Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Палеоэкологические этапы развития водоемов оазиса Бангера в голоцене на основании изучения диатомовых комплексов 25
1.1. Физико-географическое описание оазиса Бангера 25
1.2. Фактический материал и методы исследования 31
1.3. Распределение диатомовых комплексов по разрезам колонок в донных осадках морских заливов оазиса Бангера и их биостратиграфическая корреляция 35
1.4. Распределение диатомовых комплексов по разрезам колонок в донных осадках бухты Извилистая 52
1.5. Распределение диатомовых комплексов по разрезам колонок в донных осадках пресноводных водоемов в оазисе Бангера и их биостратиграфическая корреляция 62
1.6. Выводы 72
Глава 2. Экостратиграфия верхне-плейстоценовых - голоценовых осадков в заливе Прюдс 75
2.1. Физико-географическое описание и геоморфология дна залива Прюдс 75
2.2. Фактический материал и методы исследований 78
2.3. Распределение диатомовых водорослей в поверхностном слое осадков залива Прюдс
2.4. Распределение диатомовых комплексов по разрезам колонок в донных отложениях залива Прюдс и их биостратиграфическая корреляция 89
2.5. Выводы
Глава 3. Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в позднем плейстоцене-голоцене 112
3.1. Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в позднем плейстоцене 112
3.2. Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в раннем голоцене 123
3.3. Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в среднем голоцене 133
3.4. Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в позднем голоцене 142
Глава 4. Особенности формирования диатомовых водорослей в донных осадках в Восточной Антарктике, определяющие палеоэкологические интерпретации 146
Заключение 174
Список литературы 176
- Фактический материал и методы исследования
- Фактический материал и методы исследований
- Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в раннем голоцене
- Особенности формирования диатомовых водорослей в донных осадках в Восточной Антарктике, определяющие палеоэкологические интерпретации
Введение к работе
Основные задачи и актуальность исследования Актуальность исследований. Работа посвящена исследованию диатомовых водорослей в донных колонках шельфовой зоны Восточной Антарктики (залив Прюдс, море Содружества и водоемы оазиса Бангера), что впервые позволило на основе биостратиграфических построений реконструировать палеогеографические этапы развития изучаемых регионов в позднем плейстоцене-голоцене и особенности осадконакопления.
Главный вопрос, который сейчас задает себе каждый человек на планете - это вопрос о глобальном потеплении. Микроскопические диатомовые водоросли, реагирующие на изменения природных факторов в Антарктике и детально изученные для голоцена, могут дать ответ на этот вопрос. Изменения в комплексах диатомей в поверхностных танатоценозах являются сигналами тех природных перемен, которые могут стать важными для всего Земного шара. Антарктический материк, где практически полностью исключается влияние техногенного фактора, служит естественным полигоном для изучения природных обстановок. Происходящие здесь изменения природных обстановок были и будут определяющими при глобальных изменениях климата и гидросферы всей Земли. Оптимальными районами для изучения и последующих палеоэкостратиграфических построений являются антарктические моря и водоемы оазисов, в осадках которых богатые комплексы диатомовых водорослей отражают палеоэкологические условия во время их вегетации и накопления. Это особенно касается водоемов оазисов, где менее значительны гидрологический фактор и снос терригенного материала. Изучение ископаемых диатомовых водорослей, отражающих изменения палеоклимата и палеоэкологии голоцена в этих районах, является ключевым в понимании процессов, которые могут произойти в ближайшем будущем.
7 Западная \ f Антарктида : / ' - • • • - , .
/ " ч ч Восточная <ЗаливПрюдс Антарктида Д Ц, I VU в.д.
ОазифБангера } С* 120" Рис.1. Карта-схема районов исследования Изучение ископаемых диатомей в донных колонках из осадков залива Прюдс и в осадках водоемов Бангера было осуществлено автором впервые.
Исследование таксономического состава, экологические и биостратиграфические построения по данным диатомового анализа позволили реконструировать этапы развития изучаемых районов в позднем плейстоцене и, особенно, в голоцене, выявить особенности, характерные и специфичные для прибрежных районов и оазисов не только Восточной Антарктики, но и всего материка.
Цель работы заключается в изучении комплексов диатомовых водорослей в донных осадках залива Прюдс и в водоемах оазиса Бангера (Восточная Антарктида) для биостратиграфической корреляции и воссоздания палеоэкологических условий осадконакопления в позднем кайнозое в этих районах.
Основные задачи исследования связаны с решением научных, методических и практических вопросов применения диатомового анализа в исследовании донных осадков шельфа Антарктики и водоемов антарктических оазисов:
1. Изучение систематического состава, экологической и биогеографической структуры комплексов диатомовых водорослей в колонках донных осадков в заливе Прюдс и в водоемах оазиса Бангера, выделение комплексов диатомей.
2. Выяснение основных закономерностей развития диатомовой флоры в Восточной Антарктике и в водоемах оазиса Бангера в голоценовое время.
3. Выделение в голоцене экозон на основе эколого-флористической характеристики диатомовых водорослей для последующей корреляции осадков в заливе Прюдс и в водоемах оазиса Бангера.
4. Сравнительный анализ условий осадконакопления в различных водоемах оазиса Бангера и залива Прюдс в голоцене.
5. Выявление особенностей формирования диатомовых комплексов в разные временные интервалы и в различных палеообстановках для последующих интерпретаций условий осадконакопления в позднем плейстоцене-голоцене.
Материал. Материалом для исследования послужили колонки донных отложений из залива Прюдс (29 колонок, длина колонок от 40 до 250 см), полученные при проведении морских работ Советских Антарктических и Российских Антарктических Экспедиций геологами Полярной Морской Геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ) и отложений водоемов оазиса Бангера (25 колонок, длина колонок от 150 до 1390 см) во время работ Советских Антарктических и Российских Антарктических Экспедиций сотрудниками ААНИИ и Российско-Немецкой экспедиции 1993-1994 гг. В них автором изучено около 1000 образцов.
При биостратиграфических построениях использовались данные по литологии (Колобов Д.Д., Смирнов В.Н., Меллес М., Харрис П.), геохимии, фораминиферовому анализу (Дружинина Н.И.), а также данные радиоуглеродного датирования (58 образцов) (Melles et al., 1994а, 19946).
Методы исследования. Образцы из колонок донных осадков отбирались послойно с интервалом 2-10 см и были подготовлены по стандартной методике обработки донных осадков (Жузе и др., 1969) в целях изучения таксономического состава диатомей и подсчета количественного содержания створок в 1 г осадка. В каждом препарате подсчет диатомей проводился до 300 экземпляров с последующим определением процентного содержания каждого вида в составе диатомового комплекса. Для анализа количественного и видового состава диатомей была использована компьютерная графическая программа PanPlot, разработанная в Институте Альфреда Вегенера (Бременхафен, Германия).
Защищаемые положения.
1. Впервые установлены палеоэкологические этапы развития водоемов оазиса Бангера в голоцене на основании изучения диатомовых комплексов.
2. Впервые разработана схема биостратиграфической корреляции и составлены палеоэкологические карты для временных срезов голоцена залива Прюдс, море Содружества по данным диатомового анализа.
3. Предложена интегрированная экостратиграфическая последовательность для позднечетвертичного времени Восточного сектора Антарктиды.
4. Выявлены особенности антарктических природных обстановок, которые влияют на формирование диатомовых комплексов и определяют палеоэкологические интерпретации.
Научная новизна. В шельфовой зоне Антарктики (залив Прюдс, море
Содружества) и в водоемах оазиса Бангера изучена ископаемая диатомовая флора и восстановлены этапы ее развития в голоцене.
Выделены диатомовые комплексы, сформированные в различных палеоэкологических обстановках, определяющих три временных этапа голоцена, что позволило провести детальное расчленение верхнечетвертичных отложений в изучаемых районах.
На основе изучения диатомовой флоры воссозданы палеоэкологические условия в заливе Прюдс и в оазисе Бангера. По соотношению экологобиогеографических характеристик комплексов диатомей впервые определены характерные фазы развития палеобассейна залива Прюдс и палеоводоемов оазиса Бангера в голоцене.
Проведенная корреляция комплексов диатомей в изученных районах позволила установить общие закономерности палеоэкологических и палеогеографических изменений в раннем, среднем и позднем голоцене и предложить общую палеоклиматическую схему этапов голоцена для Восточного сектора Антарктики, которая хорошо сопоставима с палеоклиматическими схемами Западной Антарктики.
Практическая значимость. Уникальность районов исследования и оригинальность детально изученного автором материала, выявленные закономерности формирования диатомовых комплексов, могут быть использованы практически всеми специалистами, изучающими современные природные обстановки в целях прогнозов их эволюции и изменения климата Земли в будущем. Автором выявлены специфичные для антарктической прибрежной зоны и оазисов Антарктиды главные факторы и особенности, влияющие на формирование диатомовых комплексов. Предложенные палеоклиматические и палеоокеанологические реконструкции автором предполагают использование их при дальнейшем исследовании Антарктики.
Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в периодической печати и тематических сборниках (35 публикаций) и использованы в ряде научно-производственных отчетов Полярной Морской Геологоразведочной Экспедиции (г. Ломоносов) и ФГУП ВНИИОкеангеология.
Материалы диссертации докладывались на Всесоюзном совещании "Геохронология четвертичного периода" (Москва, 1989), VII международном симпозиуме «Antarctic Earth Sciences» (Сиена, Италия, 1995), I международном лимнологическом конгрессе "Research and research methods in ancient and modern basins" (Копенгаген, Дания, 1995), П международном лимнологическом конгрессе "Research and research methods in ancient and modern basins" (Брест, Франция, 1999), международном симпозиуме "European Union of Geosciences" (Страсбург, Франция, 1999), IX международном симпозиуме «Antarctic Earth Sciences» (Потсдам, Германия, 2003), 18 международном диатомовом симпозиуме (Междеструвье, Польша, 2004), IX школе диатомологов России и стран СНГ (Борок, 2005), международной конференции «Environment and Climate Change Influence on Freshwater Ecosystems - 2005 and Workshop WP-8» (Москва, 2005), на Диатомовых семинарах кафедры ботаники СПбГУ. Благодарности. Работа выполнена в Отделе стратиграфии ФГУП ВНИИОкеангеология (г. Санкт- Петербург). Автор выражает большую благодарность научным руководителям диссертации доктору геологоминералогических наук З.И. Глезер и заведующей Отделом стратиграфии ВСЕГЕИ доктору геолого-минералогических наук Т.Н. Корень за неоценимую помощь и всестороннюю поддержку.
Автор благодарит за помощь, поддержку и благоприятную научную атмосферу сотрудников Отдела стратиграфии ФГУП ВНИИОкеангеология во главе с начальником отдела В.И. Бондаревым, сотрудников ВНИИОкеангеология бывшего заведующего лабораторией Н.Н. Соболева.
Автор благодарен за предоставленные материалы и сотрудничество геологов Полярной Морской Геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ) Д.Д. Колобова, В.Н. Смирнова, А.А. Лайбу, начальника отдела геологии и минеральных ресурсов Антарктиды ФГУП ВНИИОкеангеология Г.Л. Лейченкова; коллег из ААНИИ С Р . Веркулича и Д.Ю. Болыыиянова.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 4 глав и Заключения, изложенных на 193 страницах машинописного текста, 25 рисунков, 4 таблиц, 6 фототаблиц и списка литературы, включающего 168 наименований.
Краткий очерк об истории изучения диатомовых водорослей в донных отложениях Южного океана и в районах исследования Диатомовые водоросли доминируют в фитопланктоне вод, омывающих берега Антарктиды. В весенне-летний период их численность достигает сотен миллионов, а иногда миллиарда клеток в 1 м3. Большая роль принадлежит остаткам диатомовых водорослей в формировании донных осадков, где диатомеи составляют 40-60% от всего состава осадка. Обилие диатомеи в антарктических районах привлекало к ним внимание биологов еще с середины прошлого столетия. Исследования проводились в следующих направлениях: изучение систематического состава антарктических диатомовых водорослей; изучение современных экологических условий развития диатомовой флоры; изучение диатомеи в качестве руководящих ископаемых для решения вопросов стратиграфии и палеогеографии.
Это условное разделение, потому что когда диатомист сталкивается с биостратиграфическими проблемами, перед ним встают и экологические вопросы и таксономические, которые часто заканчиваются описанием новых видов или переописанием старых. Биологи, изучающие таксономию и современные диатомовые водоросли, в свою очередь, предпочитают четко определиться с экологией диатомеи или точно ссылаться на возраст вмещающих диатомовые створки осадков. Для нас наиболее важным является третье направление исследований, что и предопределяет выбор статей для литературного обзора многочисленных работ о диатомеях Антарктики.
Многочисленные изучения диатомей начаты в конце XIX начале XX века, начиная с Антарктической Экспедиции 1897-1899 гг. (Van Heurck, 1909), 1901-1903 гг. (Heiden and Kolbe, 1928). Изучение диатомовых водорослей было сфокусировано, прежде всего, на изучении распределения фитопланктона (Жузе и др., 1962; Козлова, 1964; Hasle, 1969; Semina, 1979; Burckle et ah, 1987; Leventer, 1992; Kang and Fryxell, 1991; McMinn and Hodgson, 1993; Зернова, 2005), также имеются данные, касающиеся ледово-морской флоры (Krebs, 1983; Palmisanj et al., 1986; Kellogg and Kellogg, 1987; Fryxell and Kendrick, 1988; Palmisano and Garrison, 1993), поверхностных комплексов (the settling assemblage) (Gersonde and Wefer, 1987; Leventer, 1991; Leventer et al., 1993), комплексов из донных осадков (sedimentary assemblage) (Жузе и др., 1963; Abbot, 1974; Kellogg and Truesdale, 1979; Truesdale and Kellogg, 1979, Burckle, 1984; Kellogg and Kellogg, 1987; Leventer and Dunbar, 1988; Leventer, 1992; Roberts et al., 2004), диатомовых водорослей из осадков, вскрытых во время работ по глубоководному бурению (Fenner et al., 1976; Schrader, 1976; Ciesielski, 1983; Baldauf and Barron, 1991; Harwood and Maruyma, 1992). Эти исследования вскрыли огромный потенциал диатомовых водорослей как достоверных данных для стратиграфических, палеоэкологических построений, палеоциркуляции водных масс и многих других вопросов.
Поскольку диссертация посвящена диатомовым водорослям из донных осадков Антарктики, в литературном обзоре представляется важным проанализировать результаты, опубликованные другими авторами по этой тематике.
Диатомовые водоросли в донных осадках Антарктики. Большой вклад во все три направления исследований диатомовых водорослей Антарктики внесли советские ученые. Результаты изучения огромного количества проб твердой взвеси из поверхностного слоя и толщи воды, а также проб донных осадков, собранных в четырех рейсах д/э «Обь» (1955-1959) в южных частях Индийского и Тихого океанов, отражены в основных работах А.П. Жузе и соавторов (Жузе А.П., Королева Г.С., Нагаева Г.А., 1962; 1963), а также Козловой О.Г. (Козлова О.Г, 1964). Исследования советских диатомистов, которые являются основополагающими при изучении таксономии антарктических диатомей, их экологических характеристик, а работа Жузе А.П., Королева Г.С., Нагаева Г.А. «Стратиграфические и палеогеографические исследования в Индийском секторе Антарктики» (1963) — первый в мире опыт биостратиграфического расчленения четвертичных и голоценовых донных осадков Антарктики, основанный на использовании установленных ими же видов-индексов различных водных антарктических масс. Эта методика используется до сих пор, испытав только ряд уточнений экологических параметров диатомей в соответствии с отдельными региональными особенностями.
Монография О.Г. Козловой (1964) включает в себя детальный анализ закономерностей распределения остатков диатомей в поверхностном слое осадков, а также степени соответствия распределения диатомей в поверхностном слое океана и в осадках, изучение и сравнение видового состава диатомей и их численности в биоценозах и танатоценозах, закономерности формирования комплексов диатомей в осадках в зависимости от сохранности отдельных видов диатомовых водорослей, выяснение роли отдельных видов диатомовых водорослей в образовании диатомовых илов.
Большой вклад в изучении диатомей и биостратиграфию четвертичных донных осадков Южного океана внес американский ученый Л. Беркл (Burckle, 1972, 1984а; 19846; Burckle, et al., 1975; 1983; 1987). Им была предложена методика построения палеотемпературных кривых для палеогеографических реконструкций на основании соотношения антарктических неритических и субантарктических океанических видов, выделенных А.П.Жузе и др. (1962), наиболее применимая в переходной субантарктической зоне, селективная методика, когда один характерный вид индекс используется для палеопостроений (Burckle and Cooke, 1983). Также американский исследователь занимается проблемами сохранности и растворения панцирей диатомей при анализе составов танатоценозов (Shemesh, et al., 1988).
В результате изучения диатомовых водорослей из донных колонок, поднятых в море Росса, Т Келлоггом и Р. Трусдейлом (Kellogg and Truesdale, 1979) была воссоздана палеореконструкция верхнего плейстоцена - голоцена.
В раннем голоцене в обоих морских бассейнах установлен этап поступления океанических водных масс, которые отражены доминированием в осадках субантарктическим океаническим видом Fragilariopsis kerguelensis. Выше по разрезу колонки в среднем и позднем голоцене в осадках моря Росса преобладает ледово-морской вид F. curta, в заливе Прюдс мы выделяем средний голоцен по доминированию неритического вида Thalassiosira margaritae и в позднем голоцене аналогичный комплексу из моря Росса комплекс с доминированием Fragilariopsis curta.
Колонка длиной 47.7 м, поднятая на станции Site 1098 (Palmer Deep) Leg 178 в районе Антарктического полуострова, была изучена К. Сьюннеског и Ф. Тэйлор (Sjunneskog and Taylor, 2002). По их данным резкое увеличение количества диатомей в осадках произошло около 12 800 лет назад с последующим непрерывным развитием диатомовой флоры в изучаемом ими районе.
Исследовав диатомовые водоросли из озерных отложений на Южных Шетландских островах (Западная Антарктика) Бьерк и другие (Bjorck et al., 1993) выделяют этапы формирования осадков за последние 5 000 лет, которые хорошо сопоставимы с нашими данными. Так их выводы о последнем подъеме уровня моря около 5 000 лет назад и более тепловодных и влажных условиях между 4 500-6 000 лет назад совпадает с нашими выводами. Последние 2500 лет характеризуются на Южных Шетландских островах более стабильными условиями с возможными небольшими осцилляциями. Подобная стабилизация природных условий характерна и для оазиса Бангера.
Диатомовые водоросли современных биоценозов и в донных осадках залива Прюдс. Особое внимание нами уделялось исследованиям диатомовых водорослей в заливе Прюдс и в водоемах оазисов. Современные диатомовые водоросли в заливе Прюдс изучались эпизодически и еще крайне недостаточно, но исследования были очень содержательные и полезные для дальнейших работ. Фитопланктон в заливе Прюдс изучал польский исследователь Р. Лиговски (Ligowski, 1983). Этот материал был получен во м. Этот автор отмечает, что в удаленных от берега районах вблизи континентального шельфа преобладают океанические виды диатомей Proboscia alata, Thalassiothrix antarctica, Chaetoceros criophilus, Rhizosolenia styliformis, Rh. hebetata f. semispina. В прибрежных частях залива (около шельфового ледника Эймери) многочисленны неритические ледово-морской вид Fragilariopsis curta, открыто-морской Chaetoceros dichaeta и океанический Thalassiothrix antarctica. В литоральной зоне и в центральной части залива наиболее часто им встречены Chaetoceros dichaeta, Fragilariopsis curta и Thalassiothrix antarctica. Как он совершенно правильно отмечает, все эти виды обнаружены и описаны О.Г. Козловой (Козлова, 1964) во многих образцах планктона из южной части Индийского океана.
В результате бурения по программе Ocean Drilling Program в рейсе 119 в 1987-1988 гг. в районе плато Кергуелен и в заливе Прюдс были получены интереснейшие данные по биостратиграфии этих районов. В заливе Прюдс было пробурено пять скважин № 739-743. Залив Прюдс представлял научный интерес в плане изучения палеоокеанографических и палеоклиматических изменений в геологическом прошлом. Полученные данные выявляли ледниковую историю, историю оледенения Восточной Антарктиды, развитие климата Восточной Антарктиды от догляциальной эпохи до современности, развитие палеообстановок континентального шельфа (глубины, температуры и ледовое покрытие), в целях оценки важности этого региона для реконструкции глобальных климатических изменений.
В результате изучения диатомовых водорослей в скважине 739 (мощность отложений 486,8 м) были выявлены четыре хроностратиграфических интервала (плейстоцен, ?плиоцен, поздний миоцен и ранний олигоцен). Из 60 образцов только 35 содержали створки диатомей разной концентрации и сохранности, но чаще образцы были бедны количественно, а диатомовые водоросли плохой сохранности. Образцы, датированные четвертичным возрастом, содержат диатомовые комплексы хорошей сохранности с преобладанием Fragilariopsis kerguelensis, Thalassiosira inura, Actinocyclns actinochilus, Nitzschia barronii, Thalassiosira lentiginosa и Fragilariopsis curta.
По данным бурения в рейсе 119 была составлена эволюционная зональная схема с широким географическим применением. По данным диатомового анализа была выделена 21 зона от олигоцена до современного времени. Наши данные соответствуют последней 21 зоне с доминантой Thalassiosira lentiginosa (современное время - 0,62 млн лет назад).
Изучение диатомовых водорослей с последующим составлением зональной хроностратиграфической схемы обеспечило региональную стратиграфическую основу Индийского сектора Южного океана. Были выделены новые диатомовые зоны, которые восполнили проблемные стратиграфические интервалы.
Также в ходе работы по программе бурения судна JOIDES Resolution в рейсе 119 были получены данные о доминирующих диатомовых водорослях в современном планктоне залива Прюдс (Kang and Fryxell, 1991); о распределении покоящихся спор Chaetoceros в планктоне и в донных колонках (Stockwell, 1991), о сравнении современных планктонных диатомовых комплексов с диатомовыми комплексами из верхнего слоя осадков (Stockwell, et al., 1991), о сравнении зимней и летней стадий в развитии Eucampia antarctica (Fryxell, 1991). Исследования Д. Стоквелла (Stockwell D.A., 1991), изучавшего распределение покоящихся спор Chaetoceros в четвертичных осадках, представляют для нас особенный интерес. Споры Chaetoceros им были проанализированы из 2 диатомовых зон А и В из 15 глубоководных кернов с общими выводами о том, что большая концентрация их связана, в первую очередь, с биопродуктивностью биоценозов. В донных осадках изучаемых нами в заливе Прюдс количество спор Chaetoceros также, как и по данным Стоквелла, не превышало 20% от общего состава комплекса, в донных осадках морских водоемов оазиса Бангера на долю спор Chaetoceros приходится до 95% (!) в отдельных интервалах осадков.
В северной и центральной частях залива диатомовые комплексы в поверхностном слое осадков изучались Д. Франклином (Franklin, 1993), в северной, центральной и западных частях Ф.Тэйлор и другими (Taylor et al., В трех колонках (до 5 м длиной), поднятых в заливе Винсента (Восточная
Антарктика) изучались диатомовые водоросли, позволившие воссоздать условия осадконакопления, которые сравнимы с теми, которые мы установили в южной части залива Прюдс.
К выводам, аналогичным нашим, о палеоэкологии залива Прюдс в голоцене приходят Ф. Тэйлор и Э. Левентер (Taylor and Leventer, 2003), исследовавшие донные колонки длиною до 3 м (рейс NDPOI-01) в западной части залива Прюдс.
Диатомовые водоросли в донных осадках водоемов оазисов Антарктики. Большой интерес представляют работы австралийских ученых, которые длительное время изучают геологию, палеогеографию, донные осадки озер оазиса Вестфольд (в частности, McMinn and Hodgson, 1993, McMinn, 1995; Roberts and McMinn, 1996, 1998). Данные, полученные ими при изучении донных осадков и реконструкции голоценовой истории озера Андерсона (Roberts and McMinn, 1998) хорошо сопоставимы с нашими данными по донным колонкам из водоемов оазиса Бангера: быстрое отступление ледового покрова 10 000 лет назад с последующим подъемом уровня моря (около 7 000 лет назад), стабилизация положения уровня моря около 6 000 лет назад, высокие показатели седиментации, обусловленные высокой биопродуктивностью биоценозов.
В голоценовых осадках озера Террасовое (оазис Эймери) по данным диатомового и геохимических анализов было выделено 4 периода формирования осадков (Cremer and Wagner, 2004).
Нами впервые были изучены диатомовые водоросли в донных осадках залива Прюдс и в водоемах оазиса Бангера, и эти исследования дополняют информацию об ископаемых диатомеях для восстановления условий осадконакопления в Южном океане в голоценовое время.
Биогеографическая характеристика и экология диатомовых водорослей Южного океана Биостратиграфия отложений голоцена в значительной мере строится на палеоклиматической основе. Различные биостратиграфические горизонты, на которые расчленяются длинные колонки, содержат разнородные экологические комплексы диатомей (Жузе и др., 1963).
Среди планктонных организмов, широко используемых при стратиграфических и палеогеографических исследованиях в океане, диатомей выделяются рядом преимуществ (Мухина В.В., Казарина Г.Х., 1989). Эта группа организмов отличается быстрыми темпами эволюции, широким географическим распространением, хорошей сохраняемостью и высокой численностью в осадках полярных, умеренных и экваториальных широт.
Наличие среди диатомей ряда экологических группировок позволяет активно использовать данную группу организмов при восстановлении фациальньгх условий осадконакопления. Четкая климатическая зональность в распределении диатомовых в осадках, в закономерном широтном изменении систематического состава комплексов, позволяет использовать данные изучения ископаемых водорослей в палеоокеанологических построениях.
Актуалистическая основа палеоокеанологических реконструкций предполагает на самых начальных этапах работы выявление связей прижизненного распределения диатомей с их распределением в современных осадках. Фосфор, нитраты и кремний, необходимые для построения панцирей диатомей, являются веществами, лимитирующими их численность в планктоне.
Фитогеографическое районирование современного океана имеет ареалогическую основу. Весь Мировой океан по распределению фитопланктона разделен на три области: Аркто-Бореальную, Тропическую и Антарктическую. Внутри Аркто-Бореальной и Антарктической областей выделены ледово-неритические и океанические зоны.
Границы между различными фитогеографическими областями, зонами и провинциями, по существу, определяются гидрологическими границами.
Последние разделяют различные по масштабу круговороты и обосабливают различные водные массы - биотопы планктонных организмов.
Широтная климатическая зональность Мирового океана имеет флористическое выражение и в палеокомплексах проявляется в закономерном изменении их видового состава. По тем же принципам, что были использованы при биогеографическом районировании современного Мирового океана, т. е.
по ареалам наиболее массовых видов, в Тихом и Индийском океанах выделены ископаемые комплексы диатомей различной биогеографической природы: аркто-бореальный, бореальный, субтропический, тропический, экваториальный, субантарктический и антарктический. Границы биогеографических областей, выделенных на основании изучения субфоссильных комплексов диатомей Мирового океана, в общих чертах совпадают с океаническими фронтами, служащими естественными зонами разделов поверхностных водных масс различной структуры и биопродуктивности. В частности, полярные фронты северного и южного полушарий, разделяющие высокопродуктивные воды умеренных и низкопродуктивные воды субтропических широт, проецируются в осадках в виде границ бореальной и субантарктической биогеографических областей с северной и южной субтропическими областями соответственно.
Рис. 2. Блок-диаграмма структуры антарктических вод и меридионального переноса вод (Кеннет, 1987) Флористический состав диатомей и численность их в антарктических водах определяются в первую очередь гидрологическими, и, в частности, ледовыми, условиями отдельных крупных областей. Важными рубежами в их распространении оказываются фронтальные зоны антарктической дивергенции и антарктической конвергенции. От их положения в целом зависит общая картина распределения диатомей в антарктических водах. Зона антарктической дивергенции - область раздела дрейфов в западном и восточном направлении, т.е. двух противоположных течений, окружающих материк. Под антарктическим поясом понимается область океана, ограниченная материком покрытая морскими льдами и айсбергами в течение зимы и части лета.
Температурные условия исключительно суровые. Охлаждение поверхностного субантарктическим поясом понимается область океана, ограниченная с юга зоной антарктической дивергенции, а с севера — полярным фронтом (зона
конвергенции). Это область попеременного господства различных воздушных масс: зимой преимущественно антарктического морского воздуха, а летом — воздуха умеренных широт. В составе диатомей обнаружены характерные различия между комплексами видов, населяющих воды, преимущественно к югу или преимущественно к северу от зоны дивергенции. Поэтому принято считать фронтальные зоны границами географических поясов и, соответственно, различать антарктические, субантарктические виды диатомей и виды умеренных широт.
В зависимости от ареала распространения вида в Южном океане различают антарктические (неритические), субантарктические (океанические), умеренно-тешюводные (океанические) и сублиторальные (бентосные) виды (Жузе и др., 1962; Жузе и др., 1963; Козлова, 1964). Всего О.Г. Козловой в Индийском и Тихоокеанском секторах Антарктики определено 92 вида диатомей (27 родов), из них 88 планктонных и 4 бентосных.
По данным О.Г. Козловой (Козлова, 1964) в антарктическом комплексе диатомей насчитывается 43 вида, из них к неритическим видам относятся: Porosira antarctica, P. dichotomica, P. pseudodenticulata, Thalassiosira ambigua, Th. frenguelli, Th. margaritae, Th. spicula, Th. perpusilla, Th. tchemiai, Coscinodiscus bouvet, C. inflatus, C. oculoides, С ritscherii, Stellarima microtrias, Actinocyclus actinochilus, Chaetoceros decipiens, Ch. neglectus, Ch. skeleton, Ch.
dichaeta, Eucampia antarctica, Odontella weissflogii, Synedra reinboldii, Navicula gelida var. parvula, N. glaciei, N. jejinoides, N. jejinoides f. longissima, N.
imperfecta var. antarctica, Entomoneis kjelmanii, E. kufferathii, E. oestrupii, Fragilariopsis curta, F. cylindrus, F. obliquecostata, F. ritscherii, F. angulata, F.
sublinearis, Nitzschia bicapitata, N. decipiens, N. lecointei, N. semigibbossa, N.
stellata, N. taenia, N. wancaremae и др. Эвритермную группу среди антарктических и субантарктических видов, более или менее равномерно распространенных в обеих зонах, составляют следующие виды диатомей: Thalassiosira antarctica, Th. gracilis, Th. delicatula, Th. dubia, Th. obica, Th.
oliverana, Asteromphalus parvulus.
Неритическая флора развивается на шельфе и верхней ступени материкового склона Антарктики. Неритические и сублиторальные диатомей бурно развиваются в начале весеннего периода, сроки которого в антарктической зоне ограничиваются обычно одним месяцем (ноябрь). Однако ледовая обстановка может изменить в ту или другую сторону сезонное состояние фитопланктона, и у кромки материкового припая или вблизи него может сохраняться еще зимнее состояние (Leventer, 1992; Leventer and Dunbar, 1988). Начальные сроки развития диатомей зависят от сроков стаивания снежного покрова на морских льдах, вскрытия этих льдов и проникновения в толщу вод солнечной радиации, обеспечивающей фотосинтез.
Антарктические неритические диатомей развиваются в период вскрытия морских льдов, среди полыней и на кромке льда. Их вегетация наблюдается при наиболее низких поверхностных температурах, падающих иногда до -1.8- kjellmanii, Fragilariopsis curta, F. cylindrus, F. obliquecostata, F. ritscherii, F.
angulata, вегетирующие во льдах и сразу после вскрытия льдов. Porosira glacialis, P. pseudodenticidata, Eucampia antarctica, Distephanus speculum характерны для окололедовых обстановок, хотя и не являются типичными криофилами, вегетирующими во льдах (Жузе и др., 1969; Fryxell and Kendrck, 1988; Krebs, 1983; Palmisano and Garrison, 1993).
Океанические диатомей вегетируют преимущественно в удаленных от берега районах. Их массовое захоронение наблюдается в осадках глубоководных районов. Вегетация пелагической флоры несколько запаздывает; сроки ее развития сдвигаются к летнему и летне-осеннему сезонам, когда происходит некоторый прогрев поверхностных вод. В субантарктическом комплексе насчитывается 27 видов диатомей: Coscinosira antarctica, Coscinodiscus bullatus, furcatus, gyratus, tumidus, tumidusf.
fasciculata, Thalassiosira lentiginosa, Azpeitia tabularis, Asteromphalus hookeri, Corethron criophilum, Dactyliosolen antarcticus, Rhizosolenia alataf. inermis, , Rh.
hebetata f. bidens,m Rh. simplex, Chaetoceros bulbosus, Ch. Criophilus, Thalassiothrix antarctica, Tropidoneis antarctica, Tr. fusiformis, Fragilariopsis kergaelensis, F. seperanda, Navicula criophila, Nitzschia barkley, N. omega, N.
neglecta, N. turgidula.
В умеренно-тепловодном комплексе диатомей насчитывается 20 видов (Козлова, 1964) и входят следующие виды: Rhizosolenia alata, Rh. bergonii, Rh.
curvata, Pseudoeunotia doliolus, Roperia tesselata и др.
Сублиторальные (бентосные) виды в большинстве своем относятся к стенотермным, наиболее холодолюбивым компонентам антарктических диатомей (Krebs, 1983).
Распределение диатомей в современных климатических условиях Антарктики указывает на прямую зависимость этого распределения от различной природы диатомей. Неритическая флора рассматривается как истинно антарктическая, населяющая водные массы к югу от зоны дивергенции. Развитие океанической флоры, в основном, происходит в зоне субантарктики, т. е. в водах к северу от зоны дивергенции.
В своей монографической работе Козлова О.Г. «Диатомовые водоросли Индийского и Тихоокеанского секторов Антарктики» (1964) детально описывает численное распределение диатомей в поверхностном слое вод южной части Индийского и Тихого океанов, в толще воды и в осадках, проводит сопоставление видового состава и численности диатомеи южной части Индийского океана и поверхностного слоя донных осадков, основные черты вертикального распределения видов диатомеи, горизонтальный перенос створок диатомеи при погружении их на дно океана, условия сохранности диатомеи, а также выделяет ареалы характерных антарктических видов диатомеи в поверхностном слое вод и в осадках. Нужно отметить, что это одна из самых лучших, полных, тщательных работ, которая посвящена антарктическим диатомеям.
Г.Ю. Семина (Semina, 1979) в Южном океане выделяет космополитные виды диатомеи, высоко-антарктическую (high-antarctic) диатомовую флору, включающую ледово-неритические виды, широкоантарктические, субантарктические {Rhizosolenia curvata) и тропические виды.
Также интересной в плане изучения распределения современных видов диатомеи в разных биогеографических зонах является работа Л. Баркла и других (Burckle et al., 1987). Результатом их исследования распределения диатомеи в планктоне Южного океана поздней весной 1976 г. от ледового шельфа моря Росса до о-вов Новой Зеландии является выделение шесть диатомовых комплексов.
В выделенном ими диатомовом комплексе 1 доминирует Fragilariopsis kergnelensis с сопутствующими диатомовыми водорослями Coscinodiscus curvatulus, Fragilariopsis separanda, Thalassiosira gracilis. Эти виды известны как типичные океанические в Южном океане, предпочитающие открытоморские условия. Наибольшая концентрация Fragilariopsis kerguelensis которые типичны для прибрежной зоны Антарктики и/или ледово-морским обстановкам (комплексы 2-6). Ледовый фактор — главный, контролирующий содержание кремния высокое. Большинство диатомеи этих комплексов — ледово-морские. В составах этих комплексов преобладают следующие виды F.
cylindrus, F. curta и F. rhombica.
Также эти авторы отмечают, что горизонтальный снос панцирей диатомей при осаждении их на дно невелик и распределение диатомей в поверхностном слое океана может быть использовано в картировании диатомового распределения в поверхностном слое осадков.
В дальнейшем появились более локальные исследования ареалов вегетации диатомовых водорослей Южного океана (Burckle and Stanton, 1975; Truesdale and Kellogg, 1979, Gersonder and Wefer, 1987). Но они могут рассматриваться как дополнительные, расширяющие монографическое описание распределения диатомовой флоры, которое было сделано Жузе А.П. и др., (1962), Жузе А.П. и др. (1963) и Козловой О.Г. (1964).
В.В. Зернова в своей работе «Фитопланктон Южного океана» (Зернова, 2005) выделяет расположенную к югу от антарктического полярного фронта антарктическую флористическую зону с ледово-неритической (в районе Антарктической дивергенции) и северной подзонами, а также субантарктическую флористическую зону с двумя подзонами, расположенными к северу от антарктического полярного фронта и в районе влияния субантарктической дивергенции.
Отдельно нужно сказать об эндемизме диатомовой флоры Антарктики, которая, несомненно, несет в себе филогенетические черты тихоокеанской флоры (Harwood, 1991). Крайние экологические условия создают эндемизм большинства антарктических диатомей. Особенности геологической, океанологической и климатической истории Южного континента предопределили то большое количество эндемичных видов, которые до сих пор описываются. Один из неизвестных видов обнаружен автором в осадках морских заливов оазиса Бангера и будет описан совместно с Р. Д. Гогоревым (Thalassiosira longifultoportulata Gogorev et Pushina sp. nov.) (Gogorev and Pushina, 2006).
Фактический материал и методы исследования
Материалом исследований послужили колонки, поднятые из донных отложений водоемов оазиса Бангер (25 колонок, длина колонок от 150 до 1390 см). Начиная с 1986/87 гг. здесь работали четыре Советских (позднее Российских) экспедиции. В этих экспедициях помимо геоморфологических и гидрологических полевых работ были подняты первые донные осадки из пресноводных водоемов в южной части оазиса (Verkulich and Melles, 1992; Bolshiyanov et al., 1993). Опираясь на предварительные результаты этого кернового материала, совместная Российско-Немецкая экспедиция 1993/94 гг. концентрировалась на отборе длинных кернов озерных и морских осадков (Melles et al., 1994а, 19946) (Таблица 1, рис. 3).
Радиоуглеродное датирование сапропелей и образцов из осадков гляциально-морского происхождения (55 образцов) производилось в лабораториях Оксфорда (Великобритания), Утрехта (Голландия) и Ганновера (Германия) (Accelerator Mass Spectrometr) (Melles et al., 1994a; Kulbe et al., 2001). Полученные значения радиоуглеродного возраста были скорректированы (величина коррекции Antarctic Marine Reservoir Effect составила минус 1300 лет) (Omoto, 1983) и конвертированы в калиброванные годы (Stuiver et al., 1993). Результаты датирования показали, что сапропели накапливались в течение всего голоцена примерно с одинаковой скоростью.
Для анализа особенностей осадконакопления в исследуемом районе и особенностей формирования танатоценозов диатомей был изучен их таксономический и количественный состав. Образцы для исследований из колонок донных осадков отбирались послойно с частотой 2-10 см и были подготовлены по стандартной методике обработки донных осадков в целях изучения таксономического состава диатомей и подсчета количественного содержания створок в 1 г осадка, разработанной в Институте океанологии АН СССР (Жузе и др., 1969). В каждом препарате подсчет диатомей проводился до 300 экземпляров с последующим определением процентного содержания каждого вида в составе диатомового комплекса. Для анализа распределения количественного и видового составов диатомей была использована компьютерная графическая программа PanPlot, разработанная в Институте Альфреда Вегенера (Бременхафен, Германия).
Географические особенности расположения оазиса Бангера, открытые ото льда в летнее время морские заливы и озерные водоемы со стабильной гидрологией, практическое отсутствие терригенного материала при формировании осадков голоцена, вмещающие богатые диатомовые комплексы, а также наличие большого количества радиоуглеродных датировок в осадках и мумия снежных буревестников позволяет считать этот район ключевым для палеоклиматических построений.
Описание и анализы донных отложений из 25 колонок пресноводных водоемов и морских заливов оазиса Бангера показали различие как в литологическом составе осадков, так и диатомовых комплексов. Различия эти наиболее видны при исследовании колонок из 1) морских заливов Рыбий Хвост, Транскрипции; 2) пресноводной бухты Извилистая; 3) пресноводных озер.
В морских заливах оазиса наиболее показательными являются колонки 1173, расположенная в южной части залива Рыбий Хвост (глубина отбора 90.7 м; длина 12.92 м), 1172 (глубина отбора 17.2 м; длина 265 см) и колонка 1165 (глубина отбора 101.4 м; длина 246 см) - из центральной части залива Транскрипции (таблица 2, рис. 3). В осадках морских заливов Рыбий Хвост и Транскрипции в оазисе Бангера в диатомовых комплексах преобладают морские виды (106 таксонов) с безусловным численным преимуществом над 8 пресноводными видами с крайне низкой встречаемостью и численностью.
Залив Рыбий Хвост в настоящее время отличается среди водоемов оазиса исключительно высокой продуктивностью фитопланктона. Концентрация хлорофилла «а» была здесь определена в пределах 1-10 мгк/л. В заливе Рыбий Хвост соленость изменяется от 9%о подо льдом до 18,6%о на глубине 20 м слой пресных вод отсутствует. Относительно низкие по сравнению с морской водой значения солености объясняются поступлением большого объема пресной воды за счет ледникового стока и таяния айсбергов. Высокоминерализованные воды залива Рыбий Хвост имеют явно морское происхождение. Воды в морских водоемах оазиса Бангера относятся к типу Na-Cl. В заливе Рыбий Хвост рН равняется 7,7-9,3. Высокая концентрация 02 наблюдалась в мелководной части залива Рыбий Хвост (109-153% от насыщения), что хорошо коррелируется с интенсивным развитием фитопланктона в этом заливе. Вероятно, достаточная соленость воды вместе с обилием питательных веществ создает здесь благоприятные условия для развития морских диатомовых водорослей (Клоков и др., 1989).
Колонка 1173 расположена далеко от ледника Эдисто в южной части залива Рыбий Хвост, глубина моря 90.7 м. Колонка состоит из сапропелей, накопление которых показывают стабильные бескислородные донные условия, начиная с 8 500 лет назад (Melles et al., 1997). Скорость осадконакопления сапропелей и большое количество радиоуглеродных датировок (11) (табл. 1) вместе дают высокоразрешающую хронологическую основу для хорошего возрастного контроля. Вследствие отсутствия кислорода в донной воде во время накопления сапропелей биогенная составляющая на станции 1173, в основном, ограничена поверхностными водами. Окисление органического вещества в поверхностном слое, а также поедание органики бентическими организмами может быть исключена. Высокое содержание общего органического углерода и азота доказывает высокую первичную продуктивность в этом месте. Это также хорошо для изучения соотношений углеродных изотопов, с одной стороны, насыщенности в поверхностных водах тяжелыми 13С изотопами и, с другой, предпочтения С при биогенной аккумуляции.
Фактический материал и методы исследований
Отбор колонок донных осадков в заливе Прюдс (рис. 17, табл.2) проводился в ходе летних сезонных работ Советских/Российских антарктических экспедиций геологами Полярной Морской Геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ). Колонки отбирались с гравитационными, колонковыми трубками разной длины, диаметра и веса, из них в 35 колонках были детально изучены микрофоссилии - диатомовые водоросли и фораминиферы, а также литология осадков. Образцы отбирались через 10 см по разрезу колонок и далее проходили стандартную техническую обработку пород для последующего таксономического анализа диатомей, описанную в главе 1 (раздел 1.2).
В результате многочисленных исследований диатомовой флоры Антарктических морей установлено, что закономерности распределения диатомей в современном планктоне сохраняются в основных чертах и в донных отложениях (Козлова, 1964), что при детальном изучении экологии современных диатомовых водорослей позволяет реконструировать палеоэкологические параметры обстановок прошлого (палеотемпературы, палеосолености, изменения уровня моря, сокращение и увеличение ледниковых покровов) (Козлова, 1964; Truesdale and Kellogg, 1979; Defelice and Wise, 1981; Leventer and Dunbar, 1988; Leventer, 1992; Leventer et al., 1993). Сохранность диатомей и их обилие в донных осадках достаточно точно отражает их ежегодную продуктивность (Burckle, 19846).
«К сожалению, - писали А.П. Жузе с соавторами (Жузе и др., 1963), - до настоящего времени антарктическими диатомеями для целей стратиграфии не занимались. Все, что было известно, касалось только их распределения в деятельном слое океана. Поэтому прежде, чем судить об особенностях распределения диатомей в толще осадков, следовало изучить их в поверхностном слое на дне океана, что охарактеризовало бы в основных чертах их современное распространение».
На основании детального изучения в донных колонках, поднятых советскими и австралийскими экспедициями, распространения литологических фаций, комплексов диатомей и основных геохимических параметров, были выделены геоморфологические провинции и ареалы диатомей в поверхностном слое осадков залива Прюдс (Harris et al., 1998; Пушина, 2001).
Изученные диатомовые водоросли относятся к трем группам планктонных диатомей в зависимости от ареала распространения видов в Южном океане антарктические (неритические), субантарктические (океанические) и умеренно-тепловодные (океанические) виды и группа бентосных видов (табл. 3).
В поверхностном слое осадков залива Прюдс насчитывается 44 вида диатомовых водорослей, которые составляют четыре диатомовых комплекса: три во внутренней части акватории залива (банка Фор Ледис, канал Свеннер, в районе канала Прюдс) и один в районе континентального склона.
"Прибрежный" диатомовый комплекс с доминированием Fragilariopsis curta, видом-индикатором ледово-морских условий, обнаружен в глинистых осадках канала Свеннера и вблизи ледового края шельфового ледника Эймери. В диатомовом комплексе преобладают ледово-морские диатомеи, где наряду с доминантой F. curta обнаружены F. rhombica, F. obliquecostata, F. ritscheri, F. cylindrus, вегетирующие во льдах и сразу после вскрытия льдов. Porosira glacialis, Eucampia antarctica, Distephanus speculum характерны для окололедовых обстановок, хотя и не являются типичными криофилами, вегетирующими во льдах (Жузе, и др., 1969; Fryxell and Kendrck, 1988; Krebs, 1983; Palmisano and Garrison, 1993). Перечисленные виды характерны для шельфовых районов Антарктики, которые длительно покрыты ежегодными льдами, с относительно небольшими глубинами и пониженной соленостью воды. Между сроками развития антарктических видов и сроками вскрытия морских льдов существует тесная зависимость. Известно, что массовая вегетация начинается еще подо льдом, как только стаивает снежный покров. В антарктических водах в период массового развития диатомеи температуры вод колеблются от -1,7 до —1,9 С (Жузе и др., 1963).
Удаленность от океана и океанических течений, близкое расположение ледового берега определяют холодноводность диатомового комплекса. Численность диатомеи в этом районе в поверхностном слое осадков достигает 720 млн створок/г (станция 3408 - всего в 40 км от ледового берега Земли Принцессы Элизабет!), что объясняется, вероятно, бурной вегетацией ледово-морских диатомей сразу после вскрытия льда.
"Неритический" комплекс диатомей распространен в центральной части залива Прюдс. В донных осадках канала Прюдс, представленных глинисто-диатомовыми илами, в комплексе диатомей к доминирующей F. curta присоединяется неритический открыто-морской вид Thalassiosira margaritae, составляющий до 46% (Макарова, Пушина, 1992). Этот комплекс состоит из следующих характерных видов (в списке виды указаны в порядке снижения их количественного содержания в осадках): Thalassiosira margaritae, Fragilariopsis sublinearis, Eucampia antarctica, Thalassiosira gracilis, Actinocyclus actinochilus, Coscinodiscus oculoides, Stellarima microtrias, Biddulphia weissflogii, Porosira pseudodenticulata, Fragilariopsis cylindrus. Bee эти виды являются характерными и эндемичными (за исключением биполярного вида F. cylindrus) представителями неритической ледовой флоры антарктической зоны, расположенной к югу от зоны антарктической дивергенции. Большая часть их тяготеет к шельфу и материковому склону (F. curta, Biddulphia weissflogi, Porosira pseudodenticidata, Stellarima microtrias), другие виды комплекса распространены более широко и заходят в районы открытого океана {Eucampia antarctica, Actinocyclus actinochilus, Coscinodiscus oculoides). Однако во всех случаях максимум встречаемости панцирей антарктических видов приходится на осадки прибрежной зоны. В этом районе неритические виды имеют такое большое количество, которое объясняется близостью к океану и удаленностью от ледниковых окраин, и, как следствие, более быстрому вскрытию ежегодного ледового покрова, позволяющее развиться неритической диатомовой флоре, предпочитающей открыто-морские условия. Также для этого района характерна высокая продуктивность диатомей — 120-240 млн створок/г.
В самом мелководном районе, изученном нами, в районе банки Фор Ледис, в глинистых илах поверхностного слоя осадков распространен диатомовый комплекс с доминантой Fragilariopsis curta и сопутствующими ему ледово-морскими диатомеями. Отличительной особенностью распределения диатомовых панцирей в этом районе является сравнительно низкая численность створок в 1 г осадка (в центральной части банки - 31 млн створок/ г).
"Открыто-морской" диатомовый комплекс, обнаруженный в поверхностном слое осадков залива Прюдс, выделен нами на севере канала Прюдс на станции 3612, расположенной ближе всего к континентальному склону. В диатомовом комплексе доминирует Thalassiosira margaritae (46%). Также в комплекс входят ледово-морские Fragilariopsis curta, Eucampia antarctica, Porosira glacialis, океанический Thalassiosira lentiginosa, неритические споры Chaetoceros sp. и другие виды. Число диатомеи составляет 243 млн створок/г.
"Океанический" диатомовый комплекс с преобладанием океанического широко толерантного вида Fragilariopsis kerguelensis (Defelice and Wise, 1981) распространен только в районе континентального склона (ст. 3220) (табл. 3). Массовое распространение этого вида приурочено к субантарктической зоне, расположенной к северу от зоны антарктической дивергенции, где преобладают океанические виды, вегетация которых происходит в открытых районах океана, и они, в целом, более теплолюбивы по своей природе, чем неритические антарктические диатомеи. Другими заметными видами, входящими в комплекс являются F. curta, Thalassiosira gracilis var. expecta, Th. lentiginosa, Distephanus speculum. Именно в этом районе наблюдается наименьшая концентрация диатомовых панцирей - 3,6 млн створок/г.
Эволюция палеогеографических обстановок в Восточной Антарктике в раннем голоцене
Изучение диатомовой флоры, литологии, геохимии и радиоуглеродного возраста колонок из осадков залива Прюдс и морских и пресноводных осадков из водоемов оазиса Бангера позволило получить сведения об эволюции голоценовых палеогеографических обстановок и климатических изменениях в Восточной Антарктике в голоцене.
Несмотря на относительно небольшую продолжительность голоцена, охватывающего последние 10 000 лет, это время отмечено значительными изменениями природной среды, о чем убедительно свидетельствуют многочисленные геологические, палеогеографические, геоморфологические и другие данные.
Голоцен, к которому относится и настоящее время, рассматривается большинством специалистов как эпоха, относящаяся к классу межледниковий, т.е. считается представителем теплого полуцикла «нормального» макроцикла плейстоцена (Величко, 1987).
VIII конгресс Международной ассоциации по изучению четвертичного периода, состоявшийся в 1969 г. в Париже, принял решение считать нижней границей голоцена рубеж 10 000 лет назад (Монин, Шишков, 1979).
В качестве палеогеографического эталона периодизации голоцена довольно долго считался модифицированный вариант схемы Блитта-Сернандера (скандинавская), основанной на изучении торфяников Норвегии и Швеции методом спорово-пыльцевого анализа, и используемой в большей части районов умеренного пояса северного полушария и в южном полушарии (Ауэр, 1968; Mercer, 1978; Heusser, 1989в). В последнее время возрастные подразделения в северном полушарии устанавливаются, учитывая разделение голоцена, предложенное J. Mangerud и другими (Mangerud et al., 1974): ранний голоцен - 10 000- 8 000; средний - 8 000-2 500 и поздний - 2 500-0 лет назад.
Датским ученым (Hammer et al., 1986) удалось, подсчитав сезонные пики 81 О, концентрации микрочастиц по керну станции Дай-3 в Гренландии, оценить возраст границы плейстоцена и голоцена, которая проводится по наиболее резким изменениям температур в конце позднего дриаса. Он оказался равным 10 600-10 900 лет назад. Во время сезонных работ 28-й и 29 -й Советских Антарктических экспедиций проводилось бурение глубокой скважины на станции Комсомольской (7405 ю.ш., 9729 в.д., 3516 м над уровнем моря, средняя годовая температура воздуха —53,9 (Котляков и Гордиенко, 1982) в центральной части Восточной Антарктиды до глубины 870 м. В 1983 г. из нее были отобраны пробы на изотопно-кислородный анализ. По данным изучения ледового керна на станции Комсомольской, резкое изменение температуры отмечено более 11 200 лет назад. Изучение изменений изотопного состава ледового керна на станции Восток (скважина 5Г-1 длиной 3623 м) в период последней дегляциации (20 000-8 000 лет назад) показало, что потепление в районе станции Восток достигло своего максимума около 12 000 лет назад, в эпоху климатического оптимума в Антарктиде. (Липенков и др., 2000). Изучение литологии, диатомовой флоры, гранулометрии, геохимии и радиоуглеродного возраста колонок морских и пресноводных осадков из водоемов оазиса Бангера и залива Прюдс позволило получить сведения о голоценовых климатических изменениях в этих районах.
Палеоклиматические построения из разных районов Антарктики сопоставимы между собой, но по сравнению с инструментальными данными, полученными в результате сопоставления 11 изотопных кислородных кривых из ледовых кернов Антарктиды (Masson et al., 2000), имеют некоторые отличия (рис. 24). В. Мэссон и другие определяют ранний климатический оптимум в голоцене между 11 500-9 000 лет назад; в секторе
В субантарктической зоне Южного океана смена двух диатомовых флор - антарктической и субантарктической соответствует гляциалам и интергляциалам и происходит 12 200 лет назад, представляя границу плейстоцена и голоцена по более 30 кернам, изученных в Южной Атлантике (Burckle, 1972).
Дегляциация оазиса Бангера началась на границе плейстоцена и голоцена. Это подтверждается находками на территории оазиса морских раковин моллюсков на пляжах (Веркулич, 1991; Colhoun and Adamson, 1992), остатков жизнедеятельности снежных буревестников (Большиянов и Веркулич, 1992; Bolshiyanov et al., 1993; Verkulich and Hiller, 1994), no содержанию органического углерода в морских и озерных осадках (Большиянов и др., 1992; Bolshiyanov et al., 1993; Melles et al., 19946), no которым получено большое количество радиоуглеродных датировок и возраст всех этих радиоуглеродных датировок моложе 11 000 лет назад.
Сокращение ледового покрова в оазисе Бангера было очень быстрым и началось в районе Южных Холмов (морские заливы Рыбий Хвост и Транскрипции). Даже местности, которые сейчас расположены очень близко к краям ледниковых покровов, были свободны ото льда в этот короткий период.
Причина быстрой дегляциации была, возможно, в разрушении покровного льда вследствие морской трансгрессии (Colhoun and Adamson, 1992, Verkulich and Melles, 1992). В некоторых колонках морские и озерные осадки, в основном, лежат на тиллах, содержащих гравий и гальку ледового разноса в осадках тонкой фракции. Это показывает, что перенос айсбергами имел место при формировании осадков в первой фазе дегляциации. Доказательством относительно высокого положения уровня моря может быть обнаружение морского диатомового комплекса в колонке 22 из отложений озера Буревестник. Абсолютное доминирование морских диатомовых водорослей над пресноводными показывает типично морские условия в раннем голоцене в юго-западной части оазиса.
В Антарктике начало и первая фаза дегляциации ассоциируются с климатическим потеплением и таянием льда. По данным изотопно-кислородной кривой, полученная по данным станции купол С (Lorius С. et al., 1979) юго-восточнее оазиса Бангера, самый теплый период после 30 000 лет назад отмечен между 11 000 и 8 000 лет назад. В оазисе Бангера потепление в раннем голоцене может быть показано относительно высоким содержанием диатомовых водорослей в осадках, пусть даже комплексы диатомей имели монодоминантный характер. Присутствие сезонных талых вод в оазисе Бангера в первой фазе дегляциации подтверждается стратификацией и хорошей сортированностью морских и озерных осадков, залегающих на тиллах. Совпадение времени первых гнездовий снежных буревестников с началом биогенной аккумуляции в водоемах доказывает, что не только депрессии, но также и холмы оазиса были свободны ото льда уже в самом раннем голоцене.
Особенности формирования диатомовых водорослей в донных осадках в Восточной Антарктике, определяющие палеоэкологические интерпретации
Одной из главных проблем, которая встает перед исследователем, изучающим голоценовые донные осадки Антарктиды, является многообразие природных обстановок и неоднозначность интерпретации данных, в нашем случае диатомового анализа, при выделении палеоэкологических этапов. Несовпадение климатического тренда и кратковременных климатических флуктуации может объясняться как общими для всей Антарктики природными факторами, так и влиянием локальных особенностей природной среды конкретных районов. Среди определяющих факторов формирования фоссильных диатомовых комплексов, установленных по разрезам колонок, поднятых в заливе Прюдс, и в водоемах оазиса Бангера, несомненно, главным является ежегодный ледовый покров. Очень суровые климатические условия, длительный ледостав в антарктических водоемах (до 9 месяцев) определяет монодоминантность диатомовых комплесков: как правило, доминирует один вид с процентным содержанием от 70 до 98%, одна или две субдоминанты (до 10-12%) и сопутствующие виды диатомей (0,3-5%). Подобная картина наблюдается при формировании диатомовых биоценозов в экстремальных условиях - в нашем случае это длительный ледовый покров и низкая температура воды. Это без сомнения, общие закономерности формирования диатомовых ассоциаций прибрежной зоны Антарктики (Диатомовые водоросли СССР, т. 1, 1974; Leventer and Dunbar, 1988, Leventer, 1991; Cremer and Wagner, 2004 и др.). В зависимости от палеоклиматических и палеоокеанологических изменений происходит смена доминант в комплексах или изменения в составе субдоминантной группы. Наиболее ярко процесс смены доминант ледово-морского вида Fragilariopsis curta и открыто-морского Thalassiosira margaritae произошло в одной из самых «южных» колонок 3215 (рис. 17, рис. 25), поднятой в заливе Прюдс.
Динамика ледниковых покровов Антарктиды оказывает значительное воздействие на процессы осадконакопления и формирование танатоценозов диатомей в голоцене. При значительных потеплениях наблюдаются выдвижения ледниковых языков в прибрежные зоны морей, что препятствует массовой вегетации или даже отсутствие таковой (например, в маленьких озерах оазисов), а также значительное снижение солености и температуры воды при таянии этих ледниковых языков. В осадках в этих случаях мы не увидим богатых комплексов диатомей (они даже могут отсутствовать), и могут быть проинтерпретированы как похолодание климата. На самом же деле потепление, как правило, стимулирует движение ледниковых покровов и усиление таяния, и только для какой-то локальной территории может являться ухудшением климата. Например, в заливе Прюдс, в районе мелководной банки Фор Ледис (рис. 17, рис. 25) в разрезе колонки 3334 богатые диатомовые комплексы диатомей в раннем голоцене сменяются количественно бедными в среднем голоцене. По всей акватории в этот период по данным диатомового анализа отмечается время относительно тепловодное, оптимальное для развития диатомовой флоры. По гранулометрическому составу в этот, период формировались смешанные осадки - диамиктон, включающие в себя гравий, песок, алеврит и пелит и бедные диатомвые комплексы, в то время как выше и нижележащие осадки сложены преимущественно пелитом. Таким образом, правильнее предположить, что отдельные районы Банки Фор Ледис находились под влиянием действия покровного ледника, спустившегося с материка или с интенсивной ледниковой разгрузкой, но не вследствие общего похолодания климата в период осадконакопления. Подобная картина, по нашему мнению, имеет место во всей шельф овой зоне Антарктики и оазисах. Поэтому нужно осторожно делать глобальные выводы, оперируя данными только по одной колонке, как бы хорошо она ни была обработана не только на микропалеонтологический анализ, но и другими инструментальными методами. Далеко не всегда в донных осадках прибрежных районов Антарктики и водоемах оазисов количественные максимумы и минимумы диатомей можно отождествлять с потеплениями и похолоданиями климата.
На формирование диатомовых танатоценозов большое влияние оказывает процесс растворения панцирей диатомовых водорослей при погружении их на дно. По данным О.Г. Козловой (1964) от числа видов диатомей, известных в открытых районах Индийского океана, в донных осадках сохраняется свыше 80%. Наибольшие потери при растворении обнаружены при погружении ледово-морских диатомей. Это тоже важный фактор при реконструировании палеоэкологических условий в районах с длительными ледовыми покровами, в которых именно ледово-морские виды диатомей первыми начинают развиваться и в вевенний период, безусловно, доминируют. При сравнении современных планктонных диатомовых комплексов в заливе Прюдс с диатомовыми комплексами из верхнего слоя осадков Д Стоквелл и другие (Stockwell et al., 1991) отмечают полное отсутствие преобладающих в биоценозах ледово-морских видов Nitzschia closterium, Chaetoceros neglectus, Ch. flexuosus и Tropidoneis sp. в осадках. Значительное растворение происходит при преодолении тонкопанцирными створками диатомей бескислородной зоны водоемов. По данным Э. McMinn (1995), слабоокремненные створки ледово-морских видов диатомовых водорослей, таких как, например, Entomoneis kjellmanii, Nitzschia closterium, N. stellata подвержены полному растворению при прохождении этой зоны, не достигая дна водоема. И только грубопанцирные диатомей успешно преодолевают ее и доминируют в танатоценозах.
