Литологические особенности донных отложений озера Банное (Южный Урал) как индикатор изменений природной среды и климата голоцена

Объект исследования. Донные отложения оз. Банное, расположенного на территории Южного Урала. Цель. Установление литологических особенностей донных отложений оз. Банное как индикатора условий осадконакопления в голоцене. Материалы и методы. Опробование керна донных осадочных отложений проводилось методом радиоуглеродного датирования, гранулометрического анализа, рентгеновского дифракционного анализа, электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного и изотопного анализа, коэрцитивной спектрометрии. Также проведен спорово-пыльцевой анализ. Результаты. Согласно радиоуглеродному датированию, начало седиментации в оз. Банное началась не позднее ≈13 тыс. лет назад. Комплексирование данных различных лабораторных исследований позволило выделить четыре литологические зоны и соответствующие им этапы истории осадконакопления. Наиболее информативными литологическими показателями индикации условий осадконакопления в оз. Банное являются размер зерен, аллотигенная компонента, карбонатные минералы, характеристики органического вещества и изотопный состав углерода и кислорода. Вариации размера зерен, соотношения аллотигенной и карбонатной составляющих отражают изменения аккомодации водоема и поставки кластического материала, связанные с изменением влажности климата. Характеристики органического вещества (TOC, δ13Сорг, отношение C/N) информативны для индикации чувствительных к климату изменений биопродуктивности бассейна осадконакопления и оценки изменения в осадочной системе соотношения экзогенной и эндогенной органики. Изотопный состав углерода и кислорода (δ13Скарб, δ18Oкарб) в карбонатной составляющей донных отложений, благодаря чувствительности к изменению биомассы, колебаниям температуры и притоку свежих вод в озеро, выступает информативным индикатором литологической зональности и климатических событий голоцена. Впервые для этого региона выявлено значение парамагнитной компоненты k_ para как показателя интенсивности поступления аллотигенного материала в озерный бассейн осадконакопления. Выводы. Изменчивость гранулометрического, минерального и химического состава, а также магнитных свойств донных отложений оз. Банное отражает историю условий озерного осадконакопления на Южном Урале, связанную с климатической стадийностью голоцена.

1. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. (2010) Геохимия и формирование подземных вод Южного Урала. Уфа: Гилем, 420 с.

2. Бахтин А.И., Низамутдинов Н.М., Хасанова Н.М., Нуриева Е.М. (2007) Факторный анализ в геологии. Учеб. пособие. Казань: Казанск. гос. ун-т, 32 с.

3. Биккинин Р.Ф. (1999) Ихтиофауна Республики Башкортостан. Фауна и флора Республики Башкортостан: проблемы их изучения и охраны. Уфа, 45-50.

4. Борисов А.С. (2004) Система технологического обеспечения палеомагнитных исследований отложений современных озер. Дисс. … докт. геол.-мин. наук: Казань, 267 с.

5. Буров Б.В., Нургалиев Д.К., Ясонов П.Г. (1986) Палеомагнитный анализ: Изд-во КГУ, 167 с.

6. Волченко Ю.А., Иванов К.С., Коротеев В.А., Оже Т. (2007) Структурно-вещественная эволюция комплексов платиноносного пояса Урала при формировании хромит-платиновых месторождений уральского типа. Литосфера, (3), 3-27. Государственная геологическая карта. (1960) Лист N-40-XXIII, м-б 1:200 000.

7. Демкин В.А. (1996) Природные условия Волго-Уральских степей III–II тыс. лет до н. э. Северо-Восточное Приазовье в системе Евразийских древностей (энеолит-бронзовый век). Ч II. Донецк.

8. Демкин В.А., Дергачева М. И., Борисов А.В., Рысков Я.Г., Олейник С.А. (1998) Эволюция почв и изменение климата восточно-европейской полупустыни в позднем голоцене. Почвоведение, (2), 148-157.

9. Карогодин Ю.Н. (1980) Седиментационная цикличность. M.: Недра, 242 с.

10. Косарева Л.Р., Щербаков В.П., Нургалиев Д.К., Нургалиева Н.Г. и др. (2020) Периодизация климатических циклов в голоцене по синхронным вариациям магнитных и геохимических параметров осадков озера Большое Яровое (юго-запад Сибири). Геология и геофизика, 61(7), 889-907. https://doi.org/10.15372/GiG2019148

11. Куприянова Л.А., Алешина Л.А. (1972) Пыльца и споры растений флоры СССР. Т. 1. Л.: Наука, 171 с.

12. Куприянова Л.А., Алешина Л.А. (1978) Пыльца двудольных растений флоры Европейской части СССР. Lamiaceae–Zygophyllaceae. Л.: Наука, 183 с.

13. Кучева Н.А., Степанова Т.И. (2013) Предложения по модернизации схемы районирования нижнего карбона Урала (на примере Среднего и Южного Урала). Ежегодник-2012. Екатеринбург, 22-28. (Тр. ИГГ УрОРАН, вып. 160).

14. Леонова Г.А., Мальцев А.Е., Меленевский В.Н., Мирошниченко Л.В., Кондратьева Л.М., Бобров В.А. (2018) Геохимия диагенеза органогенных осадков на примере малых озер юга Западной Сибири и Прибайкалья. Геохимия, (4), 363-382. https://doi.org/10.7868/S0016752518030068

15. Леусова Н.Ю. (2020) Устойчивость и сохранность биогенных форм кремнезема в углях. Усп. совр. естествознания, (12), 117-123.

16. Логвиненко Н.В. (1984) Петрография осадочных пород (с основами методики исследования). М.: Высш. шк., 416 с.

17. Мальцев А.Е. (2017) Геохимия голоценовых разрезов сапропелей малых озер юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья. Дисс. ... канд. геол.-мин. наук. Новосибирск: Ин-т геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 199 с.

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

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

20. Маслов В.А., Артюшкова О.В. (2010) Стратиграфия и корреляция девонских отложений Магнитогорской мегазоны Южного Урала. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 288 с.

21. Махмутова Г.М., Альдермузина И.Ф. (2016) Озеро Якты-куль: рекреационный потенциал, перспективы развития. Инновац. наука, 8(3), 180-181.

22. Нургалиев Д.К., Ясонов П.Г. (2009) Полезная модель “Коэрцитивный спектрометр”. Патент № 81805. Государственный реестр полезных моделей Российской Федерации, 27 марта. Обстановки осадконакопления и фации. (1990) (Пер. с англ. Под ред. Х. Рединга). в 2 т. Т. 1. М.: Мир, 352 с.

23. Панова Н.К., Антипина Т.Г. (2007) Динамика растительности и природной среды в голоцене по данным палинологического и ботанического исследования археологических памятников Шигирского торфяника. Экология древних и традиционных обществ, вып. 3, 48-50.

24. Панова Н.К., Антипина Т.Г. (2013) История развития Горбуновского торфяника на Среднем Урале и освоение его территории человеком в голоцене. Динамика современных экосистем в голоцене. Казань, 273-276.

25. Пробоотбор и пробоподготовка образцов почв к рентгенографическому фазовому анализу. (2007). Казань: Изд-во КГУ, 14-17.

26. Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. (1990) Химическое строение земной коры и геохимический баланс главных элементов. М.: Наука, 180 с.

27. Скляров Е.В. (2001) Интерпретация геохимических данных. Учеб. пособие. (Под ред. Б.В. Склярова). М: Интермет Инжиниринг, 288 с.

28. Солотчин П.А. (2023) Литолого-минералогические летописи донных отложений озер Сибирского региона как основа палеоклиматических реконструкций. Дисс. … докт. геол.-мин. наук. Новосибирск, 237 с.

29. Солотчина Э.П., Кузьмин М.И., Солотчин П.А., Мальцев А.Е., Леонова Г.А., Даниленко И.В. (2019) Аутигенные карбонаты голоценовых осадков озера Иткуль (Юг Западной Сибири) – индикаторы изменений климата. Докл. АН, 487(1), 54-59. https://doi.org/10.31857/S0869-5652487154-59

30. Страхов Н.М. (1966) Геохимия кремнезема: М.: Наука, 434 с.

31. Субетто Д.А. (2009) Донные отложения озер: палеолимнологические реконструкции. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 343 с.

32. Фролов В.Т. (1992) Литология. Кн. 1. Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 336 с.

33. Шванов В.Н. (1969) Песчаные породы и методы их изучения. Л.: Недра, 248 с.

34. Экология озера Большое Миассово. (2000) (Под ред. А.Г. Рогозина, В.А. Ткачева). Миасс: ИГЗ УрО РАН, 318 с.

35. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 c.

36. Юсупова А.Р., Нургалиева Н.Г. (2021) Геохимическая основа индикации изменения климата по голоценовым донным отложениям озера Банное (Южный Урал). Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки, 163(3), 514-526. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2021.3.514-526

37. Allen H.D. (2003) Response of past and present Mediterranean ecosystems to environmental change. Progress Phys. Geogr. J., 27(3), 359-377. https://doi.org/10.1191/0309133303pp387r

38. Avavena R. (1992) Carbon isotope composition of lake sediments in relation to lake productivity and radiocarbon dating. Quat. Res., 37, 333-345 https://doi.org/10.1016/0033-5894(92)90071-P

39. Blytt A.G. (1876a) ForsØg til en Theori om Indvandingen af Norges Flora. Nyt Mag. Naturv. Christiana (Oslo), 21, 279-362.

40. Blytt A.G. (1876b) Immigration of the Norwegian Flora. Cammermeyer. Christiania (Oslo), 89 p.

41. Bond G. (1997) A Pervasive Millennial-Scale Cycle in North Atlantic Holocene and Glacial Climates. Sci., 278(5341), 1257-1266. https://doi.org/10.1126/science.278.5341.1257

42. Bovle J.F. (2002) Inorganic geochemical methods in paleolimnology. In Tracking environmental change using lake sediments. V. 2. Physical and geochemical methods. (Eds M.W. Last, J.P. Smol). Kluwer Academic Publishers, 83-142. https://doi.org/10.1007/0-306-47670-3_5

43. Deelman J.C. (2011) Low Temperature Formation of Dolomite and Magnesite. Open access e book, 512.

44. Egli R. (2004a) Characterization of individual rock magnetic components by analysis of remanence curves. 1. Unmixing natural sediments. Studia Geophys. Geodaetica, 48(2), 391-446. https://doi.org/10.1023/B:SGEG.0000020839.45304.6d

45. Egli R. (2004b) Characterization of individual rock magnetic components by analysis of remanence curves. 2. Fundamental properties of coercivity distributions. Phys. Chem. Earth, 29(13/14), 851-867. https://doi.org/10.1016/j.pce.2004.04.001

46. Evans M. (2003) Environmental Magnetism. Principles and Applications of Enviromagnetics (M. Evans, F. Heller). San Diego, Academic Press, 299 p.

47. Faegri K., Iversen J. (1950) Textbook of pollen analysis. Munksgaard, Copenhagen, 168 p.

48. Gradstein F.M., Ogg J.G., Schmitz M.D., Ogg G.M. (2020) The Geologic Time Scale. V. 2. Elsevier, 1219-1240.

49. Iassonov P.G., Nourgaliev D.K., Burov B.V., Heller F. (1998) A modernized coercivity spectrometer. Geol. Carpathica, (49), 224-226.

50. Kosareva L.R., Nourgaliev D.K., Kuzina D.M., Spassov S., Fattakhov A.V. (2015) Ferromagnetic, dia-/paramagnetic and superparamagnetic components of Aral sea sediments: significance for paleoenvironmental reconstruction. ARPN J. Earth Sci., 4(1), 1-6.

51. Krishnamurthy R.V., Bhattacharya S.K., Kusumgar S. (1986) Palaeoclimatic changes deduced from 13C/12C and C/N ratios of Karewa lake sediments. India. Nature, 323, 150-152. https://doi.org/10.1038/323150a0

52. Krylov P.S., Nurgaliev D.K., Yasonov P.G., Dautov A.N. et al. (2020) Seismoacoustic research of lake Bannoe bottom sediments (South Ural, Russia). ARPN J. Eng. Appl. Sci., 15(1), 133-135.

53. Lamb A.L., Leng M.J., Mohammed M.U., Lamb H.F. (2004) Holocene climate and vegetation change in the Main Ethiopian Rift Valley, inferred from the composition (C/N and d13C) of lacustrine organic matter. Quat. Sci. Rev., 23(7), 881-891. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2003.06.010

54. Leng M.J., Marshall J.D. (2004) Palaeoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives. Quart. Sci. Rev., (23), 811-831. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2003.06.012

55. Maslennikova A.V., Udachin V.N., Aminov P.G. (2016)

56. Lateglacial and Holocene environmental changes in the Southern Urals reflected in palynological, geochemical and diatom records from the lake Syrytkul sediments. Quat. int., (420), 65-75. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.08.062

57. McKenzie J.A. (1985) Carbon isotopes and productivity in the lacustrine and marine environment. Chemical processes in lakes. N.Y., John Wiley and Sons, 99-118.

58. Meyers P.A. (2003) Applications of organic geochemistry to paleolimnological reconstructions: A summary of examples from the Laurentian Great Lakes. org. Geochem., 34, 261-289. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(02)00168-7

59. Meyers P.A. (1994) Preservation of elemental and isotopic source identification of sedimentary organic matter. Chem. Geol., 114, 289-302. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)90059-0

60. Minyuk P.S., Borkhodoev V.Y., Wennrich V. (2014) Inorganic geochemistry data from Lake El’gygytgyn sediments: marine isotope stages 6–11. Climate Past, 10(2), 467-485. https://doi.org/10.5194/cp-10-467-2014

61. Rapuc W., Sabatier P., Arnaud F., Palumbo A., Develle A.-L., Reyss J.-L., Augustin L., Régnierc E., Chaprone E., Dumoulinc J.-P., von Grafenstein U. (2019) Holocene-long record of flood frequency in the Southern Alps (Lake Iseo, Italy) under human and climate forcing. Global Planet. Change, 34. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2019.02.010

62. Reille M. (1995) Pollen et spores d’Europe et d’Afrique du nord Supplement 1. Laboratoire de botanique historique et palynology. URA CNRS. Marseille, France, 520 p. https://doi.org/10.7202/004885ar

63. Routh J., Meyers P.A., Hjorth T., Baskaran M., Hallberg R. (2007) Sedimentary geochemical record of recent environmental changes around Lake Middle Marviken. Sweden. J. Paleolimn, 37, 529-545 https://doi.org/10.1007/s10933-006-9032-7

64. Russell J.M., Werne J.P. (2009) Climate change and productivity variations recorded by sedimentary sulfur in Lake Edward, Uganda. D.R. Congo. Chem. Geol., (264), 337-346. https://doi.org/10.3390/ijerph192214798

65. Sernander R. (1984) Studier öfver den Ġótländska vegetationens utvecklingshistora. Akademisk afhandling, Uppsala, 112 p.

66. Talbot M.R. (1990) A review of the palaeohydrological interpretation of carbon and oxygen isotopic ratios in primary lacustrine carbonates. Chem. Geol.: isotope Geosci. Sect., 80(4). https://doi.org/10.1016/0168-9622(90)90009-2

67. Turney C.S.M. (1999) Lacustrine bulk organic d13C in the British Isles during the last glacial-Holocene transition (14-9 Ka C-14 BP). Arct. Antarct. Alp. Res., 31, 71-81. https://doi.org/10.2307/1552624

68. Tzedakis P.C., Andrieu V., Beaulieu J.L., Crowhurst S. de et al. (1997) Comparison of terrestrial and marine records of changing climate of the last 500 000 years. Earth Planet. Sci. Lett., 150, 171-176. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(97)00078-2

69. Tzedakis P.C., Hooghiemstra H., Pa¨like H. (2006) The last 1.35 million years at Tenaghi Philippon: revised chronostratigraphy and long-term vegetation trends. Quat. Sci. Rev., 25, 3416-3430. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2006.09.002

70. Watts W.A., Allen J.R.M., Huntley B. (1995) Vegetation history and palaeoclimate of the last glacial period at Lago Grande di Monticchio, southern Italy. Quat. Sci. Rev., 15, 133-153. https://doi.org/10.1016/0277-3791(95)00093-3

71. Wetzel R.G. (2001a) Limnology: Lake and River Ecosystems. San Diego: Academic Press, 1006 p. Wetzel R.G. (2001b) Limnology. Philadelphia, 743 p.

72. Woszczyk M., Bechtel A., Gratzer R., Kotarba M.J., Kokocinski M., Fiebig J., Cieslinski R. (2011) Composition and origin of organic matter in surface sediments of Lake Sarbsko: A highly eutrophic and shallow coastal lake (northern Poland). org. Geochem., 42, 1025-1038. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2011.07.002

73. Yusupova A., Kuzina D., Batalin G., Gareev B., Nourgalieva N. (2020) First Geochemical Data on Lacustrine Sediments, Lake Bannoe (Bannoe), Southern Urals. Proceedings 4th Kazan Golovkinsky Stratigraphic Meeting 2020 Sedimentary Earth Systems: Stra-tigraphy, Geochronology, Petroleum Resources, 292-297. https://doi.org/10.26352/E922_KAZAN2020

74. Zhang W., Ming Q., Shi Z., Chen G., Niu J. et al. (2014) Lake Sediment Records on Climate Change and Human Activities in the Xingyun Lake Catchment, SW China. PLoS oNE, 9(7), 1-10. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0102167

75. Zhong W., Xue J., Li X., Xu H., Ouyang J. (2010) A Holocene climatic record denoted by geochemical indicators from Barkol Lake in the northeastern Xinjiang, NW China. Geochem. int., 48(8), 792-800. https://doi.org/10.1134/s0016702910080057