Отчет за 2013 год

15.04.2016

Скачать


ОТЧЕТ

о научной работе Лаборатории эволюционной географии

Института географии РАН за 2013 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 № 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 – О.Н.Соломина, соруководитель — 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).

 

Основные научные результаты, полученные Лабораторией эволюционной географии в 2013 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».

1) Продолжен сравнительный анализ палеоклиматов Европы в лихвинское (гольштейнское) и микулинское (эемское) межледниковья для оценки возможностей их использования в качестве палеоаналогов состояния климата при уровнях глобального потепления, ожидаемых в середине и в конце 21 века. Реконструкции на основе палеофлористических методов показали, что по продолжительности господства типично межледниковых климатических условий, по главным трендам изменения температур в течение межледниковья, по темпам и амплитудам этих изменений, а также по характеру географической дифференциации средних температур наиболее холодного и наиболее теплого месяцев в фазу климатического оптимума микулинское межледниковье (около 125 тыс. лет назад) было подобно современному межледниковью (голоцену). Для лихвинского межледниковья (около 350 тыс. лет назад) выявлен ряд важных отличий от голоцена. На этом основании сделан вывод о предпочтительном использовании микулинского (эемского) межледниковья как палеоаналога при создании сценариев состояния климата и экосистем при дальнейшем развитии глобального потепления.

2) По данным комплексных исследований строения лёссово-почвенной формации Северо-Восточного Приазовья реконструированы основные этапы формирования рельефа и динамики экзогенных процессов в плейстоцене (начиная с мучкапского времени – MIS 13, 500-470 тыс.л.н.) и в голоцене. Характер залегания ископаемых почв и текстурные особенности отложений указывают на ведущую роль лёссовой аккумуляции в развитии мезорельефа плакоров вплоть до валдайской эпохи; процессы сноса на довалдайском этапе характеризовались сравнительно низкой интенсивностью. Для конца валдайской эпохи (MIS 2, ~29-12 тыс.л.н.) диагностируется этап интенсивной денудации – развития линейной эрозии и склоновых процессов даже на весьма пологих участках (2-4°). Вероятными причинами этого явления были: (1) крайне суровая климатическая обстановка позднего валдая, глубокое сезонное промерзание почвы и разреженный растительный покров, приводившие к неустойчивости субстрата; (2) значительное падение базиса эрозии (Азово-Черноморского бассейна), усилившее регрессивный рост эрозионной сети; 3) общий рост поверхностного стока и его неравномерности в позднеледниковье. Начальным этапам ледниковых эпох была свойственна резкая активизация процессов аридного и криоаридного типа, которые приводили к формированию специфического бугристого микрорельефа.

3) Изучение древних эоловых форм рельефа показало, что пояс распространения материковых дюн, выявленный ранее в западном и центральном регионах Восточно-Европейской равнины, простирается на север и северо-восток до бассейна р. Камы в ее среднем течении. Анализ особенностей распространения дюн и покровных эоловых песков в северо-восточном регионе позволяет выделить две фазы развития эоловых процессов. В начальную фазу происходил вынос песчаного материала за пределы центральной части пояса дюн с последующим осаждением его в восточных районах и образованием там песчаных покровов. В последующую фазу формировались эоловые дюны и бугры, ориентировка которых говорит о том, что в их образовании участвовали не только западные и северо-западные ветры, как в западной и центральной части Восточно-Европейской равнины, но и юго-восточные ветры.

4) Продолжена работа по изучению процесса деградации ледниковых покровов на этапе перехода от второй половины позднего плейстоцена к голоцену. На территорию севера Евразии и северо-восток Америки составлены корреляционные графики природных событий в интервале от 15 тыс. кал. лет ВР до конца голоцена, дающие представление о палеоклиматических фазах – потеплениях, похолоданиях и колебаниях края Скандинавского и Лаврентийского ледниковых покровов. Наибольшая глубина палеоклиматических колебаний и краев ледника характерна для Западно–Европейского региона, куда продвигались склоны Скандинавского покрова, оканчивавшиеся в Атлантическом и на западе Балтийского секторов. Восточный и северный склоны Скандинавского ледника были более стабильными.

В самом конце пребореала скандинавские льды отступили в горные районы, где в ледораздельной зоне мертвый лед сохранялся до 10 тыс лет ВР. Лаврентийский ледниковый покров, как и Скандинавский, отступая, характеризовался серией подвижек (в области Великих озер, Квебека и п-ва Лабрадор), не имеющих, однако, четкой региональной корреляции, кроме тех, которые относятся к похолоданию в позднем дриасе. Окончательная дегляциация здесь произошла только около 6.5 тыс кал. лет ВР. В восточных районах Евразии палеоклиматические колебания, начиная с конца бореала, были более сглаженными, особенно в минусовой зоне, по отношению к тем, которые выявляются для Западной и Восточной Европы. В горных районах Северо-Востока Азии и Северной Аляски они могли иметь даже разнонаправленный характер. Эти результаты были использованы в реконструкции процесса первичного освоения человеком Арктики.

5) В условиях наблюдающегося некоторого роста среднегодовых температур воздуха за последние примерно 10 лет можно ожидать в последующие десятилетия частичную деградацию криолитозоны на территории России. Выразится это, в первую очередь, в повышении среднегодовых температур пород в верхних 10-15 м без изменения их фазового состояния, т.е. без протаивания. Возможно незначительное увеличение глубины сезонно-талого слоя в песчаных и супесчаных отложениях. Вблизи южной границы криолитозоны может произойти оттаивание на небольшую глубину (первые метры) мёрзлых пород в маловлажных песчаных и супесчаных отложениях. Вне территории криолитозоны уменьшится мощность сезонно-мёрзлого слоя, а в отдельные годы он не будет образовываться совсем.

6) Палинологические исследования, проведенные по новым разрезам позднепалеолитических стоянок Костенки Воронежской области подтвердили, сделанный ранее вывод о том, что самые благоприятные климатические условия в стадию МИС-3, близкие к межледниковым, существовали во второй половине ленинградского интерстадиала (около 38 – 36 тыс. л.н.), когда происходило широкое распространение в Восточной Европе хвойных и смешанных лесов с участием широколиственных пород. Заметное повышение среднегодовых температур происходило и на территории Сибири. Обобщенный по этому временному интервалу материал был использован для составления схематической ландшафтной карты. Во время максимального похолодания МИС – 2 в ландшафтах бассейна Верхнего Дона, где располагались стоянки, господствовали степные и галофильные растительные сообщества с участием тундровых группировок. С этим временем связано распространение многолетней мерзлоты, достигающей районов Днепропетровска и Волгограда. На Северо-Американском континенте, в отличие от Евразии, зона вечной мерзлоты окаймляла лаврентийский щит узкой полосой.

Подтема Б «Ледниковые и межледниковые циклы плейстоцена и изменчивость их структуры во времени».

1) По результатам анализа палинологических данных по ключевым разрезам, расположенным в современной зоне лесов Восточной и Средней Европы, установлено общее сходство ландшафтно-климатических изменений второго порядка, происходивших при переходе от днепровского оледенения/заале к микулинскому/эемскому межледниковью и от валдайского/вислинского оледенения к голоцену, однако амплитуды и скорости климатических флуктуаций в позднеледниковье последнего оледенения были значительно больше. В структуре среднеплейстоценового позднеледниковья было выявлено интерстадиальное потепление, соответвующее интерстадиалу цайфен, выделенному по данным комплексных исследований морских и континентальных отложений на севере Европы. Его можно считать аналогом интерстадиала бёллинг-аллерёд валдайского (вислинского) позднеледниковья. Наступившее за ним похолодание, соответствующее стадиалу каттегат и являющееся аналогом позднего дриаса. Согласно полученным палиинологическим данным в течение интерстадиала цайфен, предшествующего эемскому (микулинскому) межледниковью, в Германии и Западной Польше были распространены сомкнутые сосновые и березово-сосновые леса с участием ели, кедра и пихты. Восточно-Европейскую равнину покрывала комплексная растительность с участками темнохвойных (еловых с примесью кедра), светлохвойных (лиственнично-сосновых) и березовых лесов. При похолодании стадиала каттегат на всей рассматриваемой территории были распространены березовые и сосново-березовые редколесья в сочетании с перигляциальными сообществами.

2) В рамках исследований, посвященных хроностратиграфической последовательности событий квартера, подготовлена новая шкала подразделений четвертичной системы (по материалам исследования ледниковых и перигляциальных областей Восточно-Европейской равнины). В этой шкале период между палеомагнитными эпохами Гаусс–Матуяма, соответствующий гелазию или претегелену и тегелену Западной Европы, предлагается рассматривать как палеоплейстоцен, а более поздние интервалы 1.8–0.78 млн.л и 0.78–0.01 млн. лет относить, соответственно, к эоплейстоцену и плейстоцену.

 

Подтема В) «Роль природного фактора в расселении первобытного человека в Северной Евразии».

  1. В процессе подготовки рукописи атласа-монографии «Инициальное заселение Арктики человеком в условиях меняющейся природной среды», куда вошли материалы авторов из различных стран, имеющих выход к Северному Ледовитому океану, построены четыре циркумполярные карты, отражающие в общих чертах ландшафтные обстановки Северного полушария средневалдайского мегаинтерстадиала (45-24 тыс. л.н.), времени максимального похолодания (20-18 тыс. л.н.), позднеледниковья (15-11 тыс. л.н.) и середины голоцена (6-4 тыс.л.н.), на которых были отмечены главные памятники пребывания человека в каждом из названных периодов. Наиболее древние стоянки располагаются в Предуралье и нижнем течении р. Яны, максимальному похолоданию соответствуют немногочисленные на севере памятники в бассейне Камы и Печоры, в позднеледниковье человек осваивает тундровые пространства Восточной Сибири и появляетя на территории Северной Америки, а в голоцене – заселяет северо-западные районы Восточно-Европейской равнины, Скандинавию, Гренландию, Исландию, остров Жохова, Шпицберген и Новую Землю.

Объем текста – примерно 40 печатных листов, более 300 иллюстраций.

  1. Анализ материалов по раннепалеолитическим стоянкам Мухкай и Айникаб в Дагестане позволяет говорить о том, что люди уже обитали в Восточной Европе в период древнее 700 000 лет.

Главная особенность крупных позднепалеолитических памятников бассейна реки Десны (Юдиново, Елисеевичи, Пушкари, Погон и др.) заключается в сложной этапности функционирования поселений. Природные изменения разных рангов последней ледниковой эпохи отражались в изменениях ландшафтов и характера природных процессов. Это приводило к необходимости смещения зон поселения.

Кроме того, в бассейне Десны продолжалась работа на палеолитических стоянках Бетово и Хотылево I, II, VI. В процессе исследований установлено, что период, на протяжении которого был сформирован и впоследствии смещен участок культурного слоя стоянки Бетово, можно предварительно сопоставить по времени с первой половиной средневалдайского (брянского) мегаинтерстадиала. На стоянке Хотылево I выделено три уровня почвообразования, предположительно сформированных в течение указанного интервала, на протяжении которого климатические условия последовательно менялись в сторону криоаридизации. В «верхней» палеопочве присутствуют признаки аридизации профиля, увеличивается степень криогенных деформаций, в то время как в нижележащих почвенных пачках усиливается степень гидроморфизма.

Научное направление 3 Программы фундаментальных исследований № 4 Президиума РАН

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; ответственный исполнитель – О.К.Борисова.

По серии разрезов, образующих субширотный трансект, проходящий через зону лесов Восточной и Центральной Европы, проведен анализ изменений растительности и климата для поздних фаз микулинского/эемского межледниковья и переходного периода к валдайской/вислинской ледниковой эпохе (рис. 1). Установлено, что длительность переходной фазы составила 7-8 тыс. лет, наиболее быстрое похолодание в ее начале заняло 2-3 тыс. лет и происходило со скоростью ~0,02°С/10 лет, преимущественно за счет зимних температур.

Анализ данных по плотности годовых колец древесины для территории северной Фенноскандии позволил реконструировать колебания температуры теплого сезона (май-август — ТМИИА) за последние 500 лет (рис. 2). Самая высокая ТМИИА (12,2°С) реконструирована для 1937 г., что соответствует инструментальным данным (12,5°С), самая низкая – для конца XVII в. и начала XVIII в. (6,3°С). Средняя ТМИИА за 500 лет составила 9,2°С, за 20 в. – 9,7°С, за предшествующие 400 лет – 9,1°С. В целом за последние 500 лет прослеживается положительный тренд ТМИИА при средней скорости потепления ~0,01°/10 лет. Сопоставление изменений ТМИИА с колебаниями солнечной активности указывает на важную климатообразующую роль последней: три холодные фазы Малого ледникового периода и похолодание 1880-1930-х гг. соответствуют по времени солнечным минимумам Маундера, Дальтона и конца XIX в.

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. В.В.Титов, Южный научный центр, Институт аридных зон (Ростов-на-Дону); ответственный исполнитель – к.г.н. С.Н.Тимирева.

В результате исследований в Восточном Приазовье удалось построить весь спектр соотношений субаквальных террасовых отложений с субаэральными лессово-почвенными формациями в диапазоне квартера. В частности, установлено, что хапровский уровень относится к началу квартера. В хроностратиграфических построениях для квартера важное место принадлежит положению границы палеомагнитных эпох Брюнес-Матуяма. Установлено, что в разрезе Мелекино эта граница проходит в основании лессово-почвенной формации, которая представлена в этом опорном разрезе всеми хроностратиграфическими уровнями плейстоцена.

В январе и июне 2013 г. в районе пос. Воронцовка (близ Ейска) проводились полевые работы, целью которых была реконструкция этапов формирования рельефа Восточного Приазовья. Одной из частных задач является решение проблемы происхождения крупных западин, развитых на Ейском полуострове. В качестве ключевого объекта была выбрана т.н. Воронцовская падь – западина, строение которой вскрывается в абразионном береговом уступе. Плановые размеры западины – 4х5 км, глубина – до 15 м. Кроме того, в ходе работ была выполнена расчистка и детальное описание двух береговых разрезов Воронцовской пади. Разрезы дополнены данными ручного бурения у подножья берегового уступа.

Исследования при поддержке РФФИ

Проект № 13-06-00114 «Природные условия этапов активного заселения бассейна р. Десны первобытными сообществами позднего палеолита». – (руководитель – Ю.Н.Грибченко)

В 2013 г. продолжались работы на стоянках бассейна р. Десны  (Елисеевичи, Юдиново, Пушкари 1, Погон). Получены новые данные по структуре и особенностям культурных слоев позднего палеолита. На стоянке Елисеевичи выявлены характерные признаки культурных слоев, связанных с разными этапами функционирования поселения. Установлено, что активное хозяйственное освоение территории здесь происходило около 15–14 тыс. лет назад. Аналогичная ситуация была характерна и для поселения Юдиново. Судя по структурным особенностям культурных слоев, человек селился на стояночных участках неоднократно, с незначительными перерывами. Активная хозяйственная деятельность обитателей привела к формированию хорошо выраженных культурных слоев – костно-земляных конструкций и очагов.

На более ранних стоянках Пушкаревской группы человек осваивал различные участки водораздельной поверхности около 22, 20 и 18 тыс. лет назад. Изменения условий обитания, часто связанные с деятельностью человека, выражались в периодической активизации процессов эоловой и делювиальной седиментации на участках размещения поселений. Наиболее благоприятными для долговременного обитания на ранних этапах позднего палеолита были поверхности водоразделов (стоянки Хотылево 2, Пушкари 1, Погон, Н.-Северская). Более поздние поселения располагались на ограниченных участках низких надпойменных террас.

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).

На основе палеоаналогов (оптимумы голоцена и микулинского межледниковья) для соответствующих этапов потепления (т.е. для 2030-х и 2080-х гг.) разработаны сценарии изменений в состоянии климата и ландшафтных систем в степной зоне Восточно-Европейской равнины. Определены основные направления и масштабы трансформации растительности и почв. К 2030-м гг. (при уровне глобального потепления на 0,7-1°С) сдвигов границ ареалов растений не произойдет. Ожидается ограниченное распространение древесных пород за счет поступления семян из долинных местообитаний и из посадок. Небольшой рост количества атмосферных осадков в степной зоне приведет к росту численности мезофитов за счет локального банка семян. Сдвигов границ почвенных зон и изменений генетического типа почв также не произойдет. Реакция почв на изменения климата ограничится процессами с наиболее короткими характерными временами трансформации (изменения температуры, фазового состояния и режима почвенной влаги, миграции легкорастворимых веществ, биологической активности и т.п.). К 2080-м гг. (при уровне потепления на 1,7-2°С) сдвиги границ растительных подзон и провинций степной зоне составят не более 30-50 км. Ожидаемое повышение количества осадков при температурах, близких к современным, приведет к возрастанию роли мезофитов в составе растительности. В лесостепной полосе увеличатся площади, занятые лесными сообществами. На территории широколиственной лесостепи ожидается расселение граба со спутниками. Изменения коснутся свойств почв, подверженных наиболее быстрой трансформации, в частности, режима почвенного увлажнения. Прогнозируемое возрастание летнего влагосодержания почв степной зоны к концу 21 в. приведет к изменениям содержания новообразованных карбонатов в типичных черноземах и в лугово-черноземных почвах южной лесостепи и к уменьшению солонцеватости каштановых почв сухих степей. Ожидается активизация накопления гумуса по всей степной зоне и усиление процессов лессиважа в подзоне лесостепи.

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

В 2013 г было выполнено комплексное палеогеографическое изучение болот в национальном парке Орловское полесье. Согласно полученным данным, широколиственные леса были доминирующим компонентом растительного покрова на протяжении среднего и позднего голоцена вплоть до последних нескольких столетий. Коренные изменения растительного покрова произошли только в историческое время в результате хозяйственной деятельности человека. Установление режима особо охраняемой территории и ограничение землепользования в последние несколько десятилетий привели к частичному восстановлению лесных экосистем.