Структура и вещественный состав осадочного чехла Хубсугульской впадины как летопись тектоно-климатической эволюции Северной Монголии в Позднем Кайнозое

События, отображенные во II хубсугульской тектонической стадии, геохронологически совпадают не только с резким оживлением тектонического режима в Центральной Азии (Molnar, Tapponnier, 1975; Molnar et al., 1993; Zonenshain et al., 1981; Макаров, 1980; Лукина, 1990; Makarov, 1995; Petit et al., 1996; Lie,1996; Qiang et al., 2001; De Grave et al., 2004), но и являются звеном глобального проявления нео-тектонической активизации, проявившейся на: северо-востоке Азии (Баранова, 1967; Логачев и Шерман, 1983; Chen et al., 1996), в Южной и Восточной Африке (Милановский 1974; Saggerson E. P., Baker, 1965; Partridge and Maud, 1987), на Ангольском плато, на Аравийском полуострове (Briem, 1989), а также в Северной и Южной Америке (Николаев, 1988; Bell, Laine, 1985; Ruddiman, Kutzbach, 1989, 1991; Peizhen et al., 2001).

рис.10. Корреляция хубсугульского аридного климатического стека с летописями из Западной Сибири (Архипов и др., 1997; Архипов, Волкова, 1994), Байкала (Кузьмин и др., 2001; Карабанов и др., 2001) и глобальной летописью климата (Shackleton et al., 1990). На диаграмме термических колебаний Западной Сибири (Архипов, Волкова, 1994): УТ- умеренно теплый; УБ- умеренно бореальный; УБХ- умеренно бореальный холодный; СУБ- субарктический; ТСБ- тундрово-степной арктический; П- перигляциальный арктический; С- сухо; В- влажно.

III-стадия неоХубсугульского этапа геохронологически совпадает с интервалом эоплейстоценранний неоплейстоцен (1.8-0.5 млн. лет назад). В начале стадии озеро уже имело очертания и глубины, весьма схожие с современными, за исключением южного блока, не полностью покрытого водами озера. Предположительно, что до рубежа в ?1 млн. лет назад озеро еще имело сток через систему палеорукавов рек, расположенных на юго-восточном побережье. Разрушение данного стока, вероятно, произошло после тектонической активизации периода 1,2-0,9 млн. лет и у озера появился его современный сток. В этот период образовались и самые «свежие» формы морфотектонических структур. Данный период активизации Северной Монголии хорошо согласуется с периодом активизации Байкальской впадины 1,07-1,31 млн. лет, маркируемой несогласием D3B в донных осадках (Kuzmin et al., 2000). Вероятнее всего, это событие соотносится с Приморской фазой тектонической активизации (Мац и др., 2001). С началом III стадии нео-Хубсугульского этапа озеро начинает испытывать значительные регрессии, что объясняется усилением аридности климата, во многом сопутствующего похолоданиям, т.е. климат приобретает черты резкой континентальности. Применительно к Центрально-Азиатскому региону, усиление континентальности климата, во многом, было обусловлено формированием орографической преграды для Индо-Тихоокеанского и Северо-Атлантического влагопереносов, вследствие миоцен-плиоценового воздымания Тибета, Саян, Алтая и Хангая (Карабанов и др., 2001; Вильямс и др., 2001; Кузьмин, Ярмолюк, 2006; Qing et al., 2001; Liu, Yin, 2003). С изменениями орографической структуры региона, вероятно, связано формирование/становление Сибирского антициклона, определяющего климатический облик региона. К финалу III стадии тектонические процессы утрачивают свою ведущую роль, а экзогенные процессы, обусловленные ледниковой экзарацией, трансгрессивно-регрессивными циклами и криогенной солифлюкцией, наоборот, становятся ведущими в формировании морфоскульптурного облика Хубсугульской впадины.

В Западной Сибири основание нижнего неоплейстоцена проводится по талагайкинскому горизонту, одноименный свита-стратотип этого горизонта сложен аллювием (около 40 м), сформировавшимся в теплых межледниковых климатических условиях, сходных с современными (Архипов, 1987). В хубсугульском разрезе талагайкинскому горизонту соответствует интервал керна, накапливающийся 690-920 тыс. лет (МИС 17-25), а трем западно-сибирским незначительным похолоданиям соответствуют короткие оледенения Северной Монголии, соотносимые с МИС 18, 20 и 24 (рис.10).По характеру «аридного» стека можно говорить, что это был наиболее продолжительный период за последний 1 млн. лет, когда сохранялся «гумидный» климат, нарушаемый короткими эпизодами слабой аридизации. Полностью резко-континентальные черты климат Северной Монголии начал приобретать после 0,7 млн. лет назад. Стратиграфическим аналогом в Западной Сибири этого периода является семейкинская свита, разделяемая на три пачки; нижняя и верхняя сложены моренными суглинками, а средняя озерно-аллювиальными песчано-глинистыми отложениями (Троицкий, 1979; Комаров, 1986; Унифицированная схема.., 2000).

IV - стадия (0,5-0 млн. лет назад, средний неоплейстоцен-голоцен) нео-Хубсугульского этапа характеризуется низкой тектонической активностью. Раннее была установлена неоднородность в рисунке регионального поля тектонического напряжения земной коры, когда на начальных этапах тектоническое поле характеризовалось СЗ растяжением, которое затем было инверсированно на СВ сжатие, существующее и поныне (Парфеевец и др., 2002; Levi et al., 2004; Саньков и др., 2003, 2004; Sankov et al., 1997). Анализ структуры осадочного чехла Хубсугула показывает, что наиболее вероятной возрастной границей данного перехода был рубеж ~0,4-0,5 млн. лет назад (Федотов и др., 2006; Fedotov et al., 2006). Таким образом, слабая тектоническая активность IV-стадии объясняется неактивным раздвижением бортов впадины в обстановке СВ сдавливания, по сравнению с периодом активного раздвига (стадии I-III) под действием СЗ растяжения. Если климатические обстановки I-III стадий нео-Хубсугульского этапа можно характеризовать как стабильные на протяжении нескольких сотен тысяч лет (Fedotov et al., 2004), то региональный климат IV стадии был крайне неравномерен, с резкой переменой климатических условий от аридных к плювиальным, от умеренно холодных к холодным, с коротким временем стабильности порядка 10-30 тыс. лет.

Сравнение оледенений Западной, Восточной Сибири и Северной Монголии показывают их хорошую сходимость между собой в оценке последовательности проявления максимальных и постмаксимальных оледенений. Между тем, полученные данные по отдельным периодам вступают в противоречие с данными моделирования объема ледникового покрова в Северном полушарии в плейстоцене (Berger et al., 1996; Berger, 1998; Ruddiman, 2003; Loutre and Berger, 2003). Главное расхождение заключается между расчетными данными, моделирующими максимальный объем ледников в Северном Полушарии в течение МИС 2 и натурными данными, указывающими на минимальность объемов ледников в этот период. Несоответствие между данными, относительно максимального самаровского оледенения, (МИС 8) и расчетными данными для этого же периода, менее критично, поскольку данные по Монголии и Байкалу носят более гипотетический характер. Но, максимальное оледенение в хубсугульских летописях, приходящееся на тазовскую эпоху (МИС 6) вполне согласуется с модельными данными, где максимальный объем льда приходился на МИС 2, 6 и 10.

Если сравнивать степень проявления межледниковых периодов в Северной Монголии и Западной Сибири, то отчетливо видно, что в Северной Монголии теплые периоды гораздо менее выражены. Другой особенностью протекания межледниковий являются эпизоды глубоких и коротких похолоданий внутри межледниковых периодов, регистрируемых как в хубсугульских, так и в байкальских летописях (Karabanov et al., 1998; Прокопенко и др., 2003). Так, в Северной Монголии наиболее холодными и аридными были подстадии 5d, 7d и 15d. В целом, если сравнивать количество атмосферных осадков, выпадающих в регионе в среднем и позднем неоплейстоцене, то средний неоплейстоцен был более «плювиальный», по сравнению с верхним неоплейстоценом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования структуры и вещественного состава осадочного чехла Хубсугульской впадины позволяют охарактеризовать эволюцию Северной Монголии в позднем кайнозое в контексте геологической истории Центральной Азии. Тектоно-климатические факторы, вызвавшие формирование современной структуры Хубсугульской впадины были общими для всего западного сегмента Байкальской рифтовой зоны, и унаследовали основные тенденции развития как всей Байкальской рифтовой зоны, так и Западной, и Центральной Монголии.

В итоге проведенных исследований получены следующие результаты:

1. На основе летописей элементного состава, распределения сульфата-иона, водорастворимых солей и аутигенного карбоната, полученных из более 22000 образцов донных осадков Хубсугула воспроизведены основные показатели изменения климатического режима региона за последний 1 млн. лет.

2. На основе взаимосвязи в формировании вещественного состава донных осадков Хубсугула в зависимости от палеоклиматических изменений определенно, что Хубсугул является своеобразным гигрометром, реагирующим на изменения уровня увлажнения региона. В период оледенения воды палеоозера были сильно осолонены. Высокая соленость вод озера вследствие избытка солей вызывала интенсивную садку кальцита и частично гипса. Так же высокая соленость и мутность вод озера блокировала развитие первичной биопродуктивности озера. Под действием увеличения влажности климата озеро в течение 1.5 тыс. лет переходило из мелководного в глубоководное состояние и происходило опреснение его вод.

3. Определено, что в период 1,05-0,7 млн. лет климат Северной Монголии был во многом схож с современным климатом. Это было наиболее продолжительным периодом регионального увлажнения, с количеством выпадающих осадков на уровне 200-250 мм/год. В период 0,7-0,42 млн. лет резко снизился региональный уровень количества выпадающих атмосферных осадков, вследствие чего Хубсугул испытал глубокую регрессию. Начиная с 0.4 млн. лет назад и по настоящее время, происходила резкая смена климатических режимов от аридных к «плювиальным», с длительностью «плювиальных» периодов около 11 тыс. лет

4. На основе сейсмофациального анализа донных осадков Хубсугула определенны основные фазы аридизации региона. Первая регрессия озера произошла 2,7(2,5) млн. лет назад. Значимые и более-менее регулярные регрессии палео-Хубсугула происходили после рубежа в 1,8 млн. лет назад. Самые крупные регрессии приходились на ледниковые периоды среднего и позднего неоплейстоцена.

5. Резкая перестройка климата Центральной Азии произошла на рубеже в 0.7 млн. лет назад и была связанна с интенсификацией Сибирского антициклона.

6. На основе определения возраста озерного осадочного чехла Хубсугульской впадины установлено, что активное формирование западного сегмента БРЗ началось не раннее, чем 5.5-6 млн. лет назад. Молодость рифтовых впадин Северной Монголии относительно времени начала Индо-Азиатской коллизии позволяет предположить, что коллизия не являлась единственной причиной их активного формирования.

7. Используя соотношение структурного взаимоотношений осадочных толщ впадины и сингенетических разломов, предложен механизм формирования структур западного сегмента БРЗ. В прото-Хубсугульский этап формирование тектонических структур было задано полем коллизионного СВ сжатия, в нео-Хубсугульский этап, в результате воздействия мантийного плюма(ов) было сформировано поле СЗ растяжения. Сочетание данных полей напряжения обеспечило активное раскрытие тектонических впадин Северной Монголии в интервале 5- ~1,5 млн. лет назад.

8. Начиная со среднего неоплейстоцена тектонические процессы утрачивают свою ведущую роль. Экзогенные процессы, обусловленные ледниковой экзарацией, трансгрессивно-регрессивными циклами и криогенной солифлюкцией, становятся ведущими в формировании морфоскульптурного облика и осадочных покровов Северной Монголии.

В целом, полученные непрерывные летописи дают надежную геохронологическую основу региональным тектоно-климатическим событиям последних 5.5-6 млн. лет. Полученные летописи во многом дополняют летописи Байкала и Западной Сибири и составляют единую основу для региональной тектоно-климатической шкалы. Полученные данные, возможно широко использовать при дальнейших межрегиональных корреляциях событий позднего кайнозоя Центральной Азии.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федотов, А.П. Сигнал влажности климата Центральной Азии на основе гранулометрической летописи донных осадков озера Хубсугул (Монголия) последних 450 тыс. лет / А.П. Федотов, Г.А. Зиборова, А.В. Хабуев, Е.Л. Отинова, С.А. Кугаколов, С.В. Родякин // ДАН. -2006.-Т.408.-№4. -С. 547-549.

2. Fedotov, A. Chronology of the Baikal Rift System / A. Fedotov, V. San'kov, M. De Batist, A. Kazansky, A. Parfeevets, A. Miroshnitchenko, T. Pouls // EOS. -2006. -Vol.87. -№25.-Р. 246-250.

3. Федотов, А.П. Вариации изотопного состава кислорода и углерода в створках остракод из озера Хубсугул (Монголия) и изменения регионального палеоклимата за последние 140 тыс. лет / А.П. Федотов, А.В. Игнатьев, А.Е Побережная, Т.А. Веливецкая, Г.А. Зиборова, Е.Л. Отинова, С.М. Крапивина, М.А Федорин // ДАН. -2006. -Т.409. -№ 6. -С.816-818.

4. Poberezhnaya, A.E. Paleoecological and paleoenvironmental record of the Late Pleistocene record of Lake Khubsugul (Mongolia) based on ostracod remains / A.E. Poberezhnaya, A.P. Fedotov, T.Ya. Sitnikova, M.Yu. Semenov, G.A. Ziborova, E. L. Otinova, A.V. Khabuev // Journal of Paleolimnology. -2006. -Vol.36. -P. 133-149.

5. Федотов, А.П. Тектоническая эволюция юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны / А.П. Федотов, М. де Батист, Т. Поулс // ДАН. -2006.- Т.410. -№4. -С. 503-505.

6. Казанский А.Ю. Первые результаты палеомагнитных исследований по данным бурения озера Хубсугул / А.Ю. Казанский, А.П. Федотов, Г.Г. Матасова, Г.А. Зиборова, Т.О. Железнякова, Г.А. Вологина , Ц. Оюунчимег, Ц. Наранцэцэг, Д. Томурху // Геология и геофизика. -2005. -Т.46. -№4, -С. 448-451.

7. Belykh, O.I. Abundance, morphological diversity, and spatial distribution of autotrophic picoplankton in Lake Hovsgol (Mongolia) / O.I. Belykh, E.G. Sorokovikova, I.V. Tikhonova, A.P. Fedotov // Aquatic Ecosystem Health & Management. -2005. -Vol. 8. -№4. -Р.461-473

8. Phedorin, M. Century-resolved 1 Myr history of paleogeographic changes in Lake Khubsugul (Mongolia), reconstructed from geochemical markers in lake bottom sediments / M. Phedorin, A. Fedotov, E. Goldberg, K. Zolotarev, O. Saeva, M. Grachev // Geochimica et Cosmochimiсa Acta. -2005.-Vol.69. -№10. -Р. а695-а695

9. Nourgaliev, D. K. The origin of magnetic minerals in the Lake Khubsugul sediments (Mongolia) / D. K. Nourgaliev, P. G. Yasonov, L.R. Kosareva, A. Yu. Kazanskii, A.P. Fedotov // Russian journal of Earth Sciences. -2005. -Vol. 7. -№ 3. -Р. 1-6

10. Fedotov, A.P. Aridization Climate of North Mongolia for last 1 My / A.P. Fedotov, M.Yu. Semenov, G.A. Ziborova, T.O. Zheleznyakova / Abstract of “Third International Conference Environmental Change in Central Asia”. Ulaanbaatar. -2005. -P.35-37

11. Khabuev, A.V. Records of coarse deposit for last 240 ky BP in bottom sediments of Lake Khovsgol / A.V. Khabuev, A.P. Fedotov, E.L. Otinova // Abstract of “Third International Conference Environmental Change in Central Asia”. Ulaanbaatar. -2005. -P.62-63

12. Fedotov, A.P. Changes in the volume and salinity of Lake Khubsugul (Mongolia) in response to global climate changes in the upper Pleistocene and the Holocene / A.P. Fedotov, E.P. Chebykin, M.Yu. Semenov, S.S. Vorobyova, E.Yu Osipov, L.P. Golobokova, T.V. Pogodaeva, Т.О. Zheleznyakova, M.A. Grachev, D. Tomurhuu, Ts. Oyunchimeg, Ts. Narantsetseg, O. Tomurtogoo, P.T. Dolgikh, M.I. Arsenyuk, M. De Batist // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.-2004. -Vol.209. -P.245-257

13. Fedotov, A. 1 My record of paleoclimates from Lake Khubsugul Mongolia / A. Fedotov, A. Kazansky, Tomurhuu D., G. Matasova, G. Ziborova, T. Zheleznyakova, S. Vorobyova, M. Phedorin, E. Goldberg, T. Oyunchimeg, T. Narantsetseg, E. Vologina, A. Yuldashev, I. Kalugin, O. Tomurtogoo, M. Grachev // EOS. -2004. -Vol.85. -№40.-Р.387-390

14. Казанский, А.Ю. Результаты палео- и петромагнитных исследований донных осадков озера Хубсугул (Монголия) / А.Ю. Казанский, А.П. Федотов, Г.Г. Матасова, А.А. Юлдашев, Г.А. Зиборова, Т.О. Железнякова, Е.Г. Вологина, Ц. Оюунчимег, Ц. Наранцэцэг, Д. Томурху // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород: сб. науч. тр. / Казань. гос. ун-т. -Казань.-2004. -С.301-305.

15. Нургалиев, Д.К. Предварительные данные о вариациях магнитных параметров и условиях образования осадков о. Хубсугул / Д.К. Нургалиев, П.Г. Ясонов, Л.Р. Косарева, Д.И. Хасанов, А.Ю. Казанский, А.П. Федотов // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород: сб. науч. тр. / Казань. гос. ун-т. -Казань.-2004. -С.316-320.

16. Pouls, T. Seismic-stratigraphic indications for multiple dessication events in Lake Khubsugul, Mongolia / T. Pouls, M. de Batist, A.P. Fedotov, M. Grachev // Abstract of “BAIK-SED-2 Workshop”. -Gent. - 2003. -P.51.

17. Fedotov A.P. Evidence of Lake Khubsugul volume decrease due to climate aridization in Upper Pleistocene / A.P. Fedotov, M.Yu. Semenov, E.Yu. Osipov, S.S. Vorobyova, L.P. Golobokova // Berliner Palдobiologische Abhandlungen.- 2003. -Вand 4.-Р.88-97.

18. Pouls, T. Seismic stratigraphic indication for multiple desiccation events in Lake Khubsugul, Mongolia / T. Pouls, M. de Batist, A.P. Fedotov, M. Grachev // Geophysical Research.-2003.- Vol. 5. -P.09974.

19. Федотов, А.П. Сейсмопрофилирование осадков озера Хубсугул / А.П. Федотов, М. де Батист, Е. Шапрон, К. де Райкер, Т. Паулс, М.А. Грачев // ДАН.-2002.-Т.382. -№2. -С.261-263.

20. Fedotov, A.P. Reduced level and high salinity of Lake Khubsugul (Mongolia) in the Pleistocene / A.P. Fedotov, M.Yu. Semenov, E.Yu. Osipov, S.S. Vorobyova, L.P. Golobokova, M. A. Grachev // Abstract of “Pages meeting on high latitude paleoenvironments”. Moscow. -2002. -P. 29.

21. Федотов, А.П. Осадки озера Хубсугул как летопись палеоклиматов голоцена и позднего плейстоцена / А.П. Федотов, Е.В. Безрукова, С.С. Воробьева, О.М. Хлыстов, О.В. Левина, И.Б. Мизандронцев, Г.Ф. Мазепова, А.Р. Семенов, Т.О. Железнякова, С.М. Крапивина, Е.П. Чебыкин, М.А. Грачев // Геология и геофизика.-2001. -Т.42. -№1-2. -С.384-390.

22. Fedotov, A.P. The first reflrction seismic profiles from lake Khubsugul: preminary results / A.P. Fedotov, E. Chapron, T. Pouls, K. de. Rycker, R. Hus, M. Grachev, M. de Batist // Abstract of “International Workshop for the Baikal & Hovsgol drilling project”. Ulaanbaatar. -2001. -P. 10-11.

23. Осипов, Э.Ю. Палеогляциологические реконструкции на основе изучения наземных разрезов ледниковых образований и донных осадков озера Байкал / Э.Ю. Осипов, О.М. Хлыстов, А.П. Федотов // Междисциплинарные исследования в Байкальском регионе:сб. науч. тр. / Ин-т географии СО РАН. -Иркутск. -2001.-С. 56-61.

24. Fedotov, A.P. Potential value of bottom sediments of Lake Khubsugul (Mongolia) for paleoclimate reconstructions / A.P. Fedotov, E.V. Bezrukova, E.P. Chebykin, O.M. Khlystov, S.M. Krapivina, O.V. Levina, G.P. Mazepova, I.B. Mizandrontsev, A.R. Semenov, S.S. Vorobyova, T.O. Zheleznyakova, M.A. Grachev // Berliner Geowissenschaftliche Abhandlungen E. -2000. -Vol. A205. -P.107-112.

25. Федотов, А.П. Осадки озера Хубсугул (Монголия) как летопись палеоклиматов голоцена и позднего плейстоцена / А.П. Федотов, Е.В. Безрукова, С.С. Воробьева, О.М. Хлыстов, О.В. Левина, И.Б. Мизандронцев, Г.Ф. Мазепова, А.Р. Семенов, Т.О. Железнякова, С.М. Крапивина, Е.П. Чебыкин, М.А. Грачев. // Третья Верещагинская Байкальская конференция: тез. докл. / Лимнологический ин-т. СО РАН. -Иркутск.- 2000. -C.246.

26. Скляров, Е.В. Гранаты из донных отложений Академического хребта (оз. Байкал) - индикаторы механизмов переноса и источников сноса кластогенного материала / Е.В. Скляров, А.П. Федотов, Е.Г. Вологина, В.Л. Потемкин // Геология и геофизика. -1999. -Т.40. -№9. - С.1342-1353.

27. Федотов, А.П. Крупные частицы гранатов в осадках Академического хребта как индикаторы эолового переноса / А.П. Федотов, Е.Г. Вологина, Е.В. Скляров, М.А. Грачев // Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири: сб. науч. тр./ Ин-т археологии СО РАН. -Новосибирск. -1998. -С.284-289.

28. Федотов, А.П. О возможностях минералогического районирования в палеоклиматических реконструкциях Байкальского региона / А.П. Федотов, Е.Г. Вологина // Актуальные вопросы геологии и географии Сибири: сб. науч. тр./ Томск. гос. ун-т. -Томск. -1998. - Т.1. - С. 162-164.

29. Коллектив участников проекта "Байкал-Бурение". Непрерывная запись климатических изменений в отложениях озера Байкал за последние 5 миллионов лет // Геология и геофизика. -1998. -Т.39. -№2. - С.139-156.

30. Грачев, М.А. Сигналы палеоклиматов верхнего плейстоцена в осадках озера Байкал / М.А. Грачев, Е.В. Лихошвай, С.С. Воробьева, О.М. Хлыстов, Е.В. Безрукова, Е.В. Вейнберг, Е.Л. Гольдберг, Л.З. Гранина, Ф.И. Лазо, О.М. Левина, П.П. Летунова, П.В. Отинов, В.В. Пирог, А.П. Федотов, С.А. Яскевич, В.А. Бобров, Ф.В. Сухоруков, В.И. Резчиков, М.А. Федорин, К.В. Золотарев, В.А. Кравчинский // Геология и геофизика. -1997. -Т.38, -№5. -С. 957-980.

Размещено на Allbest.ru