Реконструкция климата Беларуси в позднеледниковье и голоцене

Реконструкция климата Беларуси

в позднеледниковье и голоцене

Современное потепление считается одной из самых острых экологических проблем, при этом превалирующая роль в изменении климата отводится антропогенному фактору. Вместе с тем неоднократное чередование ледниковых и межледниковых эпох свидетельствует о ведущей роли естественных причин в периодичности климатических событий.

В течение позднеледнико-вья (14,5-11,7 тыс. калиброванных 14С лет назад (кал. л. н.)) и голоцена (последних 11,7 тыс. 14С кал. л. н.) роль человека в преобразовании белорусских ландшафтов была весьма незначительной, вплоть до XX в. Учитывая это, можно сказать, что реконструкция палеокли-мата в постгляциальное время отражает естественные (внутренние/внешние) флуктуации и позволяет выявить аналоги текущего «глобального потепления» в недалеком прошлом, когда антропогенное влияние практически отсутствовало. Основной источник этой информации - природные индикаторы, включающие различные палеоботанические, изотопные, гляциологические, гидрологические и другие данные. Наиболее детальные сигналы климатических событий установлены в изотопно-кислородных

кривых из кернов Гренландского ледника [1]. В то же время их синхронность/асинхронность в белорусском регионе, находящемся на границе морских и континентальных климатических условий, могла иметь иные черты.

Методы, применяемые для реконструкции климатических показателей на основе состава ископаемой флоры, базируются на современных аналогах произрастания отдельных видов растений. В прошлом столетии для восстановления климатических параметров (температуры января и июля) часто использовался метод «климатограмм» [2]. Однако такая модель имеет ряд недостатков (рис. 1). Во-первых, не содержит данных о влажности климата, во-вторых, температурный режим отражен в целом для отдельных периодов позднеледниковья и голоцена. Проследить флуктуации с более детальным временным разрешением и учетом количественного содержания всех компонентов пылиноспектра (древесные, травы, споры) практически невозможно.

Для проведения более детальных реконструкций нами была использована спо-рово-пыльцевая и радиоуглеродная информация, полученная при изучении отложений

озера Межужол, что позволило восстановить картину климатических изменений для позднеледнико-вья и голоцена с временным разрешением, сопоставимым с точностью радиоуглеродного датирования (рис. 2) [3]. Палеоклиматические реконструкции были выполнены при помощи так называемого «метода лучших аналогов» [4]. Основной его принцип - сравнение ископаемых спорово-пыльцевых спектров с современными и выбор (от 3 до 10) лучших аналогов; для каждой точки взят современный спектр, определены интересующие нас характеристики климата [5, 6]. В рамках исследования использованы Европейская и Российская палинологические базы [8, 9], включающие современные спорово-пыльцевые спектры (985 точек) от лесотундры до экстроаридных ландшафтов, а также собственные материалы авторов. Все расчеты выполнены с помощью пакета программ «Polygon 1.5». На климатической диаграмме представлены средние значения температур и влажности для каждого образца (рис. 3).

Озеро Межужол (55°00' с.ш., 28°04' в.д.) расположено в подзоне грабово-дубово-тем-нохвойных лесов в пределах

Валентина Зерницкая,

ведущий научный сотрудник Института природопользования НАН Беларуси

Елена Новенко,

ведущий научный сотрудник МГУ им. Ломоносова

I з d j 3 ;  3 I * í S i в f * Природные Д налаяны 31 fpiMIÜIC 1 Ii li'd Li 111 К ItMIICpnrtp |мгги лил« mi игрямч»)

я £ 1 £ я Е zi 5 3 : r ti i i • 14 tOUM in чшц- тем uir^i i урм (Ч i /lirUHli Tfi4lrfip«ypM (*C]

Ii I i.í' i5 a  ñ -H - LI К й "1 J f  1"' а - и  v. i ¡к íjíi

fvfcjl 1ШТНЧККЫН INO -ЯАГ1 uf\ TI i.T-I МЯв i i Нр(Ш1 IK' rfeüli iilt

1S.41 I'Mi-Pit-Hirf- QwfrtM'i h tr ТСЧН<и;р^011ЦГ1 TCvOPi "4 севере m Mftnpe стрыи. SS"" ... ., Г'Р1 i i'.; is

' íJ' V i

йимви! нем нв юге 1 j

< чГнц-ХМ ........ ' JJ1 /'li.i.JÍ-J'l/IU'. E^w-rr er!

шкрочьшкпкнж • Л+ П' Ik«:

[№)  Jji WH м ваймыстем иа*1 in йшм 1 1 „ 1 1

Mi 1

Ai.iililtiMitkiiJI UJI "HflH ¡HH^I 1 VflWiV-í/WrftTM -Шта-Altmy IIIMpt"MW4t1««IHWe н Mi. - 1 -UIH|KiC1L-, JUT ИГЧ- !J Iflj, IVII

{AT) í 'íArtVui niMjmi 1 1

f.» . V1MM

ЬоряпьньпТ Ш ÖyttEjJIIIUX -itrjfiB ¡ - - •  - >. 1 r  - , .....J 4

(ВО) -11ИКЮ i^Jt/e-r*. uv -7Wto 1 ц /1

(ТнбЬрялъныЯ >JI «JSÖ ft!W  M SL*JO.1 И СГК111' > 4 / 1

HHg fti-tiita (Г If) >  ö J»-

i ни i —>— 1

МлгымИ i¡:íiJo

nina гсчш..- .,14 .4. I« V-r.l-VH j itptf^i. tiLtiiJt-

(DK 31 1

1

-11.11

rtji.TCfic.L (AL) 1JOOO í'iWlíJ гкгвюоюАшя 1 1

'н - -. J \ V

ifltJ „ r|t,D •l*niíl ЛГСЧТП HJipi IIA С««!». -1». 1 1

[jc:i.hihi ibfH ЫА? ГчфЫШНН«1 С ЯП и ж чкивднстмшше вд юг* j -IJJ г .--'а^ •-T / 1 "Avi I

PWWWjlpMíí (Pft-l'l  1Л.И LPHH1 NAP-.W/r-¿ktvkr-^'j^tiii NAP- 1ТШ1Ш II« ICTCpC  Г Vll.ljU. на Н.чт - iy вдрв-.ef С>.Т п к -J£J ; гмрготс -1 F : Jr ™ h1jf1h -i i! » i----- I6J ¡ t

Рис. 1.

Динамика климата и природных зон в позднеледнико-вье №1 - йР-3) и голоцене (РВ - БД) на территории Беларуси

Верхнеберезинской водно-ледниковой равнины, сформированной в период дегляциации последнего (позерского) ледникового покрова. Начало накопления органогенных отложений в сублиторальной части озерной котловины датируется аллередским (ЛЬ, 12,8— 14,0 тыс. кал. л. н.) интерста-диалом. Палинологический материал, полученный при послойном изучении (98 проб) озерных осадков (25-500 см), позволил проследить не только этапы формирования современной геоботанической подзоны, но и климатические флуктуации, происходившие в диапазоне от ~13,5 тыс. до 500 кал.л.н. При анализе полученных палеоклиматических данных прослеживается определенная закономерность: периодам похолодания предшествуют интервалы теплых климатических условий (рис. 3).

Во время аллередского потепления на уровне 13,3 тыс. кал.л.н. климат был теплый и сухой (Т°). Среднегодовая температура То превышала современные значения на 0,5 °С (преимущественно за счет роста зимних температур), а количество осадков составляло 550 мм/год. Согласно пыльцевым данным, растительность этого временного интервала была представлена сосновым редколесьем (низкая концентрация пыльцы) c участием березы (Betula) и можжевельника (Juniperus) (см. рис. 2). На заболоченных участках вблизи водоема росла ива (Salix), ольховник (Alnus fruticosus), встречались холодолюбивые представители - Betula nana, Selaginella selaginoides. Начиная с 13,2 кал. л. н. отмечается постепенное падение январской температуры То (Т°). На уровне

12600 кал. л. н. T°i понизилась до -14 °С, температура (T0VII) и осадки июля находились в пределах современных значений, а среднегодовая Т° варьировала между +2 и +3,5 °С. Этот холодный и относительно влажный интервал соответствует позднедриасовому похолоданию климата (DR-3) или стадиальному событию GS-1 в кернах Гренландского ледника (11,7-12,8 тыс. кал. л. н.). В то же время более низкие значения (Т° зимы от -11 до -17 °С, Т° лета от +11 до +13 °С) представлены в работе С. Вески с соавторами [7]. Похолодание климата и аградация вечной мерзлоты в DR-3 способствовали изменению растительного покрова. На окружающей территории распространились лесотундровые ландшафты, в которых доминировала ель (Picea), возросло участие карликовой березы (Betula nana) и ивы (Salix). Открытые пространства были заняты светолюбивой травянистой растительностью (NAP - 30%), в составе которой доминировала полынь (Artemisia), что указывает на усиление эрозионных процессов, а не на ари-дизацию климата (см. рис. 2).

Переход от позднеледнико-вья к голоцену (~11,5-11,7 тыс. кал. л. н., PB) отмечен потеплением, при котором То1 повышалась до -9,5 - -8,5 °С, а Т°то -до +18,5 °С, осадков выпадало 600-650 мм/год. В связи с потеплением климата, исчезновением мерзлоты и падением уровня грунтовых вод произошли быстрые изменения в растительности. Повышение концентрации пыльцы при падении значений трав и представителей тундровых сообществ свидетельствует о росте биопродуктивности и обле-сенности региона. Покров

характеризовался распространением сосновых и березово-сосновых лесов. В травяном покрове увеличилась доля осокового разнотравья. Новое похолодание климата в интервале 10,2-11,4 тыс. кал. л. н. сопоставимо с так называемой пребореальной осцилляцией. Т°1 практически не изменилась (-9,0 °С), а Т°Уц понизилась до +14 - +16 °С. Среднегодовая температура не поднималась выше +2,5 °С, а осадков выпадало 700-750 мм/год, что на 100 мм выше современных показателей. Во время этого похолодания в пределах Верхнеберезинской равнины и большей части Беларуси доминировали сосново-березо-вые и березовые леса.

В течение бореального этапа (ВО, ~ 8,8-10,2 тыс. кал.л.н.) температурный режим с незначительными разнонаправленными флуктуаци-ями постепенно приближался к современным значениям. На фоне потепления климата, в сравнении с предыдущим этапом, отмечено уменьшение влажности до 580-600 мм/год. Лесной покров был представлен смешанными лиственно-сосновыми лесами (береза, орешник, ольха, ясень) с участием широколиственных пород (вяз, липа, дуб).

Для оптимальной фазы голоцена (~5,8-8,8 тыс. кал. л. н.) характерно существенное улучшение климатической обстановки. Наиболее теплые и относительно сухие условия регистрируются около 8800, 7800 и 5800-6200 кал. л. н. Т°1 повышалась до -3,5 °С, Т°у„ - до +18,5 - +19,5 °С. Среднегодовые значения температур возросли от +6 до +8 °С, а осадков выпадало 600 мм/год. Возможно, в полученной палео-климатической информации

Рис. 2. Хронология и палиностратиграфия отложений оз. Межужол

Рис. 3. Реконструкция климата в позднеледниковье и голоцене по спорово-пыльцевым данным отложений оз. Межужол

значения температур января (и связанных с ними среднегодовых) оказались несколько завышенными из-за недостаточного количества спектров-аналогов на территории Восточной Европы, однако тенденция к потеплению климата за счет зимних температур прослеживается достаточно четко. В то же время выделяются и относительно прохладные, влажные интервалы около 8 200 и 6 700 кал. л. н. В ледниковых кернах Гренландии наиболее существенное похолодание установлено около 8,2 тыс. кал.л.н. По палинологическим данным, это похолодание на территории Беларуси регистрируется уменьшением биопродуктивности широколиственных пород и повышением значений ели. Лесной покров оптимальной фазы голоцена был представлен широколиственными (вяз, дуб, липа) и хвойно-широколи-ственными с орешником и ясенем лесами. Значительная часть Верхнеберезинской равнины была оккупирована ольхово-па-поротниковыми фитоценозами.

Новые изменения в растительности регистрируются в диапазоне от 5,8 до 2,7 тыс. кал. л. н., что соответствует суббореальному этапу (SB). В лесах возрастает участие ели и сосны (Picea, Pinus), значительно сокращается доля вяза и ясеня (Ulmus, Fraxinus), появляется граб (Carpinus), изредка - бук (Fagus), произрастают хвойно-широколи-ственные леса (см. рис. 2). На климатических кривых отмечено постепенное снижение среднегодовой температуры до +5,5 °С и Т° -до -6 °С, в то время как T°vn была близка к современным или выше на 0,5 °С. Количество осадков повышалось до 700 мм/год. В возрастном

диапазоне 3200-3800 кал. л. н. фиксируется потепление климата (Т°: - -4,5 °С, Т°у„ - +18,5 °С), которое сопровождалось уменьшением влажности до 600 мм/год.

На последнем этапе голоцена (от 2,7 тыс. кал. л. н. до наступления малого ледникового периода (XIV-XIX вв.)) растительный покров приобретает современные черты южно-таежной подзоны - грабово-дубово-темно-хвойные леса. Несмотря на то что в течение этого времени климатические показатели приближаются к современным значениям, выделяется два теплых интервала. В диапазоне от 2500 до 2000 кал. л. н. Т° повышалась до -4,0 °С, Т°та -до +18,5 °С, среднегодовые значения - до +7,0 °С. Осадки превышали современные показатели на 50 мм (700 мм/год). На уровне последнего тысячелетия (средневековье) июльская и среднегодовая температуры были выше современных на 0,5 °С, январские - на 1,5 °С.

Представленные данные свидетельствуют о том, что «глобальное потепление», которое мы наблюдаем в настоящее время, происходило неоднократно в течение последних 5 тыс. лет. Например, около 2,5 тыс. лет назад среднегодовая температура была на 1,5 °С выше современной, и в составе широколиственно-темнохвой-ных лесов кроме дуба, липы и граба присутствовали вяз и ясень. Предстоящая трансформация естественного лесного покрова, вызванная потеплением, в значительной мере зависит и от влажности климата. Так, ее уменьшение приведет к сокращению ольхи и елового древостоя и увеличению значений сосны и березы в северных регионах страны.

Повышение роли дубово-ясеневых сообществ на дерново-болотных супесчаных и суглинистых почвах также возможно, но при участии человека. При теплых и умеренно влажных условиях в современной структуре лесов этой территории может увеличиться доля граба, вяза, дуба, ясеня, ольхи. В результате потепления климата широколиственно-хвойные леса могут продвинуться на север Беларуси подобно оптимальной фазе голоцена (7800-5800 кал.л.н.). Однако естественные преобразования лесного покрова требуют долгосрочного и однонаправленного изменения климата, что, судя по представленным данным, займет длительный период времени (около 1000 лет). Анализ палеоклиматических кривых в позднеледниковье и голоцене показывает, что начиная с 2 тыс. кал. л. н. просматривается скачкообразная тенденция к похолоданию климата, то есть к новой эпохе оледенения. СИ

[5 See: http://innosfera.by/

2016/09/climate_reconstruction

Литература

1. Walker M., Johnsen S., Rasmussen S.O. et al. Formal definition and dating of the GSSP (Global Stratotype Section and Point) for the base of the Holocene using the Greenland NGRIP ice core, and selected auxiliary records // J. Quat. Sci. 2009. N24. P. 3-17.

2. ГричукВ.П. Опыт реконструкции некоторых элементов климата Северного полушария в атлантический период голоцена / Голоцен.- М., 1969. С. 41-51.

3. Зерницкая В.П., Колковский В.М. История развития оз. Межужол и этапы изменения растительности Верхнебе-резинской равнины в позднеледниковье и голоцене/ Теоретические и прикладные проблемы современной лимнологии.- Минск, 2003. C. 155-158.

4. Overpeck J.T. Quantitative interpretation of fossil pollen spectra: dissimilarity coefficients and the method of modern analogs // Quat. Res. 1985. N. 23. P. 87-108.

5. Guiot J. Methodology of the last climatic cycle reconstruction in France from pollen data // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 1990. N80. P. 49-69.

6. Nakagawa T. Quantitative pollen-based climate reconstruction in Japan: application to surface and late Quaternary spectra // Quat. Sci. Rev. 2002. Vol. 21. P. 2099-2113.

7. Veski S., Seppa H., Stancikaite M. et al. Quantitative summer and winter temperature reconstructions from pollen and chironomid data between 16-8 ka in the Baltic-Belarus area // J. Quaternary International. 2015. Vol. 388. P. 4-11.

8. Европейская палинологическая база // http://www. europeanpollendatabase.net.

9. Российская палинологическая база // http://pollendata.org.