ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Лаборатории геохимии континентальных осадков и палеоклимата

Были выполнены многие исследования по геологии и палеоклимату Байкальского региона. Была составлена схема корреляции формирования Байкальской рифтовой зоны за последние 30 млн. лет, составлена пыльцевая диаграмма донных отложений Байкала за последние 5 млн. лет (по скв. BDP-96), получены сравнительные палеоклиматические характеристики за последние млн. лет по осадочным разрезам озер Байкала и Хубсугула, изучены особенности состава, в том числе и изотопии углерода метана из осадочных разрезов Байкала и Хубсугула. Глубоководное бурение доказало, что Байкал, как глубоководное озеро существует не менее 6-7 млн. лет, и не представлял собой в те времена серию мелководных озер, как считали многие исследователи. В этих кратких тезисах мы остановимся только на трех важных результатах. Важным итогом работ по Байкалу был выпуск коллективной монографии Кузьмин и др., Новосибирск, Изд-во «ГЕО», 2009, «Центрические диатомовые водоросли позднего кайнозоя озера Байкал: морфология, систематика, стратиграфическое распространение, этапность развития (по материал глубоководного бурения)». Было проведено биостратиграфическое расчленение 600-метровой осадочной толщи Байкала (Академический хребет) по объединенному разрезу скважины BDP-96 и BDP-98 по данным диатомового анализа (рис. 1). (Возрастная шкала 600 м скважины BDP-98 была принята по данным [Horiuchi et al., 2003]). Системное изучение диатомовых позволило понять многие аспекты взаимосвязи климата и биоразнообразия.

Рис. 1. Биостратиграфическое расчленение 600-метровой осадочной толщи, вскрытой в объединенном разрезе скважин BDP-98 и BDP-96, по данным диатомового анализа.

Углубленное изучение отложений в интервале смены геомагнитной эпохи Гаусс на эпоху Матуяма позволило описать новый для науки род Thalassiobecria и выделить новую зону LDAZ 48. А совместное присутствие видов Cyclotella (C. distincta и C. tempereiformica) и мелких видов Stephanodiscus в 6-метровом слое осадков позволило выделить новую зону LDAZ 47.

В представленном материале биостратиграфическая зона по пресноводным диатомовым водорослям рассматривается как стратиграфический интервал отложений, сформировавшийся за время существования того или иного комплекса диатомей, отражающего этап или фазу развития диатомовой флоры в древнем Байкале и отличающегося от комплексов смежных интервалов. Границы зон маркируются биологическими событиями, в качестве которых выбраны уровни проявления (УП) или уровни исчезновения (УИ) отдельных видов, уровни массового появления (УМП) или уровни резкого сокращения численности (УРСЧ) тех или иных таксонов. Байкал является классическим объектом эндемичного видообразования. На рисунке 1 видно, что отдельные временные интервалы различаются как по общему количеству створок диатомей, так и по появлению или исчезновению отдельных видов, что позволило выделить локальные диатомовые зоны (LDAZ) (local diatom accemblage zone) которые имеют четкое стратиграфическое значение и по ним можно сопоставлять одновозрастные осадочные слои как в самом Байкале, так и в различных пресноводных бассейнах Сибири. Эволюция диатомовых водорослей в оз. Байкал, которая прослеживается нами за почти 8 млн. возрастной рубеж, сопровождалась процессами вымирания и новообразования. Эволюция диатомовой флоры на протяжении плейстоцена в древнем Байкале отчетливо отражает ледниково-межледниковую ритмичность плейстоценового климата. Рубежи вымирания большинства видов в озере совпадают обычно с рубежами начала ледниковых периодов, характеризуя значительные палео-экологические изменения в древнем Байкале, которые были обусловлены изменениями глобального и регионального климата. Вымирание видов во время оледенений освобождало экологические ниши в водоеме, которые при потеплениях быстро осваивались новыми видами. Частые изменения климата, а следовательно, и палеоэкологических условий окружающей среды в плейстоцене способствовали быстрой эволюции центрических диатомей в озере. Таким образом, устанавливается тесная связь климата и видообразования. В целом, непрерывная, надежно датированная и высокоразрешающая запись изменений климата Байкальского региона за последние почти 8 млн. лет может рассматриваться как региональный стратотип для проведения межрегиональных корреляций с аналогичными записями палеоклимата из донных отложений мирового океана и с континентальными записями климата, полученными из отложений разного генезиса.

Полученные мировым научным сообществом в последние годы результаты изучения межледниковых периодов плейстоцена привели ряд ведущих научных коллективов к выводу, что первый межледниковый период среднего плейстоцена (аналог морской изотопной стадии 11 или МИС 11) может рассматриваться в качестве аналоги современного межледниковья – голоцена или МИС 1, поскольку палеоклиматические записи для обеих стадий показывают близкие уровни содержания атмосферного СО₂, объема глобального льда и температур поверхностных вод в северном секторе Атлантического океана. На основе сравнения записей из МИС 11 и МИС 1 предполагалось создать модель динамики климата ближайшего будущего. Однако, полученная нами первая для Центральной Азии детальная запись изменения природной среды МИС 11 из донных отложений озера Байкал и проведенное сравнение этой записи и записью изменения палеосреды Байкальского региона в МИС 1 (Prokopenko et al., 2010) показали, что в исследованном регионе межледниковый период МИС 11 не может рассматриваться в качестве прямого аналога МИС 1 (рис. 2). Дело в том, что палинологическая информация о динамике ландшафтов и климата для МИС 11 демонстрирует господство темнохвойных лесов на протяжении всей МИС 11 - ~424 – 396 тыс. л.н. Причем, уникальной чертой МИС 11 было существование очень длительного периода регионального оптимума, который продлился почти 20 тысяч лет. Сравнение с МИС 1 показало, что подобный региональный оптимум в МИС 1 длился всего 2-3 тысячи лет (~10 – 7 тыс. л.н.). Климат первой половины МИС 11 был гораздо влажнее и мягче, чем климат МИС 1. Подобные пионерные исследования убедительно демонстрируют крайнюю необходимость продолжения сравнительного изучения палеоклимата предыдущих межледниковых эпох для понимания места и состояния климатической системы современного межледниковья на длительной геохронологической шкале для моделирования надежных сценариев развития климатической системы планеты в будущем. Байкалу в этих исследованиях принадлежит особое место. Ведь только в его донных осадках содержится единственная в Евразии непрерывная и самая длительная запись изменения природной среды этой территории.

Рис. 2. Синтез Байкальской записи изменения климата и количественной реконструкции климатических параметров для межледникового периода МИС 11 и современного межледникового периода – МИС 1. Конфигурация орбиты и значения инсоляции приведены по Laskar et al. (2004). Голоценовые записи и возрастная модель взяты из Prokopenko et al. (2007), данные о вариации содержания смектита и иллита - из Solotchina et al., (2009, обилие диатомовых водорослей – из Khursevich et al., (2001). Стрелки обозначают аналогичные сукцессии в растительности (Picea obovata, Abies sibirica, Pinus sylvestris) в МИС 11 и раннем голоцене. Прямоугольники, залитые серым – очевидные эпизоды региональных похолоданий в палинологической записи. Изменения среднегодовой суммы атмосферных осадков, среднегодовой температуры, средних температур самого теплого и холодного месяцев для голоцена – из Tarasov et al., (2007), для МИС 11 – из Prokopenko et al., (2010) – реконструированы с использованием метода лучших современных аналогов.

Проблема создания прогнозных сценариев климата будущего и их верификации остается крайне актуальна и для всего мирового сообщества, и для сибирских ученых. Для понимания возможного сценария долго- и краткосрочной динамики природной среды в будущем наиболее верным и надежным методом считается метод получения и расшифровки динамики природной среды ближайшего прошлого. Особенно это относится к тем временным интервалам, на протяжении которых глобальная и региональные климатические системы испытывали наиболее резкие и значительные по амплитуде колебания. Например, последние 50-60 тысяч лет, когда земная климатическая система прошла через умеренно-холодные условия последнего мегаинтерстадиала МИС 3, суровые условия последнего ледникового периода МИС 2 и в последние 11.7 тыс. лет развивается в нестабильных условиях современного межледникового периода МИС 1. Доказано, что для получения высокоразрешающих и надежно датируемых записей природной среды и климата этого времени наиболее подходящими объектами являются донные отложения небольших озерных котловин. В этом отношении нам удалось изучить озеро Котокель. Озеро находится на восточном побережье озера Байкал, всего в двух км от него. Осадки оз. Котокель накапливались со скоростью, почти в 6-7 раз выше скоростей осадконакопления в оз. Байкал, являются преимущественно органогенными и содержат очень ценные и высокоразрешающие архивы природной среды региона. Нам впервые для Восточной Сибири удалось получить непрерывную, детальную и надежно датированную запись динамики ландшафтов и климата для последних почти 50-ти тысяч лет (Bezrukova et al., 2010). Реконструированные изменения региональной природной среды показали, что динамика климата позднего плейстоцена в Восточной Сибири была очень сложной и напоминала вариации температуры - Гренландские интерстадиалы (GI 1-12) и события Хайнриха (H 0-5, рис. 3), выраженные в записи ^δ18O из Гренландского ледника и в изменении сигнала интенсивности Азиатского муссона в записи ^δ18O из сталагмитов Китая. Запись из озера Котокель демонстрирует очевидную связь климата Северо-Атлантического и Северо-Тихоокеанского регионов. Именно климат этих регионов ответственен за формирование субширотного переноса тепла и влаги в центральные части континентальной Евразии, и взаимодествие климатических систем этих регионов определяют климат Сибири.

Рис. 3. Суммарный график динамики природной среды по осадочному разрезу озера Котокель. Типы растительности: Л – лесная, Т – тундровая, С – степная. GI-1-12 – интерстадиалы.

-->