтому есть ограничения в автоматическом использовании знаний о четвертичных изменениях Охотского моря как примера для других субарктических бассейнов.

Своеобразие Охотского моря сказывается на составе современных комплексов радиолярий и должно было проявиться в четвертичных комплексах микрофоссилий. Есть ряд таксономических проблем с некоторыми характерными видами радиолярий Охотского моря. Тем не менее, работа показывает, например, синхронность тех датировочных уровней по радиоляриям, которые ранее найдены в Северной Пацифике и теперь обнаружены автором в Охотском море. Кроме того, долговременные изменения палеоокеанологии бассейна, выявленные по радиоляриям, согласуются с известными представлениями о четвертичном палеоклимате. Проблема сопоставления результатов автора по Охотскому морю и имеющейся информации по Северной Пацифике состоит, помимо специфики самого моря, и в отсутствии столь же высокоразрешающих исследований долговременного распределения радиолярий в открытых субарктических районах Тихого океана. Представленная диссертация содержит выводы, основанные на текущем состоянии четвертичных исследований в регионе, и не закрывает перспективы для дальнейших работ.

Апробация работы и публикации.

За последние пять лет автор сделал устные доклады по теме диссертации на следующих международных и российских научных совещаниях: "Climate Drivers of the North" (Kiel, Germany, May 2002), Fifth Workshop on Russian-German Cooperation in the Sea of Okhotsk-Kurile Island Arc System KOMEX (Vladivostok, May 2004), IV Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода "КВАРТЕР-2005" (Сыктывкар, август 2005), Всероссийское научное совещание "Геологические события неогена и квартера России: современное состояние стратиграфических схем и палеогеографические реконструкции" (Москва, март 2007), LIII сессия Палеонтологического общества РАН "Палеонтология, палеобиогеография и палеоэкология" (Санкт-Петербург, апрель 2007). Стендовые доклады представлены на многих международных и российских совещаниях. Был сделан доклад на заседании Ученого совета ИОРАН в феврале 2006 г.

По теме диссертации автор опубликовал 57 работ, из них - 20 статей в российских и зарубежных журналах и сборниках (17 статей - как первый соавтор), в том числе, 9 статей - в рецензируемых журналах из списка ВАК, рекомендованных для докторских диссертаций.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения и списка литературы. Объем работы - 317 страниц, включая 49 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 421 наименование, из них 79 наименований из отечественных изданий и 342 - из зарубежных изданий. В приложениях содержится список и фотографии основных четвертичных радиолярий Охотского моря, найденных автором в изученных колонках.

Благодарности.

Я приношу особую благодарность профессору М.С. Барашу, к микропалеонтологической школе которого я принадлежу. Моя работа находила понимание и одобрение академика А.П. Лисицына, профессора Л.И. Лобковского и других ведущих ученых ИОРАН. С.Б. Кругликова научила меня осознать сложность и преодолимость проблем анализа радиолярий. Лаборатория палеоэкологии и биостратиграфии ИОРАН дала мне добросердечную помощь и профессиональную поддержку. Мне очень помогло дружеское внимание со стороны многих сотрудников ИОРАН. Я с большим удовольствием благодарю всех моих коллег из других научных организаций, с которыми общался, обсуждал свою работу и сотрудничал: М.С. Афанасьеву, В.С. Вишневскую, С.А. Горбаренко, Ю.А. Лаврушина, М.А. Левитана, А. Абельман, Д. Нюрнберга и многих-многих других, чьи имена я хорошо помню. С самыми светлыми чувствами я вспоминаю своего первого научного учителя Зою Владимировну Алешинскую. Сотрудники Лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена Географического ф-та МГУ вели меня по пути моего образования и приобщения к научным исследованиям.

2. Содержание вводных глав диссертации

Глава 1 описывает особенности современной гидрологии Охотского моря (Морошкин, 1966; и др.), поскольку основные положения диссертации касаются проблем стратиграфии и палеоокеанологии данного бассейна. Океанография других субарктических районов, которые обсуждаются в диссертации, описана в соответствующих главах. Указывается, что сложное взаимодействие водных масс различного происхождения, динамичный сезонный лед, а также большое количество биогенных элементов, поступающих из соседней Пацифики, с шельфа и с речным стоком, являются хорошими предпосылками высокой продуктивности микропланктона в Охотском море. Охотское море обладает своеобразной вертикальной структурой с резко выраженным подповерхностным минимумом температуры. В Охотском море происходит глубокая трансформация тихоокеанской воды (охлаждение, распреснение и вентиляция) и активное формирование охотоморской промежуточной воды. Экспорт промежуточной воды влияет на свойства промежуточной водной массы на всей Северной Пацифике. Водная структура Охотского моря находится под воздействием различных внешних факторов, изменяющих пресный баланс и температуру (атмосферные осадки/испарение, речной сток, течение Соя, тихоокеанская вода, барические системы в атмосфере).

Глава 2 обобщает новейшие данные по глобальным четвертичным архивам стратиграфии и климата, описывает место четвертичной системы в Международной шкале геологического времени, основные четвертичные подразделения в стратиграфических схемах России и Западной Европы. Даны сведения по астрономическим факторам ледниковых циклов плейстоцена, по стандартным изотопно-кислородным и изотопно-углеродным профилям океанских осадков как индикаторам изменений материковых льдов и термогалинной циркуляции, по изотопным и геохимическим записям ледовых кернов и спелеотем как показателям глобального палеоклимата, по лессово-почвенным формациям Китая как индикаторам ледниковых циклов. Показано, что современные данные по четвертичной истории позволяют существенно детализировать стратиграфические построения плейстоцена, приводя к корреляции базовых стратиграфических единиц с основными ледниково-межледниковыми событиями (Стратиграфический кодекс России, 2006).

Глава 3 описывает позднекайнозойское похолодание как предвестник четвертичных оледенений и Среднеплейстоценовой климатической революции (Zachos et al., 2001). В конце плиоцена на фоне долговременного снижения содержания атмосферного СО2 окончательно утвердилась тенденция "ледникового" состояния Земли. В этом состоянии климат уязвим к воздействию целого ряда факторов (Монин, 1977), каждый из которых может стать "спусковым крючком" сильных глобальных изменений: масштабные региональные тектонические движения, эксплозивный вулканизм, перераспределение атмосферной и океанской циркуляции, астрономически обусловленные ритмы инсоляции. Среднеплейстоценовая климатическая революция (СПР) в интервале от 1.3 млн. лет назад до 400 тыс. лет назад выразилась в переходе к большему распространению материковых оледенений, к более четкой ледниковой (= природной) цикличности, к смене природного ритма от 41 к 100 тыс. лет (Shackleton and Opdyke, 1976; Ruddiman et al., 1986; и др.). Наиболее обоснованное доказательство этапного хода СПР - математико-статистический анализ глобальных изотопно-кислородных кривых, отражающих объем материковых льдов (Maasch, 1988; Mudelsee and Schulz, 1997; Mudelsee and Statteger, 1997). В записях микрофоссилий СПР проявляется по нескольким направлениям: уровни последнего и первого нахождения видов, вариации комплексов видов, вариации содержания специфических видов, палеотемпературные колебания, реконструированные по микропалеонтологическим данным (Пушкарь и Черепанова, 2001; Koizumi, 1985; Morley and Dworetzky, 1991; Sancetta and Silvestri, 1986; и др.).

Глава 4. Биостратиграфия отложений Северной Пацифики и Охотского моря по радиоляриям в интервале последнего миллиона лет.

В Главе 4 рассматривается Защищаемое положение 1 (см. Введение).

Новые колонки донных осадков Охотского моря, полученные по международным проектам KOMEX и IMAGES и изученные автором, дают информацию по интервалу последних 1.1 млн. лет. Стратиграфия четвертичных отложений северной части Тихого океана, накопившихся в течение последнего миллиона лет, описывается Зонами радиолярий BOTRYOSTROBUS AQUILONARIS и STYLATRACTUS UNIVERSUS (Nigrini and Sanfilippo, 2001).

Первая детальная информация по плейстоценовой биостратиграфии четвертичных осадков Охотского моря по радиоляриям получена при изучении колонки КОМЕХ LV28-42-4 из центральной части моря (Matul et al., 2002). Возрастная привязка датировочных уровней радиолярий за последние 350 тыс. лет сделана по изотопно-кислородному профилю, вариации которого хорошо совпадали с колебаниями общей аккумуляции радиолярий и содержания отдельных характерных видов. Сопоставление датировочных уровней в Охотском море и Северной Пацифике позволило подтвердить синхронность уровней исчезновения Stylacontarium acquilonium, Spongodiscus sp. и Amphimelissa setosa и укрепить мнение о диахронности исчезновения Lychnocanoma nipponica sakaii в позднем плейстоцене, вероятно, отразившей особенности природных условий окраинных морей.

На основе хроностратиграфии колонок КОМЕХ LV28-42-4 и IMAGES MD01-2415 в Охотском море установлено 17 датировочных уровней по радиоляриям за последние 1.1 млн. лет: 11 новых и 6 ранее отмеченных для Северной Пацифики и Охотского моря (Рис. 1). Для ранее установленных уровней подтверждена региональная синхронность.

Число вновь установленных уровней значительно превышает количество ранее известных уровней по различным группам микрофоссилий в Северной Пацифике. В тексте главы и на рисунках даны сведения по особенностям относительной концентрации видов с датировочными уровнями в пределах интервалов встречаемости.

За последние 1.1 млн. лет в Охотском море исчезли 12 видов радиолярий и появились 5 видов, которые затем более или менее стабильно встречались в комплексах. Исчезнувшие радиолярии: Eucyrtidium matuyamai, Rhizoplegma sp., Antarctissa (?) sp. 3, Phormostichoartus pitomorphus, Litheliidae spp., Perichlamidium sp., Tholospira sp. 2, Stylacontarium acquilonium, Spongodiscus sp., Sphaeropyle langii, Amphimelissa setosa, Lychnocanoma nipponica sakaii. Появившиеся радиолярии: Dumetum rectum, Tholospira sp. 2 (впоследствии исчезнувший), Lychnocanoma nipponica sakaii (впоследствии исчезнувший), Stylochlamydium venustum, Artobotrys borealis. По тем радиоляриям, которые ранее не описывались в литературе (подчеркнуты в двух предыдущих предложениях), в Главе 4 приведены таксономические заметки.

Рис. 1. Датировочные уровни по радиоляриям и другим микрофоссилиям в Охотском море и Северной Пацифике (Пушкарь и Черепанова, 2001; Koizumi, 1986; Koizumi and Tanimura, 1985; Li, 2003; Matul et al., 2002; Morley, 1985; Morley and Nigrini, 1995; Winter et al., 2005; Su et al., 2004).

Датировочные уровни по радиоляриям Охотского моря согласуются с палеоклиматическими событиями плейстоцена. Уровни последнего нахождения радиолярий в нашем материале приурочены к переходам от оледенения к межледниковью и обратно, к межледниковым оптимумам, к коротким выразительным потеплениям или ледниковым событиям. Палеоклиматическая приуроченность исчезновений соответствует особенностям плейстоценового распределения видов: радиолярии, исчезнувшие на переходах к теплым фазам или во время теплых фаз, образовывали максимумы относительной концентрации в пределах ледниковых интервалов или вне оптимальных частей межледниковий. Наоборот, радиолярии, исчезнувшие на переходах к оледенению или в ледниковых интервалах, были типичны для межледниковий.

Большая часть уровней появления видов отмечена в моменты потеплений. Хотя виды появляются в Охотском море во время более или менее выраженных потеплений, их концентрация не всегда отчетливо отражает ледниково-межледниковые изменения. В распределении вновь появившихся видов, исключая кратковременно существовавший в Охотском море вид Tholospira sp. 2, есть характерная черта: после их появления проходит некоторое время спорадической или стабильно низкой встречаемости на протяжении от 60 до 230 тыс. лет, пока не начнут обнаруживаться статистически значимые (>1-2%) концентрации данных радиолярий. Возможно, этим видам потребовалось так называемое "экологическое время" на расселение и внедрение в местную экосистему (Лопатин, 1997).

Полученные автором данные о множестве четвертичных уровней исчезновения и появления видов радиолярий подтвердили предположение о том, что пульсации "потепление-похолодание" являются той основной движущей силой, которая вынуждает экосистемы, характеризуемые той или иной фауной, постоянно приспосабливаться к изменяющейся природной обстановке (Добрецов, 2003; Афанасьева и Амон, 2006). В нашем случае речь идет о согласованности датировочных уровней по радиоляриям и ледниково-межледниковых климатических колебаний на шкале первых сотен и десятков тысяч лет.

Сопоставление датировочных уровней по разным группам микрофоссилий (радиолярий, диатомей и наннопланктона) показывает их совпадение в пределах ряда палеоклиматических интервалов или событий. Такие совпадения представляются логичными, поскольку они маркируют моменты серьезных палеоокеанологических изменений на фоне ледниковых циклов и в ходе Среднеплейстоценовой революции палеоклимата.

Глава 5. Вид радиолярий Cycladophora davisiana как индикатор охотоморской промежуточной водной массы. Распределение в современном и четвертичном океане.

В Главе 5 рассматривается Защищаемое положение 2 (см. Введение).

В разрезах четвертичных осадков Охотского моря обнаруживаются выразительные вариации относительного содержания C. davisiana, видимо, отразившие изменения в формировании и в параметрах промежуточной водной массы. Четвертичные изменения охотоморской промежуточной водной массы (ОПВМ), подобно современным, должны были влиять на свойства промежуточных вод всей Северной Пацифики, приводя к вариациям солености, насыщенности кислородом и питательными веществами в открытых областях прилегающего океана.

Вид C. davisiana в современном океане обитает преимущественно на глубинах более 500 м. Единственная зона устойчивой и массовой популяции вида на небольших глубинах - верхняя часть промежуточной водной массы Охотского моря в горизонте 200-500 м. Вода на глубинах основного обитания C. davisiana хорошо перемешана, вентилирована и относительно гомогенна. Ее осредненные гидрологические параметры: температура от 0.8 до 2°С, соленость от 33.4 до 34.9‰, содержание растворенного кислорода ?5 мл/л.

Карты, составленные по данным автора и из публикаций (Bjшrklund et al., 1998; Nimmergut and Abelmann, 2002; Pisias et al., 1997; и др.), показывают, что наибольшие относительные концентрации вида C. davisiana в поверхностном слое донных осадков северного полушария приурочены к глубоководным участкам дна по океанским окраинам. С геоморфологической точки зрения, эти участки дна, как правило, примыкают к подножию континентального склона. С точки зрения циркуляции, над этими участками дна проходят пограничные, в широком смысле, и контактируют глубинные массы из открытых частей бассейнов и более плотные, охлажденные и вентилированные шельфовые массы. Шельфовые массы приносят взвешенное и растворенное органическое вещество в зоны над континентальным склоном и вблизи склона.

Вертикальная структура воды в разных районах высоких концентраций C. davisiana различна. В Охотском море четко выражен подповерхностный дихотермальный слой с сильными градиентами температуры и плотности; здесь C. davisiana обитает в слабо градиентной промежуточной воде, примыкающей снизу к дихотермальному слою. В других районах, например, в Гренландском и Японском морях сильная конвекция с поверхности образует сглаженные вертикальные гидрологические профили; стратификация, за исключением тонкого приповерхностного слоя, отсутствует. Таким образом, и сильно стратифицированное по вертикали Охотское море, и однородное по профилю соседнее Японское море предоставляют условия для образования высоких относительных концентраций C. davisiana в различных по видовому составу комплексах радиолярий.

Накопление C. davisiana в осадках Охотского моря происходит во время продуктивного летнего периода и может продолжаться зимой в отсутствие развития фитопланктона. Оно имеет высокую прямую корреляцию с концентрацией взвешенного органического углерода (Okazaki et al., 2003). В Охотском море органическая взвесь в течение всего года поступает в промежуточные слои воды с шельфа. Взвесь подвергается бактериальному разложению, а бактерии служат пищей для C. davisiana.

На данный момент имеется чуть более десятка колонок плейстоценовых осадков Мирового океана, по которым опубликованы как изотопно-кислородные кривые, так и записи C. davisiana, охватывающие, как минимум, последний ледниковый цикл. Хорошо выраженные вариации C. davisiana обнаруживаются в высокоширотных районах океана, где продуктивность и аккумуляция биогенного карбоната кальция невелики и есть трудности с получением изотопно-кислородных данных, поэтому возникает потребность в использовании других, помимо карбонатных, микроорганизмов как стратиграфических и палеоокеанологических индикаторов. Морли и Хейс (Morley and Hays, 1979) предложили считать вариации относительной численности вида инструментом позднеплейстоценовой стратиграфической корреляции в высокоширотных районах Южного океана и Северной Атлантики, т.к. в некоторых колонках обнаружено визуальное совпадение экстремумов содержания C. davisiana и изотопно-кислородных событий в течение последнего ледникового цикла (колонка RC11-120 из субантарктической части Индийского океана и колонка V29-179 из СВ Атлантики).

Морли и др. (Morley et al., 1982) посчитали возможным распространить это мнение и на стратиграфию Северной Пацифики, но только применительно к основным, без деталей, экстремальным уровням C. davisiana; при этом изотопно-кислородные данные не обсуждались ввиду их отсутствия. По еще одному предположению Морли и др. (Morley et al., 1982), основные колебания содержания вида в плейстоцене могли быть синхронны во всей субарктической Пацифике.

Новые колонки осадков из Берингова и Охотского морей и Северо-Западной Пацифики, в которых определены записи C. davisiana, имеют изотопно-кислородную хроностратиграфию для последнего ледникового цикла (Матуль и Абельман, 2001; Okazaki et al., 2003; Okazaki et al., 2005; Tanaka and Takahashi, 2005). Эти колонки не подтверждают долговременную корреляцию или антикорреляцию колебаний изотопно-кислородного состава и C. davisiana за последние 120 тыс. лет. Более того, записи C. davisiana заметно различны в открытой субарктической Пацифике и окраинных морях. По мнению Танака и Такахаши (Tanaka and Takahashi, 2005), различие позднеплейстоценовых записей C. davisiana в разных северо-западных районах Пацифики может объясняться смещением и/или сокращением/расширением зоны формирования водных масс - местообитаний вида. Данные автора настоящей работы по распределению C. davisiana (Матуль и Абельман, 2001), находящие подтверждение в сведениях Оказаки и др. (Okazaki et al., 2003; Okazaki et al., 2005), говорят о том, что Охотское море в позднем плейстоцене без больших перерывов поставляло в Северную Пацифику хорошо вентилированную, холодную промежуточную воду в не меньших, а то и в больших, чем сейчас, объемах.

Изучение колонки IMAGES MD01-2415 дало возможность впервые сделать детальное прямое сравнение распределения C. davisiana и изотопно-кислородного профиля в одном и том же разрезе осадков, который вышел бы за пределы последних 780 тыс. лет (Рис. 2).

Представленные длинные записи C. davisiana за последние 1.1 млн. лет

не показывают долговременной приуроченности изменений относительного содержания вида к ледниково-межледниковым флуктуациям. Постулат Морли и Дворецки (Morley and Dworetzky, 1991) о совпадении для Северной Пацифики высоких концентраций вида с ледниковыми событиями не подтверждается. Кроме того, нельзя говорить о схожести четвертичных изменений относительного содержания вида в разных океанских районах, по крайней мере, для северного полушария. Идея Морли и Хейса (Morley and Hays, 1979) о стратиграфической универсальности C. davisiana не подтверждается. радиолярия микрофоссилия межледниковый море

Минимальные четвертичные концентрации C. davisiana (от 0.2 до 6%) в Охотском море встречены в большей части межледниковых ИКС или межледниковых оптимумов на протяжении последних 1.1 млн. лет (см. Рис. 5). В десяти из шестнадцати межледниковых ИКС есть глубокие минимумы C. davisiana.

Рис. 2. Распределение C. davisiana в четвертичных осадках из интервала последних 1.1 млн. лет.

Наоборот, очень выразительные в глобальном и регионально масштабе оптимумы ИКС 27, 21 и 1 отмечены большими максимумами вида (до 50-70%). Можно заметить, что совпадение минимумов содержания вида и межледниковых условий началось в заключительный момент Среднеплейстоценовой климатической революции в интервале 800-700 тыс. лет назад, приведшей к установлению "пилообразных" ледниковых циклов 100 тыс.л. - короткий оптимум и постепенное наступление ледникового максимума (Tziperman and Gildor, 2003). Судя по данным C. davisiana, при наибольших потеплениях во время межледниковых (оптимальных) эпох формирование воды с характеристиками современной ОПВМ сильно сокращалось или даже прекращалось. Высокие четвертичные концентрации C. davisiana (более 20%) в Охотском море, говорящие о нормальном уровне формирования воды с параметрами ОПВМ, встречены почти во всех ледниковых ИКС, хотя интервалы максимумов вида не всегда полностью соответствуют интервалам оледенений или не всегда выпадают на моменты ледниковых максимумов.

Глава 6. Вид радиолярий Amphimelissa setosa как индикатор межледниковых условий в Охотском море. Распределение в современном и четвертичном океане.

В Главе 6 рассматривается Защищаемое положение 3 (см. Введение).

Самые ранние находки A. setosa в плейстоценовых осадках сделаны при анализе колонки MD01-2415 из Охотского моря. Вид обнаруживается, по крайне мере, с уровня 1.092 млн. лет назад. В интервале от 710 до 90 тыс. лет назад он был одним из доминирующих в Охотском море. Межледниковые пики концентрации A. setosa сопровождают уровни значительного увеличения общего накопления радиолярий в осадках и роста процентного содержания биогенного опала. Исчезновение A. setosa из комплексов происходит внутри ИКС 4 во всех тех колонках Охотского моря, которые достигли границы ИКС 5/4 (Рис. 3).

Первые устойчивые находки A. setosa в позднеплейстоценовых осадках северной части Северной Атлантики описаны в колонке П-172 из Лабрадорского моря (Матуль и др., 2002) (см. Рис. 3). Вид, вероятно, присутствовал в Лабрадорском море и в другие моменты плейстоцена, в частности, К. Бьёрклунд (2004, личное сообщение) находил A. setosa в нижней части ИКС 10 и в ИКС 8. Тем не менее, какой-либо количественной информации по продолжительному существованию A. setosa в данном районе в среднем или раннем плейстоцене пока не опубликовано.

Автор сделал морфометрическое исследование экземпляров вида из плейстоценовых осадков Охотского моря для сравнения с современными экземплярами из субарктической Атлантики. Морфологические различия экземпляров A. setosa из разных субарктических районов и разных возрастных интервалов укладываются в рамки вариаций типовых размеров скелета, поэтому позволяют причислять находки к одному и тому же виду. Тем не менее, морфологические отклонения могут отражать региональные (и временные, если обсуждать разновозрастные находки вида в одной и той же провинции) экологические влияния, например, разную обеспеченность водных масс силикатами как вещественной основой для строительства скелета, отличающиеся гидрологические условия и режимы продуктивности и др.

Рис. 3. Вид A. setosa в четвертичных осадках субарктических районов (Matul et al., 2002).

Вид A. setosa доминирует в поверхностном слое осадков Гренландского и Исландского морей и некоторых районов арктических морей вдоль Евразии (Bjшrklund and Kruglikova 2003; и др.). Массовая аккумуляция A. setosa происходит на Исландском плато, где максимальная относительная концентрация вида >50% приурочена к наибольшей региональной численности радиолярий >50000 экз./г (Cortese et al., 2003). В свою очередь, в Охотском море вид сейчас отсутствует, хотя здесь происходит активная аккумуляция биогенного кремнезема (Кругликова, 1975). Исходя из анализа гидрологических профилей над Исландским плато, можно предположить, что A. setosa предпочитает обитать в холодных и соленых поверхностных и подповерхностных водных массах, которые хорошо перемешиваются в продуктивный период, тем самым сильно обогащаются кислородом с поверхности и питательными веществами из нижележащих слоев. Вид A. setosa входит в комплекс радиолярий из Норвежско-Гренландского бассейна, который предположительно маркирует район интенсивного формирования водных масс, вовлекаемых в североатлантическую глубинную водную массу (Матуль, 1999).

Нахождение одновременно высокого содержания A. setosa (?30-50%) и общей численности радиолярий в осадках (>40000-50000 экз./г) во время межледниковий может отражать существование в Охотском море природных условий, которые сейчас наблюдаются в Исландском море. Эти условия таковы: хорошо перемешанный верхний слой водного столба, имеющий выровненную невысокую температуру и более высокую, чем сейчас в Охотском море, соленость; короткий зимний сезон с гораздо меньшим распространением льдов; длительный продуктивный сезон; улучшение поставки питательных веществ (а) из нижних водных слоев в результате лучшего вертикального перемешивания и (б) из разных источников - приток воды из соседней Пацифики и Японского моря, речной сток Амура.

Исчезновение A. setosa из Северной Пацифики может быть объяснено установлением резко выраженной летней стратификации верхних слоев воды, вызванной кардинальным изменением муссонного режима. Восточноазиатский муссон - главный механизм создания четкого основного галоклина субарктической Пацифики на глубине 75-200 м, который разделяет поверхностные и промежуточные водные массы. Влияние муссона выражается в преобладании массы атмосферных осадков над испарением с поверхности океана (Emile-Geay et al., 2003), поэтому поверхность океана опресняется. Летний муссон, продолжительно действовавший во время межледниковой ИКС 5 (Xiao et al., 1995; Porter, 2001; Xiong et al., 2002), поддерживал высокую увлажненность над океаном и способствовал увеличению пресного баланса. Зимний муссон, возобновившийся на границе ИКС 5/4 в ходе развития последнего оледенения, ускорил охлаждение поверхности океана и тем самым уменьшил испарение. В итоге резко вырос пресный баланс, за которым усилился основной галоклин и установилась стратификация, несовместимая с обитанием A. setosa.

Ранние находки A. setosa в Пацифике и последующее периодическое обнаружение вида в Северной Атлантике позволяет предполагать, что в плейстоцене вид мог проникать из Тихого океана в Атлантический. Тем не менее, нельзя совершенно отрицать существование четвертичного ареала A. setosa в Северной Атлантике, но опубликованными исследованиями это пока не подтверждено. Благоприятные условия для миграций вида создавались во время межледниковых оптимумов в пределах ИКС 11, 9 и 5, когда уровень моря превышал современные отметки (Shackleton, 1987; и др.) и существовал Берингов пролив. Возможность такого рода плейстоценовых миграций подтверждается фактом фаунистических миграций в позднем плиоцене: большое число мелководных моллюсков переместились из Северной Пацифики через Берингов пролив в Северную Атлантику (Marincovich, 2000).

В позднем плейстоцене североатлантический ареал вида следовал за ледниково-межледниковыми миграциями субарктических водных масс и района преимущественного формирования глубинной водной массы из Норвежско-Гренландского бассейна и обратно. Например, на переходе от последнего оледенения к голоцену вид исчез из комплексов в центре Северной Атлантики, но на всем пространстве Норвежско-Гренландского бассейна еще не появился. Концентрация вида в субширотной полосе вдоль Исландско-Фарерского порога достигала максимальных значений (до 40%) во время похолодания в позднем дриасе между 10 и 11 тыс. лет назад. Сильное охлаждение, особенно зимой, наступило в южной половине Норвежского моря, и условия, типичные для акватории Исландского плато, переместились к югу от Исландии (Ruddiman and McIntyre, 1981; Sarnthein et al., 2001). Здесь и произошел рост аккумуляции A. setosa в позднем дриасе.

Глава 7. Крупномасштабные изменения палеоокеанологии Охотского моря за последний миллион лет по четвертичным записям радиолярий в длинной колонке IMAGES MD01-2415.

В Главе 7 рассматриваются Защищаемые положения 4 и 5 (см. Введение).

Основой для выводов по палеоокеанологии, сделанных в данной главе, стало изучение длинной колонки IMAGES MD01-2415 (длина разреза осадков 46.23 м). Она отобрана в центре Охотского моря у подножия северного континентального склона на глубине 822 м экспедицией IMAGES WEPAMA во время рейса французского НИС "Marion Dufrиsne" летом 2001 г. (Bassinot et al., 2002). Хроностратиграфия колонки разработана по изотопно-кислородному профилю на основе анализа бентосных фораминифер; дополнительно привлекались данные по литологии (чередование межледниковых диатомовых илов и терригенных ледниковых алевритов), магнитной восприимчивости (показатель поступления терригенного материала), характеристикам отраженного света (показатель накопления биогенного материала), распределению биогенного кремнезема, биогенного карбоната кальция, органического углерода и материала ледового разноса (Nьrnberg and Tiedemann, 2004) (Рис. 4).

Стратиграфия и возраст осадков колонки MD01-2415 находят подтверждение в данных по радиоляриям (см. Рис. 4). Межледниковые интервалы в пределах нечетных ИКС отмечены резкими максимумами общей концентрации радиолярий, числа таксонов, содержания вида A. setosa и ряда других радиолярий. Установленные ранее для Северной Пацифики и найденные в колонке датировочные уровни по радиоляриям хорошо соответствуют контрольным возрастным уровням, определенным по изотопно-кислородной стратиграфии (Nьrnberg and Tiedemann, 2004).

Рис. 4. Хроностратиграфия колонки MD01-2415.

В работе обсуждено повышенное межледниковое разнообразие радиолярий, которое, видимо, отражает сосуществование многих специализированных видов, разведенных по своим узким экологическим нишам. Увеличение межледникового биоразнообразия должно происходить при (1) усилении устойчивости климата, когда незначительные колебания природных параметров благоприятствуют специализированным видам, имеющим узкую экологическую нишу; (2) увеличении продуктивности, когда вырабатываетсябольшее количество более разнообразной пищи; (3) усложнении местообитания, когда усиление пространственной гетерогенности предоставляет большее число экологических ниш (Pianka, 1994).

Сделан кластерный анализ распределения радиолярий в колонке MD01-2415 для статистически подтвержденного выделения (а) групп видов микрофоссилий со сходным распределением и (б) групп проб осадков (слоев осадков) со сходными микропалеонтологическими комплексами. Установлены "кластерные" группы видов, содержание которых колеблется в соответствии с ледниково-межледниковыми изменениями. Границы основных "кластерных" комплексов радиолярий в колонке MD01-2415 указывают на вероятные крупные изменения палеоокеанологии. Граница "кластерных " комплексов на уровне около 700 тыс. лет назад - переход к более определенной, чем ранее, ледниково-межледниковой цикличности в распределении радиолярий. С этого момента уровни существенных изменений комплексов радиолярий приходят в хорошее долговременное согласие с границами ИКС. Граница "кластерных " комплексов на уровне около 420 тыс лет назад - начало четких высокоамплитудных периодических изменений в составе радиолярий в пределах последних четырех ледниковых циклов. Хорошо проявляются резкие непродолжительные межледниковые оптимумы. Граница "кластерных " комплексов в средней части голоцена - установление ассоциаций радиолярий, близких к современным.