CC BY
0
Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2024. Т. 79. № 3. С. 78-88 УДК 551.345:544.02
ИЗОСКЕЙПЫ И ПАЛЕОИЗОТЕРМЫ СРЕДНЕЯНВАРСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ГОЛОЦЕНЕ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (ПО ДАННЫМ ИЗОТОПНО-КИСЛОРОДНОГО СОСТАВА ПОВТОРНО-ЖИЛЬНЫХ ЛЬДОВ)
Н.А. Буданцева1, Ю.К. Васильчук2, А.К. Васильчук3
1-3Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет
1 Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, ст. науч. сотр., канд. геогр. наук; e-mail: nadin.budanceva@mail.ru 2 Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, проф., д-р геол.-минерал. наук; e-mail: vasilch_geo@mail.ru 3 Лаборатория геоэкологии Севера, вед. науч. сотр., д-р геогр. наук; e-mail: alla-vasilch@yandex.ru
Проведено исследование голоценовых массивов с повторно-жильными льдами в пределах 16 участков на севере Западной Сибири, проанализирован возраст повторно-жильных льдов, обобщены данные по содержанию стабильных изотопов (518O и 52Н) во льду жил. Соотношение 52Н-518О и значения dexc во льду исследованных жил указывает на хорошую сохранность изотопного сигнала зимних осадков во льду, что позволяет применять значения 518О для палеотемпературных реконструкций. Установлено в целом субмеридиональное положение изоскейп (линий равных значений 518O), построенных по голо-ценовым и современным жилам, показано снижение значений 518O в жилах с запада на восток исследуемой территории. С учетом новой схемы деления голоцена показано, что в течение гренландского и первой половины северогриппианского периодов голоцена (11,4-6 тыс. кал. лет назад) среднеянварская температура воздуха (Г янв) на севере Западной Сибири варьировала в интервале от -21 до -30°С, с конца северогриппианского - в течение мегхалайского периодов голоцена (5,2-0,9 тыс. кал. лет назад) Тср янв варьировала от -24 до -27°С. Установлено близкое к современному субмеридиональное положение голоценовых среднеянварских палеоизотерм и снижение значений Тср янв с запада на восток. Показано, что в целом на севере Западной Сибири в голоцене преобладали стабильные зимние климатические условия, при этом среднеянварская температура воздуха была в среднем на 1-2°С ниже современной.
Ключевые слова: повторно-жильный лед, изотопы кислорода, изотопы водорода, радиоуглеродный возраст
DOI: 10.55959/MSU0579-9414.5.79.3.7
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на относительно небольшую продолжительность голоцена - 11,7 тыс. лет - это время отмечено значительными изменениями природной среды. В 2018 г. международной комиссией по стратиграфии принято решение о делении голоцена на 3 периода - гренландский, северогрипианский и мегхалайский. Нижняя граница гренландского периода (11,7 тыс. кал. лет назад) датирует начало голоценового потепления климата, начало севе-рогриппианского периода (8,2 тыс. кал. лет назад) соответствует переходу к кратковременному похолоданию, нижняя граница мегхалайского периода (4,2 тыс. кал. лет назад) маркирует переход к засушливым и прохладным условиям [Walker et al., 2019].
В пределах континентальной части арктической криолитозоны сингенетические повторно-жильные льды на сегодняшний день являются единственным надежным источником зимней палеотемпературной информации. Повторно-жильные льды формируются преимущественно из снега, заполняющего мо-розобойные трещины в виде талой снеговой воды.
В атмосферных осадках, особенно в высокоширотных регионах, соотношения стабильных изотопов кислорода (518О) являются надежными индикаторами температуры воздуха в период выпадения осадков [Vasil'chuk, 1991; Butzin et al., 2014; Meyer et al., 2015; Opel et al., 2018].
Соотношение 52Н-518О и значения дейтериевого эксцесса (dexc) в жильном льду рассматриваются как показатели степени изменения первичного изотопного сигнала снега (как основного источника воды для формирования жил), в процессе испарения, сублимации или смешения с водами другого происхождения.
Цель исследования - обобщение всех имеющихся данных по изотопному составу голоцено-вых датированных повторно-жильных льдов на севере Западной Сибири, оценка возможного изменения первичного изотопного сигнала снега на основе анализа имеющихся парных данных 518О и 52Н, а также рассчитанных значений d . Также целью работы является построение карт изоскейп по средним значениям 518O в голоценовых повторно-
Изоскейпы и палеоизотермы среднеянварской температуры воздуха.
79
жильных льдах и современных жильных ростках и построение карт палеоизотерм среднеянварских температур воздуха для выделенных периодов голоцена.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Полевые исследования на севере Западной Сибири проводились авторами с 1996 по 2016 г., также привлечены данные, ранее полученные Ю.К. Ва-
сильчуком. В процессе полевых работ изучены обнажения с повторно-жильными льдами (рис. 1, А), выполнен отбор жильного льда для анализа стабильных изотопов и вмещающих жилы отложений для радиоуглеродного датирования. В результате собран массив данных по восьми голоценовым полигонально-жильным структурам (ПЖЛ-1-ПЖЛ-8, см. рис. 1, Б).
Рис. 1. Район исследования и условия отбора проб на изотопный состав льда:
А - расположение района исследований на севере Западной Сибири: 1 - метеостанции (а - г. Салехард; б - ст. Марре-Сале; в - пос. Сеяха; г - пос. Новый Порт; д - пос. Гыда; е - пос. Тазовский); 2 - участки с повторно-жильными льдами (ПЖЛ) 1-16 (голоценовые жилы и современные жильные ростки); 3 - участки с современными жильными ростками (I - пос. Напалково,
II - р. Нгапкай-Яха, III - г. Ямбург); Б - стратиграфия, 14С датировки отложений с повторно-жильными льдами (ПЖЛ) исследованных авторами участков ПЖЛ 1 - ПЖЛ 8 и схемы отбора жильного льда на изотопный анализ: 1 - торф; 2 - супесь; 3 - суглинок; 4 - песок; 5 - древесные остатки; 6 - повторно-жильные льды; 7 - торфяные жилы; 8 - точки отбора льда для изотопного анализа; 9 - радиоуглеродные датировки (тыс. кал. лет назад)
Fig. 1. Study area and conditions of sampling for the ice isotope composition:
A - Location of the study area in the Northwestern Siberia; 1 - weather stations (а - Salekhard; б - Marre-Sale; в - Seyakha; г - Novy
Port; д - Gyda; е - Tazovsky); 2 - sites of studied ice wedges (IW) 1-16 (Holocene ice wedges and modern ice veinlets); 3 - sites with modern ice veinlets (I - Napalkovo settlement; II - Ngapkai-Yakha River valley; III - Yamburg town); Б - Stratigraphy, 14C dates of enclosing sediments at the ice wedge (IW) sites IW 1-IW 8 in the Northwestern Siberia and schemes of ice sampling for stable isotope analysis: 1 - peat; 2 - sandy loam; 3 - loam; 4 - sand; 5 - wood remains; 6 - ice wedges; 7 - peat wedges; 8 - sampling of ice for stable
isotope analysis; 9 - 14C dates, cal ka BP
Определения изотопного состава кислорода (518O) во льду жил, исследованных до 2010 г. (ПЖЛ 1, 2, 4-8), выполнены в лаборатории изотопной гидрологии Института водных проблем РАН, в лаборатории изотопной геологии Института геологии (г. Таллин, Эстония) и изотопной лаборатории университета г. Хельсинки (Финляндия). Определения изотопного состава кислорода и водорода (518O и 52H) выполнены в Центре изотопных исследований г. Гронингена (Нидерланды) и в изотопной лаборатории г. Ганновера (Германия). Определения 518O и 52H во льду жил участка ПЖЛ 3 были выполнены авторами в лаборатории стабильных изотопов географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Для калибровки измерений использовались международные стандарты V-SMOW, GRESP, SLAP. Погрешность определений составила ±1%о для 52Н и ±0,4%о для 518O. Дейтериевый эксцесс dexc рассчитан по формуле В. Дансгора [Dansgaard, 1964]: d = 52H - 8518O.
exc
Радиоуглеродное датирование образцов органики из вмещающих жилы отложений выполнено в Институте истории материальной культуры РАН, Геологическом институте РАН и радиоуглеродной лаборатории университета г. Хельсинки, Финляндия.
Также были проанализированы данные о возрасте и изотопном составе голоценовых повторно-жильных льдов, полученные коллегами по другим участкам (ПЖЛ 9-ПЖЛ 16). Калибровка всех приведенных в статье датировок проведена с применением программы Oxcal 4.2 на основе базы данных IntCal20 [Bronk Ramsey, 2009; Reimer et al., 2020], даты приведены в виде тысяч калиброванных лет (тыс. кал. лет) назад.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Радиоуглеродное датирование и определение возраста отложений и повторно-жильных льдов. Радиоуглеродное датирование вмещающих жилы отложений, а также AMS 14С датирование органики из жилы (участка ПЖЛ 1) позволило установить время формирования повторно-жильных льдов (см. рис. 1, Б).
По торфу, вмещающему жилы на участке ПЖЛ 1 (южный Ямал, долина р. Щучья), получены 13 14С датировок от 8,5 до 7 тыс. кал. лет, что позволяет говорить о формировании торфяника в конце гренландского - начале северогриппианского периода голоцена. 14С AMS датировка фрагмента мха из жилы (7,97 тыс. кал. лет) очень близка к датировкам по вмещающему торфу на этой же глубине (7,8 и 7,97 тыс. кал. лет), что является надежным признаком сингенетического роста жилы.
На участке ПЖЛ 2 (восточное побережье Ямала, район пос. Сеяха), по торфу над головой жилы получена 14С датировка 7,5 тыс. кал. лет, а по нижним фрагментам торфяных жил получены две одинаковые даты 10,5 тыс. кал. лет. Это позволяет говорить о формировании ледяных и торфяных жил в течение второй половины гренландского - начале северогриппианского периодов голоцена.
По торфу, перекрывающему жилу на участке ПЖЛ 3 (центральный Ямал, район пос. Бованенко-во), получены 14С датировки от 5,17 до 2,39 тыс. кал. лет, что указывает на формирование жил во второй половине голоцена, с конца северогриппианского до середины мегхалайского периодов голоцена.
На участке ПЖЛ 4 (западное побережье п-ова Ямал, район пос. Харасавэй) по торфу над ледяной жилой получена 14С датировка 10,9 тыс. кал. лет, по торфяной жиле получена датировка 10,46 тыс. кал. лет. Следовательно, около 10,5 тыс. кал. лет назад, в течение первой половины гренландского периода голоцена происходил рост повторно-жильных льдов в сформировавшейся к тому времени первой морской террасе.
Возраст жилы на участке ПЖЛ 5 (север Гыдан-ского п-ова, устье р. Нгарка-Тетнедаяха) оценивается нами как относительно молодой, не более 3-4 тыс. лет назад (мегхалайский период голоцена), на что косвенно указывает хорошо выраженная вертикально-слоистая текстура жильного льда, которая в более древних жилах слабо выражена из-за процессов метаморфизма льда.
Для участка ПЖЛ 6а (север Гыданского п-ова, устье р. Салемлекабтамбда, вторая морская терраса) наиболее достоверная датировка получена по торфу из норки грызуна - 11,4 тыс. кал. лет. Завершение активной стадии формирования массива можно отнести к 7,4 тыс. кал. лет назад, судя по датировке торфа с глубины 0,2 м, т. е. жила формировалась в течение гренландского - начале северогриппиан-ского периодов голоцена.
На участке ПЖЛ 7 (север Гыданского п-ова, район пос. Гыда) из нижней части торфяной линзы получена 14С датировка 5 тыс. кал. лет. По торфяной жиле получены 14С датировки 4,04 и 4,42 тыс. кал. лет, по включениям торфа над узкими ледяными жилами получены датировки 3,88 и 4,14 тыс. кал. лет.
Отложения на исследованных участках лайды и поймы датированы преимущественно мегхалай-ским периодом голоцена. На участке ПЖЛ 6 б (север Гыданского п-ова, лайда Карского моря) по торфу получены три 14С датировки от 4,75 до 2,4 тыс. кал. лет, соответственно, жила формировалась с конца северогриппианского - в первой половине мегха-лайского периодов голоцена. На участке ПЖЛ 8 (южный Ямал, пойма р. Еркутаяха) установлен
молодой возраст пойменных отложений: возраст торфа из грунтовой жилы с глубины 0,3 м составил 0,93 тыс. кал. лет, а скопления корешков на глубине 1,0 м датированы в 1,75 тыс. кал. лет.
В районе ст. Марре-Сале (участок ПЖЛ 9) 14С возраст автохтонных растительных остатков из вмещающих отложений жилы варьировал от 8,8 до 6 тыс. кал. лет назад (от 7,91 до 5,2 тыс. лет назад) [Слагода и др., 2012]. На основании этих датировок период формирования жил можно определить от 8,8 до 6 тыс. кал. лет назад, т. е. концом гренландского - первой половиной северогриппианского периодов голоцена.
Южнее, в районе метеостанции Виктория, исследованы жилы в линзе торфа (участок ПЖЛ 10), по которому получены датировки от 9,6 до 6,4 тыс. кал. лет. На западном берегу Бай-дарацкой губы, в низовьях р. Оюяхи по торфянику с жилами (участок ПЖЛ 11) получены 14С датировки от 9,1 до 8,4 тыс. кал. лет [Романен-ко и др., 2001]. Судя по датировкам, жилы формировались с конца гренландского - в течение первой половины северогриппианского периодов голоцена (ПЖЛ 10) и в течение гренландского периода голоцена (ПЖЛ 11).
В береговых обнажениях о. Белый исследована серия ледяных жил (участок ПЖЛ 12), возраст которых можно определить от 9,5 до 8,9 тыс. кал. лет назад (гренландский период голоцена), судя по датировкам линз и включений торфа из вмещающих отложений [Баранская и др., 2018].
В устье р. Еры-Маретаяха, север Гыданско-го п-ова, вскрыты сингенетические ледяные жилы, залегающие под слоем торфа (участок ПЖЛ 13). По вмещающим жилы отложениям получены 14С датировки 10 и 9,3 тыс. кал. лет [Облогов, 2016], что позволяет определить возраст жил гренландским периодом голоцена. На северном побережье Гыданской губы, в районе мыса Паха-Сале (участок ПЖЛ 14), в верхней части разреза по древесным остаткам из вмещающих жилы отложений получены 14С датировки 8,9 и 6,1 тыс. кал. лет [Облогов, 2016], определяющие время формирования жил с конца гренландского до первой половины северо-гриппианского периодов голоцена.
В береговом обнажении о. Сибирякова (участок ПЖЛ 15) торф, перекрывающий ледяные жилы, датирован в 10-9 тыс. кал. лет [Облогов, 2016; Опокина и др., 2010; Стрелецкая и др., 2012], что указывает на формирование жил в течение гренландского периода голоцена. Тор -фяник с повторно-жильными льдами на Пур-Тазовском междуречье (участок ПЖЛ 16) дати-
рован от 9,4 до 6,2 тыс. кал. лет [ИкЬоигауоуа й а1., 2022], возраст жил можно определить концом гренландского - первой половиной се-верогриппианского периода голоцена.
Анализ радиоуглеродных датировок по участкам ПЖЛ 1-ПЖЛ 16 показывает, что жилы можно отнести к трем возрастным диапазонам: наиболее древние жилы формировались преимущественно в течение гренландского периода голоцена, их возраст от 10,9 до 8,4 тыс. кал. лет назад, большая часть исследованных жил формировалась в течение гренландского -первой половины северогриппианского периодов голоцена - возраст этих жил между 11,4 и 6 тыс. кал. лет назад и наиболее молодые жилы формировались с конца северогриппианского -в течение мегхалайского периодов голоцена, от 5,2 до 0,9 тыс. кал. лет назад.
Вариации значений 518О в голоценовых и современных повторно-жильных льдах. Авторами обобщены данные по значениям 518О повторно-жильных льдов на всех участках (табл. 1), так как эти данные являются основной для палеотемпературных расчетов и построения карт изоскейп и палеоизотерм.
Анализ массива данных по значениям 5180 участков ПЖЛ 1-ПЖЛ 16 показывает, что в жилах голо-ценового возраста значения 5180 варьируют в диапазоне от -14,1 до -21,9%о (средние значения - от -15 до -21,4%о), при этом более высокие значения, как правило, получены по жилам, расположенным на западных участках территории, а более низкие -по жилам в восточных и северо-восточных районах. В современных жильных ростках на севере Западной Сибири значения 5180 варьируют от -16,1 до -19,5%о.
Зимние палеотемпературные реконструкции: основные подходы и результаты. Для расчета среднеянварских голоценовых палеотемператур воздуха было применено уравнение, полученное Ю.К. Васильчуком [Л^П'сЬик, 1991] на основе анализа данных по большей части российской криоли-тозоны, от северо-востока Европейской части России до востока Чукотки:
Т = 1,55180 (±3°С),
ср. янв 7 ж. рч ' 7
(1)
где Тср. янв - среднеянварская температура воздуха, 5180ж р - изотопно-кислородный состав льда современного жильного ростка. Следует отметить, что эта зависимость позволяет получить лишь приблизительные значения палеотемпературы, а допустимая погрешность ±3°С учитывает естественную изменчивость среднеянварской температуры воздуха [Васильчук и др., 2021].
Таблица 1
Значения 518О в голоценовых повторно-жильных льдах (ПЖЛ) и современных жилках
на севере Западной Сибири
Номер участка ПЖЛ (см. рис. 1, А) Число проб Минимальные Средние Максимальные
Голоценовые ПЖЛ
ПЖЛ 3 28 -18,1 -17,0 -16,2
ПЖЛ 8 14 -20,6 -19,6 -18,3
ПЖЛ 9а 10 -18,2 -15,8 -13,1
ПЖЛ 12б 10 -19 -17,7 -16,9
ПЖЛ 13в 3 -19,3 -18,6 -18,1
ПЖЛ 14в 2 -19,2 -19,2 -19,1
ПЖЛ 15г 6 -20,1 -19,2 -18,7
ПЖЛ 1 16 -20,3 -19,0 -17,4
ПЖЛ 2 13 -20,3 -19,6 -17,9
ПЖЛ 4 4 -15,9 -15,0 -14,1
ПЖЛ 5 4 -16,8 -17,5 -17,8
ПЖЛ 6а 9 -20,1 -18,5 -17,2
ПЖЛ 6б 5 -19,9 -19,5 -18,8
ПЖЛ 7 11 -19,9 -18,8 -16,9
ПЖЛ 10д 2 -16,9 -16,8 -16,7
ПЖЛ 11д 3 -17,6 -17 -16,1
ПЖЛ 16е 5 -21,9 -21,4 -20,7
Современные ледяные жилки
ПЖЛ 1 1 - -18,2 -
ПЖЛ 8 1 - -16,1 -
ПЖЛ 16е 2 -19,4 -18,9 -18,4
ПЖЛ 2 3 -18,7 -17,9 -16,6
ПЖЛ 6 1 - -19,5 -
р. Нгапкай-Яха 1 - -18,5 -
пос. Напалково - -18,0 -
г. Ямбург 1 - -18,0 -
Примечание. Изотопные данные взяты из работ: а [Облогов, 2016; Слагода и др., 2012], б [Баранская и др., 2018], в [Облогов, 2016], г [Облогов, 2016; Стрелецкая и др., 2012], д [Романенко и др., 2001], е ["ПкЬопгауоуа е1 а1., 2022].
Уравнение (1) было уточнено для региона севера Западной Сибири с учетом вариаций зимних температур воздуха, отмеченных за период регулярных метеонаблюдений (с 1930 по 2000 г.). Период 1930-1960 гг. был охарактеризован как относительно теплый в течение первой декады (1930-1940-е) с тенденцией к понижению температуры к 1960-м гг.; в конце 1960-х гг. отмечен тренд повышения температуры воздуха, которое было особенно заметным в 1990-е гг. [Васильчук, Суркова, 2020]. Для верификации уравнения были использованы средние значения 5180 в современных ледяных жилках (5180ж р) в шести точках и среднеянварские температуры воздуха (Тср янв) за 1930-1966 и 1967-2000 гг.
по ближайшим к этим точкам метеостанциям. Установлено, что коэффициент к в зависимости Т =
ср. янв
к5180 варьирует от 1,28 до 1, для 1930-1966 гг. (рис. 2, А) и от 1,33 до 1,56 - для 1967-2000 гг. (см. рис. 2, Б). Среднее значение коэффициента к в зависимости Т = к5180 за период метеонаблю-
ср. янв ж. р
дений и отбора образцов льда из жильных ростков составляет 1,4 (см. рис. 2, В). С учетом среднего значения коэффициента к для палеотемпературных реконструкций для региона севера Западной Сибири было использовано уравнение
Т = 1,45180 (±3°С).
ср. янв ж. р
ьомомозоу оеооклриу Зоикмже. 2024. Уоь. 79. N0. 3
Рис. 2. Расчетные коэффициенты зависимости Тср янв = к518Ож р для 1930-1966 гг. (А) и 1967-2000 гг. (Б): 1 - коэффициенты к; 2 - современные жильные ростки; 3 - метеостанции (I - г. Салехард (ПЖЛ 1); II - м/с Сеяха (ПЖЛ 2), III - г. Ямбург - м/с Новый Порт; V - пос. Напалково - м/с аэропорт Напалково, VI - м/с пос. Гыда (ПЖЛ 6)); В - диаграмма соотношения Т - 518О для 1930-1966 гг. (4) и 1967-2000 гг. (5)
ср. янв ж. р ^ 4 ' 4 '
Fig. 2. Ratio coefficients for the equation T 7 = &ô180.
for the periods of 1930-1966 (А) and 1967-2000 (Б):
1 - coefficients k; 2 - modern ice veinlets; 3 - weather stations (w/s) (I - IW 1 - w/s Salekhard town; II - IW 2 - w/s Seyakha settlement; III - Yamburg town - w/s Novy Port; V - Napalkovo settlement - w/s airport Napalkovo; VI - IW 6 - w/s Gyda settlement);
В - diagram of the T r - 518O,
. ratio for the 1930-1966 (4) and 1967-2000 (5)
Соотношение 52Н-518О во льду исследованных жил описывается уравнением у = 7,62х + 3,4 (Я2 = 0,95), что близко к локальной линии метеорных вод (ЛЛМВ), представляющей осадки, выпадающие преимущественно виде снега в Салехарде и на Та-зовском п-ове (52И = 7,14518О-14,7) и к глобальной линии метеорных вод (ГЛМВ) (рис. 3). Для голоце-новых ледяных жил значения ё (от 4,8 до 15%о) в
основном находятся в диапазоне значений ё для снега в Салехарде (от 2 до 9%о) и снежного покрова на Тазовском п-ове (от 9,5 до 19,5%о [Васильчук и др., 2016]) и близки к значениям ё в современных жильных ростках (3,7-14,5%о). Это позволяет предположить, что ледяные жилы формировались из зимних осадков, изотопный состав которых почти не изменен процессами сублимации и/или испарения.
5180, %о
-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_L_
X снег
Рис. 3. Соотношение 52Н-518О в голоценовых и современных ледяных жилах, а также в современных зимних осадках (снеге) на севере Западной Сибири: ГЛМВ - глобальная линия метеорных вод, ЛЛМВ - локальная линия
метеорных вод
Fig. 3. 52Н-518О ratio in Holocene and modern ice wedges, and in modern winter precipitation (snow) in the Northwestern Siberia. ГЛМВ - global meteoric water line, ЛЛМВ - local meteoric water line
Реконструкции среднеянварских температур воздуха для трех периодов голоцена. Средние значения 518О по ледяным жилам и уравнение (2) были использованы для расчетов приблизительных среднеянварских температур воздуха на севере Западной Сибири для выделенных периодов голоцена (табл. 2). Средние значения 5180 по современным жильным росткам и голоценовым
жилам севера Западной Сибири стали основой для построения карт изоскейп (линий равных значений 5180) для современных жил (рис. 4, А) и жил, формировавшихся в течение трех выделенных периодов голоцена (см. рис. 4, Б-Г). Отмечается в целом субмеридиональное положение изоскейп и снижение значений 5180 в жилах с запада на восток.
Таблица 2
Период формирования голоценовых повторно-жильных льдов (ПЖЛ) на севере Западной Сибири, средние значения 818О в ПЖЛ и реконструированная среднеянварская температура воздуха Тср янв
для трех периодов голоцена
Участок с ПЖЛ (см. рис. 1, А) 14C возраст вмещающих отложений, тыс. кал. лет назад Среднее значение 518О, % Реконструированная T ,°С А J А ср. янв' (±3оС)*
Гренландский период (10,9-8,4 тыс. кал. лет назад)
ПЖЛ 4 10,9-10,5 -15,0 -21,0
ПЖЛ 13 10,3-9,5 -18,6 -26,0
ПЖЛ 15 10-9 -19,2 -26,9
ПЖЛ 11 9,1-8,4 -18,1 -25,3
ПЖЛ 12 9,5-8,9 -17,7 -24,8
Гренландский - первая половина северогриппианского периодов (11,4-6 тыс. кал. лет назад)
ПЖЛ 2 10,5-7,5 -19,6 -27,4
ПЖЛ 1 8,5-7 -19,1 -26,7
ПЖЛ 6a 11,4-7,4 -18,5 -25,9
ПЖЛ 14 8,9-6,1 -19,2 -26,9
ПЖЛ 9 8,8-6 -15,7 -22,0
ПЖЛ 10 9,6-6,4 -16,8 -23,5
ПЖЛ 16 9,4-6,2 -21,4 -30,0
Конец северогриппианского - мегхалайский периоды (5,2-0,9 тыс. кал. лет назад)
ПЖЛ 3 5,2-2,4 -17,0 -23,8
ПЖЛ 6б 4,75-2,4 -19,5 -27,3
ПЖЛ 7 5-4 -18,8 -26,3
ПЖЛ 8 1,75-0,9 -19,6 -27,4
ПЖЛ 5 Точно не установлен -17,5 -24,5
Примечание. *Рассчитана по уравнению (2).
Для реконструкции T^ янв для гренландского периода голоцена использованы изотопные данные по жилам, датированным от 10,9 до 8,4 тыс. кал. лет. Реконструированные среднеянварские температуры варьировали от -21 до -26,9°С. Для реконструкции T янв для гренландского - первой половины северогриппи-анского периодов голоцена использованы изотопные данные по жилам, датированным 11,4-6 тыс. кал. лет. Реконструированные среднеянварские температуры варьировали от -22 до -30°С. Для реконструкции 7ф янв для конца северогриппианского - мегхалайско-го периода голоцена были использованы изотопные
данные по жилам, датированным от 5,2 до 0,9 тыс. кал. лет. Реконструированные среднеянварские температуры варьировали от -23,8 до -27,4°С.
По реконструированным значениям Т по-
Г Г ср. янв
строены карты приблизительных среднеянварских изотерм для ключевых периодов голоцена (рис. 5, Б-Г), для сравнения приведена карта современных среднеянварских изотерм (см. рис. 5, А). Можно отметить субмеридиональный характер палеоизотерм и тенденцию снижения значений Т с запада на
ср. янв
восток исследуемой территории, что характерно и для современного этапа.
Рис. 4. Приблизительное положение изоскейп по средним значениям 518O: А - в современных ледяных жилках севере Западной Сибири; Б - в жилах, датированных концом северогриппианского -мегхалайским периодами голоцена (5,2-0,9 тыс. кал. лет назад); В - в жилах, датированных гренландским - первой половиной северогриппианского периода голоцена (11,4-6 тыс. кал. лет назад); Г - в жилах, датированных гренландским периодом голоцена (10,9-8,4 тыс. кал. лет назад); 1 - изоскейпы; 2 - участок ПЖЛ
Fig. 4. Approximate isoscapes for mean 518O values: A - in modern ice veinlets in the Northwestern Siberia; Б - in ice wedges dated to the end of Northgrippian - Meghalayan stages of the Holocene, 5,2-0,9 cal ka BP; В - in ice wedges dated to Greenlandian - first half of Northgrippian stages of the Holocene, 11,4-6 cal ka BP; Г - in ice wedges dated to Greenlandian stage of the Holocene, 10,9-8,4 cal ka BP; 1 - isoscapes; 2 - ice wedge site
Рис. 5. Приблизительное положение изотерм средних значений среднеянварских температур воздуха
севера Западной Сибири:
А - современных; Б - реконструированных для конца северогриппианского - мегхалайского периодов голоцена (5,2-0,9 тыс. кал. лет назад); В - для гренландского - первой половины северогриппианского периодов голоцена (11,4-6 тыс. кал. лет назад);
Г - для гренландского периода голоцена (10,9-8,4 тыс. кал. лет назад); 1 - изотермы; 2 - среднеянварские температуры воздуха
Fig. 5. Approximate isotherms of mean January air temperature (TJ) in the Northwestern Siberia:
А - modern; Б - reconstructed for the end of Northgrippian - Meghalayan stages of the Holocene, 5,2-0,9 cal ka BP; В - for Greenlandian - first half of Northgrippian stages of the Holocene, 11,4-6 cal ka BP; Г - for Greenlandian stage of the Holocene,
10,9-8,4 cal ka BP; 1 - isotherms; 2 - T ,
5 5 5 5 mJ
Сопоставление карт палеоизотерм показало, что среднеянварские температуры на севере Западной Сибири в течение гренландского - первой половины северогриппианского периодов голоцена - интервала, который считается термическим оптимумом, так и в течение мегхалайского периода ухудшения климатических условий, были довольно близкими.
Сопоставление полученных палеоклиматиче-ских трендов для севера Западной Сибири с другими районами Арктики показывает, что в течение голоцена в одних районах отмечены более стабильные зимние климатические условия, в других зафиксирована явная тенденция повышения зимних температур воздуха от раннего к позднему голоцену. Для района низовий Колымы установлено, что
в течение голоцена среднеянварские температуры воздуха были довольно стабильными и близкими к современным, незначительное похолодание отмечено для мегхалайского периода [Vasil'chuk, Budantseva, 2022]. Для некоторых районов Северной Якутии показано, что зимние климатические условия в позднем голоцене существенно не изменились; общее ухудшение климатических условий обусловлено скорее снижением летних температур воздуха [Wetterich et al., 2009; Schwamborn et al., 2020]. Для востока Чукотки, региона дельты р. Лены и побережья Ойогосского Яра (пролив Дмитрия Лаптева) отмечена явная тенденция улучшения зимних климатических условий от раннего и среднего к позднему голоцену, при этом наиболее высокие значения зимних температур характерны для современного периода [Буданцева и др., 2020; Meyer et al., 2015; Opel et al., 2011].
ВЫВОДЫ
На севере Западной Сибири в пределах полуостровов Ямал, Гыданский и Тазовский повторно-жильные льды формировались на протяжении всего голоцена, их рост продолжается и в настоящее время. Установлено, что в пределах формирующихся торфяников повторно-жильные льды росли в течение гренландского - первой половины северогрип-
пианского периодов голоцена (между 11,4 и 6 тыс. кал. лет назад). В отложениях пойм, лайд, молодых торфяниках жилы формировались с конца северо-гриппианского - в течение всего мегхалайского периодов голоцена.
Для современных ледяных жилок отмечена устойчивая тенденция снижения значений 518О с запада на восток (от -16,1 до -19,5%о), что коррелирует с тенденцией снижения среднеянварской температуры воздуха (Т ) в этом направлении (от -22 до -26°С). ср ят
Карты изоскейп по голоценовым повторно-жильным льдам севера Западной Сибири показывают в целом субмеридиональное распределение значений 518О и их снижение с запада на восток, отмечаемое в течение каждого выделенного периода голоцена.
В течение гренландского и первой половины северогриппианского периодов голоцена (между 11,4 и 6 тыс. кал. лет назад) Тср янв варьировала приблизительно от -21 до -30°С, с конца северогриппианского - в течение мегхалайского периодов голоцена (между 5,2 и 0,9 тыс. кал. лет назад) Тср янв варьировала примерно от -24 до -27°С. Установлено субмеридиональное положение среднеянварских палеоизотерм, а также снижение значений Т с
г ' ср. янв
запада на восток для каждого выделенного периода голоцена.
Благодарности. Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда (грант №2 23-17-00082).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Баранская А.В., Романенко Ф.А., Арсланов Х.А. и др. Стратиграфия, возраст и условия формирования мно-голетнемерзлых отложений острова Белый // Криос-фера Земли. 2018. Т. XXII. № 2. С. 3-15.
Буданцева Н.А., Маслаков А.А., Васильчук Ю.К. и др. Реконструкция зимней температуры воздуха раннего и среднего голоцена по изотопному составу ледяных жил восточного побережья полуострова Дауркина, Чукотка // Лед и Снег. 2020. Т. 60. № 2. С. 251-262. БОГ 10.31857/82076673420020038.
Васильчук А.К., Буданцева Н.А., Суркова Г.В., Чижо-ва Ю.Н. О надежности палеотемпературно-изотоп-ных уравнений Васильчука и становлении изотопной палеогеокриологии // Арктика и Антарктика. 2021. № 2. С. 1-26. БОк 10.7256/2453-8922.2021.2.36145.
Васильчук Ю.К., Суркова Г.В. Верификация соотношения изотопного состава повторно-жильных льдов и температуры холодного периода за последние 80 лет на севере криолитозоны России // Метеорология и гидрология. 2020. № 11. С. 84-91.
Васильчук Ю.К., Шевченко В.П., Лисицын А.П. и др. Изотопно-кислородный и дейтериевый состав снежного покрова Западной Сибири на профиле от Томска до Обской губы // Доклады РАН. 2016. Т. 471. № 5. С. 770-775. БОГ 10.7868/8086956521635022Х.
Облогов Г.Е. Эволюция криолитозоны побережья и шельфа Карского моря в позднем неоплейстоцене -голоцене: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук / ИКЗ РАН. Тюмень, 2016. 24 с.
Опокина О.Л., Слагода Е.А., Стрелецкая И.Д. и др. Кри-олитология, гидрохимия и микробиология голоцено-вых озерных отложений и повторно-жильных льдов о-ва Сибирякова Карского моря // Природа шельфов и архипелагов Европейской Арктики. 2010. Вып. 10. С. 241-247.
Романенко Ф.А., Андреев А.А., Сулержицкий Л.Д. и др. Особенности формирования рельефа и рыхлых отложений западного Ямала и побережья Байдарацкой губы (Карское море) // Проблемы общей и прикладной геоэкологии Севера / под. ред. В.И. Соломатина. М.: Изд-во МГУ 2001. С. 41-68.
Слагода Е.А., Опокина О.Л., Рогов В.В., Курчатова А.Н. Строение и генезис подземных льдов в верхнеплей-стоцен-голоценовых отложениях мыса Марре-Сале (Западный Ямал) // Криосфера Земли. 2012. Т. 16. № 2. С. 9-22.
Стрелецкая И.Д., Васильев А.А., Слагода Е.А. и др. Полигонально-жильные льды на острове Сибирякова (Карское море) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2012. № 3. С. 57-63.
Bronk Ramsey C. Bayesian analysis of radiocarbon dates, Radiocarbon, 2009, vol. 51(1), p. 337-360.
Butzin M., Werner M., Masson-Delmotte V. et al. Variations of oxygen-18 in West Siberian precipitation during the last 50 years, Atmos. Chem. Phys, 2014, vol. 14, p. 58535869, DOI: 10.5194/acp-14-5853-2014.
Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation, Tellus, 1964, vol. 16, p. 436-468.
Meyer H., Opel T., Laepple L. et al. Long-term winter warming trend in the Siberian Arctic during the mid- to late Holocene, Nature Geoscience, 2015, vol. 8, p. 122-125, DOI: 10.1038/NGE02349.
Opel T., Dereviagin A.Y., Meyer H. et al. Palaeoclimatic information from stable water isotopes of Holocene ice wedges on the Dmitrii Laptev Strait, northeast Siberia, Russia, Permafrost and Periglacial Processes, 2011, no. 22, p. 84-100, DOI: 10.1002/ppp.667.
Opel T., Meyer H., Wetterich S. et al. Ice wedges as archives of winter paleoclimate: A review, Permafrost and Periglacial Processes, 2018, vol. 29(3), p. 199-209, DOI: 10.1002/ppp.1980.
Reimer P.J., Austin W.E.N., Bard E. et al. The IntCal20 Northern Hemisphere radiocarbon age calibration curve (0-55 cal kBP), Radiocarbon, 2020, vol. 62, no. 4, p. 725-757, DOI: 10.1017/RDC.2020.41.
Schwamborn G., Manthey C., Diekmann B. et al. Late Quaternary sedimentation dynamics in the Eenchime-Sala-
atinsky Crater, Northern Yakutia, Arktos, 2020, vol. 6(1), p. 75-92, DOI: 10.1007/s41063-020-00077-w.
Tikhonravova Ya., Slagoda E., Butakov V. et al. Isotopic composition of heterogeneous ice wedges in peatlands of the Pur-Taz interfluve (northern West Siberia), Permafrost and Periglacial Processes, 2022, vol. 33(2), p. 114-128, DOI: 10.1002/ppp.2138.
Vasil'chuk Y.K. Reconstruction of the palaeoclimate of the Late Pleistocene and Holocene of the basis of isotope studies of subsurface ice and waters of the permafrost zone, Water Resources, 1991, vol. 17(6), p. 640-647.
Vasil'chuk Y.K., BudantsevaN.A. Holocene ice wedges of the Kolyma Lowland and January paleotemperature reconstructions based on oxygen isotope records, Permafrost and Periglacial Processes, 2022, vol. 33(1), p. 3-17, DOI: 10.1002/ppp.2128.
Walker M., HeadM.J., Lowe J. et al. Subdividing the Holocene Series/Epoch: formalization of stages/ages and sub-series/subepochs, and designation of GSSPs and auxiliary stratotypes, Journal of Quaternary science, 2019, vol. 34, no. 3, p. 173-186, DOI: 10.1002/jqs.3097.
Wetterich S., Schirrmeister L., Andreev A.A. et al. Eemian and Late Glacial/Holocene palaeoenvironmental records from permafrost sequences at the Dmitry Laptev Strait (NE Siberia, Russia), Palaeogeography, Palaeoclima-tology, Palaeoecology, 2009, no. 279, p. 73-95, DOI: 10.1016/j.palaeo.2009.05.002.
Поступила в редакцию 20.10.2023 После доработки 05.12.2023 Принята к публикации 14.02.2024
ISOSCAPES AND PALEOISOTHERMS OF THE HOLOCENE MEAN JANUARY AIR TEMPERATURE IN THE NORTHWESTERN SIBERIA (BASED ON STABLE OXYGEN ISOTOPE COMPOSITION OF ICE WEDGES)
N.A. Budantseva1, Yu.K. Vasil'chuk2, A.C. Vasil'chuk3
1-3 Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography
1 Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography Senior Scientific Researcher, Ph.D. in Geography; e-mail: nadin.budanceva@mail.ru 2 Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography, Professor,
D.Sc. in Geology and Mineralogy; e-mail: vasilch@geol.msu.ru 3 Laboratory of Geoecology of the North, Leading Scientific Researcher, D.Sc. in Geography; e-mail: alla-vasilch@yandex.ru
Holocene ice wedges at 16 sites in the Northwestern Siberia were studied, the age of ice wedges was determined, and stable isotope data (518O and 52Н values) for all studied ice wedges have been summarized. The 52H-518O ratio and the dxc values for ice wedge ice indicate good preservation of the isotope signal of winter precipitation in ice, which allows to use the obtained 518O values for paleotemperature reconstructions. The isoscapes (lines of equal 518O values) created for the Holocene ice wedges and modern ice veinlets are generally submeridional; the 518O values decrease from west to east of the study area. Taking into account a new Holocene tripartite division scheme it was shown that the mean January air temperature (TmJ) in the Northwestern Siberia ranged approximately from -21 to -30°С during Greenlandian and the first half of the Northgrippian stage of the Holocene (11,4 to 6 cal ka BP) and approximately from -24 to -27°С from the end of the Northgrippian - to the Meghalayan stage of the Holocene (5,2 to 0,9 cal ka BP). The Holocene isotherms are close to the modern sub-meridional position and show an eastward decrease in T^ values. Winter climatic conditions in the Northwestern Siberia were generally stable during the Holocene, meanwhile TmJ was on average 1-2°C lower than modern ones.
Keywords: ice wedges, oxygen isotopes, hydrogen isotopes, radiocarbon age
Acknowledgments. The research was financially supported by the Russian Science Foundation (grant 23-17-00082).
REFERENCES
Baranskaya A.V, Romanenko F.A., Arslanov H.A. et al. Perennially frozen deposits of Beliy Island: stratigraphy, age, deposi-tional environments, Earth's Cryosphere, 2018, vol. XXII(2), p. 3-15, DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2018-2(3-15). Bronk Ramsey C. Bayesian analysis of radiocarbon dates,
Radiocarbon, 2009, vol. 51(1), p. 337-360. Budantseva N.A., Maslakov A.A., Vasil'chuk Yu.K. et al. Rekonstruktsiya zimnej temperatury vozdiha rannego i srednego golotsena po izotopnomu sostavu ledyanyh zhil vostochnogo poberezhiya poluostrova Daurkana, Chu-kotka [Winter air temperature in the early and middle Holocene on the eastern coast of Daurkin Peninsula, Chu-kotka, reconstructed from stable isotopes of ice wedges], Led i Sneg, 2020, vol. 60(2), p. 251-262, DOI: 10.31857/ S2076673420020038. (in Russian) Butzin M., Werner M., Masson-Delmotte V. et al. Variations of oxygen-18 in West Siberian precipitation during the last 50 years, Atmos. Chem. Phys, 2014, vol. 14, p. 5853-5869, DOI: 10.5194/acp-14-5853-2014. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation, Tellus, 1964,
vol. 16, p. 436-468. Meyer H., Opel T., Laepple L. et al. Long-term winter warming trend in the Siberian Arctic during the mid- to late Holocene, Nature Geoscience, 2015, vol. 8, p. 122-125, DOI: 10.1038/NGEO2349. Oblogov G.E. Evolyuciya kriolitozony poberezh'ya i shel'fa Karskogo morya v pozdnem neoplejstocene - golocene [Evolution of permafrost of the Kara Sea coast and shelf in Late Pleistocene and Holocene], Ph.D. Thesis, 2016, p. 144 p. (in Russian) Opel T., Dereviagin A.Y., Meyer H. et al. Palaeoclimatic information from stable water isotopes of Holocene ice wedges on the Dmitrii Laptev Strait, northeast Siberia, Russia, Permafrost and Periglacial Processes, 2011, vol. 22, p. 84-100, DOI: 10.1002/ppp.667. Opel T., Meyer H., Wetterich S. et al. Ice wedges as archives of winter paleoclimate: A review, Permafrost and Periglacial Processes, 2018, vol. 29(3), p. 199-209, DOI: 10.1002/ppp.1980. Opokina O.L., Slagoda E.A., Streletskaya I.D. et al. [Cryo-lithology, hydrochemistry and microbiology of Holocene lake and ice wedge ice of the Sibiryakov Island of Kara Sea], Priroda shel'fov i arhipelagov Evropejskoj Arktiki [The nature of the shelves and archipelagos of the European Arctic], 2010, iss. 10, p. 241-247. (in Russian) Reimer P.J., Austin W.E.N., Bard E. et al. The IntCal20 Northern Hemisphere radiocarbon age calibration curve (0-55 cal kBP), Radiocarbon, 2020, vol. 62(4), p. 725757, DOI: 10.1017/RDC.2020.41. Romanenko F.A., Voskresenskiy K.S., Tarasov P.E. et al. [The relief and loose sediments forming features on the Western Yamal and Baydaratskaya Bay coast (Kara Sea)], Problemy obshchej i prikladnoj geoekologii Severa [Problems of general and applied geoecology of the North], V.I. Solomatin (ed.), Moscow, MSU Publ., 2001, p. 41-68. (in Russian) Schwamborn G., Manthey C., Diekmann B. et al. Late Quaternary sedimentation dynamics in the Eenchime-Salaat-
insky Crater, Northern Yakutia, Arktos, 2020, vol. 6(1), p. 75-92, DOI: 10.1007/s41063-020-00077-w. Slagoda E.A., Opokina O.L., Rogov VV, Kurchatova A.N. Stroenie I genesis podzemnyh ldov v verhnepleistotsen-golotsenovyh otlozheniyah mysa Marre-Sale (Zapadnyj Yamal) [Structure and genesis of the underground ice in the Neopleistocene-Holocene sediments of Marre-Sale Cape, Western Yamal], Kriosfera Zemli, 2012, vol. XVI(2), p. 9-22. (in Russian) Streletskaya I.D., Vasiliev A.A., Slagoda E.A. et al. Poligo-nalno-zhilnye ldy na ostrove Sibiryakova (Karskoe more) [Polygonal ground-ice wedges on the Sibiryakov Island (the Kara Sea)], Vestn. Mosk. un-ta, Ser. 5, Geogr., 2012, vol. 3, p. 57-63. (in Russian) Tikhonravova Ya., Slagoda E., Butakov V. et al. Isotopic composition of heterogeneous ice wedges in peatlands of the Pur-Taz interfluve (northern West Siberia), Permafrost and Periglacial Processes, 2022, p. 1-15, DOI: 10.1002/ppp.2138. Vasil'chuk Y.K., Shevchenko VP., Lisitzin A.P. et al. Oxygen isotope and deuterium composition of snow cover on the profile of Western Siberia from Tomsk to the Gulf of Ob, Doklady Earth Sciences, 2016, vol. 471(2), p. 12841287, DOI: 10.1134/S1028334X1612014X. Vasil'chuk Y.K., Surkova G.V Verification of the relationship between the isotopic composition of ice wedges and cold-season temperature over the recent 80 years in the northern permafrost zone of Russia, Russian Meteorology and Hydrology, 2020, vol. 45(11), p. 791-796, DOI: 10.3103/S1068373920110060. Vasil'chuk A.C., Budantseva N.A., Surkova G.V., Chizho-va Ju.N. O nadezhnosti paleotemperaturno-izotopnyh uravnenij Vasilchuka i stanovlenii izotopnoj paleogeokrio-logii [On the reliability of Vasil'chuk's paleotemperature-isotopic equations and the formation of isotopic paleogeo-cryology], Arktika i Antarktika, 2021, vol. 2, p. 1-25, DOI: 10.7256/2453-8922.2021.2.36145. (in Russian) Vasil'chuk Y.K. Reconstruction of the palaeoclimate of the Late Pleistocene and Holocene of the basis of isotope studies of subsurface ice and waters of the permafrost zone, Water Resources, 1991, vol. 17(6), p. 640-647. Vasil'chuk Y.K., Budantseva N.A. Holocene ice wedges of the Kolyma Lowland and January paleotemperature reconstructions based on oxygen isotope records, Permafrost and Periglacial Processes, 2022, vol. 33(1), p. 3-17, DOI: 10.1002/ppp.2128. Walker M., Head M.J., Lowe J. et al. Subdividing the Ho-locene Series/Epoch: formalization of stages/ages and subseries/subepochs, and designation of GSSPs and auxiliary stratotypes, Journal of Quaternary science, 2019, vol. 34(3), p. 173-186, DOI: 10.1002/jqs.3097. Wetterich S., Schirrmeister L., Andreev A.A. et al. Eemian and Late Glacial/Holocene palaeoenvironmental records from permafrost sequences at the Dmitry Laptev Strait (NE Siberia, Russia), Palaeogeography Palaeoclima-tology, Palaeoecology, 2009, vol. 279, p. 73-95, DOI: 10.1016/j.palaeo.2009.05.002.
Received 20.10.2023 Revised 05.12.2023 Accepted 14.02.2024
