Эволюция природной среды и климата Арктики в квартере

ЭВОЛЮЦИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ И КЛИМАТА АРКТИКИ В КВАРТЕРЕ

Самые существенные изменения палеосреды в Арктике были связаны с неоднократными наступаниями и отступаниями ледниковых покровов на этой территории. Ледники являются показателями изменения климата. Природные зоны при наступании ледников отступали к югу. В периоды плейстоценовых межледниковий границы природных зон по сравнению с современными были смещены на несколько сотен километров к северу.

Климат является важнейшим фактором развития биосферы и представляет усредненное значение погоды за несколько десятков лет, то есть климат — это средняя погода. Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата: так, очень холодная зима или очень жаркое лето не свидетельствуют о похолодании или потеплении климата.

В последнее время в мире активно обсуждается проблема глобального потепления. Его связывают с бурным развитием промышленности, из-за чего в атмосферу выбрасывается огромное количество парниковых газов. Проблема антропогенного изменения климата — центральная тема «зеленого движения», а также многих научных и ненаучных учреждений.

Однако на эту проблему есть и другая точка зрения: человеческая деятельность не способна оказывать решающего влияния на глобальное потепление климата Земли, и этой нашумевшей проблемы не существует вовсе.

Так, по мнению исследователей Пулковской обсерватории РАН, потепление климата связано с длительной (в течение почти всего XX в.) повышенной солнечной активностью, вступившей сейчас в убывающую фазу векового цикла. Через 6—8 лет наступит похолодание, которое лет через 50—60 достигнет апогея.

Некоторые ученые (не исключая существования опасности глобального потепления) призывают учитывать одну природную закономерность: по-

Д. г.-м. н.

Л. [Ж. [Жндреичева

andreicheva@geo.komisc.ru

холодания всегда сменяются потеплениями, а потепления — похолоданиями, то есть не надо забывать о глобальном похолодании. В свое время викинги, открывшие Гренландию, назвали ее так, потому что это была теплая «зеленая страна». Потом началось похолодание, и поселения европейцев вымерли и вымерзли.

А в последнее время вопросы климата стали вопросами мировой политики. Наряду с учеными, ведущими дискуссии по поводу глобального потепления, не остаются в стороне от этой проблемы и политические деятели.

Из краткого обзора мнений ученых и политиков по этой проблеме ясно, что в научных спорах об изменении климата и степени влияния деятельности человека на этот процесс пока существует слишком много неясностей, а природные факторы, ведущие к изменению климата, контролировать невозможно. Так что на сегодняшний день мировое научное сообщество не пришло к единому выводу относительно глобального потепления.

Палеоклиматические исследования, особенно интенсивно развивающиеся в последние годы, дают возможность реконструировать динамику природной среды и климатов в квартере для прогноза их развития в будущем. Большое значение в реконструкции современных колебаний климата имеет воссоздание природных обстановок во время предшествующих межледниковых эпох. В неогене климат был значительно теплее современного. Предыдущие плейстоценовые межледниковые эпохи, по нашим данным, были также на несколько градусов теплее современного межледниковья — голоцена, начавшегося около 10 тыс. лет назад, после деградации последнего покровного ледника.

Палинологический метод — один из основных методов реконструкции динамики растительности и количественной оценки показателей климата: средних температур июля и года и количества осадков в теплое и холодное

М. н. с.

Ю. ЕВ. [Голубева

bratushchak@geo.komisc.ru

время межледниковий. Расчет показателей проведен по методике, разработанной В. А. Климановым в Институте географии РАН [6]. Использованы спорово-пыльцевые комплексы климатических оптимумов межледниковий плейстоцена и голоцена, изученные в разное время палинологами нашей лаборатории (Д. А. Дурягиной, Л. А. Ко-новаленко, Т. И. Марченко-Вагаповой, Н. А. Мариевой, Ю. В. Голубевой) в разрезах береговых обнажений и скважин европейского севера России. Был прослежен исторический ход развития растительности, установлены смены фаз растительности от холодолюбивых к теплолюбивым и затем снова к холодолюбивым, и тем самым определен характер изменения климатических условий на территории Арктики.

В сводном разрезе квартера выделяется плейстоцен, включающий шесть горизонтов ледниковых отложений — тиллов и разделяющих их межморен-ных отложений различного генезиса: аллювиальных, озерных, морских (на севере) и голоцен. Расчленение сводного разреза в районе исследований стало возможным благодаря ритмичному изменению климатических условий: чередованию продолжительных периодических похолоданий (ледниковых периодов) и относительно коротких потеплений (межледниковых эпох).

Поскольку отложения нижнего плейстоцена вскрываются лишь на значительных глубинах в скважинах, они изучены довольно слабо. Средне- и верхнеплейстоценовые образования исследованы достаточно детально. Описание ледниковых и межледниковых горизонтов приводится в стратиграфической последовательности.

Отложения вишерского (беловежского) межледниковья были изучены палинологическим методом [4] в трех разрезах (на Пай-Хое в обн. 343, в бассейне р. Морею в скв. М-1 и канаве К-33) на севере, а также в бассейне р. Вычегды (скв. 32) на юге (рис. 1). В течение этого межледниковья климат многократно менялся, что приводило

Рис.П. Схематическая карта местоположения изученных разрезов.

1 — обнажения; 2 — скважины

к смене растительных фаз. В целом, состав палинологических спектров свидетельствует о более теплом и умеренно влажном климате в вишерское межлед-никовье по сравнению с современным, хотя четко выраженный климатический оптимум на спорово-пыльцевых диаграммах отсутствует.

Температуры июля в Тимано-Печо-ро-Вычегодском регионе достигали 18—20 °С, что на 6 °С выше современных температур на крайнем севере региона и на 2—4 °С выше, чем на юге Республики Коми (рис. 2). Количество осадков в теплое время составляло

3 50—400, а в холодное уменьшалось до 150—175 мм.

Помусовский (пичугский) ледник сформировал тилл, связанный с Фен-носкандинавским центром оледенения, на что указывают присутствие в нем обломков пород северо-западного сноса и ориентировка удлиненных обломков с северо-запада на юго-восток. В

тяжелой фракции встречено самородное серебро, источником поступления которого в тилл являлось, вероятно, расположенное к северо-западу от с. Усть-Цильма и известное еще со времен Ивана Грозного месторождение цветных металлов (меди, золота и серебра). Разрабатывалось оно в XV в., и первые монеты в России были изготовлены из цилемской меди.

Во время чирвинского (трубай-ского) межледниковья климат в регионе также неоднократно менялся. В целом же был теплее современного, в отдельных разрезах с двумя климатическими оптимумами. Во время первого оптимума климат был более теплым и влажным, чем сейчас: росли пихтово-еловые леса с березой и сосной, до 10 % составляли широколиственные породы. Второй оптимум был с более сухим и прохладным климатом, чем климат первого оптимума, а широколиственные и экзоты при-

сутствовали в виде примесей. В составе палинологического комплекса отсутствовали ель европейская и пихта белая, требующие более влажных условий обитания [4]. В заключительные фазы межледниковья природные ландшафты имели облик тундры.

На севере Тимано-Печоро-Выче-годского региона климат был на 2—

4 °С теплее современного климата, а температуры июля составляли 14—

16 °С. Количество осадков в теплое время межледниковья составляло 350, в холодное уменьшалось до 50—75 мм, в восточном направлении возрастало до 175 мм. На юге Республики Коми и в Архангельской и Вологодской областях средние температуры июля были выше современных на 1—2 °С и достигали 16—18 °С (рис. 2). В теплое время количество осадков на юге Республики Коми составляло 255 мм, возрастая к западу до 400 мм. В холодное время количество осадков на всей рас-

0

- 2 2

- 2 2 - 2 2 - 2 2

Голоценовый

период

Бызовской

межстадиаьный

период

Сулинский

межледниковый

период

Родионовский

межледниковый

период

Чирвинский

межледниковый

период

Вишерский

межледниковый

период

Рис.И. Колебания температуры в климатических оптимумах.

1 — северная часть Тимано-Печоро-Вычегодского региона; 2 — центральная часть Ти-мано-Печоро-Вычегодского региона; 3 — южные районы Республики Коми; 4 — Архангельская и Вологодская области

0

0

сматриваемой территории не превышало 50—75 мм.

Печорский (вологодский) покровный ледник был связан с Пайхой-Ново-земельским центром оледенения, о чем свидетельствуют особенности литологического состава тилла и направление ориентировки обломков пород с северо-северо-востока. К северо-западу от устья Вычегды (в скважинах бассейна р. Пинеги) вологодский тилл также связан с Новоземельско-Уральской ледниковой провинцией. А на левобережье Северной Двины вологодский тилл формировался преимущественно за счет материала Фенноскандинавского центра оледенения. Зона сочленения покровных ледников северо-западного и северо-восточного центров оледенения в первой половине среднего плейстоцена располагалась, вероятно, западнее бассейна Пинеги, проходя примерно по водоразделу Пинеги и Северной Двины и простираясь с северо-запада на юго-восток.

В родионовское (горкинское) меж-ледниковье неоднократные изменения климата также отразились в характере растительности, которая имела более ксерофильный состав по сравнению с чирвинским межледниковьем. В разрезе выделены два климатических оптимума: условия первого были теплее климатического оптимума голоцена. Во время оптимумов произрастали темнохвойные леса типа южной тайги с экзотическими и широколиственными породами [4, 2].

На севере Тимано-Печоро-Вычегод-ского региона среднеиюльские температуры были на 4о выше современных и составляли около 16 °С. Количество осадков во время климатических оптимумов достигало 300—400 мм, в холодное время уменьшалось до 175— 200 мм. Средние температуры июля на юге Республики Коми, в Архангельской и Вологодской областях были на 1—2 °С выше современных и составляли 16— 18 °С (рис. 2). Осадков в теплый период выпадало 350—400 мм, в холодное время количество их уменьшалось вдвое — до 175—200 мм.

Вычегодский (бабушкинский) тилл развит на европейском севере России существенно шире других. Формирование его связано с различными центрами оледенения, что предопределило существенные отличия тиллов по вещественному составу и текстурным особенностям. Практически вся территория Республики Коми за исключением

ее восточной части, а также Архангельская и Вологодская области перекрывались Фенноскандинавским покровным ледником. И лишь на востоке региона образование тилла происходило за счет материала, поступавшего с Полярного и Приполярного Урала.

Сулинское (микулинское) межлед-никовъе было довольно теплым. На территории исследований формировались озерные и аллювиальные осадки, а в северных районах — пески и глины литорально-сублиторальной и переходной зон с обильной фауной морских моллюсков. Из-за изменений климата характер растительности также неоднократно менялся — выделяется один климатический оптимум, во время которого появилась небольшая примесь широколиственных пород и два максимума хвойных пород.

Средние температуры июля на севере региона были примерно на 3 °С выше современных температур и со-

ставляли 14—16 °С. Количество осадков в теплый период сулинского меж-ледниковья достигало 350—400 мм, в холодный снижалось до 150—175 мм. На юге Архангельской и Вологодской областей среднеиюльские температуры составляли предположительно 16— 18 °С, что примерно на 1—2 °С теплее, чем сейчас (рис. 2). Осадков в теплое время выпадало до 400 мм, а в холодное их было существенно меньше — 150—175 мм.

Лайское (подпорожское) весьма существенное похолодание климата не привело к развитию покровного оледенения в регионе, что не расходится с мнением Н. С. Чеботаревой и И. А. Ма-карычевой [11] о незначительных его масштабах. Происходило формирование аллювиально-перигляциальных галечников и песков с многочисленными псевдоморфозами по морозобой-ным клиньям, другими криогенными текстурами и фауной леммингов. Се-

верная часть региона сначала представляла собой типичную кустарниковую, затем арктическую тундру.

В бызовское (ленинградское) время климат был более холодным, чем во время предыдущих межледниковий. В связи с этим вопрос о ранге этого потепления остается открытым, но по нашему мнению, это мегаинтерстадиал [1]. Формировались аллювиальные, озерные и озерно-болотные отложения, содержащие прослои торфа, криогенные текстуры и фауну мелких млекопитающих. В начале бызовского ме-гаинтерстадиала суровый климат способствовал распространению современной тундры в южные районы. В периоды потеплений климат и растительность в северных районах приближались к современным, а на западе возрастала роль ели и сосны. На юге Архангельской области встречена пыльца широколиственных пород.

Среднеиюльские температуры в Т имано -Печоро -В ычегодском регионе в бызовское время были примерно такими же, как сейчас на севере, и составляли 10—14 °С. На юге Республики Коми это на 2—6 °С холоднее, чем в настоящее время (рис. 2). Количество осадков в теплый период достигало 350—400 мм, в холодный уменьшалось до 200. В Архангельской и Вологодской областях температуры июля были на 1—2 °С выше современных среднеиюльских температур и достигали 14— 18 °С. Количество осадков в теплое время составляло 350, в холодное снижалось до 100 мм.

Полярная (осташковская) ледниковая эпоха началась около 23 тыс. лет назад и отличалась наиболее суровым климатом. Большая часть рассматриваемой территории не перекрывалась покровным ледником в осташковское (полярное) время. Граница полярного оледенения субширотной ориентировки проходит примерно через центральную часть Большеземельской тундры Тимано-Печоро-Вычегодского региона. К западу она резко уходит на юг (южнее бассейна Пинеги), доходя до широты г. Вологды. Север региона перекрывался полярным ледником, наступавшим из районов Пай-Хоя, Новой Земли и, вероятно, шельфов Баренцева и Карского морей. Территория Архангельской и Вологодской областей перекрывалась ледником Фенносканди-навского центра оледенения.

В голоцене, так же как и в предыдущие межледниковые эпохи, происходи-

ла неоднократная смена растительности. Л. Д. Никифоровой [9] выделены пять климатических периодов голоцена: пребореальный, бореальный, атлантический, суббореальный и субатлан-тический. Во время раннебореального, позднеатлантического и среднесуббо-реального потеплений, главным из которых, по ее мнению, являлось позднеатлантическое, лесные формации занимали почти всю территорию Европейского Северо-Востока. Эти же периоды потепления выделены и для Кировской области [10], Карелии [3], Белоруссии [5].

Пребореалъный период (9200— 10300 лет назад) является неустойчивым этапом и подразделяется на ран-непребореальное потепление и по-зднепребореальное похолодание. Во время потепления происходит переход к послеледниковому лесному этапу, наиболее интенсивно проявившемуся в современной подзоне тайги (бассейн Вычегды) и менее быстро в более северных районах (бассейн Печоры). Наступление пребореального периода в бассейне Печоры связано с развитием еловых и березовых редколесий. В бассейне Вычегды широкое распространение получили сосновые леса с примесью ели и березы. В позднепребореаль-ное время на большей части территории восстанавливается позднеледниковый облик растительности. Тундровые и травянистые сообщества распространились до широтного колена Печоры и долины Пезы [9]. В южных районах Республики Коми и в Архангельской области продолжали преобладать древесные формации, в составе которых увеличилась роль березняков и уменьшилось значение сосновых лесов.

Бореалъный период (8000—9300 лет назад). В раннебореальное потепление происходит сдвиг лесной растительности на 100—200 км к северу от ее современного положения. На севере преобладали северотаежные еловые и березовые леса. На побережье Баренцева моря господствовали ерниковые и моховые тундры. На юге Республики Коми распространились таежные еловые леса, впервые появились широколиственные породы. Позднебореальное похолодание было кратковременным и довольно сильным. На севере возросло значение древовидной березы, сократилась роль сосны, из состава лесов выпали широколиственные породы. На побережье Баренцева моря впервые в голоцене формируется зона тундры,

южная граница которой на западе совпадает с современной, а на востоке занимает более северное положение. В современной подзоне средней тайги получают развитие северотаежные елово-березовые леса с участием сосны, лиственницы и широколиственных пород.

Средняя температура июля на севере превышала современную примерно на 1 °С. В южных районах Республики Коми и в Архангельской области средняя температура июля в раннем бо-реале впервые приблизилась к современной и составляла 15.5—17.5 °С, количество осадков достигало 550— 600 мм. В конце бореального периода отмечено кратковременное, но сильное похолодание. Средняя температура июля понизилась примерно на 2 °С (рис. 2).

Атлантический климатический период (4600—8000 лет назад) характеризуется как теплый и влажный. Природные зоны значительно сдвинулись к северу. В раннеатлантическое время на севере березовые леса сменились еловыми с березой и единичными широколиственными породами. На побережье Баренцева моря большие площади были заняты ерниковой тундрой, а еловые леса носили редкослойный характер. На юге широкое развитие получили темнохвойные леса среднетаежного типа с сосной, березой и широколиственными породами. В среднеатлантическое время произошло незначительное похолодание. На севере, в бассейне Печоры и Омы, возросло значение ерниковых зарослей. На юго-востоке территории в составе лесов увеличилась роль березы, вытесняющей ель, уменьшилось количество широколиственных пород. В позднеатлантическое время наступил климатический оптимум, и растительные зоны максимально (на 450—550 км) сместились к северу. На севере произрастала средняя тайга, куда в качестве устойчивой примеси входили ольха, пихта и широколиственные породы (до 6 %). На побережье Баренцева моря росли северотаежные леса. На юге еловые леса сменились южнотаежными с участием пихты и лиственницы, количество пыльцы широколиственных пород достигало 14 %, а на востоке — 25 % [8].

Температура июля в раннеатлантическое время на севере территории составляла 15.5—16.5 °С, на юге — 16.5—

17 °С (рис. 2). В среднеатлантическое

время она незначительно (на 0.5 °С) понизилась. Наиболее высокие температуры июля, превышающие современные на 2.5—3.5 °С, и максимальное количество осадков (550 мм) приходятся на последнюю треть периода.

В суббореалъном периоде (2500— 4600 лет назад) также выделены три фазы. В раннесуббореальное время было похолодание. На севере господствовали тундровые группировки, южнее, в бассейнах Печоры и Ижмы, произрастали березово-еловые леса со значительным участием кустарниковой березы и ольхи. Южные районы Республики Коми тоже были покрыты березово-еловыми лесами, в составе которых сократилась роль ели, и отсутствовали широколиственные породы. Специфической особенностью средне-суббореального времени было значительное потепление, хотя проявилось оно не столь сильно, как потепление в позднем атлантике. Преобладали темнохвойные леса с примесью широколиственных пород (на западе исследуемой территории — до 17 %). В конце суббореала похолодало, что привело к увеличению роли ерниковых зарослей. В спектрах образцов с северных разрезов отмечена пыльца ольховника, ольхи, ивы. На юге в среднетаежной зоне уменьшилась примесь широколиственных пород.

Похолодание раннесуббореального времени отразилось в резком понижении средней температуры июля на 2.5—4.5 и года на 4—5 °С. На севере в среднем суббореале она составляла 16—17 °С, на юге около 17—18 °С, что на 2—3 °С выше современной. В конце суббореала среднеиюльские температуры понизились на 2.0—2.5 °С, среднегодовые — на 4—5 °С (рис. 2).

Субатлантический период (2500—по наст. время) подразделяется тоже на три фазы. В течение ранне-субатлантического времени происходило дальнейшее расширение тундровой зоны, сократилось значение ели, возросла роль сосны и березы. В среднем субатлантике наступило потепление (малый климатический оптимум), и получили развитие темнохвойные леса. Последовавшее похолодание в по-зднесубатлантическое время вызвало увеличение в составе древостоев роли березы. На севере распространились лесотундровые группировки с сообществами из ольховника, папоротников и тундровых видов плаунов. В южных районах произрастала северная тайга.

В раннем субатлантике на севере температуры июля были ниже современных на 3 °С, на юге — на 0.5 °С, а среднегодовые — на 2.5—3.0 °С (рис. 2). В среднесубатлантическое время климат приближался к современному, временами был теплее и суше. Термические условия не достигали уровня максимального потепления голоцена, но явились заметным событием климатического прошлого. Похолодание в поздне-субатлантическое время сопоставляется с «малой ледниковой эпохой» XVI—

XIX вв., проявившейся на всей территории Северной Евразии, наиболее сильно на севере и несколько меньше в южных районах.

По мнению В. В. Клименко [7], самый холодный период начала XX в. (1911—1930 гг.) является переходной фазой между завершением «малого ледникового периода» и потеплением

XX в. (1981—2000 гг.) и весьма сходен с похолоданием в раннем субатлантике. Так, для территории Северной Евразии совпадают среднегодовые и летние аномалии температур, аномалии осадков. В пределах Республики Коми в зоне средней тайги летняя температура в это время была ниже на 0.5 °С, а в северотаежной зоне на 1 °С. Отклонения среднегодовых сумм осадков составляли до 50 мм по сравнению с самым теплым двадцатилетием XX в. (1981—2000 гг.).

Оптимальные климатические условия в голоцене сложились в конце атлантического периода, о чем свидетельствует распространение наиболее теплолюбивых древесных пород, а также максимальное количество осадков и наиболее высокие температуры, тогда как бореальный и суббореальный температурные максимумы имели подчиненное значение. Потепление конца XX в., продолжающееся в настоящее время, на фоне общей тенденции к похолоданию носит локальный характер.

Таким образом, результаты наших исследований, проведенных в арктических районах России, свидетельствуют о том, что в настоящее время климат здесь несколько прохладнее, чем был в предыдущие межледниковые эпохи плейстоцена. Поскольку голоцен представляет собой очередное межлед-никовье, то палеогеография его практически не отличается от прошлых межледниковых эпох. Периоды похолодания климата являются событиями в истории Земли, которые неоднократно повторялись, сопровождаясь формирова-

нием континентальных ледниковых щитов. Закономерно и ритмично ледниковые эпохи сменялись межледниковыми. Это дает основание для предположения, что в будущем климат будет постепенно холодать, и соответственно не исключается возможность возникновения нового покровного оледенения. Так что вопреки прогнозам, нас ждет глобальное похолодание, а не глобальное потепление. Аналогичное предположение сделали британские исследователи, отметив изменения в направлении течений в Атлантике и ослабление течения Гольфстрима в результате потепления климата на юге. А это означает, что на севере становится холоднее.

Литература

1. Андреичева Л. Н., Дурягина Д. А. Стратиграфия и палеогеография позднего плейстоцена северо-востока Русской равнины // Сыктывкарский палеонтологический сборник. Сыктывкар, 2005. № 6. С. 155—161. 2. Андреичева Л. Н., Марченко-Вагапова Т. И. Развитие природной среды и климата в антропогене на северо-западе России. Сыктывкар: Геопринт, 2004. 41 с. 3. Арсланов X. А., Савелъева Л. А., Климанов В. А. Радиоуглеродная и календарная геохронология стадий развития растительности и изменений климата позднеледниковья и голоцена северо-запада России // Методические аспекты палинологии: Материалы X Всерос. палинолог. конф. М., 2002. С. 6—7. 4. Дурягина Д. А., Коноваленко Л. А. Палинология плейстоцена северо-востока европейской части России. СПб.: Наука, 1993. 124 с. 5. Еловичева Я. К. Шкловские (рославль-ские) межледниковые отложения Белоруссии и смежных территорий. Минск: Наука и техника, 1979. 184 с. 6. Климанов В. А. К методике восстановления количественных характеристик климата прошлого // Вестник МГУ Сер. 5. География, 1976. № 2. С. 92—98. 7. Клименко В. В. Холодный климат ранней субатлантичес-кой эпохи в Северном полушарии. М.: Изд-во МЭИ, 2004. 144 с. 8. Марченко Т. И., Дурягина Д. А. Условия формирования голоценовых отложений в бассейнах рек Вычегды и Большой Роговой (по данным диатомового и спорово-пыльцевого анализов). Сыктывкар, 1996. 41 с.

9. Никифорова Л. Д. Изменение природной среды в голоцене на северо-востоке Европейской части СССР: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М., 1980. 25 с.

10. Прокашев А. М., Жуйкова И. А., Пахомов М. М. История почвенно-растительного покрова Вятско-Камского края в пос-леледниковье. Киров, 2003. 144 с. 11. Чеботарева Н. С., Макарычева И. А. Последнее оледенение Европы и его геохронология. М.: Наука, 1974. 215 с.