Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы вымирания шерстистого мамонта 14
1.1. Распространение шерстистого мамонта в позднем плейстоцене – голоцене на территории Северной Евразии 14
1.2. Анализ основных гипотез вымирания шерстистого мамонта 18
Глава 2. Фактический материал и методы исследований 30
2.1. Геологические разрезы и местонахождения мамонтовой фауны.. 30
2.2. Палеонтологические коллекции 33
2.3. Полевые исследования 36
2.4. Лабораторные исследования 44
Глава 3. Динамика окружающей среды, стратиграфия и неотектоника Северной Евразии в конце плейстоцена – первой половине голоцена 54
3.1. Окружающая среда и литолого-фациальные условия 50 – 4 тыс. л.н 54
3.2. Стратиграфия и палеогеографическая интерпретация некоторых ключевых разрезов OIS-3-1 и мамонтовых местонахождений Западно-Сибирской равнины
3.2.1. Местонахождение Луговское 102
3.2.2. Местонахождение Красноярская курья 119
3.2.3. Разрез Куйлинский яр 124
3.2.4. Разрез I н.т. Новоильинской Старицы (р. Обь) 129
3.2.5. Разрез Торфяной яр 140
3.3. Неотектонические движения и сейсмотектонические деформации 146
Глава 4. Биогеохимические связи в экосистемах финала плейстоцена – голоцена Северной Евразии, минеральное голодание и тафономия мамонтовых «кладбищ» 165
4.1. Недостаток и избыток макро- и микроэлементов в среде обитания и организмах животных. Минеральное голодание, зверовые солонцы и литофагия современных и вымерших млекопитающих. Окисление геохимических ландшафтов 165
4.2. Тафономия массовых захоронений остатков мамонтов 185
Глава 5. Палеоэкология, геохимический стресс, энзоотические заболевания и вымирание шерстистого мамонта 202
5.1. Деструктивные изменения скелетной системы и зубов крупных млекопитающих как отражение геохимического стресса. Палеоэкологические исследования мамонтовых местонахождений, датируемых OIS-2 202
5.1.1. Местонахождение Krakw Spadzista Street (B) 225
5.1.2. Местонахождение Луговское 235
5.1.3. Местонахождения Красноярская курья 243
5.1.4. Местонахождение Берелёх 253
5.1.5. Биогеохимические исследования костей мамонтов и других крупных млекопитающих 272
5.2. Дискуссионные вопросы и обсуждение результатов
исследований 281
5.3. Вымирание шерстистого мамонта 301
Заключение 308
Список использованных источников 312
- Анализ основных гипотез вымирания шерстистого мамонта
- Палеонтологические коллекции
- Стратиграфия и палеогеографическая интерпретация некоторых ключевых разрезов OIS-3-1 и мамонтовых местонахождений Западно-Сибирской равнины
- Местонахождение Krakw Spadzista Street (B)
Введение к работе
Актуальность темы. Вымирание вида Mammuthus primigenius Blumenbach, 1799 и мамонтовой фауны в целом является остро дискуссионной проблемой с конца XIX в. Более ста лет известны и две основные гипотезы исчезновения с лика Земли шерстистого мамонта и его спутников – антропогенная и климатическая. Резкое противопоставление идей во многом не позволяло увидеть весь сложный спектр биотических и абиотических связей позднеплейстоценовой мегафауны.
Окружающая среда и геодинамика позднего плейстоцена и голоцена Северной Евразии изучены довольно подробно, но многие стратиграфические, палеогеографические, геоморфологические, неотектонические и другие важные аспекты остаются неясными. Наиболее актуальным является определение возраста суб-аэральных толщ, расчленение и корреляция отложений комплексов речных долин, реконструкция неотектонического и геохимического режимов равнинных и предгорных территорий за последние 50 тыс. лет геологического развития континента.
Данный период знаменателен тем, что на его протяжении произошел распад популяционной структуры и вымирание вида M. primigenius. Фактические данные конца XX – начала XXI вв. позволили автору диссертации разработать концепцию о ключевой роли геохимической среды в экологии крупных травоядных млекопитающих позднего плейстоцена – голоцена, что нашло наиболее яркое выражение в заключительном отрезке истории шерстистого мамонта.
Цель и задачи исследований. Главная цель – анализ абиотических связей биогеоценозов Северной Евразии временного интервала ~ 50 – 4 тыс. радиоуглеродных лет назад (л.н.) в контексте фундаментальной проблемы вымирания шерстистого мамонта. Достижение этой цели потребовало решения следующих задач.
-
Комплексные палеонтолого-стратиграфические и палеогеографические исследования коренных субаэральных и крупных аллювиальных местонахождений мегафауны позднего плейстоцена. Выяснение роли палеолитического населения в формировании мамонтовых «кладбищ».
-
Уточнение возраста верхней части осадочного чехла, масштабов неотектонических событий и динамики геохимических ландшафтов.
-
Палеоэкологический и тафономический анализы остатков мамонтов и других млекопитающих из крупных местонахождений.
-
Выявление надежных диагностических признаков геохимического стресса, возникавшего в вымирающих популяциях шерстистого мамонта при резком и кардинальном изменении абиотической среды.
-
Изучение энзоотических заболеваний скелетной системы и зубов ископаемых и современных крупных млекопитающих.
-
Установление различий между патологическим процессом, связанным с минеральным дефицитом, и тафономическими изменениями (физической, химической и бактериальной деградацией костной и зубной тканей).
-
Определение пределов устойчивости абиотических связей и выявление механизмов адаптации крупных травоядных млекопитающих к экстремальным условиям среды обитания.
Используется международное название для поздней поры плейстоценовой эпохи – поздний плейстоцен
В процессе решения задач и достижения главной цели исследований была оформлена геохимическая гипотеза вымирания шерстистого мамонта, основу которой составляют следующие защищаемые положения.
-
В период с 27 – 24 до 9 тыс. л.н. произошел коллапс позднеплейстоцено-вых биогеоценозов на основной части Северной Евразии, в значительной степени связанный с глубоким окислением благоприятных геохимических ландшафтов.
-
Геохронологический рубеж ~ 27 – 24 тыс. л.н. стал критическим для евразийских популяций шерстистого мамонта. С этого момента они испытывали хроническое минеральное голодание, которое отразилось в формировании мамонтовых «кладбищ» на зверовых солонцах.
-
Вымирание вида Mammuthus primigenius Blum. на территории Северной Евразии, длившееся не менее 20 тыс. лет, по-видимому, во многом определялось геохимическим стрессом животных, ярким проявлением которого являлись массовые заболевания скелетной системы.
Научная новизна. Исследования показали молодой (в основном, сартанско-голоценовый) возраст надпойменных террас и субаэрального чехла в центре и на юго-востоке Западно-Сибирской равнины. Обнаружены самые северные в Западной Сибири сейсмиты – достоверные проявления ликвефакции и хрупкие деформации, свидетельствующие минимум о 7 – 9-балльных землетрясениях каргинско-сартанского возраста. Полученные данные в целом подтверждают «взрывной» характер неотектонических событий на севере Евразии в последние 50 тыс. лет.
Впервые для Северной Азии доказано формирование субаэральных местонахождений мамонтовой фауны на зверовых солонцах по причине минерального голодания крупных млекопитающих. На большом фактическом материале (изучено более 27000 остатков мегафауны позднего плейстоцена Северного полушария) впервые демонстрируется массовость деструктивных изменений костей и зубов мамонтов в период ~ 25 – 10 тыс. л.н. Выявлены надежные диагностические признаки отдельных заболеваний скелета крупных млекопитающих. Определены различия между патологическим процессом (в том числе, на микроскопическом уровне), связанным с минеральным дефицитом, и изменениями, происходившими в костной ткани после смерти животного при захоронении. Получено несколько тысяч цифровых фотографий коллекционных материалов, из них более 500 BSE-изображений аншлифов костей мамонтов, впервые снятых на растровом электронном микроскопе с высоким разрешением при увеличениях от 200 до 10000.
С позиции биогеохимии рассмотрена фундаментальная проблема вымирания мегафауны плейстоцена. Резкое увеличение частоты (в 5 – 10 раз) патологий скелетной системы мамонтов позволяет провести корреляцию с синхронным расширением кислых геохимических ландшафтов, и объяснить их вымирание, в значительной степени, геохимическим стрессом. Анализ фактического материала позволил определить пределы устойчивости биогеохимических связей и выявить механизмы адаптации крупных млекопитающих к ухудшению среды обитания.
Во время экспедиций непосредственно автором и совместно с коллегами открыто ~ 20 геоархеологических и палеонтологических местонахождений, а также собран обширный фактический материал с территорий, практически не затронутых комплексными исследованиями по тематике плейстоцена и голоцена.
Теоретическое и практическое значение. В работе проведено теоретическое обоснование геохимической гипотезы вымирания шерстистого мамонта. Исследования автора дали резкий толчок в направлении изучения патологических и постмортемных физико-химических изменений костей и зубов крупных млекопитающих плейстоцена. Традиционно биотические аспекты палеоэкологии стали дополняться анализом абиотических связей для давно известных и новых местонахождений (Krzemiska, 2008, 2009; Haynes, 2012; Ballard et al., 2014; Лаврушин и др., 2015; Haynes, Klimowicz, 2015 a и др.). Исследование костных палеопатоло-гий имеет большое практическое значение при изучении и лечении энзоотических / эндемических заболеваний современных крупных млекопитающих, в том числе, человека. Фагиальные породы могут являться основой для создания экологически безопасных и эффективных природных геохимических препаратов.
Геологические результаты, касающиеся возраста и генезиса осадочных толщ, использованы в стратиграфической схеме квартера Западно-Сибирской равнины (2000). Проведенные исследования позволили уточнить направленность развития геохимических ландшафтов и прогнозировать развитие биогеоценозов.
Личный вклад автора. Самостоятельно определены цель и задачи исследований. Основные результаты, включая рисунки и фотографии, используемые в диссертации, получены лично автором или при его непосредственном участии. Разработан геоэкологический метод поисков и разведки местонахождений мамонтовой фауны и палеолита. Предложен оптимальный режим подготовки костных аншлифов для микроскопического изучения. Фактический материал, собранный лично и совместно с коллегами в 1991 – 2014 гг., является основой диссертации.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы раскрыты на 19 международных (Томск, 1997, 2001, 2005, 2010; Новосибирск, 1998, 2001; Улан-Удэ, 1999; Роттердам, 1999; Красноярск, 2000; Рим, 2001; Уфа, 2002; Уайт-хорс, 2003; Веллингтон, 2003; Флоренция, 2004; Ростов-на-Дону – Азов, 2005; Париж, 2010; Ле Пюи-эн-Велей, 2010; Краков, 2013; Гревена – Сиатиста, 2014) и 5 всероссийских (Новосибирск, 2000, 2006, 2009; Москва, 2007; Ростов-на-Дону, 2013) научных форумах. Доклады по теме диссертации также сделаны на семинарах в ЗИН РАН (Санкт-Петербург, 2009), ЦКП «Геохронология кайнозоя» ИАЭт и ИЯФ СО РАН (Новосибирск, 2011), ИЭРЖ УрО РАН (Екатеринбург, 2012), ТГУ (Томск, 2012), ИНГГ СО РАН (Новосибирск, 2014), ГИН РАН (Москва, 2014).
По теме диссертации опубликовано 55 работ, из которых 14 статей в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий (в т.ч., 8 – в журналах из базы Scopus), и 1 коллективная рецензированная монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников (1362 наименования).
Анализ основных гипотез вымирания шерстистого мамонта
Самое загадочное экологическое событие в конце плейстоцена – начале голоцена – глобальное вымирание крупных млекопитающих в пределах всех климатических поясов Земли. В Северном полушарии не стало мамонтов, мастодонтов, шерстистых носорогов, гигантских ленивцев, саблезубых кошек, пещерных медведей и других видов: Евразия потеряла 36 %, а Северная Америка 72 % представителей мегафауны (Grayson, 1987; Жегалло и др., 2001; Ко-синцев, Воробьев, 2001; Stuart et al., 2002; Martin, 2005; Wroe, F ield, 2006; Wroe et al., 2006; Faith, Surovell, 2009; Norton et al., 2010; Lorenzen et al., 2011; Prado et al., 2012). В Северной Евразии крупнейшим наземным животным того времени являлся шерстистый мамонт (Mammuthus primigenius Blum.). Нужно отметить, что в Европе его ареал мог пересекаться с местообитаниями прямо-бивневого слона – Palaeoloxodon antiquus Falconer & Cutley, который, вероятно, вымер в последний плейстоценовый интерстадиал (самые молодые находки 32,5 тыс. календарных (к.) л.н.) (Braun, Palombo, 2012). Шерстистый мамонт был распространен и в Северной Америке, причем, нередко на тех же территориях, что и мамонт Колумба (Mammuthus columbi Falconer), и мастодонт (Mammut americanum Kerr) – другие представители отряда хоботных. В настоящее время существует две основные концепции исчезновения этих видов и мамонтовой фауны в целом: антропогенное давление (истребительная охота древнего человека, вытеснение в неблагоприятные ландшафты) и изменение макроклимата (потепление, увеличение снежного покрова, расширение площади лесов, сокращение кормовых запасов и др.). По этой теме также имеются другие мнения (внеземной природы, пандемических заболеваний и др.), однако, менее распространенные. Во многих случаях авторы допускают вероятность совместного воздействия негативных факторов (Stuart, Lister, 2001; MacDonald et al., 2012). Ниже представлен обзор главных гипотез, касающихся судьбы вида Mammuthus primigenius (и мамонтовой фауны в целом) в Северной Евразии.
Впервые вопрос о причинах вымирания мамонтовой фауны стал актуальным во второй половине XIX века, когда начались широкомасштабные научные работы на крупных позднепалеолитических местонахождениях Европы (Klma, 1963; Svoboda, 2001; Svoboda et al., 2005; Oliva, 2009 a, b). Несомненно, корни гипотезы истребления мамонтов древним человеком кроются в предположении формирования мощных костеносных горизонтов в результате загонной охоты на целые стада этих плейстоценовых гигантов (Соффер, 1993; Аникович, 1998; Григорьева, 2005; Платонова, 2010). В основном, данной точки зрения придерживаются археологи, допускающие возможной охоту на слонов, как в конце плейстоцена, так и более раннее время (Окладников и др., 1971; Mnzel, 2001; Wenban-Smith et al., 2006; Bosch, 2012; Onoratini et al., 2012). Максималистом в этом отношении являлся М.В. Аникович (2010), который считал, что активная охота на хоботных была распространена на протяжении всей истории человечества, начиная с плиоцена Восточной Африки. Он же для конца плейстоцена предложил «симбиотическую» версию – забой полуприрученных мамонтов древним человеком, что представляется слабо аргументированным и выглядит фантастично. Свидетельством массовой охоты традиционно признаются многочисленные «жилища» и завалы из костей и бивней мамонтов на стоянках древних людей в Восточной Европе: Костенки, Юдиново, Межиричи, Елисеевичи, Мезин и других (Береговая, 1960; Гвоздовер, 2001; Iakovleva, Djindjian, 2001; Попов, 2005; Germonpre et al., 2008; Обадэ и др., 2011; Demay et al., 2012; Obada et al., 2012). Аргументом против гибели от естественных причин (болезни, голод, нападения хищников и др.) считается отсутствие мелких костей и анатомических сочленений в пределах антропогенных построек, отверстия в лопатках, наличие Рис. 4. Завал из костей и бивней мамонтов в большого числа целых трубчатых костей Юдиндоывроо, йна(Gпеeрrmедoнnеpмr e п eлt а aнlе., –2 0л0о8п)а тка с взрослых особей и прочее (рис. 4). Одна ко, к тому же может приводить сбор, сортировка (отбор крупных костей для построек) и обработка материала в пределах природных мамонтовых «кладбищ», а также тафономические процессы (Верещагин, 1971 а, 1977, 1981; Верещагин, Кузьмина, 1977; Чубур, 1998; Vasil ev, 2001; Астахов, 2005; Iakovleva et al., 2012). Недостаточная обоснованность подобных суждений приводит к тому, что многие авторы указывают на отсутствие веских аргументов в пользу истребления хоботных (Зенин, 2002; Grayson, Meltzer, 2002, 2003; Деревянко и др., 2003; Лещинский, 2009; Anzidei et al., 2012; Лаврушин и др., 2015). Однако, противоречия в интерпретациях фактического материала не мешают развиваться идее об истребительной охоте, особо популярной среди европейских и североамериканских коллег (Fisher, 1984; Saunders et al., 1994; Haynes, 1999; Анико-вич, Анисюткин, 2001; Combier, Onoratini, 2001; Wojtal, Cyrek, 2001; Wojtal et al., 2001; Cannon, Meltzer, 2004; Kozlovski, 2004; Oliva, 2004; Martin, 2005; McNeil et al., 2005; Wojtal, Sobczyk, 2005; Schreve, 2006; Kalicki et al., 2007; Бадер, 2008; Жермонпре и др., 2008; Hoffecker et al., 2010; Basilyan et al., 2011; Waters et al., 2011; Harington et al., 2012). Более мягким вариантом является вероятность вытеснения мамонтов на периферию континента во время активного расселения человека (позднеледниковье – ранний голоцен). Это может объяснять наличие очень молодых рефугиумов на современных островах и полуостровах единой в предголоценовое время Берингии, включающей северную часть Тихого океана (Аверьянов и др., 1995; Vartanyan et al., 1995; MacPhee et al., 2002; Guthrie, 2004; Вартанян, 2007; Veltre et al., 2008; Foucault, 2010; Nikolskiy et al., 2011).
Сегодня имеется несколько сценариев массового истребления мамонтов – от «молниеносного» / «blitzkrieg overkill» (за сотни или даже десятки лет), до постепенного уничтожения из-за чрезмерной эксплуатации популяций (Burney, Flannery, 2005). Главным доказательством такой активности должны быть многочисленные следы воздействия орудий на кости в виде пробоин, сколов и других повреждений.
Палеонтологические коллекции
Другие исследователи утверждают, что 37 – 36 тыс. л.н. здесь существовали хвойно-широколиственные леса, а 33 тыс. л.н. – хвойные еловые леса, которые на заключительном отрезке мегаинтерстадиала сменились перигляциальными тундрами и лесотундрами (Величко и др., 2009).
В районе Финского залива, бассейнах Верхней Волги и Средней Десны в среднем валдае, в основном, были развиты темнохвойные леса северо- или сред-нетаежного типа, лиственничные, кедрово-сосновые и березовые редколесья (с дубом, грабом и вязом), а также разнотравно-злаковые степи, которые в конце ме-гаинтерстадиала ( 34 – 24 тыс. л.н.) в условиях нарастающего похолодания сменились елово-сосновыми, сосновыми и березовыми разреженными лесами, а затем перигляциальной кустарниковой тундрой (Болиховская и др., 2001; Писарева, Фаустова, 2008). В тоже время, на северо-востоке Европы (бассейн р. Печоры и другие районы) происходила неоднократная смена таежных лесов березово-хвойными редколесьями с участием ксерофитной травяно-кустарничковой растительности, а в низовьях р. Печоры – лесотундрами. Видовой состав крупных млекопитающих характерен (по палеонтолого-геоархеологическим данным с местонахождений Мамонтова курья, Бызовая и др.): мамонт, северный олень, лошадь, шерстистый носорог, овцебык, бурый медведь, волк и песец. Вероятно, разнообразие и обилие потенциальной добычи при благоприятном климатическом режиме позволили палеолитическому населению колонизовать данный регион между 38 и 28 тыс. л.н. (Розенбаум, 1963; Арсланов и др., 1987 б; Пономарев, 2001; Астахов, Свендсен, 2008; Павлов, 2008 а, б; Свендсен и др., 2008). Близкие ландшафты, по-видимому, существовали в Прибалтике, где спорово-пыльцевые спектры данного временного отрезка в целом воспроизводят условия современной лесотундры вблизи северной границы леса или несомкнутых северотаежных лесов, позднее сменившихся сомкнутой средней тайгой (Гайгалас и др., 1987). Однако, далее к западу (местонахождения Hengelo, Ruigekluft и другие на территории Нидерландов), для пленигляциала в целом, по данным спорово-пыльцевого анализа реконструированы тундроподобные условия, главной чертой которых являлась очень высокая доля трав в растительных сообществах. По-видимому, климат ме-68 жду 30 и 29 тыс. л.н. был довольно влажным, средняя температура июля составляла 10 оС, а января –8 оС или немногим более (Zagwijn, 1974; Kolstrup, 1980). Более суровые условия на северо-западе и в центре Европы предполагаются в интервале 41 – 38 тыс. л.н., когда вероятные температуры наиболее теплого месяца составляли 10 – 11 оС, а наиболее холодного – минус 27 – 20 оС, что дает среднегодовую температуру воздуха в диапазоне между минус 9 и минус 4 оС (Huijzer, Isarin, 1997).
В конце среднего Вейхзеля в Центральной Европе, по результатам исследований стабильных изотопов углерода и кислорода (13C, 18O) в зубных тканях мамонтов, приповерхностные температуры воздуха, возможно, были лишь на 2 – 3 оС ниже, чем в настоящее время, а климат в целом был более влажный (Kovcs et al., 2012). Комплексные исследования местонахождений Pedmost, Pavlov и Doln Vstonice (основные 14С-датировки 27 – 22 тыс. л.н.) в Южной Моравии, а также пещерных стоянок в Южной Польше, включающие таксономическое изучение палеофаунистического материала и изотопный анализ (13C, 15N) костного коллагена, указывают на холодную «мамонтовую» степь / тундростепь как основной тип ландшафта. Тем не менее, кости птиц и млекопитающих свидетельствуют, в том числе, о существовании лесных массивов, по-видимому, в низкогорьях (Obazowa…, 2003; Nadachowski, 2005; Nadachowski et al., 2009; Bocherens et al., 2013; Wojtal et al., 2013). На мозаичные холодные степные ландшафты с рефугиу-мами хвойных деревьев и кустарниковой ивой, развитой на дне речных долин, во второй половине среднего пленигляциала, также указывает палинологический анализ интерстадиальной почвы из польского местонахождения Krakw Spadzista Street. Довольно высокое содержание древесной пыльцы (30,4 – 56,6 %), представленной, в основном, хвойными таксонами, авторы объясняют дальним переносом. Палеогеографическая реконструкция, основанная на экологических потребностях ели и пихты, предполагает следующие средние температуры: для самого холодного месяца – не ниже чем от –1 до –6 оС, а для самого теплого – не выше чем + 21 оС (anczont et al., 2013). Как ни странно, но данные показатели идентичны современным температурам для района г. Кракова. Выше сказанное говорит о том, что условия окружающей среды в OIS-3 в целом незначительно отличались от современных на большей части Северной Евразии. Хотя, в европейской части континента локальная дифференциация климата из-за большей расчлененности рельефа могла быть существенной (Musil, 2005). Более того, есть мнение, что в Европе до 44 тыс. л.н. климат был сухим и холодным. Так считает ряд авторов на основании спектра млекопитающих из местонахождения Молодова I (Demay et al., 2012). Однако, исходя из присутствия в составе фауны благородного оленя (Cervus elaphus) – типичного представителя лесной биоты, это представляется не совсем убедительным.
Одним из проявлений глобального потепления является относительно высокий уровень Мирового океана, однако в отношении морской трансгрессии OIS – 3 уже в 1950-х гг. разгорелась упорная дискуссия, которая в настоящее время подогревается сомнениями в отношении достоверности 14С-датировок стратотипи-ческих и ключевых разрезов арктического бассейна (Архипов, 1969; Гудина, Гольберт, 1969; Троицкий, 1969; Зубаков, 1986; Левчук и др., 1989; Матошко и др., 1989; Садчикова, Чистякова, 1997; Астахов, 2006, 2009; Шполянская и др., 2006; Волкова, 2009; Astakhov, Nazarov, 2010). Мнение о принадлежности каргин-ского стратотипа к казанцевской трансгрессии было высказано еще в 1960-е годы (Стрелков, 1968), хотя, данные по Кольскому полуострову и Таймыру указывают, что в отдельные интервалы среднего пленигляциала уровень моря мог быть выше современного (Данилов, 1989; Гуськов и др., 1991; Gusskov, Levtchuk, 1999; Корсакова и др., 2004; Levitan, Lavrushin, 2009). На побережьях Баренцева и Карского морей прослеживается терраса абсолютной высотой 25 – 56 (68) м, которая в бассейне Печоры снижена до 18 – 20 м, а на Ямале, Гыдане, в устьях Оби и Енисея – до 20 – 35 м (в среднем 30 – 33 м). По мнению ряда исследователей, эти отложения, имеющие радиоуглеродный возраст 48 – 26 тыс. л.н. и включающие инситную морскую фауну, на северо-западе Европы, а местами на севере Азии, перекрыты валунными суглинками и супесями последнего оледенения (Лидер, 1965; Гуртовая, Троицкий, 1968; Данилов, 1970; Зубаков, 1972; Гудина, 1976; Ав-далович и др., 1986; Мусатов, 1989; Чочиа, Евдокимов, 1993). Кроме того, имеются данные о находках раннекаргинской ассоциации фораминифер на абсолютной высоте до 85 – 100 м (Северо-Сибирская низменность), отражающие морские глубины 60 – 100 м (Левчук, 1984; Гуськов, 1986). Прямое AMS-датирование раковин бореальных и арктобореальных фораминифер, отобранных с абсолютных высот 12 и 57 м из двух разрезов на севере Таймыра показало 14С-возраст – 39000±1100 (АА-59333) и 31310±410 (АА-59332) л.н., соответствующий оптимуму малохетского и началу липовско-новоселовского потепления (Гуськов и др., 2008; Гуськов, 2009).
Стратиграфия и палеогеографическая интерпретация некоторых ключевых разрезов OIS-3-1 и мамонтовых местонахождений Западно-Сибирской равнины
Генезис отложений, заполняющих овраг, весьма сложен – его основу составляет овражный и пойменный аллювий. Большую роль в седиментогенезе играли гравитационные процессы на склонах (обвалы, оползни, плоскостной смыв, грязевые потоки, солифлюкция, дефлюкция). Несомненно, накопление части материала произошло при ветровой деятельности и нивации. Результаты радиоуглеродного датирования костей и зубов мамонтов ( 16 – 10 тыс. л.), торфа ( 9,7 тыс. л.) и палеонтолого-стратиграфические исследования указывают на возраст отложений в пределах 17 – 8 (7) тыс. л. (позднеледниковье – ранний голоцен). Общая геолого-геоморфологическая характеристика района исследований, две даты ( 18,2 и 30 тыс. л.) по костям из верхней части толщи IV, а также остатки мамонтов в заведомо позднеголоценовых осадках, указывают на активное переотложение с начала сартанского криохрона до современности (Orlova et al., 2004; Лещинский и др., 2006 а).
Этому не противоречат условия залегания палеолитических артефактов, морфология которых основана на вкладышевой технике изготовления орудий.
Каменные изделия обнаружены совместно с остатками мамонтов в отложениях погребенного оврага (достоверно до глубины 0,5 м от поверхности), а также в субаэральном покрове I н.т., в основном, на глубине между 0,4 и 0,7 м (в единичных случаях до 1 м) от дневной поверхности16. Возраст субаэральных отложений на основании 14С-датирования и палеонтолого-стратиграфических исследований идентичен заполнению древнего оврага (Orlova et al., 2004; Лещинский и др.,2006 а; Зенин и др., 2006; Макаров, Даи, 2010).
Субаэральный покров I н.т. (обычно 1 – 1,5 м), выявленный зачистками, шурфами и скважинами, имеет эолово-элювиальный генезис. За исключением самой верхней части ( 0,4 – 0,5 м)17, это дюнные пески и супеси, перевеянные из толщи III и местами разбитые морозобойными трещинами длиной более 1 м. Активное движение дюн, по-видимому, происходило в позднеледниковье, хотя их формирование могло начаться уже в LGM, когда произошло осушение поймы и прирусловых отмелей из-за врезания русла Оби. Условия залегания палеолитических артефактов в дюнных отложениях говорят о постепенном затухании эоловых процессов в раннем голоцене.
Корреляция разрезов позволила предварительно отнести к толще IV также пески, супеси и суглинки современной поймы Оби, вскрытые скважиной 4 в интервале абсолютных высот 12 – 20,8 м в (основном, ниже уреза воды – рис. 43).
Палеофлористические исследования отложений позволяют проследить развитие ландшафтов во второй половине сартанского криохрона – раннем голоцене. На протяжении большей части позднеледниковья окружающие ландшафты были представлены, так называемой «мамонтовой» или «холодной северной» степью, где доминировали лугово-степные растительные ассоциации с участием криофильных элементов. Современные аналоги таких ландшафтов отмечаются в Западной и Восточной Берингии (Kozhevnikov, Ukraintseva, 1999; Walker et al., 2001; Саввинова, 2007; Писарева, Фаустова, 2008). Тем не менее, в данную фазу разви-16 По сообщению А.С. Резвого, в конце полевого сезона 2013 г. уже было обнаружено 3000 каменных артефактов 17 Верхняя часть субаэрального покрова отнесена к толще V тия растительности в речных долинах и овражно-балочной сети существенную роль играли деревья и кустарники. В конце плейстоцена (по-видимому, с аллерё-да) и раннем голоцене наблюдается заметное повышение влажности и температуры окружающей среды, что отражается в увеличении роли прибрежно-водных растений, резком сокращении доли трав, тяготеющих к сухим субстратам (Poacea + Chenopodiaceae + Artemisia sp.), и доминировании древесной растительности. Причем, даже в Позднем Дриасе исследуемая территория была покрыта тайгой.
Отложения среднего и позднего голоцена, слабо распространены в пределах II и I н.т., где они представляют самую верхнюю часть разреза мощностью 0,4 – 0,6 м. Также к ним относятся современные донные осадки (0,1 – 0,3 м) погребенного оврага. Широко развиты отложения данного эпизода лишь в пойме Оби (правый берег протоки Марамка), где они слагают верхнюю часть разреза (от поверхности до глубины 3,5 – 4,2 м), вскрытого зачистками и скважиной 4 (рис. 43). Палеофлористические исследования отложений позволяют выделить одну фазу развития ландшафтов, для которых характерно доминирование лесов.
Реконструкция окружающей среды пяти геодинамических эпизодов дополнена энтомологическим анализом, в результате которого в верхней части косте-носных отложений (глубина 0,5 м от дневной поверхности – толща IV) выявлен смешанный комплекс жесткокрылых насекомых (Бурканова и др., 2010). Условно он был разделен на три группы: 1 – каргинско-сартанскую, 2 – каргинско-голоценовую и 3 – голоценовую. Остатки жуков из первой группы (более 25 % всех остатков) указывают, что в каргинско-сартанское время на территории, окружающей Луговское, по-видимому, существовали условия северной тайги, лесотундры, тундры и степи. Особо интересны находки жужелицы Poecilus ravus (Lutschn.) – степного вида, имеющего современное дауро-монгольское распространение, а также пилюльщика Morychus cf. viridis Kuzm. et Kor., в настоящее время найденного лишь в тундрах и лесотундрах Восточной Сибири (Berman, 1990). Каргинско-голоценовая (более 66 %) и голоценовая (более 8 %) группы представлены современными видами, многие из которых связаны с интразональными биотопами Среднего Приобья, встречаясь, в основном, в поймах. Важно отметить, что в смешанном тафоценозе степень сохранности остатков каргинско-сартанских насекомых не имеет существенных отличий от голоценовых, что говорит о переотложении материала в весьма спокойных условиях, практически исключавших механическое повреждение хитина.
Представленные результаты комплексного палеонтолого-стратиграфического изучения разрезов в районе местонахождения Луговское позволили выявить его принципиальное строение (рис. 48). Микропалеонтологический анализ указывает на переотложение большой части ископаемых остатков плейстоценового возраста, что подтверждает сделанный ранее вывод о размыве костеносных горизонтов в пределах погребенного оврага и перезахоронении отдельных костей и зубов в отложения голоцена (Лещинский и др., 2006). Исследования показали, что остатки радиолярий являются типичными эоценовыми формами (Коновалова, Липницкая, 2007), поэтому, вмещающие отложения не ассоциируются с морскими условиями. По-видимому, эта микрофауна происходит из широко распространенных в центре Западной Сибири эоценовых отложений люлинворской свиты. Альтитуда кровли свиты в районе исследований составляет минус 240 – 450 м, поэтому невероятен перенос ископаемых остатков из отложений, находящихся in situ. В данной ситуации, несомненно, идет речь о переотложении морской микрофауны из ледниковых отторженцев палеогеновых пород, развитых в моренном комплексе бахтин-ского надгоризонта (средний неоплейстоцен). Наиболее крупное, ближайшее к Луговскому образование такого рода давно известно в черте г. Ханты-Мансийска (Стрелков и др., 1965; Шацкий, 1965; Волкова, 1966; Земцов, 1976; Волкова и др., 1988). Здесь, в разрезе Пионерской горы (рис. 49) толща эоценовых опоковидных пород (до 30 м) прослеживается вдоль правого берега Иртыша на расстояние более 400 м и возвышается над бечевником на 15 – 20 м. Более мелкие отторженцы (простиранием до 60 м при мощности 5 м) и глыбы люлинворских глин расположены на высоте до 70 м над урезом реки. В обнажении Самаровской горы
Местонахождение Krakw Spadzista Street (B)
Обладая наибольшим телом (особенно, скелетом), мамонты и другие крупные травоядные, безусловно, испытывали хронический минеральный голод в возрастном интервале 24 (27) – 10 тыс. л.н. В то время значительно расширились кислые и кислые глеевые геохимические ландшафты, характеризующиеся острой нехваткой Ca, Mg, Na, P, I, Co, Cu, Se, Zn и других химических элементов, жизненно необходимых для поддержания гомеостаза (Лещинский, 2001 а, 2009).
Глубокое окисление элементарных ландшафтов, приведшее к экологической катастрофе, произошло при совместном действии двух факторов. Первый (основной и универсальный) – резкий неотектонический подъем обширных территорий в OIS-2 и голоцене, фиксируемый во всех регионах Северной Евразии по комплексам надпойменных террас. Причем, высокая скорость воздымания (анализ в главе 3) характерна не только для предгорий, но даже для северных равнин (Баранова, Бискэ, 1967; Финько, 1973; Перельман, 1975; Растворова, 1980; Zuchiewicz, 1995; Гаврилов и др., 2006; Гладков, Лунина, 2010). Взрывной характер тектоге-неза ярко проявился после 50 – 40 тыс. л.н. (Трифонов, 1999), что сильно ослабило восходящую миграцию капиллярных и пленочных вод, поставляющих в почву щелочные и щелочноземельные элементы. Усиление этих процессов, вероятно, произошло в LGM, когда более чем на 100 м снизился общий базис эрозии (Романовский и др., 1997 б; Hubberten et al., 2004), что даже на приморских низменностях привело к резкому снижению уровня водоносных горизонтов, последующему выщелачиванию и рассолению ландшафтов. В то время самые благоприятные территории для обитания мегафауны, вероятно, существовали на участках шельфа, свободных от ледниковых покровов. Именно на них, в субаэральных условиях происходила криогенная метаморфизация морской воды, содержащейся в порах донных отложений, что вело к образованию криопэгов – высокоминерализованных (до 120 – 230 г/кг) хлоридно-натриевых (с высоким содержанием Mg и Ca) подземных вод с отрицательной температурой (Суходольский, 1978; Фотиев, 1997, 1999). Залегание рассолов на глубинах от 1 до 200 м и более от поверхности в первую половину OIS-2 создавало условия для формирования благоприятных геохимических ландшафтов на осушенных побережьях Атлантического, Северного Ледовитого и Тихого океановF4F. Тогда как, в Европе и Сибири лишь зверовые солонцы предгорий (Krakw Spadzista Street в Южной Польше, Павловские холмы в Южной Моравии, Гари в Зауралье, Шестаково и Кочегур на юге Западной Сибири, и другие), являясь минеральными оазисами, оставались очагами повышенной активности мамонтовой фауны, что подтверждается радиоуглеродной хронологией (Vasil chuk et al., 1997; Деревянко и др., 2003; Nadachowski et al., 2011).
Второй фактор изменения геохимических ландшафтов – значительное увлажнение макроклимата – сыграл дополнительную роль при позднеледниковом потеплении и в первую половину голоцена (Украинцева, 1991; Горлова, 1982; Киселев и др., 1982; Станищева, 1982; Шер, 1997 а, б; Величко и др., 2000; Динамика…, 2002; Маркова и др., 2008; Каплина, 2009; Markova et al., 2009; Stuart, Lister, 2011). Увеличение количества атмосферных осадков и деградация многолетней мерзлоты усилили промывание почв и вынос легкорастворимых элементов (Na, Ca, Mg и других) в понижения рельефа, реки и моря. Особенно, широкие масштабы окисление ландшафтов приняло вблизи границы плейстоцена и голоцена ( 14 – 7 тыс. л.н.), что сопровождалось прогрессирующим развитием термокарстовых озер и заболачиванием равнин северной части континента (Нейштадт, 1969; Перельман, 1975; Украинцева, 1982; Архипов, Волкова, 1994; Blyakharchuk, Sulerzhitsky, 1999; Borisova et al., 2011; Лещинский и др., 2011).
Примерно с 17 (особенно, с 14 – 13) тыс. л.н. из-за начавшейся гляциоэвста-тической трансгрессии Мирового океана, сопровождавшейся термоабразионным разрушением морских берегов, и бурного развития термокарста происходило быстрое затопление благоприятных геохимических ландшафтов континентального шельфа (полоса 400 – 500 км и более), осушенного в LGM. При этом, рассчитанная скорость подъема уровня моря в позднеледниковье и начале голоцена составляла 15 мм/год, а в пики дегляциации даже 35 мм/год, что обуславливало перемещение береговой линии в сторону континента до 50 – 80 м/год (Никифоров,
4 В верхних частях разрезов современной береговой зоны Северного Ледовитого океана повсеместно залегают полигенетические пластовые льды, химический состав которых определяется ведущей ролью натрия и магния. Вмещающие отложения засолены (состав солей хлоридно-натриевый с высоким содержанием Mg и Ca) на всю мощность, что говорит об их морском генезисе (Шполянская и др., 2006; Иванова, 2012). Данные элементы, как было указано выше, являются жизненно необходимыми для поддержания гомеостаза крупных млекопитающих и также свидетельствуют о благоприятной палеогеохимической обстановке на осушенном шельфе в OIS-3–2 1989; Романовский и др., 1997 б, 1999 а, б; Коновалов, Данилов, 1999; Hubberten et al., 2004; Romanovskii et al., 2004; Гаврилов и др., 2006; Gorbarenko et al. 2007).
Сохранение положительного знака неотектонических движений и увеличение влажности при потеплении макроклимата способствовали резкому сокращению площадей Ca-Na-Mg-ландшафтов, как во внутренних, так и приморских областях континента. Только затопление северных прибрежных равнин, превратившихся в арктический шельф площадью более 5 млн. км2 (рис. 90), увеличило долю кислых ландшафтов в несколько раз. Сегодня они являются определяющими в тундровой, лесотундровой и лесной зонах, включая заболоченные водоразделы и долины рек. Лишь воды речных артерий, берущих начало в горах или предгорьях, в межень насыщены щелочноземельными и щелочными элементами (рис. 91). Глубокое выщелачивание привело к тому, что во многих регионах сформировались низкоминерализованные подзолистые почвы, под Рис. 91. Домашний скот поедает растительность, сбалансированную по минеральному составу, в русле р. Северная Сосьва (Западная Сибирь, пос. Няксимволь; фото А.С. Резвого 31.07.2011 г.) земные и поверхностные (термокарстовые озера) воды водоразделов, pH которых снижен до 5 – 3 (Ливеровский, 1974, 1987; Шварцев, 1998; Манасыпов и др., 2012). «Взрывная» неотектоника и смена аридных условий гумидными привели к тому, что большинство биогеохимических провинций изучаемой территории бедны Ca, P, Mg, Na, Co, Cu, I и другими элементами. Например, в почвах западносибирской тайги отмечено 73 % случаев недостатка Ca, Mg, Na и Co, 70 % – Cu, 80 % – I, 55 % – Mo, 50 % – B, 49 % – Zn, а в 15 % – избыток Sr. Для почв основных пастбищ и сенокосов степей и большей части лесостепей юга Западно-Сибирской равнины характерен недостаток I (80 %), Co (52 %), Cu (40 %), P и Mg на фоне избытка B (88 %), Zn (76 %), Sr (47 %) и Mo (Экогеохимия…, 1996). На приморских низменностях, в тундре, лесотундре и болотных экосистемах дефицит жизненно необходимых элементов еще значительнее, что ведет к минеральному голоданию травоядных млекопитающих. Тогда, например, северные олени, изюбри и другие копытные гложут кости, едят грызунов, птиц, яйца, рыбу, морские водоросли и пьют морскую воду (Насимович, 1938; Чепуров и др., 1955; Плотников, 1962; Бромлей, 1963; Ковальский, 1974 б; Перельман, 1975; Чернов, 1980).F5F Изучение химического состава плейстоцен-голоценового покрова Большеземельской тундры показывает резкое снижение содержания ионов щелочноземельных и щелочных металлов (Ca и Mg до 10 раз, а Na и K почти в 100 раз для некоторых образцов) и в целом, легкорастворимых соединений в верхней части осадочного чехла. Тогда как, подстилающие морские глины и мореноподобные суглинки обогащены солями этих металлов – выходы отложений на дневную поверхность покрываются белесым налетом до 2 мм (Данилов, 1963 б). В позднем плейстоцене эти породы, очевидно, служили основой благоприятных геохимических ландшафтов.