ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 440, № 4, с. 533-535
ГЕОГРАФИЯ
УДК 551.583.3
СЕЗОННЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОЗДНЕМ ПЛЕЙСТОЦЕНЕ ПО б18^ ЗУБНОЙ ЭМАЛИ ИСКОПАЕМОГО БИЗОНА (СРЕДНИЙ УРАЛ, РОССИЯ)
© 2011 г. Т. А. Веливецкая, член-корреспондент РАН Н. Г. Смирнов, А. В. Игнатьев, С. И. Кияшко, А. И. Улитко
Поступило 25.04.2011 г.
Реконструкция динамики распределения тепла и влаги по сезонам остается до настоящего времени наиболее трудной задачей палеоклиматологии четвертичного периода. Исследования изменений состава фауны и растительности дают лишь качественные представления о вариациях среднегодовых показателей температуры и влажности. Естественным архивом данных о сезонных характеристиках континентального климата могут служить минеральные структуры скелета ископаемых организмов, последовательно формировавшиеся на протяжении жизни индивидуума и сохраняющие геохимические показатели условий окружающей среды. В данной работе мы попытались выявить временные вариации изотопного состава кислорода в эмали зубов крупного ископаемого млекопитающего и на их основе оценить контрастность сезонного температурного режима во время последнего ледникового максимума (ПЛМ).
У крупных теплокровных животных массой тела более 100 кг изотопный состав кислорода гид-роксиапатита, слагающего скелетные элементы, определяется главным образом изотопным составом воды из окружающей среды (818ОВОС), поступающей с питьем и пищей [1—3]. В свою очередь, величины 818ОВОС на континентах коррелируют с температурой воздуха [4, 5]. Ранее было показано, что слои зубной эмали крупных плейстоценовых травоядных млекопитающих являются наиболее сохранным и информативным архивом изотопных палеоклиматических данных [6, 7].
Материалом для исследования послужили зубы из нижней челюсти бизона Bison priscus Bojan-
Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской Академии наук, Екатеринбург
Институт биологи моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток
us, 1827 (№ 528/45330), найденной вместе с другими фрагментами черепа в четвертичных отложениях Среднего Урала (56°23' с.ш., 57°37' в.д.) в ходе раскопок 2003 г. в гроте Бобылек [8]. Радиоуглеродные датировки костных остатков из отложений, непосредственно перекрывающих слой с находкой челюсти бизона, дали возраст 14200 ± ± 400 лет (ИЭРЖ-164, тазовая кость шерстистого носорога) и 16 720 ± 365 лет (ИЭРЖ-142, ребро мамонта). Для слоя, лежащего ниже находки челюсти бизона, получены радиоуглеродные даты 23470 ± 150 лет (OxA-11297) и 23700 ± 40 лет (Ox-11298). Таким образом, исследованные фрагменты костей бизона датируются временным интервалом от 17 до 23 тыс. лет назад и с уверенностью могут быть отнесены ко времени ПЛМ.
Профили вариаций изотопного состава кислорода карбонатной составляющей гидроксиапати-та (818Окарб) последовательных приростов зубной эмали получены для моляров М1, М2 и М3 и пре-моляров Р3 и Р4 (рис. 1а). Образцы отбирали бурением на поверхности эмали серии бороздок. Бороздки шириной 1—2 мм расположены перпендикулярно к линии роста зуба и следуют друг за другом от шейки до верхушки коронки зуба (рис. 1б). Изотопный анализ проб выполнен в ДВГИ ДВО РАН с использованием высоковакуумной системы для разложения сверхмалых проб минералов в фосфорной кислоте [9] и изотопного масс-спектрометра Finnigan MAT 253. Результаты измерений S18O даны в отношении к международному стандарту VSMOW, погрешность ±0.1%с.
Общий диапазон вариаций S^O^pg всех образцов зубной эмали бизона составил 5.4%: от 15.5% до 20.9% (рис. 2). Выраженный синусоидальный характер вариаций S^O^g повторяется в каждом из исследованных зубов, за исключением моляра М1, формирование которого происходит у современных представителей рода Bison еще в утробе матери [10]. Данные о вариациях S^O^^, полученные для отдельных зубов, были скомпонованы в единый временной график (рис. 2) с учетом известной временной последовательности формирования зубов и скорости их роста у совре-
534
ВЕЛИВЕЦКАЯ и др.
Рис. 1. Зубы нижней челюсти бизона Bison priscus Bojanus из четвертичных отложений Среднего Урала. а — моляры М1, М2, М3 и премоляры Р3 и Р4, из которых были отобраны образцы зубной эмали для изотопного анализа кислорода, б — пример отбора последовательных приростов зубной эмали для М3 от шейки к верхушке коронки зуба и соответствующий изотопный профиль 518Окарб гидроксиапатита.
менных бизонов [10]. Полученный ход изотопных вариаций отразил сезонные циклы, в которых наименьшие значения 818Окарб соответствовали зимнему периоду, а наибольшие — летнему.
Известно, что длительная последующая минерализация (до 6 мес) сформированных приростов зубной эмали ведет к существенному нивелированию сезонной амплитуды изотопной записи в зубах бизона [11, 12]. С учетом поправки на этот эффект [11] диапазон сезонных вариаций 818Окарб эмали зубов исследованного бизона был от 13.7%о летом до 23.1% зимой. Ранее для современных бизонов была определена зависимость между величинами 818Окарб гидроксиапатита зубов и значениями 818ОВОС воды, получаемой животными из
8 Oкарб,
24 г
T °С
J возд ^
- 10
22 -
20 18 16 14
- 5
- 0
-5
-10
-15
-20
-25
Весна Лето Осень Зима Весна Лето
Время от рождения бизона, сезоны
Рис. 2. Временная последовательность вариаций 518Окарб гидроксиапатита, составленная из отдельных изотопных профилей для моляров М1, М2, М3 и премоляров Р3 и Р4, расположенных на временной шкале в соответствии с периодами их формирования. Пунктирной линией соединены значения 5 О, корректированные на эффект минерализации.
окружающей среды [13]. Используя уравнение этой зависимости [13], мы оценили сезонный диапазон колебаний 818О атмосферных осадков в районе обитания животного в пределах от —23.4% зимой до —10% летом.
Полученные данные 818О атмосферных осадков были сопоставлены со значениями температуры окружающего воздуха на основе корреляционной зависимости между температурой и изотопным составом кислорода атмосферных осадков для высоких широт [4]. Мы оценили сезонный диапазон колебаний температуры атмосферного воздуха в пределах от —25°С зимой до +10°С летом (рис. 2). Реконструированные значения палеотемператур соответствуют современному климату южной части полуострова Ямал. По сравнению с современными температурами Среднего Урала температуры в позднем плейстоцене были ниже зимой на 9°С и летом на 7°С, что уточняет представления о климатических характеристиках района, основанных на палеотериологических данных. Последние ясно указывают не столько на низкие температуры, но на условия дефицита влаги. Об этом свидетельствуют как состав, так и структура фауны млекопитающих из слоев с остатками бизона. Всего там обнаружены костные остатки четырнадцати видов млекопитающих. Все они или их потомки обитали в открытых пространствах тундр, степей или полупустынь. Среди крупных животных это лошадь, северный олень, шерстистый носорог, мамонт, овцебык, песец, донской заяц. Среди мелких млекопитающих преобладали остатки узкочерепных полевок, степных пеструшек, копытных леммингов. Самыми малочисленными были зубы желтой пеструшки и настоящих леммингов. Обнаружены единичные остатки полевок рода Ое&йопошуз. Из всех перечисленных животных только последние могут ассоциироваться с растительностью, в которой присутствует древесный компонент.
Таким образом, по совокупности изотопных и палеофаунистических данных можно реконструировать палеоклиматическую обстановку на Сред-
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 440 № 4 2011
СЕЗОННЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОЗДНЕМ ПЛЕЙСТОЦЕНЕ
535
нем Урале в ледниковую фазу позднего плейстоцена. Сезонный ход температур можно реконструировать для зимних и летних условий соответственно от —25 до +10°С, а количество осадков — как приближающееся к таковому для современных степей и полупустынь. Сезонность выпадения осадков остается наиболее сложной для реконструкции характеристикой палеоклимата.
Работа выполнена при поддержке Президиума РАН (проект № 09-П-4-1001), УрО и ДВО РАН (совместные проекты № 09—С—4 1015 и № 09—2— У0-08-002) и РФФИ (грант № 11-04-00426).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ayliffe L.K., Lister A.M., Chivas A.R. // Palaeogeogr. Palaeoclimatol., Palaeoecol. 1992. V. 99. P. 179-191.
2. Bryant J.D., Froelich P.N. // Geochim. et cosmochim. acta. 1995. V. 59. P. 4523-4537.
3. LuzB., Kolodny Y., HorowitzM. // Geochim. et cosmochim. acta. 1984. V. 48. P. 1689-1693.
4. Fricke H.C., O'Neil J.R. // Earth and Planet. Sci. Lett. 1999. V. 170. P. 181-196.
5. Ichiyanagi K. // J. Jap. Assoc. Hydrol. Sci. 2007. V. 37. P. 165-185.
6. Bernard A., Daux V., Ьёсыуег C., et al. // Earth and Planet. Sci. Lett. 2009. V. 283. P. 133-143.
7. Fricke H.C, Clyde W.C, O'Neil J.R. // Geochim. et cosmochim. acta. 1998. V. 62. P. 1839-1850.
8. Смирнов Н.Г., Ражев Д.И., Тихонова Н.Р., Чаир-кин С.Е. В сб.: VI Координац. совещ. по изучению мамонтов и мамонтовой фауны. Тез. док. Л., 1991. С. 52-54.
9. Velivetskaya T.A., Ignatiev A.V., Gorbarenko S.A. // Rapid Commun. Mass Spectr. 2009. V. 23. P. 23912397.
10. Gadbury C., Todd L., Jahren A.H., Amundson R. // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 2000. V. 15. P. 79-93.
11. Kohn, M.J. // Geochim. et cosmochim. acta. 2004. V. 68. P. 403-405.
12. Passey B.Y., Cerling T.E. // Geochim. et cosmochim. acta. 2004. V. 68. P. 407-410.
13. Hoppe K. A. // Earth and Planet. Sci. Lett. 2006. V. 244. P. 408-417.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 440 № 4 2011
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.