|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Изотопно-геохимические свойства голоценовых повторно-жильных льдов Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотки и реконструкция зимних палеоклиматических условий ключевых периодов последних 12 тысяч калиброванных летНИР
Isotope-geochemical composition of Holocene ice wedges of European North, North-Western Siberia, North of Yakutia and Chukotka and winter paleoclimate reconstruction for the last 12 thousand calibrated years
- Руководитель НИР: Буданцева Н.А.
- Участники НИР: Белик А.Д., Маслаков А.А., Чижова Ю.Н.
- Подразделение: Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв
- Срок исполнения: 1 января 2020 г. - 31 декабря 2022 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 20-05-00782\20
- Номер ЦИТИС: АААА-А20-120020490074-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: другое
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: связанность территории Российской Федерации
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 39.19.29 Палеогеография
- Классификатор OECD: Физическая география
-
Ключевые слова:
радиоуглеродный возраст, торфяник, голоцен, алас, ионный состав, палеотемпературы, криолитозона, изотермы, стабильные изотопы, повторно-жильные льды, углерод
paleotemperatures, radiocarbon age, peatland, stable isotopes, ice wedge, isotherm, alas, ion composition, carbon, permafrost, holocene -
Описание:
Целью проекта являются реконструкция зимних палеоклиматических условий ключевых периодов голоцена (последние 12 тыс. калиброванных лет) для территории Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотки и построение карт распределения среднеянварских температур воздуха для ключевых периодов голоцена: Гренландского (начало 11,7 кал. тыс. лет назад), Северогриппианского (начало 8,2 кал. тыс. лет назад) и Мегхалайского (начало 4,2 кал. тыс. лет назад) периодов голоцена. Основной задачей проекта является исследования голоценовых повторно-жильных льдов в данных районах с применением комплекса изотопно-геохимических методов. Актуальность исследования определяется тем, что голоцен – самый близкий период к современности, и является наилучшим аналогом для выполнения кратких и средней длительности прогнозов геокриологической обстановки, что важно в условиях крайне нестабильного современного климата и глобальных тенденций потепления.
-
Abstract:
The purposes of the proposal are reconstruction of winter paleoclimate conditions of the key periods of the Holocene (the last 12 thousand calibrated years) for the territory of the European North of Russia, North-Western Siberia, North of Yakutia and Chukotka and creation of maps showing the distribution of winter air temperatures for the key periods of Holocene. The main task of the proposal is to study the Holocene ice wedges in these regions with application of a complex of isotope and geochemical methods. The relevance of the research is defined by the fact that the Holocene – the closest period to the present time, and is the best analog for realization of near- and medium term geocryologic forecasts that is important in the conditions of extremely unstable modern climate and global warming trend. Holocene ice wedges are the single reliable archive of winter paleotemperature information.
-
Планируемые результаты:
Реализация проекта позволит получить следующие результаты: 1. Будет показано, что на севере Евразии – Европейском Севере России, севере Западной Сибири, Севере Якутии и Чукотке – синкриогенные толщи в голоцене формировались практически непрерывно, включая период голоценового оптимума (Гренландского и Северогриппианского периодов голоцена), в то время когда на юге современной криолитозоны происходила активная деградация многолетнемерзлых пород. 2. Будет показано различие в среднем составе голоценовых и современных жил, сделаны выводы о различиях среднезимних температур воздуха, и особенно температур воздуха наиболее холодных зимних месяцев – января или февраля. Будет показан тренд изменения изотопного состава льда жил при движении с запада на восток. 3. Будут выполнены палеотемпературные реконструкции для ключевых периодов голоцена в соответствии с новой шкалой голоцена и построены карты распределения среднеянварских температур воздуха для ключевых периодов голоцена для районов Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотке. 5. Достоверность получаемой палеоклиматической информации будет определяться на основе изотопных соотношений во льду жил, их минерализации и ионного состава, что позволит выявить процессы испарения и конденсации в снежном покрове перед заполнением морозобойных трещин и/или участие в формировании жил вод не атмосферного происхождения. 6. Калибровка полученных радиоуглеродных датировок позволит говорить о более точном, корректном возрасте массивов и более точно определить возрастные рамки периодов активного формирования в них ледяных жил. Синтез всех имеющихся и полученных в ходе реализации проекта датировок позволит установить синхронность или асинхронность развития аласов и хасыреев, формирования аллювиальных и озерных пойм в голоцене для разных районов криолитозоны. 7. Будут выявлены и по возможности привязаны ко времени периоды изменения фациальной обстановки (гидрологический режим, растительный покров, скорость аккумуляции торфа) в процессе формирования голоценовых полигональных массивов. 8. По результатам реализации проекта будут опубликованы 8 статей в рецензируемых журналах.
-
Научный задел:
У коллектива имеется опыт работ во всех регионах предполагаемого проекта – Европейском Севере России, Севере Западной Сибири, Колымской низменности, Востоке Чукотки. Накоплен обширный материал по радиоуглеродным датировкам голоценовых массивов, изотопному составу и ионному повторно-жильных льдов, разработаны критерии оценки валидности изотопных данных для палеотемпературных реконструкций, показано влияние испарения, морского и континентального засоления при формировании жильного льда, что позволяет исключить подобные объекты при выполнении палеотемпературных реконструкций. Авторами Проекта впервые получены данные, позволяющие реконструировать зимние температуры воздуха для начала голоцена на северо-востоке Европейской части России. Проведенное исследование показало, что в период голоценового оптимума (в соответствии с новой шкалой – вторая половина гренландского – первая половина северогриппианского периодов голоцена) на северо-востоке Европейской части России активно формировались торфяники, в пределах которых в зимнее время происходил рост повторно-жильных льдов. Для севера Западной Сибири у авторов Проекта имеется задел в исследовании голоценовых сингенетических повторно-жильных льдов в торфяниках на Ямале, в пределах Колымской низменности, а также Центральной Якутии и Чукотки. Все изученные комплексы приурочены к торфяникам, по которым получены серии радиоуглеродных датировок. Авторами Проекта накоплен задел по исследованию распределения значений углерода и азота в торфе и изотопного состава торфа бугристых и полигональных торфяников, а также задел в исследовании изотопного состава углерода и содержания полициклических ароматических углеводородов в педогенном материале включений из повторно-жильных льдов Батагайской едомы (Якутия).
-
Основные результаты:
Проведено обобщение и анализ радиоуглеродных датировок по голоценовым повторно-жильным массивам Европейского Севера (района г.Воркуты), севера Западной Сибири (п-ов Ямал, Гыданский и Тазовский), Нижнеколымского района северной Якутии и восточного побережья Чукотки; получены новые радиоуглеродные датировки по вмещающим отложениям, выполнена калибровка всех имеющихся датировок; выполнена возрастная привязка полученных изотопных диаграмм по жильным льдам, реконструированы среднеянварские температуры воздуха в ключевые периоды голоцена, построены карты изоскейп (линий равных изотопных значений) по жильным льдам и карты палеоизотерм среднеянварской температуры воздуха для ключевых периодов голоцена. 1. Для Европейского Севера (района г.Воркуты) было установлено, что процессы активного торфообразования начались в первой половине гренландского периода голоцена – около 11–10 тыс. калиб. лет назад, в период между 10.5 и 9.7 тыс. калиб. лет назад происходил синтенетический рост повторно-жильных льдов. Показано, что зимние климатические условия гренландского периода голоцена были близки к современным, но январские температуры воздуха в экстремально холодные зимы были на 3–5 оС ниже современных. 2. В течение гренландского – первой половины северогриппианского периодов голоцена (11.4-6 тыс. кал. лет назад) на севере Западной Сибири происходила активная аккумуляция торфяников в отложениях морских и аллювиальных террас и рост в них сингенетических повторно-жильных льдов. В пределах позднеголоценовых элементов рельефа жилы формировались с конца северогриппианского – в течение мегхалайского периода голоцена (5.2-0.9 тыс. кал. лет назад). По средним значениям δ18O по современным жильным росткам и голоценовым жилам севера Западной Сибири построены карты изоскейп (линий равных значений δ18O), установлено в целом их субмеридиональное положение и снижение значений δ18O с запада на восток. Установлено близкое к современному субмеридиональное положение голоценовых среднеянварских палеоизотерм и снижение значений Tср.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 1-2оС ниже современной. 3. Проведен анализ данных по радиоуглеродному возрасту и изотопному составу повторно-жильных льдов в голоценовых толщах в низовьях р.Колымы. Показано, что аласы с повторно-жильными льдами активно формировались в течение гренландского и северогриппианского периодов голоцена – большинство датировок относятся к интервалу между 10.8 и 4.2 тыс. калиброванных лет. Мегхалайским периодом голоцена (последние 2-3 тыс. лет) датированы пойменные толщи р.Колымы и ее притоков. Установлено, что среднеянварская температура воздуха в течение голоцена варьировала примерно в одном и том же диапазоне: от –40.7 до –33.8°С в течение гренландского периода, от –38.6 до –33.3°С в течение северогриппианского периода и от –41.5 до –33°С в течение мегхалайского периода. Это, скорее всего, свидетельствует о стабильности зимних климатических условий на севере Якутии в течение голоцена, определяемой влиянием сибирского антициклона. 4. На восточном побережье Чукотки проведены исследования голоценовых полигонально-жильных массивов в районе г.Анадырь, с.Лорино, Лаврентия, Уэлен. Наиболее детальные данные получены по торфянику в районе с.Лорино. Показано, что его формирование происходило с конца позднего дриаса и в первой половине гренландского периода голоцена, между 14 и 9.9 тыс. кал. лет. Оценка палеотемпературного сигнала на основе полученных данных по значениям δ18О в исследованных повторно-жильных льдах показывает, что среднеянварская температура воздуха в раннегренландский период голоцена варьировала от –23 до –27 оС. Для голоценового полигонально-жильного массива в районе г.Анадырь показано, что аккумуляция торфа началась в начале гренландского периода голоцена. Формирование повторно-жильных льдов в пределах торфяника происходило преимущественно в конце гренландского и первой половине северогриппианского этапа между 10.5 и 7 тыс. кал. лет назад. Полученные палеотемпературные данные по районам Анадыря, Лорино, Уэлен позволили дополнить карты палеоизотерм, построенные по ранее полученным данным по более континентальным районам Чукотки для периода 11-5 тыс. калиб. лет назад. Сопоставление современной и реконструированной голоценовой (гренландского и северогриппианского периода) среднеянварской температуры воздуха показывает, что в первой половине голоцена зимы, особенно в прибрежной части восточной Чукотки, были заметно холоднее, среднеяварская температура воздуха могла быть ниже современной на 5-6оС.
- Добавил в систему: Буданцева Надежда Аркадьевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Изотопно-геохимические свойства голоценовых повторно-жильных льдов Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотки и реконструкция зимних палеоклиматических условий ключевых периодов последних 12 тысяч калиброванных лет |
| Результаты этапа: Для района г.Воркута определен период формирования торфяника с повторно-жильными льдами на основе массива калиброванных радиоуглеродных датировок, проведена возрастная привязка изотопно-кислородной диаграммы по сингенетической ледяной жиле, залегающей в торфянике, и реконструированы среднезимняя и среднеянварская температуры воздуха для выделенного периода голоцена. Показано, что вблизи г. Воркута процессы заболачивания и активного торфообразования начались в первой половине гренландского периода голоцена – около 11–10 тыс. калиб. л.н. Сингенетические повторно-жильные льды интенсивно формировались в торфянике между 10,5 и 9,7 тыс. калиб. л.н. Соотношение значений δ2H–δ18O во льду жил позволило предположить их образование преимущественно за счёт талого снега. Вариации значений δ18O (от −15,5 до −16,4 ‰) в повторно-жильных льдах дали возможность реконструировать зимние температуры воздуха: среднезимняя температура варьировала между −15 и −17oC, а среднеянварская – между −23 и −25oC. Зимние климатические условия гренландского периода голоцена были близки к современным, но январские температуры воздуха в экстремально холодные зимы были на 3–5оС ниже современных, что способствовало активному промерзанию торфяников, росту и сохранению в них повторно-жильных льдов. Показано, что минерализация голоценовых повторно-жильных льдов, вскрытых в толще морской террасы на побережье залива Онемен вблизи г.Анадырь, восточная Чукотка, варьирует от 12,3 до 78,8 мг/л, среднее значение составляет 33 мг/л. Среди катионов отмечено преобладание Na+ (от 3,1 до 6,7 мг/л, среднее значение 5,4 мг/л), Ca2+ (от 0,8 до 17,6 мг/л, среднее значение 3,6 мг/л) и Cl- (от 2,6 до 10,7 мг/л, среднее значение 5,7 мг/л). Низкие значения минерализации, в сочетании с полученными ранее данными изотопного состава, демонстрируют преимущественно атмосферный источник питания льда, т.е. зимние осадки. Преобладание натрия и хлора в составе солей указывает на захват морских аэрозолей осадками или ветровой привнос капель с акватории залива Онемен на поверхность снежного покрова. Однако, формирование жил в пределах торфяников не исключает вероятности участия болотных вод в их питании. На ключевого участка на Восточной Чукотке выявлены значительные вариации параметров переходного слоя, показано, что в зависимости от геоморфологического уровня и состава отложений, мощность переходного слоя может составлять от 0,1 до 1,0 метра, его весовая влажность варьируется в широких пределах: от 70-150% в суглинках до 1000% в торфах, при этом отмечается понижение влажности отложений с ростом глубины. Состав стабильных изотопов воды в ПС по всех скважинах идентичный и варьирует от −11,4 до −14,0‰, более низкие значения изотопного состава могут маркировать собой подошву многолетнемерзлых пород. | ||
| 2 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Изотопно-геохимические свойства голоценовых повторно-жильных льдов Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотки и реконструкция зимних палеоклиматических условий ключевых периодов последних 12 тысяч калиброванных лет |
| Результаты этапа: Криостратиграфия и радиоуглеродные датировки отложений аласов и пойм с повторно-жильными льдами в низовьях р.Колымы (на 10 исследованных участках) позволили установить их голоценовый возраст. Показано, что в течение гренландского периода в пределах образующихся термокарстовых бассейнов началось формирование голоценовых повторно-жильных льдов. Среднеянварская температура воздуха в этот период варьировала между –41 и –34°C. В течение северогриппианского периода в низовьях р.Колымы отмечалось наиболее интенсивное развитие аласов и рост в них повторно-жильных льдов. В конце этого периода интенсивность развития аласов и роста повторно-жильных льдов снижается и локально прекращается, как следствие снижения летних температур воздуха и развития дренажной системы. Среднеянварская температура воздуха в этот период варьировала между –39 и –33°C. В течение мегхалайского периода наиболее благоприятными участками для формирования повторно-жильных льдов являются аккумулятивные поверхности пойм, особенно на заторфованных участках, а также торфяники в пределах молодых аласов и осушающихся озер. В более древних аласах локально продолжается рост ранее сформировавшихся жил. Среднеянварская температура воздуха в этот период варьировала между –41 и –33°C. Согласно полученным данным, в течение голоцена среднеянварская температура воздуха в низовьях р.Колымы оставалась довольно постоянной, можно отметить ее незначительное снижение в течение мегхалайского периода относительно северогриппианского. Для севера Западной Сибири (п-ова Ямал и Гыданский) выполнено датирование 7 голоценовых полигонально-жильных массивов. Анализ полученных 14С датировок и стабильных изотопов в голоценовых повторно-жильных льдах п-овов Ямал и Гыданский позволяет оценить возраст и зимние климатические условия периода формирования исследованных голоценовых массивов. Согласно полученным датировкам, исследованные массивы можно отнести к двум возрастным группам: формировавшиеся в гренландский – первую половину северогриппианского периода (от 11.4 до 7 тыс. кал лет назад) и с конца северогриппианского – мегхалайский периоды голоцена (от 5 до 0.9 тыс. кал лет назад). Все средние значения δ18О по жилам нанесены на карту, что позволило впервые для севера Западной Сибири построить изоскапы как для современных жильных ростков, так и для периодов голоцена, в течение которых происходило формирование повторно-жильных льдов. По картам изоскап заметно незначительное повышение значений δ18O (на 1-1.5‰) от гренландского-северогриппианского к мегхалайскому периоду голоцена. На основании значений δ18О по жильным льдам выполнены реконструкции среднеянварской температуры воздуха на Ямале и Гыданском п-ове для трех выделенных периодов голоцена. В течение гренландского периода, между 11.7 и 8.2 тыс. кал. лет назад, среднеянварская температура воздуха варьировала между –27.7 и –21.3oC (±3оС), в течение гренландского – первой половины северогриппианского периодов голоцена, между 11.4 и 6 тыс. кал. лет назад, среднеянварская температура воздуха варьировала между –27.8 и –22.3oC (±3оС), в течение конца северогриппианского – в течение мегхалайского периода голоцена, между 5.2 и 0.9 тыс. кал. лет назад, среднеянварская температура воздуха варьировала между –27.8 и –24.1 oC (±3оС). В целом показаны довольно стабильные зимние климатические условия на севере Западной Сибири в течение голоцена, в отличие от летних температур, которые варьировали значительно, и заметное повышение которых в течение голоценового термического оптимума привело к активизации термокарстовых процессов и значительному смещению на север границы леса. | ||
| 3 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Изотопно-геохимические свойства голоценовых повторно-жильных льдов Европейского Севера России, севера Западной Сибири, Севера Якутии и Чукотки и реконструкция зимних палеоклиматических условий ключевых периодов последних 12 тысяч калиброванных лет |
| Результаты этапа: Проведено обобщение и анализ радиоуглеродных датировок по голоценовым повторно-жильным массивам Европейского Севера (района г.Воркуты), севера Западной Сибири (п-ов Ямал, Гыданский и Тазовский), Нижнеколымского района северной Якутии и восточного побережья Чукотки; получены новые радиоуглеродные датировки по вмещающим отложениям, выполнена калибровка всех имеющихся датировок; выполнена возрастная привязка полученных изотопных диаграмм по жильным льдам, реконструированы среднеянварские температуры воздуха в ключевые периоды голоцена, построены карты изоскейп (линий равных изотопных значений) по жильным льдам и карты палеоизотерм среднеянварской температуры воздуха для ключевых периодов голоцена. 1. Для Европейского Севера (района г.Воркуты) было установлено, что процессы активного торфообразования начались в первой половине гренландского периода голоцена – около 11–10 тыс. калиб. лет назад, в период между 10.5 и 9.7 тыс. калиб. лет назад происходил синтенетический рост повторно-жильных льдов. Показано, что зимние климатические условия гренландского периода голоцена были близки к современным, но январские температуры воздуха в экстремально холодные зимы были на 3–5 оС ниже современных. 2. В течение гренландского – первой половины северогриппианского периодов голоцена (11.4-6 тыс. кал. лет назад) на севере Западной Сибири происходила активная аккумуляция торфяников в отложениях морских и аллювиальных террас и рост в них сингенетических повторно-жильных льдов. В пределах позднеголоценовых элементов рельефа жилы формировались с конца северогриппианского – в течение мегхалайского периода голоцена (5.2-0.9 тыс. кал. лет назад). По средним значениям δ18O по современным жильным росткам и голоценовым жилам севера Западной Сибири построены карты изоскейп (линий равных значений δ18O), установлено в целом их субмеридиональное положение и снижение значений δ18O с запада на восток. Установлено близкое к современному субмеридиональное положение голоценовых среднеянварских палеоизотерм и снижение значений Tср.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 1-2оС ниже современной. 3. Проведен анализ данных по радиоуглеродному возрасту и изотопному составу повторно-жильных льдов в голоценовых толщах в низовьях р.Колымы. Показано, что аласы с повторно-жильными льдами активно формировались в течение гренландского и северогриппианского периодов голоцена – большинство датировок относятся к интервалу между 10.8 и 4.2 тыс. калиброванных лет. Мегхалайским периодом голоцена (последние 2-3 тыс. лет) датированы пойменные толщи р.Колымы и ее притоков. Установлено, что среднеянварская температура воздуха в течение голоцена варьировала примерно в одном и том же диапазоне: от –40.7 до –33.8°С в течение гренландского периода, от –38.6 до –33.3°С в течение северогриппианского периода и от –41.5 до –33°С в течение мегхалайского периода. Это, скорее всего, свидетельствует о стабильности зимних климатических условий на севере Якутии в течение голоцена, определяемой влиянием сибирского антициклона. 4. На восточном побережье Чукотки проведены исследования голоценовых полигонально-жильных массивов в районе г.Анадырь, с.Лорино, Лаврентия, Уэлен. Наиболее детальные данные получены по торфянику в районе с.Лорино. Показано, что его формирование происходило с конца позднего дриаса и в первой половине гренландского периода голоцена, между 14 и 9.9 тыс. кал. лет. Оценка палеотемпературного сигнала на основе полученных данных по значениям δ18О в исследованных повторно-жильных льдах показывает, что среднеянварская температура воздуха в раннегренландский период голоцена варьировала от –23 до –27 оС. Для голоценового полигонально-жильного массива в районе г.Анадырь показано, что аккумуляция торфа началась в начале гренландского периода голоцена. Формирование повторно-жильных льдов в пределах торфяника происходило преимущественно в конце гренландского и первой половине северогриппианского этапа между 10.5 и 7 тыс. кал. лет назад. Полученные палеотемпературные данные по районам Анадыря, Лорино, Уэлен позволили дополнить карты палеоизотерм, построенные по ранее полученным данным по более континентальным районам Чукотки для периода 11-5 тыс. калиб. лет назад. Сопоставление современной и реконструированной голоценовой (гренландского и северогриппианского периода) среднеянварской температуры воздуха показывает, что в первой половине голоцена зимы, особенно в прибрежной части восточной Чукотки, были заметно холоднее, среднеяварская температура воздуха могла быть ниже современной на 5-6оС. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".