ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Европейская Арктика, к которой относятся Северная Фенноскандия и Баренцево море, является крупнейшим источником полезных ископаемых, в том числе, нефти и газа. Для их освоения требуются сведения о строении четвертичного покрова. Палинологический анализ является единственным биостратиграфическим методом, позволяющим проводить корреляцию разнофациальных континентальных и морских осадков. Это определяет его ведущее значение для разработки детальных стратиграфических схем новейших отложений, служащих основой легенд геологических карт крупного и среднего масштаба. В последние годы накоплен обширный материал по палинологии верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Российского Севера. Однако, в большинстве работ приводятся описания палинокомплексов отдельных разрезов и их палеогеографическая интерпретация. Создание эталонных стратиграфических схем всего региона на основе синтеза имеющихся данных является актуальной задачей.
Озерные отложения Северной Фенноскандии представляют собой полную непрерывную последовательность поздне-послеледниковых осадков, охарактеризованных спорами и пыльцой, что позволяет использовать их в качестве стратотипов для межрегиональных корреляций, а также палеогеографических реконструкций. Обязательным элементом последних является восстановление климатических условий, которые полнее всего могут быть обоснованы данными по палеорастительности, экологическая смена которой четко фиксируется в изменении компонентов палинокомплексов. Выяснение закономерностей эволюции климата необходимы при моделировании природных условий будущего.
До настоящего времени остаются актуальными некоторые вопросы, касающиеся ледниковой и позднеледниковой седиментации западного
4
сектора Российской Арктики. Изучение переотложенных дочетвертичных спорово-пыльцевых спектров из верхнеплейстоцен-голоценовых отложений этого региона позволяет установить источники сноса осадочного вещества и, тем самым, внести весомый вклад в их решение. Основной целью настоящего исследования является палинологическое обоснование зонального стратиграфического расчленения и корреляции верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря; реконструкция развития растительности и климата этой территории. Перед автором стояли следующие задачи:
1. Изучить систематический состав спор и пыльцы в разрезах верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря.
2. Путем детального анализа распределения четвертичных спор и пыльцы в разрезах выделить и проследить палинологические зоны.
3. Составить региональные стратиграфические схемы верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря.
4. Реконструировать основные этапы развития растительности и климата Северной Фенноскандии в конце позднего плейстоцена и голоцене.
5. На основе анализа переотложенных палинокомплексов установить источники сноса осадочного материала в верхнеплейстоцен-голоценовые отложения изученных районов шельфов Норвежского, Баренцева и Карского морей.
Защищаемые положения:
1. Новые зональные стратиграфические схемы верхнелейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря, в основе построения которых лежат комплексные биостратиграфические (палинологические) зоны, последовательно сменяющие друг друга и
отражающие закономерную смену экологических условий региона. Эти схемы обоснованы также абсолютными датировками.
2. Палеоэкологический анализ палинокомплексов на базе актуалистического метода позволяет реконструировать на территории Северной Фенноскандии пять этапов развития растительности, обусловленные изменениями климата, соответствующих позднедриасовому, пребореальному, бореальному, атлантико-суббореальному и субатлантическому периодам Блитта-Сернандера.
3. Анализ переотложенных спорово-пыльцевых комплексов верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Норвежского, Баренцева и Карского морей позволяет определять области сноса осадочного материала. Эти результаты являются источником информации о геологическом строении донных отложений, а также седиментологических процессах, происходивших во время деградации последнего оледенения. Научная новизна. 1) Новые зональные стратиграфические схемы верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря, обоснованные палинологическими и хронометрическими данными. 2) Впервые по спорово-пыльцевым данным проведена корреляция континентальных отложений Северной Фенноскандии и морских отложений Норвежского и Баренцева морей. 3) На основе палеоэкологического анализа четвертичных спорово-пыльцевых комплексов, базирующегося на изучении современных палинофаций, существенно уточнены этапы развития растительности и климата Северной Фенноскандии в конце позднего плейстоцена и голоцене. 4) Впервые по спорово-пыльцевым данным установлены источники сноса осадочного вещества в поздневалдайские ледниковые, ледниково-морские и голоценовые морские осадки изученных районов шельфа Норвежского, Баренцева и Карского морей.
Практическая значимость. Предлагаемые зональные стратиграфические схемы могут использоваться в качестве основы легенд крупномасштабных геологических карт четвертичных отложений Европейского Севера, а теоретические принципы их разработки - для составления аналогичных схем в других регионах. Установленная история развития растительности и климата дает возможность проводить межрегиональные корреляции природных событий конца позднего плейстоцена - голоцена и прогнозировать будущие глобальные климатические изменения. Выявленные на основании определения возраста переотложенных спорово-пыльцевых комплексов источники сноса и пути перемещения осадочного материала позволяют скорректировать геологические работы, направленные на поиски россыпных месторождений полезных ископаемых.
Фактический материал. Основой для написания работы послужил материал грунтового опробования, выполненного лабораторией палеоэкологии Мурманского морского биологического института (ММБИ) КНЦ РАН в рейсах НИС "Дальние Зеленцы" и керны скважин, предоставленные Арктической морской исследовательской геологической экспедицией (г. Мурманск) в 1988-1991 гг. из Баренцева моря; грунтовые колонки из Карского и Норвежского моря, полученные НИС "Polarschtern" в 1994-1995 гг., скважины, полученные в рейсах НИС "Jan Mayen" в 1998 г., НИС "Morion Dufresne" в 1999 г. из Маланген фиорда, Северная Норвегия, предоставленные Геологическим институтом университета г. Тромсе, Норвегия; скважина из озерных отложений центральной части Кольского полуострова, полученная в ходе российско-американской экспедиции, организованной ММБИ КНЦ РАН в 1998 г. Автор принимал непосредственное участие в ряде экспедиционных работ, отборе проб, описании кернового материала. Первичная обработка проб морских отложений для спорово-пыльцевого анализа осуществлялась автором
данной работы, озерные пробы были приготовлены сотрудниками Калифорнийского университета (США). Спорово-пыльцевой анализ производился автором. Были изучены несколько десятков разрезов, сотни проб морских и озерных отложений региона, сделаны сотни тысяч палинологических определений. Для стратиграфической корреляции и палеогеографических реконструкций был обобщен весь имеющийся литературный материал по палинологии новейших отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАКом. Основные положения работы докладывались на научных семинарах Мурманского морского биологического института РАН (1985-1998), Всесоюзных школах морской геологии (Москва, 1988, 1990, 1994), Всесоюзных и международных конференциях и симпозиумах по кайнозойской геологии, палеоэкологии и палеогеографии (Апатиты, 1989, 1991, 1996, 1998; Якутск, 1990; Новосибирск, 2000), Международных конференциях по четвертичной геологии и палеогеографии (Нью-Орлеан, 1995; Квебек, 1995; Апатиты, 1998; Тромсе, 2001; Берген, 2001; Осло, 2001), LI сессии Палеонтологического общества при РАН (С.-Петербург, 2005), Международной палеоботанической конференции, посвященной 50-летию создания лаборатории палеофлористики в ГИН РАН (Москва, 2005), 4 Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода (Сыктывкар, 2005), XI Всероссийской палинологической конференции (Москва, 2005). По теме диссертации опубликовано 38 работ, в том числе две персональные монографии.
Структура работы. Работа состоит из введения, 9 глав и заключения общим объемом 260 страниц, включая 57 иллюстраций, 11 палеонтологических фототаблиц. Список литературы содержит 382 наименования, в том числе 123 на иностранных языках.
8
В главе 1 «Физико-географический очерк» приводится характеристика физико-географических условий Северной Фенноскандии и Баренцева моря, архипелагов Шпицберген, Земля Франца-Иосифа и Новая Земля, особое внимание уделяется характеристике современной растительности региона. Глава 2 «История исследования четвертичных отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря» содержит сведения об изучении новейших отложений с начала 20 века. В главе 3 «Особенности стратиграфии верхнеплейстоцен-голоценовых отложений» рассматриваются принципы и методы расчленения и корреляции поздне-послеледниковых осадков. В главе 4 «Материал и методика» приводятся данные о материале и методике спорово-пыльцевого анализа. В главе 5 «Переотложенные споры и пыльца» обсуждаются вопросы таксономии и номенклатуры ископаемых спор и пыльцы, приводится состав переотложенных спорово-пыльцевых комплексов из верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Норвежского, Баренцева и Карского морей. На основании определения возраста переотложенных палинокомплексов устанавливаются области сноса осадочного материала в ледниковые, поздне- и послеледниковые отложения изученных регионов. В главе 6 «Особенности формирования поверхностных спорово-пыльцевых спектров донных отложений Баренцева моря» рассматриваются закономерности фоссилизации субрецентных спор и пыльцы в зависимости от географических, гидрологических и фациальных условий осадконакопления. В главе 7 «Цитологическое и биостратиграфическое расчленение разрезов верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря» содержится характеристика лито- и биостратонов по двум крупным регионам - Северная Фенноскандия и Баренцево море. В главе 8 «Корреляция верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря» приводятся характеристики установленных
провинциальных зон, объясняются принципы составления региональных стратиграфических схем и межрегиональная корреляция верхнеплейстоцен-голоценовых отложений Северной Фенноскандии и Баренцева моря. В главе 9 «Палеогеография Северной Фенноскандии в конце позднего плейстоцена и голоцене» реконструируются растительность и климат территории в позднем дриасе, пребореальном, бореальном, атлантическо-суббореальном и субатлантическом периодах по схеме Блитта-Сернандера.
Благодарности. Работа была начата в Мурманском морском биологическом институте КНЦ РАН, в котором автор проработал с 1986 по 1998 гг. После 1998 г. исследование было продолжено на кафедре исторической геологии и Научно-исследовательском институте Земной Коры Санкт-Петербургского государственного университета. Большинство результатов получено в ходе тематических исследований, финансировавшихся Российской Академией Наук и Министерством высшего и среднего специального образования. Начиная с 1995 года, значительную материальную поддержку оказывали Норвежский Совет по науке, университет г. Тромсе (Норвегия), университет штата Огайо (США), Калифорнийский университет (США).
Автор искренне благодарен своему научному консультанту и редактору рукописи профессору В.А. Прозоровскому (СПбГУ), без поддержки и помощи которого не могла бы появиться эта работа; академику РАН Г.Г. Матишову и профессору Г.А. Тарасову (ММБИ РАН), под руководством которых начиналось это исследование и совместно с которыми написаны четыре статьи, вошедшие в настоящую работу. Автор признателен также другим своим соавторам - В.Б. Хасанкаеву (ММБИ КНЦ РАН), М. Хальду (университет г. Тромсе, Норвегия), Д. Снайдеру (университет штата Огайо, США), Г. МакДональду (Калифорнийский университет, США), К.В. Кременецкому (ГИН РАН). Автор благодарен Б.А. Борисову (ВСЕГЕИ),
10
Н.Н. Давыдовой (Институт озероведения РАН), В.И. Астахову (ВНИИКАМ), Л.В. Фефиловой (ВНИИОкеангеология), С.А. Корсуну (СПбГУ), Л.В. Поляку (университет штата Огайо, США) за консультации по отдельным разделам диссертации; Б.Г. Лопатину (ВНИИОкеангеология) за любезно предоставленную карту дочетвертичных отложений Арктики; Ю.С. Поляховскому (СПбГУ) и Т.В. Сапелко (Институт Озероведения РАН) за содействие в фотографировании спор и пыльцы. Автор выражает благодарность профессорам Т.О. Воррену, К.-Д. Воррену (университет г. Тромсе, Норвегия) за всестороннюю помощь при изучении четвертичных отложений Северной Норвегии.
11
Глава 1 # ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
1.1. СЕВЕРНАЯ НОРВЕГИЯ, МАЛАНГЕН ФИОРД • (НОРВЕЖСКОЕ МОРЕ)
Маланген фиорд расположен в Северной Норвегии (рис. 1). Ширина фиорда 6 км, длина - 44 км, глубина от 160 до 450 м. Теплое Атлантическое течение поставляет в фиорд водные массы со средней температурой около +2+13°С и соленостью 35°/оо. Средняя зимняя и летняя придонная температура воды в фиорде составляет +6+7°С, среднее значение температуры поверхностных вод в зимние месяцы достигает +4°С, а в летние месяцы +9+10°С. Соленость придонных водных масс и зимой, и летом около 357оо. Соленость поверхностных вод зимой -30-34 °/OOt летом во внешней части фиорда - 33-34 °/оо, во внутренней части намного меньше - 18-24%о. Во внутренней части фиорда происходит распреснение водных масс за счет сезонного таяния снега и большого объема пресных вод, поставляемых крупной рекой Молселва (Hald et al., 2003).
Атлантический океан оказывает большое влияние на климат Северной Норвегии. Нордкапское течение, северная ветвь Гольфстрима, привносит •¦ тепло к побережью Северной Норвегии. Пояс высокого давления, часто
ф образующийся в Северной Атлантике, определяет нестабильные погодные
условия со сравнительно высоким количеством осадков. Названные факторы определяют более высокие средние зимние температуры на побережье, чем в континентальных областях материка на той же широте (Seppa, 1996). Средняя температура января составляет -2°С на побережье и -8°С в континентальной части. Средняя температура июля достигает +11 "С на побережье и +13°С в континентальной части (Aune, 1993). Среднегодовое количество осадков варьирует от 900-1000 мм в год в
12
<1 00
моря ( 100
200 300
400
убин 500 1000
2000
Земря Шранца-ИЬсифа
Баренцево
Центральна
/-возвышенность;
Расположение разрезов
• Данные автора Т Литературные данные
Маланген фиорд
Пеуорскоемелководье
О
/ •" 98
Кольский
полуостров
45°
50°
55°
60°
ии
Рис. 1. Карта района и расположение разрезов (географическая основа карты дана по "Научный отчет экспедиции...", 1996).
78°с.ш.
68°
65° в.д.
континентальной части и достигает 1500 мм в год на побережье (Forland, 1992).
Район характеризуется сложной топографией с перепадами высот от 0 до 1500 м на небольших расстояниях (Моеп, 1999). Растительность территории отличается четкой вертикальной поясностью (рис. 2). Самые низменные поверхности заселены хвойными лесами с преобладанием сосны (Pinus silvestris Linnaeus) с примесью березы (Betula pubescens Ehrh.), ольхи (Alnus incana (Linnaeus) Moench), ивы (Salix caprea Linnaeus). Ель европейская (Picea abies (Linnaeus) Karsten) на побережье не встречается (Hulten, 1971; Моеп, 1999). Типичные низинные болота занимают значительную часть этой территории. Выше располагаются березовые леса с примесью сосны. Еще выше произрастают сообщества, в которых преобладают карликовая береза (Betula папа Linnaeus), кустарниковые виды ив, можжевельник (Juniperus communis Linnaeus), вороника (Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup), которые с увеличением высоты сменяются разреженным покровом с несколькими видами мхов, лишайников и травянистых, среди последних встречаются в основном представители родов Сагех, Festuca, Juncus, Cerastium, Saxifraga, Companula, Saussurea, Ranunculus (Hulten 1971; Elven, Vorren, 1980; Moen 1999).
1.2. КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ
Кольский полуостров расположен на крайнем северо-западе России и занимает площадь 144 936 км (Кошечкин и др., 1975). Наиболее крупные возвышенности рельефа располагаются в центральной части Кольского полуострова — это протянувшиеся с запада на восток Хибинские и Ловозерские горные массивы. Их плоские платообразные вершины
14
72е
в.д.
////Л
Арктический пояс Арктические пустыни
Арктические тундры
Тундрово-полярно-пустынный тип высотной поясности
Субарктический пояс
Мохово-лишайниковые (типичные) тундры умеренно континентального климата
Темнохвойные редколесья умеренно континентального климата
Умеренный пояс
Темнохвойная тайга умеренно континентального климата
Западно-приокеаническая тайга на побережье, лесотундровый приокеанический тип высотной поясности
Рис. 2. Типы ландшафтов по зональным особенностям (по "Физико-географический атлас мира", 1964).
возвышаются над уровнем моря на 800-900 м. Над ними поднимаются отдельные вершины, высота которых достигает 1100-1200 м. Ближе к Баренцеву морю местность переходит в плато с превышениями 100-150 м. Регион относится к атлантико-арктической зоне умеренного пояса. Климат морской и переходный от морского к континентальному, с прохладным летом, длинной, сравнительно теплой осенью, довольно мягкой зимой и поздней холодной весной (Раменская, 1983). Для региона в целом характерна крайняя неустойчивость погодных явлений. Западные ветры, преобладающие в зимнее время, часто вызывают оттепели, господствующие летом северные ветры обуславливают частые похолодания. На климат Кольского полуострова существенное влияние оказывает Гольфстрим, что обуславливает более теплые средние температуры воздуха в прибрежной части полуострова и более холодные в его континентальной части. Средняя температура января варьирует от -5-9°С на побережье Баренцева моря до -10-14°С в центральных районах. Средняя температура июля меняется от +8+10°С на побережье Баренцева моря до +11+14°С в континентальной части полуострова. Среднегодовое количество осадков составляет 500-700 мм, в горах — 900-1300 мм (Кошечкин и др., 1975).
Кольский полуостров располагается в пределах трех физико- географических зон: тундры, лесотундры и тайги (рис. 2). Зона тундры занимает относительно узкую прибрежную полосу. Зональный тип растительности представлен ерниковыми травяно-кустарничково-зеленомошными и кустарничково-лишайниковыми сообществами с господством Betula папа Linnaeus, Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup, Vaccinium uliginosum Linnaeus, V. vitis-idaeae Linnaeus, V. myrtilus Linnaeus, примесью кустарниковых видов ив (Salix glauca Linnaeus, S. polaris Wahlenberg, S. lapponum Linnaeus). Значительную площадь занимают болота, причем преобладают низинные, осоковые сфагново- ' 16
гипновые с растительными ценозами, в которых доминируют мхи (сфагновые и зеленые), лишайники, морошка {Rubus chamaemorus Linnaeus), карликовая береза (Betula папа Linnaeus), водяника {Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup), багульник {Ledum palustre Linnaeus), пушица {Eriophorum vaginatum Linnaeus), брусника {Vaccinium vitis-idaea Linnaeus) (Домбровская, 1970; Геоботаническое районирование..., 1989).
В лесотундре Кольского полуострова широко распространены березовые редколесья (лишайниковые и мохово-кустарничковые), для которых характерна корявая береза {Betula tortuosa Ledebour) с примесью сосны {Pinus sylvestris Linnaeus) и ели {Picea obovata Ledebour / P. abies (Linnaeus) Karsten), кустарники представлены карликовой березой {Betula папа Linnaeus) и можжевельником {Juniperus sibirica Burgsdorf) Граница лесов вдоль берегов рек сильно выдается к северу, на этих участках развиты островные тундровые леса, отличающиеся угнетенностью роста и разреженностью древостоя; освещение в них хорошее, и поэтому значительного развития достигают светолюбивые лишайники рода Cladonia. (Флора Мурманской области, 1953-1966; Раменская, Андреева, 1982; Раменская, 1983; Геоботаническое районирование..., 1989).
Южнее лесотундры простирается зона тайги (подзона северной тайги). Существенным отличием таежной зоны Кольского полуострова является значительно меньшее участие в растительном покрове ельников и отсутствие в лесных сообществах пихты {Abies sibirica Ledebour), лиственницы {Larix sibirica Ledebour), сибирского кедра {Pinus sibirica Du Tour), постоянно встречающихся далее к востоку. Для Кольского полуострова характерны сочетания сосновых {Pinus sylvestris Linnaeus), елово-сосновых и еловых {Picea obovata Ledebour / P. abies (Linnaeus) Karsten) лесов с примесью березы {Betula pubescens Ehrhart), осины {Populus tremula Linnaeus), ольхи {Alnus incana (Linnaeus) Moench). В наиболее обширных депрессиях рельефа развиты болота. На севере
17 |
