Составление карт зимних палеотемператур воздуха Российской Арктики за последние 40 тысяч лет по высокоразрешающим изотопным записям подземных льдовНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 26 февраля 2014 г.-31 декабря 2014 г. Составление карт зимних палеотемператур воздуха Российской Арктики за последние 40 тысяч лет по высокоразрешающим изотопным записям подземных льдов
Результаты этапа: 1. Выполнена верификация соотношения содержания изотопов кислорода в современных повторно-жильных льдах с зимними температурами воздуха, привлечены всех имеющихся данных по изотопному составу современных жильных ростков, подтверждена достоверность выведенных ранее уравнений, связывающих значения delta18O в современных повторно-жильных льдах с зимними температурами воздуха . 2. Произведена выборка 22 опорных разрезов позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов на территории Российской Арктики, имеющих наиболее детальное и удовлетворительное датирование по радиоуглероду, в которых выполнены изотопные исследования. 3. На основании детального радиоуглеродного датирования выделены интервалы выбранных опорных разрезов с шагом 2 тысячи лет. 4. Выполнены палеотемпературные реконструкции для криолитозоны Сибири для периода 20-18 тыс. лет назад на основе анализа изотопно-кислородного состава сингенетических повторно-жильных льдов, датированных по радиоуглероду. Показано, что тренд распределения значений delta18O в сингенетических повторно-жильных льдах, датированных 20-18 тыс. лет назад, близок к таковому для современных жил возрастом 60-100 лет. Среднеянварские температуры на севере Сибири 20-18 тыс. лет назад 8–12°C ниже современных. Тренды значений delta18O в синтенетических повторно-жильных льдах Сибири, датированных последним криохроном (20-18 тыс. лет назад), показывает, что перенос воздушных масс через субарктическую Азию был близок к современному. Выполненные палеоклиматические реконструкции показали единую модель атмосферной циркуляции для обширных территорий евразийской криолитозоны. 5. Издана монография: Васильчук Ю.К. Изотопные методы в географии. Часть 2: Геохимия cтабильных изотопов пластовых льдов, том 2. Изданы 4 статьи в рецензируемых российских журналах, 1 статья в трудах конференции и 1 статья в высокорейтинговом зарубежном журнале (Boreas). 6. Выполнены изотопные определения в 250 новых образцах снега и льда. 7. Прослежен тренд изменения изотопного состава свежевыпавшего снега из единой воздушной массы на транссекте протяженностью примерно 1400 км через северо-восток Европы. Выявлена причина увеличения значений дейтериевого эксцесса при снижении значений delta18O и deltaD в снеге. Показано, что в последних порциях конденсата из единого облака относительное содержание дейтерия будет значительно выше, чем в начальном конденсате, то есть величина дейтериевого эксцесса будет в каждой последующей порции осадков более положительна по сравнению с исходным изотопным составом. 8. Обобщены материалы изотопного изучения пластовых льдов и датирования вмещающих их отложений для России и Северной Америки, которые также предполагается использовать для построения палеотемпературных карт. Анализ многочисленных данных датирования отложений, вмещающих пластовые льды в криолитозоне России, показало, что время формирования практически всех исследованных пластовых ледяных залежей приходится на плейстоцен, причем особенно активно они формировались в позднем плейстоцене, а голоценовых и, тем более, современных аналогов таких мощных ледяных залежей очень мало. 9. Выполнена корреляция изотопных диаграмм пластовых льдов в криолитозоне России и Канады. На основе сравнения изотопных диаграмм предложен подход для ориентировочной генетической привязки пластовых льдов по морфологическим особенностям изотопных кривых.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Составление карт зимних палеотемператур воздуха Российской Арктики за последние 40 тысяч лет по высокоразрешающим изотопным записям подземных льдов
Результаты этапа: 1. Выполнены корреляции изотопных диаграмм повторно-жильных льдов, датированных по радиоуглероду для периода 20-30 тыс. лет назад. 2. Составлены таблицы изменения изотопного состава повторно-жильных льдов с шагом 2 тыс. лет, для периода 20-30 тыс. лет назад. 3. Построены карты распределения изотопного состава повторно-жильных льдов с шагом 2 тыс. лет, для периода 20-30 тыс. лет назад. 4. Построены карты распределения январских палеотемператур с шагом 2 тыс. лет, для периода 20-30 тыс. лет назад. 5. Опубликовано 2 статьи: одна в российском журнале, входящем в базу РИНЦ и одна в высокорейтинговом международном журнале из списка Web of Science.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Составление карт зимних палеотемператур воздуха Российской Арктики за последние 40 тысяч лет по высокоразрешающим изотопным записям подземных льдов
Результаты этапа: Полученные в ходе выполнения Проекта важнейшие результаты 1. Выполнена верификация соотношения содержания изотопов кислорода в современных повторно-жильных льдах с зимними температурами воздуха севера России, к ранее известным добавлено 15 точек значений delta18О современных жилок, причем для территории Чукотки и о.Котельный - они получены в результате работы по данному проекту. 2. 10 новыми местонахождениями, как исследованными в ходе выполнения проекта его участниками, так и взятых из опубликованных работ дополнен перечень опорных разрезов позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов на территории Российской Арктики, имеющих удовлетворительное датирование по радиоуглероду в которых выполнены изотопные и палинологические исследования. 3. Критически проанализированы данные радиоуглеродного датирования опорных разрезов, особенно едомы на о.Айон, Дуванный Яр, в долине р.Майн. 4. Выделены интервалы выбранных опорных разрезов с шагом 2-4 тысячи лет - 12-16, 18-20, 22-24, 28-30, 32-36 и 36-40 тыс. лет назад. 5. Определено среднее содержание стабильных изотопов для выбранных интервалов времени в 31 опорном разрезе севера России. 6. Выполнена реконструкция зимних температур для выбранных интервалов времени в 31 точке расположения опорных разрезов для 4 временных интервалов позднего плейстоцена и в 22 точках для наиболее древних интервалов времени по которым разрезов меньше - для периодов 32-36 и 36-40 тыс. лет назад. 7. Выполнен расчет палеотемператур многолетнемерзлых грунтов для выбранных интервалов времени в 31 выбранной точке расположения опорных разрезов. 8. Построена серия из 7 карт зимних палеотемператур воздуха и из 5 карт палеотемператур многолетнемерзлых грунтов на ключевые моменты неоплейстоцена и голоцена. Материалы полученные в ходе выполнения Проекта опубликованы в 15 статьях. В 2016 г. нами выполнены реконструкции среднезимних и среднеянварских температур по разрезам Южной Чукотки. Реконструкции среднеянварских и среднезимних температур получены на основании сравнения изотопного состава современных жильных ростков и современных зимних температур для периода формирования жильных ростков, т.е. последних 60-100 лет, и полученных в результате этого сравнения уравнениях (Васильчук, 1992; Vasil'chuk, 1991). По приведенным уравнениям рассчитаны зимние температуры воздуха позднего неоплейстоцена 38-12 тыс. лет назад для ряда разрезов юга Чукотки. Наиболее низкие температуры отмечаются для периодов 24–22 и 20 – 18 тыс. лет назад - температуры января понижались в долине р.Майн до –43, –44o, при современных значениях –27oС, а на побережье близ Анадыря до –32o, при современных значениях –21oС. Данные по изотопному составу жил из датированных по радиоуглероду опорным разрезам едомных толщ на о. Айон, в долине р. Майн и близ г. Анадырь подтвердили вывод о существенно более суровых зимах, господствовавших здесь в конце поздненеоплейстоценового криохрона. Усилением влияния Тихого океана можно объяснить утяжеление изотопного состава в нижних частях Усть-Алганского разреза и озерной толщи Ледового обрыва, если принять не фациальную, а климатическую природу обнаруженной положительной изотопной аномалии. Наиболее низкая зимняя температура воздуха как в центральных, так и в прибрежных районах южной Чукотки фиксируется для периода от 24 до 18 тыс. лет назад. Подготовлена статья в журнал, цитируемый Scopus: Повторно-жильные льды долины реки Майн, Южная Чукотка в журнал Криосфера Земли. 2017 (принята в печать). Также в 2016 г. нами выполнены реконструкции среднезимних и среднеянварских температур по разрезам о.Айон и близлежащих районов. Для сравнения с данными по о.Айон проведены реконструкции среднезимних и среднеянварских температур по разрезам Чаун-Чукотки, а также района Нижней Колымы данные по разрезу с датированными по микровключениям органики повторно-жильными льдами Плахинский Яр. Данные по сингенетическим повторно-жильным позднеплейстоценовым льдам Чаун-Чукотки приведены в ряде местонахождений, исследованных А.Н.Котовым: в устье р Раучуа на побережье Восточно-Сибирского моря, на р.Экитыки, на р.Амгуэме в среднем течении, на о.Врангеля. Реконструкции среднеянварских и среднезимних температур получены по той же методике, что и для разрезов Майна. По выведенным ранее уравнениям рассчитаны зимние температуры воздуха для ряда разрезов Чаун-Чукотки. В период накопления повторно-жильных льдов в районе устья р. Раучуа и в долине в долине р. Экитыки 45-30 тыс. лет назад: среднезимняя температура была ниже современной на 7-9°С, а средняя температура января на 19-14оС ниже. Для периода 30-26 тыс. лет назад на о. Айон, когда формировались повторно-жильные льды нижнего четвертого яруса, среднезимняя температура была ниже современной на 11°С, а средняя температура января на 17оС, но если учитывать минимальное значение delta18O жильного льда – –34‰, то разница с современными среднеянварскими температурами достигала 21оС. Для района Плахинского Яра среднезимняя температура была ниже современной на 10°С, а средняя температура января на 15оС, те же показатели для этого периода на о. Котельный составляют 10°С и 14°С (Васильчук и др., 2016). Очевидно, наиболее низкие значения среднезимних и среднеянварских температур соответствуют периоду существенного снижения зимних температур – 29-28 тыс лет назад. В течение периода 26-20 тыс. лет назад среднеянварские температуры на о.Айон отличались от современных на 18оС, среднезимние на 12оС, а в районе Плахинского Яра на 14оС и 10?С соответственно, в среднем течении р.Амгуэмы эти показатели близки к разнице температур районе Плахинского Яра 14оС и 10оС. Отметим, что на о. Айон, также как и ранее разница между реконструированными и современными температурами наибольшая. В период от 20 до 15 тыс. лет назад среднеянварские температуры на о. Айон отличались от современных на 17оС, а среднезимние на 10оС, для Плахинского Яра эти показатели составили 13оС и 9оС, а для едомы о.Котельный [Васильчук и др., 2016) –8оС и 6оС. Для периода 15-12 тыс. лет назад разница средне январских и среднезимних температур на о. Айон составила 15оС и 10оС, для района Плахинского Яра 8оС и 11оС, а на о. Врангеля отмечена весьма заметная разница по сравнению с современными температурами на острове 18оС и 12оС. Отмеченные заметные различия среднезимних и среднеянварских температур по сравнению с современными дают основание предполагать, что о. Айон в течение позднего плейстоцена находился в гораздо более холодном климате при отсутствии отепляющего воздействия моря условия зимнего сезона о.Айон были намного суровее. Реконструируемые по значениям delta18O в жилах позднеплейстоценовые среднеянварские температуры на о.Айон составляют от –50 до –44оС (при современной среднеянварской температуре равной –28,7оС), а среднезимние температуры от –34 до –29оC (при современной среднезимней температуре равной –19,4оC). Интерполяция данных радиоуглеродного датирования едомной толщи о. Айон показала, что наиболее низкие температуры приходятся на период 21-18 тыс. лет назад и 29-28 тыс. лет назад, что соответствует периодам, приходящимся на глобальные периоды похолоданий. При переходе от позднего плейстоцена к голоцену разница в среднезимних температурах на о.Айон составила 9-10оС, а среднеянварских 13-15оС, в то время как эти же величины для Плахинского Яра составили соответственно 6оС и 9оС. Вероятно, это следствие изменения конфигурации береговой линии и перехода территории о.Айон из континентального положения в островное, благодаря повышению уровня моря. Таким образом, о.Айон стал островом только в конце плейстоцена - начале голоцена. Об этом свидетельствует изменение условий зимнего сезона. Среднезимние и среднеянварские температуры в первой половине голоцена (10-5 тыс. лет назад) на о. Айон обычно были на 2оС ниже по сравнению с современными. Отметим, что наиболее существенно по сравнению с периодом 10-5 тыс. лет к настоящему времени увеличились зимние температуры в районе оз. Эльгыгытгын, Плахинского Яра и о.Врангеля. Особенностями изотопной характеристики и палеогеокриологических условий изученных повторно-жильных льдов на о.Айон являются: - практически полное совпадение трендов распределения изотопных характеристик позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов на о.Айон и в низовьях Колымы; - наиболее низкая зимняя температура воздуха фиксируется на период 21-18 тыс. лет назад и 29-28 тыс. лет назад - более резкий сдвиг в сторону менее отрицательных значений зимней температуры воздуха при переходе от позднего плейстоцена к голоцену по сравнению с Нижнеколымскими районами, что связано с влиянием изменения уровня моря и переходом территории о.Айон из континентального состояния в островное. Подготовлена статья в журнал, цитируемый WoS: Изотопно-кислородный состав повторно-жильных льдов острова Айон, северо-запад Чукотки // Вестник Моск. ун-та. Серия геология. 2017 (принята в печать). Также в 2016 г. нами выполнены реконструкции среднезимних и среднеянварских температур по разрезам о.Котельный и близлежащих районов. Значения delta18O в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах, формировавшихся на о.Котельном изменяются существенно, вариации delta18О превышают 8‰ (от –30‰ до –22.9‰), а в голоценовых незначительно – не более 1.5‰ (от –23.1‰ до –21,6‰). Значения среднеянварских температур в позднем плейстоцене менялись более чем на 10-12оС. Среднегодовая температура мерзлых грунтов в позднем плейстоцене составляла около –16, –19оС, а в голоцене около –13, –14оС, при современной около –14оС. Сравнивая с вариациями delta18O в позднеплейстоценовых и голоценовых сингенетических повторно-жильных льдов на других островах Восточной Арктики России, можно видеть, что в голоцене палеотемпературные и палеогеокриологические показатели практически идентичны, а в позднем плейстоцене отмечаются существенные, пока еще не полностью объяснимые, но достаточно любопытные различия, например сравнивая изотопные данные для разных периодов позднего плейстоцена о.Котельный и о.Айон, можно видеть, что 30–25 тыс. лет назад они достаточно близки, а вот 22–14 тыс. лет назад в жилах о.Котельный фиксируются заметно более высокие значения delta18O, что свидетельствует о возможно менее суровом климате зимой 22–14 тыс. лет назад, что уже было ранее замечено в целом ряде криолитологических опорных разрезов Сибири. Изотопно-кислородный состав позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов острова Котельный изменяется существенно и заметно отличается от значений delta18О в современных жильных ростках, вариации delta18О превышают 8‰, что свидетельствует о значительной изменчивости климатических зимних условий в позднем плейстоцене. Рассчитанные по уравнениям взаимосвязи температур воздуха и изотопного состава жил среднемноголетние значения среднеянварских температур менялись более чем на 10оС. Изотопно-кислородный состав голоценовых повторно-жильных льдов острова Котельный изменяется несущественно, вариации delta18О не превышают 2‰, что свидетельствует о незначительной изменчивости климатических зимних условий в позднем голоцене. Рассчитанные по уравнениям взаимосвязи температур воздуха и изотопного состава жил среднемноголетние значения среднеянварских температур менялись не более чем на 3оС (опубликовано в 2016 г. в статье - Палеогеокриологические условия формирования позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов острова Котельный // Материалы пятой конференции геокриологов России. МГУ имени М.В.Ломоносова). В 2016 г. подготовлена статья Карты распределения на территории Сибири значений delta18О позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов и январских палеотемператур для периода 30-12 тыс. лет назад с высоким временным разрешением, для публикации в журнале Арктика и Антарктика. В этой работе выполнена верификация уравнения связывающего современные данных по росткам ледяных жил с зимними температурами. Осуществлена реконструкция зимних палеотемператур и построены изотопные диаграммы по значениям delta18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах в едомных толщах, датированных по радиоуглероду. В едомных толщах различных регионов Российской криолитозоны выполнен анализ достоверности радиоуглеродных датировок, позволивший надежно «привязать» изотопные диаграммы и выделить фрагменты с шагом 2-4 тыс. лет, датируемые временными интервалами 30-28, 24-22, 20-18, 16-12 тыс. лет. Для этих интервалов построены карты распределения на территории Сибири изотопного состава повторно-жильных льдов и январских палеотемператур. Важные результаты наших палеоклиматических реконструкций в Северной Евразии 30-12 тыс. лет назад заключаются в следующем: (1) Сингенетические ледяные жилы активно формировались в едомных толщах в Арктических районах в течение всего периода 30-12 тыс. лет назад. (2) Период интенсивного роста конкретного массива ледяных жил в том или ином регионе мог отличаться от соседней области и даже от соседнего массива, и он длился, как правило, не более 10-15 тыс. лет, затем рост мог либо прекратиться совсем, либо временно приостановиться из-за смены режима обводнения, и затем снова возобновиться, но уже в рамках другого цикла осадконакопления. (3) Построены изотопные диаграммы по сингенетическим ледяным жилам, привязанные во времени, и затем рассчитаны средние значения delta18О для временных отрезков с шагом 2-4 тыс. лет, датируемые временными интервалами 30-28, 24-22, 20-18, 16-12 тыс. лет назад. (4) Построены карты-схемы распределения значений delta 18О в сингенетических ледяных жилах, датируемых временными интервалами 30-28, 24-22, 20-18, 16-12 тыс. лет назад. (5). Выполнена палеореконструкция среднеянварских температур, на основании значений delta18О в сингенетических ледяных жилах, для временных интервалов 30-28, 24-22, 20-18, 16-12 тыс. лет и построены карты-схемы распределения зимних палеотемператур для этих временных интервалов для всей территории Сибири. (6) Тенденции в распределении delta18O в ледяных жилах формировавшихся в течение всего периода 30-12 тыс. лет назад аналогичны современным, т.е. значения delta18O становились в позднеплейстоценовых жилах более отрицательными при движении с запада на восток примерно на 8-10 ‰, в среднем составляя: в Западной Сибири –23, –25‰ (в современных жилах –17, –19‰), в Северной Якутии –31 до –33 ‰ (в современных жилах –25, –27‰); При дальнейшем продвижении на восток они повышались от –28, –31 ‰ в Северной Чукотке (в современных жилах –22, –27‰) и центральных районах Магаданской области, до –25 до –28 ‰ в Восточной Чукотке (в современных жилах –16, –20‰). (7) Средние температуры января над Российской Арктикой были примерно на 8-12oC меньше, чем современные. В районах с изменяемыми климатическими условиями, такими как Чукотке, диапазон средних температур января был до 17-18oC меньше, чем в наше время. (8) Евразийская криолитозона в течение всего периода 30-12 тыс. лет назад была похожа на современную криолитозону якутского сектора. (9) Тенденции распределения delta18О в сингенетических ледяных жилах в Сибири 30-12 тыс. лет назад свидетельствуют о том, что транспортировка воздушных масс транспорта по всей Субарктической зоне Сибири была похожа на современный воздушный перенос. Влияние Атлантических воздушных масс было доминирующим над территорией севера Сибири, преобладая от полуострова Ямал до северо-восточной части Якутии, но это влияние, возможно, были слабее, то в настоящее время, из-за более частой адвекции холодного и сухого арктического воздуха. Также вероятно, влияние воздушных масс Тихого океана была незначительной в восточной части Северной Азии. По-видимому, континентальный антициклонический режим доминировал в районах Тихоокеанского побережья, особенно в зимний период. Наши палеоклиматические реконструкции исключают каких-либо значительные изменения в характере распределения многолетнемерзлых толщ в разные этапы внутри периода 30-12 тыс. лет назад на севере Сибири. Равномерные тенденции значений delta18О в повторно-жильных льдах на обширной территории севера Сибири свидетельствует о равномерной атмосферной циркуляции в то время. Это в свою очередь служит наглядным свидетельством отсутствия мощных ледниковых покровов на равнинах Сибири, наличие которых могло значительно повлиять не только на характер распределения значений delta18О в сингенетических ледяных жилах, но и на сам факт развития мощных ледяных жил, которые конечно же не формируются под ледниковым покровом.

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".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Vasilchuk_2016_Spatio-temporal_distribution_of_mean_Janua... Vasilchuk_2016_Spatio-temporal_distribution_of_mean_Janua... 1,3 МБ 20 декабря 2016 [vasilchuk]