Адвекция теплых и соленых атлантических вод в Северный Ледовитый океан является важнейшим фактором, определяющим климат Арктики и оказывающим огромное влияние на ее биоту [Bobylev et al., 2003]. Поступают атлантические воды в Арктику двумя основными путями: через пролив Фрама (Западно-Шпицбергенская ветвь) и Баренцево море (Баренцевоморская ветвь) [Rudels et al., 2004]. Вопрос о времени и объемах поступления трансформированных атлантических вод в Арктику до последнего времени остается объектом неослабевающего внимания. Весьма актуальным в этой связи представляется выяснение специфики позднечетвертичных событий в северной области Западного Шпицбергена.

Широкое распространение на архипелаге морских отложений позднеплейстоценового - голоценового возраста, содержащих богатые комплексы моллюсков и фораминифер показывают, что даже в период последнего ледникового максимума, когда ледниковые щиты покрывали значительные территории арктических шельфов, северные фьорды Западного Шпицбергена были частично свободны от ледников и представляли собой морские бассейны.

Материал

Материал для исследований получен в ходе геологосъемочных работ на архипелаге Шпицберген, проводимых Полярной морской геологоразведочной экспедицией (ПМГРЭ, г. Ломоносов) (рис. 1). Разрезы морских террас датированы радиоуглеродным методом в лаборатории геохронологии Санкт-Петербургского Государственного университета по раковинам Муа truncata и Balanus balanus [Шарин и др., 2006; Шарин и др., 2008] и методом оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ) в Таллиннском техническом университете [Большиянов и др., 2009].

Микропалеонтологический анализ проведен по образцам, отобранным из обнажений морских террас в проливе Хинлоппен и Вейде-фьорде. Вес образцов составлял 50 г. Обработка проб проводилась по стандартной методике. Отмывка от тонких глинистых частиц выполнялась ручным способом через сито с размером ячеи 0,063 мм. Оставшаяся часть пробы песчаной размерности и крупнее просматривалась под бинокуляром. Минимальное количество подсчитанных в образце раковин составляло 100 экземпляров. При анализе структуры комплексов фораминифер производился пересчет раковин на 1 г воздушно-сухого осадка.

В разрезах четвертичных отложений, а также на поверхности морских террас была отобрана серия образцов на определение видового состава макробентоса [Шарин и др., 2006; Шарин и др., 2008].

Результаты и обсуждение

На западном берегу пролива Хинлопен в эрозионном обрыве приморской равнины Профильстранда вскрыты алеврито-песчаные отложения, сформировавшиеся на протяжении позднего плейстоцена - раннего голоцена. По литологическим и фаунистическим признакам в разрезе выделены 3 стратиграфических горизонта. Видимых следов перерыва в осадконакоплении не отмечено [Шарин и др., 2008].

Накопление осадков нижнего горизонта происходило в прибрежной зоне относительно тепловодного бассейна в условиях благоприятных для развития бентосных организмов, на что указывают многочисленные находки раковин двустворчатых моллюсков, среди которых присутствует теплолюбивый вид Mytilus edulis, остракоды, иглы и фрагменты панцирей иглокожих, домики балянусов. Основу сообщества бентосных фораминифер, тем не менее, составляют арктические виды Cassidulina reniforme и Elphidium excavatum f. clavata. Хотя регистрируются в значительных количествах и Islandiella helenae, Islandiella norcrossi, Nonion labradoricum, что свидетельствует о поступление на дно достаточного количества питательных веществ. Высоко содержание сессильных фораминифер. Обнаружены планктонные фораминиферы Neogloboquadrina pachyderma sin (рис. 2).

Идентичные по литологическому строению и фаунистической наполненности террасы заливов Биллефьорд и Бельсунд датированы термолюминисцентным методом как микулинские (эемские) [Troitsky et al., 1979].

Массивные алевриты с включениями песчаного, гравийно-галечного и валунного материала горизонта 2 содержат многочисленные раковины двустворчатых моллюсков Муа truncate, Macoma calcarea, гастропод Diaphana sp., остракод, иглы и фрагменты панцирей ежей, экологически выдержанный комплекс бентосных фораминифер, характерный для внешних частей фьордов архипелага, подверженных влиянию атлантических вод. Среди бентосных фораминифер преобладает Islandiella helenae. Второй по численности вид - Elphidium excavatum f. clavata. На долю относительно глубоководных видов, также индикаторов высокопродуктивных вод, Melonis barleeanus и Nonionellina labradorica приходится около 5%. Интересны находки по всему горизонту раковин вида Bulimina marginata, обитающего на глубинах 40-50 м (встречается до 310 м) при постоянных положительных придонных температурах и солености, близкой к нормальной океанической (35‰) [Knudsen, 1971]. В настоящее время в водах Шпицбергена этот вид не отмечен, но был широко распространен в Баренцевом море в верхнем плейстоцене [Самойлович и др., 1993, Тарасов и др., 2000]. В Скандинавии он характерен для отложений эема и вейхзеля [Buch, 1955; Woszidlo, 1962; Lafrenz, 1963]. Содержание мелководных видов вверх по разрезу снижается. Планктон представлен видами Neogloboquadrina pachyderma sin. и Turborotalita quinqueloba, что указывает на усиление влияния вод открытого моря.

Данный горизонт отнесен нами к валдаю [Шарин и др., 2008]. Тот факт, что накопление осадочной толщи происходило в весьма благоприятной гидробиологической обстановке, может свидетельствовать о постоянном притоке трансформированных атлантических вод в северные области Западного Шпицбергена в течение всего последнего ледникового максимума. Данное предположение хорошо согласуется с гипотезой существования в Норвежско-Гренландском бассейне в этот период мощного поверхностного (подповерхностного?) течения [Bauch et al., 2001], направляющегося через пролив Фрама на восток [Norgaard-Pedersen et al., 2003].

Верхний горизонт, радиоуглеродный возраст которого по древесине составил 9 130±90 (калиброванный 10 340±100 лет) [Шарин и др., 2008], представленный валунно-галечными отложениями с песчаным заполнителем, содержит комплексы фораминифер, свидетельствующие о резком обмелении бассейна. Редкие бентосные фораминиферы (3 экз./г.) в нижней части горизонта представлены типичными мелководными видами, переносящими опреснение: Haynesina orbiculare, Elphidium asklundi, Elphidium incertum, Elphidium bartletti, Elphidium subarcticum, Elphidium longipondis, Elphidiella groenlandica. Явный доминант не выражен. Мелководные виды достигают максимального содержания по всему разрезу - около 50%. Вероятно, формирование отложений происходило в верхней сублиторали. В средней части микрофаунистические остатки не обнаружены. Здесь присутствуют крупные обломки моллюсков Mya truncata, Macoma calcarea, Astarte borealis, иглы ежей, мшанки со следами переотложения. Возможно, это пляжные литоральные осадки.

А вот сортированные мелкозернистые пески кровли разреза содержат раковины остракод, фрагменты колоний мшанок, иглы ежей хорошей сохранности. Здесь выявлен богатый как по численности (более 40 экз./г), так и по видовому разнообразию (35 видов в пробе) комплекс бентосных фораминифер. На доминирующий вид Cibicides lobatulus приходится 53%, отражая период наибольшей активизации придонной гидродинамики. Мелководные организмы, выдерживающие наибольшее опреснение составляют менее 5%. Многочисленны Nonionellina labradorica, Islandiella helenae, Melonis barleeanus, Astrononion gallowayi.

Все вышеизложенное позволяет предположить, что рассматриваемая толща осадков формировалась в открытой части палеобассейна. Прослеживается трансгрессивно-регрессивный и трансгрессивный этапы его развития. Максимальные глубины (около 100 м), соленость порядка 35‰, положительные придонные температуры, высокую сезонную продуктивность бассейн имел в валдае. Заметное влияние открытых вод Северного Ледовитого океана отмечается во время микулинского межледниковья (эеме) и в раннем голоцене. В целом отложения голоцена носят регрессивный характер. Хотя образец, отобранный в кровле голоценовой толщи, свидетельствует о трансгрессивном этапе развития палеобассейна. На этой стадии его существования фиксируется период наибольшей активизации придонной гидродинамики.

На восточном побережье Вейде-фьорда изучены три обнажения морских позднеплейстоцен - голоценовых отложений [Шарин и др., 2006] (рис. 3). Наиболее древние осадки вскрываются в эрозионном обрыве длиной 140 м и высотой 14-15 м (обнажение 115).

Залегающая в основании разреза галечно-валунная пачка с гравийно-песчаным заполнителем перекрывается темно-коричневыми плотными тонкослоистыми алевритами с многочисленными охристыми пятнами ожелезнения содержащими комплекс бентосных фораминифер с доминирующим видом Elphidium excavatum (Terquem) f. clavata Cushman (75%) и субдоминантом Cassidulina reniforme Norvang (20%). Столь высокий процент доминантного вида говорит об экстремальных условиях среды: низких солености и температуре, высоком содержании в воде минеральной взвеси, низком содержании в осадках питательных веществ. Комплекс характеризуется обедненным таксономическим составом (10 видов) и пониженной численностью фораминифер (3 экз./г). Кроме того, обращают на себя внимание мелкие размеры раковин, что также присуще сообществам, развивающимся в неблагоприятных условиях среды [Korsun et al., 1995]. Современные аналоги обнаруженного комплекса - сообщества Elphidium excavatum f. clavata и Cassidulina reniforme занимают внутренние области фьордов, занятые локальными и промежуточными водными массами, характеризующиеся низким содержанием фитопланктона. Набор видов, их соотношение и характер (мелкие размеры) указывают на то, что формирование отложений, содержащих этот комплекс фораминифер, происходило вблизи или под влиянием активных ледников. Время формирования осадков нами определяется как микулинское межледниковье (эем), т.к. возраст перекрывающих их алевритов с песками, характеризующихся линзовидной, местами пологоволнистой слоистостью составляет 90 000±100 лет (ОСЛ) [Большиянов и др., 2009].

В песках обнаружен обедненный комплекс бентосных фораминифер. Видовое разнообразие низкое: 5-7 видов в пробе. Все обнаруженные виды высокоарктические. Присутствие мелководных фораминифер (Hyanesina orbiculare, Elphidium bartletti) свидетельствует об обмелении бассейна во время формирования данных отложений.

Вышележащая пачка валунно-галечного материала залегает по контакту с многочисленными карманами, выполненными галечниками с крупногравийным грубым матриксом. В качестве заполнителя выступают тонкослоистые (1-3 мм) плитчатые алевриты темно-коричневого и светло-серого цвета. Местами они образуют структуры облекания валунов и гальки. [Шарин и др., 2006]. Найденные единичные раковины фораминифер имеют плохую сохранность, размер обнаруженных экземпляров совпадает с размерностью частиц, вмещающего их песка (допустимо переотложение).

Выше по контакту с многочисленными карманами заполнения залегают темно-коричневые с поверхности, розовато-серые в свежем срезе, тонкослоистые алевриты. В алевритах содержится экологически выдержанный комплекс фораминифер, обычный для фьордов Шпицбергена. Доминирует Elphidium excavatum f. clavata. Численность невысокая (4 экз./г). Видовое разнообразие низкое (4). Высокий процент доминирующего вида (87%) и низкое видовое разнообразие указывают на неблагоприятные для развития бентосных фораминифер условия среды. Обнаружены многочисленные створки раковин Hiatella arctica (Linne) и единичные Mya truncata (Linne). Обильны фрагменты Balanus balanus (Linne) преимущественно плохой сохранности, размером до 30 мм при биологическом возрасте 14-16 лет, а также их scutum и tergum. Радиоуглеродная датировка по раковинам Вalanus balanus (с поверхности площадки) показала возраст 9 230±100 лет [Шарин и др., 2006].

Два других обнажения вскрывают осадки только голоцена. Интересно присутствие в отложениях, имеющих радиоуглеродный возраст 9 500 лет [Шарин и др., 2006] достаточно богатого (38 видов бентосных фораминифер, планктонные фораминиферы вида Globigerina pahyderma sin., численность достигает 270 экз./г.) комплекса фораминифер. И хотя преобладающими видами остаются Elphidium excavatum f. clavata (30-40%) и Cassidulina reniforme (25-35%), практически во всех образцах высоко содержание потенциального индикатора высокопродуктивных условий - Nonionellina labradorica (15-20%). Присутствие в ряде образцов вида Cibicides lobatulus указывает на усиление скорости придонных течений. Помимо фораминифер, во всех образцах найдены раковины остракод, двустворчатых моллюсков Hiatella arctica, Mya truncata, гастропод Lepeta соеса, остатки иглокожих. На крупных гальках обнаружены фоссильные колонии Balanus balanus достаточно хорошей сохранности, а также многочисленные фрагменты стенок, scutum и tergum домиков. Все перечисленные особенности ископаемого фаунистического комплекса свидетельствуют о благоприятных для развития биоты условиях среды, а так же интенсивном поступлении во фьорд высокопродуктивных вод атлантического происхождения.

Характер изменения фауны во времени указывает на значительное обмеление бассейна в период 9 230-8 870 лет назад. Развитие получают мелководные высокоарктические сообщества. Относительно высокая численность фораминифер обеспечивалась за счет видов Elphidium excavatum f. clavata и Cassidulina reniforme, обладающих высокой конкурентоспособностью и способных развиваться в крайне неблагоприятных условиях.

Заключение

Проведенные исследования показывают, что во время микулинского межледниковья (эем) в северных фьордах Западного Шпицбергена обитали сообщества арктических бентосных фораминифер. В открытых водах (пролив Хинлоппен) сообщества отличались разнообразием и присутствием видов, свидетельствующих о высокой продуктивности вод. Иная картина наблюдалась во фьордах. Здесь обитали сообщества с высоким процентом видов-оппортунистов: Elphidium excavatum f. clavata и Cassidulina reniforme. Видовое богатство обеспечивалось за счет высокоарктических видов. Вероятно, на фоне общего потепления климата проявление влияния атлантических вод в северных областях Западного Шпицбергена, было сильно ограничено процессами массового сброса талых вод, образующихся в ходе активного таяния ледниковых массивов. Таяние ледников способствовало выносу во фьорды и значительного количества минеральных частиц, создающих неблагоприятный световой режим для развития фитопланктона, и как следствие, приводящих к низкой биопродуктивности водоемов. Кроме того, можно предположить, что в этот период Баренцевоморская ветвь атлантических вод была более мощной, и основной перенос тепла в Арктику осуществлялся через Баренцево море.

В последующий ледниковый период адвекция атлантических вод в северные области полностью не прекращалась, о чем свидетельствует присутствие разнообразных бентосных организмов в мощной толще осадков пролива Хинлопен. В Вейде-фьорде отложения этого периода фаунистически обеднены. Вероятно, в этом заливе осадконакопление происходило вблизи или под телом ледника. Вывод сделан на основании присутствия в глинистой толще обломочного материала со следами облекания.

Активный приток атлантических вод в северные фьорды архипелага фиксируется в раннем голоцене. О высокой продуктивности водоема в этот период свидетельствуют присутствие в отложениях достаточно высокого количества раковин видов бентосных фораминифер Melonis barleeanus и Nonionellina labradorica, питающихся захороненной органикой, высокое видовое разнообразие, находки теплолюбивых моллюсков, крупные размеры балянусов [Шарин и др., 2008].

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (08-05-00849-а, 10-05-00968-а).

Литература

Большиянов Д.Ю., Погодина И.А., Гусев E.A., Шарин В.В., Алексеев В.В., Дымов В.А., Анохин В.М., Аникина Н.Ю., Деревянко Л.Г. Новые данные по береговым линиям архипелагов Земля Франца-Иосифа, Новая Земля и Шпицберген // Проблемы Арктики и Антарктики. 2009. № 2. С. 68-77.

Самойлович Ю.Г., Каган Л.Я., Иванова Л.В. Четвертичные отложения Баренцева моря. Апатиты, 1993. 72 с.

Тарасов Г.А., Погодина И.А., Хасанкаев В.Б., Кукина Н.А., Митяев М.В. Процессы седиментации на гляциальных шельфах. Апатиты, 2000. 475 с.

Шарин В.В., Алексеев В.В., Дымов В.А., Погодина И.А., Большиянов Д.Ю., Гусев Е.А. Новые данные по стратиграфии четвертичных отложений и палеогеографии Вейде-фьорда (архипелаг Шпицберген) // Комплексные исследования природы Шпицбергена. Апатиты, 2006. С. 157-172.

Шарин В.В., Алексеев В.В., Погодина И.А. К стратиграфии четвертичных отложений пролива Хинлопен, архипелаг Шпицберген // Природа шельфа и архипелагов европейской Арктики. Вып. 8. М.: ГЕОС, 2008. С. 388-392.

Bauch Н.А., Erlenkeuser Н., Spielhagen R.F., Struck U., Matthiessen J., Thiede J., Heinemeier J. A multiproxy reconstruction of the evolution of deep and surface waters in the Nordic Seas over the last 30,000 years // Quaternary Science Reviews. 2001. V. 20. P. 659-678.

Bobylev L.P., Kondratyev K. Y., Johannessen O.M. Arctic Environment Variability in the Context of Global Change. Chichester: Springer Praxis Publishing, 2003. 428 p.

Buch A. De marine interglaciale lag ved Inder Bjergum // Meddr. Dansk Geol. Foren, 1955. V. 12. P. 593-652.

Rudels В., Jones E.P., Schauer U., Eriksson P. Atlantic sources of Arctic Ocean surface and halocline waters // Polar Research. 2004. V. 23. N 2. P. 181-208.

Knudsen K.L. Late Quaternary Foraminifera from Vendsyssel, Denmark and Sandnes, Norway - systematic part / Late Quaternary Foraminifera from Vendsyssel, Denmark and Sandnes, Norway // Bulletin of Geological Society of Denmark. V. 21. Part 2-3. 1971. P. 185-291.

Korsun S.A., Pogodina I.A., Forman S.L., Lubinski D.J. Resent foraminifera in glaciomarine sediments from three arctic fjords of Novaja Zemlja and Svalbard // Polar Research. 1995. V. 14. N 1. P. 15-31.

Lafrenz H.R., Woszidlo H. Wichtige Foraminiferen aus dem Hlstein- und dem Eem-Inter-glacial Schleswig-Holsteins und ihre okologische Auswertung // Schr. naturw. Ver. Schlesw.-Holstein, 1963. V. 34. P. 106-115.

Norgaard-Pedersen N., Spielhagen R.F., Erlenkeuser H., Grootes P.M., Heinemeier J., Knies J. Arctic Ocean during the Last Glacial Maximum: Atlantic and polar domains of surface water mass distribution and ice cover // Paleoceanography. 2003. V. 18. N 3. P. 1063.

Troitsky L., Punning J.M., Hütt G., Rajamae R. Pleistocene glaciation chronology of Spitsbergen // Boreas. 1979. Vol. 8. P. 401-407.

Woszidlo H. Foraminiferen und Ostracoden aus dem marinen Elster-Saale-Interglacial in Schleswig-Holstein // Meyniana. 1962. N 12. P. 65-96.