История растительности бассейна озера Ильчир (Восточный Саян) за последние 8500 лет
Результаты палинологического анализа донных отложений озера Ильчир стали основой реконструкции растительности и климата в котловине и бассейне озера, понимания процесса развития природной среды района в среднем-позднем голоцене. Высокое временное разрешение и надежная возрастная модель новой палинологической записи являются уникальными для Восточного Саяна, позволяя проводить внутри- и межрегиональные корреляции изменений природной среды для понимания возможных причин палеоэкологических сдвигов.
Vegetation history in the Lake Ilchir basin (East Sayan Mountains) for the last 8500 years.pdf Введение Саяны - крупная горная система, занимающая обширные территории Южной Сибири и части Северной Монголии; они простираются на восток до озера Байкал, а на западе их продолжением является Алтай. Район исследования приурочен к Ильчир-скому грабену на границе Окинского плато и Тун-кинских Гольцов (рис. 1). Фундамент озерного водосбора слагают докайнозойские метаморфические и неогеновые вулканические породы, частично перекрытые ледниковыми отложениями позднего плейстоцена [Mackay et al., 2012]. Ильчирский грабен со всех сторон окружен высокими хребтами, что обусловливает особый тип климатического режима [New et al., 2002]. Климат характеризуется средней июльской температурой +11 °C и средней январской температурой -26 °C. Минимальные температуры часто опускаются ниже 40 °C, а максимальные летние температуры могут превышать 25 °C. Среднегодовая температура не превышает -6,6 °С. Среднегодовое количество осадков составляет около 400 мм, из которых только 10 % выпадает в холодное время года с октября по март. Поверхностные воды озера Ильчир могут прогреваться до +15 °C в июле. С октября по июнь озеро покрыто льдом [Bondarenko et al., 2002]. Современная растительность в горах Восточного Саяна имеет четкое высотное зонирование. Пихта © Волчатова Е.В., Безрукова Е.В., Кулагина Н.В., Кербер Е.В., Решетова С.А., Щетников А. А., Филинов И. А., 2021 D0I: 10.17223/25421379/18/4 Abies sibirica Ledeb., ель Picea obovata Ledeb. и сосна сибирская Pinus sibirica Du Tour доминируют на высотах ниже 1 000 м над ур. м. Сосна сибирская и лиственница Larix sibirica Ledeb. преобладают в интервале высот 1 000 и 1 800-2 000 м. Кустарники, в том числе виды кустарниковой березки Betula sect. Nanae L., ольхи кустарниковой Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar и Ericales, распространены в нижнем ярусе темнохвойных лесов и в субальпийском поясе над линией деревьев. Леса из сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. занимают более теплые и сухие места обитания в восточной части Саян на низких высотных уровнях и на предгорных равнинах. В растительности котловины озера Ильчир преобладают редкие лиственницы с подлеском из кустарниковой березки, наземным покровом из лишайников рода Cladonia Hill ex P. Browne и мхов рода Sphagnum L. Участки мохово-лишайниковой тундры чередуются с пятнами осоково-злаковых и кобрезиевых Kobresia myosuroides (Vill.) Fiori, Minuartia arctica (Steven ex Ser.) Graevn., Carex ledebouriana (C.A. Mey. ex Trev. Worosch., С. Rupestris All.) травян^хх лугов в понижениях рельефа. На плоских склонах южной экспозиции можно встретить луговины из Valeriana capi-tata Pall. ex Link, Trollius asiaticus L., Allium schoe-noprasum L., Primula nivalis Pall. В прибрежной части озера растут макрофиты, в том числе виды рода Carex L. и Potamogeton spp. [Холбоева, 2011; Mackay et al., 2012]. Материалы и методы исследования Донные отложения озера Ильчир были пробурены в 2013 г., длина керна составила 132 см. Палинологический анализ. Керн был опробован в лабораторных условиях Института геохимии СО РАН (г. Иркутск). Для целей палинологического анализа был опробован каждый второй сантиметр, что в сумме составило 67 образцов. Для экстракции пыльцы и спор в лабораторных условиях образец естественной влажности подвергался стандартной процедуре обработки [Berglund, Ralska-Jasiewiczowa, 1986], этапах которой заключались в следующем: до начала обработки каждый образец объемом в 1,5 г влажного осадка помещали в стеклянный стакан и добавляли несколько капель разбавленной соляной кислоты (HCl) для обнаружения карбоната кальция. Этот этап показал, что образцы из донн^хх отложений озера Ильчир не содержат такового, поэтому далее применялась следующая процедура. Осадок отмывали 2-3-разовым центрифугированием, затем добавляли 10 %-й гидроксид калия (K0H) и помещали стакан^! на 10-15 мин в водяную баню с температурой 80 °С. На этом этапе происходила дезагрегация матрицы осадка и растворение гуминовых кислот. Далее остывшую смесь растворенного в K0H осадка пропускали через сито с ячеей 120 мкм, при этом пыльцевые зерна и споры проходили через сито. Суспензия, прошедшая через сито, собиралась в полипропиленовые центрифужные пробирки, промывалась трехкратным центрифугирования на скорости около 3 000 об./мин на протяжении 3 мин. Затем проходила обработка 40 %-й плавиковой кислотой (HF) в электрической водяной бане 45 мин - 4 ч при температуре 80 °С в зависимости от того, когда на дне пробирок не останется твердой фракции. После остывания проводили центрифугирование с добавлением слабого раствора соды до нейтральной реакции лакмуса. Конечный осадок переносился в 5-миллиметровые пластиковые пробирки. Безводный глицерин использовали для хранения образцов и подготовки предметных стекол. Пыльцу и споры идентифицировали при увеличении x400, x600 и x1 000 с помощью опубликованн^1х определителей пыльцы и атласов [Куприянова, Алешина, 1978; Бобров и др., 1983; Moore et al., 1991]. В качестве современных или субрецентных спо-рово-пыльцевых спектров (СПС) мы рассматриваем пять спектров, полученных из илов у уреза воды в озере (см. рис. 1). Их состав приведен на рис. 2. Рис. 1. Местонахождение озера Ильчир А - общее положение озера в горах Восточного Саяна; B - котловина озера с впадающими в него безымянными постоянными водотоками; красными треугольниками отмечены точки отбора поверхностных проб в прибрежной полосе озера Fig. 1. Location of Lake Ilchir A - general position of Lake Ilchir in the East Sayan mountains; B - the Lake Ilchir basin with a streams flowing into it; red triangles mark points of surface pollen samples Процентное соотношение индивидуальных пыльцевых таксонов во всех СПС рассчитывалось от суммы всех пыльцевых зерен, исключая споры папоротников и мхов. Процентное содержание зерен споровых растений было определено от суммы всех подсчитанных в каждом образце зерен пыльцы и спор. Одновременно в этих же препаратах проводился и подсчет общего количества частиц угля. Подсчет микрочастиц углей полезен в любом случае, поскольку позволяет косвенно судить о возникновении или отсутствии пожарных явлений в исследуемом регионе/районе, независимо от размеров бассейна озера. При этом мы не рассчитывали частоту пожарных явлений, их интенсивность, близость к береговой линии озера, потому что не применяли специальную методику выделения микрочастиц углей, а считали их на пыльцевых слайдах. Такая практика является обычной в палеогеографических исследованиях для получения дополнительной информации [Conedera et al., 2009]. На пыльцевых слайдах нами были определены и устьица хвойных древесных растений, нахождение которых является полезным методом для реконструкции истории растительности [Macdonald, 2002]. Устьица или стоматы хвойных деревьев указывают на близость исходных деревьев, например, к линии озера и играют важную роль в изучении растительности и восстановлении миграций границ древесной растительности в горных районах [Pisaric et al., 2001]. В описании пыльцевых зон приводятся средние значения обилия господствующих таксонов пыльцы. Программное обеспечение Tilia/Tilia-Graph/TGView [Grimm, 2011] использовалось для расчета процентного соотношения пыльцевых таксонов, построения диаграмм и выделения локальных пыльцевых зон. Поскольку на происхождение, распространение и захоронение непыльцевых палиноморф - НПП (микрочастицы углей, стоматы, водоросли) могут влиять совершенно разные наборы экологических переменных, то, согласно рекомендациям [Chevalier et al., 2020], мы не включали сумму НПП для расчета их относительного обилия, а показали их абсолютные значения на пыльцевых слайдах. Хронологический контроль. Возраст отложений в керне определен методом радиоуглеродного датирования с применением ускорительной масс-спектрометрии (УМС 14С) в Познаньской радиоуглеродной лаборатории (Польша) и в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН). Дату, полученную в ИЯФ СО РАН, следует рассматривать как экспериментальную, так как на данный момент лаборатория не сертифицирована. Однако значение даты логично встраивается между имеющимися датами из сертифицированной лаборатории. Всего получено пять дат, измеренные и калиброванные значения которых приведены в таблице. Измеренные значения 14С возраста откалиброваны с использованием пакета программ OxCal v4.3 [Bronk Ramsey, 1995] и калибровочной кривой IntCal13 [Reimer et al., 2013]. Далее все значения возраста приводятся в калиброванном летоисчислении (лет назад до настоящего времени = л. н.). Рис. 2. Состав спорово-пыльцевых спектров из верхнего слоя ила у уреза воды в озере Ильчир В группе общего состава СПС лиловым цветом выделена п^1льца древесн^1х растений, желт^1м - кустарников, зелен^1м -наземн^1х трав. Относительное обилие спор не превышает 1,5 %, поэтому на диаграмме они почти не видн^1. Обилие микрочастиц углей, стомат, клеток водорослей Pediastrum Meyen приведены в абсолютном количестве на пыльцевом слайде Fig. 2. Composition of spore-pollen spectra from the uppermost silt layer at the water edge in Lake Ilchir In the general SPS composition section, lilac is the pollen of arboreal plants, yellow corresponds shrubs, green color means on-land herbs pollen. The relative abundance of spores does not exceed 1,5 %, so they are almost invisible on the diagram. The abundance of the charcoal microparticles, stomata, and Pediastrum Meyen algae cells are shown in absolute numbers met on the pollen slide Пыльцевые индексы. Используя полученную палинологическую запись, мы рассчитали некоторые пыльцевые индексы, характеризующие изменение климата исследуемого района. Так, соотношение пыльцы темнохвойных и светлохвойных древесных растений, имеющих различные требования к эколо-го-эдафическим и климатическим факторам [Коро-пачинский, Встовская, 2002], может служить качественным показателем относительной изменчивости континентальности климата (относительного увлажнения и контрастности средних температур летнего и зимнего сезонов). В группу пыльцы светлохвойных древесных включена пыльца Pinus sylvestris L. и Larix sibirica Ledeb., а в группу пыльц^1 темнохвойн^хх древесных - пыльца Pinus sibirica Du Tour, Abies sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb. Отношение суммы пыльцы древесных растений (arboreal pollen, AP) к сумме пыльце кустарников и трав (Non Arboreal Pollen, NAP) характеризует относительную лесопокры-тость территории. Индекс степь/лес (Steppe-Forest Index) отражает взаимоотношение между лесными и степными таксонами - индикаторами изменения уровня общего увлажнения [Traverse, 2007]. Повышенные значения SFI соотносятся с повышенной за-сушливостью/аридностью климата и наоборот. При построении графика «Изменение избранн^хх палинологических индексов природной среды бассейна озера Ильчир» использован^! значения соответствующих пыльцевых таксонов, подсчитанные при анализе (рис. 4). Нелинейн^хе характеристики, полученн^хе в результате подсчета пыльцы и спор в образцах, особенно пики на глубине 80 и 43 см в керне, были аппроксимированы с применением полинома третьей степени, чтобы сгладить вариации обилия пыльцы ветроопыляемых растений и упростить понимание изменения рассчитанн^хх индексов. Результаты Хронология. Результаты датирования показали, что возраст отложений в основании керна из озера Ильчир составляет около 8 500 лет. Возраст верхнего слоя (5,5 см) оказался равным 2 190 лет. УМС 14C даты и их калиброванные значения для образцов из отложений керна из озера Ильчир AMS 14C dates and their calibrated values for samples from sedimentary core from Lake Ilchir Лаб. номер Глубина в керне, см 14С значение Калиброванное значение Poz-106390 5-6 2 190±30 2219±63 BINP_NSU_1420 27-28 3 134±54 3 311±90 Poz-106392 60-61 3 935 ±35 4415±80 Poz-106393 91-92 4 740 ± 35 5 530 ± 74 Poz-106394 129-130 7550±40 8373±119 Расчетный возраст в модели 132 - 8 490 Отражение локальной растительности котловины озера Ильчир в современн^1х п^гльцев^гх спектрах. Локальная растительность котловины озера представлена редкими островками лиственницы, зарослями кустарниковой березки. Наземный покров на северных склонах котловины сформирован вересковыми кустарничками, лишайниками и сфагновыми мхами. В прибрежной части озера преобладают осоки и злаки, а на склонах южной экспозиции - представители травянистых растений, принадлежащих к лугово-степным сообществам - рода полыни Artemisia L., семейства маревых Chenopodiaceae, лютиковых Ranunculaceae, гвоздичных Caryophyllaceae, сложноцветных Asterace-ae, гречишных Polygonaceae, бобовых Fabaceae, камнеломковых Saxifragaceae. Известно, что пыльца лиственницы слабо представлена в поверхностных (современных) пыльцевых спектрах [Brubaker et al., 2005; Lisitsyna et al., 2011; Klemm et al., 2013]. В современн^хх СПС, взят^хх из илов у уреза воды в озере, среднее значение обилия пыльцы лиственницы составляет 4 % (см. рис. 2), формируя локальный компонент пыльцевого дождя. Это значение мы принимаем за пороговое, указывающее на ее произрастание в котловине озера Ильчир в виде островков или лент, как в настоящее время (рис. 4). Пыльца пихты и ели также не разносится на значительные расстояния, и большая ее часть оседает у стены продуцирующих их древостоев [Liu et al., 1999; Bezrukova et al., 2005]. В составе современной растительности вокруг озера Ильчир пихта и ель не произрастают, а в современных СПС среднее значение п^1льцы пихт^1 составляет 0,3 %, а ели - 1,3 % (рис. 3). Следовательно, в современных СПС района исследования эти значения связаны с разреженной растительностью локального ландшафта и отражают региональный компонент пыльцевого дождя. Известно, что поверхностные СПС открытых ландшафтов, таких как лесотундра, тундра, степь содержат пыльцевые зерна из внерегиональных источников [Seppa et al., 2004]. Особенно много в СПС из открытых ландшафтов пыльцы ветроопыляемых древесных растений, таких как сосна сибирская и обыкновенная и береза древовидная [Безрукова, 1999]. В котловине озера Ильчир в настоящее время этих древесных таксонов нет. В СПС из поверхностных образцов значения пыльцы этих древесных составляют 9,35 и 2 % соответственно (см. рис. 2). Следовательно, пыльца обеих сосен и березы также может быть отнесена к заносному компоненту СПС. Значения обилия в современных СПС пыльцы большей части кустарниковых и травянистых таксонов в общем верно отражает современное распространение этих растений в котловине озера Ильчир. Присутствие в поверхностных отложениях устьиц лиственницы характеризует ее присутствие вблизи береговой линии озера. Палиностратиграфия. Результат^! п^хльцевого анализа донных отложений озера Ильчир суммирова- Рис. 3. Спорово-пыльцевая диаграмма донных отложений озера Ильчир В шкале общего состава СПС лиловый цвет - п^1льца древесн^1х растений, желт^1й - кустарников, зелен^1й - наземн^1х трав, белый - споры папоротникообразн^1х, сфагновых и зелен^1х мхов Fig. 3. Spore-pollen diagram of bottom sediments of Lake Ilchir In the general SPS composition section, lilac is the pollen of arboreal plants, yellow corresponds shrubs, green color means on-land herbs pollen, white refers to spores of ferns, sphagnum and green mosses Рис. 4. Вид котловины озера Ильчир с запада, фото авторов Fig. 4. View of the Lake Ilchir basin from the west, photo by the authors на спорово-п^1льцевой диаграмме (рис. 3). Описание локальн^1х п^1льцев^1х зон приведено ниже. Самая нижняя зона 3 (132-98 см, ок. 8 4906 000 л.н.) включает спорово-пыльцевые спектры с максимальным содержанием пыльцы группы древесных растений (68 %), в которой преобладает пыльца сосны обыкновенной (40 %). Довольно высоко обилие пыльцы тимофеевки Phleum sp. (8 %) из семейства злаковых Poaceae (3 %), а также микрочастиц углей (116 штук/слайд). Зона 2 (98-40 см, ок. 6000-3700 л.н.) включает СПС, в которых, по сравнению с предыдущей зоной, снизилось относительное обилие пыльцы древесных (с 68 до 62 %), в основном, за счет пыльцы сосны обыкновенной (с 40 до 31 %). При этом повысилось содержание пыльцы пихты (с 5,5 до 7 %), сосны сибирской (с 19 до 23 %) и особенно лиственниц^! (с 0,1 до 0,7 %), а также устьиц ее хвои (с 0 до 2 штук/слайд). Количество микрочастиц угля снизилось (со 116 до 72 штук/слайд). В СПС зоны 1 (верхние 40 см керна, последние примерно 3 700 лет) по сравнению с предыдущей зоной еще больше снижается содержание пыльцы древесных (с 62 до 56 %) и повышается - пыльцы кустарников (с 3,5 до 14 %) и травянистых растений (с 23 до 27 %). В группе древесных стало больше пыльцы сосны обыкновенной (с 31 до до 38 %), березки кустарниковой (с 3 до 6 %), ели (с 0,2 до 1,9 %). Продолжается снижение обилия микрочастиц угля (с 72 до 18 штук/слайд). Обсуждение результатов и интерпретация пыльцевой записи По мере уточнения знаний о геологических процессах, становится все более очевидным, что существуют значительные различия между последовательностью событий на разных континентах и даже между различными регионами внутри континентов, как и океанах. Для установления терминологии, необходимой для однозначной коммуникации, для понимания места регионального события в его мировой шкале и причин, его вызывавших, требуется связная и глобально применимая хроностратиграфическая структура, в том числе структура голоцена. Такая структура для голоцена была одобрена Международной комиссией по стратиграфии (ICS) и ратифицирована в 2018 г. исполнительным комитетом Международного союза геологических наук (IUGS), куда входит и Россия. Для соответствия международному уровню хроностратиграфи-ческих исследований и проведения соответствующих корреляций следует правильно размещать выявляемые региональные события в масштабах глобальных стра-тотипов и пытаться понять причины возникновения региональных событий. Полученная нами первая детальная пыльцевая запись из озера Ильчир позволяет реконструировать историю растительности и природно-климатических условий водосборного бассейна озера за последние почти 8 500 лет. Согласно новому формальному подразделению голоценовой эпохи [Walker et al., 2019], последние 8 500 лет включают в себя финал гренландской эпохи (the Greenlandian), а также северо-гриппианскую (the Northgrippian) и мегалайскую (the Meghalayan) эпохи. Для высокогорий Восточного Саяна (как и Алтая) сравнение региональных палеогеографических событий с глобальн^1ми стратотипами из Северо-Атлантического региона выглядит уместным, если учесть, что климат юга Сибири формируется под решающим воздействием генерального западного атмосферного переноса из Северо-Атлантического региона [Wassenburg et al., 2016]. Термин^! гренландский, северо-гриппианский и мегалай-ский ярус/эпоха б^1ли предложен^! для обозначения трех давно используемых международным сообществом подразделений, которые аналогичны ранней, средней и поздней эпохам соответственно. Состав СПС, повышенные значения AP/NAP и пониженные - SFI свидетельствуют о значительном участии лесной растительности в бассейне озера Ильчир в финале гренландской эпохи и в первой половине северо-гриппианской эпохи, ок. 8 4906 000 л. н., что видно на рис. 5. Согласно нашей записи, для этого времени было характерно самое широкое развитие в лесном поясе Восточного Саяна кедровых лесов с участием пихты, лиственниц^!, сосн^! и березы. Широкое распространение сосен в горах, ниже озера Ильчир, ок. 8 4906 000 л. н. хорошо согласуется с их распространением в это время в горах Восточного Саяна, Алтая [Blyakharchuk et al., 2007; Mackay et al., 2012; Bezruko-va et al., 2016]. Повышенное содержание п^!льц^! сосны обыкновенной в СПС зоны 3 (40 %), сосны сибирской (в среднем 20 %), пихты (5,5 %) по сравнению с их содержанием в поверхностн^!х СПС (35, 9 и 0,3 % соответственно) предполагает более высокое, чем сегодня, положение верхней границы леса и ее приближение к бассейну озера Ильчир. Повышенное обилие микрочастиц углей в эту эпоху может служить косвенным подтверждением более густого растительного покрова в котловине и (или) в бассейне озера и (или) активной эрозии в бассейне озера. Однако относительно низкая средняя скорость аккумуляции отложений (рис. 5) позволяет предполагать, что основной причиной поступления микрочастиц углей могли быть региональные пожарные явления. Плотный растительный покров мог продуцировать подходящую для горения биомассу. Локальная растительность была представлена разнотравно-злаковыми луговыми группировками (возможно, как и сегодня тимофеевкой луговой) с небольшими островками древесной растительности из лиственницы и, возможно, пихты, хотя отсутствие в отложениях их устьиц предполагает произрастание деревьев довольно далеко от берега озера. Вероятно, в котловине климат был умеренно-холодный с недостаточным увлажнением. Скорее всего, значительно более высокий, чем современный, уровень летней инсоляции (см. рис. 5) приводил к высокому испарению с поверхности почв в котловине озера, затрудняя распространение в ней древесных. Ранний период развития природной среды бассейна озера Ильчир ок. 8 490-6 000 л. н. совпадает с максимальным за последние 8 500 лет поступлением летней инсоляции на широту Восточного Саяна (рис. 5) и активным западным переносом атмосферной влаги с Атлантического океана [Zhang et al., 2020], что могло приводить к глубокому протаиванию многолетней мерзлоты в горах, поддерживая почвенное увлажнение, благоприятное для лесной растительности. Во второй половине северо-гриппианской и первой половине мегалайской эпохи (рис. 5), 6 0503 700 л. н., климат бассейна озера Ильчир характеризовался более теплыми, чем современные, зимними сезонами и высоким снежным покровом, который не позволял промерзать почвам и поддерживал развитие пихты. Однако обилие пыльцы лиственницы и клеток устьиц ее хвои в отложениях этого времени (см. рис. 3) предполагает постепенное усиление роли лиственницы в составе локальной растительности склонов котловин^! озера и (или) ее приближение к береговой линии озера. Лиственница известна как древесная порода, которая хорошо приспособлена к существованию в холодном и недостаточно влажном климате [Щербаков, 1962]. Расширение площадей лиственницы в бассейне озера Ильчир ок. 6 000-3 700 л. н. может означать, что климатические условия этого времени стали более благоприятными для повышения конкурентной способности лиственниц^!, т.е. климат постепенно становился резко континентальным, более холодным. Похолодание, обусловленное снижением уровня летней инсоляции, вероятно, привело к формированию близко залегающего к поверхности слоя мно-голетнемерзлых пород, что очень неблагоприятно для пихт^1 [Епова, 1960]. П^хльцевые индексы также свидетельствуют о развитии более изреженной, чем в предыдущий этап, древесной растительности. Постоянное присутствие вокруг озера злаковых ассоциаций, большая часть пыльцы которых морфологически идентична пыльце рода Phleum L. [Moore et al., 1991], подтверждает вывод о довольно высоком почвенном увлажнении в прибрежной зоне озера Ильчир. Рис. 5. Изменение избранных палинологических индексов природной среды бассейна озера Ильчир Рассчитаны из представленной в статье пыльцевой записи в сравнении с поступлением летнего тепла на широту Восточного Сая-на согласно [Berger, Loutre, 1991]. Пунктирн^1е линии в шкалах AP/NAP, Темн/Светл и SFI - полиноминальная аппроксимация данных (полином 5-й степени). САО - средняя скорость аккумуляции отложений между датированными уровнями, см/год Fig. 5. Changes in the selected palynological indices of the natural environment of the Lake Ilchir catchment Calculated on the pollen record presented in the article in comparison with the summer insolation values to the latitude of the Eastern Sayan, according to [Berger, Loutre, 1991]. Dashed lines in AP/NAP, Dark/Light and SFI scales - polynomial approximation of the data (51:h degree polynom). САО - average sediment accumulation rate (SAR) between the AMS14C dated levels, cm/year Состав СПС, формировавшихся в мегалайскую эпоху голоцена, в последние примерно 3 700 лет (см. рис. 3), предполагает продолжающееся повышение континентальности климата, снижение среднегодовой суммы атмосферных осадков, особенно в виде снега, который ранее предотвращал глубокое промерзание почв. Такие условия привели к почти полному исчезновению пихты в бассейне озера Ильчир и расширению площадей ели, а также тундровых группировок из кустарниковой березки и заболоченных осоковых и сфагновых группировок, хорошо приспособленных к существованию на близко залегающих многолетне-мерзл^1х породах [Bezrukova et al., 2003, 2005]. Таяние многолетней мерзлоты обеспечивало высокое почвенное увлажнение летом, что позволяло ели существовать в долинах водотоков бассейна озера Ильчир. Однако отсутствие устьиц ели и постоянное присутствие устьиц хвои лиственницы дают основание предположить, что в самой котловине озера ель не росла. Палинологические индексы свидетельствуют о постепенном сокращении лесной растительности параллельно снижению летней инсоляции, расширении степной растительности, причем этот локальный тренд соответствует ранее реконструированному расширению степной растительности на южных склонах кот-ловин^1 озера ESM-1, расположенного в нескольких км выше озера Ильчир [Mackay et al., 2012]. Взаимоотношения реконструированн^гх расти-тельн^гх сообществ с пожарами. Многочисленн^хе исследования показывают, что состав локальной/региональной растительности в значительной степени может быть взаимосвязан не только с климатом, но и с режимом пожаров на протяжении всего голоцена [Molinari et al., 2020]. В полученной нами записи микрочастиц углей представлены таковые размерностью менее 120 мкм, прошедшие через сито, применяемое в процессе подготовки образцов. Как правило, предполагается, что микрочастицы угля длиной примерно 10-200 мм могут переноситься ветром на большие расстояния от места осаждения и, следовательно, в основном отражают историю региональных пожаров [Blackford, 2000]. В донн^хх отложениях озера Ильчир (рис. 3) их самое высокое обилие характерно для периода ок. 8 490-6 000 л. н. В это же время реконструировано самое высокое положение границ^! соснах относительно бассейна озера Ильчир и локальное присутствие пихт^1, трав. Вероятно, эти растения обеспечивали биомассу для природных пожаров в самые теплые месяцы летних сезонов. В интервал времени ок. 6 000-3 700 л. н. среднее значение встречаемости микрочастиц углей на слайде снизилось со 116 фрагментов до 72. Несмотря на возросшие значения скорости аккумуляции отложений, снижение обилия микрочастиц углей могло означать сокращение доступной для огня растительной биомассы и (или) повышение влажности почв. Такое предположение согласуется с реконструированным похолоданием, активизацией многолетней мерзлоты, снижением верхней границы обеих сосен в бассейне озера Ильчир во второй половине северо-грип-пианской эпохи. Самое низкое количество микрочастиц углей характерно для последних 3 700 лет, для которых реконструировано похолодание, снижение среднегодовой суммы атмосферных осадков, верхней границы леса в регионе, развитие многолетней мерзлоты -источника высокого почвенного увлажнения, сдерживающего низовые пожары. Такой вывод поддерживается исследованиями, показывающими, что опасность пожаров, вызванных климатическими условиями, реже встречается в менее продуктивных экосистемах [Pausas, Ribeiro, 2013]. В нашем случае, вероятно, снижение биомассы растений привело к развитию менее продуктивных экосистем в бассейне озера Ильчир позднее 3 700 л. н., что в сочетании с влажными и холодным почвами могло привести к снижению частоты и интенсивности пожаров. В целом отсутствие резких изменений в составе реконструированной растительности позволяет предполагать, что в бассейне и котловине озера Ильчир природные пожары не оказывали решающего влияния на смену состава растительности. Заключение Новая палинологическая запись из донн^хх отложений озера Ильчир дает представление о палеоэкологической истории его котловины и бассейна, начиная с 8 490 л. н. Реконструкции растительности и климата за это время показывают, что климат финала гренландской и первой половины северо-гриппианской эпохи был относительно теплым и обеспечивал самое широкое развитие лесной растительности в горах Восточного Саяна. Однако в самой котловине озера преобладала травяно-кустарниковая растительность. Позднее, во второй половине северо-гриппианской и первой половине мегалайской эпохи, постепенное похолодание климата привело к отступлению верхней границы леса от озера, замещению в локальных древостоях пихты на лиственницу. Дальнейшая континентализация климата на протяжении большей части мегалайской эпохи в котловине и бассейне озера привела к исчезновению пихты, расширению площадей лугово-степной и болотной растительности в котловине на склонах разной экспозиции. Появление ели, вероятно, в долинах рек и ручьев в бассейне озера, также индицирует более холодный, чем ранее, климат. Степная растительность стала занимать хорошо прогреваемые летом склоны южной экспозиции. Сравнение полученной нами новой записи растительности и климата из высокогорной части Восточного Саяна за последние 8 490 лет с поступлением в модействия гидрологического режима озер с кли-исследуемый регион летней инсоляции в этот же матом и предоставит ценнейшую научную инфор-период времени показывает, что динамика верхней мацию для рационального использования водных границы леса в горах Восточного Саяна зависит от ресурсов. климата и контролируется, прежде всего, температурой воздуха. Исследования поддержаны Российским фондом Первые результаты палеоэкологического изуче- фундаментальн^гх исследований (гранты № 19-05ния донных отложений озера Ильчир показали их 00328, 20-05-00247), Интеграционным проектом высокий потенциал для дальнейшей работы с дон- СО РАН (№ 0341-2017-0001) и выполнены в соответными отложениями озер этого региона. Планируе- ствии с государственным заданием Института геомое еще более детальное временное разрешение химии им. А.П. Виноградова СО РАН (проект подобных записей улучшит наше понимание взаи- № 0284-2021-0003).
Ключевые слова
растительность,
климат,
голоцен,
спорово-пыльцевой анализАвторы
Волчатова Екатерина Валерьевна | Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН | аспирант, инженер-исследователь, лаборатория 24 | volchatova@igc.irk.ru |
Безрукова Елена Вячеславовна | Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН; Иркутский научный центр СО РАН | доктор географических наук, главный научный сотрудник, лаборатория 24 | bezrukova@igc.irk.ru |
Кулагина Наталья Валентиновна | Институт земной коры СО РАН; Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН | кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник | kulagina@crust.irk.ru |
Кербер Евгений Викторович | Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН | ведущий инженер, лаборатория 24 | dr.kerber@yandex.ru |
Решетова Светлана Александровна | Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН | кандидат географических наук, научный сотрудник, лаборатория 24 | srescht@mail.ru |
Щетников Александр Александрович | Институт земной коры СО РАН; Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН | кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник | shch@crust.irk.ru |
Филинов Иван Анатольевич | Институт земной коры СО РАН | кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник | filinov@crust.irk.ru |
Всего: 7
Ссылки
Wassenburg J.A., Dietrich S., Fietzke J., Fohlmeister J., Jochum K.P., Scholz D., Richter D.K., Sabaoui A., Spötl Ch., Lohmann G., Andreae M.O., Immenhauser A. Reorganization of the North Atlantic Oscillation during early Holocene deglaciation // Nature Geosciences. 2016. V. 9. P. 602-606.
Zhang D., Chen X., Li Ya., Wang W., Sun A., Yang Yu., Ran M., Feng Zh. Response of vegetation to Holocene evolution of westerlies in the Asian Central Arid Zone // Quaternary Science Reviews. 2020. V. 229. P. 106-138.
Walker M., Gibbard Ph., Head M.J., Berkelhammer M., Björck S., Cheng H., Cwynar L.C., Fisher D., Gkinis V., Long A., Lowe J., Newnham R., Rasmussen S.O., Weiss H. Formal Subdivision of the Holocene Series/Epoch: A Summary // Journal Geological Society of India. 2019. V. 93. P. 135-141.
Traverse A. Paleopalynology. Dordrecht: Springer. 2007. 813 p. ISBN 9781402056093
Seppä H., Birks H.J.B., Odland A. et al. A modern pollen-climate calibration set from northern Europe: Developing and testing a tool for palaeoclimatological reconstructions // Journal of Biogeography. 2004. V. 31. P. 251-267.
Reimer P.J., Bard E., Bayliss A., Beck J.W., Blackwell P.G., Ramsey C.B., Buck C.E., Cheng H., Edwards R.L., Friedrich M., Grootes P.M., Guilderson T.P., Haflidason H., Hajdas I., Hatté C., Heaton T.J., Hoffmann D.L., Hogg A.G., ..., Turney C.S.M., Van der Plicht J. IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0-50,000 years cal BP // Radiocarbon. 2013. V. 55. P. 1869-1887.
Pisaric M.F.J., MacDonald G.M., Cwynar L.C., Velichko A.A. Modern pollen and conifer stomates from north-central Siberian lake sediments: their use in interpreting late Quaternary fossil pollen assemblages // Arctic, Antarctic and Alpine Research. 2001. V. 34. P. 19-27.
Pausas J.G., Ribeiro E. The global fire productivity relationship // Global Ecol. Biogeogr. 2013. V. 22. P. 728-736.
New M., Lister D., Hulme M., Makin I. A high-resolution data set of surface climate over global land areas // Climate Research. 2002. V. 21. P. 1-25.
Moore P.D., Webb J.A., Collinson M.E. Pollen analysis. Second edition. Blackwell Scientific Publications. 1991. 216 p.
Molinari Ch., Carcaillet Ch., Bradshaw R.H.W., Hannon G.E., Lehsten V. Fire-vegetation interactions during the last 11,000 years in boreal and cold temperate forests of Fennoscandia // Quaternary Science Reviews. 2020. V. 241. P. 106-408.
Mackay A.W., Bezrukova E.V., Leng M.J., Meaney M., Nunes A., Piotrowska N., Self A., Shchetnikov A., Shilland E., Tarasov P., Luo Wang, White D. Aquatic ecosystem responses to Holocene climate change and biome development in boreal, central Asia // Quaternary Science Reviews. 2012. V. 41. P. 119-131.
Macdonald G.M. Conifer Stomata // Tracking Environmental Change Using Lake Sediments. Developments in Paleoenvironmental Research / J.P. Smol, H.J.B. Birks, W.M. Last, R.S. Bradley, K. Alverson. 2002. Springer, Dordrecht. V. 3. doi: 10.1007/0-306-47668-1_3.
Lisitsyna O.V., Giesecke T., Hicks S. Exploring pollen percentage threshold values as an indication for the regional presence of major European trees // Review of Palaeobotany and Palynology. 2011. V. 166. P. 311-324.
Liu H.Y., Cui H.T., Pott R., Speier M. The surface pollen of the woodland-steppe ecotone in southeastern Inner Mongolia, China // Review of Palaeobotany and Palynology. 1999. V. 105. P. 237-250.
Grimm E.C. Tilia 1.7.16 Software. Springfield, IL: Illinois State Museum. Research and Collection Center, 2011. URL:http://intra.museum.state.il.us/pub/grimm/tilia/ Klemm J., Herzschuh U., Pisaric M.F.J., Telford R.J., Heim B., Pestryakova L.A. A pollen-climate transfer function from the tundra and taiga vegetation in Arctic Siberia and its applicability to a Holocene record // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2013. V. 386. P. 702-713.
Conedera M., Tinner W., Neff Ch., Meurer M., Dickens A.F., Krebs P. Reconstructing past fire regimes: methods, applications, and relevance to fire management and conservation // Quaternary Science Reviews. 2009. V. 28. P. 555-576.
Bronk Ramsey C. Radiocarbon calibration and analysis of stratigraphy: the OxCal program // Radiocarbon. 1995. V. 37 (2). P. 425-430.
Brubaker L.B., Anderson P.M., Edwards M.E., Lozhkin A.V. Beringia as a glacial refugium for boreal trees and shrubs: new perspectives from mapped pollen data // Journal of Biogeography. 2005. V. 32. P. 833-848.
Chevalier M., Davis B.A.S., Heiri O., Seppä H., Chase B.M., Gajewski K., Lacourse T., Telford R.G., Finsinger W., Guiot J., Kühl N., Maezumi S.Y., Tipton J.R., Carter V.A., Brussel T., Phelps L.N., Dawson A., Zanon M., Vallé F., Nolan C., Mauri A., de Vernal A., Izumi K., Holmström L., Marsiceka J., Goring S., Sommer Ph.S., Chapute M., Kupriyanov D. Pollen-based climate reconstruction techniques for late Quaternary studies // Earth-Science Reviews. 2020. V. 210. P. 103-384.
Bondarenko N.A., Sheveleva N.G., Domysheva V.M. Structure of plankton communities in Ilchir, an alpine lake in Eastern Siberia // Limnology. 2002. V. 3. P. 127-133.
Blyakharchuk T.A., Wright H.E., Borodavko P.S., Van der Knaap W.O., Ammann. B. Late Glacial and Holocene vegetational history of the Altai Mountains (southwestern Tuva Republic) // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. V. 245. P. 518-534.
Blackford J.J. Charcoal fragments in surface samples following a fire and the implications for interpretation of subfossil charcoal data // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2000. V. 164 (1-4). P. 33-42.
Bezrukova E.V., Vershinin K.E., Orlova L.A., Letunova P.P., Krapivina S.M., Chepinoga V.V., Verkhozina A.V., Dudareva N.V., Abzaeva A.A. Late Holocene vegetation and climate in the East Sayan Mountains // Russian Geology and Geophysics. 2003. V. 44 (4). P. 380-384.
Bezrukova E.V., Shchetnikov A.A., Kuzmin M.I., Sharova O.G., Kulagina N.V., Letunova P.P., Ivanov E.V., Kraynov M.A., Kerber E.V., Filinov I.A., Levina O.V. First data on the environment and climate change within the Zhom-Bolok volcanic field (Eastern Sayan Mountains) in the Middle-Late Holocene // Reports Earth Sciences. 2016. V. 468. P. 527-531.
Bezrukova E.V., Abzaeva A.A., Letunova P.P., Kulagina N.V., Vershinin K.E., Belov A.V., Orplova L.A., Danko L.V. Postglacial history of Siberian spruce (Picea obovata) in the Lake Baikal area and the significance of this species as paleo-environmental indicator // Quaternary International. 2005. V. 136. P. 18-32.
Berger A.B., Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quaternary Science Reviews. 1991. V. 10. P. 297-317.
Berglund B.E., Ralska-Jasiewiczowa M. Pollen analysis and pollen diagrams // Handbook of Holocene Palaeoecology and Palaeohydrology. New York, 1986. P. 455-484.
Холбоева C.A. Структура растительного покрова Окинского плоскогорья (Восточный Саян) // Ученые записки ЗабГГПУ, 2011. № 1 (36). C. 214-216.
Щербаков И.П. Лесные ресурсы Якутии и их использование. Якутск : Кн. изд-во, 1962. 36 с.
Коропачинский И.Ю., Встовская Т.Н. Древесные растения Азиатской России. Новосибирск : Гео, 2002. 705 c.
Куприянова Л.А., Алешина Л.А. Пыльца двудольных растений флоры Европейской части СССР. Л. : Наука, 1978. 184 с.
Бобров А.Е., Куприянова Л.А., Литвинцева М.В., Тарасевич В.Ф. Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры Европейской части СССР. Л.: Наука, 1983. 208 с.
Безрукова Е.В. Палеогеография Прибайкалья в позднеледниковье и голоцене. Новосибирск : Наука, 1999. 128 с.
Епова Н.А. Опыт дробного геоботанического районирования Хамар-Дабана (южная часть Средней Сибири) // Проблемы ботаники / В.Н. Сукачев. М.; Л. : Изд-во АН СССР, 1960. С. 47-62.