|
|
|
|
По Материалам XIХ Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: фундаментальные и прикладные исследования», посвященной 120-летию со дня рождения А.П. Жузе Биостратиграфия и палеореконструкции Диатомеи в истории биогенного кремненакопления в Арктике
Полякова Е.И. Yelena I. Polyakova
УДК 561.26+552.143+581.524.441
Рассмотрена роль диатомей в эволюции биогенного кремненакопления в Северной полярной области в процессе формирования Арктического океана. Поздний мел и палеоген характеризовались накоплением диатомитов в эпиконтинентальных морях Северной Евразии и прилегающих низменностях. Увеличение притока атлантических вод в Арктический океан в раннем-среднем миоцене привело к установлению в нем строгой стратификации водных масс, сокращению содержания кремнезема в поверхностных водах океана, растворению опаловых створок диатомей после окончания вегетации и практически полному их исчезновению в неогеновых и четвертичных глубоководных осадках. Ключевые слова: диатомовые водоросли; биогенное кремненакопление; Арктика; диатомовая стратиграфия; кайнозой
В современном морском кремненакоплении более 90% приходится на долю диатомовых водорослей (Лисицын, 1966, 1978). Фактором, диктующим появление зон высокой продуктивности диатомовых водорослей, является поступление в зону фотосинтеза достаточного количества биогенных элементов из глубинных слоев океана. Это происходит в зонах апвеллингов и океанской дивергенции, а также областям формирования мощных циклонических круговоротов, вызывающих подъём глубинных вод. Максимальное содержание опала в осадках с образованием диатомовых илов характерно для Охотского и Берингова морей, а также для южной зоны дивергенции, охватывающей сплошной полосой южное полушарие между 45º и 65º ю.ш., где накапливается более 80% всего биогенного кремнезема Мирового океана (Лисицын, 1966, 1978; DeMaster, 2019; Hays et al., 2021). Диатомовый планктон является также важным климатообразующим фактором нашей планеты, как один из основных участников так называемого «биологического углеродного насоса», являясь ведущим биологическим механизмом в системе Земли, позволяющим удалять CO2 из углеродного цикла на очень длительный период (Treguer et al., 2000; Романкевич, Ветров, 2021), что определяет особый интерес к изучению биогенного кремненакопления в прошлом. Полярные и субполярные регионы особенно благоприятными для поглощения углерода, так как более холодные воды способны удерживать больше CO₂, а самый высокий уровень поглощения на единицу площади установлен в Северной Атлантике и Северном Ледовитом океанах. По геологическим масштабам времени диатомовые водоросли появились сравнительно недавно, однако успели стать одной из важнейших групп фотосинтезирующих организмов на планете. Их эволюционное появление могло быть связано с катастрофическим массовым вымиранием организмов в конце пермского периода (~ 250 млн лет назад), в результате которого освободились многочисленные морские экологические ниши (Falkowski et al., 2004). На ранней «пластичной стадии развития» клетки диатомовых водорослей не образовывали кремниевого «панциря», однако в этот период сформировались основные эволюционные ряды (Jouse, 1978; Николаев, 1984; Round et al., 1990; Стрельникова, 1992). Самые ранние известные ископаемые кремниевые остатки диатомей относятся к ранней юре (~ 185 млн лет назад), а в позднем мелу началось формирование обширных площадей диатомовых илов во многих районах Мирового океана. До недавнего времени оставалось загадкой каким образом у диатомовых водорослей возникли уникальные способности строить кремниевые панцири? А также почему у диатомей наблюдались чрезвычайно быстрые скорости видообразования? Ответ был получен в результате молекулярно-генетических исследований только на рубеже 20-го и 21-го веков, благодаря которым обнаружено большое число генов, явно заимствованных диатомеями у различных прокариот: цианобактерий, протеобактерий, архей (Medlin et al, 1997 и др.). Эти гены значительно расширили биохимические и физиологические возможности диатомей, участвуют в построении их ажурных кремниевых створок, а также являются одной из главных причин быстрого видообразования диатомовых водорослей и их эволюционного успеха. В кайнозое диатомовые водоросли стали играть ключевую роль в регулировании биогеохимического круговорота кремния в Мировом океане, обладая уникальным механизмом поглощения из воды и отложения диоксида кремния в наноструктурах их панцирей («биологический насос») (Falkowski et al., 2004 и др.). Возрастание продуктивности диатомей и их роли в биогенном кремненакоплении в океане связывают с обильным выносом кремнезема с речным стоком и аэрозолями, что было вызвано усилением речного стока за счет роста крупнейших горных систем, таких как Гималаи, Анды и другие, а также ландшафтно-климатическими изменениями, сопровождавшимися расширением лугопастбищных биомов и эволюционной радиацией трав (Lazarus et al., 2014). Продуктивность и географическое распространение диатомовых водорослей в кайнозое были связаны, прежде всего, с перестройкой океанской термогалинной циркуляции с широтной на преимущественно меридиональную, тектонически обусловленными открытиями и закрытиями океанических проходов (пролив Дрейка, океан Тетис, Панамский перешеек и др.), сопровождавшимися глобальными климатическими изменениями. В результате океанский термогалинный конвейер в близком современному виде с формированием придонных вод в Антарктике и глубинных вод в Северной Атлантике сформировался к концу миоцена. Отражением этой перестройки являлось перераспределение зон биокремнистых осадков в Мировом океане с широким поясом тропических биокремнистых осадков к расширению зон биокремнистого осадконакопления в высоких широтах (Barron, Baldauf, 1989; Baldauf, Barron, 1990; Sherer et al., 2007). Биогенное кремненакопление в Северной полярной области в позднем мелу и кайнозое претерпело кардинальные изменения за время формирования Арктического океана. Ведущая роль в этом принадлежит тектоническим процессам и гидродинамическим условиям в водоемах центральной Арктики и прилегающих морях, прежде всего, установление и разрушение связей с южными океанами – Тетис, Атлантическим и Тихим. В осадках центральных районов Арктического океана комплексы кремнистых микрофоссилий установлены лишь в донеогеновых осадках. Верхнемеловые, почти чистые ламинированные диатомовые илы, включающие прекрасно сохранившиеся диатомеи, силикофлагелляты и эбриидеи, более типичные для умеренных широт, полученные с хребта Альфа (Barron, 1985), отражают сезонные флуктуации в популяции диатомей в областях высокой органической продуктивности. Этот период в Западной Сибири, в западной части Карского моря, Западном Предуралье, Среднем Поволжье характеризовались накоплением мощных толщ диатомитов, свидетельствующих о высокой продуктивности вод за счет поступления из глубоководных котловин Арктического бассейна обогащенных биогенными элементами вод (Стрельникова, 1974). На шельфе Баренцева моря мощность верхнемеловых отложений достигает 1000 м и более. Все они относились к бореальной палеобиогеографической области и свидетельствовали о широких связях с Арктическим бассейном и океаном Тетис. В палеогене в эпиконтинентальных морях Северной Евразии и прилегающих низменностях существовали благоприятные условия для биогенного кремненакопления, где формировались мощные толщи диатомитов, диатомовых глин, опок (Стрельникова, 1992), чему способствовали мощные потоки теплых вод из океана Тетис через Тургайское и Западно-Сибирское моря, которые прекратились в раннем олигоцене, также как и водообмен Норвежского моря с Тетис (Харин, Лукашина, 2010; Ахметьев, 2017). В Центральной Арктике комплексы эоценового кремниевого микропланктона установлены в глинах и глинисто-кремнистых породах на хребте Альфа (Thiede et al., 1990), обилие которых предполагает активное развитие апвеллингов в Канадском бассейне в период их накопления, как и в позднем мелу, а систематический состав силикофлагеллят подтверждает связь Арктического океана с Мировым в среднем и позднем эоцене. Среднеэоценовые диатомовые илы, полученные с хребта Ломоносова, также содержат важную информацию о высокой палеопродуктивности вод и обильном пресноводном стоке в этот период (Backman et al., 2006; Stein, 2019). В водообмене Атлантического и Арктического океанов решающее значение имело тектоническое открытие пролива Фрама. Постепенное расширение (> 100 км) и углубление (> 1,5 км) пролива в раннем-среднем миоцене привело к усилению холодного донного арктического стока в Северную Атлантику, увеличению притока соленой атлантической воды в Северный Ледовитый океан и установлению в нем строгой стратификации водных масс, сопоставимой с современной (Hossain et al., 2021). Последний фактор привел к сокращению содержания кремнезема в поверхностных водах океана, растворению опаловых створок диатомей после окончания вегетации и практически полному их исчезновению в неогеновых глубоководных осадках, однако для миоцена имеются биогеохимические свидетельства высокой продуктивности диатомового планктона в Арктическом бассейне (Stein et al., 2016). Исследования поверхностных донных осадков Арктического океана свидетельствуют, что на континентальном склоне и в глубоководных районах океана диатомеи представлены лишь единичными переотложенными створками морских меловых и палеогеновых видов (Полякова, 1997; Полякова и др., 2017). Неоген-четвертичные и современные комплексы морских диатомей установлены в осадках шельфовых морей, где содержание диатомовых створок может достигать нескольких миллионов на 1 грамм благодаря обильному речному стоку с высоким содержанием растворенной кремнекислоты и биогенных элементов, либо, как в Чукотском море, поступлению высокопродуктивных беринговоморских вод (Полякова, 1997; Полякова и др., 2017). На приморских низменностях Северной Евразии и прилегающем арктическом шельфе ископаемые комплексы морских диатомей, соответствующие миоценовым, плиоцен-эоплейстоценовой и неоплейстоценовым трансгрессиям, установлены как in situ в неоген-четвертичных отложениях, так и во вторичном залегании, что указывает на развитие серии трансгрессий в пределах Евразийского арктического шельфа и прилегающих приморских низменностей, начиная с 12 млн лет назад. Возраст трансгрессий установлен на основе корреляции этих комплексов с зональными стратиграфическими диатомовыми шкалами Северной Пацифики и Норвежско-Гренландского бассейна, свидетельствуя о водообмене Арктического океана с этими бассейнами (Полякова, 1997; Polyakova, 2001).
Финансирование. Работа выполнена в рамках госзадания Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова №121051100135-0. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 18.06.2025 Об авторе Полякова Елена Ивановна – Yelena I. Polyakova доктор географических наук, доцент ye.polyakova@mail.ru
ССЫЛКА: Полякова Е.И. Диатомеи в истории биогенного кремненакопления в Арктике// Вопросы современной альгологии. 2025. №1–2(37–38). С. 296–302. URL: http://algology.ru/2212 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-296-302 EDN – VEQHKI
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Diatoms in the history of biogenic silica accumulation in the Arctic Yelena I. Polyakova Lomonosov Moscow State University (Moscow, Russia) The role of diatoms in the evolution of biogenic silica accumulation in the Northern Polar region during the formation of the Arctic Ocean is considered. The Late Cretaceous and Paleogene were characterized by the accumulation of diatomites in the epicontinental seas of Northern Eurasia and adjacent lowlands. An increase in the influx of Atlantic waters into the Arctic Ocean in the Early to Middle Miocene led to the establishment of strict stratification of water masses in it, a decrease in the silica content in the surface waters of the ocean, the dissolution of opal diatom flaps after the end of vegetation and their almost complete disappearance in Neogene and Quaternary deep-sea sediments. Key words: diatoms; biogenic silica accumulation; Arctic; diatom stratigraphy; Cenozoic
References
Author Polyakova Yelena I. ORCID – https://orcid.org/0000-0001-9327-5916 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia ye.polyakova@mail.ru
ARTICLE LINK: Polyakova Ye.I. Diatoms in the history of biogenic silica accumulation in the Arctic. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2025. № 1–2(37–38). P. 296–302. URL: http://algology.ru/2212 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-296-302 EDN – VEQHKI When reprinting a link to the site is required
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
На ГЛАВНУЮ
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
|
|||
|
| ||