КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 22-17-00185

НазваниеКлиматические изменения и природные события позднего Голоцена по данным исследования биогеохимических маркеров в озерных отложениях Средней Сибири

РуководительРогозин Денис Юрьевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук", Красноярский край

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2024 г.

Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-701 - Палеогеография

Ключевые словареконструкция климата, Минусинская котловина, Центрально-Тунгусское плато, Тунгусский феномен 1908, элементный анализ, аридность, уровень воды, региональные калибровочные базы данных, длинноцепочечные алкеноны, каротиноиды, фекальные станолы, элементный анализ, хирономиды, спорово-пыльцевой анализ, диатомеи, угольные частицы

Код ГРНТИ39.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
К настоящему времени обширная территория Сибири охвачена палеоклиматическими исследованиями очень неравномерно. Имеющиеся реконструкции по озерным отложениям относительно плотно группируются в Западной Сибири, Алтае-Саянской горной области, Байкальском регионе и Якутии. В то же время, обширная территория Средней Сибири, тяготеющая к бассейну р. Енисей, с точки зрения знаний о палеоклимате является до сих пор «белым пятном». Поэтому реконструкция палео-климата данной территории актуальна для равномерного «наполнения» палеоклиматической карты Евразии. Научной целью проекта является реконструкция палеоклимата и развития природной среды Средней Сибири в позднем голоцене с использованием комплекса современных и инновационных палеоэкологических методов, выявление экологических факторов, оказавших наибольшее влияние на эволюцию экосистем региона в исследуемый период времени, а также поиск возможных следов «Тунгусского события 1908 года» для пополнения знаний об этом загадочном явлении. В ходе проекта будут выявлены закономерности формирования состава ряда биохимических, биологических и геохимических индикаторов климатических изменений в донных отложениях озер двух модельных участков из разных климатических зон Средней Сибири: 1) Минусинская котловина (юг Красноярского края и Республика Хакасия) – обособленный регион юга Сибири с полуаридным микроклиматом и большим количеством озер с различной минерализацией; 2) Центрально-Тунгусское плато (Красноярский край) – участок северной тайги на границе вечной мерзлоты, где расположен ряд пресных озер различного происхождения в непосредственной близости от эпицентра «Тунгусской катастрофы» 1908 года. Впервые для вышеуказанных регионов будет исследован новейший класс биохимических маркеров – длинноцепочечные алкеноны, с их помощью будут уточнены колебания солености в бессточных озерах. С помощью мониторинга седиментационных потоков будет выявлена зависимость содержания каротиноидов фототрофных серных бактерий и элементного состава донных отложений от стратификации, на этой основе будет реконструирована динамика уровня воды в бессточных озерах Минусинской котловины. Впервые будут исследованы распределения биохимических маркеров фекальных загрязнений (станолов) и выявлена динамика фекальных поступлений и их предполагаемые источники (природные, антропогенные), что является одним из новых направлений в палеолимнологии, а также оценена эффективность отвода бытовых стоков от оз. Шира, являющегося популярным курортом. С помощью высокоразрешающего рентгено-флуоресцентного сканирования на синхротронном излучении будет выявлен вертикальный профиль элементного состава кернов донных отложений и получены трансферные функции для реконструкции уровня воды, температуры и осадков. Исследование видового состава хирономид и диатомей позволит впервые для региона выполнить количественные реконструкции изменения температуры воздуха позднего голоцена, а также их вариаций солености, гидрологических характеристик и химического состава воды исследуемых озер. Спорово-пыльцевой анализ позволит выявить изменения растительного покрова в позднем Голоцене, а анализ угольных микро- и макрочастиц - реконструировать динамику лесных и степных пожаров на исследуемых участках. С помощью данных сейсмо-акустического профилирования будут выявлены профили и толщина донных отложений, тем самым будет уточнено происхождение озер, что особенно актуально для озер Центрально-Тунгусского плато, происхождение которых недостаточно ясно. В озерах Центрально-Тунгусского плато могут быть выявлены геохимические следы «Тунгусской катастрофы» 1908 года, что даст дополнительную информацию об этом загадочном явлении, а также может способствовать уточнению датировки верхних слоев. Развитием проекта станет моделирование климатических и гидрологических процессов на исследуемой территории, сопоставление полученных в ходе выполнения проекта данных результатами исследований соседних регионов для интеграции информации о палеоклимате Средней Сибири в общую базу данных по палеоклимату Евразии.

Ожидаемые результаты
Применение биохимических маркеров является новейшей областью в палеолимнологии, и позволяет существенно расширить возможности, предоставляемые традиционными палео-маркерами (диатомеи, хирономиды, палиноморрфы, стабильные изотопы и пр.). Один из наиболее перспективных классов биомаркеров - длинноцепочечные алкеноны – липиды, синтезирумые гаптофитовыми водорослями, являющиеся индикаторами температуры, а также в ряде случаев - солености. Впервые будут получены калибровочные зависимости длины и индексов ненасыщенности алкенонов от солености и прочих характеристик для исследуемого региона, а также будет выявлен видовой состав гаптофитовых водорослей (продуцентов алкенонов) и сопоставлен с характеристиками озер. В настоящее время во всем мире озера таёжной зоны с точки зрения состава алкенонов и их продуцентов практически не изучены, поэтому данные по озерам Центрально-Тунгусского плато существенно пополнят мировую базу знаний в этой области. Данные по Минусинской котловине будут сравнены с имеющимися данными по её климатическим аналогам – степным районам Канады (Саскачеван). Биохимические следы фекальных загрязнений (станолы) также являются одним из новейших маркеров в палео-лимнологии. Впервые для данного региона будет выявлены содержания фекальных станолов (стигмастанола, копростанола и др.) – маркеров фекальных поступлений в донных отложениях, т.е. впервые будет получена информация о вариациях количества фекальных поступлений и их предположительных источниках (водоплавающих птиц, травоядных, человека) в исследуемые озера на протяжении позднего голоцена. С точки зрения практического использования - профили фекальных маркеров в донных отложениях покажут, насколько эффективен был отвод бытовых стоков от оз.Шира, произведенный около 10 лет назад. До этого стоки поступали в озеро в большем количестве. Каротиноиды фототрофных серных бактерий являются специфическим маркером стратификации водной толщи и, соответственно, динамики уровня бессточных озер. Для озер Минусинской котловины на основе данных многолетнего мониторинга, а также данных, полученных в ходе проекта, будет проанализирован состав каротиноидов в седиментационных потоках и донных отложениях в зависимости от уровня воды и стабильности стратификации водной толщи. На этой основе, в сочетании с данными элементного состава и данными по алкенонам, будет проведена реконструкция колебаний уровня воды в стратифицированном озере на примере оз. Шира (Минусинская котловина). Эта задача будет решена впервые в мире столь детально с применением биохимических маркеров. С помощью высокоразрешающего рентгено-флуоресцентного анализа будет выявлен вертикальный профиль элементного состава кернов донных отложений и получены трансферные функции для реконструкции уровня воды, температуры и осадков. Исследование видового состава хирономид и диатомей позволит впервые для региона выполнить количественные реконструкции изменения температуры воздуха позднего голоцена, а также вариаций солености, гидрологических характеристик и химического состава воды исследуемых озер. Спорово-пыльцевой анализ донных отложений позволит выявить изменения растительного покрова в позднем Голоцене. Будет проведен анализ угольных макрочастиц, который позволит реконструировать динамику лесных и степных пожаров на исследуемых участках. Методами сейсмо-акустического профилирования будут выявлены профили и толщина донных отложений, тем самым будет уточнено происхождение озер, что особенно актуально для озер Центрально-Тунгусского плато, происхождение которых недостаточно ясно. В озерах Центрально-Тунгусского плато могут быть выявлены геохимические следы «Тунгусской катастрофы» 1908 года, что даст дополнительную информацию об этом загадочном явлении, а также может способствовать уточнению датировки верхних слоев. Результаты по реконструкции пожарных режимов будут полезны для прогнозирования пожарных обстановок, что особенно актуально для жителей Эвенкийского района, где каждое лето из-за лесных пожаров наблюдается сильное задымление, которое существенно ухудшает качество жизни. Озера Минусинской котловины являются популярными объектами летнего отдыха, поэтому новые сведения об их истории и климатически-обусловленных изменениях, полученные в ходе проекта, будут изложены в популярной форме и использованы в просветительской и образовательной сферах, в том числе в материалах заповедника «Хакасский», на чьей территории расположены несколько исследуемых озер. Аналогично, озера Центрально-Тунгусского плато расположены на территории популярного туристического объекта - государственного природного заповедника «Тунгусский», поэтому их история и особенности их экосистем, изложенные в популярной форме, войдут в информационные материалы заповедника, будут служить просветительской задаче для посетителей заповедника, учащихся и всех заинтересованных. Развитием проекта станет моделирование климатических и гидрологических процессов на исследуемой территории, сопоставление полученных в ходе выполнения проекта данных с результатами исследований соседних регионов для интеграции информации о палеоклимате Средней Сибири в общую базу данных по палеоклимату Евразии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Осуществлен ежесезонный мониторинг вертикальных профилей физико-химических характеристик водной толщи озера Шира (Северо-Минусинская котловина, Хакасия). Показано, что озеро в 2022 году было меромиктическим. Тем самым пополнен многолетний ряд данных о динамике вертикальной структуры данного озера, необходимый для выявления реакции экосистемы озера и состава донных отложений на климатические изменения. Проведены сейсмоакустические и батиметрические измерения озер Заповедное и Пеюнгда (Эвенкийский район, Красноярский край). Показано, что дно обоих озер имеет форму конических воронок с максимальной глубиной 60 и 31 м, соответственно. Выявлено, что толща донных отложений составляет 4 и 6 м, соответственно. Тем самым показано, что озеро Пеюнгда является перспективным объектом для региональных палеореконструкций климата голоцена. В керне донных отложений оз. Заповедное проведена реконструкция состояния озера и климатических вариаций на основе состава пыльцы, хирономид, диатомей и химических элементов. В период 2400-1800 лет назад условия были более холодными и влажными, что вероятно, соответствует периоду похолодания. После 1600 лет назад снижение пыльцы пихты и появление лиственницы являются признаками снижения влажности. Температура постепенно повышается, уменьшается проточность. Данный период продолжается примерно до 900 лет назад. Период 900-500 лет назад температура достигает максимума, что предположительно соответствует европейскому средневековому климатическому оптимуму. Около 500-200 лет назад есть признаки похолодания, что вероятно, соответствует Малому Ледниковому Периоду. В керне донных отложений оз. Пеюнгда проанализировано распределение хирономид и на его основе реконструирована средняя температура июля. Выявлено высокое разнообразие хирономидных сообществ. Показана вариабельность температуры июля в пределах 12.4 – 19.1° С. Показано, что температура была более низкой в период, соответствующий глубинной части керна, затем повышалась в средней части, и вновь снижалась к современному периоду. Оценен потенциал длинноцепочечных алкенонов как биохимического палео-маркера солености в озерах Северо-Минусинской котловины. Выявлено, что общее содержание алкенонов имеет колоколообразную зависимость с максимумом в районе 20 г/л. Впервые были применены индексы ненасыщенности алкенонов С40 и показано, что эти индексы коррелируют с соленостью, тем самым показана возможность применения их в качестве индикаторов солености. Молекулярно-генетическими методами выявлен таксономический состав гаптофитовых водорослей, являющихся продуцентами алкенонов. В одном озере были обнаружены гаптофитовые Группы 1а, в остальных озерах выявлены представители Группы 2w1 и Группы2i, что характерно для соленых континентальных озер умеренной зоны. В керне донных отложений озера Шира проанализировано содержание холестанола и копростанола, являющихся маркерами фекальных загрязнений. Холестанол является индикатором общего фекального загрязнения, тогда как копростанол характерен для фекалий человека. Доля копростанола увеличивалась в слоях VIII – XII вв н.э., в период расцвета государства Енисейских кыргызов, и в XVII – XIX веках в период освоения этих земель русским населением. Наибольшая доля копростанола наблюдается в современный период, что очевидно объясняется увеличением антропогенной нагрузки в результате деятельности курорта и использованием озера в качестве места для летнего отдыха. В более ранние периоды истории Хакасии, в частности, в период существования государства Енисейских кыргызов (VIII – XIII вв н.э.), увеличение доли копростанола свидетельствует о возможном увеличении человеческого присутствия в водосборном бассейне озера Шира. В пресноводных озерах Чеко и Заповедное, определён видовой состав диатомовых водорослей современных донных отложений и проведен его сравнительный анализ. Показано наличие в видовом составе широко распространенных видов, свойственных пресноводным водоемам таежной зоны на данной широте. Особенностью озера Чеко является меньшая доля планктонных видов и присутствие вида Aneumastus tusculus (Ehrenberg) D.G.Mann & A.J.Stickle, который описывается как ископаемый. Показана зависимость видового состава диатомовых водорослей от метеорологических параметров окружающей среды (температуры и количества осадков). В средствах массовой информации были сделаны сообщения: http://xn----8sbgbiflggdjj1aklp1aapuc.xn--p1ai/index.php/novosti1 https://rossaprimavera.ru/news/85c91d2c?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews%2Fsearch%3Ftext%3D https://dzen.ru/news/story/Krasnoyarskie_uchenye_zametili_snizhenie_solenosti_vozere_SHira--48f1801953c156bedf04590721b4e2f8?issue_tld=ru&lang=ru&persistent_id=221305216&story=b740a229-4d34-58a8-bbef-a555004bbef0&t=1661503545&wan=1

Публикации

1. Болобанщикова Г.Н., Палагушкина О.В., Рогозин Д.Ю. Diatom complexes in modern bottom sediments of lakes of the Central Tunguska plateau, Evenkia Contemporary Problems of Ecology, №2 (год публикации - 2023)

2. Бульхин А.О., Зыков В.В., Марченко Д.Н., Бояндин А.Н., Рогозин Д.Ю. Long-chain alkenones in the lake sediments of North-Minusinsk Basin (South Siberia): implications for paleoclimate reconstructions Limnology and Freshwater Biology, №4: 1400-1402 (год публикации - 2022)

3. Кривоногов С.К., Жданова А.Н., Солотчин П.А., Казанский А.Ю., Чегис В.В., Лью Ж., Сонг М., Жилич С.В., Рудая Н.А., Цао К., Палагушкина О.В., Назарова Л.Б., Сырых Л.С. The Holocene environmental changes revealed from the sediments of the Yarkov sub-basin of Lake Chany, south-western Siberia Geosciences Frontiers, - (год публикации - 2022)

4. Рогозин Д.Ю., Дарьин А.В., Зыков В.В., Калугин И.А., Бульхин А.О. Seasonal sedimentation in saline Lake Shira (Siberia, Russia) and meromixis: implications for regional paleoclimate reconstructions Limnology and Freshwater Biology, 2022 (4): 1547-1549 (год публикации - 2022)

5. Синнер Е.К., Бояндин А.Н., Бульхин А.О., Рогозин Д.Ю. Fecal stanoles in sediments of Lake Shira (Siberia, Russia) as a proxy of human impact on surrounding territory in late Holocene Limnology and Freshwater Biology, № 4: 1586-1587 (год публикации - 2022)

6. - Исследования озер в долине реки Верхняя Лакура на территории ГПЗ «Тунгусский» Заповедник "Тунгусский", Новости, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За отчетный период получены все запланированные результаты. Осуществлены полевые ежесезонные измерения вертикальных распределений вертикальных профилей физико-химических характеристик водной толщи озера Шира (Северо-Минусинская котловина, Республика Хакасия). Показано, что озеро Шира в 2023 году было меромиктическим водоемом. Показано, что частичное перемешивание монимолимниона было более выражено, чем в 2022 году. Тем самым пополнен многолетний ряд данных о динамике вертикальной структуры данного озера, необходимый для выявления реакции экосистемы озера и состава донных отложений на климатические изменения. Осуществлена экспедиция на заполярное озеро Ессей (Эвенкийский район Красноярского края). В ходе экспедиции впервые из данного озера были отобраны три керна донных отложений, измерены профили температуры, кондуктивности, кислорода в центральной части озера и отобраны пробы на анализ физико-химических характеристик воды. По данным измерений вертикальных профилей температуры рассчитана многолетняя динамика стабильности водной толщи озера Шира. Показано, что стабильность увеличивается в периоды подъема уровня воды. Данная закономерность позволяет использовать палеоиндикаторы стратификации озера в донных отложениях для реконструкции климатически-обусловленных колебаний уровня воды в прошлом. Анализ элементного и биохимического состава содержимого седиментационных ловушек, ежесезонно экспонируемых в озере Шира в период 2012 по 2017 гг, показал, что основные различия между компонентами седиментационного материала обусловлены сезоном и стабильностью стратификации. Вертикальное распределение фекальных станолов в отложениях озера Шира показало, что относительная доля копростанола была выше в отложениях, соответствующих периодам, когда антропогенная нагрузка в водосборном бассейне озера предположительно повышалась, а также в современный период. Полученный результат может быть полезен для выявления исторической динамики присутствия человека в водосборном бассейне озера, а также для мониторинга эффективности работы очистных сооружений. В озерах Центрально-Тунгусского плато Заповедное и Пеюнгда (Эвенкийский район Красноярского края) относительное содержание копростанола свидетельствует об отсутствии заметного вклада человека в фекальные поступления, что объясняется крайне редким пребыванием человека в окрестностях этих озер. Показано, что в донных отложениях озер Заповедное и Пеюнгда отсутствуют длинноцепочечные алкеноны, что не позволяет использовать их как биомаркер для этих озер. В донных отложениях обоих озер детектированы каротиноиды диатоксантин, аллоксантин, лютеин и зеаксантин. Неравномерное распределение каротиноидов в верхних слоях позволяет использовать их в качестве палеомаркеров изменений состава фитопланктона. По данным радиоуглеродным данным построена глубинно-возрастная модель для донных отложений озера Пеюнгда. Согласно данной модели, донные отложения керна длиной 140 см охватывают период около 4500 лет назад. Оценка вертикальных распределений активности цезия и свинца позволила датировать верхние слои донных отложений и оценить положение слоя, соответствующего Тунгусскому событию 1908 года. На основе спорово-пыльцевого анализа донных отложений озера Пеюнгда выявлены значительные перестройки растительности в завершающую фазу оптимума голоцена и в позднем голоцене. Реконструированные изменения растительности происходили синхронно с климатическими колебаниями. В более теплом климате (конец среднего голоцена и теплые фазы позднего голоцена) увеличивалось распространение древесной растительности. При кратковременных похолоданиях позднего голоцена увеличивалось распространение лесотундровых растительных формаций. Анализ диатомовых водорослей в донных отложениях озера Пеюнгда показал неоднородность их видового состава в донных отложениях. В нижней зоне отмечается присутствие холодолюбивых видов, затем возрастает доля более теплолюбивых и появляются признаки эвтрофикации. В более верхних слоях вновь отмечены признаки похолодания и перемешивания озера. В современный период видовой состав отражает более теплый и влажный климат. Построена трансферная функция, связывающая региональную среднегодовую температуру с элементным составом в керне озера Пеюнгда. С помощью данной функции была реконструирована динамика температуры воздуха в исследуемом регионе на протяжении последних 1000 лет. Выявлено повышение температуры в X веке, возможно соответствующее средневековому климатическому оптимуму, снижение температуры в районе XVI – XVII, соответствующее Малому Ледниковому периоду, а также современное потепление. В отложениях озера Пеюнгда были оценены содержания макрочастиц древесных углей размером >100 мкм. Распределение частиц было неравномерным и характеризовалось заметным максимумом в районе 1000 лет назад, а также локальными минимумами около 2000 и 3500 лет назад. В современный период не было зарегистрировано увеличения угольных частиц. Отсутствие антропогенного влияния на горимость в современный период очевидно обусловлено малой населенностью данной территории и отсутствием на ней хозяйственной деятельности. https://ksc.krasn.ru/news/Ozero_cheko/ https://poisknews.ru/biofizika/ozero-cheko-ne-yavlyaetsya-mestom-padeniya-tungusskogo-meteorita-schitayut-uchyonye-rf/ https://www.sbras.info/news/novye-svidetelstva-oprovergayut-gipotezu-chto-ozero-cheko-yavlyaetsya-mestom-padeniya https://www.rscf.ru/news/earth-sciences/novye-dannye-oprovergli-gipotezu-o-tom-chto-ozero-cheko-yavlyaetsya-mestom-padeniya-tungusskogo-mete/ https://naukatv.ru/news/vozmozhnoe_mesto_padeniya_tungusskogo_meteorita_issledovali_rossijskie_uchenye

Публикации

1. Бульхин А.О., Зыков В.В., Марченко Д.Н., Кабилов М.Р., Батурина О.А., Бояндин А.Н., Анищенко О.В., Рогозин Д.Ю. Long-chain alkenones in the lake sediments of North-Minusinsk Valley (southern Siberia): implications for paleoclimate reconstructions. Organic Geochemistry, 176, February 2023, 104541 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2022.104541

2. Бульхин А.О., Зыков В.В., Марченко Д.Н., Калугин И.А., Рогозин Д.Ю. Длинноцепочечные алкеноны в отложениях озера Утичье-3 (юг Сибири, Хакасия) как палеоиндикатор климатических изменений Сибирский экологический журнал, - (год публикации - 2024)

3. Рогозин Д.Ю., Дарьин А.В., Зыков В.В., Калугин И.А., Маркович Т.И., Бульхин А.О., Колмакова А.А. Seasonal and inter-annual sedimentation in meromictic Lake Shira (Siberia, Russia) during disturbance of meromixis Journal of Paleolimnology, V. 69: 359–380 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s10933-023-00279-8

4. Рогозин Д.Ю., Крылов П.С., Даутов А.Н., Дарьин А.В., Калугин И.А., Мейдус А.В., Дегерменджи А.Г. Морфология озер Центрально-Тунгусского плато (Красноярский край, Эвенкия): новые сведения по проблеме Тунгусской катастрофы 1908 года. Доклады РАН. Науки о Земле, Т. 510, № 1. 81-85 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S2686739722602861

5. Синнер Е.К., Бояндин А.Н., Рогозин Д.Ю. Станолы в донных отложениях озера Шира (юг Сибири) как палеоиндикатор фекальных поступлений в озеро в позднем голоцене Сибирский экологический журнал, - (год публикации - 2024)

6. - Новые свидетельства опровергают гипотезу, что озеро Чеко является местом падения Тунгусского метеорита сайт Федерального Исследовательского Центра «Красноярский научный центр», - (год публикации - )

7. - Озеро Чеко не является местом падения Тунгусского метеорита, считают учёные РФ портал «Поиск» совместно с Российской академией наук, - (год публикации - )

8. - Новые данные опровергли гипотезу о том, что озеро Чеко является местом падения Тунгусского метеорита сайт Российского Научного Фонда, - (год публикации - )

9. - Новые свидетельства опровергают гипотезу, что озеро Чеко является местом падения Тунгусского метеорита Наука в Сибири, - (год публикации - )

10. - Возможное место падения Тунгусского метеорита исследовали российские ученые Наука ТВ, - (год публикации - )