Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 513, № 2, стр. 250-255

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современного потепления и увеличения потока теплой атлантической воды в Арктику необходимо понимать, как функционировала климатическая система в прошлом и как ее изменения влияли на окружающую среду. Особенно важно изучение кратковременных климатических событий последних тысячелетий. Ключевым регионом для понимания закономерностей формирования климата Северного полушария считается Норвежско-Гренландский бассейн. Здесь находится зона контакта холодной полярной воды, поступающей из Северного Ледовитого океана на юг вдоль восточного побережья Гренландии, и теплых и соленых вод Норвежского течения, следующего из Атлантического океана в Арктику [2] (рис. 1). В этом регионе располагаются Полярный и Арктический фронты, которые в недавнем геологическом прошлом неоднократно меняли свое положение, реагируя на изменения глобального и регионального климата.

Рис. 1.

Местоположение колонки AMК-6142 в Норвежском море. Красными и синими стрелками показаны теплые и холодные поверхностные течения соответственно [5].

Одним из надежных способов восстановить характер изменений морской среды и климата считаются микропалеонтологические методы. Среди них важную роль играет анализ микроводорослей и, в их числе, органостенных цист динофлагеллят (диноцист). Они широко распространены в Арктике и Северной Атлантике (динофлагелляты относятся к одним из основных компонентов морского фитопланктона) и, в отличие от многих других микроорганизмов, хорошо сохраняются в донных осадках. С помощью анализа диноцист можно реконструировать температуру и соленость морской поверхностной воды, продуктивность и распространение водных масс, ледовые условия и др. [9, 14].

Современные микропалеонтологические исследования позднеплейстоценовых и голоценовых осадков в Норвежско-Гренландском бассейне ведутся, в основном, в шельфовых областях, на плато или в районах континентальной окраины, т.е. в зонах относительно быстрой седиментации (например, [3, 4, 16] и др.). Центральная глубоководная часть Норвежского моря, где скорости осадконакопления невысокие, в настоящее время исследована в меньшей степени, а количественные реконструкции палеогидрологических параметров поверхностной воды здесь отсутствуют.

В статье представлены новые результаты детального микропалеонтологического анализа колонки голоценовых донных осадков из Лофотенской котловины Норвежского моря. Колонка находится на отдалении от зон прямого влияния подводных оползней, а также от устьев подводных желобов и каньонов [18], следовательно, хемипелагическое осадконакопление здесь может считаться ненарушенным. Точка пробоотбора лежит под западной ветвью Норвежского течения, но при этом в близости к Арктическому фронту, поэтому любые климатические колебания здесь хорошо отражаются в ассоциациях микроорганизмов. По данным их анализа реконструированы основные этапы развития природной среды Лофотенской котловины в среднем и позднем голоцене, а также впервые восстановлены количественные значения палеотемпературы поверхностных вод.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Колонка АМК-6142 (69°02.674′ с.ш., 02°06.611′ в.д.) длиной 29 см получена с помощью мультикорера Mini Muc К/МТ 410в 75-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” (2019 г.) в Норвежском море, в глубоководной юго-западной части Лофотенской котловины с глубины моря 3181 м [1] (см. рис. 1).

Осадки колонки АМК-6142 представлены, в основном, пелитовым илом коричневых оттенков с многочисленными включениями раковин фораминифер. По разрезу колонки методом ускорительной масс-спектрометрии ¹⁴С в Пекинском университете (Китай) получены четыре радиоуглеродные датировки раковин планктонных фораминифер Neogloboquadrina pachyderma (sin.) (не менее 2500 экз. для одной пробы). Радиоуглеродный возраст калиброван в календарный в программе CALIB 8.2 (кривая IntCal20) с учетом поправки на резервуарный эффект –405 лет [13, 15]. Осадки колонки сформировались за последние примерно 7 тыс. календарных лет (с учетом экстраполяции по ¹⁴С-датировкам) и характеризуют условия среднего и позднего голоцена.

Образцы для целей анализа микроводорослей отбирались с интервалом 1 см. Всего изучено 30 образцов. Химическая обработка проб выполнена в Институте океанологии имени П.П. Ширшова РАН по стандартной методике [6]. Для растворения карбонатного и силикатного вещества в осадках использовались соляная (HCl) и плавиковая (HF) кислоты. Для удаления из образцов пелитовых частиц препараты фильтровались через сито с диаметром пор 7–10 мкм. Исследования ассоциаций микроводорослей проводились под световым микроскопом с увеличением ×400 и ×1000 с использованием новейших определителей ([17, 20] и др.). В каждом образце было идентифицировано как минимум 300 цист динофлагеллят.

По материалам анализа диноцист в колонке АМК-6142 реконструированы количественные значения летней температуры поверхностного слоя воды (°С). Палеореконструкции выполнены методом современных аналогов (Modern Analogue Technic – MAT) [8, 9, 11] с использованием пакета программного обеспечения bioindic для языка программирования R и базы данных диноцист 2020 г. (1968 проб) [8]. Для оценки надежности реконструкций применена методика кодов достоверности, учитывающая для каждого образца число подсчитанных в препарате диноцист, сходство с найденными аналогами и количество наиболее близких из них [7]. Коды, рассчитанные таким образом, ранжируются от A для наиболее надежных оценок до D для реконструкций, основанных на малом количестве диноцист и/или неудачных аналогах [16]. Результаты реконструкций для всех образцов колонки АМК-6142 попали в категорию А.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Концентрации цист динофлагеллят в осадках колонки АМК-6142 варьируют от 1.5 до 277 тыс./г сухого осадка (рис. 2). Все встреченные виды отличались хорошей сохранностью, что особенно важно для оценки достоверности палеореконструкций, выполняемых по микропалеонтологическим данным. В нижней части колонки, на глубинах более 25 см, содержание диноцист минимально, вверх по разрезу оно увеличивается, резко возрастает на глубине 15 см, а в интервале 0–15 см достигает максимальных значений (пик отмечается на уровне 2–3 см). Кроме диноцист, в некоторых пробах встречены единичные пресноводные зеленые водоросли Botryococcus, пыльца наземных растений, а также органические остатки скелетов фораминифер.

Рис. 2.

Результаты микропалеонтологического изучения осадков колонки AMК-6142: общая концентрация, распределение индикаторных видов цист динофлагеллят и реконструированная летняя температура поверхностной воды. Черными кружками слева от оси ординат обозначен календарный возраст (лет назад) образцов, для которых получены радиоуглеродные датировки. На графике температуры сплошной черной линией показаны реконструированные значения, красной линией – скользящее среднее (n = 3), пунктирными черными линиями ограничен доверительный интервал. Вертикальная линия показывает современную среднюю летнюю температуру поверхностных вод в точке отбора колонки (~9.5°С). Голубым цветом выделены вероятные интервалы похолоданий поверхностного слоя воды.

Цисты динофлагеллят представлены 16 видами и видовыми группами. Преобладают виды, характерные для послеледниковых и голоценовых осадков Западной Арктики и Северной Атлантики ([14, 19] и др.). Более 85% в составе ассоциаций во всех пробах занимает Operculodinium centrocarpum, типичный вид для северо-восточной части Атлантического океана и Норвежского моря, считающийся индикатором атлантических водных масс. Кроме него, заметную роль в ассоциациях играют Nematosphaeropsis labyrinthus (до 8.1%), Brigantedinium spp. (до 2.7%), Bitectatodinium tepikiense (до 2.5%), Impagidinium pallidum (до 2.2%), Spiniferites mirabilis/hyperacanthus (до 1.9%), S. ramosus (до 1.9%), Impagidinium sphaericum (до 1.3%) и Spiniferites elongatus (до 1.0%). Также единично (<1%) встречаются Islandinium minutum minutum, Trinovantedinium applanatum и цисты Pentapharsodinium dalei.

Результаты количественных реконструкций показывают, что за время накопления осадков колонки летняя температура поверхностной воды в данной точке варьировала от 4.4 до 11.8°С, оставаясь в среднем близкой к современному значению ~9.5°С [12]. В целом по результатам анализа диноцист в колонке АМК-6142 можно заключить, что в течение последних 7 тыс. лет палеоокеанологические условия в фотическом слое Лофотенской котловины были относительно стабильны, однако за это время выделяется несколько коротких смен обстановок осадконакопления.

В нижней части колонки, в интервале 21–29 см (около 5–7 тыс. лет назад (т.л.н.)), в составе ассоциаций максимального обилия достигает I. pallidum. Этот вид характерен для холодных, но при этом соленых вод полярной и субполярной зоны [8]. В современных осадках он широко распространен в высоких широтах, в частности, в ассоциациях диноцист Гренландского моря [14], а также в зоне Полярного фронта [19]. Повышение его содержания в осадках может указывать на эпизоды похолоданий и/или приближения фронта. Реконструированная температура поверхностных вод в данном интервале остается относительно низкой (не превышает 8.1°С).

Осадки в интервале 18–21 см (~2.8–5.0 т.л.н.) формировались, судя по составу комплексов диноцист и реконструированной температуре поверхностных вод (в среднем 8.9°С), в условиях, близких к современным.

В интервале 15–18 см (~2.1–2.8 т.л.н.) в ассоциациях микроводорослей повышается суммарная доля B. tepikiense и S. mirabilis/hyperacanthus, а также появляется T. applanatum. Эти виды можно считать тепловодными индикаторами для Норвежско-Гренландского бассейна. Так, S. mirabilis/hyperacanthus широко распространен в умеренных и экваториальных районах Атлантики [19]. Температура поверхностного слоя воды в этом интервале возрастает до 11.4°С, что почти на 2°С выше современной.

В интервале 12–15 см (~1.6–2.1 т.л.н.) температура снижается до 8.1°С. Это сопровождается уменьшением суммарной доли тепловодных видов, в частности, отсутствием B. tepikiense. На нижней границе этого интервала происходит скачкообразное увеличение суммарной концентрации диноцист. Похожий эпизод позднеголоценового похолодания отмечен для плато Воринг [16].

Осадки в интервале 9–12 см (~1.0–1.6 т.л.н.) характеризуются максимальной суммарной долей видов, характерных для южных умеренных районов Атлантики, а число холодноводных диноцист снижается и не превышает 1%. Наибольших значений достигает содержание B. tepikiense. Также заметен вклад I. sphaericum и S. mirabilis/hyperacanthus. Температуры поверхностных вод поднимаются до 11.3°С. Вероятно, это указывает на эпизод перераспределения поверхностных водных масс, связанный с усилением влияния теплого течения.

В интервале 3–9 см (~0.1–1.0 т.л.н.) происходит самое заметное снижение реконструированных температур, они опускались до 4.4°С, а в среднем по интервалу составляли всего 7.8°С. До минимума снижается содержание B. tepikiense, возрастает доля I. pallidum, появляется Brigantedinium spp. В этом интервале в осадках колонки встречается I. minutum – самый распространенный вид в осадках шельфовых морей Северного Ледовитого океана. В районах, где температура поверхностных вод зимой опускается ниже 0°C, а летом остается ниже 5°C, I. minutum обычно отмечается в количествах свыше 10% [19]. I. minutum и Brigantedinium spp. широко распространены в современных осадках вдоль восточного побережья Гренландии, а также во фьордах Шпицбергена [10, 19]. Данный интервал, предположительно, может соответствовать Малому ледниковому периоду.

В самом верхнем, коротком интервале 0–3 см (последние ~100 лет) отмечается пик концентраций диноцист. Здесь присутствуют как B. tepikiense, S. mirabilis/hyperacanthus и T. applanatum, так и I. minutum и Brigantedinium spp. Реконструированная по диноцистам температура достигает 11.9°С.

ВЫВОДЫ

Новые результаты детального микропалеонтологического изучения осадков колонки АМК-6142 и впервые выполненные по ним количественные палеореконструкции позволили описать природные условия фотической зоны Лофотенской котловины в среднем и позднем голоцене. Установлено, что

– на протяжении последних 7 тыс. лет в юго-западной части Лофотенской котловины стабильно и постоянно присутствовали североатлантические водные массы;

– температуры поверхностных вод за последние 7 тыс. лет в целом были близки к современным, однако эпизоды похолодания и предполагаемого приближения зоны Арктического фронта к точке пробоотбора были возможны 5–7 и 1.6–2.1 т.л.н., а также в интервале 0.1–1.0 т.л.н., который, предположительно, соответствует Малому ледниковому периоду;

– примерно 2.1–2.8 и 1.0–1.6 т.л.н. осадки накапливались, вероятно, при некотором усилении влияния более теплых вод Норвежского течения.