ОПОРНЫЙ РАЗРЕЗ МОРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ И КОЛЕБАНИЯ КЛИМАТА КАЗАНЦЕВСКОГО (ЭЕМСКОГО) МЕЖЛЕДНИКОВЬЯ (север Сибири)

С.С. Сухорукова

Скачать *pdf

УДК 551.79+551.4+551.583.7 (571.1)

Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН, Новосибирск, Россия

 

 

Проведено лито-, био-, климатостратиграфическое расчленение морских казанцевских отложений стадии 5е позднего плейстоцена Агапского разреза на западе Таймырской низменности. Использованы корреляционный и кластерный анализы 38 лито- и биотических признаков пород. В истории казанцевского моря выделено пять подстадий, из них 5е1, 5е3, 5е5 теплые и 5е2, 5е4 холодные с признаками опреснения. Отложения теплых подстадий содержат типичные бореальные виды организмов и корреляционно значимый порядок фракций пород в виде последовательности: песок-пыль (алеврит)-глина. Холодные стадии отличаются преобладанием арктических видов макро- и микрофауны и другим сочетанием фракций, когда по корреляции на первое место выходит либо глина, либо пыль. Восстановлено относительное различие температур моря и суши. Предполагаемая длительность подстадий 4-5 тыс. лет. Прослежена связь климатоседиментационных подстадий с интенсивностью эрозионных, эоловых процессов и направленностью тектонических движений окружающей суши. Феномен казанцевского межледниковья объясняется положительным сложением климатических и тектонических факторов регуляции параметров природной среды.

Поздний плейстоцен, подстадий 5е, морские отложения, литология, палеогеография, север Сибири.

 

S.S. Sukhorukova

REFERENCE SECTION OF MARINE DEPOSITS AND CLIMATIC FLUCTUATIONS IN THE KAZANTSEVO (EEMIAN) INTERGLACIAL (Northern Siberia)

 

Litho-, bio-, and climate-stratigraphic division of the Late Pleistocene 5e Kazantsevo marine deposits from the Agap section in the west of the Taimyr lowland has been performed. Correlation and cluster analyses of 38 lithological and biotic features of rocks have been carried out. It is shown that the evolution of a Kazantsevo sea passed through five substages - warm 5el, 5e3, 5e5 and cold, with signs of water freshening, 5e2 and 5e4 stages. The deposits formed at the warm substages contain typical boreal species of organisms and rock fractions whose correlation significance follows the series: sand - dust (silt) - clay. The cold substages are characterized by the predominance of the arctic species of macro- and microfauna and by another correlation significance of fractions, when the most significant fraction is either clay or dust. A relative difference in the sea and continent temperatures has been established. The assumed duration of the substages is 4-5 thousand years. The relationship between climatic and sedimentation fluctuations and the intensity of erosion and eolian processes and the behavior of the tectonic movements of the surrounding continent is considered. The Kazantsevo interglacial phenomenon is explained by the positive combination of the climatic and tectonic factors of environmental-parameter regulation.

Late Pleistocene, 5e substages, marine deposits, lithology, paleogeography, Northern Siberia

 


ВВЕДЕНИЕ

Казанцевское (эемское) межледниковье привлекает внимание исследователей плейстоцена как палеогеографический аналог будущего потепления климата, поэтому новые данные по палеоклиматической характеристике морских отложений актуальны.

Обширные стратиграфические данные [Троицкий, 1979; Гудина, 1969; 1976; Гудина и др., 1968; Архипов, 1989; Архипов и др., 1995] по макро-, микрофауне, флоре казанцевских морских отложений обоснованно выделяют и коррелируют казанцевский горизонт Сибири с эемским Западной Европы. Полученные в последние годы сведения по хронологии казанцевского века Таймырской территории, основанные на ЭПР-датах по раковинам моллюсков из казанцевских отложений в устье Пясины [Katzenberger & Grun, 1986], на р. Пуре [Левчук, 1984], Каргинском мысу в низовьях Енисея [Katzenberger & Grun, 1986] и Северной Земле [Макеев и др., 1992] (рис. 1), подтверждают также прямое сопоставление его со стадией 5е изотопно-кислородной шкалы океанических осадков.

Рисунок 1

Детально изученные новейшими методами океанические илы Северной Атлантики и льды Гренландии раскрыли сложную историю палеоклимата стадии 5е, неизвестную для континентов ввиду фрагментарности и перерывов седиментации. В данной статье показано, что этот пробел восполняют казанцевские отложения Таймырской низменности на р. Агапа (71°30' с.ш. 89° в.д.), где вскрываются песчано-глинистые морские разрезы без каких-либо признаков перерыва и размыва отложений. По полноте геологической летописи агапский разрез претендует на статус опорного стандарта 5е на континенте Сибирского и, возможно, Евразийского Севера.

Начало изучения этих отложений положено С.Л. Троицким [1979], который в 1961-1963 гг. описал серию агапских обнажений, послойно определил распределение, содержание, видовой состав морских моллюсков и на общем профиле верхнечетвертичных отложений (рис. 2) обозначил слои казанцевских песков и алевритов, перекрытых дюрюсскими глинами. С.Л. Троицкий передал коллегам прекрасные коллекции для изучения литологии [Шумилова, 1969; Сухорукова, 1975] и палинологии [Левина, 1971], фораминифер [Гудина, 1969; Левчук, 1984] и диатомей [Скабичевская, 1984]. В результате были охарактеризованы гранулометрия, терригенная и аутигенная минералогия, геохимические показатели солености пород, зоогеографический состав и экология моллюсков, фораминифер, диатомей и спорово-пыльцевые спектры морских отложений. При этом вопрос о расчленении морского казанцевского разреза не ставился, так как главным было выделение, обоснование и прослеживание казанцевского горизонта на равнинах севера Сибири.

Рисунок 2

Первое, оставшееся незамеченным, расчленение было сделано Н.А. Скабичевской [1984], которая по результатам диатомового анализа выделила в казанцевской части агапского разреза четыре комплекса флоры и описала относительные колебания солености и температур морской воды. Почти 20 лет спустя, используя предыдущие работы, автор [Сухорукова, 1994] расчленила казанцевскую морскую толщу более детально, выделив пять слоев и обозначив их сверху вниз 5е1, 5е2, 5е3, 5е4, 5е5 (рис. 3), сделала вывод о короткопериодических изменениях климата и условий осадконакопления в казанцевское межледниковое время и отметила, что они аналогичны изотопно-кислородным подстадиям эемского интервала (5е) Гренландского ледяного керна Summit [Climate…, 1993]. Однако хронологическое сопоставление вариаций казанцевского палеоклимата с аналогичными колебаниями климата эема, зафиксированными в Западной Европе, можно будет сделать, когда будет определен абсолютный возраст насыщенных морской биотой слоев агапского разреза.

Цель данной работы - восстановление истории седиментации казанцевских отложений, обусловленной изменениями как морской среды, так и окружающей суши, и обоснование расчленения отложений стадии 5е на подстадий. Далее обсуждаются вопросы о ранге установленных колебаний климата, о соотношении климатического и тектонического факторов регуляции параметров природной среды казанцевского межледниковья позднего плейстоцена севера Сибири.

 

ФАКТЫ И МЕТОДЫ

Опорный разрез составлен по серии непрерывных береговых обнажений протяженностью около 20 км (см. рис. 2, 3). Породы не дислоцированы. Благодаря полого антиклинальному залеганию всей толщи, ранне-, средне-, позднеказанцевские слои вскрываются по простиранию в интервале 20-40 м выше уровня моря. В основании сводного агапского разреза залегают мелководные косослоистые пески с карбонатными конкрециями (обн. 34) и лагунные сизые глины, объединенные по составу руководящих бореальных видов моллюсков в слой 5е5. Для сизых глин, кроме того, характерен маркирующий прослой с радиально-лучистыми кальцитовыми стяжениями, который прослеживается по простиранию обн. 33-31 и хорошо отделяет вышележащий слой 5е4, сложенный тяжелыми пылеватыми суглинками. В соседних обн. 26, 27 в том же интервале высот 20-40 м выше уровня моря вскрывается визуально однородная толща слоев 5е3, 5е2, 5е1, представленных тонкими пылеватыми песками, которые С.Л. Троицкий относил к средне-позднеказанцевским. Следует отметить, что фациально однообразный суглинистый разрез казанцевских отложений предполагает незначительные изменения глубин и гидродинамического режима вод и потому благоприятен для изучения климатоседиментационных вариаций и корректного выделения описанных далее пяти слоев. Выше морской казанцевской толщи залегают пылеватые глины и тонкие пески дюрюсских слоев позднеледниковой ингрессии [Троицкий, 1979; Гудина, 1969; 1976], по-видимому, синхронные стадии 2 изотопно-кислородной шкалы.

Рисунок 3

Литологическая характеристика отложений достаточно полная. Гранулометрию пород охарактеризовали семь песчано-пылевато-глинистых фракций размерностью +0,25, +0,01, +0,05, +0,01, +0,005, +0,001, <0,001 мм. При описании они суммированы в группы частиц песка (>0,05 мм, 10-58 %), пыли (0,01-0,005 мм, 28-46 %) и глины (<0,005 мм, 12-44 %). Для каждого образца породы вычислен средний размер частиц (Md, мм) и коэффициент сортировки (S) [Сухорукова, 1975]. Из минералов тяжелой и легкой фракций пород для анализа выбраны: выход тяжелой фракции (3,94-8,70 %), содержания ильменит-магнетита (3,42-8,66 %), амфибола (8,50-13,14 %), эпидота (9,8-12,57 %), пироксена (52,57-63,00 %). Затем идет кварц (29,50-46,00 %), плагиоклазы основные (10,71-20,20 %) и кислые (16,00-32,00 %), разрушенные обломки (4,00-9,75 %). Все они являются терригенными компонентами и характеризуют области питания, а также режим седиментации в казанцевском море. По группе химических компонентов имеем нерастворимый остаток (78,68-83,82 %), органическое вещество пород (1,04-1,08 %), серу сульфатную (0,01-0,08 %) и сульфидную (0,02-0,08 %), валовое железо (4,34-5,51 %), двух- (1,43-2,00 %) и трехвалентное (1,23-2,25 %) железо, растворимое в 2-процентной соляной кислоте, железо пи-ритное (0,02-0,07 %) и содержание бора (82,00-122,14) в глинистой фракции. Эти показатели характеризуют процессы диагенеза, гипергенеза отложений и относительные изменения показателей палеосолености вод.

Биотические признаки макро- и микрофауны, по материалам Л.К. Левчук и С.Л. Троицкого, включают 13 параметров, в которые входят распределение по разрезу общего числа организмов и соотношения главных зоогеографических групп по принятой ими классификации родов [Троицкий, 1979; Гудина, 1976; Левчук, 1984]. Термин «плотность поселения» моллюсков, являющийся синонимом термина «популяционная плотность», применялся С.Л. Троицким [1979] при подсчетах таксонов на 1 м2 площади напластования. В работе использованы его результаты послойных тафономических наблюдений всей серии агапских разрезов, а также определения числа видов и соотношения (%) арктических, бореально-арктических, аркто-бореальных и бореальных групп фауны.

Данные по литологии и количественным признакам макро- и микрофауны казанцевских отложений образовали выборку из 50 образцов с 38 признаками в каждом. Количественные изменения признаков пород невелики и кажутся малоинформативными для расчленения. Однако статистический анализ литологических и биотических признаков выявил их взаимосвязь и характер изменения связей снизу вверх по казанцевскому разрезу. Причем три «теплые» подстадии хорошо отличаются от двух этапов похолодания. В итоге, используя методы миграционно-климатической интерпретации палеобиоценозов, корреляционного и кластерного анализов по 38 литобиотическим признакам пород, проведено рассматриваемое далее расчленение морских казанцевских отложений.

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ОПОРНОГО РАЗРЕЗА

Слой 5е5 включает нижние пески и сизые глины с конкрециями. Пески светло-палевые, мелкозернистые, хорошо сортированные (S0 = 1,28-2,32), плотные, горизонтально и линзовидно слоистые видимой мощностью до 16 м (обн. 34). В кровле песков прослеживается маломощный прослой галечника с обильными раковинами Saxicava arctica, единичными Natica clausa, Муа truncata. В песках in situ найдена Arctica islandica L. - показательный бореальный вид казанцевских отложений.

Вышележащие сизые глины мощностью 7,8-3,2 м алевритовые, плотные, с крупной отдельностью в виде «кирпичной кладки» (обн. 33-31). Средние содержания песчаной фракции 10 %., пылеватой - 46 %, глинистой - 44 %, среди последней коллоидных частиц - 17%. Это тяжелая пылеватая глина, средний диаметр зерен 0,005 мм, сортировка слабая с коэффициентом 2,8-3,7. Она содержит крупные до 10 см сростки желтовато-белых кристаллов, напоминающих кальцитовые розы, «беломорские рогульки» или генойши арктических морей мезо-кайнозоя. Иногда конкреции разрушены до порошка, но кристаллические очертания формы сохраняются. По С.Л. Троицкому [1979] в глине наблюдаются скопления (до 150 экземпляров на квадратный метр площади) раковин морских моллюсков Nucula tennuis, Yoldia hyperborea, Cardium ciliatum, Macoma calcarea, Cylichna alba, Mya truncata, Leda pernula и др. Доминируют (60-70 %) аркто-бореальные и арктические (30-38 %) виды. Распределение бореальных видов дискретно, от 0 до 30-10 % [Троицкий, 1979], среднее около 2 %. В глинах найдены богатые комплексы фораминифер (до 1500 экземпляров в 100 г глины), в составе которых 67 % принадлежит аркто-бореальным и бореальным формам [Гудина, 1969; 1976; Левчук, 1984]. Глины содержат обильную диатомовую флору морских и солоноватоводно-морских видов. Среди них наиболее представительными оказались бореальные и аркто-бореальные, затем арктические, северо- и южнобореальные. Планктонные виды диатомей преобладают [Скабичевская, 1984] (рис. 4).

Рисунок 4

Согласно зоогеографическому составу морской макро- и микрофауны пески и сизые глины отлагались в неглубоком море сначала на прибрежной отмели, а затем в спокойной лагуне. Море было теплее современного состояния Карского моря на 2-4°.

Кровля сизых глин четко отделяет следующую подстадию развития казанцевского моря - 5е4, представленную слоем глинистого алеврита мощностью 7,4-4,2 м (обн. 31-33). Алеврит глинистый темно-серый и темно-бурый с прослойками песка, редкими и тонкими внизу и более толстыми (до 2 см) вверху, встречается редкая мелкая галька, ходы илоедов. По гранулометрическому анализу порода тонкопесчаная (28 %), крупнопылеватая (38 %) глина (33 %). Средний диаметр частиц приходится на фракцию 0,01-0,03 мм, сортировка слабая 3,8-4,3. Фауна бедная, плотность заселения слабая. В комплексе моллюсков преобладают (до 70 %) арктические виды. Содержание фораминифер значительно сокращается и оставшиеся представлены бореально-арктическими видами. Диатомовый анализ показал, что при стабильном содержании аркто-бореальных видов число других видов и их индивидуальная встречаемость уменьшаются.

Отложения слоя 5е3 вскрываются в основании соседних обнажений 26, 27 в интервале 0-3 м над уровнем р. Агапа и представлены алевритом серым с голубоватым оттенком. Слоистость горизонтальная, от одного до нескольких сантиметров, но выражена неотчетливо и обусловлена очень тонкими слойками серого тончайшего песка и лучше видна на подсохшей стенке. По гранулометрическому анализу бороздовой пробы порода - крупнопылеватый тонкий песок, где фракция тонкого песка 0,05 мм и крупной пыли 0,01 мм составляют 48 и 30 %. Относительно нижележащих глин количество глинисто-коллоидной фракции снижается до 15 %. Средний диаметр зерен тонкопесчаной размерности 0,05 мм, сортировка породы хорошая с коэффициентом от 1 до 2,1. В этих отложениях содержится обильная фауна морских моллюсков Yoldia hyperborea, Macoma calcarea, Cardium ciliatum, Solariella varicosa и др., среди них в основном аркто-бореальные (70 %) и бореальные (20 %) виды. Фораминиферы более обильны. Диатомовая флора богата, содержит около 140 видов с панцирями хорошей сохранности обитателей литорали и сублиторали, при этом встречены 2 океанических вида [Скабичевская, 1984, с. 24].

Граница вышележащего слоя 5е2 условна, в обнажениях почти не видна, так как гранулометрический состав (песок 47 %, пыль 38 %, глина 14 %) идентичен слою 5е3. С.Л. Троицкий отмечает бедные находки арктической (90 %) макрофауны у верхней границы слоя. Среди небольших популяций фораминифер преобладают также арктические виды. Содержание бора в глинистой фракции падает. Убедительные доказательства опреснения бассейна получены при диатомовом анализе, который показал, что в отложениях интервала 3-5 м над уровнем р. Агапа «количество почти всех встреченных видов резко падает до единичных значений, а многие виды диатомей исчезли полностью» [Скабичевская, 1984, с. 20].

К позднему слою 5е1 относится верхняя 18-метровая толща в агапских обн. 26, 27. Ее слагают алевриты бурые с сизовато-серыми пятнами, внизу однородные, вверху с частыми слойками и 2-, 5-сантиметровыми линзами тонкозернистого (Мd = 0,05 мм) сортированного (S0 = 1,1-1,2) песка. Тонкие горизонтальные и волнистые слойки песка окрашены в охристый цвет. Подошва 5е1 также нечеткая, так как разница в дисперсности отложений невелика. Породы 5е1 содержат в основном тонкопесчаные частицы (58 %), крупнопылеватые (24 %) и глинистые (12 %). Остатки моллюсков представлены Neptunea ventricosa, Yoldia hyperborea, Macoma baltica, Macoma calcarea, Mytilus edulis, Solariella varicosa, Astarte (Tridonta) borealis placenta, As. montagui и др. Популяционная плотность макро- и микрофауны не совпадают. Моллюсков больше в кровле, а фораминифер в подошве слоя. Однако возрастает доля бореальных форм макрофауны до 25 % и в 6-7 раз арктобореальных в комплексе фораминифер. Расцвет диатомовой флоры, неритические и океанические виды свидетельствуют об открытом морском бассейне нормальной солености.

Глины дюрюсских слоев позднеледниковой ингрессии (2.4) содержат бореально-арктический комплекс фораминифер и в основании обильные двустворки Portlandia arctica Gray - обитателя холодных и опресненных морей (обн. 26-33). Радиоуглеродная дата 19 тыс. лет получена по раковинам портляндий, вышележащая торфянистая проба имеет возраст 37 тыс. лет (см. рис. 3). Заметные следы размыва, несогласия, перерыва или смены типов пород на границе казанцевских и дюрюсских слоев в разрезах не наблюдаются.

 

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИТОБИОТИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ

Кластерный анализ обозначил несколько групп образцов, близких по сходству 32 литологических и фаунистических признаков пород (без фораминифер). Получилось так, что эти группы совпали с описанными слоями пяти подстадий казанцевских отложений и с дюрюсским слоем и таким образом подтвердили геологическое расчленение агапского разреза. В иерархической соподчиненности групп четко выражены климатические различия. Первыми объединились образцы «холодных» слоев (2, 4, 5е4, 5е2). Остальные создали группы 5е1, 5е3 и 5е5, принадлежащих «теплым» слоям, в которых порядок их расположения по убывающей степени сходства (рис. 5) соответствует геологической последовательности залегания в обнажении. Группирование отдельных образцов (строк) проходило с коэффициентами уменьшения сходства от 0,5 до 0,7. Слой 5е5 самый индивидуальный и отделяется от вышележащего 5е4 песчаным прослоем (обр. 8), который, в свою очередь, резко отличается от пород разреза максимальным коэффициентом несходства, равным единице. Верхняя часть слоя 5е1 (обр. 19-21) очень похожа на слой 5е5, что подчеркивает близкие условия их седиментации. Этот анализ показал, что выразительными признаками для формального расчленения отложений явились гранулометрия пород и зоогеографический состав моллюсков, однако вариации их лишь относительны.

Рисунок 5

Статистический анализ данных по 40 образцам установил общие корреляционные связи между лито- и биотическими компонентами пород и обозначил две группы слабо коррелированных (rк = - 0,2), т. е. независимых, признаков. В первой группе высокие коэффициенты корреляции (rк = 0,8-0,4) связали терригенные компоненты (частицы мелкого, тонкого песка, выход тяжелой фракции, ильменит-магнетит, пироксены, плагиоклазы) и бореальные виды моллюсков. Во второй группе обособились другие литосоставляющие пород (глинисто-коллоидная, пылеватая фракции, амфибол, кварц, эпидот, химические компоненты) и показатели арктобореальной макрофауны. Практически не выявили корреляцию (rк = 0) такие признаки, как содержание органического вещества, число моллюсков арктических видов и общее количество фораминифер.

Палеогеографическая сущность корреляционной диаграммы отчетливо климатическая, которую можно сравнить с моделью сезонного осадконакопления. С летними песчаными фракциями (или «теплыми» слоями) связаны бореальные виды моллюсков, крупные зерна ильменита, пироксена, плагиоклаза, при этом отсутствует их взаимосвязь с распределением фораминифер и арктических моллюсков. Зимние пылевато-глинистые фракции (или «холодные» слои) взаимосвязаны с кварцем, эпидотом, амфиболом, арктобореальными моллюсками и рядом химических компонентов, участвующих в восстановительно-окислительных процессах диагенеза. Установленные группировки признаков важны для интерпретации результатов корреляционного анализа биолитологических признаков по отдельным слоям пяти подстадий, в которых «теплые» и «холодные» группы признаков имеют устойчиво отрицательные связи. С этих позиций полученные корреляционные диаграммы рисуют стройную картину климатоседиментационных изменений пяти подстадий казанцевского моря и потому рассматриваются ниже.

Слой сизых глин ранней подстадии 5е5 характеризуется высокой корреляцией признаков. С высотой залегания повышается число видов и количество бореальных моллюсков. Это показывает, что в раннеказанцевское время температурные условия в море неуклонно улучшались, при этом бореальные виды организмов высоко коррелируют только с песчаными фракциями. Постепенно возрастала динамика водной среды и поступление осадочного материала, на что указывает рост выхода тяжелой фракции. При этом очень слабо изменялись как привнос крупных песчаных зерен, кварца, амфиболов, так и популяции фораминифер, арктических моллюсков. По уменьшению коэффициента корреляции гранулометрические фракции глин образуют естественную по крупности частиц последовательность: песок-пыль-глина. В глинах много диагенетического пирита, который, окисляясь в гипергенезе, продуцировал сульфатную серу. Содержание бора возрастало пропорционально количеству глинистой фракции и органического вещества и указывает на соленость, близкую к нормальной.

Корреляционный анализ лито- и биотических признаков отложений подтверждает мнение [Троицкий, 1979; Левчук, 1984], что расселение бореальных организмов в начале казанцевской трансгрессии было обусловлено иммиграцией их с запада, а не прогреванием агапского морского палеобассейна. Высокие содержания глинистой фракции, которая стоит особняком и тесно связана с арктической фауной, а также с тонкопесчаными зернами пироксенов, свидетельствует о холодном климате окружающей суши. Благодаря приходящему с запада теплому течению зимние температуры морских вод были выше среднегодовых температур воздуха.

Начало трансгрессии (5е5) представляется в виде стремительного наводнения низменных равнин Севера. Нахлынувшие морские воды имели соленость, близкую к нормальной, и температуры на 2-4 ºС выше современной в Карском море. Ледовитость моря была невелика, так как в Карское море проникали теплые атлантические течения. Миграционный латеральный поток бореальной фауны с лузитанскими видами следовал [Троицкий, 1979; Архипов и др., 1995] с запада на восток. Этому способствовали тектонические (гляциоизостатические) погружения и затопление Вайгача, части Пай-Хоя, Новой Земли и Таймыра [Сакс, 1953]. Море подстадии 5е5 было теплее суши.

В отложениях слоя 5е4 корреляционно выявляется тесная зависимость терригенных литокомпонентов от высоты залегания (времени осадконакопления) пород и резкое отделение их от биогенно-диагенетических показателей. Это отражает ухудшение условий жизни морских обитателей. Фракции этой тонкопесчаной пылеватой глины образуют по корреляции другой ряд: глина-песок-независимая пылеватая фракция. Первенство в глинистой части породы коллоидной фракции (менее 0,001 мм) свидетельствует о холодных и длительных зимах. Далее коэффициенты корреляции объединяют песчаные фракции, кварц, ильменит-магнетит, кислый плагиоклаз. Эти минералы чужды траппам, при этом крупность их зерен в четвертичных осадках больше, чем в мезозойских. Поэтому можно думать лишь о частичном переотложении подстилающих меловых пород и об усилении эрозии коренных источников питания в горах. Обособляются фракции крупной и мелкой пыли продолжавшегося эолового привноса и развеивания криогенно-выветрелых пород. Вхождение в терригенную группу признаков сульфатной серы говорит о диагенезе и гипергенезе в холодной воде, обогащенной кислородом. Последними группируются биогенные (моллюски, фораминиферы) и диагенетические (пиритная сера, закисное железо, органическое вещество) признаки. Эти показатели независимы от первой группы терригенных литокомпонентов и подчеркивают холодные условия на суше и в море при неизменной солености палеобассейна.

В подстадию 5е4 похолодание морских вод произошло под воздействием холодной суши, бореальные виды фауны почти исчезли, остались арктические и бореально-арктические. Похолодало летом, а холодные зимы стали суше, обозначилось эоловое развеивание криогенно-выветрелых пород областей сноса.

Вышележащие пылеватые пески слоя 5е3 по сумме литобиотических признаков имеют две независимые группы, обе терригенно-биогенные. Первая имеет высокие корреляционные связи с условным временем, вторая их не имеет. Первую характеризуют арктические моллюски, фракции тонкого и мелкого песка и фораминиферы переходных зоогеографических форм. Во второй сосредоточены пылевато-глинистые фракции, переходные и бореальные формы моллюсков и арктические фораминиферы. В этом слое арктические формы макро- и микрофауны по степени корреляции занимают противоположные позиции. По-видимому, сезонная ритмика осадконакопления была четкой. Высокие связи арктических моллюсков с песчаными зернами климатически противоречивы, возможно они отражают необычное состояние температур морских вод, когда летние были ниже, а зимние выше средних значений. Судя по естественному корреляционному ряду гранулометрических фракций (песок-пыль-глина) время подстадии 5е3 отвечает потеплению суши. Соленость вод была близка к нормальной.

Во время этого потепления (5е3) содержание арктических форм макро- и микрофауны сильно сократилось, зимы стали теплыми, а лета оставались прохладными.

В слое 5е2 корреляционно объединяются все признаки. По значениям коэффициентов корреляции преимущества имеют терригенные показатели: выход тяжелой фракции, пылевато-глинистые частицы, минералы ильменит-магнетит, амфибол, основной плагиоклаз. Лишь после них появляются с очень слабыми связями песчаные фракции, остальные минералы и биота (моллюски и фораминиферы). Крупнопылеватый тонкий песок этого слоя показывает корреляционно другую последовательность фракций: пыль-глина-песок. Это говорит об усилении эрозионных и эоловых процессов на суше, о холодных зимах, сокращении осадков и повышении сухости климата.

В период подстадии 5е2 отмечаются наиболее сильные изменения в виде опреснения и похолодания казанцевского моря. Диатомовая флора исчезает, остаются лишь скудные представители арктических видов макро- и микрофауны. Опреснение морских вод нельзя объяснить притоком пресных вод из-за сухости суши. По-видимому, воздымание территории и понижение уровня моря привело к временной изоляции палеобассейна, его обмелению и опреснению.

Завершающие казанцевский разрез отложения слоя 5е1 имеют две корреляционно независимые группы терригенных и терригенно-биотических признаков пород. При формировании этого слоя постепенно возрастали: выход тяжелой фракции, количества ильменита-магнетита, кварца и частиц мелкозернистого песка. Менее связанными с высотой залегания выступают такие признаки как пылеватые и глинистые фракции, эпидот, плагиоклаз основной. На этом основании можно полагать, что динамика водной среды оживилась, а разница в крупности частиц зимних и летних слойков сгладилась. Увеличилась влажность климата и зимы потеплели, так как терригенно-биотические показатели группы независимы (не коррелируются) именно от глинистой фракции, а не какой-либо другой. В биогенной подгруппе и фораминиферы, и моллюски обнаруживают тесные взаимосвязи, но практически не коррелируют с литологическими признаками отложений. Корреляционный ряд фракций (песок-пыль-глина) в составе пород этого слоя песков соответствует теплому климату.

Можно думать, что в позднеказанцевское время (5е1) восстанавливается связь палеобассейна с открытым морем и нормализуется соленость вод. Среднегодовые температуры морских вод и суши становились близкими физико-географическому равновесному состоянию, когда зима и лето были теплее современных. Признаки сезонной седиментации сгладились. Количество осадков возросло. Морские бореальные организмы по происхождению были уже не западными иммигрантами, а сибирскими, местными.

В слое 2.4 дюрюсских отложений показатели грубой терригенной части пород коррелируют с фораминиферами, а глинистые фракции с арктическими моллюсками. Заметная роль пылеватых частиц свидетельствует о эоловом привносе материала в холодное опресненное море. Климат окружающей суши был холодным и сухим.

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Строение, литология и биота агапского разреза показывают заметные колебания климата межледниковья и тектонической жизни северных территорий. Изменения морской среды и окружающей суши фиксируются на фоне однотипного литофациального состава казанцевских отложений. Если в начале трансгрессии отлагались пески и глины, то затем формировалась тонкопесчанисто-суглинистая толща пород одного гранулометрического семейства, слои которой визуально слабо различимы. Тем не менее по распределению макро-, микрофауны, флоры и взаимосвязям лито-биотических признаков выделяются кроме ранних сизих глин еще четыре слоя. Поэтому можно полагать, что эффект небольших колебаний глубины моря (смотри подстадию 5е2) на литофациальный состав казанцевских отложений сведен к нулю, тогда выделенные слои являются климато-седиментационными и изменения палеобиоценозов миграционно-климатическими.

Статистический анализ литобиотических показателей морских песчано-пылевато-глинистых отложений р. Агапа подчеркнул климатическую сущность изменений и установил связь арктических организмов с глинистыми фракциями отложений, а бореальных с песчаными. Отложения теплых подстадий содержат типичные бореальные виды макро-, микрофауны, флоры и, несмотря на гранулометрические различия пород, статистически постоянный порядок гранулометрических фракций в виде последовательности: песок-пыль-глина. При этом каждая теплая подстадия имеет свои индивидуальные черты в составе отложений и комплексе организмов. Холодные подстадии отличаются преобладанием арктических организмов и иным корреляционным порядком сочетания частиц в отложениях, когда на первое место выходит либо глина, либо пыль, и поэтому также неповторимы.

Динамика казанцевских событий включает пять подстадий, из них «теплые» 5е1, 5е3, 5е5 и «холодные» с элементами опреснения 5е2 и 5е4 (см. рис. 4). Возникает вопрос, какая из трех теплых подстадий была оптимальной. Существует мнение о среднеказанцевском климатическом оптимуме, хотя в агапском разрезе, согласно расцвету бореальной фауны моллюсков и фораминифер, наиболее теплым море было в раннеказанцевскую подстадию 5е1 благодаря теплым палеотечениям с запада. При этом на окружающей холодной суше эрозионные процессы были ослаблены и поставлялся исключительно глинистый материал. Поэтому говорить о климатическом оптимуме ранней подстадии не приходится. По-видимому, оптимальный климат был в позднеказанцевское время, когда, согласно анализу литобиотических данных, среднегодовые температуры морских вод и суши были теплее современных.

Палинологическая реконструкция климата [Левина, 1971] предполагает существование по берегам казанцевского бассейна южной кустарниковой тундры, пограничной с лесотундрой. Подразделение на подстадии не просматривается. Палинология характеризует в общих чертах природную среду, ландшафты и климат Заполярья, на фоне которых происходили изменения биоты и седиментационных условий казанцевского моря. К сожалению, не сделана количественная реконструкция палеоклимата суши по методике Г.Ф. Букреевой [1989] не только из-за отсутствия таблиц спорово-пыльцевого анализа этих разрезов, а также и гидродинамических моделей переноса и захоронения спор и пыльцы в морских бассейнах.

При картировании четвертичных отложений этой заполярной области отмечались тектонические подвижки в казанцевское время отдельных участков низменных равнин и окружающих гор Таймыра и плато Путорана. Агапский разрез показывает (см. рис. 4), что колебания солености, температуры морских вод, глубины палеобассейна, изменения температур и влагообеспеченности суши совпадают с интенсивностью эрозионных процессов и направленностью тектонических импульсов. В начале трансгрессия быстро распространилась по низменным равнинам. Во второй половине казанцевского времени произошло кратковременное понижение уровня моря (подстадия 5е2). Это событие согласуется с эпизодом гляциоэвстатического понижения уровня Мирового океана земского межледниковья [Былинский, 1992]. Преобладание в верхней половине агапского разреза (см. рис. 4) пылеватых песков и возрастание доли пироксенов свидетельствуют об усилении эрозии трапповых областей питания, в первую очередь активно поднимающегося плато Путорана. Повышенная мощность слоя 5е1 говорит о лавинной скорости осадконакопления.

История развития казанцевского моря имеет еще одну особенность. В ее летописи отсутствует нисходящая ветвь климатической кривой, так как перекрывающие дюрюсские глины позднеледниковые. Незавершенность климатического ритма в морских казанцевских осадках отмечалась и по другим разрезам севера Сибири [Троицкий, 1979; Гудина, 1969; Архипов и др., 1995; Левчук, 1984] и свидетельствует об очень быстром уходе моря. В целом регрессия согласуется с глобальным гляциоэвстатическим понижением уровня океана до отметки -60 м [Былинский, 1992; Николаев, 1993], которое произошло уже в стадию 5d. Поэтому можно предполагать, что подъем уровня казанцевского моря и затопление северных равнин, а также спад морских вод и осушение низменных территорий происходили катастрофически быстро.

Агапские вариации сопоставимы с казанцевскими изменениями климата на обширных пространствах равнин Западной Сибири и Европы. Так, в заполярных соседних районах они проявляются в хорошо изученных автором казанцевских морских разрезах зимовья Пустого (71°23' с.ш., 83°21' в.д.) на Енисее и скважин Бол. и Мал. Хеты (68° с.ш., 83° в.д.) [Сухорукова, 1975]. В казанцевских отложениях на Каргинском мысу (69°51' с.ш., 83° в.д.) сохранилась подстадия похолодания 5е4, для которой моллюски арктического облика дали ЭПР-дату 121,9 тыс. лет. В бассейне Оби торфяники Белогорья, Ханты-Мансийска, на Иртыше у Горной Субботы [Микрофитофоссилии…, 1988], а также торфяники и озерные отложения центра Русской равнины в разрезе Араповичи [Болиховская, 1993] характеризуют пяти-, семикратную смену спорово-пыльцевых спектров растительности казанцевского времени. Аналогичная последовательность климатических изменений записана в эемском интервале ледяного керна в Гренландии. Изучение шельфовых отложений на северо-западе Европы также подтвердило нестабильность климата земского межледниковья, включающего два холодных события, как результат флуктуации Северо-Атлантического течения и изменения поверхностной циркуляции вод океана [Seidenkrantz et al., 1995].

Следует подчеркнуть, что полная запись палеоклиматических событий с определением абсолютного возраста имеется лишь для льдов Гренландии, отчасти по континентальным отложениям разреза Араповичи на Русской равнине, а в Сибири - с единичной датой по морским отложениям на Каргинском мысу. Поэтому очевидна необходимость нового изучения Енисейских и опорного агапского разреза с датированием подстадий казанцевских отложений и определением палеотемператур бассейна современными методами.

Принимая возрастные границы казанцевского межледниковья в интервале от 110-115 до 130 тыс. лет тому назад, полагаем, что условия осадконакопления в казанцевском море менялись каждые 4-5 тыс. лет. Если многочисленные слойки в разрезе сезонные, то выделенные слои 4-, 5-тысячелетние. Опираясь на биостратиграфические сопоставления с упомянутыми разрезами, можно полагать, что выявленные в агапском разрезе палеогеографические события стадии 5е отражают короткопериодические климатические изменения в Сибири в начале позднего плейстоцена.

Для понимания феномена казанцевского межледниковья необходимо подчеркнуть различный механизм формирования палеотемператур морского бассейна и окружающей суши. Температуру морских вод регулировала структура морских течений, которая изменялась в зависимости от рельефа шельфа северных морей и прилегающей суши. А последние подчинялись воздействию гляциоизостатического и тектонических факторов, обусловивших глубокое проникновение на восток теплого течения. Привнос дополнительного тепла в казанцевское море, повышая температуру морских вод, сильно смягчал, увлажнял климат сибирских равнин и тем самым усиливал эффект оптимума, считая от современности третьего, 40,7-тысячелетнего астропланетарного ритма. Не случайно климатические реконструкции по палинологическим данным [Архипов и др., 1995; Микрофитофоссилии…, 1988] показали аномальные превышения показателей климата именно для севера Сибири. По-видимому, казанцевский климатический феномен может быть примером положительного «сложения» действующих в унисон климатических и тектонических (или космических и эндогенных [Добрецов и Коваленко, 1995]) факторов короткопериодических изменений природной среды.

Повторение казанцевского оптимума на севере Сибири может осуществиться при сочетании глобального потепления, повышения уровня океана, изменения структуры атлантических течений (вследствие региональных эндогенных опусканий), при которых теплые течения могли бы проникнуть до Таймыра. Если последние исключить, то грядущее потепление климата вряд ли явится аналогом казанцевского на севере Сибири. Можно полагать, что в случае антропогенно-наведенного потепления деградация современной мерзлоты Заполярья затормозит повышение температур в высоких широтах, климат которых будет холодным, влажным и приблизится к ландшафтно-климатическому аналогу оптимума каргинского межледниковья.

Статья посвящается памяти С.Л. Троицкого, без научного наследия которого настоящее обобщение было бы невозможным. Автор благодарна Л.К. Левчук за таблицу зоогеографического состава фораминифер агапского разреза, Г.Ф. Букреевой за помощь в математической обработке данных, В.А. Захарову за конструктивную критику и выражает признательность С.А. Архипову и А.Э. Конторовичу за постоянную поддержку в работе.

Работа выполнена при финансовой поддержке ГНТП России «Глобальные изменения природной среды и климата» по проекту 1.4.1.4.1 и Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 96-05-64844).

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Троицкий С.Л. Морской плейстоцен Сибирских равнин. Стратиграфия. Новосибирск, Наука, 1979, 291 с.

2. Гудина В.И. Морской плейстоцен Сибирских равнин. Фораминиферы Енисейского Севера. М., Наука, 1969, 80 с.

3. Гудина В.И. Фораминиферы, стратиграфия и палеозоогеография морского плейстоцена севера СССР. Новосибирск, Наука, 1976, 125 с.

4. Гудина В.И., Нуждина Н.А., Троицкий С.Л. Новые данные о морском плейстоцене Таймырской низменности // Геология и геофизика, 1968, № 1, с. 40-48.

5. Архипов С.А. Хроностратиграфия плейстоцена севера Сибири // Геология и геофизика, 1989, № 6, с. 13-22.

6. Архипов С.А., Волкова В.С, Зыкина В.С. и др. Природно-климатические изменения в Западной Сибири в первой трети будущего столетия // Геология и геофизика, 1995, т. 36, № 8, с. 51-71.

7. Katzenberger О., Grun R. ESR Dating of circumarctic molluscs // Nucl. Tracks, 1986, v. 10, № 4-6, p. 885-890.

8. Левчук Л.К. Биостратиграфия верхнего плейстоцена севера Сибири по фораминиферам. Новосибирск, Наука, 1984, 128 с.

9. Макеев В.М., Большиянов Д.Ю., Малаховский Д.В. и др. Стратиграфия и геохронология плейстоценовых отложений Северной Земли // Геохронология четвертичного периода. М., Наука, 1992, с. 132-137.

10. Шумилова Е.В. Минералого-петрографическая характеристика четвертичных отложений нижнего течения р. Агапа // Четвертичная геология и геоморфология Сибири. Новосибирск, ИГиГ СО АН СССР, 1969, с. 3-25.

11. Сухорукова С.С. Литология и условия образования четвертичных отложений Енисейского Севера. Новосибирск, Наука, 1975, 132 с.

12. Левина Т.П. К палинологической характеристике морского плейстоцена западной части Таймырской низменности // Морской плейстоцен Сибирских равнин. Материалы к лито-логической и палинологической характеристике. М., Наука, 1971, с. 85-99 (Тр. ИГиГ СО АН СССР, вып. 104).

13. Скабичевская Н.А. Средне-позднечетвертичные диатомеи Приенисейского Севера // Тр. ИГиГ СО АН СССР. Вып. 544. М., Наука, 1984, 154 с.

14. Сухорукова С.С. Короткопериодические колебания климата и изменения условий осадконакопления на севере Сибири в казанцевское время // Тез. докл. Всероссийского совещания по изуч. четв. периода. М., ГИН РАН, 1994, с. 224.

15. Climate instability during the last interglacial period recorded in the GRIP ice core // Nature, 1993, v. 364, № 15, p. 432-436.

16. Сакс В.H. Четвертичный период в Советской Арктике. Л.; М., 1953, 543 с.

17. Букреева Г.Ф. Математические методы в палинологии. Вып. 2. Количественная оценка элементов палеоклимата по палинологическим данным методом главных компонент и пошаговым регрессионным анализом: Метод, разработки. Новосибирск, ИГиГ СО АН СССР, 1989, 98 с.

18. Былинский Е.Н. График усредненных гляциоэвстатических колебаний уровня Мирового океана и характер изменений уровней Баренцева и Печорского морей в среднем и позднем плейстоцене // Эволюция берегов в условиях поднятия уровня океана. М., Изд-во МГУ, 1992, с. 181-189.

19. Николаев С.Д. Направленность палеогеографического развития океанов в плейстоцене // Тенденция развития природы в новейшее время. М., Изд-во МГУ, 1993, с. 5-35.

20. Микрофитофоссилии и стратиграфия мезозоя и кайнозоя Сибири / Ред. С.Б. Шацкий. Новосибирск, Наука, 1988, с. 51-91.

21. Болиховская Н.С. Стратиграфия позднего плейстоцена центра Русской равнины на основе детального палинологического изучения разреза Араповичи на Средней Десне // Тенденция развития природы в новейшее время. М., Изд-во МГУ, 1993, с. 102-125.

22. Seidenkrantz M.-S., Kristensen P., Knudsen К.L. Marine evidence for climatic instability during the last interglacial in shelf records from northwest Europe //J. Quatern. Sci., 1995, v. 10, № 1, p. 77-82.

23. Добрецов H.Л., Коваленко В.И. Глобальные изменения природной среды // Геология и геофизика, 1995, т. 36, № 8, с. 7-29.

 

 

 

Ссылка на статью:

Сухорукова С.С. Опорный разрез морских отложений и колебания климата казанцевского (эемского) межледниковья (север Сибири) // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 1. С. 74-84.

 





eXTReMe Tracker


Flag Counter

Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz