Проблемы изотопной палеотермометрии для Каспийского моря

Изотопно-кислородный анализ является важным инструментом корреляции палеогеографических событий как внутри Каспийского региона, так и при комплексном рассмотрении истории развития Каспия на фоне глобальных изменений климата. Применение изотопно-кислородного метода в качестве палеотемпературного для Каспийского региона при нынешнем уровне знаний теоретически не может быть обосновано, такие реконструкции для Каспийского моря требуют особого подхода. Необходимых специальных исследований в регионе до настоящего момента проведено не было. Практическая попытка осуществления расчетов палеотемператур для позднего плейстоцена – голоцена была проведена на основании изотопно-кислородных данных по двум скважинам в северной части Каспийского моря. В качестве материала для измерений выбраны раковины остракод, которые считаются одними из наиболее надежных индикаторов палеоэкологических параметров. В работе осуществлена попытка решения ряда вариаций уравнений палеотемпературной шкалы с некоторой степенью условности несколькими способами, путем принятия поправки на водный фон за ноль, расчетом водного фона через показатель солености и учета таксономических и метаболических особенностей раковин остракод. Полученные в результате значения, согласно которым температура воды в позднем плейстоцене – голоцене могла составлять от 12,8 до 99,7°C в первом, от 5,4 до 49,9°C – во втором и порядка 35,4–62,3°C – в голоцене в третьем случае, аномально завышены. Вычисленные палеотемпературы нельзя считать достоверными. Сделан вывод о неприменимости рассмотренных методов для вычисления палеогидрологических параметров в Каспийском регионе. Показаны важность и необходимость подбора и введения специальных поправок, так как изменение изотопного состава воды в закрытом водоеме подчиняется гораздо более сложным тенденциям, нежели в океане, и требует детального изучения всех влияющих на него факторов.

1. Азизов Т.С. Связь изотопного состава подземных вод с нефтегазоносностью морских месторождений акватории Каспийского моря. Изотопно-кислородная обстановка акватории Каспийского моря // XXII Всесоюзный симпозиум по стабильным изотопам в геохимии. М.: Наука, 1989. С. 197–198.

2. Еремеев В.Н. Основные черты широтного распределения δ18O в поверхностных водах Атлантического океана // Морские гидрофизические исследования. 1974. С. 214–217.

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

4. Тейс Р.В., Найдин Д.П. Палеотермометрия и изотопный анализ кислорода органогенных карбонатов. М.: Наука, 1973. 278 с.

5. Федоров Ю.А. Стабильные изотопы и эволюция гидросферы. М.: МО РФ ЦЕНТР «Истина», 1999. 370 с.

6. Abreu V., Nummedal D. Miocene to Quaternary sequence stratigraphy of the South and Central Caspian basins, Oil and gas of the Greater Caspian area: AAPG Studies in Geology, 2007, no. 55. p. 65–86, DOI: 10.1306/1205845St553000.

7. Anderson T.F., Arthur M.A. Stable isotopes of oxygen and carbon and their application to sedimentologic and palaeoenvironmental problems, Stable isotopes in sedimentary geology. SEPM Short Course, 1983, no. 10, p. 1–151, DOI: 10.2110/scn.83.01.0000.

8. Berdnikova A.A., Garova E.S., Wesselingh F.P., Yanina T.A., Stoica M., Velde van de S. First results of stable oxygen isotope analysis of Late Pleistocene sediments in the North Caspian basin, Proceedings of UNESCO-IUGSIGCP 610 and INQUA POCAS Joint Plenary Conference and Field Trip (Antalya, Turkey, October 14–21, 2018), Istanbul, Dokuman Evi, Avcilar Istanbul, 2018, p. 34–36.

9. Berdnikova A.A., Yanina T.A., Zenina M.A., Sorokin V.M. Correlation of the Ponto-Caspian basins during the MIS 2 based on stable oxygen isotope analysis. Ponto-Caspian stratigraphy and geochronology, Proceeding of Third plenary meeting and field trip of INQUA IFG 1709F POCAS (Tehran and Guilan Province, I.R. Iran, October 11–18, 2019), Tehran, Iranian National Institute for Oceanography and Atmospheric Science Tehran, 2019, p. 14–17.

10. Carroll A.R., Bohacs K.M. Stratigraphic classification of ancient lakes: Balancing tectonic and climatic controls, Geo logy, 1999, no. 27 (2), p. 99–102, DOI: 10.1130/0091-7613(1999)027<0099:SCOALB>2.3.CO;2.

11. Chivas A.R., Garcia A., Kaars van der S., Couapel M.J.J., Holt S., Reeves J.M., Wheeler D.J., Switzer A.D., Murray-Wallace C.V., Banerjee D., Price D.M., Wang S.X., Pearson G., Edgar N.T., Beaufort L., De Deckker P., Lawson E., Cecil C.B. Sea-level and environmental changes since the last interglacial in the Gulf of Carpentaria, Australia: an overview, Quaternary International, 2001, no. 83, p. 19–46, DOI: 10.1016/S1040-6182(01)00029-5.

12. Craig H. The measurement of oxygen isotope paleotemperature, Stable Isotope in Oceanographic Studies and Paleotemperatures, Tongiogi E. Spoleto, 1965, p. 3–24.

13. Devriendt L.S., McGregor H.V., Chivas A.R. Ostracod calcite records the 18O/16O ratio of the bicarbonate and carbonate ions in water, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2017, no. 214, p. 30–50, DOI: 10.1016/j.gca.2017.06.044.

14. Emiliani C. Pleistocene temperatures, Journal Geology, 1955, no. 63, p. 538–578, DOI: 10.1177/030913339602 000404.

15. Epstein S., Buchsbaum R., Lowenstam H.A., Urey H.C. Carbonate-water isotopic temperature scale, Geol. Soc. Amer. Bull., 1951, no. 63, p. 417–426, DOI: 10.1130/0016-7606(1951)62[417:CITS]2.0.CO;2.

16. Epstein, S., Buchsbaum R., Lowenstam H.A., Urey H.C. Revised carbonate-water isotopic temperature scale, Geol. Soc. Amer. Bull., 1953, no. 64, p. 1315, DOI: 10.1130/0016-7606(1953)64[1315:RCITS]2.0.CO;2.

17. Erez J., Luy B. Experimental paleotemperature equation for planktonic foraminifera, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1983, vol. 47, no. 6, p. 1025–1031, DOI: 10.1016/0016-7037(83)90232-6.

18. Ferronsky V.I., Brezgunov V.S., Romanov V.V., Vlasova I.S., Po lykov V.A., Bobkov V.F. Isotopes studies of Caspian Sea level rise implication, Proceedings of the UNESCO-IHPIOC-IAEA workshop on Sea level rise and the multidisciplinary studies of environmental processes in the Caspian Sea region (Paris, May 9–12, 1995): Workshop Report. Intergovernmental Oceanographic Commission, 1995, p. 28–40.

19. Ferronsky V.I., Polykov V.A., Froehlich K., Lobov A.L., Batov V.I., Petrošius R., Kuprin P.N., Varuschenko A.N., Bobkov V.F. Isotope studies of the Caspian Sea Climatic record from bottom sediments (preliminary results), Proceedings of a Symposium Isotope techniques in the study of environmental change, 1997, p. 633–644.

20. Froehlich K., Rozanski K., Povinec P., Oregioni B., Gastaud J. Isotope studies in the Caspian Sea, The Science of the Total Environment, 1999, no. 237/238, p. 419–427, DOI: 10.1016/S0048-9697(99)00154-0.

21. Grafenstein vоn 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, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1999, no. 148, p. 133–152, DOI: 10.1016/S0031-0182(98)00180-1.

22. Ibarra D.E., Chamberlain C.P. Quantifying closed-basin lake temperature and hydrology by inversion of oxygen isotope and trace element paleoclimate records, American Journal of Science, 2015, no. 315(9), p. 781–808, DOI: 10.2475/09.2015.01.

23. Leng M.J., Marshall J.D. Palaeoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives, Quaternary Science Reviews, 2004, no. 23, p. 811–831, DOI: 10.1016/j.quascirev.2003.06.012.

24. McCrea J.M. On the isotopic chemistry of carbonates and a paleotemperature scale, Journal of Chemical Physics, 1950, no. 18, p. 849–857, DOI: 10.1063/1.1747785.

25. Morkhoven van F.P.C.M. Post-palaeozoic Ostracoda: Their Morphology, Taxonomy and Economic Use, Elsevier Publishing Company, 1962, 478 p., DOI: 10.1086/404561.

26. Nier A.O.C. A mass spectrometer for isotope and gas analysis, Rev. Sci. Inst., 1947, no. 18, p. 398–411, DOI: 10.1063/1.1740961.

27. O’Neil J.R., Clayton R.N., Mayeda T.K. Oxygen isotope fractionation in divalent metal carbonates, Journal of Chemical Physics, 1969, no. 51, p. 5547–5558, DOI: 10.1063/1.1671982.

28. Shackleton N.J. Attainment of isotopic equilibrium between ocean water and the benthonic foraminifera genus Uvigerina; isotopic changes in the ocean during the last glacial, Colloques Internationaux du Centre National de la Recherche Scientifique, 1974, no. 219, p. 203–209, DOI: 10013/epic.41396.

29. Shkatova V.K. Paleogeography of the Late Pleistocene Caspian Basins: Geochronometry, paleomagnetism, paleotemperature, paleosalinity and oxygen isotopes, Quaternary International, 2010, no. 225, p. 221–229, DOI: 10.1016/j.quaint.2009.05.001.

30. Turpen J.B., Angell R.W. Aspects of molting and calcification in the ostracode Heterocypris, Biological Bulletin of the Marine Biology Laboratory, 1971, no. 140, p. 331–338, DOI: 10.2307/1540077.

31. Urey H.C. The thermodynamic properties of isotopic substances, Journal Chem. Soc., 1947, p. 562–581, DOI: 10.1039/JR9470000562.

32. Xia J., Ito E., Engstrom D.R. Geochemistry of ostracode calcite, part 1, An experimental determination of oxygen isotope fractionation, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1997, no. 61, p. 377–382, DOI: 10.1016/S0016-7037(96)00351-1.