Диатомовая флора голоценовых осадков восточно-арктических морей России

Научная смена

Вестник ДВО РАН. 2008. № 1

Мария Сергеевна Обрезкова

В 2004 г., будучи студенткой 5-го курса Института инженерной и социальной экологииДальневосточногогосударст-венного технического университета, М.С.Обрезковапроходилапроизводст-венную практику в лаборатории геологических формаций Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, где освоила метод диатомового анализа, успешно применяющийся в биостратиграфических, палеогеографических и палеоклиматических исследованиях арктических и боре-альных регионов. Диатамеи являются основным продуцентом органического вещества в арктических морях и позволяют детально восстанавливать изменения палеосреды. Под руководством к.г.-м.н. И.Б.Цой Мария Сергеевна изучала диатомовых водорослей Охотского моря, подготовила дипломную работу по теме «Изменение палеосреды в районе северного шельфа Охотского моря в голоцене (на основе диатомового анализа)», которую блестяще защитила в 2005 г. По окончании ДВГТУ работала в ТОИ ДВО РАН в качестве инженера, но уже через год была зачислена в очную аспирантуру по специальности «палеонтология и стратиграфия». Занимается разработкой темы «Реконструкция среды шельфовой зоны морей Восточной Арктики в позднечетвертичное время (на основе диатомового анализа)» в рамках подготовки диссертационной работы. Научные интересы Марии Сергеевны связаны главным образом с исследованием диатомовых водорослей арктических морей России. Интерес к палеогеографии полярных областей Земли определяется их значением в формировании климата планеты как в настоящем, так и в прошлом.

Результаты своих исследований М.С.Обрезкова опубликовала в 12 научных работах (в соавторстве), неоднократно представляла на всероссийских и международных конференциях и симпозиумах в Москве, Минске, Иркутске, Борке, Владивостоке. Была одним из инициаторов восстановления ежегодных конференций молодых ученых ТОИ, принимала активное участие в организации и проведении конференции «Океанологические исследования» (2007 г.). В настоящее время в составе Совета молодых ученых ТОИ занимается подготовкой очередной конференции, которая уже будет иметь статус региональной.

М.С.Обрезкова - руководитель проекта ДВО РАН «Изменения палеосреды шельфовой зоны восточных арктических морей в голоцене (на основе диатомового анализа)», а также основной исполнитель в комплексном интеграционном проекте ДВО и СО РАН «Происхождение и эволюция кремнистых организмов кайнозойских отложений континентальных бассейнов и окраинных морей Азии» и инициативном проекте ДВО РАН «Кремнистый микропланктон - индикатор межокеанических связей в высоких широтах в кайнозое».

М.С.ОБРЕЗКОВА, И.Б.ЦОЙ

Диатомовая флора голоценовых осадков восточно-арктических морей России

Изучались диатомовые водоросли голоценовых осадков шельфовой зоны моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря. В осадках Восточно-Сибирского моря определено 140 видов, среди которых преобладают морские и солоноватоводные, в осадках моря Лаптевых — 453 вида, из них наиболее разнообразны пресноводные. На основе анализа экологического состава диатомовых комплексов реконструированы изменения среды в этом районе в голоцене.

Diatom flora of the Holocene sediments of the Russian East-Arctic seas. M.S.OBREZKOVA, I.B.TSOY (V.I.Il’ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS, Vladivostok).

Diatom assemblages from the Holocene shelf sediments of the Laptev and East-Siberian Seas have been studied. In the East-Siberian Sea sediments 140 diatom species were identified, among them marine and brackish water species dominated. In the Laptev Sea sediments 453 diatom species were recorded, and among them freshwater species were the most diverse and abundant. Paleoenvironmental changes in this region during the Holocene were reconstructed on the basis of ecological composition of diatom assemblages.

Арктический шельф Евразии, площадь которого составляет почти одну третью часть Северного Ледовитого океана, - самый обширный шельф мира. Его изучение актуально в связи с влиянием полярных областей Земли на формирование климата планеты и их быстрым реагированием на эти изменения как в настоящем, так и в прошлом [З]. Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН инициировал и успешно проводит в этом регионе комплексные исследования. Их основная цель - изучение механизмов переноса в море древнего органического наземного вещества, являющегося источником биогенных элементов и двуокиси углерода, его трансформации и влияния на современный биохимический цикл [7, 13]. В рамках программы проведено изучение диатомовых водорослей в осадках шельфа Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых.

Диатомовые водоросли - одноклеточные низшие растения, являющиеся основным продуцентом органического вещества в арктических морях. Их распределение в донных осадках морей отражает особенности гидробиологических и седиментационных условий, что дает возможность широко использовать данную микропалеонтологическую группу для палеореконструкций.

Методические вопросы использования диатомового анализа в Арктических морях Евразии рассмотрены Е.И.Поляковой [З], ею же проведены первые систематические исследования диатомей в позднекайнозойских осадках арктических морей. В последнее время появился ряд работ, посвященных изучению диатомовых водорослей и других микрофос-силий в осадках и фитопланктоне моря Лаптевых [4, 9-12, 14].

Основной целью настоящей работы является реконструкция изменений среды на основе изучения диатомовой флоры. Для этого был детально исследован таксономический и экологический состав диатомей и их количественное содержание в осадках. В качестве материала был использован керн колонок ИК-10З, ИК-110, ИК-114 и ИК-118, отобранных гравитационными трубками на шельфе Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых в Высокоширотной комплексной экспедиции на ГС «Иван Киряев» в 2004 г. (рис. 1).

ОБРЕЗКОВА Мария Сергеевна - аспирант, ЦОЙ Ира Борисовна - кандидат геолого-минералогических наук (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.Ильичева ДВО РАН, Владивосток).

Работа выполнена при финансовой поддержке ДВО РАН (проекты № 06-ІІІ-В-07-298, №06-ІІІ-А-07-270, интеграционные проекты № 06-ІІ-СО-07-027, № 6.2).

130° 135° 140° 145°

Рис. 1. Местоположение изученных колонок Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых (РМ9482-2 по работе [9]). На врезке - станции отбора поверхностных осадков [14]

Колонки расположены у устья рек Лена и Колыма, севернее Чаунской губы и в районе Новосибирского мелководья. Образцы для диатомового анализа отбирали через 1-5 см. Кроме того, были использованы данные изучения 36 образцов поверхностных осадков, отобранных в юго-восточной части моря Лаптевых и прол. Д.Лаптева в Третьей Арктической экспедиции ТОИ на ГС «Дунай» в 1999 г. [14].

Для определения количественного содержания диатомей на 1 г воздушно-сухого осадка образцы массой 1-3 г кипятили, затем осадок разбавляли водой до 100 мл, тщательно перемешивали и 0,25 мл взвеси использовали для приготовления препарата, по которому проводили подсчет. Для определения качественного состава диатомей остальную часть осадка вновь кипятили с добавлением триполифосфата натрия и затем отмучивали. Из-за низкого содержания диатомей все образцы обогащали тяжелой калиево-кадмиевой жидкостью [3]. Для приготовления препаратов использовали смолу Мошй:ех с показателем преломления 1,68. Определение и подсчет диатомей проводили при увеличении х1000 под световым микроскопом Микмед-2. Микрофотографии сделаны с помощью цифровой веб-камеры.

Восточно-Сибирское море, расположенное в наиболее суровой по климатическим условиям части российской Арктики, отличается от других морей этого региона тяжелой ледовой обстановкой и имеет самый мелкий и широкий шельф в Мировом океане. Осадочный материал поступает в море в основном из двух источников: твердый речной сток, определяемый преимущественно стоком Индигирки и Колымы, и термоабразия берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами [1]. Недавно установлено, что термоабразия берегов в этом регионе приносит на шельф в 5-7 раз больше наземного вещества, чем речной сток [13]. Это серьезно меняет некоторые представления об экосистемах арктических морей.

Для изучения были выбраны колонки из различных районов шельфа: ИК-105 взята восточнее выхода бухты Чаунская (70° 29 с.ш., 173° 07 в.д., длина 83 см, глубина воды 37 м), ИК-110 - севернее устья Колымы (70° 50 с.ш., 162° 52 в.д., длина 21 см, глубина 17,6 м), ИК-114 - в западной части моря около о-ва Новая Сибирь (75° с.ш., 153° 31 в.д.,

длина 44 см, глубина 16 м). На основе изменения численности, видового и экологического составов диатомей в каждой изученной колонке выделены интервалы, характеризующиеся определенными диатомовыми комплексами.

В ИК-105, сложенной алевритами разной плотности, выделено 3 интервала, которые по составу диатомовых комплексов сопоставимы с диатомовыми экологическими зонами, выделенными ранее Е.И.Поляковой [5]. Интервал III (60-83 см), характеризующийся видовым разнообразием и относительным обилием диатомей (0,6-2,7 млн экз./г осадка), преобладанием планктонных неритических видов (до 98%), среди которых наиболее многочисленны Thalassiosira gravida Cleve (19,7-43,3%) (рис. 2) и представители рода Chaetoceros (5-43%), накапливался в благоприятных для диатомей условиях «гидробиологического оптимума» (экозона III). Формирование осадков, включающих диатомовые комплексы экозоны III, происходило, по оценке Е.И.Поляковой [5], 5,7-3,7 тыс. л.н. конец атлантического - начало суббореального периода голоцена). Интервал II (11-60 см), характеризующийся снижением численности диатомей (0,4-1,4 млн экз./г осадка), формировался при снижении продуктивности диатомей (экозона II), что, вероятно, связано с имевшим место 2,5 тыс. л.н. похолоданием, установленным в некоторых районах Арктики и Субарктики. Интервал I (0-11 см) содержит диатомеи, обычные для поверхностных осадков этого района моря (экозона I). Предполагается, что осадки этого интервала накапливались в условиях, близких к современным, с некоторым увеличением продуктивности в основном за счет ледово-неритических видов.

ИК-110 характеризуется низким содержанием диатомей. В колонке выделено 2 интервала (I - 0-9 см, II - 10-21 см), резко различающихся по литологическому составу и содержанию диатомей. Предполагается, что накопление осадков здесь происходило в разных условиях; резкая смена условий на уровне 10 см, возможно, связана с перерывом в осадконакоплении. По составу диатомей выделенные интервалы соответствуют интервалам I и II колонки ИК-105.

В обеих колонках отмечены относительно тепловодные виды Coscinodiscus centralis Ehrenberg и Neodenticute seminae (Simonsen et Kanaya) Akiba et Yanagisawa, что предполагает усиление Лонговской ветви Беринговоморского течения [5].

ИК-114 характеризуется минимальным содержанием диатомей (0,0-0,02 млн экз./г осадка). Выделено 2 интервала, различающихся по литологическому составу, содержанию диатомей и экологической структуре диатомовых комплексов. Преобладание солоноватоводного вида Thalassiosira hyperborea (Grunow) Hasle et Lange в интервале II (22-44 см) дает основание предполагать, что седиментация происходила в условиях пониженной солености. В интервале I (0-22 см) доминирует неритический холодноводный вид Thalassiosira gravida Cleve, увеличивается по сравнению с интервалом II количество бентических видов (5-19%), постоянно отмечаются вымершие неогеновые виды. Диатомовые ассоциации выделенных интервалов в целом соответствуют интервалам I и II описанных выше колонок. Особенности в составе диатомовых ассоциаций и низкое содержание диатомей в колонке ИК-114 обусловлены, вероятно, близостью о-ва Новая Сибирь и влиянием термоабразионных процессов.

Таким образом, в Восточно-Сибирском море наиболее благоприятные условия для развития диатомовой флоры сложились в период 5,7-2,5 тыс. л.н., что подтверждается высокой продуктивностью диатомей и высоким видовым разнообразием. Такой «гидробиологический оптимум» установлен и в других арктических морях [5], а также на северном шельфе Охотского моря [2]. В последующий период, 2,5-1,3 тыс. л.н., произошло ухудшение климатических условий, что отразилось в снижении численности диатомей и обеднении таксономического состава комплексов. Осадки верхнего интервала, вероятно, накапливались в условиях, близких к современным.

Всего в изученных осадках Восточно-Сибирского моря определено 140 видов диатомовых водорослей, принадлежащих 52 родам (см. таблицу), из них 94 вида - морские и

Состав диатомовой флоры голоценовых осадков моря Лаптевых

Род Число видов Род Число видов

1 2 1 2

Achnanthes 16 1 Hyalodiscus 2

Actinocyclus 3 4 Kisseleviella 1

Actinoptychus 2 Liradiscus 1

Alveolophora 2 Melosira 7 4

Amphora 6 1 Meridion 1

Arachnoidiscus 1 Minidiscus 1

Asterionella 1 Navicula 85 21

Aulacoseira 5 3 Neidium 5

Azpetia 1 Neodenticula 3 2

Bacterosira 2 1 Nitzschia 24 6

Biremis 1 1 Odontella 1

Caloneis 10 1 Opephora 1 1

Cavitatus 1 Paralia 2 2

Cestodiscus 1 Pinnularia 33 6

Chaetoceros 10 6 Placoneis 2

Cocconeis 7 3 Pleurosigma 3

Coscinodiscus 3 7 Porosira 1 1

Cosmoidiscus 1 Pseudogomphonema 5

Craspedopleura 1 Pseudo-Nitzschia 2 1

Cyclotella 4 2 Pseudopyxilla 1

Cymatopleura 1 Pyxidicula 1 1

Cymbella 21 1 Pyxilla 1 1

Delphineis 1 Radialiplicata 1

Denticula 2 Rhabdonema 1

Denticulopsis 1 2 Rhizosolenia 1 2

Detonula 1 1 Rhoicosphenia 1

Diatoma 5 Rhopalodia 1

Diatomella 1 Stauroneis 7

Didymosphenia 2 Stellarima 1

Diploneis 14 4 Stenoneis 3

Entomoneis 4 1 Stephanodiscus 3

Epithemia 4 Stephanopyxis 2 5

Eunotia 22 3 Surirella 5 1

Fallacia 2 Synedra 3 3

Fossula 1 Tabellaria 1

Fragilaria 25 2 Tetracyclus 4

Fragilariopsis 3 2 Thalassionema 1 1

Frustulia 1 Thalassiosira 16 9

Gomphonema 12 2 Thalassiothrix 1 1

Grammatophora 2 Trachineis 1

Gyrosigma 5 Trochosira 1

Hantzschia 1 Xanthiopyxis 2

Haslea 1 84 рода 453 140

Рис. 2. Характерные виды диатомей осадков Восточно-Сибирского моря: І - Melosira arctica (Ehrenberg) Dickie, 2 - Thalassiosira nordenskioeldii Cleve, 3 - Th. gravida Cleve, 4 - Porosira glacialis (Grunow) Jorgensen, 5 - Paralia sulcata (Ehrenberg) Cleve, б - Actinoptychus senarius (Ehrenberg) Ehrenberg, 7 - Bacterosira bathyomphala (Cleve) Syversten et Hasle, 8 - Coscinodiscus marginatus Ehrenberg, 9 - Thalassiosira latimarginata Makarova, І0 - Rhizosolenia hebetata f. hiemalis (Bailey) Gran. І-7 - неритические, 8-І0 - океанические виды. Масштабная линейка - І0 мкм, фиг. І0 - 50 мкм

Рис. 3. Представители диатомовой флоры Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых: 1 - Actinocyclus curvatulus Janisch, 2 - Coscinodiscus oculus iridis Ehrenberg, 3 - Thalassiosira hyperborea (Grunow) Hasle, 4 -Th. baltica (Grunow) Ostenfeld, 5 - Pyxidicula zabelinae ^шё) Makarova et Moisseeva, б - Stephanopyxis horridus Koizumi, 7 - S. aciculata Dolmatova, 8 - Actinocyclus ingens Rattray, 9 - Alveolophora areolata (Moisseeva) Moisseeva,

10, 11 - Aulacoseira subarctica (MWler) Harworth, 12 - Rhopalodia gibba (Ehrenberg) O. Mйller. 1, 2 - океанические,

3, 4 - солоноватоводные, 5-9 - переотложенные кайнозойские, 10-12 - пресноводные виды. Масштабная линейка - 10 мкм, фиг. 2 - 50 мкм

солоноватоводные, 20 - пресноводные, 1S - вымершие. Наиболее разнообразными являются роды Navicula (21 вид), Thalassiosira (9 видов), Coscinodiscus (7 видов), Chaetoceros, Pinnularia и Nitzschia (по 6 видов). Доминируют морские неритические виды Thalassio-sira antarctica Comber, Th. gravida Cleve (споры) и солоноватоводный вид Th. hyperborea (Grunow) Hasle et Lange, многочисленны также споры рода Chaetoceros.

Море Лаптевых занимает центральную часть арктического шельфа Евразии. Для него характерна сильная опресненность морских вод, особенно в устьевых частях долин, из-за мощного речного стока. Реки Лена, Хатанга, Анабар и Яна привносят около 650 км3 пресной воды в год [6]. Это отражается и на составе диатомовых комплексов поверхностных осадков, в которых наблюдается очень высокое содержание пресноводных диатомей [5, 10, 11, 14].

Колонка ИК-US (длина 5S см), взятая в авандельте р. Лена (71° 51 с.ш., 131° 03 в.д.) на глубине 15 м, сложена алевропелитами различной плотности. По количественному содержанию диатомей на 1 г осадка и экологическому составу диатомовых комплексов выделено 2 интервала. В интервале II (15-5S см) содержание диатомей достаточно высокое (240-650 тыс. экз./г). Доминируют пресноводный вид Aulacoseira subarctica ^ШІєг) Harworth (17-54%) и солоноватоводный Thalassiosira hyperborea (Grunow) Hasle et Lange (7-40%) (рис. 3). В интервале I (0-15 см) содержание диатомей значительно ниже (16-40 тыс. экз./г). Доминирует Aulacoseira subarctica ^ШІєг) Harworth (35-63%). В осадках колонки единично отмечены океанические виды Actinocyclus ochotensis Jouse, Coscinodiscus marginatus Ehrenberg, Neodenticula seminae (Simonsen et Kanaya) Akiba et Yanagisawa и др., а также вымершие виды Alveolophora areolata (Moisseeva) Moisseeva, A. jouseana (Moisseeva) Moisseeva, Actinocyclus ingens Rattray и др.

В изученных осадках моря Лаптевых (станция ИК-US) по всей колонке доминируют пресноводные диатомеи, количество которых увеличивается вверх по колонке. Следует отметить, что в колонке PM94S2-2, расположенной северо-западнее [9], в этом же интервале (около 60 см) отмечается обратная тенденция, т.е. вверх по колонке увеличивается количество морских видов. Возможно, это свидетельствует об изменении интенсивности или направления речного стока Лены за время накопления этих осадков, которые, по оценке Баух и Поляковой [9], сформировались за последнее тысячелетие.

На основе проведенных исследований и опубликованных данных [5, 9, 10, 14] в море Лаптевых определено 453 вида диатомей, принадлежащих 71 роду (см. таблицу). Наибольшее разнообразие характерно преимущественно для пеннатных диатомей - это роды Navicula (S5 видов), Pinnularia (33 вида), Fragilaria (25 видов), Nitzschia (24 вида) и Eunotia (22 вида). Большинство видов диатомовой флоры (241) являются пресноводными, морских и солоноватоводных видов 195. Кроме того, обнаружены переотложенные морские и пресноводные вымершие кайнозойские виды (11), часть из которых известна и в отложениях окружающей суши [5, S].

Доминируют в диатомовых комплексах моря Лаптевых лишь несколько видов: пресноводные Aulacoseira subarctica ^ШІєг) Harworth и A. granulata (Ehrenberg) Simonsen, солоноватоводные Thalassiosira hyperborea (Grunow) Hasle et Lange и Th. baltica (Grunow) Ostenfeld.

В изученных осадках Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых обнаружены пере-отложенные морские исключительно палеогеновые и ряд зональных неогеновых видов, что может свидетельствовать о существовании морских кайнозойских бассейнов в этом регионе. Все эти виды обычны в кайнозойских отложениях Северной Пацифики, что предполагает существование связи между Тихоокеанским и Арктическим бассейнами в палеогене и раннем неогене.

Авторы благодарны О.В. Дудареву (ТОИ ДВО РАН) за предоставленный материал.

1. Арктический шельф Евразии в позднечетвертичное время / под ред. А.А.Аксенова. М.: Наука, 1987. 277 с.

2. Горбаренко С. А., Цой И.Б., Астахов А.С., Артемова А.В., Гвоздева И.Г., Аннин В.К. Изменения палеосреды северного шельфа Охотского моря в голоцене // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2007. Т. 15, № 6. С. 134-150.

3. Диатомовые водоросли СССР (ископаемые и современные). Т 1. Л.: Наука, 1974. 403 с.

4. Матуль А.Г, Хусид ТА., Мухина В.В. и др. Современные и позднеголоценовые природные условия на шельфе юго-восточной части моря Лаптевых по данным микрофоссилий // Океанология. 2007. Т. 47, № 1. С. 90-101.

5. Полякова Е.И. Арктические моря Евразии в позднем кайнозое. М.: Науч. мир, 1997. 146 с.

6. Свиточ А.А. Морской плейстоцен побережий России. М.: ГЕОС, 2003. 362 с.

7. Сергиенко В.И., Семилетов И.П. Морские исследования ДВО РАН в Арктике: основные результаты и дальнейшие планы // Морские исследования ДВО РАН в Арктике. Владивосток: Дальнаука, 2006. С. 6-13.

8. Степанова Г.В. Находка морских неогеновых диатомей на острове Айон (Восточно-Сибирское море) // Ежегодник ВПО. Л.: Наука, 1989. Т. 3. С. 200-217.

9. Bauch H.A., Polyakova Ye.I. Late Holocene variations in Arctic shelf hydrology and sea-ice regime: evidence

from north of the Lena Delta // Int. J. Earth Sciences. 2000. Vol. 89. P. 569-577.

10. Cremer H. Diatoms in the Laptev Sea (Arctic Ocean): Taxonomy and biogeographic distribution // Ber. Polar-forschung. Repts Polar. Res. 1998. Bd 260. 205 S.

11. Cremer H. Distribution patterns of diatom surface sediment assemblages in the Laptev Sea (Arctic Ocean) // Mar. Micropaleontology. 1999. N 38. P 39-67.

12. Mukhina V.V., Yushina I.G. Diatoms in bottom sediments of the Laptev and Kara seas // Ber. Polarforschung. Repts Polar. Res. 1999. Bd 306. P. 110-119.

13. Semiletov I.P Carbon fluxes in the Arctic land-shelf system: coastal erosion vs riverine transport // Changes in the Atmosphere-Land-Sea System in the Amerasian Arctic / ed. I.PSemiletov. Vol. 3. Vladivostok: Dalnauka, 2001. P. 237-244.

14. Tsoy I.B. Diatoms in surface sediments of the Siberian Arctic shelf (Laptev and East-Siberian seas) // Proc. of

the Arctic Regional Center. Vol. 3. Vladivostok: Dalnauka, 2001. P 245-249.