Лаборатория палеоархивов природной среды

История изменения ландшафтов и климата центра Восточно-Европейской равнины страдает неполнотой и недостаточной детальностью в интервале последних 25 тыс. лет. Наиболее значительные пробелы имеются в позднем пленигляциале (25-15 тыс. лет) ввиду редкости непрерывных палеозаписей для этого интервала. В позднеледниковье и голоцене, где обеспеченность осадочными летописями сравнительно выше, временное разрешение редко достигает десятков лет, а обычно измеряется сотнями лет. В настоящем проекте предлагается частично восполнить указанные пробелы. Предполагается получить и исследовать керны донных отложений из озер с высокой скоростью осадконакопления (около 1 мм в год), которая обеспечивает подробную запись палеогеографических событий. Керны из озер Каспля (Смоленская область), Петровское (Тверская область), Сомино и Плещеево (Ярославская область) охватят интервал голоцена и части позднеледниковья. Керны из Сарской и Соловьевской котловин (Ярославская область), а также Чухломского озера (Костромская область) охватят интервал позднего пленигляциала. Наличие мощных осадочных толщ в этих озерах подтверждается результатами предыдущих работ и геологической разведки, проведенной исследовательским коллективом за последние 2 года. Озерные котловины и их водосборы будут обследованы геолого-геоморфологическими и геофизическими методами с целью выявления структуры и объемов донного осадка, выявления наилучших участков для бурения, определения строения и возраста озерных террас, а также для понимания факторов осадконакопления. Для осадочных колонок планируется выполнить комплекс литолого-геохимических и палеоботанических исследований с высокой частотой опробования, а хронологическую основу построить на базе массового радиоуглеродного датирования и стратиграфических маркеров. Планируется выполнить: гранулометрический анализ, определение содержания элементов методом РФА, определение органического вещества и карбонатов, измерение магнитной восприимчивости, исследование микростроения осадка, гиперспектральное сканирование кернов, поиск и геохимические исследования криптотефры, диатомовый анализ, спорово-пыльцевой анализ, анализ макроуглей, анализ растительных макроостатков. Реализация запланированных работ позволит: 1. Создать опорную сеть высокоразрешающих (первые годы – десятки лет) палеоархивов озерных отложений, охватывающих интервал последних 25 тыс. лет. 2. Детализировать региональные и локальные палеореконструкции гидрологических обстановок, динамики эрозионно-аккумулятивных процессов, растительности и климата для позднего пленигляциала, позднеледниковья и голоцена. 3. Выявить ранее не известные экстремальные события в истории геосистем: катастрофические паводки, пожары, экстенсивное освоение территории человеком. Полученные результаты будут опубликованы в рецензируемых международных и российских журналах, позволят пополнить глобальные и региональные базы данных по палеолимнологии и истории экосистем (NOAA, PBDB, Neotoma, Paleoecology Database, PaleoLake, Tephrabase и др.), будут способствовать развитию палеоклиматических моделей через ассимиляцию палеоданных.

Минеральный аэрозоль («пыль») тесно связан с состоянием климата на планете и в отдельных ее регионах. Накопление пыли в природных палеоархивах (лессовых, озерно-болотных, ледниковых) регистрирует интенсивность эоловых процессов и увлажненности климата. На юге Европейской России, в Предкавказье, расположены крупные массивы лессовых отложений, покрывающие практически сплошным чехлом территорию от Азовского моря до Прикаспийской низменности. Формирование предкавказских лессов происходило путем поступления минеральной пыли на протяжении последних 500-800 тысяч лет. Общая мощность этих отложений может достигать 150-200 метров, а мощность верхнеплейстоценовых лессов на востоке региона достигает 50 метров, что является рекордом для европейских лессов. Такие быстрые темпы осадконакопления открывают возможность для проведения высокодетальных палеореконструкций, опирающихся на массовое люминесцентное датирование и применение комплекса литолого-геохимических анализов. При этом состав лессов и их мощность неоднородна по территории. Эта неоднородность является ключом к пониманию источников пыли (областей дефляции), которыми могут выступать песчаные аллювиальные массивы низовьев крупных рек (Волги, Дона, Терека и Кумы) и морские террасы. Научная значимость проекта определяется широким интересом международного научного сообщества к источникам и объемам поступления минеральной пыли в атмосферу на протяжении конца четвертичного периода. Количественная региональная оценка темпов поступления минеральной пыли является важным звеном в цепи палеоклиматических реконструкций и служит индикатором степени аридизации климата. Большое внимание в научной литературе последних двух десятилетий уделяется теме реконструкции атмосферной циркуляции, направления и силы палеоветров на основе исследований направления переноса минеральной пыли. В области региональной палеогеографии большой интерес представляет запись в лессово-почвенных сериях крупных изменений гидроклиматических характеристик на Восточно-Европейской равнине: площади покровных ледников, объемов речного стока, среднегодовых осадков и испарения, уровня Каспийского и Черного морей. В стратиграфическом отношении лессово-почвенные серии Предкавказья (особенно центрального и восточного) могут претендовать на роль региональных стратотипов для среднего и позднего плейстоцена. Практическая значимость проекта определяется высокими рисками для сельского хозяйства, жизни и здоровья людей в густонаселенных районах юга России, которые связаны с процессами эрозии почв и пыленакопления. Изучение механизмов реакции этих процессов на глобальные и региональные климатические изменения позволят строить более обоснованные долгосрочные прогнозы темпов дефляции и эоловой аккумуляции, локализации областей дефляции, интенсивности и частоты пыльных бурь. Кроме того, надежные палеореконструкции, основанные на изучении седиментационных палеоархивов, позволят верифицировать существующие палеоклиматические модели, что будет способствовать их качественному улучшению. В рамках проекта предполагается детально исследовать строение, вещественный состав и возраст лессово-палеопочвенных серий в интервале последних 250 тыс. лет на семи ключевых участках, распределенных по региону (запад, центр, восток). Будет выполнено массовое люминесцентное датирование образцов (не менее 7 на участок) и проведена серия литолого-геохимических исследований образцов, отобранных непрерывно с шагом не менее 10 см. Для голоценовых лессов на востоке региона планируется увеличение детальности опробования скважин и шурфов до 2 см. Выявление экстремальных эоловых событий голоцена будет подкреплено исследованием озерно-болотных палеоархивов. Полученные данные позволят рассчитать динамику темпов аккумуляции лессов на разных этапах, определить источники поступления материала, выявить региональные лито-геохимические маркеры, уточнить и детализировать схему лессово-почвенной стратиграфии, увязать историю лессонакопления с палеогеографическими событиями в морских бассейнах, провести корреляцию с глобальными шкалами, верифицировать существующие палеоклиматические модели.

Выявление природно-климатических событий прошлого отвечает современным тенденциям в дисциплинах, занимающихся прошлым Земли, к детализации реконструкций, стремлению перейти от осредненных оценок на событийный уровень исследований. Эти тенденции диктуются потребностями более надежной увязки всех многообразных результатов в единую картину прошлого, которая, в свою очередь, служит базисом для понимания современных изменений природной среды, составления долгосрочных прогнозов, оценки рисков проявления экстремальных и катастрофических процессов. Успех в достижении этих целей опирается, прежде всего, на изучение геологических и других природных образований, сформировавшихся в интересующую эпоху прошлого – палеоархивов природной среды, содержащих «записи» информации о природных обстановках и событиях. Седиментационные палеоархивы плейстоцена и голоцена континентальных областей России представлены, главным образом, озерно-болотными, лёссовыми, аллювиальными и склоновыми отложениями. Широкое распространение этих палеоархивов дает возможность, с одной стороны, проверять надежность палеозаписей через воспроизводимость результатов, а с другой – позволяет выявлять зональные различия в синхронных палеозаписях, удаленных друг от друга. Для территории России существенными остаются две проблемы в данной исследовательской области: 1) низкое покрытие сетью опорных точек, в которых получены надежные палеореконструкции; 2) низкое временное разрешение палеореконструкций за пределами позднего голоцена. Решение первой проблемы связано с увеличением числа исследованных объектов современными аналитическими методами и надежной возрастной привязкой. Решение второй проблемы сопряжено с поиском редких высокоразрешающих палеоархивов, в которых временное разрешение измеряется годами или первыми десятками лет. К таким палеоархивам относятся некоторые типы озерных отложений, формировавшихся при высоких темпах осадконакопления и низкой интенсивности биотурбаций. Эти условия иногда позволяют сохраниться сезонным парам слоев – варвам. Исследование таких высокодетальных озерно-осадочных летописей дает прорывные результаты в детализации событийности и понимании причинно-следственных связей в геосистемах. Цель исследования: диагностика природно-климатических событий плейстоцена и голоцена на территории России путем детального анализа осадочных летописей различного типа. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: 1) Совершенствование методик опробования и анализа высокоразрешающих седиментационных летописей; 2) Выявление хроностратиграфических маркеров резких изменений природной среды в осадке; 3) Диагностика следов вулканических палеособытий; 4) Выявление и оценка повторяемости гидрометеорологических экстремалий на европейской территории России.