Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

CONDITIONS OF THE BERING SEA SUBARCTIC DEPOSITION OF MARINE ISOTOPE STAGE 5

Pushkar V.S. 1, 2 Cherepanova M.V. 3 Tarasova E.V. 2
1 Far East Geological Institute FEB RAS
2 Vladivostok State University Economy and Service
3 Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity FEB RAS
The knowledge of the Russia Arctic and Subarctic regions environment evolution has exceptional role in shaping Russia’s strategic national interests. The key task is to establish the natural environment changes and their impact on the accumulation of sediments and minerals. Climate is strong factor leading to the Quarter environment changes. The Subarctic quaternary marine and continental facies with paleoclimatic signals are the key to study nature changes in the past. This also is a key to recognize the influence of regional factors versus to global ones, among which the oceanic component acquires special importance. The interglacial stages in the paleoclimatic rhythmic of the Late Quarter, including the marine isotope stage 5 (MIS-5) have a particular interest too. Changes in the natural environment (climate, sea level) of this time are important too because they can become as analogues in future climatic modeling, including recent warming forced may be by anthropogenic factor. The article discusses the conditions of the formation MIS 5 sediments in two regions with different climatic characteristics. Firstly, it is Chukotka where the cover glaciations were absent, and the glacioisostatic effect was insignificant in estimating sea level fluctuations. Secondly, it is Alaska where the glacioisostatic effect was established. In addition, when the environment changes of two regions are analyzed, the effect of the Beringia Land was taken into account because it forced the Northern Pacific current systems changes.
diatoms
paleoclimate
sea level
Subarctic
Beringia
MIS-5
Late Quarter

Разработка моделей палеоклиматических изменений относится к важнейшим проблемам четвертичной геологии по двум причинам. Во-первых, идет стремительное освоение природных ресурсов северных регионов, требующее составления крупномасштабных геологических карт на высокоразрешающей климатостратиграфической основе. Во-вторых, прогноз изменений среды в будущем при нарастающем антропогенном влиянии невозможен без анализа палеоклиматической ритмики в прошлом. Наиболее вероятным аналогом современного глобального потепления могут быть теплые фазы МИС-5 (128–71 тыс. лет назад). Однако, ведущие исследователи в этой области (В.М. Котляков, А.А. Величко, Ю.А. Лаврушин, J. Brigham-Grette, M. Melles и др.) отмечают, что их соответствие современному климату маловероятно, поэтому следует искать сходные палеоклиматические тренды [1]. Главным при решении этой проблемы является анализ синергетической связи глобальных (орбитальные циклы Миланковича) и региональных факторов климатогенеза [2]. В арктической и субарктической частях Чукотки и Аляски влияние на формирование региональных климатических особенностей оказывала Берингийская суша, возникавшая при мощных регрессиях Мирового океана, когда уровень моря падал до –130–140 м, и огромные пространства арктического и северотихоокеанского шельфов обнажались, формируя эту сушу. Отсутствие водообмена между Арктическим и Тихим океаном, изменение площадей северных окраинных морей и контраст в прогреве Берингии и поверхностных вод океанов приводили к изменениям систем атмосферных потоков, векторов и интенсивности поверхностных течений в этом регионе [3]. Свидетельством этого является разительный контраст в климатическом режиме Чукотки (выраженный холодный и сухой климат) и Аляски (менее холодный и влажный).

Цель исследования: в связи с вышесказанным целью работы является сравнительный палеогеографический анализ двух контрастных в климатическом отношении регионов – Чукотки и Аляски на основе диатомового анализа отложений времени МИС-5.

Материалы и методы исследования

Материалом для работы послужили образцы, полученные при проведении многолетних совместных российско-американских экспедиций и исследований четвертичных отложений Чукотки и Аляски по программам «Beringia» и глубокого озерного бурения «El’gygytgyn». Были изучены стратотипические разрезы отложений валькатленской (Чукотка) и пелукской (Аляска) прибрежно-морских террас, отложения которых сформировались в результате трансгрессий казанцевского и сангамонского межледниковий позднего плейстоцена соответственно, коррелируемых с МИС-5 [4–6]. При анализе образцов осадков использован микропалеонтологический метод – диатомовый анализ. В качестве возрастной модели применена зональная диатомовая шкала [6] и кислородно-изотопная шкала [2, 7] с привлечением методов абсолютного датирования (аминокислотный и торий-урановый) [6, 8]. При корреляции отложений и характеристике палеоклиматических изменений использованы палинологические данные по осадкам озера Эльгыгытгын, позволившие получить непрерывную палеоклиматическую летопись Восточной Арктики [9, 10].

Результаты исследования и их обсуждение

puh1.tif

Строение и отложения валькатленской террасы северо-восточного побережья Анадырского залива (Берингово море): 1 – галечники с валунами и песчаным заполнителем, 2 – пески, 3 – алевриты, 4 – раковины моллюсков; v 1-6/ 92 – номера разрезов; mch – мечигменские слои, kr – крестовские слои, val1 – нижневалькатленские слои, val2 – верхневалькатленские слои, van – ванкаремские слои; точки вдоль лини разрезов – точки отбора образцов

Валькатленские слои, как морские отложения первого межледниковья позднего плейстоцена, выделены О.М. Петровым по комплексам моллюсков, споро-пыльцевым спектрам и редким морским диатомеям на северо-восточном побережье Анадырского залива (Чукотка) [4]. Стратотип валькатленских слоев представлен отложениями прибрежно-морской 10–12-метровой террасы, простирающейся в северо-западном направлении от устья р. Энмелен (65 °02´00´´с.ш.;175 °47´22,8´´з.д.) до зимовья Валькатлен 65 °04´03,02´´с.ш.; 175 °47´32,8´´з.д.) на протяжении 2,4 км. В геологическом и литологическом строении террасы (рисунок) принимают участие (снизу вверх) следующие слои [4–6]:

– мечигменские слои (mch) мощностью до 2,5 м представлены тонкими песками и алевритами с включением раковин морских двустворчатых и брюхоногих моллюсков. Отложения относятся к диатомовой зоне Thalassiosira nidulus var. nidulus (220–190 тыс. лет назад), соответствующей МИС-7 и ширтинскому межледниковому горизонту Сибири;

– крестовские слои (kr) мощностью до 7,6 м представлены гляциоморскими валунно-галечниковыми отложениями, относящимися к зоне Thlassiosira gravida var. fossilis (190–128 тыс. лет назад) и соответствующих МИС-6 и тазовскому ледниковому горизонту Сибири;

– валькатленские слои (val) представлены двумя пачками отложений. Нижняя часть слоев (val1) сложена темно-серыми тонкими алевритами (мощность до 8,6 м), верхняя (val2) – тонкозернистыми песками с остатками раковин морских моллюсков (мощность до 4,8 м). Валькатленские слои относятся к зоне Proboscia curvirostris (128–75 тыс. лет назад) и соответствуют МИС-5 и казанцевскому межледниковому горизонту Сибири;

– ванкаремские слои (van) мощностью до 8,2 м включают в себя валунно-галечниковую толщу флювиогляциального генезиса и соответствуют ледниковому ермаковскому горизонту Сибири – второму оледенению позднего плейстоцена [4, 5].

Створки диатомей редки в отложениях ледниковых эпох, но в мечигменских и валькатленских слоях они достаточно информативны. Непосредственно в валькатленских слоях комплекс диатомей весьма изменчив по вертикали и содержит 87 видов и разновидностей диатомей. В нижневалькатленских отложениях выделяются три комплекса (разрезы v1/92, v2/92, v3/92, v4/92, v5/92) (рисунок). Наиболее представителен разрез v3/92. Комплексы описаны снизу – вверх:

Комплекс 1 (2,5–3,7 м, образцы 1 м2). Доминируют неритическо-сублиторальные бореальные виды Rhabdonema arcuatum (Lyngb.) Kutz. (до 34 %) и Paralia sulcata (Ehr.) Cl. (до 25 %), океанический южно-бореальный Coscinodiscus asteromphalus Ehr. (20 %) и неритический аркто-бореальный Thalassiosira gravida Cl. (до 12 %). Присутствуют пресноводные диатомеи (до 17,2 %), свидетельствующие о близости речного стока.

Комплекс 2 (3,7–5,5 м, образцы 3–5) характеризуется ростом значимости Thalassiosira gravida Cl. (до 33 %) и Odontella aurita (Lyngb.) Ag. (до 15 %). Значимость же Coscinodiscus asteromphalus Ehr. снижается до 2 %. Отмечается влияние на структуру комплекса реофильной флоры с доминантом Didymosphenia geminata (Lyngb.) Schmidt (до 40 %), что свидетельствует о формировании комплекса вблизи устья реки палео Энмелен.

Комплекс 3 (5,5–7,3 м, образцы 6–8) характеризуется снижением численности Thalassiosira gravida Cl. до 20 %, Didymosphenia geminata (Lyngb.) Schmidt – до 25 %, и ростом значимости Coscinodiscus asteromphalus Ehr. до 14 %.

Из верхневалькатленских слоев, представленных, в основном, песками, выделен комплекс, характерный для всех изученных разрезов. Ему присущи низкое видовое разнообразие и значимость диатомей, а в его составе более часты Thalassiosira gravida Cl., Th. bramaputrae (Ehr.) Hakansson et Locker, Diploneis subcincta (Schmidt) Cl., Trachyneis aspera (Ehr.) Cl., Paralia sulcata (Ehr.) Cl., Melosira varians Ag., Odontella aurita (Lyngb.) Ag. Для комплекса характерен аллохтонный пресноводный элемент (42,4 %), представленный Aulacoseira granulata (Ehr.) Sim., Eunotia triodon Ehr., Eunotia praerupta Ehr., Pinnularia viridis (Nitzsch) Ehr. Аналогичный комплекс диатомей был выделен А.И. Купцовой в верхневалькатленских слоях на побережье Анадырского залива [5].

Анализ диатомей показывает, что в валькатленских слоях запечатлены следы четырех фаз казанцевской трансгрессии позднего плейстоцена, отвечающие фазам 5b-5e МИС-5. Фаза 5a ни в одном из разрезов выделена не была. Отсюда, всецело следует согласиться с В.Ф. Ивановым [5], сделавшим анализ распределения фораминифер, моллюсков, спор и пыльцы в валькатленских отложениях, что формирование нижневалькатленских слоев происходило в более мягких условиях (фазы 5e-5c), чем верхневалькатленских (фаза 5b). Ранее О.М. Петровым, исходя из спорово-пыльцевого анализа, излагалась противоположная точка зрения [4]. По мнению В.Ф. Иванова [5], в объем верхневалькатленских слоев О.М. Петровым были включены отложения, не принадлежащие к этим слоям. О.М. Петров также не исключал, что более теплый облик фауны моллюсков поздневалькатленского времени связан со спадом казанцевской (валькатленской) трансгрессии и обмелением бассейна осадконакопления, а следовательно, и его хорошей прогреваемостью.

Анализ диатомей показывает, что самым теплым временем казанцевской трансгрессии была фаза 5e с высокой частотой встречаемости южно-бореального Coscinodiscus asteromphalus Ehr. (20 %), что говорит о глубоком продвижении в северную часть Берингова моря теплых восточно-беринговоморских течений в результате казанцевской трансгрессии [3, 6]. Если исходить из параметров экотопа Paralia sulcata (Ehr.) Cl. [6] и положения в разрезах комплекса 1, то уровень моря в это время был выше современного примерно на +10 м, что хорошо увязывается с глобальными данными по трансгрессии начала позднего плейстоцена [11]. Среднегодовая температура на побережье Анадырского залива могла превышать современную на 3–5 °С, что обеспечивало по данным палинологии присутствие в регионе темнохвойной тайги с участием и березово-лиственичных пород [4, 5, 9, 10], а в Анадырском заливе моллюсков c ключевым видом Arctica islandica Linnaeus и фораминифер, обитающих ныне в северной части Японского моря [4, 5]. Аналогичные климатические параметры получены по Енисейскому северу Сибири, где детально изучены казанцевские отложения с комплексом бореальных двустворчатых моллюсков с тем же характерным видом Arctica islandica Linnaeus [11] и отложения диатомовой зоны Proboscia curvirostris северо-западной части Тихого океана [6].

Пелукские слои были выделены Д.М. Хопкинсом для морских отложений, которые были сформированы во время первой позднеплейстоценовой сангамонской (казанцевской) трансгрессии. Стратотип слоев, слагающих 8–10-метровую террасу, протягивающуюся вдоль всего северного побережья залива Нортон (Берингово море), расположен у г. Ном на полуострове Сьюард Аляски [6] (разрез P2/-93: 64 °30´00´´с.ш.; 165 °24´00´´з.д.; 200 м от берега моря, абсолютная высота основания террасы +2,6 м). Отложения стратотипа (мощность 8,2 м) представлены темно-синими алевритами с двумя прослоями торфа в интервалах 4,0–4,35 м и 5,5–5,75 м. Из пелукских отложений был выделен снизу вверх ряд комплексов диатомей, позволяющий говорить о динамике трансгрессии и палеоклимате этого времени. Они представлены чередованием пресноводных (погребенные почвы) и морских (алевриты) комплексов диатомей, при этом последние содержат зональный вид-индекс Proboscia curvirostris (Jouse) Jordan et Priddle. По фауне моллюсков, спорово-пыльцевым спектрам, аминокислотному и торий-урановому датированию данные отложения отнесены к сангамонскому межледниковью [4, 5, 8].

Комплекс 1 (алевриты, 0–4,0 м) выделен в нижней части разреза и содержит морские диатомеи с Proboscia curvirostris (Jouse) Jordan et Priddle (2,9 %), содержащий доминанты Paralia sulcata (Ehr.) Cl. (15 %) и Thalassiosira gravida Cl. + Th. antarctica Comber (до 34,3 %) при участии умеренно тепловодных океанических Coscinodiscus radiatus Ehr., C. perforatus Ehr. и С. asteromphalus Ehr. (в сумме до 8,6 %). Участие последних обеспечивалось теплым Аляскинским течением вдоль западного побережья Аляски [3, 6].

Комплекс 2 (торф, 4,0–4,35 м) представлен доминирующими пресноводными озерно-болотными северо-бореальными Eunotia triodon Ehr., E. papilio (Ehr.) Grun., E. valida Hust. и Pinnularia viridis (Nitzsch) Ehr. (в сумме до 92,55 %).

Комплекс 3 (алевриты, 4,35–5,5 м) содержит морские диатомеи (91,7 %). Абсолютный доминант – сублиторальная Paralia sulcata (Ehr.) Cl. (60,4 %). Относительно высока значимость аркто-бореальной неритической Thalassiosira gravida Cl. (10,4 %) и сублиторальной умеренно-тепловодной Navicula marina Ralfs (10,4 %), неизвестной в современных лагунах Аляски [5]. Встречен и океанический северо-бореальный Coscinodiscus marginatus Ehr. (6,2 %).

Комплекс 4 (торф 5,5–5,75 м) идентичен комплексу 2.

Комплекс 5 (алевриты, 5,75–8,2 м) выделен в верхней части синих алевритов. Он включает морские Paralia sulcata (Ehr.) Cl. (21 %) Thalassiosira gravida Cl. + Th. antarctica Comber (в сумме 17,8 %), Shionodiscus trifultus (Fryxell) Alverson, Kang et Theriot (4,2 %), Diploneis smithii (Breb.) Cl. (11,3 %), Cocconeis scutellum Ehr. (6 %) и Navicula marina Ralfs (6 %). В структуре комплекса играют роль и пресноводные виды (до 52,1 %), что свидетельствует о формировании отложений в зоне речного влияния.

Комплекс 1 с зональным видом-индексом Proboscia curvirostris (Jouse) Jordan et Priddle и самым высоким участием морских умеренно тепловодных видов (в сумме до 23,9 %) соответствует фазе 5e. Подтверждением этого является комплекс 3, соответствующий фазе 5c. Для него получена серия аминокислотных датировок по раковинам Hiatella и Astarte с соотношением aIle/Ile = 0,04, дающим возраст 102–107 тыс. лет [6, 8]. Формирование прослоев торфа с пресноводной флорой диатомей связано с кратковременными регрессиями, соответствующими фазам 5d (комплекс 2) и 5b (комплекс 4). Комплекс 5 с самым высоким видовым богатством (87 видов и внутривидовых таксонов), завершающий межледниковую сукцессию диатомей, отражает климатические условия фазы 5a – небольшую трансгрессию и климат, близкий современному.

Заключение

С началом позднего плейстоцена связана валькатленская трансгрессия Чукотки и ее аналог на Аляске – пелукская трансгрессия. Отложения этих трансгрессий слагают в рельефе морских побережий протяженные и хорошо выраженные 10–12-метровые террасы, сформированные шельфовыми фациями. Отложения времени МИС-5 с бореальными диатомеями хорошо прослеживаются на побережье Берингии, а также в пелагических и шельфовых фациях Северной Пацифики. Трансгрессия имела в своем развитии три теплые и две холодные фазы. Последние сопровождались небольшими регрессиями. Валькатленское (пелукское) время в Субарктике было, пожалуй, самым теплым на протяжении всего плейстоцена и характеризовалось, как и все межледниковые эпохи, прохладным летом и мягкой зимой при высокой влажности.