Doktorská práce

Úvod

Jezerní sedimenty jsou významným a možná nejspolehlivějším archivem klimatu kontinentálního prostředí střední Sibiře. Jde o pestrou směs autochtonních a alochtonních anorganických i organických materiálů. V sedimentech jsou zaznamenány informace z vlastního jezerního prostředí, ale i z celého povodí. Klimatické změny se odrážejí v poměru a charakteru jednotlivých komponent. Anorganická složka jezerních sedimentů nejčastěji zahrnuje křemen, karbonáty a jílové minerály. Organická se skládá z makrozbytků a schránek odumřelých živočišichů a rostlin. Významnou skupinu fytoplanktonu s širokým environmentálním uplatněním představují rozsivky (Bacillariophyceae). Druhové určení rozsivek je ve většině případů možné na základě morfologie křemitých schránek zachovaných v sedimentu. Odolnost opálu jejich schránek je dostatečná k vytvoření stabilního fosilního záznamu. Jelikož jsou ekologické nároky jednotlivých rozsivkových druhů specifické, může rozsivková analýza v sedimentech poskytnout podrobné informace o změnách v jezerním prostředí.

Disertační práce se zabývá studiem vrtných jader z Aralského a Bajkalského jezera a jejich paleoenviromentálními interpretacemi s paleoklimatickými aplikacemi. Podstatnou část práce tvoří právě analýza fosilních rozsivkových druhů. Kombinace rozsivkové analýzy s dalšími metodami charakterizující zejména anorganickou část sedimentů umožnila v konečném výsledku studií identifikovat a charakterizovat glaciální a interglaciální historii Bajkalského jezera v intervalu 60 až 350 tisíc let. V případě Aralského jezera byl studovaný interval kratší (poslední dva tisíce let). Výsledkem studie byla charakterizace jednotlivých identifikovaných změn hladiny vody v jezeře ve studovaném období.

Aralské jezero – vrt C2/2004

Od roku 1960 dochází k postupnému vysychání Aralského jezera, které je doprovázeno mnoha enviromentálními změnami v jezeře i v celé Aralské pánvi. Hladina jezera klesla z 53 m.n.m. na 30 m.n.m. a salinita vzrostla z 10 ‰ na víc než 130 ‰. Studiem archeologických nalezišť a geomorfologickými pracemi bylo zjištěno, že současné snížení hladiny Aralského jezera není v holocénní historii ojedinělé – k podobným snížením hladiny docházelo v minulosti opakovaně. Nejkomplexnější studie sedimentů byla provedena v rámci projektu CLIMAN na vrtném jádře CH2/1 odebraném 25 km od vrtu C2/2004. Výsledky tohoto evropského projektu ale nepřinesly jednoznačný pohled na průběh změn hladiny Aralského jezera v posledních tisíciletích.

Cílem studia sedimentárního jádra C2/2004 ze severní části západní Aralské pánve bylo identifikovat a charakterizovat změny v prostředí v minulosti a z literatury přiřadit jejich potenciální příčiny. K charakterizaci organické složky jsme zvolili rozsivkovou analýzu, dále jsme vytvořili hloubkový profil koncentrace chlorofylu z VNIR a dodatečně i změřili TOC. Kromě rozsivek bylo nalezeno i velké množství schránek ostrakodů a mušlí. Všechny tyto organické ukazatele mají stejný průběh. K identifikaci anorganických složek byly použity zejména rentgenové metody pro fázovou (p-XRD, HT-XRD) i prvkovou (XRF) analýzu. Také jsme charakterizovali změny obsahu expandabilních jílových minerálů a tím zastoupení alochtonní složky.

Interpretace zastoupení rozsivkových druhů byla založena na současných výskytech nalezených druhů v Aralském jezeře s variabilními nároky na výši vodního sloupce. Tato interpretace umožnila odhadnout fáze s nízkou a vysokou hladinou vody v místě odběru sedimentu spojené s významnými pohyby hladiny jezera v minulosti. Spojením ukazatelů nízké hladiny z rozsivek a z anorganických složek vyústilo v indikaci následujících regresních fází za posledních 2000 let: 1900-2000, 1330-1450, 910-1060, 0-250 n.l. s chybou datování asi 100 let.

Určení příčin regresí Aralského jezera v minulosti je velmi ztíženo zejména kombinací vlivů klimatických, ostatních přírodních (např. tektonických) a antropogenních. Všechny výše uvedené regrese až na současnou lze zkorelovat s fázemi, kdy bylo Aralské jezero syceno pouze jednou řekou (došlo k přeložení koryta Amu Darji), ale současně s chladnými a suchými fázemi podle pylové analýzy, nárustem ledovců v povodí a do jisté míry i se zvýšenými potřebami zavlažování v oblasti.

Bajkalské jezero – vrt VER98-1-13

Na dně Bajkalského jezera lze nalézt sedimenty představující nepřetržitý klimatický záznam za posledních několik miliónů let. Nejenom stáří ale i vnitrokontinentální poloha jezera předurčuje vhodnost bajkalských sedimentů ke klimatickým studiím, zejména ke srovnání s oceánskými a ledovcovými archivy.

Necelých 12 m sedimentu vrtu VER98-1-13 nám poskytlo možnost studovat vnitrokontinentální klima z oblasti Bajkalského jezera z období 300-60 tisíc let před současností. Zvolená kombinace metod (rozsivková analýza, rentgenové, spektrální a chemické metody) umožnila charakterizovat změny intenzity zvětrávání v povodí řízené klimatickými faktory a zároveň poskytla informace z jezera samotného ve formě rekonstrukce vývoje bioproduktivity.

Rozsivková analýza zahrnující celkovou koncentraci a zastoupení druhů umožnila vytvořit datování sedimentu na základě korelací rozsivkových maxim s maximy oslunění vypočtenými pro danou oblast ( metoda tzv. orbitálního ladění) a dále s mořskými izotopickými stadii (MIS). Konkrétní paleoenvironmentální charakteristika z rozsivkové analýzy byla ztížena častým výskytem endemických a vyhynulých druhů s prakticky neznámými ekologickými nároky. Ekologické nároky některých druhů jsme navrhli na základě jejich výskytu a sukcesí v obdobích s určitými anorganickými ukazateli klimatu získanými z detritické složky sedimentu. Z mineralogického hlediska se sediment skládal z křemene, muskovitu, živců a kaolinitu s kolísajícím obsahem amfibolu, illitu, chloritu a expandabilních jílových minerálů.

Interglaciální a interstadiální období jsou charakterizována vyšším podílem illitu, nízkou koncentrací expandabilních jílových minerálů a významným nárůstem rozsivkové koncentrace i druhové rozmanitosti ukazující na vyšší intenzitu chemického zvětrávání, vlhkosti a bioproduktivity. Největších extrémů dosáhly uvedené ukazatele v období MIS5e, označovaném jako Kazantsevo (středosibiřský analog evropského Eemu), které bylo tedy nejvýraznějším klimatickým optimem v dané oblasti v období od 300 do 60 tisíc let před současností.

Lake sediments represent an important source of valuable information about the past climate in continental environment. They consists of a mixture of autochthonous and allochthonous organic and inorganic components both responding to paleoenvironmental changes in the water bodies and watershed. Both the composition and relative content of individual sedimentary components mirrors the climate changes. The main inorganic components in lake sediments are quartz, carbonates, and clay minerals; organic matter embodies various plants and animal remains. Reconstruction of past climate is possible only when an efficient combination of analytical methods allowing characterization of all these components is used.  We have provided such multi proxy and high resolution analysis on two cores from two lakes, Aral Sea and Baikal Lake. These two large Asian water reservoirs have got a large watershed, originated tectonically, and have grabbed scientific attention during the last decades.

Aral Sea represents a closed lake system in semi-arid area and therefore Aral Sea sediments mirrors even minor environmental changes. Research performed on Aral Sea sedimentary cores aims to unravel past lake level variations and to determine their leading forces. Ten radiocarbon dates have been used to construct the age model according to which yet unstudied core C2/2004 covers ~2000 years of continuous sedimentation. Lake level changes have been reconstructed based on the actualistic interpretation of diatom species analysis combined with mineralogical and chemical data. We identified four regression phases in periods of phases1900-2000, 1330-1450, 910-1060, and 0-250 AD that contributes significantly to the knowledge of past environmental changes in Aral Sea. However, further work would be needed to unambiguously decide what where the leading forces of past lake level changes.

Baikal Lake is a highly valuable archive of the continental climate of Central Siberia back to the Mesozoic period ideal for the comparison with glacial and marine archives. This open lake system surrounded by a mountainous area is especially sensitive to solar forcings. We have studied one core from Academician Ridge. The age model was based on a correlation of diatom concentration maxima to insolation maxima (high latitude, northern hemisphere); the age model was successfully checked by palaeomagnetic dating. This core represents continuous sedimentation from 300 to 60 thousand years before presence. A combination of diatom analysis, spectral, X-ray, magnetic, and chemical methods enabled us to define periods of enhanced weathering and to distinguish cold/dry and warm/humid phases. Exceptionally stable and most marked climatic optimum in the studied period was the MIS5e, known as Kazantsevo (the analogue of the European Eemian). Our high-resolution paleoclimatic reconstruction complements numerous previous studies focused on the characterization of climate in the Baikal Lake area in the last 150 kilo years (ky).

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *