КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-17-00246

НазваниеАнтарктическая донная вода в северо-восточной Атлантике: седиментационный эффект и ледниковая цикличность

РуководительСивков Вадим Валерьевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук, г Москва

Года выполнения при поддержке РНФ2019 - 2021

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-514 - Палеоокеанология, биостратиграфия

Ключевые словаконтурные течения, Антарктическая донная вода, контуритовый дрифт, гранулометрический состав осадков, палеореконструкции

Код ГРНТИ39.19.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Одним из наиболее серьезных и больших вызовов современности являются проблемы взаимодействия человека и природы в контексте глобальных климатических изменений. Понимание современных процессов, а также прогноз будущих климатических изменений невозможны без знания истории колебаний климата и механизмов, регулирующих этих колебания. Проблема осложняется ещё и тем, что в различных регионах Земли климатические изменения имеют разнонаправленный характер. Реконструкции палеоклимата посвящены работы ученых всего мира, которые занимаются этой проблемой уже несколько десятилетий, но с появлением новых методов и оборудования появилась возможность получения детальных геологических разрезов, что позволяет иметь хорошее разрешение (не более 360 лет, а в некоторых случаях менее 50 лет) даже в открытой части океана. Атлантический океан является своеобразной ареной, где наиболее ярко проявляется взаимодействие океан-атмосфера (например, Бараш, 1988). Известно, что климатические, в частности ледниково-межледниковые колебания, взаимосвязаны как с изменением орбитальных параметров Земли (циклы Миланковича; Milankovitch, 1941; Hays et al., 1976; Imbrie et al., 1989; Ruddiman, 2006; Kutzbach et al., 2010 и др.), так и с деятельностью Глобального океанского конвейера (ГОК; например, Лаппо, 1984; Broecker, 1985, 1991). Но существуют и обратные связи. Так, интенсификация ГОК может привести к последующему резкому замедлению меридионального переноса вследствие активного проникновения талых распресненных арктических вод в Атлантику (например, Rahmstorf et al., 2015). Антарктическая донная вода (ААДВ) самая холодная и плотная в Мировом океане и поэтому самая глубинная. Из-за гигантского объема ААДВ самые незначительные изменения ее свойств могут иметь глобальные климатические последствия. На фоне чередования оледенений и межледниковий средне-позднечетвертичного времени происходили значительные изменения интенсивности течений, определяющих объем ААДВ (например, Johnson and Rasmussen, 1984; Ledbetter, 1979; Lund et al., 2011). Глубоководные каналы и проходы контролируют глубинный водообмен между океанскими бассейнами, а, следовательно, и в целом придонную циркуляцию океанов. В относительно узких каналах и проходах течения усиливаются, а на выходе из них замедляются и «разгружаются» от осадочного вещества. Происходит формирование соответствующих контуритовых дрифтов – конусов выноса (channel-related fan drifts). Механизмы регуляции смены ледниковых и межледниковых эпох, а также закономерности мелкомасштабных флуктуаций внутри эти периодов до сих пор изучены недостаточно. Современный межледниковый период, голоцен (последние 11.7 тыс. л.), представляет особый интерес с точки зрения поисков аналогов подобных периодов в геологическом прошлом для понимания сегодняшних и прогнозирования будущих колебаний климата. В 2016 году на 35-м Международном Геологическом Конгрессе в Кейптауне было официально объявлено о начале новой геологической эпохи, которая получила название антропоцен (отсчитывается с середины ХХ века - 1950 г). Вопрос выделения антропоцена в отдельный период, а также его геологических свидетельств до сих пор является дискуссионным (например, Barry and Maslin, 2016). Таким образом, проблема климатических изменений является актуальной и с точки зрения оценки антропогенного воздействия на окружающую среду. Конкретная задача настоящего проекта – выявить изменчивость поступления ААДВ в Северо-Восточную Атлантику на протяжении позднего плейстоцена и голоцена. Проект предполагает проведение комплексных исследований, в том числе: изучение колонок донных осадков (гранулометрический и микропалеонтологический анализы, геохимические анализы, включающие изотопные исследования (δ13С/ δ13О, ɛNd, датирование с помощью AMS 14C), изучения рельефа дна и структуры осадочной толщи (акустические методы: многолучевые эхолоты, сейсмопрофмлографы), а также уточнение гидрологических условий современного осадконакопления в ареале распространения ААДВ.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта планируется получить следующие научные результаты: Цифровая модель карты рельефа дна для исследуемых участков. Гидрологическая характеристика района исследования. Идентификация контуритов и контуритовых дрифтов. Выводы об изменении условий седиментации в районе исследования на фоне смены ледниковых циклов. Выводы об агрессивности придонных вод к карбонату кальция в течение исследуемого периода. Реконструкция палеоциркуляции (придонной и поверхностной) в районе исследования. Реконструкция интенсивности поступления ААДВ в северо-восточную Атлантику в среднем плейстоцене-голоцене на фоне смены ледниковых циклов. Выводы о динамике поверхностной циркуляции в районе исследования в течение исследуемого периода. Публикация 10-ти статей в ведущих международных изданиях, индексируемых базами Web of Science и Scopus. Научная значимость ожидаемых результатов определяется их вкладом в существующие представления о плейстоцен-голоценовой истории распространения ААДВ (самой холодной воды в Мировом океане) и связи этого процесса с климатическими колебаниями. Общественная значимость ожидаемых результатов обусловлена их направленностью на решение проблемы климатических изменений, которая в последние годы стала одной из доминирующих в общественном сознании. Актуальность темы проекта, современные подходы и методы исследований, научная репутация и опыт исполнителей проекта свидетельствуют о соответствии запланированных результатов мировому уровню исследований. Запланированные результаты проекта будут использованы в создании новой экспозиции «Планета Океан» Музея Мирового океана (г. Калининград). Данные о распределении бентосных фораминифер в осадках и о динамике придонной циркуляции в проходе Кейн в среднем плейстоцене-голоцене, полученные в результате реализации проекта, станут частью магистерской, а затем и кандидатской диссертации Л.А. Кулешовой (науч. рук. Л.Д. Баширова). Данные о распределении радиолярий в донных осадках и о динамике поверхностной океанической циркуляции в среднем плейстоцене-голоцене станут частью магистерской диссертации В.А. Козловой (науч. рук. А.Г. Матуль). Полученные в ходе проекта детальные карты рельефа дна могут быть использованы в широком спектре морской деятельности. Поскольку значительная часть работ запланирована вблизи трансформных разломов, косвенным результатом работы может стать выявление признаков геотермальной деятельности, выраженной в повышенной металлоносности донных осадков.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе работ по теме гранта в 2019 году получены следующие основные результаты: Изучены колонки донных осадков и, отобранные к северу от глубоководного прохода Кейн (АНС-33056 и АИ-2427) и в южной части котловины Зеленого Мыса (АНС-33047), и сделаны и сделаны предварительные выводы об интенсивности поступления ААДВ в Северо-Восточную Атлантику в среднем плейстоцене-голоцене. По данным изучения раковин планктонных фораминифер (ПФ), радиолярий и диатомей уточнены данные о возрасте осадков с учетом хода кривой распределения карбоната кальция. Комплекс данных указывает на средне-позднеплейстоценовый – голоценовый возраст осадков. В колонке АНС-33056 обнаружены следы сильного растворения карбонатных микрофоссилий с преобладанием интервалов полного растворения, вероятно, указывающих на влияние агрессивных к карбонату кальция придонных вод антарктического происхождения. Подобная тенденция обнаружена в колонке донных осадков АИ-2427. Колонка АНС-33047 была отобрана на глубине около 4000 м, которая приблизительно соответствует границе ААДВ и Северо-Атлантической глубинной воды (САГВ). Гранулометрические распределения указывают на доминирование пелагической седиментации и незначительные скорости придонного течения ААДВ. Увеличение объемов поступления ААДВ приводило к поднятию ее верхней границы (лизоклина) выше глубины отбора колонки и усилению растворения карбоната кальция в осадке. Валовый гранулометрический состав и магнитная восприимчивость также свидетельствуют об изменениях положения верхней границы ААДВ. Комплексы ПФ в колонке АНС-33047 представлены в основном тропической фауной. Увеличение содержания раковин планктонных фораминифер совпадает с увеличением содержания карбоната кальция и органического углерода в осадках в теплые периоды. В то же время степень растворения карбонатных осадков закономерно имеет обратную тенденцию распределения. Известно, что кривая СаСО3 отражает смену ледниковых и межледниковых периодов. Несмотря на пилообразную кривую распределения карбоната кальция, по уменьшению его относительного содержания выделяются холодные интервалы МИС 2, 4, 6, 8. Увеличение фрагментов раковин фораминифер в холодные периоды, а также уменьшение фораминиферового числа свидетельствует об усилении притока агрессивных к карбонату кальция придонных вод в это время. Субполярный вид N. incompta достигает максимальных значений во время холодных интервалов (МИС 2, 4, 5d, 6, 8). Реконструкция палеотемператур с помощью метода Modern Analog Technique (MAT) (Prell, 1985) позволила получить данные о температуре поверхностного слоя (0–50 м). Полученные значения палеотемпературы сравнивались с данными распределения карбоната кальция, растворения и относительного содержания ПФ. Сегодня район отбора колонки находится под влиянием Северного экваториального противотечения. Современная поверхностная температура в районе исследования около 23-24 и 26-27 °С зимой и летом, соответственно. Выявлены значительные колебания температуры в прошлом – 21–26 °С. МИС 1 характеризуется максимальными значениями температур. На основе морфофункционального анализа было проведено разделение видов БФ на эпифауну и инфауну. Во всех образцах исследуемой колонки во фракциях > 150 и 100-150 мкм эпифауна доминирует над инфауной, в среднем – более чем в 4 раза. Такое соотношение указывает на наличие свежего органического вещества (ОВ) на поверхности осадка и условий насыщения кислородом придонных вод на протяжении всего изученного временного интервала. Метод главных компонент позволил выделить в колонке АНС-33047 несколько комплексов БФ. По результатам экспедиционных работ на НИС «Академик Николай Страхов» в 2019 году по теме проекта: 1) Построена детальная цифровая модель рельефа дна глубоководного прохода Дискавери. Глубина порога между впадинами (седловины глубоководного прохода) – 4860 м. Район прохода характеризуется сложным, сильно расчлененным рельефом с многочисленными скалистыми хребтами и одиночными возвышенностями. На пороге между южной и центральной впадинами обращают на себя внимание осадочные тела длиной 1,5-2,3 км, шириной 600-700 м, высотой до 100 м, вытянутые в ЮЗ-СВ направлении. Они имеют волнистую поверхность и сложены рыхлыми осадками и, очевидно, представляют собой канальный контуритовый дрифт, сформированный под воздействием течения трансформированной ААДВ. Поверхность дна в северной впадине прохода Дискавери (глубины 4800-5000 м) также характеризуется осадочными волнами с длиной около 1,5 км и высотой 5-10 м. Дно впадины осложнено возвышенностью, у подножия которой прослеживается характерная депрессия, сочетании с прилегающим осадочным телом (дрифтом). Подобные «эрозионно-аккумулятивные пары» возникают при обтекании препятствия придонными течениями. В рассматриваемом случае такая пара более выражена с ЮЗ стороны возвышенности, что указывает направление течения с ЮЗ на СВ. 2) Построена цифровая модель рельефа дна глубоководного прохода Кейн и склона возвышенности Сьерра-Леоне к северу от него. Глубина прохода Кейн составляет ~4600 м. Проход осложнен небольшими, перекрытыми осадками, пирамидальными холмаи высотой 200 м, вероятно, позднего эндогенного генезиса. К северу от прохода Кейн обнаружено обширное осадочное тело размером ~100х50 км с седиментационными волнами (высотой до 50 м), которое идентифицировано как «дельтовый контуритовый дрифт». Максимальная мощность дрифта превышает 140 м. Его происхождение связано с разгрузкой течения ААДВ, распространяющегося в северном направлении. 3) Над проходом Кейн с помощью акустического метода были получены вертикальные профили распределения относительной концентрации взвешенного вещества. Обнаружен четко выраженный придонный нефелоидный слой мощностью до 300 м, свидетельствующий об активной гидродинамике. Максимальные значения относительной концентрации взвеси отмечены в северной части прохода Кейн. 4) В районе глубоководного прохода Кейн минимальные значения потенциальной температуры отмечены у дна – 1.83 °С. ААДВ идентифицировалась по предельному значению потенциальной температуры 1.9 °C. По этому показателю ее верхняя граница находилась на глубинах 4300 - 4350 м. В придонном слое к северу от прохода (глубина 4500–4600 м) выявлен значительный наклон изотерм – около 4 м/км. Это указывает на существование перетока ААДВ через проход в северном направлении. 5) В районе трансформных разломов экваториального района САХ (Вима, Вернадского, 7⁰40’ с.ш. и Долдрамс) выявлено, что отсутствует седловина в разломе «7 40’» в районе 33º з. д. Фиксируется достаточно глубокое продолжение разлома в виде двух долин, разделенных медианным хребтом. Таким образом, продолжение разлома, не является препятствием для распространения вод с потенциальной температурой (θ) < 2ºС, которые характерны для ААДВ. Обнаружены главные седловины разломов «7⁰ 40’» и Вернадского и измерены придонные значения θ <1.7ºС на них, что достаточно для перетекания ААДВ. Зафиксировано проникновение вод с θ=1.9 ºС через канал в медианном хребте разлома Долдрамс. На главной седловине разлома Вима придонные значения θ изменялись с 1.36 до 1.41ºС в течение суток, что несколько ниже значений 2006-2016 гг., полученных в предыдущих рейсах. По данным повторных измерений в разломе Вима фиксируются разнонаправленные тенденции изменения характеристик ААДВ. По материалам, полученным в 44-м рейсе НИС "Академик Николай Страхов", опубликована информация на научно-сервисном портале Индикатор.Ру: https://indicator.ru/earth-science/na-dne-atlantiki-barkhany-13-12-2019.htm

 

Публикации

1. - На дне Атлантического океана нашли «барханы» научно-сервисный портал Индикатор.Ру, - (год публикации - ).

2. Сивков В.В., Баширова Л.Д., Дорохова Е.В., Капустина М.В., Пономаренко Е.П. Study of the Contourite Drift north of the Kane Gap (eastern equatorial Atlantic) 34th IAS Meeting on Sedimentology, - (год публикации - 2019).