Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методические аспекты применения палеоботанических данных для реконструкций растительности и климата.
1,Ь Спорово-пыльцевой анализ как источник палеогеографической информации.
1.2, Реконструкции растительности и климата по палинологическим данным.
Глава 2. Ландшафтно-климатические изменения в умеренных широтах Южной Америки в позднем плейстоцене и голоцене.
2.1. Современные лапдшафтно-климатические условия внетропической Южной Америки.
2.2. Ландшафтно-климатические реконструкции по длинным осадочным сериям в низких широтах западного (Притихоокеанского) сектора Южной Америки,
2.3. Ландшафтно-климашческие изменения в умеренных широтах Южной Америки за последний климатический макроцикл и голоцен.
2.4. Ландшафтно-климатические изменения и умеренных широтах Южной Америки за последний климатический макроцикл и голоцен: резюме.
Глава 3, Ландшафтно-климатические изменения в юго-восточной Австралии и на Тасмании в позднем плейстоцене и голоцене.
ЗЛ. Современные ландшафтно-климатические условия австралийского региона.
3.2. Лаіщшафтпо-климатическиє изменения во внетропической области Австралии за последний межледшжово-ледниковый цикл н голоцен.
3.3, Изменения климата в умеренных широтах Австралийского региона в позднем плейстоцене и голоцене: резюме.
Глава 4. Изменения климата и ландшафтов в Новой Зеландии за последний межледииково-ледииковый макроцикл и голоцен.
4.1. Географическое положение и современные природные условия Новой
Зеландии. 245
4.2. История развития растительности и климата Новой Зеландии на протяжении последнего климатического макроцикла и голоцена. 252
4.3. Основные особенности лапдшафтно-климатических изменений в Новой Зеландии за последние 130 тысяч лет (резюме). 311
Глава 5. Сравнительный анализ лапдшафтно-климатических изменений в умеренных широтах Южного и Северного полушарий за последний межледниково-ледниковый макроцикл и голоцен, 316
5.1, Место последнего межледниково-леднишвого цикла (130-10 тыс. л, и,) в общей структуре климатических колебаний в плейстоцене, 316
5.2, Позднеплейстоценовое межледниковье (МИС 5е). 321
5.3, Основные черты сходства и различия лапдшафтно-климатических изменений в умеренных широтах Северпого и Южного полушарий в последнюю ледниковую эпоху. 328
5.4, Современное межледниковье (голоцен) в умеренных широтах Северного и Южного полушарий, 379
Заключение, 382
Литература 385
Введение к работе
За последнее десятилетие большой объем новых палеогеографических данных, характеризующих последний межледниково-ледииковый макроцикл и голоцен на территории северной Евразии и в высоких и средних широтах Северного полушария в целом, получен большими коллективами исследователей в рамках ряда международных проектов: проектов PANASH (Palaeoclimaies of the Northern and Southern Hemispheres) и CAPE (Circum-Arctic PalaeoEnvironments), осуществляемых в рамках Международной Геосферно-Биосферной программы (IGBP); проекта Европейского научного фонда QUEEN (Quaternary Environment of the Eurasian North); российско-канадского проекта PACT (Palaeoecological Analysis of Circumpolar Treeline); российско-норвежского проекта PECHORA (Paleo Environment and Climate Hystory of the Russian Arctic) и других. Большое значение для палеоклиматаческих реконструкций и межрегиональных корреляций основных климатических событий внутри последнего межледниково-ледникового макроцикла имеют результаты исследований глубоководных океанических осадков и ледниковых кернов из Гренландии и Антарктиды,
Изученность последнего климатического макроцикла в умеренных широтах Южного полушария по сей день значительно уступает данным по Северному полушарию, как по количеству исследованных местонахождений, так и по детальности полученной палеогеографической информации. Сопоставление ландшафтно-климатических изменений в континентальном Северном и океаническом Южном полушарии, анализ степени синхронности/асинхроиности основных климатических событий и рубежей имеют принципиальное значение для понимания общих закономерностей функционирования глобальной климатической системы и реакции экосистем на изменения климата с различными характерными скоростями и амплитудами.
Проблема соотношения синхронности и метахронности в развитии ландшафтно-климатических изменений в плейстоцене была подвергнута всестороннему анализу в фундаментальных трудах ИЛ. Герасимова и К.К. Маркова (1939), К.К. Маркова и АЛ.Величко (1967) и А.А.Величко (1973). По мнению названных исследователей, помимо событий, которые происходят единообразно во времени и в пространстве (изохронных или синхронных), в то же самое время могут происходить события, имеющие различную или даже противоположную направленность (например, разрастание оледенения в одном регионе и сокращение - в другом в процессе общего похолодания -Величко, 1973, с. 238), При этом синхронность является более общей, генеральной категорией, метахронность же имеет подчиненное значение и отражает многообразие процессов и явлении в пределах той или иной природной зоны и географическую дифференциацию в отклике ландшафтных компонентов па климатические изменения. На основе полученных к настоящему времени палеогеографических и геохронологических данных предпринимаются все новые попытки установления степени синхронности природно-климатических событий с разным характерным временем проявления и, в частности, короткой ириодиых колебаний климата, в обоих полушариях Земли (например, Bard et aL, 1990; Blunier et al„ 1998; Stcig et al., 1998; Denton et aL, 1999; Борзенкова, 2005).
Палеогеографические реконструкции для последнего межледниково-ледникового макроцикла позволяют выявить специфические региональные и общие для умеренных широт двух полушарий черты как для квазиравновесных состояний природной среды (оптимума последнего межледниковья, максимума последнего оледенения и оптимума голоцена), так и для этапов перестройки экосистем в процессе потеплений и похолоданий, когда достигались наибольшие скорости естественных климатических изменений. Такие реконструкции представляют особый интерес при оценках масштабов и географических закономерностей изменений климата и реакции экосистем на эти изменения при глобальном потеплении, вызванном парниковым эффектом.
Цель работы состоит в выявлении специфики н географической дифференциации в истории климата и растительности умеренной области Южного полушария на протяжении последнего межледниково-ледникового цикла и голоцена в сопоставлении с ключевыми регионами умеренной области Северного полушария.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
• определить специфические черты последнего межледниково-ледникового цикла и его место в общей последовательности лалдшафтно-климатических изменений на протяжении четвертичного периода;
• провести сравнительное исследование развития растительности и климата за последние 130 тысяч лет для трех основных регионов суши, расположенных в умеренных широтах Южного полушария: внетропическая Южная Америка, Австралия и Новая Зеландия (в сопоставлении с данными исследований морских донных отложений);
• выявить региональные особенности квазиравновесных состояний природной среды и климата (оптимум последнего межледниковья, максимум последнего оледенения, оптимум голоцена) для названных территорий;
• проанализировать географические закономерности и региональные особенности реакции растительности на климатические изменения различной частоты и амплитуды в умеренной области Южного полушария.
• провести сравнительный анализ основных лавдшафтно-климатических изменений за последний межледниково-ледниковый макроцикл для ключевых регионов Южного полушария в сопоставлении с данными по умеренным широтам Северного полушария.
В основу реконструкций по внетропическим регионам Южного полушария были положены опубликованные палеогеографические данные по территории Патагонии, юго-восточной Австралии, Тасмании и Новой Зеландии, среди которых главная роль отводилась палинологическим данным. При сравнительном анализе ландшафтно-климатических событий в умеренных областях обоих полушарий источниками палеоботанических данных послужили как палинологическое изучение отложений позднего плейстоцена и голоцена осуществленное автором, так и палеоботанические данные, собранные другими исследователями. В работе были использованы также данные, полученные при помощи геоморфологических, гляциологических, литогеохимических, изотопных и других методов исследований, что позволило существенно дополнить и уточнить реконструкции региональных особенностей и общих закономерностей изменений растительности и климата на протяжении последнего межледниково-ледникового макроцикла.
Новизна предлагаемой работы состоит в том, что путем сравнительного анализа палинологических и других палеогеографических данных:
• впервые реконструированы ландшафтно-климатическис изменения, происходившие в умеренных регионах суши Южного полушария на протяжении последнего межледниково-ледникового макроцикла и голоцена, проведено межрегиональное сопоставление этих изменений и их сравнение с палеогеографическими данными по умеренным регионам Северного полушария;
• установлено, что, несмотря на различия в амплитудах климатических изменений и соответствующих им перестроек ландшафтных систем, в умеренных широтах Северного и Южного полушарий сохранялась однонаправленность основных трендов климатических изменений;
• выявлено принципиальное подобие структуры последнего климатического макроцикла и общее соответствие климатических экстремумов (оптимальной фазы последнего межледниковья, главного термического минимума последней ледниковой эпохи и климатического оптимума голоцена) при частичной асипхронности колебаний; на примере переходного этапа от последнего оледенения к голоцену показано, что амплитуда климатических колебаний и отклика ландшафтных систем на такие колебания в Южном полушарии была меньше, чем в Северном полушарии.
Анализ палеогеографических данных о последнем межледпиково-ледниковом цикле и голоцене имеет ключевое значение для оценки современной природной обстановки и прогноза ее состояния в будущем. Реконструкции растительности и климата в оптимум голоцена можно рассматривать как ближайший палеоаналог глобального потепления на 0,7-1°С, а в оптимум последнего межледниковья - как палеоаналог потепления на 1,7-2°С, Особый интерес представляет анализ резких короткопернодных колебаний, характерных для переходных этапов климатического цикла, когда скорости изменения климата и реакции основных ландшафтных компонентов на них достигали наибольших величин. Сравнительное изучение ландшафтно-климатических изменений в Северном и Южном полушариях за последний межледниково-ледниковый цикл и голоцен необходимо для установления степени синхронности, амплитуды и основных трендов естественных изменений климата и их сочетания с происходящим и ожидаемым в XXI в. развитием глобального потепления.
Основные защищаемые положения:
1. Ландшафтно-климатические изменения на протяжении последнего климатического макроцикла и голоцена в умеренных широтах Южного и Северного полушарий были сходными и в целом однонаправленными.
2. Установлено подобие структуры климатических изменений в умеренных широтах обоих полушарий в позднем плейстоцене и голоцене и общее соответствие климати4еских экстремумов (оптимальной фазы последнего межледниковья, главного термического минимума последней ледниковой эпохи и климатического оптимума голоцена).
3. Амплитуда климатических изменений и отклика ландшафтных систем на такие изменения в Южном полушарии в целом была меньше, чем в Северном полушарии, что объясняется її первую очередь значительными различиями в тепловом балансе, возникающими из-за большей величины отношения площади океана к площади суши в Южном полушарии,
4. Для переходных этапов климатического макроцикла (похолодание на рубеже межледниковья и ледниковой эпохи и потепление при переходе от оледенения к голоцену) в умеренных широтах обоих полушарий было характерно развитие короткопернодных колебаний второго порядка, во время которых достигались наибольшие скорое™ ландшафтно-климатических изменений. В Южном полушарии такие климатические колебания были выражены слабее, чем в Северном полушарии.
5. Для поздних фаз межледникового-ледникового макроцикла в двух полушариях выявлена частичная асинхрошюсть: после длительного интерстадиалыюго потепления пленигляциальные условия в умеренных широтах Южного полушария установились уже около 30 тыс. л. п., то есть на 10-12 тыс. лет раньше, чем в Северном полушарии; заключительное похолодание позднеледпиковья в умеренных широтах Южной Америки началось на 500-1000 лет раньше, чем в Северном полушарии,
Предваряя анализ палеогеографических данных по главным регионам суши, расположенным в умеренных широтах Южного полушария, кратко упомянем основные хронологические и климатостратиграфические подразделения позднеплейстоценового макроцикла.
Последний климатический макроцикп (приблизительно со 130 до 10 тыс, л. и,) состоит из межледниковья, соответствующего подстадии 5е, и ледниковой эпохи, включающей в себя поздние подстадии морской изотопной стадии (МИС) 5 (5d-a) и стадии 4-2 морской изотопно-кислородной шкалы SPECMAP (Imbrie et al., 1984; Martinson et al., 1987), Современное межледниковье (голоцен, МИС 1) началось около 10 тыс. !4С л. н. (11,5 тыс. календ, л. п.). В Северном полушарии последнее межледниковье известно как земское на территории Западной Европы, микулипское в европейской части России, казаицевское в Сибири и сангамоиское в Северной Америке. Оно сопоставляется с подстадией 5е по шкале SPECMAP, то есть с наиболее теплым интервалом за последние 150 тыс. лет. Первоначально соответствие между подстадией - 5е и земским межледниковьем было установлено на основании пыльцевого анализа морских осадков в разрезе Фьозангер (MangeruJ et al, 1979). Соответствие оптимума межледпиковья основному пику стадии 5е было подтверждено результатами исследований изменений температурь1 океана в течение последнего климатического макроцикла, проведенных в рамках проекта CLIMAP (CLIMAP Project Members, 1984). Исследования, посвященные уточнению соотношения границ морской изотопной подстадии 5е и земского межледпиковья, продолжаются по сей день (см., например, Kukla et al., 2002; Shacldeton et al., 2003),
В пределах последней (позднеплейстоцеиовой) ледниковой эпохи (висдипской -валдайской - зырянской - вископсипской) отчетливо выделяются две главных холодных фазы и два этапа развития оледенения (МИС 4 и 2), разделенные продолжительным периодом с преобладанием интерстадиальных условий (МИС 4). Анализ кислородно-изотопной кривой показывает, что глобальный максимум аккумуляции льда был достигнут приблизительно 20-18 тыс. 14С л. гь (т, наз. LGM - Last Glacial Maximum), в пределах МИС 2,
Поскольку ранние этапы последнего климатического макроцикла лежат за пределами применения радиоуглеродного метода, недостаточное количество абсолютных датировок, полученных для этого интервала, и их неточность затрудняют проведение широких межрегиональных корреляций на хронологической основе и оставляют открытой проблему синхронности экстремумов и границ основных климатических фаз в глобальном масштабе. Тем не менее, во многих аспектах позднеплейстоценовый макроцикл изучен весьма детально. Наиболее значительный объем палеогеографических данных по этому периоду собран для территории Европы, включая европейскую часть России.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту данного исследования, профессору А.А. Величко за постоянную поддержку и ценные рекомендации. Автор благодарит своих коллег и соавторов многих публикаций к.г.н. Э,М. Зеликсон, к.г.-м.н, Е.Е. Гуртовую, к.глі. И.И. Спасскую, д.г.п. Т.Д. Морозову, к.гл. ЕЛО. Новепко, к.г.н. К.В. Крсменецкого, к.г.н. В,П. Нечаева и других сотрудников Лаборатории эволюционной географии ИГРАН, а также сотрудников Географического факультета МГУ кхн. А.В.Панина и д.г.н. АЛО.Сидорчука за помощь на всех этапах работы, плодотворный обмен мнениями и доброжелательную критику. Автор выражает глубокую признательность своим учителям и наставникам - к.б.н. М.П. Гричук и д.г.н. В Л. Гричуку, которых, к большому сожалению, уже нет среди нас.
