Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 508, № 1, стр. 122-126

Природные условия субполярной Северной Атлантики, включая Норвежско-Гренландский бассейн, чувствительно и многообразно реагируют на состояние океанской и атмосферной циркуляции в ходе современного глобального потепления. Современные изменения океанологии и осадконакопления в регионе являются продолжением событий похолоданий и потеплений голоцена (последние 11.7 тыс. лет). Во второй половине голоцена после среднеголоценового термического оптимума произошла неогляциация – похолодание 5–2 тыс. лет назад (т.л.н.), при этом в Северной Атлантике оно не имело существенных вариаций, но позднее уровня 2 т.л.н. проявились сильные короткие потепления [17]. Эти изменения позднего голоцена потенциально связаны с атмосферной Северо-Атлантической и океанской Атлантической меридиональной осцилляциями, которые сильно влияли на седиментацию и окружающую среду арктических и субарктических морей атлантического сектора [2]. Исследования показали сложный характер природных событий позднего голоцена в субполярной Северной Атлантике: усиливался температурный контраст между поверхностью моря и термоклинными слоями [10], могла быть антифазность потеплений и похолоданий в субполярном круговороте открытой СЗ Атлантики и Норвежском море [16]. Таким образом, требуются дальнейшие исследования по детальному надежному описанию палеоокеанологии и палеоклимата позднего голоцена субполярной Северной Атлантики для лучшего понимания прошлых тенденций развития природной среды и их унаследования в современной обстановке.

Реакция на природные изменения последовательно фиксируется в накапливающихся морских отложениях, определяя их вещественный состав. Ассоциации диатомовых водорослей как один из ведущих биогенных компонентов кремнезема в океанских осадках служат инструментом, позволяющим оценить диапазон естественной изменчивости морской среды (температура, соленость, ледовый покров, распространение различных водных масс и др.) при относительно небольших климатических воздействиях. В данной статье мы приводим новую информацию о происходивших при неогляциации климатических изменениях в открытой центральной части Норвежско-Гренландского бассейна по собственным результатам анализа диатомовой флоры в колонке PS1243-2 (рис. 1) в сопоставлении с другими палеоклиматическими данными по этой колонке из разных публикаций и стандартными архивами палеоклимата.

Рис. 1.

Карта района исследования.

Ранее такого рода сведения в основном получали для приконтинентальных районов, где большие скорости осадконакопления позволяют проводить палеоокеанологические исследования с высоким временным разрешением. Исходя из удобного расположения колонки у Арктического фронта, возможны предположительные выводы о колебаниях его положения и распространении взаимодействующих на фронте различных водных масс (умеренных, арктических и смешанных) в позднем голоцене. Сейчас в районе колонки влияние на местные природные условия оказывают контакт и перемешивание умеренно-теплой воды из западной ветви Норвежского течения и холодной арктической воды из Гренландского моря.

Колонка PS1243-2 (69°22′ с.ш., 6°32′ з.д., глубина моря 2710 м) содержит терригенные слабокарбонатные алевритово-пелитовые илы. Она имеет надежную возрастную модель и служит стандартным высокоразрешающим палеоокеанологическим архивом североевропейских морей для последних 30 тыс. лет [5]. В рамках научного партнерства Х.А. Баух (H.A. Bauch) из научного центра GEOMAR, г. Киль, Германия, передал нам для анализа готовые препараты диатомей из верхней части колонки (0–30.5 см), соответствующей голоцену. Препараты сделаны почти послойно по разрезу с интервалом в 1 см и просмотрены под микроскопом по методике, стандартной для диатомового анализа. Обильная и разнообразная диатомовая флора, пригодная для количественного анализа, обнаружена только в самой верхней части разреза в интервале 2–11.5 см, которая сформировалась 5–1 т.л.н. В целом створки найденных 45 таксонов диатомей слабоокремненные, преимущественно хорошей сохранности, без явных следов растворения, с хорошо различимой тонкой структурой.

Микропалеонтологический анализ предполагает в качестве актуалистической основы палеоокеанологических выводов использование закономерностей, выявленных в распределении диатомей в поверхностном слое осадков. Статистические методы, в частности Q–mode факторный анализ диатомей из осадков субполярной Северной Атлантики, позволили выявить от пяти до восьми ассоциаций диатомовых водорослей, связанных с распространением основных поверхностных водных масс [13]. Из них наиболее значительны следующие: 1) ледовая ассоциация развита в области полярной воды Восточно-Гренландского течения вдоль Гренландии; 2) арктическая ассоциация холодноводных диатомей отмечена к западу от и около Арктического фронта в Гренландском море, на севере и в центре Исландского моря, на крайнем западе Норвежского моря, 3) смешанная ассоциация, еще один вариант холодноводной ассоциации, распространена в центре и на юго-западе Норвежского моря и на востоке Исландского моря в области взаимодействия арктической воды и умеренно-теплых вод Норвежского течения, 4) ассоциация умеренно-теплого Норвежского течения в южной половине Норвежского моря с участием более тепловодных диатомей, 5) Северо-Атлантическая тепловодная ассоциация в самой южной части Норвежского моря к югу от 65° с.ш. В районе колонки PS1243-2 ведущими ассоциациями диатомей в поверхностных осадках являются арктическая (до 60% факторной нагрузки) и смешанная (20–50% факторной нагрузки); факторные нагрузки других ассоциаций остаются <20%.

В интерпретации распределения диатомей мы использовали два способа. В одном способе мы объединяем виды диатомей в ассоциации, выделенные факторным анализом в [13] (см. предыдущий абзац). В совместную ледово-арктическую ассоциацию вошли Fragilariopsis cylindrus, Porosira glacialis, Thalassiosira hyalina, Th. antarctica var. borealis, Rhizosolenia hebetata semispina, Shionodiscus trifultus). В смешанную холодноводную ассоциацию (контакт арктической воды из Гренландского моря и умеренной воды из Норвежского течения) вошли Rhizosolenia hebetata semispina, Rh. styliformis, Thalassiotrix longissima. В умеренно-тепловодную ассоциацию Норвежского течения вошли Thalassionema nitzschioides, Rh. styliformis, Thalassiosira angulata, Coscinodocsus radiatus. В Северо-Атлантическую ассоциацию вошли Shionodiscus oestrupii и Roperia tesselata. Суммарное содержание видов в ассоциациях мы рассматриваем как признак влияния того или иного типа водных масс. В другом способе выделение характерных групп диатомей соответствует подходу, примененному нами при анализе палеоокеанологии позднего голоцена в проливе Фрама [15]: объединение видов в две основные группы – холодноводных океанических (Actinocyclus curvatulus, Rhizosolenia hebetata hebetata, Rh. hebetata semispina, Shionodiscus trifultus, Thalassiosira angulata) и холодноводных продуктивных неритических (Coscinodiscus marginatus, Thalassiosira anguste-lineata, Th. excentrica, Th. antarctica var. borealis, Th. pacifica, Chaetoceros spp.).

В колонке PS1243-2 начало неогляциации по разным данным проявляется в интервале 5.5–4.5 т.л.н. (рис. 2). В изотопно-кислородных записях по раковинам планктонных фораминифер [4] произошло существенное “утяжеление” δ¹⁸О на 0.34‰ для Neogloboquadrina pachyderma sin. и на 0.23‰ для Turborotalia quinqueloba (рис. 2 г), что соответствует понижению температуры подповерхностной воды на 1.5°С, исходя из стандартного соотношения “изменение δ¹⁸О на 0.22‰ ≈ изменение температуры на 1°С” [6]. Чуть позднее, с уровня 4.5 т.л.н. постоянно растет концентрация полярного вида планктонных фораминифер N. pachyderma sin. и падает содержание субполярного вида T. quinqueloba [11] (рис. 2 д), причем после уровня 1 т.л.н. доля N. pachyderma sin. достигает >70%, что четко указывает на соседнее положение Арктического фронта [9]. Судя по нашим данным о диатомеях, на поверхности моря условия стали меняться также около 4.5 т.л.н. Главное изменение – резкое падение содержания смешанной (арктическо-норвежской) ассоциации (рис. 2 е), в которой преимущество имели виды океанической холодноводной группы. Одновременно растут концентрации арктическо-ледовой ассоциации и умеренно-тепловодной ассоциации Норвежского течения. По нашему мнению, такие изменения могут указывать на усиление контрастов у приближавшегося Арктического фронта.

Рис. 2.

Глобальные/региональные архивы палеоклимата за последние 6 тыс. лет и распределение ассоциаций диатомей в колонке PS1243-2: (а) среднегодовая приземная температура воздуха в северном полушарии в зоне 60–90°с.ш. [12], (б) среднегодовая приземная температура воздуха в центральной Гренландии [3], (в) среднегодовая температура поверхностной воды на плато Воринг в Норвежском море (сплошная линия) по [8] и температура поверхностной воды в августе на севере Исландской котловины у южной Исландии (пунктирная линия) по [17], (г) распределение δ¹⁸O в раковинах планктонных фораминифер из колонки PS1243-2 по [4], (д) распределение видов планктонных фораминифер в колонке PS1243-2 по [11], (е) суммарное содержание основных видов диатомей из смешанной ассоциации, (ж) суммарное содержание основных видов диатомей из ледово-арктической ассоциации, (з) суммарное содержание основных видов диатомей из ассоциации Норвежского течения, (и) суммарное содержание основных видов диатомей из Северо-Атлантической ассоциации, (к) суммарное содержание группы холодноводных неритических продуктивных диатомей (черные кружки), (л) суммарное содержание группы холодноводных океанических диатомей (белые кружки). Серые вертикальные полосы обозначают палеоклиматические интервалы: ОП – холодная осцилляция Пиора по [18], ПМЦ – потепление Минойской цивилизации по [1], ПРВ – потепление Римских веков по [14], СКА – Средневековая климатическая аномалия по [14]. Тренд к похолоданию при неогляциации (наклонная темно-серая стрелка) обозначен по [7].

После уровня около 3 т.л.н. на поверхности моря отмечается неустойчивость во влиянии разных водных масс: происходят резкие и мало согласованные колебания в содержании разных ассоциаций диатомей. Но, в целом, неуклонное усиление роли холодноводной продуктивной группы диатомей от 35–40 до более 60% (рис. 2 к), подобно росту содержания полярного вида фораминифер N. pachyderma sin., указывает на все более близкое расположение Арктического фронта как зоны высокой биопродуктивности.

Палеоокеанологические данные из колонки PS1243-2 хорошо согласуются с глобальными и региональными архивами палеоклимата о начале и ходе неогляциации. Холодная осцилляция Пиора (Piora) 5.6–5 т.л.н. как старт неогляциации отражена в палеотемпературе у поверхности Земли в поясе 60–90°с.ш. [12], в снижении температуры поверхностной североатлантической воды, поступающей в Норвежское море [8, 17], в появлении глубоких минимумов температуры воздуха в центре Гренландии [3] (рис. 2 а–в). Нестабильность условий на поверхности моря в районе колонки PS1243-2, на наш взгляд, проявилась из-за ряда потеплений: конец потепления Минойской цивилизации (ПМЦ), потепление Римских веков (ПРВ), Средневековая климатическая аномалия (СКА). Возможно, Арктический фронт в эти моменты оставался близким к современному положению, но кратковременно усиливалось влияние умеренно-теплой воды Норвежского течения – в конце ПМЦ 3.2 т.л.н. и в ПРВ 1.8 т.л.н., а также теплой воды из открытой Северной Атлантики – в ПРВ 1.8 т.л.н. и СКА 1 т.л.н. Упомянутая выше бóльшая контрастность у Арктического фронта могла быть сильнее выражена, судя по увеличению роли ледово-арктической ассоциации диатомей, в конце ПМЦ и в СКА.

По нашим новым данным о микропалеонтологии позднеголоценовых осадков в сопоставлении с опубликованными палеоклиматическими сведениями, неогляциация в центре Норвежско-Гренландского бассейна на контакте арктической и североатлантической воды у Арктического фронта проявилась на поверхности моря не позднее 4.5 т.л.н. Общий тренд неогляциации в данном районе – приближение Арктического фронта и уменьшение влияния смешанной арктическо-норвежской воды. Условия на поверхности становились более контрастными, с попеременным или, в отдельные моменты, одновременным усилением притока арктической или североатлантической (из Норвежского течения) воды. Контрастность могла увеличиваться во время кратковременных потеплений позднего голоцена.