Отклик природной среды Балтийского моря на ключевые климатические события голоцена в Северной Атлантике

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 проекта 22-17-00170

НазваниеОтклик природной среды Балтийского моря на ключевые климатические события голоцена в Северной Атлантике

Руководитель Баширова Лейла Джангировна, Кандидат геолого-минералогических наук

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

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 слова Балтийское море, Северная Атлантика, реконструкция климатических изменений, голоцен, события Бонда, планктонные фораминиферы, бентосные фораминиферы, споры и пыльца растений, диатомовые водоросли, палеогеография

Код ГРНТИ39.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из наиболее серьёзных и больших вызовов современности являются вопросы и проблемы взаимодействия человека и природы именно в контексте глобальных климатических изменений, разбалансировки системы планетарного климата Земли, а также отсутствие возможности точного прогнозирования изменений климатической системы в будущем и связанных с этим последствий для природных систем и их отражения в социально-экономической сфере. В 2021 году ООН объявила программу "Десятилетие наук об океане". Программа направлена на достижение нескольких целей устойчивого развития, в частности цели 14 по сохранению и рациональному использованию океана, морей и морских ресурсов. Одним из 4 российских проектов, официально включенных в программу Десятилетия, является проект "Комплексные многодисциплинарные исследования и мониторинг экосистем Балтийского моря", исполнителями которого являются члены научного коллектива. Таким образом, на международном уровне подчёркнута необходимость изучения Мирового океана и его ключевой роли не только для человечества, но и для все планеты. В связи с подписанием Президентом РФ Указа "О мерах по реализации государственной научно-технической политики в области экологии и климата", реализацией программы "Карбоновые полигоны" (члены научной группы являются участниками проекта по созданию на территории Калининградской области карбонового полигона "Росянка" для изучения климатически активных газов), подписанием в июле 2021 г. федерального закона N 296 "Об ограничении выбросов парниковых газов" изучение климата и истории его изменений, а также проблема корреляции глобальных и региональных климатических изменений стали особенно актуальными в России. Климатическая (в т.ч. карбоновая) повестка обостряется на фоне появления, наряду с научно доказанными механизмами и взаимосвязями (например, последний доклад IPCC), большого количества спекулятивных заявлений о вкладе человека (или о полном отсутствии такового) в эти изменения. Без знания истории изменения климата и механизмов, регулирующих этих изменения, невозможны понимание современных процессов, прогноз будущих климатических изменений, а также, что особенно актуально сегодня, выработка плана действий по адаптации к этим изменениям. На более высокий уровень исследований палеоклимата планируется выйти за счет корреляции ключевых глобальных климатических событий голоцена в северо-восточной части Атлантического океана с региональными проявлениями этих событий в Балтийском регионе и использования в качестве материала для исследований уникальных осадочных разрезов (колонок) с более высокими скоростями осадконакопления, которые обеспечивают и более высокое временное разрешение палеореконструкций (что особенно актуально для Атлантики, где достаточно сложно получить разрезы с высокими скоростями осадконакопления). Такие разрезы были получены в результате морских экспедиционных исследований на осадочных дрифтах, формирующихся под воздействием придонных (контурных) течений и называющихся контуритовыми дрифтами. В северо-восточной части Атлантического океана планируются к исследованию колонки, отобранные на контуритовом дрифте Гардар и канальном контуритовом дрифте в северном канале трансформного разлома Чарли-Гиббс. Оба дрифта сформированы контурным течением Северо-восточной глубинной воды (СВГВ), являющейся частью глобального океанического конвейера. По предварительным литологическим данным скорости осадконакопления в колонках могут достигать 30 см/тыс. лет в голоцене. Это позволит провести детальные (в столетнем масштабе) реконструкции изменений палеотечения СВГВ. Сопоставление полученных реконструкций с выполненными раннее палеореконструкциями выше по течению СВГВ (центральная часть дрифта Гардар) впервые позволит оценить влияние глобальных кратковременных (в геологическом масштабе) климатических событий голоцена на распространение СВГВ в северо-восточной части Атлантического океана. Применение современных методов (рентгенофлуоресцентный анализ элементного состава, лазерный дифракционный гранулометрический анализ, анализ магнитной восприимчивости) позволит провести детальные литолого-фациальные исследования колонок донных осадков. В Балтийском море контурные течения образуются в результате затоков соленых североморских вод. В Балтике было выявлено и изучено несколько контуритовых дрифтов. Исследование этих дрифтов способствовало существенному уточнению представлений о палеогеографии региона, включая палеоклиматологию. В ходе реализации проекта впервые будет исследован контуритовый дрифт, обнаруженный нами в ходе геоакустического профилирования в 2020 году на южной периферии Восточно-Готландской впадины, на глубине 70-80 м. По определению он сложен контуритами средне-позднеголоценового возраста, что соответствует морским литориновой и постлиториновой стадиям Балтийского моря, обусловленным затоками североморских вод. По акустической структуре осадков выявлено, что скорость осадконакопления в обнаруженном дрифте достигает ~80 см/тыс. л. Это обеспечивает вековой масштаб палеореконструкций. Особая привлекательность обнаруженного дрифта, в отличие от ранее изученных, заключается в его положении на относительно небольшой глубине, где вероятность гипоксии и аноксии представляется крайне незначительной. Исследование органического вещества в колонке осадков дрифта позволит в чистом виде выявить изменчивость биопродуктивности моря и корректно сопоставить ее с климатическими изменениями. Имеющиеся и планируемые к получению данные геоакустического профилирования, заверенные геологическим опробованием, впервые позволят получить 3D-модели контуритовых дрифтов, обнаруженных в Восточно-Готландской впадине. Впервые будет выполнена детальная привязка динамики палеоиндикаторов природной среды для ландшафтных районов Калининградской области, примыкающих к Куршскому заливу, к подробным временным шкалам, основанным на серии AMS-датировок. Это позволит получить новые достоверные выводы о влиянии климатических событий голоцена на развитие природной среды в Юго-Восточной Балтике. Впервые на основе глубинно-возрастных моделей высокого разрешения будут оценены время и скорость перестройки экосистем низинных болот в верховые и сопоставлены темпы аккумуляции органического вещества в разных ландшафтных районах в калининградском секторе Юго-Восточной Балтики. Полученные данные будут интегрированы в исследования на карбоновом полигоне в Калининградской области.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кулешова Л.А., Баширова Л. Д., Смирнова Д.А. ОТРАЖЕНИЕ ХОЛОДНЫХ СОБЫТИЙ ГОЛОЦЕНА В ОСАДКАХ ДРИФТА ГАРДАР Сборник статей по материалам всероссийской научной конференции (с международным участием) «Динамика экосистем в голоцене», С. 86-89 (год публикации - 2022)

2. Пугачёва Т.Л., Пономаренко Е.П., Баширова Л.Д. Условия осадконакопления в Гданьском бассейне в позднем голоцене Сборник статей по материалам всероссийской научной конференции (с международным участием) «Динамика экосистем в голоцене», С. 134-137 (год публикации - 2022)

3. Пономаренко Е.П., Баширова Л. Д., Пугачёва Т.Л. Условия осадконакопления в районе разлома Чарли-Гиббс в позднем плейстоцене–голоцене Сборник статей по материалам всероссийской научной конференции (с международным участием) «Динамика экосистем в голоцене», С. 125-128 (год публикации - 2022)

4. Дорохова Евгения Валерьевна, Пономаренко Екатерина Петровна, Бондаренко Екатерина Александровна, Пугачева Татьяна Леонидовна, Грачева Екатерина Вадимовна, Оголихина Мария Дмитриевна, Ревунова Анна Васильевна НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ЛИТОЛОГИИ И ГЕОМОРФОЛОГИИ ГДАНЬСКОГО БАССЕЙНА БАЛТИЙСКОГО МОРЯ XI международная научно-практическая конференция «Морские исследования и образование (MARESEDU-2022)»., С. 1-5 (год публикации - 2022)

5. Дорохова Е.В., Соколов С.Ю., Пономаренко Е.П., Баширова Л.Д., Пугачёва Т.Л., Уразмуратова З.Ф. New data on sedimentary processes in the Charlie-Gibbs Fracture Zone area during the Late Pleistocene to Holocene Oceanic gateways: modern and ancient analogues and their conceptual and economic implications, С. 1-3 (год публикации - 2022)

6. Дружинина О.А., Напреенко М.Г., Напреенко-Дорохова Т.В., Голяева А., Баширова Л.Д. Water Level Fluctuations in the Middle and Late Holocene in the Curonian Lagoon, Southeastern Baltic: Results of the Macrofossil and Phytolith Analyses Hydrology, том 10, №1, 11 страниц (год публикации - 2023)
10.3390/hydrology10010011

7. Сколотнев С.Г., Санфилиппо А., Пейве А.А. .., Пономаренко Е.П. .., Пугачёва Т.Л. CRUSTAL ACCRETION ALONG THE NORTHERN MID ATLANTIC RIDGE (52°-57°N): PRELIMINARY RESULTS FROM EXPEDITION V53 OF R/V AKADEMIK SERGEY VAVILOV Ofioliti, том 48 (1), стр 13-30 (год публикации - 2023)
10.4454/ofioliti.v48i1.559

8. Пономаренко Е.П. Holocene palaeoenvironment of the central Baltic Sea based on sediment records from the Gotland Basin Regional Studies in Marine Science, том 63, страницы 102992 (1-) (год публикации - 2023)
10.1016/j.rsma.2023.102992

9. Напреенко-Дорохова Т.В., Лудикова А.В., Напреенко М.Г., Соснина И.А. Reconstructing the Holocene development of Lake Chaika as an example of wetland formation within the sand spit environment dynamics: a case study from the Curonian Spit, southeastern Baltic, Russia Russian Journal of Earth Sciences (год публикации - 2024)

10. М.О. Ульянова, В.В. Сивков, С.В. Александров, Е.С. Бубнова, А.А. Гусев, Е.В. Дорохова, Е.Е. Ежова, Т.Р. Еремина, М.В. Капустина ИССЛЕДОВАНИЯ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ В 61-м РЕЙСЕ ПС «АКАДЕМИК ИОФФЕ» (ИЮНЬ–ИЮЛЬ 2022 г.) Океанология (год публикации - 2023)

11. Дорохова Е.В., Соколов С.Ю., Пономаренко Е.П., Баширова Л.Д., Пугачёва Т.Л., Уразмуратова З.Ф., Ласкина Д.Н., Добролюбова К.О. Current-controlled sedimentation in a megatransform system: a case study of the Charlie-Gibbs Fracture Zone Geological Society Special Publications, Dorokhova E.V., Sokolov S.Yu., P. Ponomarenko E.P., Bashirova L.D., Pugacheva T.L., Urazmuratova Z.F., Laskina D.N., Dobrolyubova K.O. Current-controlled sedimentation in a megatransform system: a case study of the Charlie-Gibbs Fracture Zone // Geological Society Special Publications. 2025. Vol. 553. doi: 10.1144/SP553-2023-138 (год публикации - 2025)
10.1144/SP553-2023-138

12. Пономаренко Е.П., Пугачёва Т.Л., Кулешова Л.А. Palaeoecological Conditions in the South-Eastern and Western Baltic Sea during the Last Millennium Quaternary, Ponomarenko E., Pugacheva T., Kuleshova L. Palaeoecological Conditions in the South-Eastern and Western Baltic Sea during the Last Millennium // Quaternary. 2024. Vol. 7. № 44. doi: 10.3390/quat7040044 (год публикации - 2024)
10.3390/quat7040044

13. Ласкина Д.Н., Дорохова Е.В., Королева Ю.В. Water Content and Pb Concentrations in the Bottom Sediments Of The Gdansk Deep (South-Eastern Baltic Sea) According to the Portable X-Ray Fluorescence Analyzer Olympus Vanta C Russian Journal of Earth Sciences, Laskina, D. N., E. V. Dorokhova, and Yu. V. Koroleva (2024), Water Content and Pb Concentrations in the Bottom Sediments Of The Gdansk Deep (South-Eastern Baltic Sea) According to the Portable X-Ray Fluorescence Analyzer Olympus Vanta C // Russian Journal of Earth Sciences, 24, ES3003, https://doi.org/10.2205/2024ES000879 EDN: XVPFOK (год публикации - 2024)
10.2205/2024ES000879 EDN: XVPFOK

14. Дорохов Д.В., Дорохова Е.В., Кондрашов А.А., Полунина Ю.Ю., Сергеев А.Ю., Дудков И.Ю. Environmental Studies of the Baltic Sea on Cruise 53 of the R/V Akademik Boris Petrov Oceanology, Dorokhov D.V., E. V. Dorokhova, A.A. Kondrashov, Yu.Yu. Polunina, A.Yu. Sergeev, and I. Yu. Dudkov. Environmental Studies of the Baltic Sea on Cruise 53 of the R/V Akademik Boris Petrov // Oceanology. 2024. Vol. 64. No.3. P. 489–490. doi: 10.1134/S0001437024700152 (год публикации - 2024)
10.1134/S0001437024700152

15. Дружинана О.А., Напреенко-Дорохова Т.В., Напреенко М.Г. Mid- to late Holocene Bond events reflected in the pollen-inferred vegetation history of 3 the southeastern Baltic Sea region: a case study of the Curonian Lagoon Вестник санкт-петербургского университета. науки о земле (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе реализации проекта в 2024 году получены следующие научные результаты: Выявлены общие климатические цикличности на основе сопоставления гранулометрических параметров колонок донных осадков, отобранных в контуритовых дрифтах в С. Атлантике и в Балтике. Низкочастотная изменчивость интенсивности течения СВГВ и частоты затоков североморских вод в Балтийское море имеет период 1000-2000 лет. Она совпадает с глобальной климатической цикличностью – холодными событиями Бонда. Высокочастотная изменчивость характеризуется периодичностью 100 и 300 лет. В Балтике эта периодичность накладывается на тренд ослабления частоты и интенсивности затоков в среднем голоцене, а также проявляется на фоне слабых затоков в последнюю тысячу лет. Выявлены региональные особенности изменений палеоокеанологических условий в позднем плейстоцене–раннем голоцене в районе трансформного разлома Чарли-Гиббс. Анализ распределения индикаторов биопродуктивности позволил проследить смену выраженности сезонного контраста в поступлении органического вещества на дно – от слабо сезонных низкопродуктивных условий в позднем плейстоцене к условиям с повышенной продуктивностью и ярко выраженной сезонностью и до интервалов с более равномерным в течение года поступлением органического вещества на дно в раннем голоцене. Впервые для данного района зарегистрировано изменение геохимического состава придонных вод в начале раннего голоцена – повысилась их агрессивность по отношению к карбонатным компонентам осадка, связанная с увеличением содержания в них растворенного углекислого газа и бикарбонат-иона. Такое качественное изменение параметров среды, скорее всего, произошло в ответ на увеличение эпизодов массового таяния льда и значительного опреснения области к северу от района исследования при потеплении климата, что привело к ослаблению глубокой вертикальной конвекции и развитию «застойных» глубоководных зон. В Балтийском море выявлено, что Готландский и Гданьский дрифты расположены на разных глубинах, что обусловлено как глубиной придонных течений, так и морфологией рельефа дна. Сделан вывод, что оба контуритовых дрифта начали формироваться на начальной стадии Литоринового моря, когда скорости придонных течений были максимальными из-за повышенного градиента солености затоковых вод. В Гданьской впадине мощность донных осадков выше из-за повышенного поступления осадочного материала с берега. Сопоставление балтийских дрифтов с эрозионно-аккумулятивными системами долин зоны трансформных разломов Чарли-Гиббс показало, что тип контуритовых дрифтов определяется, главным образом, морфологией бассейнов осадконакопления и положением придонных течений. Комплексный анализ объединенного осадочного разреза, полученного в Готландском бассейне, позволил реконструировать условия осадконакопления в течение последних 7.7 кал. т. л. Отличительной характеристикой разреза является наличие пачек слоистых осадков, отражающих повторяющиеся условия гипоксии, в периоды голоценового климатического оптимума (ГКО) и современного потепления (СП). Интервалы слоистых осадков характеризуются высоким содержанием органики, соответствующим увеличению продуктивности поверхностных вод во время осадконакопления на фоне потепления климата. Высокие значения соотношений Mn/Fe и Mn/Ti отражают изменение окислительно-восстановительных условий, обусловленное периодически повторяющимися эпизодами гипоксии в придонном слое. В слоистых пачках ГКО реконструировано повышение солености, которое связано с литориновой трансгрессией ввиду изменения морфологии Датских проливов. Слоистые пачки характеризуются крайне низкими концентрациями бентосных фораминифер (БФ), исключая интервал 6.4–5.9 кал. л. н., когда также отмечено увеличение размерности частиц. Данный интервал характеризовался максимальной интенсивностью поступления соленых, насыщенных кислородом вод затоков в район отбора колонки. В остальное время усиленная стратификация способствовала развитию гипоксии в условиях интенсивного расходования кислорода на окисление больших объемов органики. Таким образом, именно продолжительные периоды повторяющейся гипоксии стали лимитирующим фактором для развития БФ. Комплексное исследование пяти коротких колонок осадков, полученных в Гданьском, Борнхольмском и Арконском бассейнах Балтийского моря, позволило реконструировать палеоэкологических условия в течение последнего тысячелетия. Осадки колонок накоплены во время двух сопоставимо теплых периодов: средневековый климатический оптимум и современной потепление, в течение которых было реконструировано увеличение продуктивности поверхностных вод. В Гданьском бассейне установлено время первичного поступления соленых вод во время литориновой трансгрессии – 7.7 тыс. кал. л. н. Повышенная активность затоков реконструирована во время Средневековой климатической аномалии, даже в Гданьском бассейне, несмотря на очень низкое количество и разнообразие фораминифер. Резко положительный индекс североатлантического колебания в этот период привел к преобладанию западных ветров, способствующих интрузиям североморских вод. Развитие растительности в юго-западной части Куршского залива в период 10300–400 кал. л.н. состояло из 12 этапов, в течение которых на изучаемой территории последовательно господствовали 5 типов растительности, соответствовавших определённым климатическим условиям. Смена этапов сопровождалась перестройками структуры растительных сообществ и ландшафта. В развитии палеосукцессий биоценозов в прибрежной зоне юго-западной части Куршского залива за период 10300–400 кал. л.н. выделено 4 этапа, отражающих смену во времени и перераспределение в пространстве трёх основных типов местообитаний: лесо-болотных комплексов, прибрежно-водных сообществ зарастающей литоральной зоны и сообществ открытого мелкого водоёма. Развитие экосистем началось в раннем голоцене (10300–9300 кал.л.н., этап 1) с олиготрофного холодного водоёма, с песчаным дном и значительной прозрачностью воды, возможно, являвшемся бухтой Анцилового озера. Этап 2 (9300–8500 кал.л.н.): уменьшение глубины и мезотрофизация водоёма, массовое распространение крупных макрофитов. Этап 3 (8500–5500 кал.л.н): нестабильность экологических условий в период литориновых трансгрессий и регрессий, чередование эпох обмеления с развитием болотных сообществ и интенсивным торфообразованием, и эпох обводнения с сапропелеобразованием в сообществах прибрежно-водных макрофитов на мелководьях. В период 6900–5500 кал.л.н. преобладал болотный режим. Этап 4 (3300–700 кал.л.н.), затопление территории в ходе постлиториновой трансгрессии (3700–2400 кал.л.н.), размыв части отложений, повторное развитие водной экосистемы: в начале – мелкого водоёма в прибрежной зоне с поясами макрофитов, затем (700–400 кал.л.н.) – открытого водоёма на удалении от берега, но с развивающимся процессом эвтрофикации.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Практическое использование результатов обусловлено возможным получением в ходе исследований новых данных о потенциальных районах месторождений глубоководных полиметаллических сульфидов в районе Срединно-Атлантического хребта и железомарганцевых конкреций в районах трансформных разломов и глубоководных впадин с низкими скоростями осадконакопления и распространения пелагических глин. Исследуемые зоны трансформных разломов (Азоро-Гибралтарский и Чарли-Гиббс). Кроме того, низкие скорости осадконакопления в некоторых изученных в ходе проекта глубоководных районах могут способствовать формированию железомарганцевых конкреций по аналогии с активно исследуемой в настоящее время зоной трансформных разломов Кларион-Клиппертон в Тихом океане (Yubko et al. 2023).