Плейстоценовые морские осадки на острове Врангеля (северо-восток Сибири), и их значение для решения вопроса существования Восточно-Сибирского ледникового щита.

Gualtieri L., Vartanyan S., Brigham-Grette J., Anderson P.M. Pleistocene raised marine deposits on Wrangel Island, northeast Siberia and implications for the presence of an East Siberian ice sheet. Quaternary Research, 2003, vol. 59, p. 399-410.

Originally published at www.elsevier.com/locate/yqres

English version

Резюме

Две впервые зафиксированные плейстоценовые морские трансгрессии на острове Врангеля ставят под сомнение существование Восточно-Сибирского или Берингийского ледникового щита в период последнего ледникового максимума. «Тундровая трансгрессия» (459,000-780,000 лет назад) представлена поднятыми морскими осадками и формами рельефа до высот 15-41 м над уровнем моря и распространяется вглубь острова на расстояние до 18 км. Существование периода высокого стояния уровня моря 64,000-73,000 лет назад («Трансгрессия Красный Флаг») подтверждается осадками и формами рельефа высотой 4-7 м над уровнем моря в долине реки Красный Флаг. Эти осадки и формы рельефа были закартированы, продатированы, описаны и исследованы с использованием методов аминокислотной и радиоуглеродной геохронологии, оптически стимулированной люминесценции, электронно-спинового резонанса, кислородных изотопов, микропалеонтологии, палеомагнетизма, и гранулометрического состава. Морские осадки эвстатического, а не изостатического происхождения. Все морские осадки острова Врангеля  древнее времени последнего ледникового максимума, таким образом, ни остров Врангеля, ни Восточно-Сибирское, ни Чукотское море не подвергались оледенению в последние 64,000 лет.

© 2003 Elsevier Science (USA). Все права защищены.

Ключевые слова: остров Врангеля; гляцио-эвстатика; аминокислоты; Восточно-Сибирский ледниковый щит

 

 

Введение

Вопрос существования или отсутствия на Чукотском шельфе Арктического ледникового щита в последний ледниковый максимум является дискуссионным и обосновывает противоположные точки зрения. Поляк и соавторы (Polyak et al., 2001), а также Гросвальд и Хьюгс (Grosswald and Hughes, 2002) приводят примеры ледникового выпахивания и ледниковые формы рельефа на морском дне, отрицательные гравитационные аномалии и субмеридиональные троговые долины на Чукотке как доказательства существования ледника мощностью 2 км, спускавшегося на шельф, возможно, времени последнего ледникового максимума. Другие исследователи (Sher, 1995; Mostoller, 1997; Hopkins et al., 1998; Gualtieri et al., 2000; Brigham-Grette et al., 2001; Glushkova, 2001; Heiser and Roush, 2001) решительно оспаривают существование обширного ледникового щита в западной Арктике в период последнего ледникового максимума, основываясь на картировании и абсолютном датировании ледниковых форм рельефа и осадков. В течение этой дискуссии не было каких-либо попыток реконструкции истории оледенения или колебаний уровня моря вдоль восточного края предполагаемого ледникового щита. На основе последних исследований на острове Врангеля (Рис. 1а), и предыдущих опубликованных данных по Чукотке и Аляске, мы обеспечиваем полевыми наблюдениями реконструкцию природы, возраста и происхождения поднятых морских форм рельефа и осадков на острове Врангеля и для внесения изменений в гипотезу Берингийского (Восточно-Сибирского) ледникового щита. Если в регионе существовал 2-километровый по мощности ледниковый щит, то остров Врангеля либо покрывался льдом и испытал гляциоизостатическое коровое воздымание на 600-800 метров, либо был существенно затронут таким воздыманием. В обоих случаях, на суше сохранились бы поднятые морские осадки, имеющие возраст моложе последнего ледникового максимума (моложе 20,000 радиоуглеродных лет). Однако, как будет показано в этой статье, не во всех регионах Арктики, затронутых гляциоизостатическим эффектом, фиксируются поднятые морские осадки. С другой стороны, если остров Врангеля ни покрывался ледником, ни был затронут крупным ледниковым щитом, поднятые морские осадки, имеющие возраст древнее последнего ледникового максимума, скорее свидетельствуют о воздействии эвстатических колебаний уровня моря. Целью нашего исследования являлось картирование пространственного и высотного распространения морских осадков, определение их возраста и генезиса (изостатического, эвстатического или обоих).    

Рис. 1

Район исследований

Остров Врангеля протягивается на 80 км с севера на юг на 145 км с запада на восток (Рис. 1б). Основными орографическими элементами острова являются субширотные горные хребты с абсолютными отметками от 500 до 1100 м, разбитые сбросовыми нарушениями, сложные флювиальные террасы, две прибрежные равнины, и широкие меридиональные долины (Святков, 1962). Лагуны и мелководные (1-2 м глубиной) термокарстовые озера усеивают прибрежные равнины и межгорные долины. Современные берега представлены, в основном, галечными и песчаными, с незначительным количеством обломков раковин моллюсков, пляжами. Берега, защищенные барьерными островами и косами, обычно лишены обломков современных моллюсков. В настоящее время на острове Врангеля нет современных ледников, но на самых высоких горных массивах существуют многолетние снежники. Средняя годовая температура -11.7° C, для июля средняя температура составляет 2.8° C; среднегодовое количество осадков - 104 мм. Предыдущие работы по четвертичной истории острова Врангеля были ограничены описанием геоморфологии (Святков, 1962), в котором северная прибрежная равнина картировалась как форма рельефа сложенная озерными осадками с невыясненным возрастом. Изучение истории изменений окружающей среды острова включает исследования позднеплейстоценовых и голоценовых мамонтов (Vartanyan et al., 1993), а также позднеплейстоценовых и современных озерных споро-пыльцевых комплексов (Lozhkin et al., 2001). Однако, эти исследования не получили каких-либо свидетельств существования или отсутствия ледникового щита в Восточно-Сибирском или Чукотском морях в течение последнего ледникового максимума. Должным образом не изучались рыхлые четвертичные осадки, слагающие северную прибрежную равнину (шириной 30 км), а также меньшую по размерам (10 км в ширину) юго-западную равнину. Имеющиеся кривые колебаний уровня моря для Беринговоморского региона включают три, охватывающие временной интервал последнего ледникового максимума (Elias et al., 1996; McManus and Creager, 1984; Lozhkin, 2002) и одну (Hopkins, 1984), распространяющуюся по времени до среднего плейстоцена.            

Методы

С. Вартанян предварительно уже изучал морские осадки и формы рельефа острова Врангеля в период 1989-1998 гг. Мы посетили северную и юго-западную прибрежные равнины острова Врангеля на вездеходах в 2000 и 2001 гг. Наши исследования неконсолидированных осадков были сфокусированы на крупных речных долинах и хорошо сохранившихся разрезах (Рис. 1б). Ниже приводятся методы, использованные нами для изучения, описания и определения возраста разнообразных осадков.

Аминокислотная геохронология по двустворчатым моллюскам

Мы приняли эффективную температуру диагенеза для острова Врангеля -14° C, потому как это значение согласуется с таковым, использованным в регионе для образцов последнего межледниковья (Brigham-Grette et al., 2001; Brigham-Grette and Carter, 1992; Kaufman, 1992). Рациональным основанием выбора этой температуры эффективного диагенеза были палеотемпературные оценки, которые были вычислены для Пелюкианских (последнее межледниковье, стадия 5е, 125,000 лет назад) береговых линий у Нома (Аляска) (Carter et al., 1986; Kaufman and Brigham-Grette, 1993), а также другие аминостратиграфические исследования, проведенные в окрестностях Нома, которые определяют эту температуру на 2-3ºС холоднее, чем среднегодовые температуры позднего плейстоцена (Kaufman, 1992). D/L аспарагиновые (Asp) коэффициенты были измерены с использованием газового хроматографа в Университете Массачусетса в лаборатории геохронологии с системой газовой хроматографии серии Agilent 6890E. D-Allo-изолейцин/L-изолейцин (Alle/Ile) коэффициенты определялись с помощью обратно-фазового высокобарического жидкостного хроматографа Университета Северной Аризоны (аминокислотная лаборатория). Подготовка образцов для определения Asp – такая же, как в работе (Goodfriend et al., 1996), а для определения Аlle/Ile – такая же, как у (Miller and Brigham-Grette, 1989). Пять из 28 отдельных раковин для каждого из 8 разрезов были проанализированы для определения Asp, и 35 раковин были также проанализированы для определения Alle/Ile.

Анализы стабильных изотопов кислорода были произведены в Университете Хельсинки по 25 раковинам для распознания характерных черт записи морской трансгрессии и для корреляции полученной изотопной кривой с известной кривой по Мировому океану. Датирование с помощью электронно-парамагнитного резонанса (ESR) было произведено по арагониту раковин моллюсков для выяснения относительных возрастов морских осадков. ESR анализы были произведены в Университете г. Кельна. ESR датировки были подсчитаны с использованием альфа-эффективности 0,1, первичной урановой модели, и программой вычисления возраста DATA 7. Для детальных пояснений по технике анализа см. (Grim, 1989) и ссылки в этой статье. Кроме того, использовались методы изучения гранулометрии, палеомагнитного анализа, оптико-стимулированной люминесценции осадков и микропалеонтологического анализа.

Геоморфология северной равнины

Прерывающиеся гребешки, параллельные современному побережью, хорошо идентифицируются на местности, на топографических картах масштаба 1:100 000, аэрофотографиях, радарных снимках. Гребни сложены рыхлым материалом и наблюдаются на абсолютных отметках 10, 20-25, 30 и 40-41 м (Рис. 1с). Несмотря на нарушенное залегание и местами затронутость процессами солифлюкции, они являются заметными формами рельефа на фоне однообразного ландшафта северной равнины. Гребешки имеют малую крутизну склонов как обращенных в сторону суши, так и в сторону моря, и непосредственно связаны с крутыми обрывами, где обнажаются породы со специфическим литологическим составом (описание ниже). Литология осадков, слагающих гребни, представлена алевритовыми глинами, алевритами, тонкозернистыми песками, галькой, а также валунами, как хорошо окатанными, так и угловатыми (до 21 см в диаметре), которые выталкиваются мерзлотой на дневную поверхность. Обычно на вершинах гребней распространены полигональные тундры или структуры мерзлотного вспучивания, представленные микро-морфологическими разностями: лужи диаметром 1 м, и холмы высотой 2 м. На поверхности гребешков не встречено материала для датирования. Гребешки простираются перпендикулярно (субширотно) по отношению к направлению речных долин, хотя некоторые гребешки прослеживаются по обоим берегам разрезающих их рек. Простирание гребешков свидетельствует о том, что эти формы рельефа не флювиального генезиса, а являются, скорее всего, останцами морских береговых линий и барьерных островов. Озерная тундра занимает пространство между гребешками, кое-где встречаются обнажения. Близость коренных пород к поверхности северной равнины ограничивает мощность рыхлого четвертичного чехла до 8 м, в большинстве случаев - меньше 3 м. Большинство разрезов сильно затронуто процессами сезонной оттайки, оползнями, и плохо обнажены.

Река Тундровая

Геоморфология и стратиграфия

В долине Тундровой встречены наиболее богатые органическими остатками морские осадки. Обнажения фаунистически немых алевроглин находятся на высотных отметках около 40м в верховьях реки Тундровой, а обнажения с органическими остатками наблюдаются на высотах 15-20 м и протягиваются вглубь острова на расстояние 7 км. Мощность осадков колеблется от 1 до 3 м, и они представлены мелкозернистым, серым алевритом, включающем раковины морских двустворок хорошей сохранности (парные створки и фрагменты) и гастроподы, окатанную кварцевую гальку, и растительный детрит (Рис. 2). В разрезах № 21, 22 и 23 алевроглины прямо перекрываются горизонтами, обогащенными органическим веществом, включающими древесину с вивианитовыми оторочками. Охарактеризованные органическими остатками осадки содержат редкие, плохой сохранности фораминиферы: Elphidium excavatum, E. albiumbilicatum, Epistominella sp., Cassidulina sp., Triloculina sp.  Кроме того, встречаются следующие морские планктонные диатомовые водоросли: Thalassiosira spp., Coscinodiscus spp., Paralia sulcata, а также редкие споры Chaetoceros.

 

Рис. 2

Хронология

D/L Asp коэффициенты для шести разрезов долины реки Тундровой колеблются от 0.32 до 0.36 (n = 64; Таблица 1), показывая возраст в интервале 602,000 - 874,000 лет назад, принимая температуру эффективного диагенеза равную  - 14°C. Аlle/Ile в среднем колеблется от 0.06 до 0.09 для пяти разрезов (n = 25). Радиоуглеродный возраст для разреза 23 оценивается величиной > 45,000 14C лет назад по обломкам раковин Mya (Таблица 2) и ESR-возраст для разреза 24 оценивается по раковинам Neptunea ventricosa 574,500 ± 65,400 лет (Таблица 3). Все осадки разрезов за исключением разреза 24, имеют прямую намагниченность. Причиной несоответствия для разреза № 24 является, по-видимому, близость отобранных образцов мерзлоте, что могло быть причиной перемещения частиц осадка при замерзании и последующем оттаивании осадка после его накопления. Таким образом, образцы из разреза № 24 могут неверно отражать магнитную полярность. Раковины моллюсков из разрезов 21 и 22 (n = 4) показывают содержание 518O от 3.94 до 4.27‰, что близко к современным значениям. Напротив, значения из разрезов 23, 24, и 25 (n = 8) колеблются от 2.04 до 2.86‰, отражая более теплые условия или распреснение.

Таблица 1.   

 Таблица 2.

Река Неизвестная

Геоморфология и стратиграфия

В долине реки Неизвестной нами наблюдались алевритовые пылеватые глины мощностью 1-2 м, с галькой и валунами с целыми створками и обломками раковин гастропод и двустворок. Эта толща залегает на абсолютных отметках не более 40 м, и прослеживается на 18 км вглубь острова (Рис. 1с, 3). В обогащенных раковинами моллюсков алевроглинах часто встречаются небольшие (около 1 см в длину) обломки наносной древесины. Эти осадки, содержащие раковины моллюсков, обычно обнажающиеся в верхних 1-2 м в каждом обнажении, или непосредственно подстилают почвенно-растительный слой, или находятся на поверхности, где процессы мерзлотной дифференциации вещества выталкивают обломки раковин на дневную поверхность, где они становятся заметны. В алевритовых галечных пылеватых глинах обнаружены фораминиферы - Nonion sp. Пять из восьми разрезов в долине реки Неизвестной не содержали органических остатков. Ввиду больших различий в строении разрезов, скорее всего, имеют место несогласия.

Рис. 3

Непосредственно к западу от разреза № 18 перпендикулярно к долине реки Неизвестной протягивается гребень, высотой 40 м. На этом гребне распространены небольшие озера и холмы высотой до 2 м, сформированные термокарстовыми процессами. Отмечаются также остатки других гребней (выстой 25 м) в нижней части долины реки Неизвестной.

Хронология

Неконечные радиоуглеродные датировки по обломкам раковин моллюсков и фрагментам древесины указывают на возраст, древнее последнего ледникового максимума. Полученные радиоуглеродные даты 29,770 и >37,000 14C лет назад по костям (возможно, кости кита), обнаруженным в основании разреза № 14, также свидетельствуют о возрасте вмещающих осадков древнее последнего ледникового максимума. Скелет кита был также найден Сергеем Вартаняном неподалеку от разреза № 14 в 1996 году. Присутствие скелета кита также свидетельствует о морском происхождении осадков. Средний коэффициент D/L Asp около 0.30 (n = 10), и показывает возраст в интервале 459,000-475,000 лет. Alle/Ile оценивается в среднем в 0.06 (n = 10) и указывает на ранне-средне-плейстоценовый возраст. ESR-датировки обломка сифонального канала Neptuneid и раковины Natica из разреза 14 показывают возраста 439,200 ± 54,100 и 470,900 ± 72,700 лет (Таблица 3). Изотопы кислорода-18 оцениваются (n = 5) между 4.02 и 4.27 ‰, что близко к современным содержаниям.

Таблица 3.

Река Красный Флаг

Геоморфология и стратиграфия

Несмотря на то, что стратиграфия разрезов долины реки Красный Флаг заметно отличается, можно выделить коррелируемые толщи. Микропалеонтологический анализ алевритовых глин показал редкую встречаемость остатков, диатомовые водоросли представлены неидентифицируемыми фрагментами.

Хронология

Алевритовые глины с прямой полярностью (до 1 м мощности) обнажаются в основании большинства разрезов, и иногда содержат линзы и прослои среднезернистых песков (Рис. 4). Коэффициент D/L Asp (n = 7) по обломкам раковин из базальных, крупнозернистых промытых песков, залегающих на абсолютной отметке 3 м на берегу реки Красный Флаг (разрез 38, таблица 1) составил 0.13. Это позволяет оценить возраст в пределах 57,977-91,001 лет, с наиболее вероятной датой 72,600 лет, если учесть эффективную температуру диагенеза - 14°C. По раковинам из этого же обнажения получен радиоуглеродный возраст 40,400 ± 1300 14C лет назад, что, возможно, отражает минимальный возраст (неконечная датировка). Возраст из прослоя алевритовой глины из вышезалегающих песков, определенный методом OSL, показал значение 68,700 ± 5800 лет. Песчаная толща интерпретируется нами как эоловые отложения.

Рис. 4

Река Насхок

Геоморфология и стратиграфия

На северо-восточной равнине, выступающие над тундрой до абсолютных отметок 4-5 м и протяженные береговые обрывы протягиваются от устья реки Насхок параллельно побережью (Рис. 1с). К северу от долины реки Насхок располагается хребет высотой 41 м, который сложен с поверхности вытолкнутыми мерзлотными процессами угловатыми и окатанными гальками различного литологического состава. Гребни высотой 10 м и другие мелкие возвышенности невыдержанны по простиранию, довольно многочисленны, и представляют собой комплекс барьерных островов. Стратиграфия этих обрывов и обнажений в верховьях реки представлена базальными алевритовыми глинами (3-4 м мощности), включающими обломками древесины. Моллюски не были обнаружены ни во флювиальных, ни в береговых обрывах.

Устье реки Мамонтовой, южная прибрежная равнина.

Геоморфология и стратиграфия

Хотя в юго-западной части острова не найдены осадки, содержащие органические остатки, здесь отмечаются четыре террасы с высотами 4.5-6.8 м, 9-14 м, 20-30 м and 36-42 м. Терраса с отметкой 4-10 м протягивается параллельно современной береговой линии в восточном направлении до поселка Ушаковское (Рис. 4). Вдоль южного побережья в осадках не обнаружено ни моллюсков, ни фораминифер, ни остракод. Несмотря на то, что некоторые аспекты стратиграфии свидетельствуют о флювиальном генезисе, общая морфология террас говорит об их морском происхождении.

Возраст морских трансгрессий

Несмотря на то, что абсолютный возраст определялся и с подсчетом коэффициентов D/L Asp и Alle/Ile, конечный возраст морских трансгрессий определяется по коэффициентам D/L Asp, потому как он имеет большую разрешающую способность для арктических температур. Подсчет возраста по Alle/Ile отличается от значений D/L Asp, хотя они находятся в пределах статистических погрешностей, принятых для кинетических моделей, и они тоже дают оценки древнее последнего ледникового максимума. Возрастные оценки и пределы возрастов по коэффициентам D/L Asp, представленные в таблице 1, достаточно широки из-за ошибок, вызванных  работой с материалом, заведомо далеко отстоящим по возрасту от пределов радиоуглеродного датирования. Во-первых, коэффициенты представляют определения по разным арктическим видам, как-то: Mya, Macoma, Astarte, Nuculana, и Hiatella. Нам пришлось комбинировать результаты, так как не было какого-то одного вида, который встречался бы во всех обнажениях, и, что более важно, определения по разным видам отличались меньше, чем таковые, сделанные по одному виду. Пределы измерений были приняты по данным Мэнли (Manley et al., 2000), чтобы быть уверенными в точности вычислений на 95 %.

Вычисленные возраста осадков являются функцией от коэффициентов, но кроме этого учитывалась и эффективная температура диагенеза. Для калибрации измерений мы использовали эффективную температуру диагенеза, определенную для раковин из отложений последнего интерстадиала – Пелюкианской трансгрессии (Brigham-Grette and Hopkins, 1995; Goodfriend et al., 1996). Отложения Пелюкианской трансгрессии известны на Аляске от острова Святого Лаврентия до Барроу (64 - 71° с.ш.) и на Российском побережье мы решили использовать для первых измерений значения палеотемператур последнего интерстадиала (Kaufman and Brigham-Grette, 1993; Brigham-Grette and Hopkins, 1995; Goodfriend et al., 1996). Диапазон значений эффективной температуры диагенеза для последних 2.7 мил. лет на севере Аляски (Skull Cliff), находящегося на той же широте, что и остров Врангеля - от -18.2 до -11.5°C (Kaufman and Brigham-Grette, 1993). Таким образом, использованная нами эффективная температура диагенеза - 14°C лежит в пределах значений, использующихся для таких же широт и находящихся в том же регионе. Однако, возрастные пределы даны по значениям от -13° до -15° С, так как в определении палеотемператур существует большая недостоверность. На основании представленных выше датировок все изученные отложения легко подразделить на две плейстоценовых морских трансгрессии (Рис. 5, Таблица 1), Тундровую и Красный Флаг.

Рис. 5

Тундровая трансгрессия

Неконечные радиоуглеродные датировки из алевритовых глин и перекрывающих их осадков свидетельствуют прежде всего о возрасте до времени последнего ледникового максимума для отложений из долин рек Неизвестной и Тундровой и представляют Тундровую трансгрессию. Дополнительные хронологические данные дают пределы 459,000-780,000 лет, т.е. средний плейстоцен. Формы и рельефа и слагающие их отложения  на высотных отметках от 15 до 41 м в пределах северной и южной равнин острова представляют эту трансгрессию. Этот возраст определен на основании аминокислотных возрастных значений D/L Asp из алевроглинистых отложений прямой полярности и трех определений возраста методом ESR. Содержание изотопов кислорода, коэффициенты Alle/Ile, а также микропалеонтологические комплексы также подтверждают среднеплейстоценовый возраст. Большой разброс в возрастных оценках вызван большим разбросом в значениях коэффициентов (0.3-0.36), а также невозможностью уравнять аминокислотный возраст к приблизительным значениям из-за кинетики и нелинейных зависимостей.

Больше раковинного материала для датирования мы отобрали в долине реки Тундровой, чем в долине Неизвестной. Поэтому образцы из долины Тундровой показали больший разброс в коэффициентах, чем образцы из долины реки Неизвестной. Хотя образцы из долины Неизвестной имеют узкий возрастной диапазон (439,900-475,000 лет) и отобраны с больших абсолютных отметок, нет физических причин для выделения отдельной трансгрессии. Мощные толщи алевритовых глин с органическими остатками в долине Тундровой возможно, свидетельствуют о нескольких уровнях стояния моря. Однако, для подобной интерпретации нет физических или геохронологических оснований. Большой разброс в аминокислотных коэффициентах для Тундровой трансгрессии может быть вызван переотложением более древних раковин в молодые морские осадки. Перенесенные и инситные раковины отобраны в отдельных интервалах и анализировались раздельно. Систематической ошибки в значениях D/L Asp не было выявлено. Хотя возрастной предел для Тундровой трансгрессии охватывает 321,000 лет, период однозначно имел место в среднем плейстоцене, а не в позднем. В разрезе 23 1-сантиметровый слой органического вещества показал возраст 31,675 ± 475 14C лет назад, подстилает алевроглинистую морскую толщу. Мы полагаем эту датировку ошибочной, замоложенной возможно, из-за загрязнения более молодым органическим веществом, или из-за оползневой природы.

Трансгрессия Красный Флаг

Временные рамки трансгрессии Красный Флаг находятся в пределах 64,000 - 73,000 лет. Этот возраст основан на датировках методом OSL, аминокислотном датировании D/L Asp обломков моллюсков из осадков долины реки Красный Флаг. Алевритовые глины, слагающие береговые обрывы с абсолютными отметками 4-5 м в долине реки Насхок, и  среднезернистые пески с ракушей на абсолютных отметках 3 м в долине реки Красный Флаг представляют морские отложения трансгрессии Красный Флаг. Прямая полярность алевритовых глин подтверждает это возрастное определение. Формы рельефа, связанные с этой трансгрессией, такие же, каковые наблюдаются на отметках < 10 м на северной и южной равнинах. Террасы с отметками тыловых швов 4.5-6.8 м и, возможно,  9-14 м на южном побережье и обрывы с отметками 4-5 м и гребни с 10-метровой высотой в долине реки Насхок, представляют наиболее высокие уровни стояния моря трансгрессии Красный Флаг.

Возможно, отложения трансгрессии Красный Флаг коррелируются с отложениями Пелюкианского межледниковья (эквивалент морской изотопной стадии 5е) с возрастом  125,000 лет. Однако датировка 125,000 лет для отложений трансгрессии Красный Флаг требует эффективную температуру диагенеза -16.6° C, что на несколько градусов холоднее, чем региональные оценки палеотемператур со времени последнего ледникового максимума. Хотя осадки трансгрессии Красный Флаг относятся ко времени последнего межледниковья, возможно также, что некоторые формы рельефа высотой <14 м были сформированы в течение изотопной стадии 5e. С этой точки зрения мы не можем с уверенностью сопоставлять трансгрессию Красный Флаг с последним межледниковьем 5е.

Интерпретация

Присутствие морских моллюсков, диатомовых водорослей и фораминифер и определение «морской» природы δ18O для моллюсков, указывают на то, что алевритовые глины с органическими остатками, встречающиеся во всех крупных долинах, прорезающих северную равнину, морского генезиса. Основываясь на стратиграфии, геоморфологии и абсолютных отметках, мы интерпретируем гребни и хребты в долинах рек Мамонтовая и Тундровая как палео-береговые линии. Гребни и хребты в долинах рек Красный Флаг и Насхок, возможно, представляют собой комплексы древних барьерных островов и лагун, аналогичных современным встречающимся формам на северном побережье острова. Распространение вглубь острова и конфигурации береговых линий обеих трансгрессий, интерпретируются по геоморфологии и ее связи со стратиграфией осадков, вскрывающихся в обнажениях. Наиболее высокие уровни трансгрессий над современным ландшафтом (41 м для Тундровой трансгрессии и 10 м для трансгрессии Красный Флаг) определены по наибольшим абсолютным отметкам палео-береговых линий, барьерных островов и неморских осадков. Причина этого в том, что комплексы моллюсков, найденные во всех разрезах, представляют прибрежные обстановки и поэтому не могут представлять наивысший уровень стояния древнего моря.

Эвстатические или изостатические береговые линии?

Две морских трансгрессии острова Врангеля представляют, скорее, эвстатические, а не гляциоизостатические уровни моря. Такой вывод сделан на основании сравнения уровней стояния моря с соответствующими датировками и глобальной эвстатической кривой колебаний уровня моря (см. ниже). Если бы береговые линии были гляциоизостатическими, мы бы наблюдали увеличение высоты линий и их удревнение на несколько тысяч лет в сторону бывшего центра оледенения.  Напротив, мы видим два высоких уровня стояния моря, с разницей в 400,000 лет, (т.е. покрывающих четыре ледниковых цикла) и в 30 м по вертикали. Береговые линии острова Врангеля заведомо древнее времени последнего ледникового максимума и четко отделяются друг от друга. Таким образом, существование Арктического ледникового щита в период последнего ледникового максимума, по крайней мере, для Чукотского моря, исключается. Если бы ледниковый щит существовал где-либо в пределах Чукотского моря, он бы наложил изостатический эффект на остров Врангеля. Следовательно, мы могли бы ожидать нахождение береговых линий моложе времени последнего ледникового максимума.

Региональные и глобальные корреляции

Множественные морские трансгрессии различного возраста от позднего плиоцена до среднего и позднего плейстоцена фиксируются на равнинном побережье Арктической Аляски, Чукотском полуострове, полуострове Сьюард (Brigham-Grette and Carter, 1992; Kaufman, 1992; Roof, 1995; Brigham-Grette et al., 2001), а также на стабильных береговых линиях Багамских островов (Hearty and Kaufman, 2000). Аминокислотная стратиграфия этих морских отложений свидетельствует как минимум, о шести периодах высокого стояния уровня моря (Kaufman, 1992; Kaufman and Brigham-Grette, 1993).

Берингия

Тундровая трансгрессия хорошо коррелируется со среднеплейстоценовой трансгрессией Вэинрайт (475,000-540,000 лет назад), которая на Арктическом побережье Аляски достигает высот в 25 м (Kaufman and Brigham-Grette, 1993; Рис. 6). Это корреляция основана на соотносимым возрастом отложений, их морфологии, высотах залегания (20-41 м) и индикаторах палеогеографических условий (микрофоссилии и данные δ18O). Изотопные δ18O характеристики по моллюскам и фораминиферам из отложений Тундровой трансгрессии свидетельствуют о более теплых условиях, чем современные или близкие к температуре современного океана. Хотя возраст и диапазон поднятия береговых линий Тундровой трансгрессии шире, чем у трансгрессии Вэинрайт, в первом приближении они легко сопоставляются.

Рис. 6

Тундровая трансгрессия сопоставляется также с трансгрессией Анвил (580,000-290,000 лет назад) на полуострове Сьюард (Kaufman and Brigham-Grette, 1993; Fig. 6). Трансгрессия Анвил характеризуется вымершими тепловодными моллюсками, которые показывают палеотемпературы воды и воздуха выше современных, что очень похоже на микропалеонтологические и изотопные δ18O данные по острову Врангеля.

Трансгрессия Красный Флаг коррелируется с трансгрессией Симпсон на Арктическом побережье Аляски (70,000-80,000 лет назад). Эта корреляция основана на высотах распространения осадков на острове Врангеля и на северной Аляске (4-10 м) и датировках по аминокислотам. Трансгрессия Красный Флаг лучше всего сопоставляется с валькатленской свитой и, возможно, с ледово-морским комплексом осадков из обнажений Нунямо на Чукотском полуострове (Brigham-Grette et al., 2004). Эта корреляция основана на аминокислотных датировках по моллюскам. Существует возможность корреляции трансгрессии Красный Флаг с Пелюкианской или с последним межледниковьем.

Багамы

Багамы являются наиболее изученным «далеким регионом», обеспеченным записями четвертичных колебаний уровня моря (т.е., одно из мест, где влияние ледниковых щитов ограничено). Мы использовали данные по Багамам, которые были датированы с использованием аминокислотных анализов, как четвертичную кривую эвстатических колебаний, с которой сравнивали данные по острову Врангеля. Два уровня моря, превышающих современный на Багамах, коррелируются с двумя трансгрессиями на острове Врангеля (Рис. 6).

На основании общей модели циркуляции, Фельцер (Felzer, 2001) сделал вывод, что существование Восточно-Сибирского ледникового щита оказывало заметное влияние на климат Берингии в течение последнего ледникового максимума. Ошибка модели состоит в том, что если бы в период последнего ледникового максимума существовал Восточно-Сибирский ледниковый щит, климат южной Берингии был бы умеренным, и Берингово море было бы не столь ледовитым. Умеренность климата подразумевала бы большие площади тундры, окружающей полярную пустыню, что выражалось бы в региональных палинологических данных. Однако, достоверные данные противоречат с этой палинологической реконструкцией (Lozhkin, 1993). Результаты нашего исследования также подтверждают отсутствие Восточно-Сибирского ледникового щита в период последнего ледникового максимума.

Выводы

Морские осадки, формы рельефа, древние береговые линии на острове Врангеля, датированные методами аминокислотной геохронологии, представляют два эвстатических периода высокого стояния уровня моря в плейстоцене. Тундровая трансгрессия, которая корреспондируется с трансгрессиями Анвил и Вэинрайт на Аляске, поднималась до высоты 41 м на острове Врангеля во временном интервале от 459,000 до 780,000 лет назад. Трансгрессия Красный Флаг, корреспондирующаяся с морской трансгрессией Симпсон на Аляске, поднималась на острове Врангеля до абсолютной отметки в 7 м 64,000-73,000 лет назад. Возраст и генезис морских осадков устраняют возможность существования крупного ледникового щита около острова Врангеля в период последнего ледникового максимума. Данное исследование содержит первые полевые данные, опровергающие модель Арктического ледникового щита, покрывавшего Чукотский купол (Чукотское плато) в период последнего ледникового максимума (Polyak et al., 2001). Вдобавок к первому хронологическому датированию флуктуаций уровня моря на острове Врангеля, данное исследование определило повсеместность более высоких плейстоценовых береговых линий как в Берингии, так и глобально.

Благодарности

Данное исследование было поддержано Российско-Американским Национальным Научным Фондом по исследованиям шельфа (RAISE), Грант № 9906702. Мы благодарим доктора Леонида Бове и Государственный заповедник острова Врангеля, а также VECO Polar Resources за организацию полевых работ. Трент Хайдн (Университет Массачусетса) был задействован как ассистент в полевых исследованиях в 2000 году, так и помощник в аминокислотной лаборатории. Луи Маринович из Академии Наук Калифорнии определял моллюски. Диатомовые водоросли определял Джеф Снайдер. Фораминиферы определяла Лиза Остерман, USGS-Reston. Древесина изучалась Регисом Миллером, USDA. ESR датирование было обеспечено Ульриком Радке, Университет г. Кельна. OSL датирование было выполнено Стивом Форманом, Университет Иллинойса. Юха Карху из Университета Хельсинки выполнил кислородно-изотопные определения. Майкл Апфельбаум помог с определением гранулометрического состава осадков.

 

 

Ссылки:

  1. Andrews, J., 1970. A geomorphological study of post-glacial uplift with particular reference to Arctic Canada. London Institute of British Geographers.

  2. Brigham-Grette, J., Carter, L.D., 1992. Pliocene marine transgressions of northern Alaska: circumarctic correlations and paleoclimatic interpretations. Arctic 45, 74-89.

  3. Brigham-Grette, J., Hopkins, D.M., 1995. Emergent marine record of the last interglaciation and paleoclimate along the northwest Alaskan coast. Quaternary Research 43, 159-173.

  4. Brigham-Grette, J., Hopkins, D.M., Ivanov, V.F., Basilyan, A., Benson, S.L., Heiser, P., Pushkar, V., 2001. Last Interglacial (isotope stage 5) glacial and sea-level history of coastal Chukotka Peninsula and St. Lawrence Island, Western Beringia. Quaternary Science Reviews 20, 419-436.

  5. Carter, L.D., Brigham-Grette, J., Hopkins, D.M., 1986. Late Cenozoic marine transgressions of the Alaskan Arctic Coastal Plain, in: "Correlation of Quaternary deposits and events around the margin of the Beaufort Sea" (Heginbottom, J.A. and Vincent, J.S., Eds.), pp. 21-26. Geological Survey of Canada Open-File Report 1237.

  6. Elias, S.A., Short, S.K., Nelson, C.H., Birks, H.H., 1996. Life and times of the Beringian land bridge. Nature 382, 60-63.

  7. Felzer, В., 2001. Climate impacts of an ice sheet in East Siberia during the Last Glacial Maximum. Quaternary Science Reviews 20, 437-447.

  8. Forman, S.L., Pierson, J., 2002. Late Pleistocene luminescence chronology of loess deposition in the Missouri and Mississippi river valleys, United States. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology 186, 25-46.

  9. Glushkova, O.Y., 2001. Geomorphological correlation of Late Pleistocene glacial complexes of Western and Eastern Beringia. Quaternary Science Reviews 20, 405-417.

  10. Goodfriend, G.A., Brigham-Grette, J., Miller, G., 1996. Enhanced Age Resolution of the Marine Quaternary Record in the Arctic Using Aspartic Acid Racemization Dating of Bivalve Shells. Quaternary Research 45, 176-187.

  11. Grosswald, M.G., Hughes, T.J., 2002. The Russian component of an Arctic Ice Sheet during the Last Glacial Maximum. Quaternary Science Reviews 21, 121-146.

  12. Griin, R., 1989. Electron Spin Resonance (ESR) Dating. Quaternary International 1, 65-109.

  13. Gualtieri, L., Glushkova, O., Brigham-Grette, J., 2000. Evidence for restricted ice extent during the last glacial maximum in the Koryak Mountains of Chukotka, Far Eastern Russia. Geological Society of America Bulletin 112, 1106-1118.

  14. Hearty, P.J., Kaufman, D.S., 2000. Whole-Rock Aminostratigraphy and Quaternary Sea-Level History of the Bahamas. Quaternary Research 54, 163-173.

  15. Heiser, P., Roush, J.J., 2001. Pleistocene glaciations in Chukotka, Russia: moraine mapping using satellite synthetic aperture radar (SAR) imagery. Quaternary Science Reviews 20, 393-404.

  16. Hopkins, D.M., 1984. Sea-Level History in Beringia during the Past 250,000 years, in: "Beringia in the Cenozoic Era" (V.L. Kontrimavichus, Ed.), pp. 3-29. New Delhi.

  17. Hopkins, D.M., Brigham-Grette, J., Gualtieri, L., Glushkova, O., Ivanov, V.F., Lozhkin, A., Heiser, P., Hamilton, Т., 1998. The Consensus View: Limited Glacial Ice Extent Across N.E. Russia During LGM [ABSTRACT]. American Geophysical Union Fall Meeting Program with Abstracts. San Francisco, California.

  18. Kaufman, D.S., 1992. Aminostratigraphy of Pliocene-Pleistocene high sea level deposits, Nome coastal plain and adjacent nearshore areas, Alaska. Geological Society of America Bulletin 104, 40-52.

  19. Kaufman, D.S., Brigham-Grette, J., 1993. Aminostratigraphic correlations and paleotemperature implications, Pliocene-Pleistocene high sea level deposits, northwestern Alaska. Quaternary Science Reviews 12, 21-33.

  20. Lozhkin, A.V., 2002. Boundaries of Beringia during the late Pleistocene and Holocene, in: "Quaternary Paleogeography of Beringia" (K.V., Simakov, K.V., Ed.), pp. 4-13. NEISRI, FEB RAS, Magadan.

  21. Lozhkin, A.V., Anderson, P.M., Eisner, W.R., Ravako, L.G., Hopkins, D.M., Brubaker, L.B., Colinvaux, P.A., Miller, M.C., 1993. Late Quaternary Lacustrine Pollen Records from Southwestern Beringia. Quaternary Research 39, 314-324.

  22. Lozhkin, A.V., Anderson, P.M., Vartanyan, S.L., Brown, T.A., Belaya, B.V., Kotov, A.N., 2001. Late Quaternary paleoenvironments and modern pollen data from Wrangel Island (Northern Chukotka). Quaternary Science Reviews 2, 217-233.

  23. Manley, W.F., Miller, G.H., Czywczynski, J., 2000. Kinetics of aspartic acid racemization in Mya and Hiatella: modeling age and paleotemperature of high-latitude quaternary mollusks, in: "Perspectives in Amino Acid and Protein Geochemistry" (Goodfriend, G.A., Collins, M.J., Fogel, M.L., Macko, S.A., Wehmiller, J.F., Eds.), pp. 202-218. Oxford.

  24. McManus, D.A., Creager, J.S., 1984. Sea-level data for parts of the Bering-Chukchi shelves of Beringia from 19,000 to 10,000 14C yr B.P. Quaternary Research 21, 317-325.

  25. Miller, G.H., Brigham-Grette, J., 1989. Amino Acid Geochronology: Resolution and Precision in carbonate fossils. Quaternary International 1, 111-128.

  26. Mostoller, D., 1997. "Relative-Age Geochronology of Pleistocene Glaciations, Tanyurer River Valley, Northeastern Russia." Unpublished MSc. thesis, University of Massachusetts, 56 pp.

  27. Polyak, L., Edwards, M.H., Coakley, B.J., Jakobsson, M., 2001. Ice Shelves in the Pleistocene Arctic Ocean inferred from glaciogenic deep-sea bedforms. Nature 410, 453-457.

  28. Prescott, J.R., Hutton, J.T., 1994. Cosmic ray contributions to dose rates for luminescence and ESR dating: large depths and long-term time variations. Radiation Measurements 23, 497-500.

  29. Roof, S., 1995. "Sedimentology, Stratigraphy, and Paleoclimatic Significance of Middle Pleistocene Marine, Glaciomarine and Glacial Deposits in the Kotzebue Sound Region, Northwestern Alaska." Unpublished PhD. Dissertation, University of Massachusetts, 169 pp.

  30. Sher, A., 1995. Is there any real evidence for a huge ice shelf in East Siberia? Quaternary International 28, 39-40.

  31. Spooner, N.A., Aitken, M.J., Smith, B.W., Franks, M., McElroy, C, 1990. Archaeological dating by infrared-stimulated luminescence using a diode array. Radiation Protection Dosimetry 34, 83-86.

  32. Svatkov, N.M., 1962. Natural features of Wrangel Island. Problemy Severa 4, 2-26.

  33. Vartanyan, S.L., Garutt, V.E., Sher, A.V., 1993. Holocene dwarf mammoths from Wrangel Island in the Siberian Arctic. Nature 362, 337-340.

  34. Wehmiller, J.F., 1984. Interlaboratory comparison of amino acid enantiomeric ratios in fossil mollusks. Quaternary Research 22, 109-120.

Ссылка на данную статью:

Gualtieri L., Vartanyan S., Brigham-Grette J., Anderson P.M. Pleistocene raised marine deposits on Wrangel Island, northeast Siberia and implications for the presence of an East Siberian ice sheet. Quaternary Research, 2003, vol. 59, p. 399-410.

перевод - Е.А. Гусев


eXTReMe Tracker

 
Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz