Эволюция ландшафтов и некоторые черты истории флоры и растительности Вятского края

М. М. Пахомов, О. М. Пахомова

ЭВОЛЮЦИЯ ЛАНДШАФТОВ И НЕКОТОРЫЕ ЧЕРТЫ ИСТОРИИ ФЛОРЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ВЯТСКОГО КРАЯ

В статье рассматриваются некоторые общие вопросы истории флоры и растительности, а также особенности палеоэкологических смен в ландшафтах Вятского края в эпоху валдайского оледенения.

Хронология кайнозоя. Согласно новейшим представлениям, хронология кайнозойского времени принимается в следующей последовательности. Палеоценовое время определяется возрастом от 65 до 55 млн л. н., эоценовое - в пределах 55-38 млн л. н., олигоценовое - 3825 млн л. н., миоценовое - 25-5,1 млн л. н. Плиоценовый отрезок времени ограничен интервалом 5,1-1,6 млн л. н., плейстоцен (четвертичный период) охватывает 1,6 последних млн лет. Период, в котором мы живём, голоцен, составляет 12-10 тысяч лет и - продолжается.

Климатическая кривая мезо-кайнозоя. Чтобы правильно понять новые палеоботанические материалы, полученные для Вятско-Камского региона, важно знать предысторию климата и растительности больших пространств Северной Полусферы Земли. Только в этом случае можно увидеть особенности развития ландшафтов Вятско-Камского региона как части среднеширот-ных ландшафтов Северной Евразии.

За 65 млн лет наша природа прошла сложный эволюционный путь развития, когда благоприятные климатические условия (тепло, влажно) сменялись кризисными периодами (понижение температуры, похолодание, оледенение). Как видно из климатической кривой для Русской равнины, восстановленной на основе большого палеоботанического материала (рис. 1), при высоком термическом уровне в начале кайнозоя (палеоцен - первая половина эоцена) в основном проявились колебания, имевшие наибольшую продолжительность (5-10 млн лет) и небольшую амплитуду. Отчётливый тренд к понижению теп-лообеспеченности наметился в конце эоцена. Это понижение, как отмечает А. А. Величко (1999), фиксируется главным образом через температуру холодного времени года. На отрезке времени конец эоцена - плиоцен частота колебаний увеличивается (1-5 млн лет) и углубляется их амп-

ПАХОМОВ Михаил Михайлович - доктор географических наук, профессор по кафедре географии и МОГ ВятГГУ

ПАХОМОВА Ольга Михайловна - кандидат географических наук, старший преподаватель кафедры географии и МОГ ВятГГУ © Пахомов М. М., Пахомова О. М., 2006

литуда. В конце миоцена, в эпоху так называемого мессинского кризиса (6-5,5 млн л. н.), происходит существенный перелом в сторону похолодания. Наиболее сильный импульс в сторону похолодания проявился 2,5 млн л. н. В Арктике начинается устойчивое формирование морских льдов, а на суше Северо-Восточной Азии впервые распространяется многолетняя мерзлота, образуются тундровые экосистемы, а в Скандинавии появляется древнейшее материковое оледенение Европы.

Наиболее упорядоченный характер с большой амплитудой климатические колебания приобрели около 1 млн л. н., когда чередовались ледниковые и межледниковые эпохи. Как видно, климатическая кривая в масштабах мезо-кайнозоя отражает направленную смену колебаний от медленных, относительно спокойных «длинноволновых» в мезозое и раннем кайнозое к «средневолновым», ритмически упорядоченным с возрастающей амплитудой в миоцене и плиоцене, которые сменяются в плейстоцене «коротковолновыми» колебаниями циклического характера и большой амплитуды.

На фоне и под воздействием этих климатических изменений шло направленное преобразование географических ландшафтов и исходной (для кайнозоя) раннепалеогеновой флоры. О характере этой флоры можно судить по палеоботаническим находкам в геологических слоях соответствующего возраста.

Некоторые палеоботанические сведения. Уже в XIX в. палеоботаник О. Геер (O. Heer) в миоценовых отложениях Гренландии определил такие растения, как болотный кипарис (Taxodium), секвойя (Sequoia), гинкго, пихта, сосна и др. Лиственные древесные породы были представлены ещё большим разнообразием: лавр, магнолия и многие другие. Это говорит о том, что Гренландия, находящаяся сейчас под мощным (до 3 км) ледниковым щитом, была покрыта лесной субтропической растительностью. Другой пример: в Исландии в олигоцен-миоценовых отложениях палеоботаником Берри (Berry) были определены: платан, тюльпанное дерево (Liriodendron), клён, орех, гинкго, ясень и др. Столь же богатая флора древесных растений была определена в третичных отложениях Шпицбергена, в том числе дуб, магнолия, нисса (Nyssa), орешник, тополь, ива, хвойные.

В последние десятилетия по палинологическим данным очень детально изучена третичная флора на огромных пространствах Северной Евразии. Так, в спорово-пыльцевых спектрах свиты Мамонтова гора на северо-востоке Сибири, где сейчас господствует тундра, были определены хвойные деревья, сосна, ель, пихта, но в смеси с экзотическими голосеменными, Cedrus, Tsuga,

Taxodium. Во флористических спектрах здесь встречаются реликтовые древесные листопадные виды: Corylus,Carpinus, Castanea, Zelkova, Quercus и другие. Близкие современные аналоги этих лесов, отмечает А. Ф. Фрадкина (1983), приурочены к району распространения северного варианта хвойно-широколиственных лесов Юго-Восточной Азии со среднегодовыми температурами от 3 до 10°С. В Западной Сибири также долгое время (до олигоцена - миоцена) сохранялась богатая хвойно-широколиственная флора, а растительность напоминала широколиственные буково-дубовые леса Западной Европы (Волкова, Кулькова, 1999).

Для того чтобы представить себе ландшафт-но-климатические условия олигоцен-миоценового и раннеплиоценового времени на упомянутых территориях, рассмотрим географию и экологические условия произрастания некоторых представителей третичной флоры, обнаруженных в слоях соответствующего возраста в высоких широтах.

Taxodium (болотный кипарис) и Nyssa произрастают в заболоченных лесах субтропиков Флориды. Болотный кипарис - это крупное дерево высотой до 40-45 м в диаметре до 1,5-2 м.

Sequoia (секвойя) произрастает в Калифорнии вдоль побережья Тихого океана, образует леса вместе с тсугой, пихтой, видами дуба. Секвойя может достигать высоты 60-70 м, в диаметре до 2,5-3 м, некоторые экземпляры имеют возраст 1000-1300 лет.

Ginkgo (гинкго) - дерево было широко распространено ещё в мезозое. В настоящее время в естественных местообитаниях сохранилось лишь в горах Юго-Восточного Китая.

Laurus (лавр) в естественных условиях распространён в Средиземноморье, на Канарских островах, в области развития жестколистной ксе-рофитной растительности.

Magnolia (магнолия) обитает в субтропиках Северной Америки, в Мексике, в Юго-Восточной Азии, в Гималаях. Входит в состав субтропических смешанных широколиственных лесов.

Liriodendron (тюльпанное дерево) - представитель широколиственных лесов на юго-востоке Северной Америки (Аппалачи). Дерево высотой до 50-60 м.

Как видно из этого перечня растений-индикаторов ландшафтно-климатических условий прошлого, в высоких и умеренных широтах Евразии -

Рис. 1. Температурная кривая мезозоя-кайнозоя для южной половины Русской равнины

от Британии до побережий Тихого океана - в середине и даже в конце третичного периода господствующей была тропико-субтропическая флора, обитавшая в очень разнообразных экофациях, но в пределах субтропического климата.

Согласно реконструкциям климатических условий (Иосифова, 1999), в средней полосе Русской равнины, куда можно отнести и Вятско-Кам-ский регион, в олигоцене - раннем миоцене (4015 млн л. н.) среднегодовая температура составляла 15-16°С, июля - до 24-26°С, января - порядка 4-12°С, сумма осадков 1000 мм и более. Условия были сходными с современными в Калифорнии, Флориде, в субтропиках Юго-Восточной Азии.

Но уже в миоцене в связи с явно наметившимся похолоданием (особенно в эпоху т. н. мессинского кризиса 6-5,5 млн л. н.) в умеренных широтах Русской равнины хвойно-широко-лиственные леса распались на две зоны: зону хвойных лесов (прообраз современной тайги) и зону широколиственных лесов с ещё сохранявшимися элементами субтропической флоры. Южнее сформировались саванноидные пространства, на основе которых позднее образовались настоящие (бореальные) степи. Можно поэтому утверждать, что в это время стали более ощутимыми северно-южные контрасты.

В плиоцене, особенно на отрезке времени 32 млн л. н., произошло дальнейшее похолодание, январские температуры могли уже опускаться до -10-15°С. Окончательно сформировалась таёжная зона, а субтропические элементы исчезли или сохранились в виде локальных реликтов.

Плейстоцен (четвертичный период) в последние 0,8-0,7 млн лет отличался особенно резкими изменениями гидротермального режима, сменами ландшафтных обстановок. Чередование ледниковых и межледниковых эпох обеспечивало радикальную перестройку ландшафта на Русской равнине и в целом в Евросибири. В тёплые межледниковые эпохи формировалась полизональная широтная структура растительности Северной Евразии, когда шла нормальная смена ландшафтов - от тундры через лесную зону до степей и пустынь. В каждую из ледниковых эпох под воздействием общего похолодания и из-за наличия природного «холодильника» в виде ледникового щита Европы происходила радикальная смена природной обстановки. Особо следует сказать о последней ледниковой эпохе (2410 тыс. л. н.) как модели такой перестройки. Именно тогда, отмечают исследователи (Величко и др., 1999), совершилась контрастная перестройка зональной структуры, сформировалась единая для всей Евросибири гиперзона. В условиях крайне холодного континентального кли-

мата произошла деструкция лесной зоны, а на её месте, вплоть до 48-50° с. ш., господствовали безлесные ландшафты. Тундра соединилась со степью, и образовались лесотундровые и тундро-степные перигляциальные сообщества.

Таким образом, растительные ландшафты Северной Евразии за кайнозойское время прошли путь развития от полидоминантных тропико-суб-тропических лесов, через фазы их трансформации под воздействием медленного, но неуклонного общего похолодания, до гиперзональных пе-ригляциальных ландшафтов в ледниковые эпохи. И лишь после того, как валдайский ледниковый покров начал исчезать, а затем растаял полностью, под влиянием потепления и увлажнения климата в Северной Евразии снова восстановились тундра, лесная зона, степная зона и т. д.

Вятско-Камский регион в историко-флористи-ческом отношении изучен недостаточно. Палеогеновые отложения здесь отсутствуют. Достаточно полные палинологические данные имеются для позднемиоценовых и плиоценовых отложений Нижнего Прикамья. По данным Л. И. Линкиной, здесь в позднем миоцене господствующими были хвойно-широколиственные леса, которые сохранялись до раннего плиоцена. Периодически, в связи с климатическими колебаниями, роль широколиственных элементов в этих лесах уменьшалась (при похолодании) или увеличивалась в фазы потеплений. Важно то, что здесь долго, вплоть до нижнего плиоцена, присутствовали не только обычные американо-азиатские элементы флоры (дуб, граб, лещина, липа и др.), но и американо-средиземно-азиатские роды (орех, ликвидам-бар), а также американо-восточно-азиатские представители дендрофлоры (Т\ща, Сагуа, Nyssa). Но они выступали в Вятско-Камском регионе как реликты, находившиеся на грани своих экологических возможностей. В самом конце плиоцена, когда проявились особенно сильные фазы похолодания, они исчезли из состава флоры региона. С этого времени господствующими на нашей территории стали таёжные и подтаёжные хвой-но-широколиственные леса с панголарктическим и американо-евразиатским типом ареала древесных пород: ель, сосна, пихта, - мелколиственных пород: берёза, ольха, а также виды дуба, лещины, вяза и др.

На территории Кировской области в поздне-плиоценовых отложениях, залегающих в основании разреза Большой Беляк (верховья Камы) и в гравийно-галечных отложениях Шабаршатского карьера, тоже по ископаемой пыльце определены реликтовые элементы флоры (тсуга, лапина, граб, дзельква). Но они на нашей территории в позднем плиоцене также были на грани вымирания, которое последовало за первым континентальным оледенением (2,2-2,3 млн л. н.).

В течение всего четвертичного периода в нашей области утвердилось господство тайги. Но оно прерывалось в каждую ледниковую эпоху, когда ландшафты существенно перестраивались. В качестве примера приведём климато-индика-ционные данные по разрезу Малый Беляк в верховьях Камы и разрезу Боровица-2 на Вятке.

Разрез Малый Беляк (59°32' с. ш., 52°50' в. д.) представляет собой аллювиальные отложения второй надпойменной террасы верховий Камы (мощностью около 10 м). В основании разреза залегают русловые галечники с гра-вийно-песчаным заполнителем, перекрытые тонкозернистыми песками с мелкой галькой и с прослоями суглинков. Венчает разрез пачка тонкозернистых песков. По палинологическим данным вся толща делится на пять зон (рис. 2).

Зона I. В её составе содержатся лесные спектры с преобладанием сосны, берёзы, ольхи, незначительна роль ели и пихты. Поэтому можно

утверждать, что русловые галечники накапливались в условиях достаточно тёплого и влажного климата с преобладанием в ландшафте сосновых боров с березняками. Эта относительно тёплая фаза предшествует заметному снижению температуры.

Зона II. Выше по разрезу, на глубине 7,5 м обнаружена древесина, С 14, возраст которой оказался равным 46 097±800 л. н. (ИГАН-2371). Именно на эту дату приходится окончание потепления и начало хорошо выраженного похолодания. Это похолодание имеет двухфазную структуру. В первую фазу исчезли сосновые боры, а преобладающими стали березняки с папоротниками, а также появилась карликовая береза (Betula nana) - элемент тундровой флоры. Это похолодание резко усилилось в следующую фазу.

Зона III. Пыльца хвойных пород практически исчезла, преобладающими в ландшафте стали березняки, в том числе с Betula nana, а также

NAP

глубина

46097 + 800

20 40 20.

ольховник (Alnaster). Главные индикаторы холодных гумидных условий - это наличие в спектрах спор Selaginella selaginoides, S. sibirica, Lycopodium selago. Это заметное похолодание обусловило формирование водоупорного горизонта в виде многолетней мерзлоты, что привело к заболачиванию ландшафта и появлению осо-ково-сфагновых болот (в спектрах пыльца Cyperaceae до 60% и споры Sphagnum до 10-15%). В этой зоне пыльца карликовой берёзки и пла-унка плаунковидного имеет хорошо выраженную рациональную кривую. Всё это говорит о том, что на нашей территории исчезли леса, а их место заняли лесотундровые и тундровые ландшафты.

Зона IV. После похолодания проявилось некоторое потепление. Оно не было сильным, но оно преобразило ландшафт. На месте тундры восстановились березняки с ольхой (лесотундра), но восстановления хвойных лесов не про-

изошло. В спектрах исчезает пыльца Cyperaceae, споры Sphagnum и видов Selaginella. Это было связано с тем, что многолетняя мерзлота, всегда чутко реагирующая даже на незначительное потепление, деградировала. Территория имеет пересечённый рельеф и хороший дренаж, а исчезновение мерзлоты привело к исчезновению осо-ково-сфагновых болот.

Зона V. Дальнейшее потепление, восстановление березняков с Betula s. Albae.

Над разрезом Малый Беляк хронологически надстраивается разрез Боровица-2, палинологические материалы по которому продолжают дальнейшую историю ландшафтов нашего края.

Разрез Боровица-2 (58°32' с. ш. и 49°47' в. д.). Судя по материалам разреза Боровица-2 (зона I и II, рис. 3), в эпоху накопления этих отложений на нашей территории широко были развиты криофильные степи. Это доказывается тем, что в спектрах, расположенных в

ж те

Рис. 2. Спорово-пыльцевая диаграмма разреза Малый Беляк (1 — тонкозернистые пески, 2 — тонкозернистые пески с галькой и с прослоями суглинков,

3 — русловые галечники с гравийно-песчаным заполнителем)

глубина

01

36620+4420

Рис. 3. Спорово-пыльцевая диаграмма разреза Боровица—2

разрезе ниже радиоуглеродной даты 36620±4420 л. н. (ИГАН - 2259), преобладающими компонентами выступают Chenopodiaceae, Asteraceae, Poaceae, а также Artemisia. Холодные условия подтверждаются присутствием в спектрах пыльцы карликовой берёзки и редких спор Selaginella selaginoides.

Последующее потепление (зона III, позднее упомянутой радиоуглеродной даты) привело к тому, что лес восстановился, но при господстве березняков и лишь второстепенной роли хвойных (ель, сосна, пихта). Это потепление, именуемое в научной литературе дунаевским, или же брянским (26-24 тыс. л. н.), принимается в качестве относительно тёплого мегаинтерстадиала валдайского оледенения, за которым последовала новая, наиболее суровая фаза развития европейского ледникового покрова. В заключительной фазе валдайского оледенения (20-18 тыс. л. н.) в нашем крае преобладающей в ландшафте снова стала кустарничковая тундра с карликовой берёзкой и крифильными степями из полыни, маревых, злаков. В целом в эпоху валдайского оледенения (90-18 тыс. л. н.) было пять-шесть климатических ритмов, но в пределах холодного климата.

Последующих событий в Вятском крае мы касались ранее (Пахомов и др., 2004). Можно лишь напомнить, что Вятский край в эпоху максимума последнего оледенения (18-20 тыс. л. н.) вплоть до эпохи, называемой дриасом (1011 тыс. л. н.), был частью обширной криоарид-ной зоны, уходившей далеко на юг Русской равнины, образуя единую перигляциальную зону на многолетней мерзлоте. Граница многолетней мерзлоты в это время проходила по Причерноморью в сторону Южного Казахстана и далее - на восток, т. е. южнее её современного положения более чем на 1000 км. И лишь в последние 10 тыс. лет в результате послеледникового потепления зональные, в том числе лесные, ландшафты восстановились. Таким образом, на примере палинологических данных по разрезам Малый Беляк и Боровица-2 хорошо видно, насколько чутко растительность реагирует на климатические из-

менения и насколько часто за последние 5060 тыс. лет меняли свой облик географические ландшафты Вятского края.

Целью этого очерка было показать общие черты эволюционного развития флоры и растительности в кайнозое, а также привести конкретный пример реакции растительных ландшафтов Вятского края на общеклиматические колебания. Заметим, что такие данные имеют широкое применение в геологии, особенно в стратиграфии и палеогеографии, в палеофлористике, а также несут большое познавательное значение. Но вместе с тем они как показатели климата дают представление об особенностях климатических колебаний в геологически длительные (десятки и сотни тысяч лет) отрезки времени. Изучая структуру этих колебаний и тенденцию развития климатических ритмов, восстановленных по фитоинди-кационным данным, можно предугадать пути развития ландшафтно-климатических условий на перспективу. Иначе говоря, такие материалы являются научно важным основанием для построения сценариев развития природы на близкую и отдалённую перспективу.

Примечания

1. Величко, А. А. Основные закономерности эволюции ландшафтов и климата в кайнозое [Текст] / А. А. Величко // Изменение климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет. М.: ГЕОС, 1999. С. 234-241.

2. Фрадкина, А. Ф. Палинофлоры неогена Северо-Востока Азии [Текст] / А. Ф. Фрадкина. М.: Наука, 1983. 224 с.

3. Волкова, В. С. Палеоген и неоген Западной Сибири [Текст] / В. С. Волкова, И. А. Кулькова // Изменение климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет. М.: ГЕОС, 1999. С. 85-94.

4. Иосифова, Ю. И. Центр Русской равнины. Палеоген [Текст] / Ю. И. Иосифова // Изменение климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет М.: ГЕОС. С. 48-54.

5. Пахомов, М. М. О тенденции природно-климатических изменений Вятского края в голоцене [Текст] / М. М. Пахомов, А. М. Прокашев, О. М. Па-хомова, О. А. Чичагова // Вестник Вятского государственного гуманитарного университета. 2004. № 11. С. 136-141.