Environment changes reconstruction by pedohumic method in the Central-Tuvan hollow during holocene period.pdf Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 1 (17). С. 5-17ВведениеРеконструкция природной среды прошлого в настоящее время приобретает большое значение, так как в связи с глобальным изменением природной среды при увеличении антропогенных нагрузок возникает необходимость перспективной оценки изменения климата. Подобные прогнозы затруднены потому, что на преобразования природной среды под антропогенным влиянием могут накладываться ее изменения в процессе естественного хода эволюции природной среды. Поэтому одной из актуальных задач является возможность вычленения этой естественной составляющей. Именно ретроспективный ход изменения природной среды и ее компонентов, воссозданный на большом материале, позволит приблизиться к решению поставленной проблемы. Изучение древних почв составляет неотъемлемую часть подобных реконструкций, поскольку почвы, являясь результатом взаимодействия пяти факторов почвообразования (породы, рельефа, биоты, климата и времени), представляют собой такое природное тело, которое в своих свойствах отражает специфику природной среды. Центрально-Тувинская котловина, расположенная в центре азиатского материка, имеет сложную историю развития и геологическое прошлое, отличается криоаридностью и экстраконтинентальностью, что обусловливает повышенный интерес к ее изучению. Однако в литературе чаще всего обсуждаются материалы об основных этапах изменения природной среды в плейстоцен-голоценовый период в Туве только на уровне глобальных изменений климата, т.е. с очень большим шагом по шкале геологического времени. Сведений о палеопочвах голоцена для территории Тувы (в том числе для Центрально-Тувинской котловины) немного. Фиксируется наличие отдельных горизонтов палеопочв только по морфологии отложений разреза Мерзлый Яр на востоке Тувы [1. С. 3-19; 2; 3. С. 15-120; 4. С. 18-29]. Что касается оценки природной среды в голоцене другими методами, то комплексные исследования проведены только для Западной части Тоджинской впадины на примере разреза Мерзлый Яр [4. С. 18-29], а также споро-пыльцевым методом для некоторых районов Центрально-Тувинской котловины [5. С. 86-90; 6. C. 146-174]. Высокая диагностическая ценность палеопочв, позволяющих проводить детальные ретроспективные реконструкции с малым шагом по шкале времени и обосновывать прогнозы поведения почв и почвенного покрова в будущем, а также их слабая изученность явились предпосылкой проведения настоящего исследования.Материалы и методики исследованияИзученные объекты - палеопочвы и отложения - охватывают практически весь голоцен, т.е. последние 10 000 лет, и составляют ряд от самых древних - раннеголоценовых, датированных возрастом 9860±160 лет назад (л.н.), до сформированных не позднее 605±55 л.н. (табл. 1). По своему местонахождению разрезы Барык, Сесерлиг-1, Биче-Басэс-1 и Ондум-11 расположены по периметру Улуг-Хемской котловины. Разрез Барык характеризует ее самую западную точку, а серия разрезов Ондум - самую восточную, приуроченную к подножью Восточно-Тувинского нагорья (хр. Обручева). Разрез Сесерлиг-1 расположен у южного склона Уюкского хребта, а разрезы Биче-Басэс вскрывают отложения северных таежных предгорий восточного Танну-Ола. Голоценовые отложения Хемчикской котловины исследованы по разрезам Шанчы и Улуг-Хондергей-2. Датирование объектов голоцена по гуминовым кислотам или по костям, сохранившимся в отдельных горизонтах, выполнено радиоуглеродным методом. Диагностика палеопочв и реконструкция палеоприродной среды проводились педогумусовым методом [7. С. 98-115].Т а б л и ц а 1 Объекты исследованияРазрезВысота над ур.м., мМощность отложений, смГлубина датированного горизонта, смРадиоуглеродная дата, л.н.Ондум-119755024-36605 ± 55 (СОАН-7447)Биче-Басэс-14205520-30680 ± 90 (СОАН-7141)Улуг-Хондергей-24359990-942490 ± 45 (СОАН-7140)Сесерлиг-1121521058-622695 ± 55 (СОАН-7138)90-1204105 ± 80 (СОАН-7139)М.И. Дергачева, К.О. Очур2160003000700080005000200010004000PBBAt1At2At3Sb1Sb2Sb3Sa1Sa2Sa3Угнетение ДРна всех высотных уровняхОживлениеДРУгнетение ДРГосподство степных и опустыненых формацийРасцвет БЛ0Широкое распространениестепных и опустыненных формацийСовременнаяпоясность(Носин, 1963)Рис. 1. Схема изменения природной среды в голоцене на территории Центральной Тувы. Обозначения: 1-31 - номера точек обследования (цифры, выделенные жирным шрифтом, обозначают датированные объекты, курсивом - не имеющие дат); I - березовые и смешанные леса, II - днище котловины, III - опустыненные степи, IV - умеренно засушливые степи, V - сухие и горные луговые степи, VI - березовые леса и лиственничники, VII - кедрово-лиственничный лес, VIII - субальпийские остепненные луга. Текст курсивом - реконструкции Д.П. Пономаревой, Ю.П. Селиверстова (1991): ДР - древесная растительность; БЛ - березовые леса(табл. 2) свидетельствуют, что на территории днища Центрально-Тувинской котловины могли быть распространены сухие степи с каштановыми почвами, которые выше (в месте расположения данного разреза около 700 м над ур.м.) сменялись горными степями с аналогами черноземных почв. Условия формирования их были теплыми и относительно сухими. Т а б л и ц а 2Некоторые свойства разновозрастных датированных почв Центральной ТувыРазрезГлубина, смАналоги типов почв, вмещающих датируемый материалСобщ, %χ· ·10-6/грНводнСаСО3, %СГК СФКСГК:СФКН:С% к СобщОндум-1118-24Каштановая сухостепная2,914,658,013,526,720,21,320,9124-282,146,378,04,748,529,61,640,88Биче- Басэс-120-25Горно-лесная таежная 0,5610,427,8019,945,70,431,5125-30Бурая горно-лесная 0,5512,867,8025,736,50,701,21Улуг-Хондергей-290-94Торфяно- болотная 2,581,647,70Не определялось1,05Сесерлиг-158-62Черноземная степная 2,421,388,24,743,824,01,830,8362-68Черноземная лесостепная1,731,428,21,628,330,70,921,0776-83Черноземная степная1,721,278,22,737,728,01,350,7590-100Черноземная лесостепная2,291,968,01,737,630,71,230,99100-1102,332,098,02,333,930,91,101,01110-1202,492,088,22,129,329,31,001,09Шанчы152-164Черноземная степная1,211,528,94,135,417,91,980.89164-1750,962,238,81,131,424,41,290,84195-204Горно-таежная дерново-мерзлотная0,841,508,95,114,041,60,341,21Барык95-105Бурая горно-лесная 0,269,308,85,019,336,10,531,19105-1150,389,508,85,021,031,50,671,16не, по-видимому, выклинивался. В высокогорной части хребта сверху вниз имели место три вертикальных пояса: нивальный, тундровый, субальпийский с аналогами горно-тундровых и горно-луговых почв соответственно. Это раннее потепление, произошедшее около 9,9 тыс. л.н., сменилось относительным похолоданием, проявившемся в характеристиках отложений, лежащих на глубине 95-115 см, выше датированной толщи в разрезе Барык, где гумус имеет фульватный состав (СГК:СФК - 0,53-0,67), низкое содержание гуминовых кислот (19-21%), в которых соотношение водорода и углерода (Н:С) превышает 1,00 на 0,16-0,19 единиц (см. табл. 2). Это позволяет предположить, что территория местоположения разреза Барык в это время оказалась в лесной зоне (см. рис. 1) и участок на высоте около 700 м над ур.м. находился в условиях не только с более холодным, но и влажным климатом. Сдвиг природных зон в первую очередь отразился на высокогорной части хребта расширением нивальной части и, соответственно, опусканием нижележащих вертикальных поясов (тундрового и субальпийского) книзу. Оказалась на более низком гипсометрическом уровне и зона темнохвойной тайги, располагавшаяся выше зоны лиственных лесов. Сдвиг природных зон книзу подтверждается также тем, что нижняя (195-204 см) толща отложений разреза Шанчы, расположенного на высоте 750 м над ур.м., по своим свойствам соответствует лесным условиям формирования. В месте его расположения почвообразование протекало, скорее всего, в относительно холодных и влажных условиях, о чем свидетельствуют еще более низкое (почти на 5%), чем в предыдущем случае, содержание гуминовых кислот, более высокая доля фульвокислот, достигающая почти 42%, и очень узкое соотношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (СГК:СФК = 0,34), а также величина Н:С в гуминовых кислотах, соответствующая таковой современных почв таежных условий формирования (табл. 2). Можно предположить, что в это период похолодания и увеличения увлажнения на северном склоне значительно расширилась зона распространения аналогов горно-таежных дерновых мерзлотных почв и отсутствующая на южном склоне хребта Танну-Ола в предшествующие периоды таежная зона в это время заняла свое место в вертикальной поясности. Климатические условия в период формирования датированной толщи отложений разреза Шанчы, лежащей выше предыдущей (152-175 см), судя по имеющейся радиоуглеродной дате, сформированной около 8,5 тыс. л.н. (8 430±135 л.н.), отличались оптимальным сочетанием тепла и влаги, благоприятствующим процессам гумусо- и почвообразования. Доля гуминовых кислот в составе гумуса выше более чем в 2 раза по сравнению с предыдущим периодом, фульвокислот - в 1,5-2 раза меньше; распределение основных компонентов «ножничного» типа, а также величина Н:С, лежащая в пределах 0,84-0,89 (см. табл. 2), - все это специфично для степных почв и соответствует теплым и умеренно-влажным условиям почвообразования.В результате потепления, наступившего в этот период на склонах хребта Танну-Ола, вновь произошел сдвиг зон (см. рис. 1). В котловинах, вероятнее всего, доминировали аналоги темно-каштановых сухостепных почв, сформировавшихся в теплых и умеренно сухих условиях. В это время на высоте около 750 м над ур.м. на участке формирования отложений разреза Шанчы лесной пояс уступил место умеренно-засушливой степи с преобладанием аналогов черноземных почв. Таежная зона вернулась на прежний уровень на высоту около 1 400 м над ур.м. и практически вновь исчезла на южном склоне. По-видимому, такое потепление вызвало сокращение нивальной зоны, что повлекло за собой подъем вверх по склону тундровой зоны. Субальпийские луга поднялись на высоту около 2 000 м над ур.м. Наличие в разрезе Сесерлиг-1 двух датированных гумусовых горизонтов, нижний из которых (90-120 см) формировался, судя по имеющейся радиоуглеродной дате, около 4,1 тыс. л.н., а верхний (58-62 см) - около 2,7 тыс. л.н. (см. табл. 1), позволило проследить направленность изменений природно-климатических условий в южной части Центрально-Тувинской котловины, а также сдвиг вертикальных поясов Уюкского хребта Западного Саяна в разные временные отрезки суббореального периода (см. рис. 1).В результате проведенных исследований зафиксирован теплый умеренно влажный период формирования нижнего горизонта (90-120 см), характеризующегося фульватно-гуматным типом органо-минеральных взаимодействий и близким к 1,0 соотношением водорода и углерода в гуминовых кислотах (см. табл. 2). В это время природная обстановка соответствовала условиям южной лесостепи (см. рис. 1): почвообразование здесь в этот период, скорее всего, протекало по черноземному типу в умеренно теплых и умеренно влажных условиях. Выше охарактеризованной толщи, практически между двумя датированными гумусовыми горизонтами палеопочв этого разреза (глубина 62-83 см), фиксируется зона педогенеза, формирование которой происходило при чередовании степных и лесных условий, связанных с колебаниями тепла и влаги на данной территории (см. рис. 1). Лесной пояс, находящийся в непосредственной близости в современное время, в середине суббореального периода оказывал еще большее влияние на участок, в пределах которого происходило формирование разреза Сесерлиг-1. Вышележащий гумусовый горизонт (58-62 см), датированный возрастом около 2,7 тыс. лет, судя по возросшему содержанию гуминовых кислот до 44% и относительно более низкому содержанию фульвокислот (24%), а также соотношению основных элементов в составе гуминовых кислот (Н:С = 0,83) формировался в теплых умеренно засушливых степных условиях, близких современным (см. рис. 1). Наличие торфяного горизонта (датированного по гуминовым кислотам временем 2 490±45 л.н.) в разрезе Улуг-Хондергей-2, расположенного в Хемчекской котловине, по соотношению водорода и углерода в элементном составе гуминовых кислот, незначительно превышающих 1,0 (Н:С-1,05), свидетельствует о существовании умеренно теплых и влажных условий. Изменение увлажненности климата в это же время отмечалось и другими авторами [2; 6. C. 146-174]. Оно проявилось в катастрофическом подъеме воды и, как следствие, разливе рек, оставившем свидетельство в береговых отложениях в виде торфяных или оторфованных прослоев, как отмечал А.Ф. Ямских [2], что и наблюдалось в разрезе береговых обнажений старого русла р. Улуг-Хондергей. Результаты, характеризующие период около 700 л.н. (680±90 л.н.), полученные на основании изучения состава гумуса отложений разреза Биче-Басэс (см. табл. 2), фиксируют переход от более теплых к относительно более холодным условиям, что позволяет предположить наличие теплого периода перед началом малой ледниковой эпохи. Изменение характеристик внутри рассматриваемого горизонта свидетельствует об уменьшении теплообеспеченности, увеличении влагообеспеченности и смене типа гумуса с гуматно-фульватного на фульватный. Соотношение основных элементов в гуминовых кислотах не противоречит этому выводу. Спустя всего 70-80 лет (в период 605±55 л.н.) почвообразование в другом районе Центрально-Тувинской котловины - в долине р. Ондум - протекало в теплых условиях сухой степи, о чем свидетельствуют гуматный состав гумуса (СГК:СФК - 1,32-1,64) и узкое соотношение водорода и углерода в гуминовых кислотах (0,88-0,91). Таким образом, изучение гумуса почв и палопочв и отложений дало возможность последить направленность изменения палеоприродной среды.Поскольку не все периоды голоцена были охвачены палеопочвенными исследованиями, дополнительно были проведены обобщение и сопоставление с полученными данными материалов изучения споро-пыльцевых спектров, имеющихся в литературе (табл. 3). Реконструкции, проведенные этими методами, были сведены в единую схему изменения природной среды на территории Центрально-Тувинской котловины в голоцене (см. рис. 1). По данным споро-пыльцевого анализа Н.Н. Михайлова и др. [6. C. 146-174], бореальный период на территории Центральной Тувы характеризуется сухими степями с полынями и эфедрой. Однако в наиболее благоприятных для произрастания лесов экологических условиях также встречались лесные массивы, которые имели фрагментарный характер (табл. 3). Их угнетение произошло в начале атлантического периода (At1) в результате снижения уровня увлажнения и значительного потепления климата. На территории Улуг-Хемской котловины на высоте 1 300 м над ур.м. в одном из горизонтов разреза Хондергей (р. 87033), соотносимых по радиоуглероду со временем 7 330±60 л.н., специфика споро-пыльцевых спектров соответствовала опустыненным степям и полупустыням (табл. 3, рис. 1).В середине атлантического периода (At2) в котловинах и на солярных склонах Центральной Тувы широкое распространение получили степные формации. Одновременно с ними развивались березняки в наиболее экологически пригодных для них местах. В восточных и западных районах региона в этот период, по-видимому, было умеренно сухо [5. С. 86-90; 6. C. 146-174]. М.И. Дергачева, К.О. ОчурТ а б л и ц а 3Объекты исследования споро-пыльцевых спектров [6. C. 146-174]РазрезВысота, м над ур.м.Глубина, мСоотнесение объектов с периодами голоцена и даты по 14С, л.н.Преобладающий тип растительности№ точки на схеме (см. рис. 1)870331 3001,15-1,25Бореал-3Сухие степи11,0-1,157330±80Угнетение лесной растительности20,47-1,0АтлантикаСухие степи30,37-0,47Атлантика, суббореал-1Степи, полупустыни-0,17-0,372 800±80«Оживление» лесной растительности40,17-0,07Субатлантика-1Сухие и настоящие степи50-0,07Субатлантика-2, 3Кедрово-лиственничные леса и настоящие степи-880789003,5-3,67Атлантика-2Сухие степи62,8-3,52,25-2,85 280±110Березовые леса, степи локализуются в котловинах71,8-2,25Суббореал-1Сухие степи и горные степи81,4-1,8Суббореал-2«Раздвигание» лесного пояса, степи только в котловине91,25-1,4Суббореал-2Незначительное расширение степного пояса100,6-1,25Субатлантика-1Восстановление лесной растительности110,1-0,6Субатлантика-2Сухие степи и горные степи120-0,1Субатлантика-3Развитие лиственничных лесов, степи только в котловине-870311 8150,77-0,80Суббореал-1Субальпийские остепненные луга; субальпийское кедровое редколесье130,72-0,770,67-0,770,47-0,673 630 ±60Кедрово-лиственничное редколесье140,12-0,471 130 ±40Кедровые леса и редколесье150,05-0,12Субатлантика-2Субальпийские остепненные луга160-0,05Субатлантика-3Субальпийское кедрово- лиственничное редколесье-870371 9000,65-0,90Субатлантика-1Кедрово-лиственничные леса170,35-0,65Субатлантика-2Кратковременное угнетение древесной растительности180,17-0,35Субатлантика-3Кедрово-лиственничные леса19860051 1250,44-0,551 070±70Сухие степи и долинные леса с березой20В конце атлантического периода (At3) бореальные леса несколько сузили сухостепные территории в юго-восточной части Улуг-Хемской котловины, о чем свидетельствует анализ споро-пыльцевых спектров, который позволил авторам [6. C. 146-174] выявить увеличение доли хвойных пород на более низких гипсометрических уровнях (см. табл. 3). В период около 5,3 тыс. л.н. степные ценозы, вероятнее всего, находились только в котловинах, причем они формировались в условиях теплого и умеренно влажного климата, что зафиксировано в разрезе 88078 на высоте около 900 м над ур.м.Ранний суббореал (Sb1) на территории Тувы отличался сильной аридизацией климата, которая охватывала обширные пространства и вновь привела к угнетению древесной растительности. В такие периоды увеличивалась площадь распространения сухих и опустыненных степей, которые занимали не только котловины, но и прилегающие к ним склоны. Согласно Н.Н. Михайлову и др. [6. C. 146-174], эта фаза развития природной среды голоцена определяется как холодная и сухая. В середине суббореального периода (Sb2) на территории Тувы отмечаются изменение климатических условий в сторону увлажнения, максимальное развитие лесной формации и локализация степей в котловинах (табл. 3).Территория Центральной Тувы в позднем суббореале (Sb3), по данным палинологических исследований [6. C. 146-174], характеризуется умеренно-влажными условиями среды и чередованием степных и лесных природных обстановок. Так же, как и по палеопочвенным данным (разрез Сесерлиг-1), происходило чередование степных и лесных биоклиматических условий. Последовательно наблюдались незначительное расширение степного типа растительности и одновременное сокращение лесного пояса, затем уменьшение распространенности сухих и настоящих степей и оживление лесной растительности, которое зафиксировано по споро-пыльцевым характеристикам в период 2 800 ± 80 л.н. в долине р. Улуг-Хондергей, правого притока р. Хемчик (см. табл. 3).В течение раннего и среднего субатлантического периода (Sa1 и Sa2) происходили неоднократные колебания влагообеспеченности на многих территориях Евразии [8. С. 8-15]. По данным Н.Н. Михайлова и др. [6. C. 146-174], в западной части Хемчикской котловины возле оз. Мешкен-Куль споро-пыльцевой комплекс отложений среднесубатлантического (Sa2) периода (1 070 ± 70 л.н.) отвечает низкому уровню влагообеспеченности, соответствующему условиям сухих степей.В то же время на территории болотного массива, находящегося на высоте 1 900 м, отмечалась интенсификация заболачивания долины р. Улуг-Хондергей.На территории Центральной Тувы достаточно ярко проявилось похолодание конца субатлантического периода (Sa3), характеризующееся сильной аридизацией климата. Этот этап представляет собой «малую ледниковуюэпоху» и, по мнению Н.Н. Михайлова и др. [6. C. 146-174], приходится на XVI-XIX вв. н.э.Датированные возрастом 350 ± 60 лет и 100 л.н. отложения, рассмотренные в работе Н.Н. Михайлова и др. [6. C. 146-174], характеризуют вторую, более продолжительную аридную эпоху. Изменения природных условий в этот период были относительно глубокими, распространялись, по мнению этих авторов, на всю территорию Тувы и сопровождались широким развитием степной растительности от котловин до высокогорного пояса.Данные споро-пыльцевого анализа позволили Н.Н. Михайлову и др. [6. C. 146-174] отметить, что в течение всего голоцена в межгорных впадинах Тувы господствовали степные ценозы, менялись только типы степей, причем котловины были тем центром, из которого в периоды аридизации климата растительность распространялась в горные районы, вытесняя леса или остепняя их травянистый ярус. Авторы подчеркивают, что на изменение экологических условий реагирует прежде всего лесная растительность на верхней границе леса, тогда как растительность среднего пояса менее подвержена влиянию меняющихся условий, поскольку даже в пыльцевых спектрах холодных климатических фаз присутствуют древесные породы, достаточно требовательные к условиям местообитания. Они также считают, что процессы смены растительности сообществ во впадинах и горах протекают не всегда одновременно, т.е. максимум холода в горах и максимум сухости в котловинах могут не совпадать по времени [6. C. 146-174]. Учитывая датированные и не датированные объекты (табл. 3), авторы в эволюционном развитии биоценозов за последние 8,5 тыс. лет выделили 5 теплых (атлантика-1 и 3, суббореал-2, субатлантика-1 и 3) и 4 холодных (атлантика-2, суббореал-1 и 3, субатлантика-2) этапа. К влажным этапам были отнесены 4 периода: атлантика-2, атлантика-3, субатлантика-1 и суббореал-3; 5 периодов охарактеризованы как более сухие: атлантика-1, суббореал-1, суббореал-2, а также субатлантика-2 и субатлантика-3. В этой работе также было подчеркнуто, что на территории Тувы более ярко проявились похолодания суббореала-1 и субатлантики-2, характеризующиеся сильной аридизацией климата на обширных пространствах и угнетением растительности, особенно древесной, и предположено, что такие холодные и сухие фазы сказались на растительном покрове сильнее, чем холодные и влажные, и, таким образом, влажность была выделена как главенствующий фактор в развитии растительности данного региона. Таким образом, реконструкция отдельных этапов развития природной среды голоцена педогумусовым и споро-пыльцевым методами не противоречат друг другу, а ложатся в единую логическую схему ее изменения за последние 10 тыс. лет. Приведенное выше обобщение позволило предложить рабочую схему изменения природной среды в голоцене на территории Центральной Тувы, которая представлена на рис. 1. Авторы считают эту схему рабочей, поскольку со временем она может претерпеть определенные изменения в связи с расширением географического охвата территории. В то же время она может служить основой для обобщения разнообразных данных, характеризующих палеоприродную среду этого периода палеогеографической истории Тувы.ЗаключениеСогласно реконструкции условий формирования конкретных горизонтов, соответствующих потеплениям и похолоданиям климата, педогумусовым методом, а также имеющимся в литературе данным по споро-пыльцевым спектрам отложений разного голоценового возраста [5. С. 86-90; 6. C. 146-174] предложена наиболее подробная на данный момент схема изменения условий почвообразования в Центрально-Тувинской котловине. Выявлено, что в течение голоцена почвообразование в периоды потеплений протекало в степных условиях, в относительные похолодания - лесостепных и таежных. Полученные нами данные по характеристике гумуса палеопочв и отложений, а также литературные данные по споро-пыльцевому анализу не противоречат друг другу и фиксируют общую направленность изменения природной среды в сторону похолодания и относительного усиления аридизации, на фоне которых происходили колебательные изменения теплообеспеченности и увлажненности.

Скачать электронную версию публикации