Cycle of Solar activity and dynamics of the sweet formation process in Western Siberia in Holocene.pdf Введение Актуальность проблемы современного изменения климата только усиливается, а неопределенности его причин не снижаются, несмотря на колоссальный труд большого числа ученых. Отклик разных ландшафтов различен. Медленно развивающиеся последствия потепления сложно диагностируемы и предсказуемы. Региональные температурные тенденции могут быть противоположны глобальным. Все эти проблемы подтверждают высокую мировую научную значимость любого регионального палеоклиматиче-ского исследования, так как длительность инструментальных наблюдений за климатом ограничена серединой ХХ в. для большей части территории планеты. Для палеореконструкций привлекаются разнообразные природные архивы, ведутся активные поиски оптимальных базовых объектов, способов усовершенствования методов их датирования и новых высокочувствительных индикаторов гидротермического режима палеоклимата. Торфяные отложения являются одним из основных объектов для реконструкций и моделирования развития болотных, лесных ландшафтов и на этой основе изменений климата, баланса углерода и потоков вещества. Палеореконструкции, построенные на основе информации, содержащейся в торфах, могут охватывать большую часть голоцена и хорошо согласуются с реконструкциями, полученными с использованием других косвенных климатических индикаторов [Swindles et al., 2012]. Болотные ландшафты занимают и занимали на протяжении всего голоцена значительную часть территории Западной Сибири, крупнейшего в мире торфяного бассейна, что делает болотообразовательный процесс мощным средообразующим фактором в регионе. Здесь распространены болота разного типа и возраста, в том числе олиготрофные раннеголоценовые. Известно, что ведущим внешним фактором изменения природных объектов является климатический, а в течение голоцена происходили значительные долговременные и кратковременные колебания тепловлажностных условий. В каждой ландшафтной зоне возможны своя специфика и сложный опосредованный отклик на климатические события разных масштабов. Понимание и количественная оценка этого отклика являются одной из основ успешности моделирования и прогноза климатических изменений, главным образом естественных, а также влияния факторов, их регулирующих. Глобальная природная ритмика, обусловленная космическими факторами, достаточно хорошо изучена, и определены ее основные количественные параметры, но знания как о проявлении ее в различных регионах, так и о ее влиянии на динамику природных объектов этих регионов недостаточны. При исследовании отклика болотных экосистем Западной Сибири на изменения климата голоцена обозначается ряд проблем. Во-первых, неоднозначность данных имеющихся реконструкций климата по некоторым периодам голоцена и в целом по региону, и по его зонам. Это создает сложности интерпретации зависимости динамики болот от климата. Одна из причин такой неоднозначности - широкое распространение неоднократных прекращений тор-фонакопления как в периоды аридизации климата, так и под влиянием криогенных процессов в периоды глобальных похолоданий [Прейс, Курьина, 2012; Прейс, 2015а, 2015б, 2016]. Однако при построении реконструкций не учитываются происходящие при этом потери спорово-пыльцевых спектров, что вносит искажения. Во-вторых, для данного региона необходима валидация широко используемых в мире индикаторов гидротермического режима болотных экотопов, значимость которых определена преимущественно для регионов с морским и умеренноконтинентальным климатом. Кроме того, разные фазы развития болот могут соответствовать разной иерархии глобальных циклов климата, что также затрудняет интерпретацию. Отклик болот Западной Сибири на конкретные климатические события голоцена еще недостаточно изучен. При этом отсутствует единое мнение и о характере гидротермического режима некоторых из данных событий. Это может быть обусловлено как раз недоучетом особенностей влияния регионального континентального климата на базовый объект реконструкций - торфяные отложения. Многие исследования показали наличие значительных колебаний климата в голоцене, часть которых имеет статус глобальных [Bond et al., 1997; Wanner et al., 2008; Swindles et al., 2012]. Большая часть периодов колебаний климата, а также эволюции природных объектов согласуется с известными гелиогеофизическими циклами. Доминирующей гипотезой изменчивости климата в масштабах от нескольких десятилетий до тысячелетнего являются изменения в поступлении солнечной энергии, хотя остается неопределенность в величине вклада этого фактора [Wanner et al., 2008]. Показано, что колебания температуры в голоцене почти совпадают или отстают до нескольких десятилетий от колебаний солнечной радиации [Xu et al., 2014], которые модулируются изменениями солнечной активности. Основным циклом голоцена называют цикл порядка 1 500-2 000 лет. Гипотеза о циклических изменениях климата такого масштаба получила существенное развитие в работах А.В. Шнитникова в виде стройной теории о внутривековой и многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария [Шнитников, 1957]. Еще ранее цикличность такого порядка была объяснена О. Петерсоном [Petterson, 1914] почти периодическими вариациями глобальных океанических приливных сил интервалом около 1 800 лет, вызванных резонансами в периодических движениях Земли и Луны. В зарубежной научной литературе цикл такого порядка более известен как цикл Бонда (1 470 лет), доминировавший в колебаниях климата Северной Атлантики и примыкающих к нему регионов [Bonl et al., 1997], который может являться межледниковым аналогом колебаний Дансгора-Эшгера. Несмотря на критику цикла такого порядка [Wunsch, 2000], есть много работ, подтверждающих его наличие в голоцене для различных регионов Северного полушария по различным индикаторам [Вакуленко и др., 2003; Swindles et al., 2012]. Причиной колебаний такого порядка чаще всего указываются изменения солнечной активности, хотя механизмы остаются неясными [Debret et al., 2009.; Swindles et al., 2012; Zhao, Feng, 2015]. По данным различных косвенных индикаторов изменчивости палеоклимата и солнечной активности подтверждены основные солнечные циклы голоцена с периодами около 2 500, 1 000, 800, 500, 200 лет [Xu et al., 2002; Langdon et al., 2003; Wiles et al., 2004; Nederbragt, Thurow, 2005; Vonmoos et al., 2006; Debret et al., 2009; Swindles et al., 2012; Soon et al., 2014; Поморцев и др., 2015; Usoskin et al., 2016]. Довольно информативный обзор этих работ приведен в [Swindles et al., 2012]. Циклы таких периодов выявлены и для Западной Сибири [Левина, Орлова, 1993; Букреева и др., 1995; Волкова и др., 2002; Бляхарчук, Бляхарчук, 2015], но сравнение по различным подзонам ранее не проводилось. Отмечается хорошее согласование периодов похолоданий в Западной Сибири [Антипина и др., 2019] и наступлений ледников в горах Южной Сибири [Агатова и др., 2012] около 4 900-4 200, 2 700 и 2 300 л.н. с минимумами солнечной активности, а потепления и отступания ледников около 4 000-3 600, 2 500 л.н. - с максимумами. На фоне многовековых изменений климата развиваются вековые и внутривековые колебания. И если мы обратим внимание на современное потепление, то широко декларируемая и признанная тенденция потепления идет неравномерно - выражен внутриве-ковой колебательный процесс. В некоторых работах с применением моделей климата и с учетом палеоинформации показано, что современная фаза потепления должна закончиться в ближайшие десятилетия, снижая антропогенное влияние на климат [Xu et al., 2014]. Будущее климатических моделей, по-видимому, в том, чтобы учитывать цикличность изменения основных параметров климата в связи с основными его регуляторами. Учет параметров цикличности, выявленной в исследованных биогеосферных взаимодействиях, позволит говорить о согласованных колебаниях природных объектов и внешних для них системорегулирующих факторов либо о региональной асинхронности, выявленной при сравнении специфики отклика болотных экотопов из разных природных зон. Концепция цикличности климатических изменений развивается более века, но пока отсутствует единое мнение о механизмах влияния естественных климаторегулирующих факторов на состояние и составляющие климатической системы. Ведутся научные споры о приоритетности влияния на современное потепление естественных или антропогенных факторов климата, и большей частью ученых признается ведущая роль последних [IPCC, 2013]. Распространены представления о недостаточности вынуждающей силы колебаний естественных факторов, таких как солнечная активность, для реализации ее климаторегулирующей функции. Однако, известны механизмы [Carslaw et. al., 2002; Pudovkin, 2004; Svensmark et al., 2016], посредством которых относительно небольшое изменение внешнего воздействия усиливается внутренними процессами, что может запускать климатические процессы большой мощности. Распространено мнение, что влияние солнечной активности на природные климатообусловленные процессы происходит через изменчивость ключевых глобальных циркуляционных режимов в северных Атлантическом и Тихом океанах [Schweinsberg et al., 2017; Bailey et al., 2018]. Кроме того, следует учитывать, что данные об изменениях солнечной активности в голоцене, кроме последних двухсот с лишним лет, косвенные, реконструированные, и нет циклов, развивающихся на нулевом уровне; любой цикл развивается на фоне более долгопериодных и является фоном для циклов меньшего масштаба, что, помимо прочего, существенно зашумляет отклик различных объектов. Цель данной работы - исследование согласованности отклика болот различных зон / подзон Западной Сибири на глобальные климатические изменения в палеоциклах солнечной активности. Материалы и методы исследования Территория исследования расположена в центре крупнейшего континента, на стыке влияния циркуляционных процессов, с одной стороны, перемещаемых глобальным западным переносом, причем система Уральских гор не задерживает эти потоки, а с другой - развивающихся над Восточной Сибирью с ее резко континентальным климатом. Кроме того, для Западной Сибири характерен и меридиональный воздухообмен из-за открытости Арктическому бассейну и адвекции тропического воздуха с выходами южных циклонов. В летний период межширотные различия в радиационном балансе существенно сглаживаются из-за большого притока солнечного тепла, а количество выпадающих осадков увеличивается за счет конвективных, вследствие перегрева подстилающей поверхности. С ростом широты, как известно, в континентальных регионах резко увеличиваются сезонные различия тепловлагообеспеченности. Указанные особенности могут существенно преломлять отклик на глобальные климатические колебания. В качестве объектов исследования выбрано четыре ключевых торфяных разреза (ТР) из разных природно-климатических зон и подзон Западной Сибири (табл. 1, рис. 1): лесотундры, средней тайги, южной тайги, лесостепи. На всех ТР ранее были выполнены детальные (с шагом 1,5-5 см) геоботанические и торфоведческие (ботанический состав, степень разложения, зольность, плотность и аналитическая влажность) исследования по методикам Инсторфа [Лиштван, Король, 1975; Тюремнов и др., 1977], в Центре коллективного пользования Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (ЦКП ИМКЭС СО РАН, Томск) определен изотопный состав углерода (513C). Датировались придонные слои торфа и установленные по свойствам торфа палеостратиграфические рубежи. Для выявления периодов прекращения торфонакопления датированы пары соседних образцов. Всего получено 32 14С-даты в радиоуглеродных лабораториях Института геологии и минералогии СО РАН (Новосибирск) и в ЦКП ИМКЭС СО РАН. Одиннадцать AMS-дат и подготовка проб выполнены в ЦКП «Геохронология кайнозоя» Института археологии и этнографии СО РАН (Новосибирск), а датирование -на уникальной научной установке ускорительной масс-спектрометрии УМС ИЯФ (Новосибирск). Все даты были прокалиброваны при помощи программного обеспечения CALIB 7.0.4 Manual [Stuiver, Reimer, 2005; Stuiver et al., 2007] в системе ВР (Before Present) от 1950 г. Для наглядности важнейшие характеристики объектов приведены в табл. 1. Таблица 1 Характеристики объектов исследования Characteristics of research objects Table 1 Название ключевого участка Географические координаты Природная зона / подзона Возраст, кал. л.н. Мощность торфяной залежи, м Хасырей 69°08'57" N, 70°15'58" E лесотундра 1 294 0,80 Средне-Васюганское 59°26'70" N, 78°33'33" E средняя тайга 7 145 2,62 Болтное 57°04'44'' N; 79°34'29'' E южная тайга 8 194 7,35 Шерстобитово 54°58'00" N; 81°00'00" E лесостепь 5 254 2,50 Рис. 1. Размещение объектов исследования по ландшафтным зонам / подзонам Западной Сибири Карта-схема взята из [Гвоздецкий, Михайлов, 1978]. Цифрами обозначены ключевые участки: 1 - Хасырей, 2 - Средне-Васюганское, 3 - Болтное, 4 - Шерстобитово Fig. 1. Location of research objects in landscape zones / subzones of Western Siberia The schematic map is taken from [Gvozdetsky, Mikhailov, 1978]. Key areas are designated by numbers: 1 - Khasyrey, 2 - Sredne-Vasyuganskoe, 3 - Boltnoe, 4 - Sherstobitovo На основании полученных данных выявлены особенности стратиграфии и развития этих разрезов, проведены расчеты скорости вертикального прироста (Рпр., мм/год) и аккумуляции торфа. Для количественной оценки изменения гидрологического режима палеоэкотопов был использован метод расчета индекса влажности (IW) по ботаническому составу торфа [Елина, Юрковская, 1992], согласно которому каждому растению-торфообразователю или их экологической группе приданы количественные значения в баллах (от 1 до 10). IW каждого слоя торфа рассчитывался от общей суммы баллов как отношение суммы произведений количества остатков каждого растения (в %) и его балла к суммарному количеству остатков всех растений (100 %). Некоторым растениям субарктики, отсутствующим в [Елина, Юрковская, 1992], были присвоены значения баллов с учетом принадлежности их к определенным экологическим группам по отношению к условиям увлажнения [Лапшина, 2002; Королюк и др., 2005]: субгидрофитам Carex rotundata и Eriophorum scheichzeri присвоен балл 6, гидромезофитам Carex rariflora и Sphagnum lenense - 4, мезофитам Polytrichum juniperinum - 2, Dicranum angustum и Oncophorus wahlenbergii - 2,5. Для Sphagnum squarrosum, являющегося в криолитозоне типичным доминантом сплавин термокарстовых озер, балл IW изменен на 8. Проведена реконструкция палеокрио-генных процессов по авторской методике, основанной на поиске нарушений аутогенного развития болот, приуроченных к периодам глобальных похолоданий, и известных ботанических и физико-химических индикаторов многолетнемерзлых торфяных залежей и болот криолитозоны [Прейс, 2015б]. Показатель 513C использован как индикатор гидротермического режима болотных палеоэкотопов. ТР Хасырей расположен на полуострове Ямал, в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород, на границе типичных и южных тундр, в районе оз. Сохонто. Поверхность Хасырея разделена плоскими канавами на выпуклые полигоны, покрытые ерниково-кустарничково-травяно-моховой растительностью. Торфяная залежь сложена переходной топяной залежью из многочисленных тонких прослоек разного ботанического состава и свойств. На фоне слаборазложившихся, нормальнозольных торфов нижней части разреза, из гипновых и травя-но-гипновых торфов, и верхней, из мочажинных сфагновых, в середине разреза представлен слой более разложившихся, высокозольных и плотных тра-вяно- и кустарничково-моховых торфов со Sphagnum lenense, Polytrichum juniperinum, Dicranum angustum, сформировавшихся при промерзании и пучении залежи (рис. 2). По глубине залежи показатели IW варьируют от 3,0 до 7,85 баллов, 513C - от -28,7 до -23,9 %о, Ипр. - от 0,15 до 1,92 мм/год. Торф с глубины 0,7 м мерзлый, подстилается песчаными суглинками [Preis et al., 2016]. Болото Средне-Васюганское расположено в подзоне средней тайги в 2 км на север от п. Средний Васюган, на I левобережной надпойменной песчаной террасе р. Васюган. ТР заложен в типичном низком ряме - сосново-кустарничково-сфагновом (Sphagnum fuscum) сообществе. Торфяная залежь комплексная верховая из слоев мочажинного, комплексного, ан-густифолиум-, фускум-торфа, в нижней части - из пушицевых торфов (см. рис. 2). В целом от дна к поверхности разреза выражена общая тенденция закономерного уменьшения показателей свойств торфа. По глубине залежи показатели IW варьируют от 2,2 до 8,9 баллов, 513C - от -28,7 до -22,3 %, Ипр. - от 0,08 до 4,22 мм/год. На ранней стадии развития накопление торфа имело пульсирующий характер [Прейс, 2015а]. Болото Болтное расположено в подзоне южной тайги, в самом центре Обь-Иртышского водораздела, в верховье р. Большой Казанки, в центральной части Большого Васюганского болота. ТР заложен на окраине одного из локальных вершинных плато, в низком регрессивном ряме - сосново-кустарничково-мохово-лишайниковом сообществе со Sphagnum fuscum, видами рода Cladonia и более обводненными западинами со Sphagnum balticum. Торфяная залежь имеет глубину 765 см, верховая комплексная. Возраст разреза на глубине 735 см - 8 194 кал. л.н. Для залежи характерны частые резкие смены торфов разного ботанического состава. До глубины 720 см она сложена верховыми в основном сфагновыми торфами: фускум-, ангустифолиум-, балтикум-, майус-, магелланикум-, мочажинным, а также пуши-цево-, шейхцериево-сфагновым и многочисленными прослойками, обогащенными древесиной. Ниже, до глубины 735 см, залегают низинные осоковый и древесно-травяной торфы (см. рис. 2). Верховые торфы разреза являются преимущественно слабо-разложившимися, с низкими показателями зольности и плотности, высокими - естественной влажности. Показатели водного режима IW, 513C и Ипр. значительно варьируют: от 1,6 до 8,6 баллов, от -28,0 до -20,9 % и от 0,08 до 4,09 мм/год соответственно, что отражает изменения их в процессе развития болота. Датированием зафиксирован один перерыв торфонакопления. Шерстобитовский рям находится в Барабинской лесостепи у с. Шерстобитово Чулымского района Новосибирской области. ТР Шерстобитово заложен на склоне выпуклого верховика в мезоолиготрофном березово-сосново-кустарничково-сфагновом фитоценозе со сплошным напочвенным покровом из сфагновых мхов (Sphagnum russowii и S. magellanicum). Торфяная залежь смешанная многослойная лесотопяная. Нижний слой залежи образован низинными торфами, сначала - терес-, древесно-тростниковым, а затем травяными разного ботанического состава с прослойками древесно-травяного. Выше залегает 70-сантиметровый слой верхового магелланикум-торфа с прослойкой верхового соснового. Торфы преимущественно слаборазложившиеся, нормальнозольные, с относительно невысокими показателями плотности [Мальцев и др., 2018]. По глубине залежи показатели IW варьируют от 2,0 до 7,3 баллов, Ипр. -от 0,22 до 0,88 мм/год. Резкая граница между слоями верховых и низинных торфов, наличие прослоек с древесными остатками, многочисленные экстремумы показателей свойств торфа свидетельствуют о неоднократных обсыханиях поверхности всех этих болот и чутком отклике их на климатические изменения голоцена. 1377+75 4235+105 1014+55 1147+56 2624+69 2705+95*60- 240 4578+72 3167+96180 Возраст 14г 661+76 140- 639*86 40 761+51 $318 О34 I |3 ПИ11 | |27 |т Т|35 ПИ4 ПЯ12 ^20 И28 F7!5 |ТТ|1з И21 I у |29 |y y|i4 I У |зо | М* |7 !УЯ22 I» »|31 | ■€* |8 I III |16 F/Я24 Ш>2 IW, балл 0 3 6 9 ■Ц~ Рис. 2. Ботанический состав торфа и индексы влажности (IW) торфяных залежей исследованных болот a - Болтное, b - Средне-Васюганское, c - Шерстобитово, d - Хасырей Растительные остатки в торфе: 1 - Sphagnum fuscum; 2 - S. angustifolium; 3 - S. magellanicum; 4 - S. balticum; 5 - S. majus; 6 - S. jensenii; 7 - S. lenense; 8 - S. fallax; 9 - S. squarrosum; 10 - S. centrale; 11 - S. platyphyllum; 12 - S. teres; 13 - Polytrichum juniperinum, Dicranum angustum; 14 - Aulacomnium palustre, Meesia triquetra, Oncophorus walhenbergii; 15 - Warnstorfia fluitans, Calliergon sp., Drepanocladus sp.; 16 - Scheuchzeriapalustris; 17 - Eriophorum vaginatum; 18 - Eriophorum scheichzeri; 19 - Carex limosa; 20 - C. vesicaria; 21 - C. rostrata; 22 - C. appropinquata; 23 - C. cespitosa; 24 - C. juncella; 25 - C. rotundata; 26 - C. rari-flora; 27 - Menyanthes trifoliata; 28 - Phragmites australis; 29 - травянистые растения; 30 - Rubus chamaemorus; 31 - Ericaceae; 32 - древесные растения; 33 - Betula nana; 34 - Typha sp.; 35 - Scirpus sp. Fig. 2. Composition of macrofossil plant remains and moisture index (IW) of peat deposits of research mires a - Boltnoe, b - Sredne-Vasyuganskoe, c - Sherstobitovo, d - Khasyrey Plant remains in peat: 1 - Sphagnum fuscum; 2 - S. angustifolium; 3 - S. magellanicum; 4 - S. balticum; 5 - S. majus; 6 - S. jensenii; 7 - S. lenense; 8 - S. fallax; 9 - S. squarrosum; 10 - S. centrale; 11 - S. platyphyllum; 12 - S. teres; 13 - Polytrichum juniperinum, Dicranum angustum; 14 - Aulacomnium palustre, Meesia triquetra, Oncophorus walhenbergii; 15 - Warnstorfia fluitans, Calliergon sp., Drepanocladus sp.; 16 - Scheuchzeria palustris; 17 - Eriophorum vaginatum; 18 - Eriophorum scheichzeri, 19 - Carex limosa; 20 -C. vesicaria; 21 - C. rostrata; 22 - C. appropinquata; 23 - C. cespitosa; 24 - C. juncella; 25 - C. rotundata; 26 - C. rariflora; 27 - Menyanthes trifoliata; 28 - Phragmites australis; 29 - herbaceous plant; 30 - Rubus chamaemorus; 31 - Ericaceae; 32 - woody plant; 33 - Betula nana; 34 - Typha sp.; 35 - Scirpus sp. Для выявления цикличности климата по косвенным показателям чаще всего используется спектральный анализ [Swindles et al., 2012]. Результаты применения классического метода быстрого преобразования Фурье сильно зависят от длины ряда. Мы использовали метод, свободный от таких ограничений и описанный нами в предыдущей работе [Крутиков и др., 2010]. В выбранном подходе гармоники «подбираются» в ходе итерационного процесса на основе метода наименьших квадратов. При этом метод позволяет выявлять гармоники с периодом более половины временного ряда и - реже - немногим более длины ряда. Длина имеющегося ряда данных не отменяет существования процессов большего временного масштаба. Следует отметить, что гармоники продолжительностью более половины временного ряда нельзя с уверенностью считать полигармониче-скими, поскольку невозможно отследить их повторения. Поэтому применять их для прогноза следует осторожно, имея какую-либо физическую или биологическую гипотезу. В качестве аппроксимационных их применение, с нашей точки зрения, оправдано. Гармоники являются коррелируемыми, и их нельзя складывать, поэтому необходимо их удаление из исходного ряда при последующей итерации. В настоящем исследовании учитывались первые десять самых значимых гармоник. Значимость определялась по величине их амплитуды, а также по коэффициенту корреляции между исходным рядом и суммой учтенных гармоник. Представление процесса в виде суммы гармоник и остатка (непериодической функции) отражает суть природных процессов, которые не являются строго периодическими, и их особенности являются результатом воздействия нескольких факторов. Результаты и обсуждение Современное состояние болот разных зон / подзон Западной Сибири - это результат этапа их развития в голоцене. Стратиграфия торфяных кернов объектов исследования (см. рис. 2) характеризуется выраженными регулярными периодами смены их функционального состояния, что в большой степени может быть обусловлено откликом болот на изменения климатических условий. Полученные результаты по выявлению скрытых периодичностей в характеристиках болотообразовательного процесса в голоцене Западной Сибири отражают чуткую реакцию болот региона на глобальную климатическую изменчивость, несмотря на их расположение в разных природных зонах / подзонах территории исследования. Каждой характеристике болотообразования соответствует характерный набор ведущих гармоник. Тем не менее на всех рассмотренных ключевых участках в той или иной характеристике выявлены периодичности около 200, 500, 800, 1 000, 1 500-1 900, 2 500 лет (табл. 2). Исключение составляет ТР Хасырей для циклов более 1 500 лет ввиду ограниченной временной продолжительности рядов данных для него. Также цикл со средним периодом 200 лет не обнаружен в динамике ни одной из характеристик болотообразования на ТР Средний Васюган (средняя тайга) и Шерстобитово (лесостепь). Возможно, этот цикл для данных разрезов не попал в перечень десяти наиболее значимых гармоник. Размерности циклов болотообразования соотносятся с известными характерными крупномасштабными циклами изменения природной среды в голоцене, которые регулируются внешними по отношению к геосистеме Земли факторами, такими как солнечная активность. В табл. 2 приведены средние значения периодичностей, для разных ТР они различаются на порядок в несколько десятилетий. Это обусловлено тем, что болота как природные объекты эволюционируют, и одно и то же влияние крупномасштабных факторов климата может приходиться на разные этапы развития того или иного ключевого участка. Скорость торфонакопления в Западной Сибири независимо от зоны и подзоны изменяется в основном глобальном цикле голоцена, с периодом около 1 500 лет (см. табл. 2). Также наиболее характерным масштабом колебаний торфообразования является 1 000-летний. Обе эти периодичности выявлены для всех рассмотренных характеристик торфообразова-ния практически на всех ТР. Остальные характерные циклы проявлены не для каждого ключевого участка и не для каждого показателя. Порядок выявленных циклов совпадает с таковыми для болот других регионов Северного полушария [Xu et al., 2002; Langdon et al., 2003; Borgmark, 2005; Swindles et al., 2012; Turner et al., 2016]. Это свидетельствует как о влиянии на развитие болот Западной Сибири факторов планетарного масштаба, так и об индикаторном потенциале использованных характеристик болотообразовательного процесса для климатических реконструкций. Первые, наиболее значимые, гармоники - долгопериодные, периодом более 1 000 лет, они вносят наибольший вклад в изменчивость рассмотренных показателей (рис. 3). При сравнении периодов полученных гармоник и их временного хода на разных объектах получены как их согласованность, так и некоторые временные сдвиги (рис. 4); для разных подзон сходные гармоники могут идти и в противофазе. Локальный отклик может преломляться в зависимости от зональных особенностей расположения болота и его стадии развития, а также в результате зашумления крупномасштабных колебаний климата короткопериодными флуктуациями климатического режима, что отражается во временном сдвиге начала и завершения циклов, различиями в значениях периода соответствующих гармоник до нескольких десятилетий. Для процессов зон средней тайги и лесостепи отмечается большая согласованность временного хода гармоник (рис. 4, а), чем той и другой с колебаниями в южной тайге (рис. 4, б). По нашему мнению, такая закономерность обусловлена более значительным влиянием палеокриогенных процессов в глобальные похолодания голоцена на динамику южнотаежных болот, чем болот средней тайги и лесостепи, в связи с более ранним переходом среднетаежных болот на олиготрофную стадию развития и приобретением ими более мощных буферных свойств, а лесостепных - в связи с менее активными палеокриогенными процессами в более теплых климатических условиях. Это подтверждает повышенную чувствительность южнотаежных болот к существенным климатическим изменениям и их высокую индикаторную значимость для палеореконструкций. Кроме того, на болото Болтное (южная тайга) существенное влияние оказывали локальные условия, формируя опосредованное влияние климата в связи с нахождением болота на соподчиненном элементе мезорельефа болотной системы. Водный режим этого болота определялся не только тепловлажностными условиями климата, но и влиянием поступления в аридные периоды талых вод деградирующей многолетней мерзлоты, активно формировавшейся на более высоких соседних элементах мезорельефа. Это нарушило согласованность изменения влажностного режима болотного экотопа с изменениями климатических условий. Таб лица 2 Характерные циклы в динамике болотообразовательного процесса в разных зонах / подзонах Западной Сибири в голоцене Characteristic cycles in the mire formation dynamics in different zones / subzones of Western Siberia in the Holocene Table 2 Характеристика Зона / Подзона Лесотундра Средняя тайга Южная тайга Лесостепь Средний период цикла Хасырей Средне-Васюганское Болтное Шерстобитово 2 500 V V V 1 900 1 500 V V V V 1нр 1 000 V V V V 800 V V V 500 V V V 200 V V 2 500 V V 1 900 V V V 1 500 V V IW 1 000 V V V V 800 V V V 500 V V V V 200 V 2 500 V - 1 900 V - 1 500 V V - 513C 1 000 V V - 800 V V - 500 V - 200 V - Примечание. Знаком «V» обозначено наличие периодичности такого порядка в соответствующем показателе в данной природной зоне / подзоне, знак «-» означает, что по данному показателю цикличность не рассчитывалась, Гнр - скорость вертикального прироста (мм/год), IW - индекс влажности (ступени), 513C - отношения содержания стабильных изотопов углерода. Интервалы продолжительности циклов: 2 500 [2 060 - 2 890], 1 900 [1 820 - 2 100*], 1 500 [1 330 - 1 670], 1 000 [960 -1 190], 800 [800 -890], 500 [460 -590], 200 [195 -200]. * На ТР Средне-Васюганское выявлены циклы 2 780 и 2 100, поэтому первый отнесен к квази 2 500-летнему, второй - к квази 1 900-летнему Note. The sign “V” indicates the presence of a periodicity of this order in the corresponding indicator in a given natural zone / subzone, the sign “-” means that the cyclicity was not calculated for this indicator, Унр is the rate of vertical growth (mm/year), IW is the humidity index (steps ), 513C are the ratios of the content of stable carbon isotopes. Cycle time intervals: 2500 [2060 -2890], 1900 [1820 -2100*], 1500 [1330 -1670], 1000 [960 -1190], 800 [800 -890], 500 [460 -590], 200 [195 -200]. * Cycles 2780 and 2100 were identified in the Sredne-Vasyuganskoe TR, so the first one is attributed to the quasi 2500-year cycle, the second - to the quasi 1900-year cycle Рис. 3. Зависимость амплитуды значимых гармоник от их периода a - для скорости вертикального прироста торфа ТР Болтное; b - для индекса влажности ТР Шерстобитово Fig. 3. Dependence of the amplitude of significant harmonics on their period a - for the rate of vertical peat growth of Boltnoe peat core (PC); b - for moisture index of Sherstobitovo PC а b Рис. 4. Временной ход сходных по периоду гармоник в изменении различных характеристик болотообразования в разных зонах / подзонах Западной Сибири в голоцене а - гармоники с периодом около 2 500 лет в изменениях индекса влажности на ТР Средне-Васюганское (средняя тайга, сплошная линия) и ТР Шерстобитово (лесостепь, пунктир) и гармоники с периодом около 1 000 лет в изменениях скорости вертикального прироста торфа на ТР Средне-Васюганское (средняя тайга, сплошная линия) и ТР Хасырей (лесотундра, пунктир); b - гармоники с периодом около 2 500 лет в изменениях скорости вертикального прироста торфа на ТР Болтное (южная тайга, сложный пунктир) и ТР Шерстобитово (лесостепь, пунктир) и гармоники с периодом около 1 500 лет в изменениях 513C на ТР Болтное (южная тайга, сложный пунктир) и ТР Средне-Васюганское (средняя тайга, пунктир). Шкалы: вертикальные - возраст (кал. л.н.), горизонтальные - единицы измерения соответствующих характеристик торфообразовательного процесса Fig. 4. Time course of harmonics similar in period in changes in various characteristics of swamp formation in different zones / subzones of Western Siberia in the Holocene a - harmonics with a period of about 2500 years in changes in the moisture index in the Sredne-Vasyugskoe PC (middle taiga, solid line) and the Sherstobitovo PC (forest-steppe, dotted line) and harmonics with a period of about 1000 years in changes in the rate of vertical growth of peat in the Sredne-Vasyugskoe PC (middle taiga, solid line) and the Khasyrey PC (forest-tundra, dotted line); b - harmonics with a period of about 2500 years in changes in the rate of vertical growth of peat on the Boltnoe PS (southern taiga, complex dotted line) and the Sherstobitovo PC (forest-steppe, dotted line) and harmonics with a period of about 1500 years in changes in 513C on the Boltnoe PC (southern taiga, complex dotted line) and the Sredne-Vasyugskoe PC (middle taiga, dotted line). Scales: vertical - age (cal. BP), horizontal - units of measurement of the corresponding characteristics of the peat-forming process Помимо этого, исследования сезонной ритмики природных зон и подзон Западно-Сибирской равнины в [Окишева, Филандышева, 1997] показали, что на территориях Западной Сибири выше южной границы северной тайги контролирующим фактором эволюции природных ландшафтов является тепло, причем режим тепла в летний сезон, а южнее в тайге -соотношение тепла и влаги. Расчеты показали, что даже на одном объекте, для одного и того же показателя в перечень ведущих гармоник попадают гармоники с близким масштабом изменчивости. Эти «биения» пока не получили своего объяснения, как нет и общепринятого мнения о том, являются ли циклы порядка 1 500 и 1 8001 900 лет одним и тем же или это два разных цикла [Soon et al., 2014]. Возможно, в разные периоды голоцена может быть проявлено внешнее воздействие больших порядков, чем выявленные, что может усиливать или ослаблять тот или иной цикл. В некоторых работах, например, показано, что в раннем голоцене было более выраженным влияние солнечной активности в циклах 2 500 и 1 000 лет, а во второй половине голоцена стало наиболее выраженным колебание масштабом около 1 500 лет [Debret et al., 2009]. В других работах, например [Schulz et al., 1999], говорится, что цикл порядка 1 500 лет был более выражен до 4 000 л.н., а позже его период уменьшался. По данным [Viau et al., 2006], цикл порядка 1 000 лет также был выражен в наибольшей степени в раннем голоцене. Эти выводы вполне могут быть следствием разного временного разрешения и разной степени корректности реконструкций для раннего и позднего голоцена. Данная научная проблема еще ждет своего решения. Кроме того, состояния болот в разные периоды голоцена существенно отличались от современных, и их отклик на внешние влияния мог быть как существенно более чувствительным, так и более инертным, что проявлялось, соответственно, в более коротких или более длительных «биениях» цикла одного и того же порядка. Заключение Динамика болотообразования в Западной Сибири регулируется не только локальными и региональными факторами, в ней отражаются глобальные процессы изменения климата. Независимо от болота и зоны региона исследования режимы торфообразова-ния в голоцене изменялись циклично, временной масштаб циклов соответствует известным характерным периодам колебаний палеоклимата, которые согласованы с порядком изменчивости солнечной активности в голоцене. Порядок выявленных циклов совпадает также с циклами, выявленными для болот других регионов Северного полушария. Это свидетельствует как о влиянии на развитие болот Западной Сибири факторов планетарного масштаба, так и об индикаторном потенциале использованных характеристик болотообразовательного процесса для климатических реконструкций. В наибольшей степени в Западной Сибири, независимо от зоны и подзоны, болотообразовательный процесс регулируется глобальными факторами в основном глобальном цикле голоцена, около 1 500 лет, а также в цикле около 1 000 лет. Совпадения размерности циклов эволюции болот и солнечной активности, а также параметров боло-тообразования на разных участках между собой неабсолютное, наблюдается разброс периодов циклов до нескольких десятилетий. Некоторые циклы «выпадают» из характерных масштабов изменчивости болотных палеоэкотопов. Это может быть следствием воздействия других внешних факторов, а также региональной специфики отклика на глобальные влияния. Более согласован временной ход гармоник для процессов болотообразования зон средней тайги и лесостепи, чем той и другой с изменениями в южной тайге. Это подтверждает наш вывод [Прейс, 2015b, 2016] о более значительном нарушении болотообразовательного процесса в южной тайге прямым и косвенным влиянием палеокриогенных процессов, а также более чуткую реакцию южнотаежных болот на изменения климата и их высокую индикаторную значимость для палеореконструкций при условии учета прекращений торфонакопления. Наличие согласованности колебаний в эволюции природных объектов и внешних для них системорегулирующих факторов, а также закономерности их региональной асинхронности при предположении об устойчивости выявленных закономерностей могут быть использованы для развития и уточнения реконструкций климата Западной Сибири и Северного полушария, а также способны стать основой прогнозирования климата. Климатическая система во многом хаотична и никогда не повторяется в точности в своих состояниях. И, конечно, от цикла к циклу могут несколько меняться характеристики коебаний: период и амплитуда. Кроме того, природные объекты, в том числе болота, - это эволюционирующие системы, они существенно преломляют отклик на влияние внешних факторов в зависимости от стадии своего развития и состояния, а разные фазы развития болот могут соответствовать разной иерархии глобальных циклов климата. Но если мы имеем информацию об этой изменчивости за продолжительное время, то некоторая упорядоченность будет проявляться, и можно заметить, что линейность процессов теристики которых мы можем позволить себе не выступает лишь этапами длительных циклов, харак- учитывать только на коротких периодах.

Скачать электронную версию публикации