Витальные изотопные смещения кислорода остракод Каспийского региона

В работе измерены показатели δ¹⁸O_ost для шести наиболее часто встречающихся в современных донных осадках видов остракод из 33 точек отбора проб со всей акватории Каспийского моря. Установлено, что изотопно-кислородный состав раковин каспийских остракод несет следы метаболических эффектов, связанных с их жизненным циклом. Величина  витального изотопного смещения составляет −0,11‰ (±0,7) для Euxinocythere virgata, –0,25‰ (±1,14) для Tyrrhenocythere amnicola donetziensis, +2,94‰ (±0,16) для Candona schweyeri, +1,55‰ (±1,12) для Paracyprideis sp., +1,77‰ ( ±0,22) для Bakunella dorsoarcuata и +2,45‰ (±0,95) для Camptocypria sp. Искомое изотопное смещение по смешанному комплексу остракод оказалось эквивалентно среднему изотопному смещению по изученной выборке и составило +1‰ (±0,5). Проведенная работа доказывает, что метаболические процессы остракод провоцируют смещения в ожидаемом фракционировании изотопов кислорода между CaCO₃ и водой. Возникаемое при этом изотопное смещение необходимо учитывать при палеогеографических исследованиях для корректной интерпретации палеоклиматических изменений в Каспийском регионе на основании изотопно-кислородной летописи.

1. Бердникова А.А. Проблемы изотопной палеотермометрии для Каспийского моря // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2021. № 6. С. 51–61.

2. Бердникова А.А., Джавадова А. Методика подготовки остракод для изотопно-кислородного анализа в Каспийском регионе // Естественные и технические науки. 2022. Т. 11. № 17(174). С. 162–166. DOI: 10.25633/ETN.2022.11.15.

3. Гинзбург А.И., Костяной А.Г., Серых И.В., Лебедев С.А. Климатические изменения гидрометеорологических параметров Каспийского моря (1980– 2020) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 5. С. 277–291. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5277-291.

4. Горбаренко С.А. Применение изотопного кислородного анализа для целей палеогеографического анализа: дис. ... канд. геогр. наук. М., 1972. 147 с.

5. Гофман Е.А. Изучение экологии остракод и фораминифер солоноватоводных и пресноводных бассейнов. Каспийское море: Окончательный отчет. М.: ИГИРГИ, 1964. 351 с.

6. Каспийское море: Гидрология и гидрохимия / отв. ред. С.С. Байдин, А.Н. Косарев. М.: Наука, 1986. 261 с.

7. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л.: Наука, 1975. 278 с.

8. Козина Н.В. Минеральный состав донных отложений и особенности современного осадконакопления в Каспийском море: дис. ... канд. геол.-минерал. наук. М., 2015. 245 с.

9. Лебедев С.А., Костяной А.Г., Гинзбург А.И. Динамика Каспийского моря по данным инструментальных измерений, результатам моделирования и данным дистанционного зондирования // III Международная научно-практическая конференция «Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий», Майкоп: МГТУ, 2015. С. 146–179.

10. Николаев С.Д. Изотопная палеогеография внутриконтинентальных морей. М.: ВНИРО, 1995. 127 с.

11. Рычагов Г.И. Плейстоценовая история Каспийского моря. М.: Изд-во МГУ, 1997. 267 с.

12. Свиточ А.А. Колебания уровня Каспийского моря в плейстоцене (классификация и систематическое описание) // Каспийское море. Палеогеография и геоморфология. М.: Наука. 1991. С. 5–100.

13. Тужилкин В.С., Косарев А.Н., Трухчев Д.И., Иванова Д.П. Сезонные особенности общей циркуляции вод глубоководной части Каспийского моря // Метеорология и гидрология. 1997. № 1. С. 91–99.

14. Ферронский В.И., Поляков В.А., Куприн П.Н. и др. Природа колебания уровня Каспийского моря (по результатам изучения донных осадков) // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 6. С. 652–666.

15. Фурман Т.И. К характеристике придонных вод среднего и южного Каспия // Тр. Ин-та географии АН Аз. ССР. 1961. Т. 10. С. 15–23.

16. Янина Т.А. Неоплейстоцен Понто-Каспия: биостратиграфия, палеогеография, корреляция. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2012. 264 с.

17. Bornemann A., Pirkenseer C.M., De Deckker P., Speijer R.P. Oxygen and carbon isotope fractionation of marine ostracod calcite from the eastern Mediterranean Sea, Chem. Geol., 2012, vol. 310(311), p. 114–125, DOI: 10.1016/j.chemgeo.2012.03.028.

18. Chivas A.R., De Deckker P., Shelley J.M.G. Magnesium, strontium, and barium partioning in nonmarine ostracod shells and their use in paleoenvironmental reconstructions – a preliminary study, R.F. Maddocks (ed.), Applications of Ostracoda, Houston, University of Houston, 1983, p. 238–249.

19. Decrouy L., Vennemann T.W., Ariztegui D. Controls on ostracod shell geochemistry, part 2, Carbon and oxygen isotope composition, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2011, vol. 75, p. 7380–7399, DOI: 10.1016/j.gca.2011.09.008.

20. Decrouy L., Vennemann T.W. Potential influence of the chemical composition of water on the stable oxygen isotope composition of continental ostracods, J. Paleolimnol., 2013, vol. 50, p. 577–582, DOI: 10.1007/s10933-013-9719-5.

21. Devriendt L.S., McGregor H.V., Chivas A.R. Ostracod calcite records the 18O/16O ratio of the bicarbonate and carbonate ions in water, Geochim. Cosmochim. Acta, 2017, vol. 214, p. 30–50, DOI: 10.1016/j.gca.2017.06.044.

22. Didie C., Bauch H.A. Implications of upper Quaternary stable isotope records of marine ostracodes and benthic foraminifers for paleoecological and paleoceanographical investigations, J.A. Holmes, A.R. Chivas (eds.), The Ostracoda: Applications in Quaternary Research Geophysical Monograph Series American Geophysical Union, Washington DC, 2002, p. 279–299, DOI: 10.1029/131GM15.

23. Epstein S., Buchsbaum R., Lowenstam H.A., Urey H.C. Revised carbonate-water isotopic temperature scale, Geol. Soc. Am. Bull., 1953, vol. 64, p. 13–15, DOI: 10.1130/0016-7606(1953)64[1315:RCITS]2.0.CO;2.

24. Erlenkeuser H., Grafenstein von U. Stable oxygen isotope ratios in benthic carbonate shells of Ostracoda, Foraminifera, and Bivalvia from surface sediments of the Laptev Sea, summer 1993 and 1994, H. Kassens et al. (eds.), Land-Ocean Systems in the Siberian Arctic, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1999, p. 503–514, DOI: 10. 1007/978-3-642-60134-7_39.

25. Ferronsky V.I., Polyakov V.N., Kuprin A.P., Vlasova L.S. Hydrotroilite as a bioindicator of paleohydrological and paleoclimatic processes in the Caspian Basin, Water Resources, 2014, vol. 41(4), p. 473–487, DOI: 10.1134/S009780781404006X.

26. Froehlich K., Rozanski K., Povinec P. et al. Isotope studies in the Caspian Sea, Sci. Total Environ., 1999, vol. 237(238), p. 419–427, DOI: 10.1016/S0048-9697(99)00154-0.

27. Gemery L., Cooper L.W., Magen C. et al. Stable oxygen isotopes in shallow marine ostracodes from the northern Bering and Chukchi Seas, Mar. Micropaleontol., 2022, vol. 165, 101979, DOI: 10.1016/j.marmicro.2021.102001.

28. Holmes J.A., De Deckker P. The chemical composition of ostracod shells, D.J. Horne et al. (eds.), Ostracoda as Proxies for Quaternary Climate Change. Developments in Quaternary Sciences, Washington DC, 2012, p. 131–143, DOI: 10.1016/B978-0-444-53636-5.00008-1.

29. Horne D.J. Life-cycles of podocopid Ostracoda – a review (with particular reference to marine and brackish-water species), R. Maddocks (ed.), Applications of Ostracoda, Proceedings of the Eighth International Symposium on Ostracoda, University of Houston, Dept. of Geosciences, Houston, Texas, 1983, p. 581–590.

30. Hut G. Consultants’ group meeting on stable isotope reference samples for geochemical and hydrological investigations, 16–18.9.1985, Report to the Director General, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1987.

31. Keatings K.W., Heaton T.H.E., Holmes J.A. Carbon and oxygen isotope fractionation in non-marine ostracods: results from a ‘natural culture’ environment, Geochim. Cosmochim. Acta, 2002, vol. 66, p. 1701–1711, DOI: 10.1016/S0016-7037(01)00894-8.

32. Kim S.T., O’Neil J.R. Equilibrium and nonequilibrium oxygen isotope effects in synthetic carbonates, Geochim. Cosmochim. Acta, 1997, vol. 61, p. 3461–3475, DOI: 10.1016/S0016-7037(97)00169-5.

33. Krijgsman W., Tesakov A., Yanina T. et al. Quaternary time scales for the Pontocaspian domain: interbasinal connectivity and faunal evolution, Earth Sci. Rev., 2019, vol. 188, p. 1–40, DOI: 10.1016/j.earscirev.2018.10.013.

34. Mazzini I. Taxonomy, biogeography and ecology of Quaternary benthic Ostracoda (Crustacea) from circumpolar deep water of the Emerald Basin (Southern Ocean) and the S Tasman rise (Tasman Sea), Senckenberg. Marit., 2005, vol. 35(1), p. 1–119, DOI: 10.1007/BF03043180.

35. O’Neil J.R., Clayton R.N., Mayeda T.K. Oxygen isotope fractionation in divalent metal carbonates, J. Chem. Phys., 1969, vol. 51, p. 5547–5558, DOI: 10.1063/1.1671982.

36. Grafenstein von U., Erlernkeuser H., Trimborn P. Oxygen and carbon isotopes in modern fresh-water ostracod valves: assessing vital offsets and autecological effects of interest for palaeoclimate studies, Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 1999, vol. 148(1–3), p. 133–152, DOI: 10.1016/S0031-0182(98)00180-1.

37. Simstich J., Stanovoy V., Bauch D. et al. Holocene variability of bottom water hydrography on the Kara Sea shelf (Siberia) depicted in multiple single-valve analyses of stable isotopes in ostracods, Mar. Geology, 2004, vol. 206(1–4), p. 147–164, DOI: 10.1016/j.margeo.2004.01.008.

38. Tkach A.A., Tkach N.T., Zenina M.A. Stable oxygen isotopes in modern ostracods from the Caspian Sea, J. Paleolimnol., 2024, vol. 72(2), p. 145–161, DOI: 10.1007/s10933024-00321-3.

39. Turpen J.B., Angell R.W. Aspects of molting and calcification in the ostracode Heterocypris, Biol. Bull. Marine Biol. Laboratory, 1971, vol. 140, p. 331–338, DOI: 10.2307/1540077.

40. Urey H.C. The thermodynamic properties of isotopic substances, J. Chem. Soc. (resumed), 1947, DOI: 10.1039/jr9470000562.

41. Velivetskaya T.A., Ignatiev A.V., Gorbarenko S.A. Carbon and oxygen isotope microanalysis of carbonate, Rapid Commun. Mass Spectrom., 2009, vol. 23, p. 231–239, DOI: 10.1002/rcm.3989.

42. Xia J., Engstrom D.R., Ito E. Geochemistry of ostracode calcite: part 1. an experimental determination of oxygen isotope fractionation, Geochim. Cosmochim. Acta, 1997a, vol. 61, p. 377–382, DOI: 10.1016/S0016-7037(96)00351-1.

43. Xia J., Engstrom D.R., Ito E. Geochemistry of ostracode calcite, part 2, The effect of water chemistry and seasonal temperature variation on Candona rawsoni, Geochim. Cosmochim. Acta, 1997b, vol. 61, p. 38 3–391, DOI: 10.1016/S0016-7037(96)00354-7.

44. Yanina T.A. The Ponto-Caspian region: Environmental consequences of climate change during the Late Pleistocene, Quaternary International, 2014, vol. 345, p. 88–99, DOI: 10.1016/j.quaint.2014.01.045