Отчет за 2012 год

15.04.2016

Скачать


ОТЧЕТ

о научной работе Лаборатории эволюционной географии

Института географии РАН за 2012 г.

 

Научная работа в Лаборатории проводится по следующим направлениям:

По плану фундаментальных исследований в рамках Проблемы П-65 «Эволюция окружающей среды и климата под воздействием природных и антропогенных факторов, научные основы рационального природопользования, использование традиционных и альтернативных источников энергии» проводились исследования по теме «Реконструкции ландшафтов и климата плейстоцена и голоцена Северного полушария (в сопоставлении с Южным) и их применение для оценки предстоящих изменений окружающей среды в XXI веке и ближайшие столетия методом палеоаналогов; взаимодействие человека и природной среды на ранних этапах становления общества»

 

По программе Президиума РАН № 4 «Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики».

Проект: «Анализ экстремальных короткопериодных и долгопериодных ландшафтно-климатических изменений в голоцене и позднем плейстоцене как ключ к пониманию современных природных процессов» (руководитель – А.А.Величко; отв. исполнитель – О.К.Борисова).

 

По программе ОНЗ РАН-13 Направление: «Устойчивое развитие аридных и семиаридных территорий: палеоклиматические реконструкции, индикация современных изменений климата, проблемы опустынивания, трансформации ландшафтов и биоты юга Русской равнины»

Проект «Этапы становления и перспективы развития аридной зоны Восточно-Европейской равнины по материалам Доно-Азовского региона» (руководитель – А.А.Величко; отв. исполнитель – С.Н.Тимирева).

 

  1. Основные научные результаты, полученные Лабораторией эволюционной географии в 2012 г.

По Проблеме П-65

В соответствие с планом научно-исследовательских работ ИГ РАН по Проблеме-65 исследования осуществлялись по теме «Реконструкции ландшафтов и климата плейстоцена и голоцена Северного полушария (в сопоставлении с Южным) и их применение для оценки предстоящих изменений окружающей среды в XXI веке и ближайшие столетия методом палеоаналогов (подтемы А и Б). Взаимодействие человека и природной среды на ранних этапах становления общества (подтема В)».

Подтема А). Обобщение пространственных закономерностей проявления глобального (антропогенного) потепления и реакции на него основных компонентов современных ландшафтов (Руководитель – А.А.Величко, отв. исполнитель – И.И.Спасская).

С целью построения сценариев ландшафтно-климатических изменений для лесной, лесостепной и степной зон Восточно-Европейской равнины в условиях развития глобального потепления в первой половине 21 века были, на ряде ключевых участков, расположенных в соответствующих зонах, проведены реконструкции для термического оптимума (атлантического периода) голоцена, климатические условия которого были близки к прогнозируемым МГЭИК для 30-х гг. 21 в. (повышение среднеглобальной среднегодовой температуры воздуха на 0,7-1°С). При прогностической интерпретации реконструкций учитывалась кратковременность рассматриваемого периода, которая не позволит компонентам ландшафта достичь равновесного состояния (и таким образом исключает возможность использования равновесных палеоландшафтных моделей). С учетом этого, ожидаемые изменения относительно невелики и сводятся к следующему:

1) В пределах лесной зоны (Центрально-лесной природный биосферный заповедник), с учетом реальных скоростей расселения растений можно ожидать увеличение доли широколиственных пород в древостоях и в подлеске, сокращение площадей, занятых ельниками, увеличение доли вторичных (березовых и осиновых) лесов.

2) В лесостепной зоне (участок «Куликово поле»), можно ожидать весьма ограниченного распространения древесных пород за счет поступления их семян из долинных местообитаний и из лесопосадок. При влагозапасах, близких к современным, можно ожидать возрастания биологической активности в почвах данного региона.

3) В степной зоне произойдет возрастание роли мезофильных травянистых растений в степных сообществах и более широкое распространение пойменных и байрачных лесов В почвах данного региона ожидается развитие процессов рассоления и возрастание биологической активности.

 

Подтема Б. Периодизация природных событий с высоким разрешением среднего и позднего плейстоцена и голоцена, включая последнее тысячелетие на территории Восточно-Европейской равнины (Руководитель – А.А.Величко, отв. исполнитель – В.П.Нечаев).

1) Согласно последним данным уточнена реконструкция ледниковой системы в Европейском секторе Евразии для стадий МИС4 и МИС2. В МИС4 скандинавские льды, продвигавшиеся в пределы России со стороны Финляндии, достигали лишь крайнего запада Кольского полуострова. После глубокого похолодания и оледенения в стадию МИС4 в северной и центральной части Европы исчезли древесные породы, существовавшие в течение всего раннего валдая. Для последнего ледникового максимума (стадия МИС2) подтверждается ограниченное распространение оледенения в Баренцевоморском секторе. Проведена предварительная корреляция событий Европейского ледникового района с таковыми на Северо-Американском континенте.

Проведен анализ динамики криолитозоны Восточно-Европейской равнины для различных интервалов времени. Для последнего миллиона лет выявляется отчетливый тренд экспансии границы многолетней мерзлоты в холодные этапы от конца эоплейстоцена к концу плейстоцена не менее, чем на 1,5 тыс. км к югу. Для холодных полуциклов трех последних макроклиматических циклов фиксируется значительное усиление суровости мерзлотных условий от начальных этапов к завершающим.

В рамках голоцена в пребореале (переславское похолодание 10,0 – 9,3 тыс.л.н.) южная граница многолетней криолитозоны располагалась южнее 57°с.ш., т.е. примерно на 1000 км южнее ее современного положения, а в фазу похолодания в болеале (8,6 тыс.л.н.) около 60°с.ш., т.е. примерно на 600 км южнее ее современного положения.

В рамках последнего тысячелетия в средневековой климатический оптимум (950-1250 г.г.) многолетняя криолитозона отсутствовала даже на Кольском полуострове, а в малый ледниковый период (1400-1700 г.г.) южная граница многолетней криолитозоны располагалась вблизи 65°с.ш.

В 2012 г в рамках темы были продолжены исследования, посвященные изучению изменения растительности для экотона леса и степи Восточно-Европейской равнины на примере водораздельного болота Клюква (Белевский район, Тульская обл.), расположенного в бассейне верхней Оки на северо-западе Среднерусской возвышенности. Согласно полученным данным в бореальном периоде голоцена на изучаемой территории были распространены сосново-березовые леса, вероятно унаследованные от перигляциальной растительности поздневалдайской ледниковой эпохи. Начиная с первой половины атлантического периода широколиственные леса из дуба, липы, вяза с участием березы стали доминирующим компонентом растительного покрова вплоть до последних нескольких столетий. Коренные изменения растительного покрова произошли только в историческое время в результате хозяйственной деятельности человека. По-видимому, распространение ели обусловлено не столько изменением климатических условий, сколько влиянием антропогенного фактора, когда ель поучила конкурентные преимущества при уничтожении широколиственных пород.

2) Проводился анализ природных событий в интервале 2.5 –1.6 млн. лет, отвечающих раннему этапу четвертичной системы в новом объеме, принятом в 2009 г. В связи с понижением границы четвертичной системы до основания гелазия (2588 тыс. лет) и подготовкой нового проекта общей стратиграфической шкалы рассмотрены геологические, палеоботанические, фаунистические и др. материалы с целью более детального расчленения отложений этого возраста. После существенного похолодания в течение первой половины гелазия во второй его половине (тегелен) установились нестабильные палеоклиматические условия. В начале тегелена (около 2 млн л.н.) усилилась аридизация и распространились степные сообщества, которые сменились лесной растительностью, существовавшей при относительно теплом и гумидном климате. Аналоги выявленной ископаемой флоры в настоящее время можно найти в Юго–Восточной Азии и востоке Северной Америки.

Согласно новым данным, полученным в ледниковой области, начиная с 1.8 млн лет назад усиливается тенденция к похолоданию и развитию оледенений. На Восточно–Европейской равнине в северо-западных районах скважинами в древних речных долинах вскрыты морены, которые могут быть отнесены к  низам докромерского времени -1,5-1,8 млн л.н. (эбурон).

3) В полевой сезон 2012 г. были проведены работы на Кольском полуострове, в бассейне Среднего Дона и в Приазовье.

Подтема В). Роль природного фактора в процессе первичного освоения человеком территории Восточной Европы в палеолите (Руководитель – А.А.Величко, отв. исполнитель – Е.И.Куренкова).

В отчетном году главные исследования по теме проводились в рамках работы с материалами для атласа-монографии «Инициальное заселение человеком Арктики и Субарктики в условиях меняющейся природной среды». Основное внимание уделялось на то, что процесс устойчивого инициального освоения человеком Арктики и Субарктики происходил в интервале 45-25 тыс.л.н. Для этого времени выделяются 2 главных «стволовых» пути освоения территории: бассейн Верхней Волги — Камы и Печоры в Восточной Европе и Лены, Индигирки — в Сибири и отсюда – на Чукотку.

Важным этапом дальнейшего освоения являлось позднеледниковье – начало голоцена, когда из северо-востока Северной Евразии человек проникал в Западное полушарие на территорию Аляски по т.н. Берингийскому «мосту». Этот процесс носил многократный характер, детальность которого в настоящее время исследуется. В Новом Свете около 5,5 тыс. л.н. происходило заселение севера Северной Америки и Гренландии.

Продолжались работы на стоянках Восточной Европы (Елисеевичи, Юдиново Хотылево-1, на территории Украины (Оболонь) и в горном Дагестане (Мухкай 2, 1, Айникаб и др.). Собран полевой материал и начата аналитическая обработка образцов.

По программе Президиума РАН № 4 «Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики», проект: «Анализ экстремальных короткопериодных и долгопериодных ландшафтно-климатических изменений в голоцене и позднем плейстоцене как ключ к пониманию современных природных процессов» (руководитель – А.А.Величко; отв. исполнитель – О.К.Борисова).

На основе собранных палеоботанических данных проведены количественные палеоклиматические реконструкции для последнего межледниково-ледникового цикла и голоцена, позволяющие оценить не только амплитуды, но и скорости изменения температуры. Реконструкции показали, что в центральном районе Восточно-Европейской равнины в постоптимальную фазу предшествующего (микулинского) межледниковья среднегодовая температура понижалась в среднем на 0,003°С за 10 лет. При переходе к первой холодной стадии раннего валдая похолодание ускорилось на порядок, достигнув ~0,02°С/10 лет. Естественный температурный тренд во второй половине голоцена (после оптимума) также был направлен в сторону похолодания. Средняя скорость понижения среднегодовой температуры воздуха за последние 6000 лет составила ~0,002°С/10 лет при глобальном осреднении и ~0,003°С/10 лет по данным реконструкций для бассейнов рек Оки и Вычегды.

Новые данные палинологических исследований разрезов, расположенных в средней полосе Восточно-Европейской равнины, позволяют проследить климатические колебания продолжительностью от нескольких столетий до первых тысячелетий, происходившие на фоне общего тренда к похолоданию во второй половине голоцена. Скорости изменения среднегодовой температуры воздуха при таких потеплениях/похолоданиях составляли около 0,02°С/10 лет.

Наибольшие скорости естественных изменений температуры были характерны для переходных фаз межледниково-ледникового макроцикла. При переходе от ледниковой эпохи позднего плейстоцена к голоцену (древний дриас/бёллинг и поздний дриас/пребореал) скорость потепления в достигала 0,05-0,07°С/10 лет, что сопоставимо со средней скоростью повышения среднеглобальной среднегодовой температуры воздуха за 20 век по расчетам МГЭИК (Climate Change, 2007).

По программе ОНЗ РАН – 13. Направление: «Устойчивое развитие аридных и семиаридных территорий: палеоклиматические реконструкции, индикация современных изменений климата, проблемы опустынивания, трансформации ландшафтов и биоты юга Русской равнины», проект «Этапы становления и перспективы развития аридной зоны Восточно-Европейской равнины по материалам Доно-Азовского региона» Руководитель проекта – д.г.н., проф. А.А.Величко,  соруководитель проекта – к.б.н. Титов Вадим Владимирович, Южный научный центр, Институт аридных зон (Ростов-на-Дону); ответственный исполнитель – к.г.н. С.Н.Тимирева.

Основная фундаментальная задача заключается в анализе процесса возникновения и этапов становления степной зоны юга России, начиная с позднего кайнозоя.

В ходе реализации проекта в 2012 г. получены следующие основные результаты:

Изменения растительности и климата, происходившие в перигляциальной области Восточно-Европейской равнины на протяжении нескольких ледниково-межледниковых циклов (за последние ~500 тыс. лет), реконструированы по данным палинологического изучения лессово-почвенной серии в разрезе Мелекино в Восточном Приазовье.

Растительные формации межледниковых эпох в Восточном Приазовье образуют последовательность от более теплолюбивых и мезофильных с более значительной долей лесов к менее теплолюбивым и ксерофильным открытым формациям, подобным современным разнотравно-злаковым степям. При этом количество и разнообразие пыльцы древесных пород в горизонтах почв, соответствующих межледниковьям, заметно выше, чем в разделяющих их горизонтах лессов. В сосново-широколиственных лесах мучкапского межледниковья (воронский ПК, ~ 470-500 тыс. л. н.) принимали участие темнохвойные породы (кедр, ель, пихта, тсуга) и лиственница, из лиственных пород – граб, бук и восковник, которые, как и тсуга, позднее в данном регионе не встречались. В лесах лихвинского межледниковья (инжавинская почва, 300-340 тыс. л. н.) возрастала роль темнохвойных пород и папоротников в наземном покрове. В каменское межледниковье преобладали кедровые и сосновые леса с небольшой примесью ели и липы. В сосновых лесах микулинского межледниковья встречались в виде примеси ель, широколиственные породы (дуб, вяз, лещина), ольха, береза, ива и (единично) пихта. В голоцене, в отличие от микулинского межледниковья, возрастала роль березы и ольхи, встречалась липа. Таким образом, палинологические данные позволяют проследить тенденцию к сокращению тепло- и влагообеспеченности от более ранних межледниковий к более поздним. В целом, прослеживается генеральный тренд к остепнению на протяжении последних 500 тыс. лет.

Этот генеральный тренд неоднократно прерывался при наступлении ледниковых эпох. Для пыльцевых комплексов днепровского и валдайского горизонтов лесса характерны низкие содержания пыльцы деревьев, которая представлена в основном пыльцой летучей сосны. В небольшом количестве встречается пыльца других хвойных пород (ели, пихты и лиственницы) и относительно холодостойких мелколиственных деревьев и кустарников (березы, ольхи, ивы). Среди пыльцы травянистых растений преобладает пыльца полыней, других представителей семейства астровых, злаков и разнотравья, однако состав разнотравья здесь значительно беднее, чем в межледниковых горизонтах. В днепровском горизонте лесса заметную роль в спектрах играет также пыльца маревых. В валдайском горизонте лесса нередко встречается пыльца растений из семейства свинчатковых, которое включает в себя галофильные виды растений. Палинологические данные позволяют заключить, что в ледниковые эпохи среднего и позднего плейстоцена в этом регионе в условиях аридного климата, более холодного, чем современный, распространялась своеобразная растительность открытого типа – перигляциальная степь. Новые палинологические результаты хорошо согласуются с палеопедологическими данными, полученными ранее по этому разрезу.

Получен комплекс аналитических данных по разрезу Беглица (Северное Приазовье). Впервые наиболее полно для этого региона представлены палеопедологические результаты для микулинского межледниковья (салынская почва) и ранневалдайского интерстадиала (крутицкая почва). По этим данным установлено, что в салынскую фазу сформировались черноземы, а в крутицкую – менее развитые черноземовидные почвы. Эти данные впервые позволили провести корреляцию указанных почв мезинского комплекса с почвами Центральных районов Восточно-Европейской равнины. Существенно, что в данном разрезе установлен аналог брянской почвы, возраст которой подтвержден радиоуглеродной датой ~ 29 тыс.л.н. По материалам, полученным с помощью анализа морфоскопии и данных гранулометрии выявлено, что этап активизации эоловых процессов относится к началу валдайской эпохи.

В полевой сезон 2012 года были проведены детальные исследования лессово-почвенной серии плейстоцена на новом разрезе Куликовское-1, расположенном на побережье Азовского моря (Украина), к западу от опорного разреза Мелекино.

 

Исследования при поддержке РФФИ

Проект РФФИ № 10-06-00026а «Природные процессы глобального, регионального и локального характера и их роль в формировании территориальной структуры размещения позднепалеолитического населения на равнинах Восточной Европы» (Руководитель – Ю.Н.Грибченко).

В 2012 году проводились работы на стоянках бассейна Десны (Юдиново, Пушкари, Погон, Оболонье и Бужанка), а также аналитическая обработка материалов по другим памятникам позднего палеолита, полученных в предыдущие годы. Полученные палеогеографические данные дают возможность охарактеризовать основные черты активного освоения человеком бассейна Десны в период от 24-18 тыс. лет н. до 15-12 тыс. л. н., которые говорят о широком расселение здесь человека, умении его осваивать различные геоморфологические уровни речных долин (предпочтительными были территории с распространением лессовых и лессовидных пород), широко использовать костный материал для создания сооружений. Долговременные поселения первобытных сообществ существовали здесь в разное время на различных геоморфологических уровнях долин Десны и ее притоков. Структурные особенности культурных слоев исследуемых памятников позволяют говорить о многослойности многих из них и, следовательно, долговременности и периодичности функционирования поселений.

Особую важность имеют результаты изучения стратиграфии и палеогеографии раннепалеолитических стоянок, исследования которых продолжались на территории горного Дагестана (стоянки Мухкай 2, 1, Айникаб и др.). Полученные данные говорят о том, что ранние гоминиды обитали здесь достаточно продолжительное время, появившись здесь около 2 млн. лет назад. Основой определений возраста этих местообитаний являются полученные результаты стратиграфических, литолого-фациальных, палеонтологических, палеопочвенных, палеомагнитных и других исследований.

Проект РФФИ № 11-05-00228-а «Ретроспективный анализ и сценарии предстоящих изменений в степной зоне Европейской части России в условиях глобального потепления в 21 веке» (руководитель А.А.Величко).

Основой для сценария состояния климата и ландшафтных систем в степной зоне Европейской части России в 80-х гг. 21 в. послужила серия палеогеографических карт для оптимума микулинского межледниковья (~125 тыс. л. н.), климатические условия которого (среднеглобальная температура на ~1,7°С выше современной) были близки к прогнозируемым на последнюю треть текущего столетия. Сопоставление карт реконструированной и современной естественной (восстановленной) растительности позволило выявить основные направления трансформации растительности при ожидаемом потеплении.

Основными факторами, определяющими реализацию этих процессов, являются скорость расселения возможных растений-иммигрантов, их экологическая амплитуда и конкурентная способность, положение их современных местообитаний и степень нарушенности естественного растительного покрова. Оценка скоростей расселения основных древесных пород проводилась с учетом современных скоростей. Исследования показали, что вследствие значительного отставания темпа изменений растительности от темпа климатических изменений, их вызывающих, реальные сдвиги границ растительных зон и провинций к 2080-м гг. не превысят первых десятков километров, а изменения в составе растительных формаций будут невелики. В степной зоне значительный рост количества атмосферных осадков при температурах, близких к современным, приведет к возрастанию роли мезофитов в составе растительности. В лесостепной полосе увеличатся площади, занятые сообществами широколиственных пород, березы и осины. Эти породы будут проникать в северные районы степной зоны преимущественно по речным долинам.

Анализ характерных времен процессов почвообразования показал, что при прогнозируемом потеплении до термического уровня оптимума микулинского межледниковья изменений генетического типа почв и зональных границ в степной зоне Европейской части России также не произойдет. Ожидаются изменения таких свойств почв, которые подвержены наиболее быстрой трансформации, то есть режима и фазового состояния почвенной влаги, миграции легкорастворимых веществ, биологической активности и т.п.

Проект РФФИ № 11-05-00557-а «Динамика ландшафтов экотона лесной и степной зон Восточно-Европейской равнины в голоцене» (Руководитель Е.Ю.Новенко)

В 2012 г в рамках проекта были продолжены исследования, посвященные изучению природных процессов, изменения растительности и климата для экотона леса и степи Восточно-Европейской равнины. Основное внимание было уделено влиянию антропогенного фактора в формировании природно-антропогенных ландшафтов изучаемой территории. Для ключевых участков в Тульской области: бассейн Верхнего Дона (район Куликова поля, зона лесостепи) и бассейн Верхней Оки (окрестности г. Белев, зона широколиственных лесов) были выполнены оценки доли лесной растительности в комплексном растительном покрове экотона на различные хроносрезы голоцена. Для оценки лесистости были использованы рецентные спорово-пыльцевые спектры (930 точек в Европе и Восточном Средиземноморье), данные спорово-пыльцевого анализа разрезов голоцена, материалы дистанционного зондирования (спутниковые данные MODIS) и аналоговый метод реконструкции, широко применяемы для реконструкции климатических параметров и использованный нами для оценок лесистости.

Результаты реконструкции показали, что в зоне современной лесостепи в атлантическом периоде голоцена доля лесопокрытой площади не превышала 10-15%, что характерно для современной степной зоны. В суббореале экспансия лесной растительности нашла отражение в увеличении лесистости до 50%. Существенное сокращение площади лесов зафиксирована около 2500 лет назад и совпадает с резким пиком содержания угля в торфе и возрастанием количества пыльцы культурных злаков и видов-индикаторов хозяйственной деятельности человека. Колебания лесистости в последнее тысячелетие согласуются с периодами заселения территории Куликова поля.

В зоне широколиственных лесов в бассейне верхней Оки лесистость на протяжении почти всего голоцена была достаточно высокой и колебалась от 50 до 65%. Резкие, но кратковременные снижения лесистости совпадают с периодами обитания в окрестностях г. Белев поселений эпох неолита и раннего железного века. Существенное снижение площади лесов зафиксировано в последние несколько столетий, когда изменения растительности стали необратимыми.