Введение к работе
Объектом исследования в рамках представленной работы является Охотское море. Особенностью данного региона являются значительные скорости осадконакопления. Это позволяет получить записи изменений среды в прошлом высокого временного разрешения. Таким образом, Охотское море - удобный район для изучения палеоклимата позднего плейстоцена и голоцена, так как состав его четвертичных отложений хорошо отражает региональные и глобальные изменения среды.
Несмотря на повышенный интерес к изменениям климата в прошлом, на сегодняшний день палеоокеанология Охотского моря изучена недостаточно для полного понимания развития глобальных и региональных природных процессов. Детальное изучение изменений первичной продукции в прошлом является актуальным для прогнозирования подобных колебаний в будущем. Основным источником первичной продукции в водоемах является фитопланктон, и, следовательно, является начальным звеном в трофической цепи водных экосистем и определяет биопродуктивность водоема. Таким образом, оценить современную первичную продукцию водоема можно по концентрации хлорофилла-а в воде.
Проследить изменения продуктивности в прошлом возможно по отложенным в донных осадках продуктам распада хлорофилла-а. В процессе захоронения хлорофилл-а разрушается, но в более ранних исследованиях было установлено, что продукты его разложения сохраняются в осадках на протяжении нескольких сотен тысяч лет (Nurnberg, Tiedemann, 2004).
Для изучения палеопродуктивности используется ряд традиционных палеонтологических методов, изучающих захороненные в донных отложениях микрофоссилии, такие как диатомовые водоросли, радиолярии, фораминиферы и др. Показателями продуктивности так же считается содержание в осадках карбоната кальция, органического углерода и аморфного кремнезема. Использование этих методов зачастую требует значительных образцов осадка, что делает невозможным высокое стратиграфическое разрешение. Для хлоринового метода требуется минимальное количество материала для исследований, что позволяет изучать колонки донных осадков с более детальным временным разрешением. Детализация стратиграфических построений способствует более четкой корреляции выделенных интервалов и уточнению временных границ колебаний климата.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является реконструкция первичной продукции Охотского моря и выявление ее взаимосвязи с изменениями климата в данном регионе за последние 125 тыс. лет на основе изучения верхнечетвертичных отложений хлорнновым методом.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Сравнение распределения первичной продукции в фотическом слое Охотского моря с содержанием продуктов распада хлорофилла-а в поверхностных донных осадках.
Изучение распределения содержания хлорина в верхнечетвертичных донных отложениях Охотского моря, соответствующих периоду последнего оледенения и голоцену.
Детальное изучение тысячелетних изменений первичной продукции в Охотском море и определение их взаимосвязи с быстрыми изменениями климата за последние 80 тыс. лет.
Использованный материал. Материалом для изучения распределения палеопродукционных характеристик Охотского моря послужили образцы ненарушенных поверхностных донных осадков изучаемого региона, отобранные в ходе 28 и 29 рейсов НИС «Академик М.А.Лаврентьев» и в ходе 178 рейса НИС «Sonne».
Для детального изучения палеопродуктивности в прошлом использованы материалы по 6 колонкам донных осадков Охотского моря, отобранных в рейсах на научно-исследовательских судах «Академик М.АЛаврентьев», «Маршал Геловани» и «Морской геофизик». Кроме образцов, отобранных при непосредственном участии автора, в работе также были использованы материалы, предоставленные С.А. Горбаренко из лаборатории палеоокеанологии ТОЙ ДВО РАН.
Методы исследования. Для определения палеопродуктивности были рассчитаны скорости аккумуляции масс хлорина и органического углерода в верхнечетвертичных донных осадках Охотского моря.
Для определения скоростей осадконакопления использовалась стратиграфия изученных в работе колонок донных осадков с установленными возрастами. Модели возрастных шкал данных колонок основаны на литологическом описании, на записях магнитной восприимчивости осадков, на обнаруженных датированных прослоях вулканического пепла, на записях изотопного состава кислорода раковин планктонных и бентосных фораминифер, на радиоуглеродных датировках.
Величины плотности сухого натурального осадка определялись из проведенных на борту измерений, опубликованных данных и общих закономерностей изменения литофизических свойств осадков изучаемого региона.
Концентрация хлорина определялась с помощью спектрофлуориметра в ацетоновых экстрактах донных морских осадков. В работе описан метод лабораторной обработки образцов для анализа продуктов распада хлорофилла-а. Для калибровки полученных измерений проводились параллельное измерение проб на спектрофотометре, после чего была рассчитана концентрация с помощью закона Бугера-Ламберта-Бера
применительно к поглощению света растворами поглощающих веществ в непоглощающих растворителях.
Концентрация органического углерода в донных осадках определялась методом сухого сожжения (Люцарев, 1986)
Колонки осадков анализировались в среднем через каждые 1-2 см, обеспечивая временное разрешение полученных данных от нескольких десятков до первых сотен лет, что полностью соответствует современным требованиям в данной области исследований. При анализе поверхностных ненарушенных осадков отбирались верхние два сантиметра.
Научная новизна. Впервые проведены исследования по изучению индикаторов палеопродуктивности в ненарушенных поверхностных осадках Охотского моря и сравнение полученных данных с современной продуктивностью в фотическом слое изучаемого региона. Показано сравнение распределения первичной продукции Охотского моря в голоцене и периоде последнего оледенения по данным хлоринового метода. Рассчитаны коэффициенты фоссилизации органического вещества для районов Охотского моря с разной первичной продукцией. Показаны кратковременные изменения первичной продукции Охотского моря в прошлом по данным хлоринового анализа.
Практическая значимость. Результаты, представленные в настоящей работе, могут быть востребованы при изучении палеопродуктивности дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана в прошлом. Возможно использование для детализации и уточнения границ стратиграфической шкалы уже изученных колонок, а также для разработки возрастных моделей колонок донных осадков данного региона и для корреляции возрастных шкал разных колонок в пределах изучаемого региона. Возможно использование при создании моделей изменения продуктивности в будущем при прогнозируемых изменениях климата.
Основные защищаемые положения:
1. Выявлена зависимость между современным распределением
первичной продукции в фотическом слое Охотского моря и содержанием
хлорина в поверхностных донных осадках, что подтверждает достоверность
применения хлоринового метода как индикатора палеопродукции в данном
регионе.
Показано, что в Охотском море скорости накопления хлорина в осадках и, соответственно, его первичная продукция в период последнего оледенения были ниже, чем в более теплом голоцене. Следовательно, содержание хлорина может использоваться как индикатор региональных изменений климата в прошлом.
На основании данных по содержанию хлорина выявлены быстрые изменения продуктивности и климата Охотского моря за последние 80 тыс.
лет в масштабах столетий и тысячелетий, соответствующие циклам Дансгора-Ошгера и холодным событиям Хайнриха.
Личный вклад автора. Автор работы лично принимал участие в отборе поверхностных проб в ходе 178 рейса на НИС «Sonne». Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно либо на равных правах с соавторами. Все расчеты и оценки сделаны автором лично. Анализ проб и интерпретация полученных результатов проведены при непосредственном участии автора.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференции молодых ученых ТОЙ ДВО РАН (Владивосток, 2007, 2008 гг.); международной конференции в рамках российско-германского проекта КОМЕХ (Владивосток, 2004); международной конференции IGCP-476 (Владивосток, 2005); XVII международной научной конференции (школе) по морской геологии (Москва, 2007); седьмой молодежной конференции-конкурсе «Географические и геоэкологические исследования на Дальнем Востоке» (Владивосток, 2007); на семинарах лаборатории палеоокеанологии ТОЙ ДВО РАН. Результаты работы вошли в статьи.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ.
Благодарности. Работа выполнена в ТОЙ ДВО РАН под научным руководством д.г.н. Горбаренко С.А., которому автор выражает свою искреннюю благодарность. Автор благодарит канд. биол. наук Захаркова СП. за помощь в освоении методики, а также д.б.н. Челомина В.П. за предоставленное оборудование. Автор выражает искреннюю признательность и благодарность коллегам по работе за помощь и моральную поддержку.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Текст работы изложен на 135 страницах, содержит 30 рисунков, 4 таблицы. Список литературы включает 152 наименований, в том числе 64 на иностранном языке.
