Согласно имеющимся в настоящее время историческим свидетельствам освоение беломорского региона началось еще в IX-VIII тысячелетиях до новой эры [Бергер и Наумов, 1995]. Этот уникальный район древнейших поселений постоянно испытывает все возрастающую антропогенную нагрузку на фоне природных климатических изменений. Активное хозяйственное освоение территорий обусловливает необходимость проведения здесь комплексных экологических и палеогеографических исследований, направленных на детальные реконструкции палеообстановок.

Одним из перспективных методов палеогидрологических исследований, активно развивающимся в последние годы, стал анализ цист динофлагеллат, позволяющий реконструировать различные параметры водных масс на арктических шельфах [Kunz-Pirrung, 2001; Marret & Zonneveld, 2003]. Динофлагеллаты, представляющие собой одну из ведущих групп фитопланктона в арктических морях и особенно в Белом море, в ходе жизненного цикла образуют цисты, биополимерные оболочки которых хорошо сохраняются в осадках. Таким образом, информация о ледово-гидрологических условиях, заложенная в планктонном сообществе, надежно передается донным осадкам морей. В Белом море данный метод впервые опробован на поверхностных осадках только в 2003 г . [Головнина и Полякова, 2004; Polyakova et al., 2003].

В настоящем сообщении представлены первые результаты детальных исследований цист динофлагеллат в колонках донных осадков Белого моря, которые охватывают последние 250 лет. Изучение данной группы микрофоссилий позволило впервые осуществить детальные реконструкции изменений ледово-гидрологических обстановок в море и выявить их связь с известными климато-гидрологическими событиями сопредельных регионов за исторический период времени.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследованные колонки 4719 и 4706 отобраны трубкой Неймисто (внутренний диаметр 53 мм ) в 49-м рейсе НИС «Профессор Штокманн» (август 2001 г .) сотрудниками лаборатории физико-геологических исследований ИО РАН. Колонки длиной 68 и 20 см взяты в открытых частях Кандалакшского и Онежского заливов на глубинах моря 277 и 65.6 м соответственно (рис. 1а). Согласно результатам датирования вскрытых осадков по ²¹⁰Рb и ¹³⁷Cs их максимальный возраст составляет 250 лет [Алиев и др., 2006]. Возраст выделенных интервалов установлен на основе рассчитанных средних скоростей осадконакопления в данном районе моря, которые оцениваются в 2.2 мм/год при условии непрерывного осадконакопления [Алиев и др., 2006].

Обработка образцов, взятых с интервалом 1- 4 см для целей анализа цист динофлагеллат, выполнена по методике, используемой в институте им. А. Вегенера (AWI, Потсдам) [Новичкова и Полякова, 2007]. Для определения концентраций диноцист на начальной стадии обработки образцов в предварительно взвешенный осадок добавляли таблетки, содержащие фиксированное количество спор Lycopodium clavatum [Новичкова и Полякова, 2007]. Микрофоссилий изучали в световом микроскопе Zeiss Axiostar+ при увеличении 400х. В каждом образце идентифицировано, как минимум, 100 цист. Методической основой палеореконструкций являлись выявленные зависимости состава ассоциаций диноцист и их распространения в поверхностных осадках Белого моря от основных гидрологических параметров фотического слоя вод [Новичкова и Полякова, 2007].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Ассоциации цист динофлагеллат в исследованных колонках насчитывают 12 видов и видовых групп (табл. 1), характерных и для поверхностных осадков Белого моря [Головнина и Полякова, 2004; Новичкова и Полякова, 2007; Polyakova et al., 2003]. Суммарные концентрации диноцист изменяются от 500 до 85000 цист/г, в основном варьируясь в пределах 2000-3000 цист/г осадка (рис. 16). Максимальные концентрации диноцист установлены в верхней части колонки 4719 из Кандалакшского залива и соответствуют 1980-2000 гг.

Для целей палеогидрологических реконструкций установленные виды диноцист были объединены в две основные экологические группы (автотрофные и гетеротрофные виды), согласно имеющимся опубликованным данным по географическому распространению этих видов и их экологической толерантности [Matthiessen et al., 2005], а также результатам наших предшествующих исследований в Белом море (табл. 1) [Новичкова и Полякова, 2007]. В составе группы автотрофных видов, представленных в колонках пятью видами, доминирует Operculodinium centrocarpum, преобладающий и в современных осадках Белого моря практически повсеместно [Новичкова и Полякова, 2007]. В исследованных районах открытых частей Кандалакшского и Онежского заливов его содержание варьируется от 70 до 95%, что обусловлено минимальным (0.2-0.5 мг/л) содержанием в воде взвеси [Лисицын и др., 2003] и, как следствие, более благоприятными условиями для фотосинтеза [Новичкова и Полякова, 2007]. Наличие данного вида в ассоциациях диноцист арктических морей связывают с распространением относительно теплых атлантических водных масс [Kunz-Pirrung, 2001; Mudie et al., 2001]. В изученных колонках диноцисты автотрофных видов доминируют, а их суммарное содержание изменяется от 75 до 95%.

Гетеротрофная группа диноцист как в поверхностных осадках Белого моря, так и в изученных колонках представлена видами (табл. 1), преобладающими в арктических шельфовых морях (Islandinium minutum), а также близкими им морфотипами (I. cezare, Echinidinium karaense), которые являются индикаторами значительной продолжительности ледового покрова (более шести месяцев в году) [Kunz-Pirrung, 2001; Mudie et al., 2001]. В настоящее время в Белом море максимальное содержание ассоциаций гетеротрофных видов (до 47%) достаточно четко приурочено к кутовым частям мелководных заливов с высокой мутностью вод, прежде всего, находящихся под интенсивным влиянием стока рек Онега и Северная Двина [Новичкова и Полякова, 2007; Polyakova et al., 2003].

Суммарное содержание гетеротрофных видов в обеих колонках изменяется от 2 до 25%, достигая максимальных значений в интервалах времени между 1760 и 1850 годами, а также 1960 и 2000 годами прошлого тысячелетия (рис 1в).

Изученные колонки донных осадков получены из открытых районов Кандалакшского и Онежского заливов, где в настоящее время влияние речного стока невелико [Pantyulin, 2003], что было характерно и для последних рассматриваемых 250 лет. Это устанавливается по практически полному отсутствию в осадках пресноводных зеленых водорослей, являющихся индикаторами речного стока в арктических шельфовых морях [Matthiessen et al., 2005]. Современная гидрологическая ситуация в изученных районах определяется распространением сезонно стратифицированной беломорской водной массы с низким содержанием взвеси [Лисицын и др., 2003; Pantyulin, 2003]. Средняя многолетняя продолжительность сезонного ледового покрова составляет около 6.5 месяцев [Невесский и др., 1977].

На основе установленных изменений в распределении выделенных экологических групп цист динофлагеллат и суммарных концентраций диноцист в осадках исследованных колонок (4719 и 4706) четко выделяются три основных этапа в развитии ледово-гидрологических условий в Белом море за последние 250 лет: 1-е 1740 по 1850 г .; II -с 1850 по 1960 г .; III - с 1960 по 2000 г .

I. Период с 1740 по 1850 г . (колонка 4719, Соловецкие острова, рис. 1а) характеризовался высоким процентным содержанием полярных и субполярных гетеротрофных видов цист динофлагеллат рода Protoperidinium (до 23%, рис. 1в) в составе ассоциаций диноцист, значительно превышающим их значения в поверхностных осадках региона, что свидетельствует об увеличении продолжительности сезонного морского ледового покрова. Данный интервал времени в целом соответствует второй половине малого ледникового периода, продолжавшегося в высоких широтах северного полушария примерно с 1430 до 1850 г . [Гриббин и Лэм, 1980; Захаров, 1981]. На протяжении всей эпохи отмечалось увеличение площадей распространения арктических морских льдов, а между 1780 и 1820 годами средняя годовая температура воздуха в районах Северной Атлантики (севернее 50° широты) была на 1-3°С ниже современной [Гриббин и Лэм, 1980; Захаров, 1981].

II. В последующий этап с 1850 г . и до 1960-х годов реконструируется значительное сокращение продолжительности сезонного ледового покрова, о чем свидетельствуют минимальные для разреза (колонка 4719) показатели содержания холодноводных гетеротрофных видов цист динофлагеллат в ассоциациях (рис. 1в), которые оставались в этот период существенно ниже современных. Резкое возрастание доли автотрофных видов и прежде всего вида-индикатора атлантических вод в арктическом океане Operculodinium centrocarpum могло быть обусловлено увеличением продолжительности вегетационного периода и повышением летних температур вод.

Рассматриваемый период в западно-арктических морях и субарктических районах Северной Атлантики отличался неустойчивостью ледового покрова, а исландские воды оставались практически свободными ото льда на протяжении 15 лет после окончания малого ледникового периода [Гриббин и Лэм, 1980; Захаров, 1981].

III. С 1960-х годов и по настоящее время в исследованных колонках из Белого моря происходит в целом увеличение доли холодноводных гетеротрофных видов динофлагеллат в составе ассоциаций диноцист (рис. 1в). Резкие неоднократные изменения как процентного содержания этих видов, так и суммарных концентраций диноцист в осадках были, вероятно, обусловлены короткопериодными флуктуациями климата и ледово-гидрологических условий, которые установлены также в прилегающих арктических районах на протяжении последних десятилетий прошлого века [Гриббин и Лэм, 1980; Захаров, 1981].

Таким образом, на основе анализа распределения цист динофлагеллат в колонках донных осадков из центральных районов Белого моря реконструированы значительные изменения ледово-гидрологических условий за последние 250 лет. Выделенные этапы ледово-гидрологического развития моря (рис. 1 б, в) в целом синхронны известным климатическим и ледово-гидрологическим событиям прилегающих районов западной Арктики и Северной Атлантики, что свидетельствует о широких возможностях использования анализа цист динофлагеллат в палеоисследованиях Белого моря.

Авторы благодарны академику А.П. Лисицыну и В.П. Шевченко за предоставленные материалы для исследований и помощь в подготовке материла к публикации. Отдельную благодарность мы выражаем сотруднику научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова Р.А. Алиеву за определение скоростей осадконакопления в местах отбора колонок при помощи ²¹⁰Рb и ¹³⁷Cs, а также за расчет предполагаемого возраста осадков. Авторы признательны экипажу НИС «Профессор Штокманн» и сотруднику российско-германской лаборатории им. О. Шмидта (ААНИИ, Санкт-Петербург) В.Н. Чуруну за вакуумную сушку образцов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 06-05-65267 и 06-05-64815), гранта поддержки ведущих научных школ НШ-2236.2006.5, проект № 4.4 программы № 17 фундаментальных исследований Президиума РАН, гранта OSL-06-16, проекта «Наночастицы во внешних и внутренних сферах Земли» Отделения наук о Земле РАН.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алиев Р.А., Бобров В.А., Калмыков С.М. и др. // Радиохимия. 2006. Т. 48. № 6. С. 557-562.

2. Бергер В.Я., Наумов А.Д. Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. СПб.: Зоол. ин-т РАН, 1995. Ч. 1. С. 7-40.

3. Головнина Е.А., Полякова Е.И. // ДАН. 2004. Т. 400. № 3. С. 382-386.

4. Гриббин Дж., Лэм Г.Г. Изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. С. 102-122.

5. Захаров В.Ф. Льды Арктики и современные природные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 136 с.

6. Ильяш Л.В., Житина Л.С., Федоров В.Д. Фитопланктон Белого моря. М.: Янус-К, 2003. 168 с.

7. Лисицын А.П., Шевченко В.П., Буренков В.И. и др. Актуальные проблемы океанологии. М.: Наука, 2003. С. 554-605.

8. Невесский Е.Н., Медведев B.C., Калиненко В.В. Белое море. Седиментогенез и история развития в голоцене. М.: Наука, 1977. 236 с.

9. Новичкова Е.А., Полякова Е.И. // Океанология. 2007. Т. 5.

10. Kunz-Pirrung M. // J. Quatern. Sci. 2001. V. 16. P. 637-649.

11. Marret F., Zonneveld K. // Rev. Palaeobot. and Palynol. 2003. V. 125. P. 1-200.

12. Matthiessen J., De Vernal A., Head M. et al. // Palaeont. Ztschr. 2005. V. 79/1. P. 3-51.

13. Mudie P.J., Harland R., Matthiessen  J. et al. // J. Quatern. Sci. 2001. V. 16. P. 595-602.

14. Pantyulin A. N. // Oceanology. 2003. V. 43. Suppl. P. 1-14.

15. Polyakova E.I, Dzhinoridze R.N., Novichkova T.S. et al. // Oceanology. 2003. V. 43. Suppl. P. 144-158.