ОТЧЕТ
о научной работе Лаборатории эволюционной географии
Института географии РАН за 2015 г.
Научная работа в Лаборатории проводится по следующим направлениям:
По плану фундаментальных исследований в рамках Проблемы П-69 «Динамика и механизмы изменения ландшафтов, климата и биосферы в кайнозое. История четвертичного периода» по теме «Реконструкции палеогеографических обстановок ледниковых и межледниковых эпох, их пространственная и временная изменчивость и причины на протяжении позднего кайнозоя (включая плейстоцен и голоцен). Роль природного фактора в инициальном освоении человеком внетропического пространства».
По программе Президиума РАН I.18П «Природные катастрофы и адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики». Проект 3.2: «Особенности динамики природных и антропогенных ландшафтов в разных временных масштабах и с учетом антропогенной нагрузки (руководитель – А.А.Величко).
По программе Президиума РАН «Изучение новых глобальных и локальных факторов изменения экологических систем и биоресурсов Арктики».
Проект: «Роль многолетней мерзлоты и оледенений в формировании экосистем арктической зоны» (руководитель – А.А.Величко)
Проект РНФ № 14-17-00705. «Реакция степных экосистем юга Европейской части России и сопряженных прибрежных систем Приазовья и Прикаспия на разномасштабные изменения климата в прошлом (плейстоцен-голоцен) как основа для оценки тренда предстоящих перестроек в состоянии естественных и агроосвоенных ландшафтов семиаридной зоны в 21-22 в.в.»
1) Основные научные результаты, полученные Лабораторией эволюционной географии в 2015 г.
Направление П-69
В соответствии с планом научно-исследовательских работ ИГ РАН по Направлению 69 исследования осуществлялись по теме «Реконструкции палеогеографических обстановок ледниковых и межледниковых эпох, их пространственная и временная изменчивость и причины на протяжении позднего кайнозоя (включая плейстоцен и голоцен). Роль природного фактора в инициальном освоении человеком внетропического пространства» (подтемы А, Б и В).
Подтема А – «Роль палеоклиматических и палеоландшафтных реконструкций как палеоаналогов предстоящих изменений состояния окружающей среды. Сравнительное исследование ландшафтно-климатических особенностей межледниковых эпох плейстоцена в связи с разработкой сценариев отклика экосистем на антропогенно-обусловленное потепление».
Ключевые слова: а) Выполнена реконструкция изменения в структуре растительности в центральном регионе Русской равнины (Верхневолжская впадина и Клинско-Дмитровская гряда) на основе палеоботанических исследований. Установлено, что на всем протяжении голоцена на данной территории были распространены одни и те же типы фитоценозов, в разное время представленные в ископаемой флоре разными видами растений. Разновозрастные флоры различаются между собой количественными соотношениями представителей различных фитоценозов.
б) Выполнены реконструкции ландшафтно-климатических изменений, происходивших в течение переходного этапа от среднеплейстоценового оледенения к микулинскому межледниковью в полосе субширотного трансекта в лесной зоне Центральной и Восточной Европы. Позднеледниковье, предшествующее микулинскому межледниковью, так же как и позднеледниковье валдайского оледенения, включало две основные фазы: раннюю относительно теплую фазу и похолодание, предшествующее началу межледниковья. Климатические реконструкции для позднеледниковья валдайского оледенения свидетельствуют о короткопериодных и резких климатических колебаниях, когда различия температур между стадиями потепления и похолодания в разных секторах лесной зоны Центральной и Восточной Европы достигали 3–7°С.
3) Выполнена реконструкция рецессии Скандинавского ледникового покрова и состояния приледниковых ландшафтов для интервала конец молодого дриаса – начало голоцена. Установлено, что небольшое потепление во второй половине молодого дриаса, приведшее к распространению пионерных растительных сообществ на освободившейся ото льда территории, наиболее ярко проявилось в Карелии.
1) По данным палеоботанических исследований торфяников и озерных отложений реконструированы изменения в структуре растительности в центральном регионе Русской равнины (Верхневолжская впадина и Клинско-Дмитровская гряда) в раннем и среднем голоцене. На основании современной эколого-ценотической приуроченности видов для каждой ископаемой флоры (ИФ) выявлено распределение растений по группам фитоценозов (рис. 1). Сравнение полученных диаграмм показывает, что на этой территории на всем протяжении голоцена были распространены одни и те же типы фитоценозов, в разное время представленные в ИФ разными видами растений. Разновозрастные флоры различаются между собой количественными соотношениями представителей различных фитоценозов. ИФ 1, соответствующая пребореалу, отличается от последующих флор наибóльшим числом видов открытых сообществ (луговых, степных, кустарниковых и проч.) и наименьшей долей лесных видов, среди которых преобладают растения мелколиственных и светлохвойных лесов. В ИФ 2 (бореал) возрастает доля лесных видов и среди них – обитателей хвойно-широколиственных лесов. Значительную роль играют также растения болот, преимущественно низинных, и приречных кустарниковых сообществ. Соотношения, выявленные по ИФ 3 и 4 для двух фаз развития широколиственных лесов атлантического времени, наиболее близки между собой. В ИФ 5 (конец атлантического – начало суббореального времени) при почти тех же количествах видов широколиственных, мелколиственных и смешанных лесов возрастает доля растений темнохвойных таежных лесов. После перерыва в оптимальную фазу голоцена в это время вновь появляются виды, заходящие в лесотундру и даже в тундру, степные же виды и обитатели нарушенных грунтов отсутствуют. В эколого-ценотическом спектре ИФ 6 (средний суббореал) доля лесных растений немного сокращается за счет видов широколиственных лесов.
2) На основе обобщения палеоботанических данных по 42 разрезам выполнены реконструкции ландшафтно-климатических изменений, происходивших в течение переходного этапа от среднеплейстоценового оледенения к эемскому/микулинскому межледниковью в полосе субширотного трансекта в лесной зоне Центральной и Восточной Европы. Для основных хроносрезов переходного этапа построены карты растительности. Сопоставление изменений растительности и климата двух переходных этапов климатических макроциклов от оледенения к межледниковью (предмикулинского и поздневалдайского) показало сходство динамики природной среды. Позднеледниковье, предшествующее эемскому/микулинскому межледниковью, так же как и позднеледниковье валдайского оледенения, включало две основные фазы: раннюю относительно теплую фазу (интерстадиал цайфен) и похолодание, предшествующее началу межледниковья (стадиал каттегат). Климатические реконструкции для позднеледниковья валдайского оледенения свидетельствуют о короткопериодных (длительностью от нескольких сотен до тысячи лет) и резких климатических колебаниях, когда различия температур между стадиями потепления и похолодания в разных секторах лесной зоны Центральной и Восточной Европы в пределах субширотного трансекта достигали 3–7°С. Хотя изменения ландшафтной структуры и, вероятно, длительность основных фаз в течение двух рассмотренных переходных этапов были близкими, на переходном этапе к эемскому/микулинскому межледниковью амплитуды климатических флуктуаций были меньше, чем в позднеледниковье последнего оледенения.
3) Для определения генезиса озерных котловин и условий осадконакопления в центральной части Псковской низменности были проведены исследования отложений четырех озер (Городищенского, Большого, Черного, Белая Струга) и пяти болот (Сухое, Мильковское, Турковское, Слопыгинское, Молковское), где под слоями торфа также залегают озерные осадки. На основании полученных геолого-геоморфологических данных было установлено, что озерные котловины на этой территории в целом имеют ледниковое происхождение, однако, их формирование протекало в разных условиях. Были выделены: реликтовые озера – уцелевшие остатки обширных приледниковых водоемов; озера, сформировавшиеся в результате таяния погребенного мертвого льда в пределах зандровых равнин; озера, котловины которых занимают понижения (переуглубления) в древних речных долинах. Полученные к настоящему времени радиоуглеродные датировки позволили установить, что переход от минерального этапа осадконакопления к органогенному этапу в озерах этого региона происходил в разное время (с аллерёда до пребореала).
4) С целью реконструкции процессов деградации последнего ледникового покрова в пределах Псковской низменности было проведено бурение, детальное описание и опробование толщи отложений, заполняющих Изборско-Мальскую долину, мощностью до 12 м. Анализ полученных данных показал, что в пределах этой долины во время деградации ледника лужской стадии (т.е. начиная приблизительно с 15,7 тыс. калибр. лет назад) существовал приледниковый водоем. Первоначально режим этого приледникового водоема зависел от темпов деградации ледниковой лопасти, занимавшей Псковскую низменность, позднее он зависел от скорости таяния мореносодержащего мертвого льда, блокировавшего сток воды по речной долине. Процесс дегляциации на этом участке может быть подробно реконструирован с применением метода варвохронологии, так как значительную часть толщи позднеледниковых отложений здесь составляют ленточные глины. Комплексные исследования ленточных глин позволят выявить процессы, сопровождавшие деградацию ледника в долине р. Обдех, и сопоставить эту реконструкцию с событиями, протекавшими в пределах всей низменности и на соседних территориях.
5) Выполнена реконструкция рецессии Скандинавского ледникового покрова и состояния приледниковых ландшафтов для интервала конец молодого дриаса – начало голоцена. Установлено, что небольшое потепление во второй половине молодого дриаса, приведшее к распространению пионерных растительных сообществ на освободившейся ото льда территории, наиболее ярко проявилось в Карелии. Пребореальный период (10150-9150 14С лет назад) характеризовался более значительным улучшением климата по сравнению с достигнутым в аллерёде, а возросший темп дегляциации (более 300 м/год) контролировался региональными гляциоизостатическими движениями. В пребореале площадь Скандинавского ледникового покрова на восточном и северо-восточном флангах быстро сокращалась за счет отступания льдов и раскола ледниковой лопасти в Ботническом заливе (рис. 2), и он уже не оказывал сильного охлаждающего влияния на окружающую территорию. Это время можно рассматривать как начальный этап становления современной широтной зональности ландшафтов. Уже в раннем пребореале на территории Карелии распространились сомкнутые леса, но еще сохранялись перигляциальные элементы, не исчезавшие даже в период наибольшего потепления раннего пребореала. Их роль вновь возросла во время переславского похолодания во второй половине пребореала. Исчезновение перигляциальной флоры относится к бореальному периоду. На северной окраине Фенноскандии, начиная с пребореала, происходила регрессия моря, продолжавшаяся до второй половины атлантического периода. Наиболее высокие скорости понижения уровня моря установлены для периода с 10 до 9 тыс. 14С лет назад.
6) Продолжена работа над картой-схемой распространения и ориентировки древних материковых дюн на территории Восточно-Европейской равнины. Район исследований был расширен и включил в себя южное Полесье. Для этого региона по литературным и геологическим фондовым материалам уточнены данные о строении и возрасте эоловых форм. Установлено, что в южном Полесье дюны широко распространены и имеют ориентировку, сходную с ориентировкой дюн в центральной части равнины (например, в Мещере). В южных районах Восточно-Европейской равнины в рельефе одинаково хорошо выражены как относительно молодые эоловые образования (13-10 тыс. лет), так и более древние (27-18 тыс. лет). Новые данные дополняют ранее полученные результаты.
7) Геоморфологические исследования, включавшие в себя маршрутную съемку и геодезические работы, проведены в береговой зоне Ейского п-ова (Азовское море). Обследованные участки берегов преимущественно абразионные, за исключением Ейской косы. Скорость и интенсивность абразии на берегах Таганрогского залива существенно выше, чем на берегах Ейского лимана. Сравнение разновременных космических снимков показало, что современные скорости отступания берегов составляют в среднем около 1 м/год. Разрушение и отступание береговых обрывов происходит не только за счет волноприбойного воздействия, но и за счет склоновых процессов (преимущественно гравитационных и блокового смещения). Отступание берегов протекает круглогодично, хотя скорости их разрушения снижаются в тот период, когда волноприбойное воздействие на берега отсутствует (море покрыто льдом). Активного современного отступания берегов Ейского лимана в черте города Ейска и в его пригородах не происходит благодаря существующим берегоукрепительным сооружениям, однако последние требуют существенного ремонта и обновления. При сохранении тенденции к потеплению климата и подъему уровня Мирового океана в XXI в. ожидается увеличение интенсивности абразии и скорости отступания берегов в восточной части Азовского моря.
Подтема Б – «Ледниковые и межледниковые циклы плейстоцена и изменчивость их структуры во времени».
Ключевые слова: а) В ходе разработки стратиграфической схемы четвертичных отложений для приморских низменностей Северной Якутии и Новосибирских островов были проведены исследования быччыгыйского ледового комплекса на южном берегу острова Большой Ляховский. Установлено, что этот горизонт высокольдистых отложений широко распространен в районе пролива Дмитрия Лаптева, в том числе и на материке. Формирование этих отложений происходило в первой половине казанцевского (микулинского) межледниковья и относится к морской изотопной стадии (МИС) 5, а их протаивание под термокарстовыми озерами происходило в конце этого периода.
б) Для повторно-жильных и пластовых льдов Стрелки Анжу (северо-восток острова Фаддеевский, Новосибирские острова), впервые определён изотопный состав по 18О и дейтерию. Построенные зависимости 18О от D показали, что пластовые льды неоднородны по изотопному составу и имеют разное происхождение, как поверхностное (захороненные базальные льды наземного оледенения), так и внутригрунтовое (сегрегационно-инфильтрационное).
в) Для выявления короткопериодных ландшафтно-климатических изменений, происходивших в позднем голоцене в континентальных условиях юга Сибири, проведено палинологическое исследование разреза озерно-болотных отложений в Терехольской котловине. Обнаруженные закономерные изменения в составе пыльцевых спектров и ископаемых флор позволили реконструировать интервалы увеличения/сокращения доли таежных, болотных, луговых и степных фитоценозов при общем преобладании таежной растительности, близкой к современной.
1) Для выявления короткопериодных ландшафтно-климатических изменений, происходивших в позднем голоцене в континентальных условиях юга Сибири, проведено палинологическое исследование разреза озерно-болотных отложений в Терехольской котловине, расположенной в пределах пояса горных лиственнично-кедровых лесов на абсолютной высоте около 1300 м, с высоким разрешением по времени (70-80 лет). Обнаруженные закономерные изменения в составе пыльцевых спектров и ископаемых флор позволили реконструировать интервалы увеличения/сокращения доли таежных, болотных, луговых и степных фитоценозов при общем преобладании таежной растительности, близкой к современной. Эти изменения отражают чередование фаз с более континентальным и более океаническим климатом, каждая из которых длилась несколько сотен лет, в течение субатлантического времени голоцена.
2) Для реконструкции изменений растительности и климата Среднерусской возвышенности в голоцене был выполнен карпологический анализ и подсчеты содержания древесного угля в разрезах позднего голоцена на территории Орловской и Тульской областей. В разрезе болота Источек (Тульская область) была выявлена богатая семенная флора, отвечающая оптимуму голоцена (6563 ± 99 – 5473 ± 118 калибр. л. н.). На сегодняшний день это одна из наиболее представительных ископаемых флор этого возраста. Анализ изменений концентрации частиц угля в торфе, выполненный по разрезу Селихово (Орловская область), в сопоставлении с данными спорово-пыльцевого анализа позволил выявить несколько фаз уничтожения и восстановления лесной и локальной болотной растительности в результате пожаров в интервале 1700-600 л. н.
3) С целью уточнения стратиграфического положения и определения абсолютного возраста органогенных горизонтов, вскрывающихся в правом борту долины р. Большая Коша (верховья бассейна Волги), проведено детальное полевое описание этих слоев, отобрана серия образцов для спорово-пыльцевого и карпологического анализов и для датирования уран-ториевым методом. По данным предшествующих палинологических исследований эта толща осадков была отнесена к лихвинскому межледниковью среднего плейстоцена и к последующему интерстадиальному потеплению, отделенному от межледниковья холодной стадией, однако единого мнения о хроностратиграфической позиции этих отложений до сих пор не существует. Комплексное изучение полученных материалов позволит решить важную проблему палеогеографии поздних этапов лихвинского межледниковья.
4) В ходе разработки стратиграфической схемы четвертичных отложений для приморских низменностей Северной Якутии и Новосибирских островов были продолжены работы по обработке полевых материалов. По результатам исследований быччыгыйского ледового комплекса на южном берегу острова Большой Ляховский установлено, что этот горизонт высокольдистых отложений широко распространен в районе пролива Дмитрия Лаптева, в том числе и на материке. Формирование этих отложений мощностью не более 10 м происходило в первой половине казанцевского (микулинского) межледниковья и относится к морской изотопной стадии (МИС) 5, а их протаивание под термокарстовыми озерами происходило в конце этого периода. Судя по составу отложений, криогенному строению и изотопному составу сингенетических ледяных жил, этот ледовый комплекс отражает переход от экстрахолодных условий конца среднего плейстоцена к первому похолоданию позднего плейстоцена – МИС 4.
Для повторно-жильных и пластовых льдов Стрелки Анжу (северо-восток острова Фаддеевский, Новосибирские острова), впервые определён изотопный состав по 18О и дейтерию. Построенные зависимости 18О от D показали, что пластовые льды неоднородны по изотопному составу и, по-видимому, имеют разное происхождение, как поверхностное (захороненные базальные льды наземного оледенения), так и внутригрунтовое (сегрегационно-инфильтрационное). Это подтверждается также и измеренными величинами солёности льдов.
5) Продолжены детальные аналитические работы по одному из ключевых участков Приазовья – разрезу Беглица. Проведена оценка степени криогенного воздействия на рыхлые отложения с применением показателя, предложенного В.Н. Конищевым, – коэффициента криогенной контрастности (ККК). Значения ККК>1 свидетельствуют о наличии мерзлых пород и активном криогенезе в момент накопления осадка, значения <1 – о формировании отложений в отсутствии вечной мерзлоты. Наибольшие значения ККК (1,19–1,36) зафиксированы для поздневалдайского лесса, что указывает на существование относительно «теплой» вечной мерзлоты при его формировании. Для отложений брянского времени ККК низкий (0,45), что говорит об отсутствии криогенных процессов и сравнительно теплом климате региона. Низкие значения ККК получены и для мезинского почвенного комплекса. Для отложений конца среднего плейстоцена коэффициент несколько выше (до 1,13), что позволяет предположить существование слабой островной мерзлоты. Подстилающие субаэральную толщу лиманно-морские осадки, несомненно, накопились в теплое время (ККК=0,57).
Методом рентгенфлуоресцентного анализа на приборе «СПЕКТРОСКАН МАКС – GV» измерены концентрации макро- и микроэлементов в лессово-почвенной серии. В брянской и мезинской почвах отмечена аккумуляция тяжелых металлов (Cr, V, Zn, Sn, Hg и Rb), связанная с увеличением атмосферной увлажненности, с активизацией процессов выветривания и почвообразования и ростом биологической активности в почвах. В лёссах накапливались сера и стронций, которые ассоциируют с гипсом и легкорастворимыми солями, свинец и мышьяк.
Были рассчитаны геохимические коэффициенты, характеризующие процессы, протекавшие при лессонакоплении и почвообразовании. Наибольшие значения коэффициентов засоления и карбонатности отмечены для лёссовых горизонтов, что говорит о сухих условиях их формирования. Наибольшие коэффициенты выветривания и окисления приурочены к почвенным горизонтам, что свидетельствует об интенсивном преобразовании отложений в межледниковых обстановках. Максимальные коэффициенты выветривания (Al/(Ca+Mg+Na+K), Mn/Sr, Rb/Sr и W) фиксируются для современной и мезинской почв, несколько ниже коэффициенты для брянской почвы.
Подтема В – «Роль природного фактора в расселении первобытного человека в Северной Евразии».
Ключевые слова: В изданном Атласе-монографии «Первоначальное заселение Арктики человеком в условиях меняющей природной среды» было отмечено, что в общем процессе первоначального расселения выявляются существенные пространственные неравномерности. Выделяются два основных направления заселения высоких широт в интервале 35–12 тыс. л.н., это бассейны рек Камы и Печоры в Восточной Европе и бассейн Лены в Северной Азии. В позднеледниковье активно заселяется Западная Сибирь и Северо-Восток Азии, и в этот период происходит первичное/инициальное распространение человека из Восточного в Западное полушарие с территории Чукотки на Аляску по «Берингийскому мосту». Последующая фаза активного первоначального освоения высоких широт приходится на эпохи мезолита и неолита (9–4 тыс. л.н.), когда человек достигает северных окраин Гренландии. Проникновение человека на Арктические архипелаги произошло гораздо позднее (рис. 3).
1) Работы 2015 года позволили подвести некоторые итоги изучения среднепалеолитического памятника Хотылево I и предположить, что он является комплексом разновременных и в различной степени сохранившихся среднепалеолитических памятников, залегающих в склоновых и пойменных отложениях как в ненарушенном, так и в полностью переотложенном состоянии. Результаты работ на днепровских верхнепалеолитических стоянках позволили впервые сформулировать положение о том, что в бассейне Днепра, так же как и в бассейне Дона, располагаются многослойные верхнепалеолитические памятники. Это явление в бассейне Днепра было зафиксировано на стоянках Хотылево, Авдеево, Быки, Юдиново, Елисеевичи, хотя характер многослойности здесь совершенно иной, чем на стоянках Донского бассейна. Это могло быть связано с многократностью и частотой посещений одних и тех же территорий вкупе с возможной активизацией склоновых процессов в начале позднеледниковья.
2) В отчетном году были возобновлены исследования на одной из наиболее ранних на Восточно-Европейской равнине стоянок – Сухая Мечетка на Нижней Волге.
3) В изданном в отчетный период Атласе-монографии «Первоначальное заселение Арктики человеком в условиях меняющей природной среды» было предложено выделение нескольких типов понятия «освоение» территорий высоких широт: «мобильный» и «оседлый», а также переходные между ними формы. На самых ранних этапах преобладал мобильный тип освоения (миграции по долинам рек), а на более поздних – оседлый. На самых ранних этапах преобладал мобильный тип освоения (миграции по долинам рек), а на более поздних – оседлый. В целом на степень интенсивности процесса начального освоения человеком пространств Арктики и Субарктики сильно влияли макроперестройки в характере окружающей среды, которые определяли волнообразную структуру процесса освоения, а также могли быть причиной возможных перерывов на отдельных временных отрезках в этом процессе.
ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН
По программе Президиума РАН I.18П «Природные катастрофы и адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики». Проект 3.2: «Особенности динамики природных и антропогенных ландшафтов в разных временных масштабах и с учетом антропогенной нагрузки (руководитель – А.А.Величко).
Ключевые слова: По данным палинологических исследований озерных и болотных отложений, расположенных в лесной зоне Восточно-Европейской равнины, проведена реконструкция короткопериодных изменений растительности и основных климатических показателей для раннего голоцена. Установлено, что общее потепление, развивавшееся в период 10-7,9 тыс. калибр. лет назад, прерывалось двумя фазами похолодания (9,3-9,1 и 8,5-8,1 тыс. калибр. л. н.) и возобновилось после 8,1 тыс. калибр. л. н.
На основании палинологических данных по трем разрезам озерных и болотных отложений, расположенным в лесной зоне Восточно-Европейской равнины, проведена реконструкция короткопериодных изменений растительности и основных климатических показателей для раннего голоцена (10-7,9 тыс. калибр. лет назад). Установлено, что общее потепление, развивавшееся в этот период, прерывалось двумя фазами похолодания (9,3-9,1 и 8,5-8,1 тыс. калибр. л. н.) и возобновилось после 8,1 тыс. калибр. л. н., что привело к дальнейшему повышению среднегодовой температуры воздуха приблизительно на 3°C в течение 300 лет. Фазу похолодания, реконструированную в интервале 8,5-8,1 тыс. калибр. л. н., можно предположительно сопоставить с так называемым «событием 8,2 тыс. л. н.» – резким кратковременным похолоданием, которое выявлено по разнообразным палеогеографическим данным для Гренландии, некоторых регионов Западной и Средней Европы и для Скандинавии. В целом, фазам похолодания соответствовало понижение годовой суммы осадков, а фазам потепления – ее повышение, однако сокращение эвапотранспирации во время похолоданий приводило к росту эффективного увлажнения, что благоприятствовало развитию заболачивания и приводило к замедлению процессов формирования лесной растительности.
Программа Президиума РАН «Изучение новых глобальных и локальных факторов изменения экологических систем и биоресурсов Арктики». Проект «Роль многолетней мерзлоты и оледенений в формировании экосистем арктической зоны» (руководитель – А.А.Величко).
Ключевые слова: На основе анализа геологических, радиометрических данных, палеоландшафтных и палеогляциологических материалов и моделей продолжены исследования по реконструкции Скандинавского ледникового покрова в интервалах 110–115, 95–90, 70–40 и 30–20 т.л.н.
В восточном секторе Арктики реконструирована крайняя северо-восточная область оледенения, которая относится к концу среднего плейстоцена, уточнена её западная граница, проходящая в районе окончания полуострова Стрелка Анжу острова Фаддеевский (архипелаг Новосибирские острова).
Комплексные палинологические исследования озерных осадков и торфов, в сочетании с радиоуглеродным датированием позволили установить основные закономерности распространения древесных пород, образующих северную границу леса в Евразии, в голоцене. В раннем голоцене происходило быстрое расселение древесных пород.
Продолжены исследования по реконструкции Скандинавского ледникового покрова в интервалах 110–115, 95–90, 70–40 и 30–20 т.л.н. В похолодание, которое началось 111 т.л.н. Скандинавский ледниковый покров занимал обширную горную область на северо–западе и западе полуострова Фенноскандия. Во время второго похолодания около 90 т.л.н (МИС 5b), западная граница покрова находилась у береговой линии, восточная – западнее Ботнического залива. На севере Фенноскандии льды выходили на шельф Баренцевоморского Арктического бассейна, где в западной его части соединялись с островными ледниковыми покровами. Интервал 70–40 т.л.н. был сложным по динамике ледниковых флуктуаций. Экспансия скандинавских льдов в стадию МИС 4 (65 –60 т.л.н.) в центральных районах Фенноскандии и на ее северной окраине была больше ранневалдайской. Ледниковая подвижка (около 50 тыс. лет назад) была связана со смещением на восток основного центра оледенения и выдвижением льдов с севера в юго–западную часть Балтийской котловины. К началу стадии МИС 3 произошла почти полная дегляциация ледникового покрова. В похолодание около 40 т.л.н. отмечено коротким разрастанием покрова, когда льды вышли за пределы береговой линии на западе и северо-западе Фенноскандии. После наступившего во второй половине МИС 3 потепления (38–34 т.л.н.) западное побережье Фенноскандии освободилось ото льда, а во внутренних районах полуострова большие территории Швеции и Финляндии не покрывались льдами. В интервале после 30 т.л.н. до максимального похолодания юго-западный край покрова на короткое время выдвигался в Северное море.
В восточном секторе Арктики реконструирована крайняя северо-восточная область оледенения, которая относится к концу среднего плейстоцена, уточнена её западная граница, проходящая в районе окончания полуострова Стрелка Анжу острова Фаддеевский (архипелаг Новосибирские острова).
При исследовании субмаринной криолитозоны в юго-восточной части шельфа моря Лаптевых основное внимание было уделено изучению современного гидрологического режима термокарстовых лагун Быковского полуострова. По современным представлениям, эти образования были широко распространены на арктическом шельфе в конце позднего плейстоцена и в голоцене, а в настоящее время сохранились только на Быковском полуострове. Впервые в мире получены результаты режимных измерений температуры воды, солёности и давления в придонных горизонтах Ивашкиной лагуны за период в 11 месяцев. Результаты математического моделирования динамики мощности таликов под лагунами при использовании фактических данных, полученных для полуострова, показали хорошую сходимость с современной глубиной залегания подошвы талика под Ивашкиной лагуной, определённой путём бурения.
Комплексные палинологические исследования озерных осадков и торфов, включающие в себя определения концентрации и скорости аккумуляции пыльцы и анализ иных микрофоссилий растительного происхождения, в сочетании с радиоуглеродным датированием позволили установить основные закономерности распространения древесных пород, образующих северную границу леса в Евразии, в голоцене. Проведено также сравнение этих данных с результатами изучения ископаемых макроостатков растений (древесины, шишек, хвои и проч.). Реконструкции показали, что в раннем голоцене (10-8 тыс. 14С л. н.) происходило быстрое расселение древесных пород на территориях, ранее занятых безлесными сообществами перигляциальной тундры. Наибольшее продвижение лесных сообществ в высокие широты Евразии достигалось в европейском секторе 6-5 тыс. 14С л. н., в сибирском – 8-6 тыс. 14С л. н. Отступание леса к югу началось 5-4,5 тыс. 14С л. н. Приблизительно 4-3 тыс. 14С л. н. лесные сообщества к северу от современной границы леса на всем ее протяжении были замещены тундровой растительностью. Различия в пространственно-временной динамике границы лес/тундра в разных ее секторах связаны не только с общегеографическими и климатическими причинами, но и, в значительной степени, с особенностями видов деревьев, образующих границу леса на данной территории. Согласно дендроклиматическим исследованиям, колебания температуры теплого сезона на территории западной и центральной евразийской Арктики в позднем голоцене носили квазисинхронный характер. Потепление на рубеже первого и второго тысячелетия, именуемое Средневековым теплым периодом, по величине было сравнимо с современным, а в некоторых районах превосходило его. Большая часть последнего тысячелетия повсеместно сопровождалась значительным похолоданием, известным как Малый ледниковый период; максимальная фаза этого похолодания пришлась на 18 век. Наступившее затем современное потепление имеет беспрецедентную для последних 1-1,5 тысяч лет скорость в исследуемом районе.
РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОНД
Проект РНФ № 14-17-00705. «Реакция степных экосистем юга Европейской части России и сопряженных прибрежных систем Приазовья и Прикаспия на разномасштабные изменения климата в прошлом (плейстоцен-голоцен) как основа для оценки тренда предстоящих перестроек в состоянии естественных и агроосвоенных ландшафтов семиаридной зоны в 21-22 в.в.» (руководитель А.А.Величко).
Ключевые слова: Продолжены исследования по корреляции палеогеографических событий плейстоцена Понто-Каспийского региона и юга Восточно-Европейской равнины. Выполнено комплексное изучение опорного разрезов Нижнего Поволжья и Восточного Приазовья. В рамках аналитической обработки получены новые данные по палеопедологии, палинологии, литологии и стратиграфии, выполнено датирование 5 образцов методом оптически-стимулированной люминесценции. Полученные данные указывают на возраст максимальной стадии раннехвалынской трансгрессии Каспийского моря (18,3 тыс. лет) и а возраст средней части ательской толщи (81,4 тыс. лет.). Полученные в 2015 году результаты позволят на современном методическом уровне выполнить корреляцию палеогеографических событий позднего плейстоцена Понто-Каспия иВосточно-Европейской равнины.
Продолжены исследования по корреляции палеогеографических событий плейстоцена Понто-Каспийского региона и юга Восточно-Европейской равнины. Выполнено комплексное изучение опорного разреза Нижнего Поволжья – Средняя Ахтуба, отражающего историю развития природной среды Прикаспийский низменности и трансгрессивно-регрессивные этапы Каспийского моря. Получены новые данные по строению средне- и позднеплейстоценовых морских каспийских отложений (верхнехвалынский горизонт) и лессово-почвенной формации (ательская толща). Выполнено описание стратиграфических горизонтов и их геодезическая привязка, отобраны пробы на ряд анализов и 15 образцов для определения абсолютного возраста отложений методом оптически-стимулированной люминесценции (ОСЛ). В ходе научной стажировки сотрудников Института в Северной лаборатории люминесцентного датирования Университета Орхуса (Дания) получены первые оценки абсолютного возраста 5 образцов из разреза Средняя Ахтуба. Согласно этим датировкам, возраст максимальной стадии раннехвалынской трансгрессии Каспийского моря составляет 18,3 тыс. лет, а возраст средней части ательской толщи – 81,4 тыс. лет.
Продолжены работы на разрезе Чумбур-Коса (южный берег Таганрогского залива), который позволяет изучить строение лессово-почвенной формации Доно-Азовского региона и ее связь с аллювиально-морскими отложениями в течение всего четвертичного периода. Проведено детальное описание нижней части разреза, где вскрывается толща субаэральных и лиманно-морских отложений нижнего плейстоцена мощностью 16 м, отобраны образцы на комплекс анализов. Установлено, что почвы мезинского комплекса относятся к черноземовидным, почвы каменского межледниковья – к бурым сероватым почвам, развитым под степной растительностью, почвы инжавинского комплекса – к черноземовидным, а почвы воронского комплекса – к степным почвам элювиально-иллювиального типа почвообразования.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОДДЕРЖКЕ РФФИ
Проект РФФИ № 13-06-00114 «Природные условия этапов активного заселения бассейна р. Десны первобытными сообществами позднего палеолита» (руководитель – Ю.Н. Грибченко)
В рамках проекта проводились исследования на участках основных стоянок в бассейне Десны. Получен новый полевой материал, дающий возможность реконструкции условий обитания человека на стояночных участках. На основании имеющихся литологических данных по характеру отложений, вмещающих культурные слои долговременных стоянок, морфологических и фациальных свойств различных культурных слоев, реконструированы особенности поверхностей обитания человека на участках размещения наиболее крупных палеолитических поселений – Хотылево 2, Авдеево, Елисеевичи, Юдиново, Пушкари и др. Пространственная изменчивость палеоповерхностей функционирования первобытных поселений дает возможность для реконструкций периодичности и особенностей обитания первобытных сообществ в разные периоды позднего палеолита. Полученные в отчетном году комплексные стратиграфические и аналитические данные по стоянкам человека в бассейне реки Десны дают возможность сравнительного анализа условий обитания и первичного расселения палеолитических сообществ в разных регионах Русской равнины. Это позволяет коррелировать этапы первичного расселения человека с природными вариациями ландшафтов и климата в позднем плейстоцене. Сложная структура Деснинских стоянок свидетельствует о длительности функционирования многослойных памятников, продолжительности и цикличности обитания первобытных сообществ.
Проект РФФИ № 13-05-41340 «История возникновения, этапы развития и современная динамика степной зоны юга России в условиях естественных и антропогенных изменений климата» (руководитель – А.А.Величко)
Проведены полевые исследования по двум ключевым разрезам лессово-почвенной формации Приазовья – Беглицкий хутор и Воронцовка-4, в которых наиболее полно для Доно-Азовского региона представлена верхнеплейстоценовая субаэральная серия. Выполнено детальное литологическое и палеопочвенное морфологическое описание, проведено стратиграфическое расчленение разрезов, отобраны пробы с максимальной возможной частотой (до 2 см) на комплекс лабораторных анализов.
Завершены лабораторные исследования по разрезам Мелекино и Ракушечный Яр, полевой материал по которым был собран ранее. Был использован ряд аналитических методов: гранулометрический анализ, определение содержание гумуса и карбонатов, морфоскопический анализ песчаных кварцевых зерен, палеопедологический анализ (в т.ч. изучение микростроения в шлифах), спорово-пыльцевой анализ, палеофаунистический анализ, радиоуглеродное датирование. Результаты комплексного изучения верхних 15 м отложений из разреза Мелекино позволили реконструировать ландшафтно-климатические характеристики (в т.ч. количественно) для оптимальных фаз четырех межледниковий, предшествующих голоцену. Материалы по пойменному разрезу Ракушечный Яр позволили выявить изменения ландшафтно-климатических условий в Нижнедонской степной провинции в голоцене, начиная примерно с 9 тыс. 14С л. н.
Проект РФФИ № 14-05-00550 «Реакция ландшафтов экотона леса и степи Восточно-Европейской равнины на климатические изменения в голоцене» (руководитель – Е.Ю. Новенко).
Проведены полевые работы на ключевых участках в Рязанской области и в республике Мордовия и лабораторная обработка собранных ранее материалов; выполнены спорово-пыльцевой, ботанический и ризоподный анализы торфяных отложений разрезов Мещерской низменности. Реконструированы изменения растительности, климата и периодичности пожаров на ключевом участке в юго-восточной Мещере. Установлено, что основными факторами, влияющими на состав растительных сообществ на рассматриваемой территории, являются глубина залегания моренных отложений и локальные условия увлажнения. Полученные данные показали, что наиболее чувствительны к климатическим изменениям доминантные для данной территории урочища моренно-водноледниковых равнин с неглубоким залеганием моренных отложений. В этих ПТК проявился полный спектр изменений растительности на протяжении голоцена: березово-сосновые леса (ранний голоцен) → широколиственные и смешанные широколиственно-сосновые леса (средний голоцен) → еловые субори (поздний голоцен). В то же время, субдоминантные урочища, где морфолитогенную основу сформировали мощные водноледниковые песчаные отложения, не претерпевали существенных перестроек, несмотря на изменения температур и осадков, происходившие в течение последних 8000 лет.
Проект РФФИ № 14-05-91166 ГФЕН_а. «Сравнительный анализ ландшафтно-климатических изменений в аридных и семиаридных областях Евразии за последний миллион лет по материалам изучения лёссово-почвенной формации юга Восточно-Европейской равнины (Приазовье) и Центральных районов Китая (Лёссовое плато)» (руководитель – А.А.Величко).
Получены новые аналитические данные по лессовому разрезу Цаосянь, на котором полевые исследования проводились в 2014 г. Разрез расположен на правобережье среднего течения реки Хуанхэ на северо-западной окраине Лёссового плато. Проведенный гранулометрический анализ 55-метровой толщи отложений свидетельствует о ее довольно однородном механическом составе. Вся толща характеризуется высокой сортированностью отложений, причем отмечается резкое преобладание фракции крупного алеврита. Основные различия в механическом составе осадков связаны с изменением содержания тонкопесчаной и глинистой фракций по глубине, что может быть отражением как изменения динамических свойств среды седиментации, так и интенсивности постседиментационных процессов (например, почвообразовательных).
Для оценки степени криогенного воздействия на рыхлые отложения применялся коэффициент криогенной контрастности (ККК) В.Н. Конищева. Анализ показывает, что в целом толща практически не затронута криогенезом, за исключением условий формирования горизонтов лесса на глубине около 3 м от дневной поверхности, где можно предположить существование островной высокотемпературной мерзлоты, и на глубинах 11-12 м – сезонной мерзлоты. Морфоскопическое изучение песчаных кварцевых зерен показало, что в целом по разрезу зерна хорошо окатаны, и на их поверхности отчетливо видны следы активной эоловой обработки. Кроме того, в верхней части разреза, на глубине 3-5 м обнаружены зерна со следами криогенной обработки.
В химическом составе отложений разреза преобладают Si, Al, Ca, Fe, K и Mg. Большинство элементов не превышают кларковых содержаний, характерных для осадочных пород. Исключение составляют Ca, Na, Mg и As – элементы, связанные с карбонатами и легкорастворимыми солями, которые широко распространены в лессовых отложениях, и Zr, входящий в состав минералов тяжелой фракции. Наибольшие значения коэффициентов засоления и карбонатности отмечаются в лёссовых горизонтах разреза, что говорит о более сухих условиях. А максимальные значения коэффициентов выветривания (Al/(Ca+Mg+Na+K), Mn/Sr, Rb/Sr и W) и окисления фиксируются в почвенном горизонте, соответствующем межледниковью позднего плейстоцена.
Проект РФФИ № 14-05-00620 «Эволюция ландшафтно-климатической обстановки центра и юга Восточно-Европейской равнины в нижнем и среднем плейстоцене» (руководитель – А.А. Величко).
Для разработки региональной стратиграфической шкалы, корреляции континентальных отложений с морскими и реконструкции палеогеографических условий длительного интервала, включающего в себя границу плиоцена и плейстоцена и гелазий (нижний ярус плейстоцена в современном понимании, или средний и верхний акчагыл) изучены разрез Коротояк (бассейн Верхнего Дона) и скважина около г. Ершов (бассейн Средней Волги). По палинологическим данным в разрезе Коротояк выявлена неоднократная смена климатических условий. Нижняя часть разреза по составу флоры (присутствию сосен из секции Cеmbra, болотного кипариса, секвойи, кипарисовых и широколиственных пород, характерных для теплоумеренного климата) отнесена к среднему плиоцену. Выше были выделены акчагыльские отложения. В начале раннего акчагыла господствовала степная растительность. Завершает ранний акчагыл фаза лесостепной растительности, существовавшей в условиях начавшегося похолодания климата. В лесостепном ландшафте заметную роль играли широколиственные породы (дуб, вяз, липа, граб, ясень, орех, лапина). В кровле этого горизонта проходит палеомагнитная граница гаусс – матуяма, что дает основание отнести вышележащие отложения к гелазию. Согласно палинологическим данным, они накапливались во время потепления климата, когда в наиболее благоприятных условиях лесостепного ландшафта произрастали дуб, вяз, бук, клен, шелковица, бирючина, восковниковые, ладанник, орешник.
В разрезе скважины, пробуренной в районе г. Ершова под среднеплейстоценовыми хазарскими отложениями вскрыта толща алевритовых глин мощностью 70 м с фауной морских моллюсков – отложения максимальной трансгрессии Каспия. По материалам палинологических исследований выделены два этапа геологической истории бассейна. В среднем акчагыле на окружающей территории были распространены леса с преобладанием хвойных пород – сосны и ели с примесью пихты, тсуги и лиственницы. В позднем акчагыле в более разреженных лесах преобладала древовидная береза, встречалась береза приземистая. Климат был сравнительно холодным и влажным, особенно во второй половине среднего акчагыла. Широколиственные породы встречались крайне редко и только в наиболее благоприятных местообитаниях. Позднее основную роль в растительном покрове играли травянистые и кустарничковые растения, в том числе ксерофиты и виды, характерные для засоленных грунтов. Этот этап был таким же прохладным, как и предыдущий, но более сухим. Вероятно, он был переходным от среднего акчагыла к позднему и предшествовал тегеленскому потеплению.
МОЛОДЕЖНЫЕ ПРОЕКТЫ РФФИ
Проект РФФИ № 14-05-31444 мол_а «Реконструкция этапов развития хвалынской трансгрессии на территории юго-восточного побережья Каспийского моря (Туркменистан)» (Руководитель – Р.Н. Курбанов).
Проведено экспедиционное изучение геоморфологии юго-восточного побережья Каспийского моря в пределах Западно-Туркменской низменности и картирование палеогеоморфологических свидетельств хвалынской трансгрессии (береговые валы, абразионные ниши, косы и др.). Выполнена корреляция наиболее полных разрезов четвертичных отложений Прибалханской низменности (Челекен, Урунджик, Боядаг, Узбой и др.). Работы с фондовыми материалами Института пустынь, животного и растительного мира Туркменистана позволили выполнить реконструкцию динамики экзогенных рельефообразующих процессов для Западно-Туркменской низменности и создать серию палеогеографических схем, отражающих развитие рельефа региона в его соотношении с трансгрессиями и регрессиями Каспия в позднем плейстоцене и голоцене (МИС 3-МИС 1).
Проект РФФИ 14-05-31428 мол_а «Реконструкция развития рельефа Северо-Восточного Приазовья в плейстоцене (по материалам изучения лёссово-почвенной формации)» (руководитель – Е.А. Константинов).
Изучено строение покровной лессово-почвенной серии Северо-Восточного Приазовья в береговых обнажениях и по кернам буровых скважин на четырех ключевых участках побережья Таганрогского залива. По положению палеопочв в плакорных разрезах проведены реконструкции палеорельефа для хроносрезов, отвечающих межледниковым эпохам за последние 500 тыс. лет. Анализ эволюции рельефа показал, что крупные черты первичного флювиального и приустевого-лиманного рельефа террас наследовались на протяжении всего субаэрального этапа развития. В то же время, поверхность плакоров на этом этапе испытывала существенные преобразования за счет аккумуляции лёссов, с одной стороны, и эрозии – с другой. Интенсивность этих процессов изменялась от одного ледниково-межледникового цикла к другому. В целом в развитии рельефа плакоров вплоть до валдайской ледниковой эпохи преобладала лёссовая аккумуляция, а процессы сноса характеризовались сравнительно низкой интенсивностью. Для валдайской же эпохи (по косвенным данным, для ее поздней части – MIS 2, ~29-12 тыс. л. н.) диагностируется этап наиболее высокой интенсивности денудации, когда линейная эрозия и склоновые процессы развивались даже на весьма пологих участках (2-4°). Установлено, что к этому времени относится активный рост овражной сети вглубь водораздельных пространств. В современном рельефе плакоров эту сеть наследует разветвленная сеть ложбин.
Проект РФФИ № 14-05-31481 мол_а «Развитие почвенного покрова центра и юга Восточно-Европейской равнины в среднем плейстоцене)» (руководитель – П.Г. Панин).
На юге Восточно-Европейской равнины (Приазовье) детально изучен лессово-почвенный разрез, расположенный между н.п. Чумбур-Коса и Маргаритово; проведено морфологическое описание, отобраны почвенные образцы на физико-химические анализы и образцы с ненарушенной структурой, а также образцы на OSL датирование. Проведена корреляция палеопочв вдоль меридионального трансекта Восточно-Европейской равнины по микромофологическим, физико-химическим и морфологическим свойствам, согласно которой тип почвообразования поздне- и среднеплейстоценовых межледниковых палеопочв изменялся с севера на юг от текстурно-дифференцированных почв, развитых под лесной растительностью в гумидных условиях, до черноземовидных почв, развитых под степной растительностью в обстановке менее гумидного климата. Для инстерстадиальных палеопочв почвообразовательные процессы были сходными на всем протяжении изученного трансекта. В основном при их формировании преобладал процесс гумусонакопления; эти почвы можно отнести к прерийным, черноземовидным.