Климат северной Евразии и динамика изменения климата с 14 500 до 11 500 лет назад

Промежуточный отчет по проекту «Палеогеография, климат и государства Евразии в плейстоцене»

См. Сводный Отчет о работе по проекту «Палеогеография, климат и государства Евразии в плейстоцене»

Палеоклиматические срезы (существующие проблемы и решения)

Климату Европы, Европейской части России, Западной и Восточной Сибири во время валдайского и, в особенности, поздневалдайского (осташковского, сартанского) оледенения посвящено много работ – отчетов крупных академических институтов, атласов, монографий и статей. Однако, ни одной из них нельзя пользоваться без критического переосмысливания. В первую очередь, это касается карт и схем палеоклиматических зон, палеотемператур, распространения растительности, почв и сделанных на их основе выводов. Это связано с тем, что авторы работ руководствовались в процессе исследований определенными теориями или гипотезами, под которые подстраивали свои выводы. Это касается следующих теорий (гипотез), многократно озвученных в отчетах, монографиях и статьях:

1) по окончании поздневалдайского оледенения на рубеже плейстоцена и голоцена (~ 11 700 лет назад) на всей территории северной Евразии произошло потепление (во всех работах),

2) таяние льда, наступления и отступления морей и потепление происходили плавно и постепенно, начиная примерно с 15 000 лет назад (в большинстве работ),

3) расположение климатических зон и их границ оставалось субширотным в плейстоцене и в голоцене (во всех работах),

4) мамонты, шерстистые носороги и другие животные плейстоцена жили в холодном арктическом климате в зоне тундр и тундростепей (в настоящее время аналогов нет) и их гибель была связана с потеплением и изменением состава их пастбищных угодий,

и других.

Трудность использования существующих палеоклиматических карт и схем также связана с принимаемыми авторами разными стратиграфическими схемами и сильной «пляской» возраста отдельных геологических «реперов» (см. далее на примере бёллинского и аллерёдского потеплений).

В результате использования этих теорий (гипотез) все составленные карты и схемы палеоклиматической зональности и распределения палеотемператур, растительности и почв подобны современным картам климатической зональности и распределения температур, растительности и почв с разным смещением их границ в широтном направлении (в сторону экватора или северного полюса). Этому противоречат, однако, геологические разрезы и результаты бурения скважин на отдельных территориях, которые приводятся в тех же отчетах, монографиях и статьях.

Принимая во внимание, что каждая палеоклиматическая карта или схема и карта (схема) палеотемператур и распределения растительности и почв составлялась в течение нескольких лет большим коллективом научных институтов (до ста и более человек), составить скорректированные палеоклиматические карты или схемы, карты (схемы) палеотемператур и т.д. силами участников проекта не представляется возможным. Поэтому нами был сделан акцент на точечном анализе приводимых в отчетах, диссертациях, монографиях и статьях фактического материала (с указанием источников) и последующей интерполяции точечных данных.

Ниже рассматриваются особенности геологических разрезов, кернов скважин и реконструируемых событий, которые являются реперами или индикаторами определенных климатических условий.

Результаты бурения скважин на оз. Байкал

1) Расшифрованная в 1991-93 гг. непрерывная последовательность слоев, накопившихся в течение 8 млн. лет (Безрукова и др, 1991) позволила установить, что «концентрация створок диатомей в осадках Байкала резко возрастает в начале голоцена, т.е. около 12 000 лет назад. Сегодня известно, что концентрация диатомей является самым чувствительным индикатором климата с динамическим диапазоном изменений на 7 порядков! Диатомеи являются индикаторами холодных водоемов, в которых практически не происходит накопление кальция» (Глобальные и региональные изменения климата и природной среды позднего кайнозоя в Сибири. Под ред. академика А.П.Деревянко. Новосибирск, 2008).

Таким образом, результаты бурения скважин на оз. Байкал свидетельствуют о резком похолодании, а не потеплении, в начале голоцена.

2) Чебукиным и др. (2002) было выявлено «резкое падение концентраций K, Ca, Mg, Na, резкое повышение содержания U и Br, плавное падения содержания Ba, Cs, Sr, Rb и резкое возрастание отношения Sr/Rb на переходе бёллинг/аллерёд (около 14 500 лет – см. далее пояснение). Отношение Sr/Rb принадлежит к числу типично «теплых» сигналов». На переходе бёллинг/аллерёд резко поднялась температура воздуха, что привело к быстрому разрушению ледников, и включился приток северных рек» (А.Деревянко, 2008).

То есть, результаты бурения скважин также свидетельствуют о резком потеплении (бёллинг) перед рубежом плейстоцена и голоцена (11 700 лет назад). Правда, по разным стратиграфическим схемам (см. ниже) это потепление могло начаться примерно 14 500 лет назад, 13 700 лет назад и даже 12 800 лет назад. Вслед за потеплением последовало похолодание, затем новое потепление (аллерёд, также «прыгает» по стратиграфической шкале) и новое похолодание, которое то относится к позднему дриасу (12700-11700 л.н.), то уже к голоцену.

Таким образом, плейстоцен-голоценовому похолоданию предшествовал период продолжительностью от 2 800 до 1 100 лет резких колебаний температур. В этот же период (бёллинг) отмечено резкое повышение урана. Наблюдаемая последовательность изменений климата может быть сопоставлена с моделью «ядерной зимы» Н.Н.Моисеева, когда за повышением температуры в связи с пожарами (и извержениями вулканов? – на рубеже плейстоцена и голоцена действительно наблюдается всплеск вулканической активности во многих местах) последовало резкое продолжительное похолодание. Как было отмечено ранее в моделях А.Колтыпина, вслед за похолоданием могло произойти новое потепление в связи парниковым эффектом – отражение тепла от пожаров и вулканических извержений от облачного покрова, которое должно было прекратиться при разрушении облаков.

Бёллингское потепление или бёллингское межсезонье — тёплый интерстадиальный период между древнейшим и древним дриасом в конце последнего оледенения. В тех регионах, где древний дриас не отмечен, Бёллинг и Аллерёд объединяются в единое бёллинг-аллерёдское межсезонье. Начало бёллингского потепления представляет собой чётко идентифицируемую дату резкого подъёма температуры, обозначившего окончание древнейшего дриаса около 14 670 лет назад. Робертс (Roberts, 1998) указывает дату 15 000 лет назад (Википедия).

В той же Википедии приводится схема (слева), согласно которой бёллингское потепление началось 13 720 лет назад и закончилось 13 590 лет назад.

В работе под ред. А.Деревянко говорится, что беллингское потепление произошло 12 800-12 300 лет назад. И приводится следующая схема потеплений и похолоданий между 15 000 и 10 000 лет назад: похолодание крестцы (15300-13800 л. н.), потепление кокорево (13800 -13300), похолодание ранний дриас (13300-12800), потепление беллинг (12800-12300), похолодание средний дриас (12300-11800), потепление аллеред (11800-11000), похолодание поздний дриас (11300-10000 л.н.)

Результаты исследования разрезов на Алтае (бассейн р.Ануй и окрестности Денисовой пещеры, 51-52 град. с.ш.)

4 детально изученных разреза (А.Деревянко, 2008) в бассейне р.Ануй и районе Денисовой пещеры свидетельствуют о следующем:

1) Начиная с 15000 лет назад в бассейне р.Ануй исчезает пыльца сначала теплолюбивых ореха, граба, дуба, крушины, облепихи, затем липы, клена, группы ксерофитов, в начале голоцена (11 700 лет назад) вяза и лещины, и, наконец, ольхи.

На протяжении большей части этого времени (бёллинг, аллеред и большая часть позднего дриаса) происходит распространение и последующая миграция степного, лесостепного и лесного поясов растительности. Не отмечается никаких тундровых и лесотундровых сообществ.

«Указанные таксоны (породы широколиственных лесов) даже в условиях современного, подчеркнем – межледникового, климата на Северо-Западном Алтае не произрастают».

2) «Общая картина трансформации растительности в эпоху последнего похолодания верхнего неоплейстоцена хорошо прослеживается по материалам разреза Усть-Каракол-1, в кровле которого зарегистрирован палеомагнитный эпизод Гетеборг (11-13 тыс. лет). В это время в составе лесных ассоциаций значительно возросла суммарная доля хвойных (сосны, ели и кедра) при минимальном участии березы, ольхи и широколиственных пород. Постоянным компонентом лесов стали лиственница и пихта».

В разрезе Ануй-2 в то же время происходит почти полное исчезновение березовых ассоциаций и значительное распространение элементов еловой тайги как показателя холодных условий.

3) По размеру Каминной пещеры также делается вывод, что в беллинг (его вторую половину?), средний дриас, аллеред и большую часть позднего дриаса «ни тундровые, ни тундрово-степные или тундрово-лесостепные перигляциальные формации в качестве зональных образований не были представлены»

Вместе с широколиственными лесами из теплолюбивых пород произрастали разнотравно-злаковые и ксерофитные марево-полынные сообщества.

«Периоду позднего дриаса соответствуют … (14С-дата 10 310 + + 330, для средней части – 10 870 + 150 л. н.). В это время, видимо, формировались перигляциальные горно-лесные ландшафты в криогигротическую (холодную) субстадию. Леса были представлены ассоциациями хвойных пород с лиственницей, кедром сибирским и сосной обыкновенной в качестве соэдификаторов, с примесью ели и березы. Широкое развитие имели кустарниковые формации из можжевельника и ольховника, кустарниковых видов березы и ивы…. Переход к новой палеогеографической эпохе – голоцену связан с началом постепенной перестройки структуры вертикальных поясов растительности по современному (таежному) типу». В составе степной биоты исчезли элементы сухих степей.

По всем разрезам делаются общие выводы:

1) «В первой половине голоцена зафиксировано относительное похолодание, которое отмечено в спектрах возрастанием доли пыльцы ели и заметным уменьшением содержания микроостатков сосны и березы».

2) «Широколиственный комплекс в составе смешанных лесов долины Ануя не был уникальным для неоплейстоценовой растительности низкогорья. Вероятно, он распространялся по всей северной периферии Алтайских гор. Это предположение основано на массовых палеоботанических данных о многовидовом составе группы широколиственных пород, которая не могла сохраниться длительное время в одном изоляте».

3) Авторы (А.Деревянко, 2008) отмечают, что сокращение широколиственного комплекса было связано с сокращением вегетационного периода на 50-60 дней, а за весь голоцен – еще на 20-30 дней. Общее снижение среднеянварской температуры составило 9-10 град, среднелетней – 1-2 град. В позднем неоплейстоцене безморозный период составлял 150-190 дней (ныне Воронеж-Астрахань), к началу голоцена сократился до 120-140 дней (ныне Петрозаводск-Москва), а к середине – до 100-110 дней (ныне Мурманск-Тюмень).

Таким образом, на основании изучения геологических разрезов бассейна р.Ануй на Алтае можно заключить: 1) о постепенном похолодании (климата), начавшимся 15 000, 14 500, 13 700 или 12 800 лет назад (разные даты объясняются разной датировкой бёллинга), 2) резким похолоданием на рубеже плейстоцена и голоцена, которое привело к смене широколиственных лесов и степей на тайгу и влажное разнотравье и 3) резким перемещением климатических зон (на 5-15 град) к северу.

Второй вывод находится в соответствии со сделанным ранее выводом о существенном похолодании на рубеже плейстоцена и голоцена по резкому увеличению количества диатомей на оз. Байкал.

Касательно третьего вывода – нельзя исключить, что на рубеже плейстоцена и голоцена также происходил значительный подъем Алтая, который способствовал похолоданию.

Результаты исследования времени гибели мамонтов

Очень интересные и крайне важные результаты дают проведенные большим коллективом авторов из Сибирского отделения РАН (Институт археологии и этнографии, Институт геологии и минералогии, Институт геологии нефти и геофизики, Институт геохимии, Институт леса, Лимнологический институт и др.) исследования по времени гибели мамонтов (Глобальные и региональные изменения климата и природной среды позднего кайнозоя в Сибири. Под ред. академика А.П.Деревянко. Новосибирск, 2008).

«После калибровки самых поздних 14С-дат они распределились следующим образом: на Таймыре последние мамонты обитали 11 200-10 800 л. н., на Гыданском п-ове – около 11 900-11 200, на Ямале – около 12 600-11 800, в низовьях р. Индигирки – около 12 800-11 800, на юге Западной Сибири – около 13 300-12 900, на Северной Земле – около 13 800-13 300 л. н. Таким образом, с учетом вариаций содержания изотопа 14С в атмосфере можно сказать, что в пределах материковой Сибири в самом конце плейстоцена сначала исчезла барабинская популяция мамонтов (Волчья Грива). Практически одновременно вымерли мамонты в низовьях р. Индигирки (р. Берелех) и на Ямале (р. Мутная Сеяха); несколько позже – на Гыданском п-ове (р. Юрибей). Окончательное исчезновение мамонтов произошло на Таймыре (р. Нижняя Таймыра; берег Прончищева).»

«Последний мамонт просуществовал на Таймыре до 9700 л.н. В это время на Таймыре проходило расширение ареала древесных пород, в первую очередь, лиственницы при доминировании тундровой растительности».

«На о-ве Врангеля популяция мелких мамонтов существовала вплоть до 3700 л. н.» [Сулержицкий, 1997; Орлова, Кузьмин, Волкова, Зольников, 2000а]».

Из сказанного выше следует очень важный вывод о том, что вымирание мамонтов началось до рубежа плейстоцена и голоцена (11 700 лет назад). На юге Западной Сибири, Северной Земле мамонты вымерли 13 800 – 12 900 лет назад, в период колебаний температур бёллинга/аллерёда. В низовьях р. Индигирки и на Ямале мамонты вымерли чуть позже – 12 800 – 11 800 лет назад, но тоже раньше рубежа плейстоцена и голоцена. В то время еще не было сильного похолодания и, по крайней мере, на юге Западной Сибири произрастали теплолюбивые широколиственные леса и были сухие полынные степи. Значит, причиной начала вымирания мамонтов была не плейстоцен-голоценовая катастрофа (около 11 700 лет назад). Время их гибели скорее соответствовало периоду продолжительностью от 2 800 до 1 100 лет резких колебаний температур и увеличения содержания урана в беллинге-аллереде.

Как видно, исчезновение мамонтов в тот период происходило не везде (локально). В других местах большая часть мамонтов погибла примерно на рубеже плейстоцена и голоцена, в период резкого похолодания. В отдельных местах (Таймыр, остров Врангеля) мамонты прожили после плейстоцен-голоценовой катастрофы еще от 2000 до 8 000 лет. Это можно объяснить существованием здесь микроклимата (термальных источников?).

Сохранение в отдельных регионов популяций мамонтов после плейстоцен-голоценовой катастрофы также свидетельствует о постепенном ухудшении климата и объясняет, как могли уцелеть протоиндоевропейцы, которые, в отличие от мамонтов, совершили исход в более теплые районы.

Промежуточные выводы

Прежде чем перейти к характеристике других разрезов, представляется важным сделать промежуточный, рабочий, вывод.

То, что называется плейстоцен-голоценовой катастрофой, катастрофой 12 тысяч лет назад, Великим потопом,  на самом деле было двухэтапным событием. Его начало имеет не совсем точные датировки (14 500 – 12 800 лет назад) и больше всего похоже на широкомасштабную ядерную войну или бомбардировку Земли астероидами или кометой. По-видимому, это событие привело к образованию тектитового пояса и кратеров соответствующего возраста. Оно начало менять климат, но еще не вызвало изменения положения земной оси и расположения климатических зон. Изменения расположения земной оси и резкое похолодание в северной Евразии было связано со столкновением с Землей какого-то космического тела на рубеже плейстоцена и голоцена (11 700 лет назад).

Результаты исследования разрезов в Западной Сибири

Данный раздел написан по книге С.А.Архипова и В.С.Волковой «Геологическая история, ландшафты и климаты плейстоцена Западной Сибири» (Тр.Института геологии, геофизики и минералогии СО РАН, 1994).  В этой работе представлены результаты палинологических исследований (изучения пыльцы и спор) 45 разрезов плейстоцена, расположенных в Западно-Сибирской низменности от побережья Северного Ледовитого океана (устья р. Обь и р. Енисей) до Новосибирска и Омска. Выделяемые авторами палинологические спектры отличаются от палинологических спектров, описанных в работе  «Глобальные и региональные изменения климата и природной среды позднего кайнозоя в Сибири. Под ред. академика А.П.Деревянко. Новосибирск, 2008», явным уклоном в сторону более холодного (арктического и субарктического, согласно авторам) климата. В первую очередь это касается отсутствия в отложениях возрастом 20 000 – 12 000 лет пыльцы теплолюбивых широколиственных пород, широко распространенных, согласно авторам сборника «Глобальные и региональные изменения климата…», по всей северной периферии Алтайских гор. Это выглядит весьма странным, по крайней мере, по отношению к разрезам южнее г. Новосибирска, которые находятся как раз на северной периферии Алтайских гор.

Результатом чего это является – плохо представленного и сохранившегося палинологического материала, на что с самого начала намекают авторы, более усовершенствованной методики определения пыльцы и спор через 20 лет, или чего-то другого? На этот вопрос у меня нет ответа.

Зато в работе С.А.Архипова и В.С.Волковой неоднократно встречается указание на быстрые и резкие колебания климата и изменения растительности в диапазоне 14 000 – 12 000 лет назад, что полностью соответствует результатам работы «Глобальные и региональные изменения климата…».

Итак, о чем пишут авторы?

«Геологическая летопись короткого сартанского века продолжительностью в 12-13 тыс. лет с быстротечной, подчас, вероятно, катастрофической сменой геологических событий чрезвычайно фрагментарна, что отрицательно сказывается на качестве палинологической информации»…  «…в ледниковой зоне отсутствует палинологическая информация для начала и окончания сартанского оледенения».

«Климат позднеплейстоценовой сартанской ледниковой эпохи отличается от предыдущих эпох суровостью и резкой континентальностыо. В основу восстановления растительности положено 45 разрсзов. Из них 13 имеют радиоуглеродные даты. Корреляция остальных разрезов выполнена с учетом данных палинологии, геологического строения и всей палеогеографической обстановки.

К разрезам, расположенным вдоль фронта ледника, отнесены обнажения возрастом от 20 000 до 10 500 лет на Енисее у пос. Малая Хета, в низовьях Ниж. Тунгуски [ Коренева, 1960] и в Нюрольском районе (юго-восток Западно-Сибирской низменности) [ Кинд, 1974], в низовьях Оби [ Голубева, 1960; Последнее оледенение … , 1977]. Отложения здесь представлены мореной и озерно-ледниковыми отложениями…» Но, согласно построенным нами картосхемам  (служебный материал) развития оледенения в сартанское время на основе более поздних отчетов и работ, в данных районах в сартанское время не было оледенения и полноводные реки (Енисей, Обь и др.) текли по сухопутному Арктическому шельфу! Горное оледенение охватывало только часть расположенного восточнее Средне-Сибирского плоскогорья (плато Путорана, Сыверна) и могло отразиться лишь на разрезах в низовьях Ниж. Тунгуски. В связи с этим, напрашивается мысль, что авторы оперировали устаревшими данными, не встречали или не упоминали о находках пыльцы растений, противоречащих карте развития оледенения, существовавшей в тот период.

В спектрах нижних частей поименованных выше разрезов выделяются единичные зерна злаков, осок и маревых, споры представлены зелеными мхами. Спектры из верхних частей разрезов характеризуются разным содержанием спор зеленых мхов (до 90 %), пыльцы травянистых (до 70 %) и древесных (до 40 %) растений. Характерно, что 50-70 % пыльцы травянистых растений принадлежит пыльце полыней. Второе место занимает пыльца разнотравья, злаков и маревых. Встречены единичные зерна берез и ели.

В Средней Оби в разрезах колпашевской террасы [Колпашево –  Гричук, 1961; Левина, 1979; Архипов и др., 1975] отложения содержат пыльцу трав (50-90 %), споры (30-10 %).

Среди травянисто-кустарниковой растительности преобладает пыльца злаков (50-90 %), маревых (10-30 %). Есть пыльца полыней и разнотравья. Споры представлены зелеными мхами. Пыльца древесных пород принадлежит березе.

По интерепретации В.С.Волковой, в колпашевских разрезах пыльца деревьев (30 %) представлена елью (10 %) и березой (40-50 %). До 30 % обнаружено пыльцы сосны и кедра. Среди спор присутствуют споры папоротников.

В Новосибирском Приобье, к югу от 54 град. с.ш.,  в разрезе на р. Обь у Красного Яра, выше отложений с датами 27-30 тыс. лет залегают пески и суглинки с большим количеством пыльцы трав, березы (20-25 %) и ксерофитов. Среди пыльцы древесных пород значительное количество принадлежит ели (до 50 %). Характер спектров позволил авторам заключить, что «значительная часть толщи формировалась в условиях развития тундры, а возможно, и лесотундры» и провести границу тундровой и лесотундровой растительности южнее широты Омска (55 град с.ш.).

В сходных климатических условиях отлагались суглинки у северной границы Барабинской степи (южная часть Западной Сибири), слагающие водоразделы рек Бакчара и Икса, и в районе оз. Убинское.

«Среднегодовая температура на юге Западной Сибири, по мнению С.А.Архипова и В.С.Волковой, была ниже современной на 8-10 град С.»

Это противоречит выводам работы «Глобальные и региональные изменения климата…», согласно которым здесь в то время были теплолюбивые широколиственные леса, а географическая широта местности соответствовала широтам современных Астрахани и Одессы.

В остальных изученных С.А.Архиповым и В.С.Волковой  разрезах разных мест Западной Сибири от устий рек Обь и Енисей до юга Новосибирской и Омской областей приводятся примерно аналогичные палинологические спектры, поэтому останавливаться на их поразрезном перечне нет необходимости. Гораздо интересно другое.

Ниже представлен проведенный мной анализ распространения некоторых видов растительности позднего плейстоцена Западной Сибири.

Полынь – распространена по всему северному полушарию, в умеренном поясе Евразии, в Северной и Южной Африке, Северной Америке между 40-45 и 62-68 °с. ш. и 42 и 58 °ю. ш.,а никак не в тундре, расположенной севернее  68 -70 °с. ш.

Папоротник – растет в еловых и дубовых лесах и среди кустарниковых зарослей, во влажных тенистых местах, богатых перегноем, на Кавказе — в горных буковых лесах, в Сибири (на Алтае и Саянах) — в еловой тайге, на Дальнем Востоке — в кедровниках. Районы распространения — практически вся территория СНГ.

Маревые – подсемейство двудольных растений, являющееся частью семейства Амарантовые. Виды подсемейства распространены главным образом на засолённых почвах, в сухих степях и пустынях. Большое количество пыльцы, принадлежащей растениям подсемейства Маревые, было обнаружено в захоронении мадленской культуры в пещере Эль-Мирон на севере Испании.

Злаковые, разнотравье, сосны растут от экватора до Заполярья, то есть являются космополитами. Березы являются одними из наиболее распространенных растений в Северном полушарии, растущих севернее ~ 55 град. с.ш. Обычные березы и сосны не встречаются в тундре и лесотундре. Зеленые мхи широко развиты в широколиственных и хвойных лесах.

Таким образом, палинологический спектр разрезов Западной Сибири более присущ засушливой части умеренного климатического пояса (степей и лесостепей), чем арктическому поясу, о чем пишут авторы. На мой взгляд, они допускают ошибку, подстраивая свои выводы под существовавшую в тот период схему развития сартанского оледенения (ныне сильно трансформировавшуюся в сторону перемещения границы оледенения к западу – за Уральские горы в район Скандинавии и Кольского п-ова)