ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 1, с. 141-145
УДК 550.4:543.427.4:548.732:621.384.665
РЕКОНСТРУКЦИЯ УРОВНЯ оз. ШИРА ЗА ПОСЛЕДНИЕ 1500 ЛЕТ НА ГОДОВОЙ ВРЕМЕННОЙ ШКАЛЕ (ПО ДАННЫМ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО МИКРОАНАЛИЗА НА ПУЧКАХ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ)
© 2015 г. A. В. Дарьин1, И. А. Калугин1, М. А. Максимов2, Д. Ю. Рогозин3, Я. В. Ракшун4, Ф. А. Дарьин4, Д. С. Сороколетов4
E-mail: darin@ngs.ru
Разработаные методики количественной реконструкции изменения уровня соленых озер в позднем голоцене по данным высокоразрешающего рентгенофлуоресцентного микроанализа на пучках синхротронного излучения позволили построить уникальную палеореконструкцию для озера Шира за последние 1500 лет на абсолютной временной шкале с годовым разрешением. Для построения временной модели осадконакопления применены методы варвохронологии (подсчет годовых слоев в донных осадках), что позволило оценить "резервуарный эффект", вносящий погрешность в датировки донных осадков оз. Шира в связи с привносом в озеро "древнего" углерода. Полученные результаты позволяют подходить к количественным оценкам тенденций и трендов аридизации в регионе Южной Сибири в период позднего голоцена.
DOI: 10.7868/S0367676515010111
ВВЕДЕНИЕ
В центральной части соленого меромиктиче-ского озера Шира (Хакасия) в 2009—2011 гг. были подняты керны современных донных илов, имеющие тонкую ритмичную слоистость, заключающуюся в чередовании светло-серых, темных и черных слоев. Ранее проведенные исследования показали, что слоистые осадки озера содержат годовые слои (варвы), пригодные для оценки скорости осадконакопления на разных участках керна [1].
Детальное микростратиграфическое исследование внутреннего строения годовых слоев в слое современных осадков, отвечающих временному интервалу 1977—1993 гг., позволило выделить геохимические маркеры начала и конца годового цикла осадкообразования и найти устойчивую связь микроэлементного состава осадков и внешних погодно-климатических условий [2]. Термодинамические расчеты показали, что наличие характерных белых слоев в осадке определяется повышенными содержаниями карбонатов и связано
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
2 Карлов Университет, Прага, Чешская Республика.
3 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск.
4 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
с повышением солености озера, обусловленного понижением его уровня [3].
Таким образом, имеющийся материал позволяет сделать предположение, что озеро Шира является хорошим объектом для детальной реконструкции климатических изменений последних тысячелетий по двум условиям. Первое — донные осадки озера имеют годовую слоистость, что позволяет строить абсолютную временную шкалу. Второе — имеется количественная зависимость литолого-геохимических характеристик донных отложений от внешних условий осадкообразования (уровень озера). Имеющиеся данные позволили перейти к построению количественной реконструкции уровня озера высокого временного разрешения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для сканирующего микроанализа были подготовлены образцы из керна донных осадков Ши-ра-2009, длина керна 155 см. Подготовка образцов из влажного керна проводилась путем лиофильной сушки и насыщения полимером (эпоксидная смола) по методике [4]. Из полученных твердых препаратов выпиливались пластины толщиной 2 мм с плоскопараллельными полированными поверхностями. Сканирующий микроанализ проводился на экспериментальной станции "Элементный анализ", установленной на канале № 3 вывода излучения из накопителя ВЭПП-3 (Сибирский центр синхротронного и терагерцевого излучения,
19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
WC—LOI— K — Ca —Ti —Mn — Fe —Ni — Zn—Ga— As — Br —Rb — Sr —Y — Zr — Nb—Mo — Co/Inc
Co/Inc
WW*
fi iWH
Mo
Nb
t=
Zr
Y
Sr
Rb
»"«iMfr......» ^.....у^^ии^нДЦи^)
Br
utr л
iiii ......р^Нм^Ж'У^^
As Ga
Zn Ni
Fe
Mn Ti
Рис. 1. Распределение геохимических маркеров вдоль керна Шира-2009.
ИЯФ СО РАН, Новосибирск). На энергии возбуждения 22 кэВ были получены профилограммы распределения микроэлементов К, Са, Т1, V, Сг, Мп, Fe, N1, Си, 2п, Ga, Аз, Вг, Rb, Sr, У, 2г, Nb вдоль всего керна донных осадков с пространственным разрешением 0.5 мм по методикам, описанным в [5, 6]. Всего было сканировано 1320 мм осадка, снято 2640 спектров. Полученные результаты представлены на рис. 1.
ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ ШКАЛЫ
Для создания трансферной функции и пересчета литолого-геохимических характеристик осадка
в восстановленные климатические данные требуется построения временной модели: глубина осадка — возраст.
Для датировки верхней части использованы данные по активности изотопа 137Cs, маркирующего слой осадка 1961—63 гг. (глобальные выпадения после испытаний термоядерного оружия на Новоземельском полигоне). Для датировок по глубине керна использовались данные ускорительной масс-спектроскопии (УМС) 14C, полученные в Познаньской лаборатории (Radiocarbon Laboratory Poznan, Poland) и в Центре коллективного пользования "Геохронология кайнозоя" (ИАЭТ СО РАН, Новосибирск).
0
РЕКОНСТРУКЦИЯ УРОВНЯ оз. ШИРА ЗА ПОСЛЕДНИЕ 1500 ЛЕТ
143
Для варвохронологии были выделены 8 интервалов по глубине керна, на которых проводился подсчет слоев по фотографиям исходного керна и оптическим шлифам. По количеству подсчитанных годовых слоев оценивалась средняя скорость осадконакопления на выделенном интервале керна. В табл. 1 представлены полученные результаты.
Сравнение полученных результатов показало, что данные УМС 14С требуют корректировки на так называемый "резервуарный эффект" на 1275 лет. Наличие "резервуарного эффекта" в осадках оз. Шира, по нашему мнению, связано с поставками в воду озера древнего углерода с карбонатных толщ, расположенных на территории водосбора, аналогично ситуациям описанным в [7].
На рис. 2 представлена итоговая временная модель (глубина керна — возраст осадка).
Таблица 1. Оценки скорости осадконакопления на разных интервалах керна Шира-2009
Глубина керна, мм 0
♦
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
• АМЗ_Ро2пап ▲ AMS_GHC_1
♦ AMS_GHC_2 ■ СБ-137
— Варвы
д|||||||||||||||| |||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| |||||||||||||||||ц|| ||||||||||||||||иТ|
0 200 600 1000 1400 1800 2200 2600
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 Годы, до н. в.
Рис. 2. Временная модель для керна донных осадков оз. Шира, построенная по данным варвохронологии и изотопным анализам 137С8 и АМ8 14С.
Цвет осадка Начало и конец интервала в мм, от границы вода—осадок Скорость осадконакопления, мм/год
Темный 0-130 2
Светлый 149-187 0.95
Темный 298-348 0,625
Светлый 388-451 0.63
Темный 731-777 0.575
Светлый 812-937 0.93
Темный 1037-1090 0.565
Светлый 1321-1406 0.59
ПОСТРОЕНИЕ ТРАНСФЕРНОЙ ФУНКЦИ
Для построения трансферной функции, связывающей уровень озера и литолого-геохимиче-ские индикаторы, были отобраны те из них, которые имеют значимую корреляцию с реконструируемым параметром на интервале обучения (1910—1985 гг.). Интервал обучения был ограничен 1985 г. в связи с резко возросшим в последние годы антропогенным влиянием на состояние озера. При этом учитывалось, чтобы размах варьирования на интервале обучения составлял не менее 80% от размаха варьирования на интервале реконструкции. Соблюдение данного критерия позволяет обосновано говорить о сходности современных и реконструируемых условий осадкообразования. Данные об уровне озера, взятые из [8] были сопоставлены с геохимическими индикаторами и методом множественной регрессии была построена трансферная функция. Пример сравнения инструментальных и исторических данных об уровне оз. Шира с профилем содержания стронция представлен на рис. 3. В табл. 2 представлены данные о
356
я р
о м
м 354
е н в о
£ 352
ад
н
а
8 350 с ы В
348
- 3000
[-I
2000 щ
ие
н
а
* р
1000 § Со
500
2500
1500
1890
0
1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Годы
Рис. 3. Сравнение инструментальных и исторических данных об уровне оз. Шира с профилем содержания стронция на интервале керна донных осадков, соответствующем 1910—2010 гг. н. э.
^ 356 ря, 355
о
м354 ем
не353 в
& 352 ур
ад 351 | 350
сот349 Вы348 347
^уе1_гесот1г
-Еггог+
-----Еггог-
—--Leve1 Shira
......................................................................................................................................................
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Годы
Рис. 4. Реконструкция уровня оз. Шира за последние 1500 лет, рассчитанная методом множественной регрессии по ли-толого-геохимическим индикаторам.
коэффициентах корреляции выбранных индикаторов с метео данными об уровне озера.
ПОСТРОЕНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ УРОВНЯ оз. ШИРА
Данные по распределению литолого-геохими-ческих индикаторов вдоль образцов керна Шира-2009 на глубине 0-1320 мм, полученные с шагом 0.5 мм, были пересчитаны во временные ряды на интервале 500-2000 г. н. э. с использованием итоговой временной модели. Шаг сканирования (0.5 мм) составляет от 1 до 0.25 года, таким образом, временное разрешение полученных рядов менее 1 года.
Затем с использованием полученной транс -ферной функции на всю глубину опробования керна была построена реконструкция уровня оз. Шира для временного интервала 500-2000 гг. н. э. с годовым временным разрешением (рис. 4).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применены методы варвохронологии для построения временной модели осадконакопления в оз. Шира. Оценен "резервуарный эффект", вносящий погрешность в датировки донных осадков оз. Шира в связи с привносом в озеро "древнего" углерода.
Разработаны методики количественной реконструкции изменения уровня соленых озер в позднем голоцене по реакции литологических свойств и геохимического состава донных
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.