ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДЫ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЗАТОКОВ СОЛЕНЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ ВОД В ГОЛОЦЕНЕ, РЕАКЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ И СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ – BONUS-INFLOW

Заказчик: Российский Фонд фундаментальных исследований
Исполнители:
Научный руководитель: Спиридонов М.А., Зав.отделом Региональной геоэкологии и морской геологии, д.г.-м.наук
Исполнители: Жамойда В.А., вед.н.сотрудник, канд. г.-м.наук; Рябчук Д.В., вед.н.сотрудник, канд. г.-м.наук; Григорьев А.Г., ст.н.сотрудник, канд. г.-м.наук; Сергеев А.Ю., науч.сотрудник

Целью проекта INFLOW является идентификация механизмов, изменяющих природную среду Балтийского моря в геологическом прошлом (на протяжении последних 6000 лет) и в настоящее время, выявление природных и техногенных факторов, определяющих ее развитие, а также разработка прогнозных сценариев будущего развития Балтийского моря.

Работы по теме (грант РФФИ 08-05-92420-БОНУС_а) были частью международного проекта БОНУС INLOW. В выполнении проекта INFLOW приняли участие более 30 научных сотрудников, аспирантов и студентов из девяти научно-исследовательских институтов семи стран Балтийского региона: Геологической Службы Финляндии (GTK); Института Балтийского моря (IOW), Варнемюнде, Германия; Геологической Службы Дании и Гренландии (GEUS); Всероссийского научно-исследовательского геологического института им.А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ); Университетов Щецина (Польша), Лунда (Швеция) и Хельсинки (Финляндия); Шведского Института метеорологии и гидрологии (SMHI); Центра исследований климата (BCCR), Норвегия (Рис.1).
Работа в рамках проекта выполняется по нескольким направлениям (рабочим пакетам – WP). В 2009 году планировались и были выполнены исследования по трем направлениям – натурные исследования (WP1), моделирование (WP2) и обучение (WP4). Главной задачей первого года исследований были полевые работы с целью получения длинных колонок донных осадков, характеризующих непрерывное осадконакопление в пределах седиментационных бассейнов Балтийского моря за последние 6000 лет.

Рис.1. Проект INFLOW - Изменения среды Балтийского моря под воздействием затоков соленых океанических вод в голоцене, реакция экосистемы и сценарии развития

В 2009 году были проведены экспедиции на четырех научно-исследовательских судах «Мария С.Мериан», «Профессор Альбрехт Пенк», «Ладога», «Аранда». Благодаря успешному проведению двух экспедиций в восточной части Финского залива (экспедиция ВСЕГЕИ на НИС «Ладога» (4-8 июля 2009 г.) и совместный рейс Геологической Службы Финляндии и ВСЕГЕИ на НИС «Аранда» (3-10 августа 2009 г.)) удалось также получить данные, необходимые для верификации модели экосистемы Балтийского моря на наиболее восточную часть Финского залива (Рис.2). В ходе выполнения экспедиционных работ 2010-2011 гг. выполнено сейсмоакустическое профилирование в районах отбора проб 2009 г., по данным которого построены трехмерные диаграммы рельефа поверхности морены, отложений Балтийского Ледникового озера, венчающих поздненеоплейстоценовый разрез, а также современной поверхности дна залив.
При участии российских специалистов организована программа «Плавучего Университета» в ходе рейса НИС «Аранда» в открытую Балтику и Ботнический залив (апрель 2009 г.).

Рис.2. Схема ключевых станций пробоотбора проекта INFLOW

Важным методическим подходом в осуществлении проекта INFLOW является применение единых методик полевых и лабораторных исследований. Унификация отбора проб и описания кернов донных отложений были достигнуты за счет проведения комплексных международных рейсов. Комплексность лабораторно-аналитических исследований колонок отложений с использованием самых современных методов, была достигнута исключительно за счет международной кооперации. Распределение объемов и видов аналитических исследований между лабораториями участников проекта определялось по их квалификации, опыту и специализации, что позволило получить наиболее достоверные результаты на европейском научном уровне.
В 2010-2011 гг. был выполнен комплекс лабораторных работ, включающий детальные (с отбором проб из каждого сантиметра керна) лабораторные исследования. ВСЕГЕИ проведены гранулометрический, палинологический, геохимический анализ образцов колонки F40, выбранной участниками проекта в качестве ключевой (опорной) станции для реконструкции палеоусловий седиментации в восточной части Финского залива. Иностранными партнерами выполнено датирование радиоуглеродным методом и методом оптико-люминистцентной спектроскопии, палеомагнитные исследования (Геологическая Служба Финляндии), определение содержания органического вещества, анализ биогенных микроструктур (Институт Балтийского моря, Германия). Кроме того, ВСЕГЕИ проведены лабораторные исследования колонок 09-BI-3 и 09-BI-1, отобранных в 2009 г., в Выборгском заливе. Выполнен гранулометрический, геохимический и палинологический анализ. Эти исследования позволили получить информацию о развитии палеобассейнов восточной части Финского залива, и охарактеризовать седиментационные процессы начиная с неоплейстоцена (Балтийское Ледниковое озеро).
Методика определения изменчивости палеосолености и литодинамических придонных условий седиментации была разработана исполнителями при изучении грунтовой колонки POS303700 длиной 1238 см, отобранной в рейсе НИС «Посейдон» (Германия) в юго-восточной части Гданьской впадины (глубина моря 105,4 м). Для определения палеосолености, впервые был использован элемент группы галогенов – бром. По результатам исследования колонки из Гданьской впадины в период с 7340 лет 14С ВР выделено четыре трансгрессивных фазы. По изменению параметров гранулометрического состава отложений были выявлены периоды усиления придонных течений, частично совпадающие трансгрессивно-регрессивными циклами.
В ходе проекта INFLOW описанная методика реконструкции палеосолености была впервые применена для восточной (Российской) части Финского залива. На основе аналитических исследований получены непрерывные графики фактических значений палеосолености водных бассейнов: Балтийского ледникового озера, Анцилового озера, Литоринового и постлиторинового морей. Достоверно установлен и стратиграфически привязан к разрезам донных отложений момент завершения пресноводного этапа развития бассейна и начало развития Литориновой трансгрессии. Определено количество и интенсивность проявления трансгрессивно-регрессивных фаз и долговременных затоков соленой воды в Финский залив в Литориновое и пост-Литориновое время голоцена.
Одним из наиболее интересных научных результатов проекта применительно к восточной части Финского залива стало датирование прорыва Невы, вокруг которого по-прежнему не утихают научные дискуссии. В результате детальных аналитических исследований колонки F40 начало воздействия прорыва р.Невы на седиментационные процессы палеобассейна было впервые инструментально определено, стратиграфически привязано и продатировано.
Исследования показали, что на интервале между горизонтами 209-210 см (возраст 3250 кал.л. BP) и 203-205 см (возраст 3084 кал.л.BP) отмечается резкое падение палеосолености осадков с 13,1‰ до 4‰, значительно меняется гранулометрический состав отложений в сторону укрупнения, что говорит о высокой гидродинамической активности в этот период (Рис.3).

Рис.3. Изменение гранулометрического состава осадков и рассчитанной палеосолености по колонке F40. Цифрами показаны результаты абсолютного датирования пиков (кал.л.н.)

С некоторым запозданием на мощный приток пресных вод среагировала и биота. График потерь после прокаливания, значительная часть которых определяется содержанием Cорг., показывает резкое падение, что, вероятно, было обусловлено частичной сменой биотопа и, как следствие, угнетением морского биоценоза и, затем, постепенным развитием нового - более пресноводного. Исследование ихнофоссилий, проведенное специалистами Геологической Службы Финляндии, подтвердило, что выше и ниже данного горизонта состав бентоса был принципиально различен.
Вопрос о времени образования Невы называется одной из фундаментальных нерешенных задач палеогеографии региона. Большинство исследователей связывают прорыв невской протоки с максимумом Ладожской трансгрессии и датируют это событие поздним голоценом, однако датировки различаются между собой – разброс возможных датировок составляет несколько тысячелетий (С.А.Яковлев, К.К.Марков, О.М.Знаменская, Д.В.Малаховский, Д.А.Субетто, M.Saarnisto и др.). Кроме того, ряд специалистов высказывается противоположное мнение о существовании постоянного стока Ладожских вод в районе современной Невы ни протяжении всего голоцена (Н.Н.Верзилин, Н.А.Калмыкова).
С этой точки зрения анализ результатов исследования колонки F-40 позволяет достаточно аргументировано подтвердить само «событие» прорыва невских вод из Ладожского озера, которое было настолько значительным, что не только резко изменило соленость восточной части палеоводоема, но и кардинально повлияло на режим придонных течений и развитие биоты. Полученные данные позволяют также датировать время образования Невы промежутком от 3250 до 3100 кал.л. BP.
Важным направлением исследований было моделирование развития экосистемы в геологическом прошлом, а также прогнозирование сценариев будущего развития среды Балтийского моря под воздействием изменяющихся природных и антропогенных факторов. Для верификации моделей (Институт Балтийского моря, Германия; Шведский Институт метеорологии и гидрологии) широко использовались полученные при выполнении проекта натурные данные, с том числе данные для восточной (Российской) части Финского залива, благодаря участию в проекте российских специалистов впервые интегрированные в имеющиеся модели.