Геохимическая летопись озера Сабакты: количественная оценка электропроводности вод и реконструкция обстановок осадконакопления позднеледниковья и голоцена степной зоны Южного Урала

Объект исследования. Колонка донных отложений оз. Сабакты как архив данных об обстановках осадконакопления голоцена и позднеледниковья Южного Урала.

Цель исследования. Получение модели множественной регрессии, позволяющей выполнять количественные реконструкции электропроводности вод на основе геохимии донных отложений озер, и реконструкция обстановок осадконакопления в позднеледниковье и голоцене на основе изучения геохимической летописи донных отложений оз. Сабакты.

Материал и методы. Для получения модели множественной регрессии определены коэффициенты корреляции Пирсона между содержанием химических элементов в донных отложениях и гидрохимическими данными 107 озер Южного и Среднего Урала с последующим регрессионным анализом. Основой для реконструкций обстановок осадконакопления послужили результаты ускорительной масс-спектрометрии (AMS 14C), определения активности изотопа 210Pb, данные анализа содержаний химических элементов и органического вещества в донных отложениях оз. Сабакты.

Результаты. Получены три уравнения множественной регрессии с использованием концентрации Na, Ca, Li и Sr для реконструкции электропроводности вод. Выявлено, что в холодных и сухих условиях позднеледниковья (>12 тыс. калиброванных лет назад) оз. Сабакты представляло собой слабосолоноватый водоем. Переход от позднеледниковья к голоцену (12–11.6 тыс. к.л.н.) сопровождался увеличением продуктивности слабосолоноватого озера. В раннем (11.6– 8.2 тыс. к.л.н.) и среднем (8.2–4.2 тыс. к.л.н.) голоцене определены колебания электропроводности вод, связанные с вариацией увлажнения и чередованием потеплений и похолоданий климата. В позднем голоцене (4.2 тыс. к.л.н. – настоящее время) на фоне гумидизации климата произошло опреснение озера.

Выводы. Предложенные модели множественной регрессии дают возможность быстрых количественных реконструкций электропроводности и особенно актуальны для отложений позднеледниковья – начала голоцена, имеющих незначительное количество микрофоссилий. Геохимическая летопись оз. Сабакты отражает глобальные и региональные климатические осцилляции и характеризуется большей информативностью в сравнении с геохимическими летописями лесных озер Южного Урала. Установлено снижение электропроводности оз. Сабакты около 7.9 и 4.2 тыс. к.л.н., что совпадает с данными для других озер Урала.

1. Андреева М.А. (1973) Озера Среднего и Южного Урала. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 272 с.

2. Давыдова Н.Н. (1978) Диатомовые водоросли в отложениях озер. Ландшафтный фактор в формировании гидрологии озер Южного Урала. Л., 228-237.

3. Жилина Т.Н. (2012) Природно-климатические условия 1550–1850 гг. как фактор риска развития сельского хозяйства в Западной Сибири. Вестн. Томского гос. ун-та, 354, 77-80.

4. Зарецкая Н.Е., Панова Н.К., Жилин М.Г., Антипина Т.Г., Успенская О.Н., Савченко С.Н. (2014) Геохронология, стратиграфия и история развития торфяных болот Среднего Урала в голоцене (на примере Шигирского и Горбуновского торфяников). Стратиграфия. Геол. корреляция, 22(6), 84-108. https://doi.org/10.1134/S0869593814060082

5. Князев Ю.Г., Князева О.Ю., Сначев В.И., Жданов А.В. (2013) Государственная геологическая карта Российской Федерации. М-б 1 : 1 000 000 (третье поколение). Сер. Уральская. Лист N40 – Уфа. Объяснит. записка. СПб.: Картограф. фабрика ВСЕГЕИ, 512 с.

6. Леонова Г.А., Бобров В.А. (2012) Геохимическая роль планктона континентальных водоемов Сибири в концентрировании и биоседиментации микроэлементов. Новосибирск: Академическое изд-во “ГЕО”, 314 с.

7. Масленников В.В., Мелекесцева И.Ю., Масленникова А.В., Третьяков Г.А., Масленникова С.П., Аюпова Н.Р., Сафина Н.П., Филиппова К.А., Удачин В.Н., Целуйко А.С., Аминов П.Г. (2016) Дифференциация токсичных элементов в условиях литогенеза и техногенеза колчеданных месторождений. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 300 с.

8. Масленникова А.В., Удачин В.Н., Анфилогов В.Н. (2020) Обстановки накопления аномальных концентраций урана в донных отложениях голоцена озера Сырыткуль (Южный Урал). Докл. РАН. Науки о земле, 492(1), 43-47. https://doi.org/10.31857/S2686739720050138

9. Масленникова А.В., Удачин В.Н., Дерягин В.В. (2014) Палеоэкология и геохимия озерной седиментации голоцена Урала. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 136 с.

10. Масленникова А.В., Удачин В.Н., Дерягин В.В., Штенберг М.В. (2018) Реконструкция этапов развития озера Тургояк (Южный Урал) в голоцене. Литосфера, 18(6), 914-927. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-6-914-927

11. Масленникова А.В., Удачин В.Н., Пирогов Д.В., Хворов П.В. (2016) Реконструкция обстановок озерного седиментогенеза в позднеледниковье и голоцене Среднего Урала. Литосфера, (6), 166-176.

12. Маслов А.В. (2005) Осадочные породы: методы изучения и интерпретации полученных данных. Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 289 с.

13. Панова Н.К. (1982) История горных лесов центральной части Южного Урала в голоцене. Лесоведение, (1), 26-34.

14. Перельман А.И. (1975) Геохимия ландшафта. М.: Высш. школа, 342 с.

15. Субетто Д.А. (2009) Донные отложения озер: палеолимнологические реконструкции. СПб.: Изд-во РГПУ, 344 с.

16. Унифицированные методы анализа силикатных горных пород с применением комплексонометрии. Инструкция № 163-Х. (1979) М: Мин-во геол. СССР, 43 с.

17. Хомутова В.И. (1995) Южный Урал. Озеро Увильды. История озер Севера Азии. Л.: Наука, 22-40.

18. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2000) Основы литохимии. СПб.: Наука, 480 с.

19. Appleby P.G., Oldfield F. (1978) The calculation of lead–210 dates assuming a constant rate of supply of the unsupported lead–210 to the sediment. Catena, 5, 1-8. https://doi.org:10.1016/S0341-8162(78)80002-2

20. Björck S., Kromer B., Johnsen S., Hummer S.U., Bennike O., Hammarlund D., Lemdahl G., Wohlfarth B., Possnert G., Spurk M. (1996) Synchronised terrestrialatmospheric deglacial records around the North Atlantic. science, 274, 1155-1160. https://doi.org:10.1126/science.274.5290.1155

21. Blaauw M., Christen A.J. (2011) Flexible paleoclimate age-depth models using an autoregressive gamma process. Bayesian Analysis, 6(3), 457-474. https://doi.org/10.1214/11-BA618

22. Demezhko D.Y., Golovanova I.V. (2007) Climatic changes in the Urals over the past millennium – an analysis of geothermal and meteorological data. Clim. Past, 3, 237-242. https://doi.org/10.5194/cp-3-237-2007

23. Fritz S.C. (2013) Salinity and Climate Reconstructions from Continental Lakes. Encyclopedia of Quaternary Science. USA: Elsevier, 507-515. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53643-3.00221-1

24. Grimm E.C. (1991) Tilia 1.12, Tilia Graph 1.18. Illinois State Museum. Research and Collection Center, Springfield. Heiri O., Lotter A.F., Lemcke G. (2001) Loss on ignition as a method for estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility and comparability of results. J. Paleolimnol., (25), 101-110. https://doi.org/10.1023/A:1008119611481

25. Ivanov I.V., Prikhodko V.E., Zamotaev I.V., Manakhov D.V., Novenko E.Yu., Kalinin P.I., Markova L.M., Plaksina A.L. (2019) Synlithogenic Evolution of Floodplain Soils in Valleys of Small Rivers in the Trans-Ural Steppe. Euras. Soil Sci., 52(6), 593-609. doi:10.1134/S1064229319060061

26. Juggins S. (2007) C2 Version 1.5 User guide. Software for ecological and palaeoecological data analysis and visualisation. Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK.

27. Khokhlova O.S., Morgunova N.L., Khokhlov A.A., Gol’eva A.A. (2018) Climate and Vegetation Changes over the Past 7000 Years in the Cis-Ural Steppe. Euras. Soil Sci., 51, 506-517. doi:10.1134/S106422931805006X

28. Kuzina D.M., Yusupova A.R., Nourgalieva N.G., Rogov A.M. Mineral composition of Sabacty lake sediments. (2022) X International Siberian Early Career GeoScientists Conference. Proceedings of the Conference. Novosibirsk: Novosibirsk State University, 23-24.

29. Lapteva E.G., Korona O.M. (2012) Holocene vegetation changes and anthropogenic influence in the foreststeppe zone of the Southern Trans-Urals based on pollen and plant macrofossil records from the Sukharysh cave. Veget. hist. Archaeobot., 21, 321-336. doi:10.1007/s00334-011-0333-z

30. Liu H., Xu B., Cui H. (2002) Holocene history of desertification along the woodland-steppe border in northern China. Quat. Res., 57(2), 259-270. https://doi.org/10.1006/qres.2001.2310

31. Liu Y.J., Cao L.M. (1984) Element Geochemistry. Beijing: Science Press, p. 72-110

32. Maslennikova A.V. (2020) Development and application of an electrical conductivity transfer function, using diatoms from lakes in the Urals, Russia. J. Paleolimnol., 63(2), 129-146. https://doi.org/10.1007/s10933-019-00106-z

33. Maslennikova A.V. (2022) Holocene environments in the Middle Urals: Paleolimnological proxies from the Lake Tavatui (Russia). Quat. Int., 622, 51-64. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2022.02.033

34. Maslennikova A.V., Artemyev D.A., Shtenberg M.V., Filippova K.A., Udachin V.N. (2020) Express multi-element determination in lake sediments by laser ablation massspectrometry (LA-ICP-MS). Limnol. Oceanogr.: Methods, 18(8), 411-423. https://doi.org/10.1002/lom3.10372

35. Maslennikova A.V., Udachin V.N. (2017) Lakes ecosystem response to Holocene climate changes and human impact in the Southern Urals: Diatom and geochemical proxies. holocene, 27(6), 847-859. https://doi.org/10.1177/0959683616675942

36. Maslennikova A.V., Udachin V.N., Aminov P.G. (2016) Lateglacial and Holocene environmental changes in the Southern Urals reflected in palynological, diatom, geochemical records from the Lake Syrytkul sediments. Quat. Int., 420(28), 65-75. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.08.062

37. Panova N.K., Antipina T.G. (2016) Late Glacial and Holocene environmental history on the eastern slope of the Middle Ural mountains, Russia. Quat. Int., 420, 76-89. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.10.035

38. Prikhod’ko E.V., Ivanov I.V., Manakhov D.V., Gerasimenko N.P., Inubushi K., Kawahigashi M., Nagano Kh., Sugihara S. (2013) Soils, vegetation, and climate of the Southern Transural region in the Middle Bronze Age (be the example of the Arkaim fortress). Euras. Soil Sci., 46, 925-934. doi:10.1134/S1064229313090032

39. Rasmussen S.O., Bigler M., Blockley S.P. et al. (2014) A stratigraphic framework for abrupt climatic changes during the Last Glacial period based on three synchronized Greenland ice-core records: refining and extending the INTIMATE event stratigraphy. Quat. Sci. Rev., 106, 14-28. http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2014.09.007

40. Reimer P., Austin W., Bard E., Bayliss A., Blackwell P., Bronk Ramsey C., Talamo S. (2020) The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal kBP). Radiocarbon, 62(4), 725-757. https://doi.org/10.1017/RDC.2020.41

41. Stewart R.E., Kantrud H.A. (1971) Classification of natural ponds and lakes in the Glaciated Prairie Region. Resource Publication 92, Bureau of Sport Fisheries and Wildlife, U.S. Fish and Wildlife Service, Washington, DC

42. Stobbe A., Gumnior M., Rühl L., Schneider H. (2016) Bronze Age human–landscape interactions in the southern Transural steppe, Russia – Evidence from high-resolution palaeobotanical studies. The holocene, 26, 1692-1710. https://doi.org/10.1177/0959683616641740

43. Sun Q., Wang S., Zhou J., Chen Z., Shen J., Xiuping X., Wu F., Chen P. (2010) Sediment geochemistry of Lake Daihai, north-central China: implications for catchment weathering and climate change during the Holocene. J. Paleolimnol., (43), 75-87. https://doi.org/10.1007/s10933-009-9315-x

44. Walker M.J.C., Berkelhammer M., Björck S. et al. (2012) Formal subdivision of the Holocene Series/Epoch: a Discussion Paper by a Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core, marine and terrestrial records) and the Subcommission on Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy). J. Quat. Sci., 27(7), 649-659.

45. Yusupova A.R., Nourgalieva N.G., Kuzina D.M. (2022) A Holocene climatic record indicated by geochemical indicators and granulomentry from Bannoe Lake in the Southern Urals. X International Siberian Early Career GeoScientists Conference. Proceedings of the Conference. Novosibirsk: Novosibirsk State University, 128-129.

46. Zeeb B.A., Smol J.P. (1995) A weighted-averaging regression and calibration model for inferring lakewater salinity using chrysophycean stomatocysts from lakes in western Canada. Int. J. Salt Lake Res., 4, 1-23. https://doi.org/10.1007/BF01992411

47. Zhang E., Jones R.T., Bedford A.P., Langdon P.G., Tang H. (2007) A chironomid-based salinity inference model from lakes on the Tibetan Plateau. J. Paleolimnol., 38, 477-491. https://doi.org/10.1007/S10933-006-9080-Z

48. Zou C., Mao L., Tan Z., Zhou L., Liu L. (2021) Geochemistry of major and trace elements in sediments from the Lubei Plain, China: Constraints for paleoclimate, paleosalinity, and paleoredox environment. J. Asian Earth Sci., X, (6), 100071. https://doi.org/10.1016/j.jaesx.2021.100071