CC BY
46СЕКЦИЯ 2. БИОРАЗНООБРАЗИЕ И СОХРАНЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКОГО РЕГИОНА. ВИДЫ, СООБЩЕСТВА
И ЭКОСИСТЕМЫ
УДК 630.574.4.2
DOI: 10.24411/9999-025A-2019-10012
ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ В АЛТАЕ-САЯНСКОМ РЕГИОНЕ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 1500 ЛЕТ ПО ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ Баринов Валентин Викторович1, Тайник Анна Владимировна1, Ойдупаа Орлан Чуккаевич2,
Мыглан Владимир Станиславович1 1 Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия, valentinobarinov@gmail.com 2Тувинский государственный университет, г. Кызыл, Россия
На основе анализа искажений аномальной структуры древовидных колец была построена хронология экстремальных климатических явлений за последние 1500 лет по Алтай-Саянскому району. Результаты позволили нам определить наиболее значимые события в 536-537, 627, 803, 935, 942, 1258-1259, 1272, 1291, 1319, 1371, 1381, 1481, 1524, 1536, 1546, 1589, 1736, 1783-1785, 1884. Проверка дат экстремальных явлений в период 1600 - 1850 годов показала, что они соответствуют данным различных источников информации.
Ключевые слова: темберлайн, аномальная структура годового кольца, морозные кольца, климатические крайности, вулканы, Алтай-Саянский регион.
EXTREME CLIMATIC EVENTS IN THE ALTAI-SAYAN REGION FOR THE LAST 1500 YEARS
ACCORDING TO DENDROCHRONOLOGICAL DATA Valentin V. Barinov1, Anna V. Taynik1, Orlan Ch. Oidupaa2, Vladimir S. Muglan1
1Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, 2Tuvan State University, Kyzyl, Russia,
Based on the occurrence distortion analysis of the anomalous tree rings structure the chronology of extreme climatic events over the last 1500 years on the Altai-Sayan region was constructed. The results allowed us to determine the most significant events in 536-537, 627, 803, 935, 942, 1258-1259, 1272, 1291, 1319, 1371, 1381, 1481, 1524, 1536, 1546, 1589, 1736, 1783-1785, 1884. The verification of the dates of extreme events in the period from 1600 to 1850 has revealed that they are consistent with the data of different information sources.
Keywords: timberline, anomaly structure of the annual ring, frost rings, climate extremes, volcanoes, the Altai-Sayan region.
Происходящие сегодня изменения климата в первую очередь проявляются виде существенного потепления, которое уже привело к изменению режимов температуры, осадков, к стремительному росту числа экстремальных проявлений климата. Для оценки масштабов этих изменений необходимы данные, которые позволят оценить насколько наблюдаемые изменения выходят за границы естественной изменчивости климата [1,2]. Одним из перспективных источников такой информации является годичные кольца деревьев произрастающих в чувствительных природных экосистемах северных и высокогорных районов.
Одним из таких регионов является Алтае-Саянская горная страна где дендрохронологические исследования ведутся более полувека. В настоящее время построено восемь древесно-кольцевых хронологий длительностью больше 1000 лет. Однако, до сих пор была не выполнена работа по комплексному изучению аномалий структуры годичных колец и построению хронологии экстремальных климатических событий.
Для восполнения существующего пробела была заложена сеть, состоящая из 13-ти участков на верхней границе леса в Алтае-Саянском регионе (рис. 1).
V
/ V Россия N
uDerzik
Кызыл
Тывинская область
Алтайская область щТап \
Tule uSukor *Моп /--/kolchun ' \ т . J ¿un V Kmigiir* Tarisl
JeloS -—"""
/7,Коксу
Монголия
0 150 300km
Рисунок 1. Схема расположения участков отбора образцов.
Методика проведения исследования. Для датировки образцов и построения древесно-кольцевых хронологий (ДКХ) были привлечены стандартные дендрохронологические методы, которые служат надежным инструментом датирования событий природной и общественной истории [3].
Выявление нарушений структуры годичного кольца было выполнено путем визуального осмотра кернов и спилов на микроскопе Stemi 2000C (Carl Zeiss) при 40-50 кратном увеличении. Фиксация обнаруженных аномалий в структуре годичных колец достигалась путем нанесения отметки на поврежденное годичное кольцо. При поиске аномалий учитывались следующие типы нарушений в структуре годичного кольца, образующиеся на протяжении вегетационного сезона (рис. 2): мо-розобойное кольцо - искаженная структура клеток, поврежденных заморозком в сезон роста, когда формируется ксилема; флуктуация плотности древесины - слой клеток в пределах годичного кольца, который выделяется из соседних слоев по размеру, форме и толщине клеточной стенки; светлое кольцо - зона поздней древесины годичного кольца с заметно слабой лигнификацией. Перечисленные типы аномалий структуры годичных колец в высокогорных районах являются следствием температурных экстремумов внутри сезона роста деревьев.
Рисунок 2. Типы анатомических нарушений структуры годичных колец: а - морозобойное кольцо; б - светлое кольцо; в -
флуктуация анатомической структуры древесины.
Отдельно в работе в процессе перекрестной датировки (при построении древесно-кольцевых хронологий по участкам) была получена информация о выпавших годичных кольцах. Данный тип аномалии структуры представляет собой полностью отсутствующее на радиальном срезе образца годичное кольцо в связи с прекращением деятельности камбиального слоя.
Учитывая, что основной задачей работы является определение дат экстремальных климатических событий с временным разрешением - год, все перечисленные аномалии структуры анализировались вместе. Критерием выделения экстремального события на участке было принято совпадение дат образования аномалий в структуре годичных колец у двух и более образцов с одного участка исследования. При этом аномалии в структуре древесины, формировавшиеся последовательно в течение двух лет и более, фиксировались в качестве последствий одного события.
Построение хронологии экстремальных климатических событий было разделено на три этапа. На первом этапе был выполнен анализ распределения аномалий структуры годичных колец на каждом исследуемом участке и определены даты экстремальных событий. На втором этапе выполнено определение территориального охвата для выявленных экстремальных климатических событий для общего временного отрезка, где EPS > 0.85. В результате были выделены годы, в которые экстремальные события прослеживаются более чем на одном участке. Даты выявленных экстремальных событий, следующие друг за другом в течение двух и более лет, объединялись и рассматривались как последствия одного экстремального события. На третьем этапе выделенные события в зависимости от количества затронутых участков были ранжированы на сильные - даты отмечены на двух третях участков и более (более 67 %); средние - на половине участков (от 50 % до 67 %); слабые - менее чем на половине участков (менее 50 %).
Для верификации полученных нами дат экстремальных климатических событий были привлечены данные о климатических событиях, выявленных по дендрохронологическим данным [4,5], ледовым колонкам [2, 6], извержениям вулканов [7] и историческим свидетельствам [8] и др.
Всего анализу подверглись 1156 образцов древесины, на которых было выявлено 2470 аномалий структуры годичных колец (900 морозобойных колец, 135 флуктуаций плотности древесины, 48 светлых колец и 1509 выпавших колец.
В результате проведенного ранжирования экстремальные климатические события, произошедшие в Алтае-Саянском регионе, разделены на 19 сильных (536-537, 627, 803, 935, 942, 1258-1259, 1272, 1291, 1319, 1371, 1381, 1481, 1524, 1536, 1546, 1589, 1736, 1783-1785, 1884 гг.) и 39 средних (806, 825, 870, 951, 1021, 1054, 1059, 1088, 1109, 1124, 1136, 1172, 1180, 1187, 1190-1191, 1201, 1205, 1239, 1244-1245, 1333, 1367, 1399, 1411, 1434, 1450, 1479, 1495, 1501, 1513, 1515, 1532-1533, 1556, 1562, 1601, 1647, 1662, 1699-1700, 1788-1789, 1812-1814 гг.) событий.
Для того чтобы удостовериться в том, что выявленные экстремальные климатические события вызваны изменением приземной температурой воздуха на верхней границе леса, были привлечены данные по изменчивости температуры воздуха летних месяцев (июнь-август) в Алтае-Саянском регионе за последние 2000 лет [9]. Анализ показал, что в годы всех экстремальных климатических событий (сильных, средних и слабых) наблюдается снижение средней температуры воздуха летних месяцев. При этом, чем сильнее событие, тем значительнее снижение падение температуры.
Полученные результаты подтвердили, что наиболее корректно для сопоставления с данными других источников палеоклиматической информации для Северного полушария использовать даты сильных экстремальных событий.
Верификация экстремальных климатических событий. Для понимания того, как выявленные даты сильных экстремальных событий проявились за пределами Алтае-Саянского региона, были привлечены две длительные хронологии экстремальных событий: 4100-летняя хронология экстремальных событий для полуострова Ямал [4] и 5000-летняя хронология для западной части Северной Америки [5]. При сопоставлении данных, совпадающими экстремальными событиями в разных регионах считались случаи точного совпадения дат экстремумов, либо с расхождением в 1 год.
Результаты сопоставления показали, что практически в половине случаев выявленные в Алтае-Саянском регионе экстремальные события прослеживаются за пределами региона. Сопоставление с данными для полуострова Ямал [4] выявило 8 общих дат (536, 537, 627, 1259, 1372, 1481, 1783, 1884 гг.), с хронологией для западной части Северной Америки [5] - 7 общих событий (536, 537, 627, 934, 1259, 1546, 1884 гг.). Общими для трех хронологий стали события, произошедшие в 536-537, 1259 и 1884 гг.
Причины возникновения климатических экстремумов, как и в случае с объяснением депрессий радиального прироста годичных колец деревьев, вероятно, следует искать в похолоданиях, вызванных затемнением атмосферы вследствие попадания в ее высокие слои продуктов вулканических извержений [10]. Такой эффект обусловлен вулканическими извержениями с индексом VEI 4 и выше. Последствиями вулканических извержений могут быть экстремальные события, зафиксированные в виде повреждений в древесных кольцах того же года (если извержение произошло до, или вовремя вегетационного периода) или в последующие годы.
Из 19 сильных экстремальных климатических событий, выявленных по аномалиям в структуре годичных колец, на год извержения вулкана (VEI = 4 и выше) или год после него приходится 11 событий. Таким образом, более половины (58 %) сильных экстремальных климатических событий, произошедших в Алтае-Саянском регионе, можно отнести к последствиям крупных вулканических извержений.
Обращение к другим источникам информации, описывающим природные и исторические события того времени, подтверждает пространственный масштаб выявленных сильных экстремальных климатических событий. Так, например, климатический экстремум 627 г. проявился в ледовых колонках GRIP и GISP2 (Гренландия) зафиксированы следы мощного извержения [2, 6]. Информацию о климатических и атмосферных аномалиях, вызванных извержением этого вулкана находят в исторических источниках в разных регионах мира. В европейских исторических записях говорится, что над Ирландией и Восточным Средиземноморьем наблюдался вулканический сухой туман, начавшийся в октябре около 626 ± 1 г. и затмивший солнце на 8-9 месяцев. Климатические аномалии отмечены в Японии и китайских исторических источниках.
Таким образом, построенная 1500-летяя хронология экстремальных климатических событий для Алтае-Саянского региона отражает события не только регионального, но и глобального масштаба. Полученные результаты имеют существенное значение для изучения палеоклимата и истории хозяйственной деятельности населения в регионе. При условии пополнения коллекций палеодревесины открывается перспектива построения 3000-летней хронологии экстремальных климатических событий для Алтае-Саянского региона.
Экспедиционные работы выполнены за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 18-45-170001\18).
Анализ полученных данных выполнен за счет гранта Российского научного фонда (проект № 19-14-00028).
Библиографический список
1. Zhang, Y. Millennial minimum temperature variations in the Qilian Mountains, China: evidence from tree rings. / Y. Zhang, X.M. Shao, Z.-Y. Yin, Y. Wang // Clim. Past. - 2014. - No 10. - P. 1763-1778.
2. Zielinski, G. A. Record of volcanism since 7000 B.C. from the GISP2 Greenland ice core and implications for the volcano-climate system / G. A. Zielinski, P. A. Mayewski, L. D. Meeker, S. Whitlow, M. S. Twickle, M. Morrison, D. A. Meese // Science. - 1994. - No. 264. P. 948-52.
3. Шиятов, С. Г. Методы дендрохронологии / С. Г. Шиятов, Е. А. Ваганов, А. В. Кирдянов, В. Б. Круглов, В. С. Мазепа, М. М. Наурзбаев, Р. М. Хантемиров. - Красноярск : КрасГУ, 2000. - Ч. 1. - 80 с.
4. Хантемиров, Р. М. Экстремальные климатические события на Ямале за последние 4100 лет по дендрохронологи-ческим данным / Р. М. Хантемиров, Л. А. Горланова, А. Ю. Сурков, С. Г. Шиятов // Известия РАН. Серия географическая. -2011. - № 2. - С. 89-102.
5. Salzer, M. V. Bristlecone pine tree rings and volcanic eruptions over the last 5000 yr // M. W. Salzer, M. K. Hughes // Quaternary Research. - 2007. - Vol. 67. - P. 57-68.
6. Clausen, H. B. A comparison of the volcanic records over the past 4000 years from the Greenland Ice Core Project and Dye 3 Greenland ice cores H. B. Clausen, C. U. Hammer, C. S. Hvidberg, D. Dahl-Jensen, J. P. Steffensen // Journal of Geophysical Research. - 1997. - No. 102. - P. 707-726.
7. Global Volcanism Program, 2013. Volcanoes of the World, v. 4.6.7. / E. Venzke, Eds. - Smithsonian Institution, Downloaded 04 May 2018. - URL : https://doi.org/10.5479/si.GVP.V0TW4-2013.
8. Мыглан, В. С. Климат и социум Сибири в малый ледниковый период / В. С. Мыглан. - Красноярск : Сиб. федерал. ун-т, 2010. - 230 с
9. Buntgen, U. Cooling and societal change during the Late Antique Little Ice Age from 536 to around 660 AD / U. Buntgen, V.S. Myglan, F.C. Ljungqvist, M. McCormick, N. Di Cosmo, M. Sigl, J. Jungclaus S. Wagner, P.J. Krusic, J. Esper, J.O. Kaplan, M.A.C. de Vaan, J. Luterbacher, L. Wacker, W. Tegel, A.V. Kirdyanov // Nature geoscience. - 2016. - Vol. 9. - Issue 3. -P. 231-U163.
10. Sidorova, O. V. A multi-proxy approach for revealing recent climatic changes in the Russian Altai / O. V. Sidorova, M. Saurer, V. S. Myglan, A. Eichler, M. Schwikowski, A. V. Kirdyanov, M. V. Bryukhanova, O. V. Gerasimova, I. Kalugin, A. Daryin, R. T. W. Siegwolf // Climate Dynamics. - 2012. - No. 38. - P. 175-188.
Bibliograficheskij spisok
1. Zhang, Y. Millennial minimum temperature variations in the Qilian Mountains, China: evidence from tree rings. / Y. Zhang, X.M. Shao, Z.-Y. Yin, Y. Wang // Clim. Past. - 2014. - No 10. - P. 1763-1778.
2. Zielinski, G. A. Record of volcanism since 7000 B.C. from the GISP2 Greenland ice core and implications for the volcano-climate system / G. A. Zielinski, P. A. Mayewski, L. D. Meeker, S. Whitlow, M. S. Twickle, M. Morrison, D. A. Meese // Science. - 1994. - No. 264. P. 948-52.
3. Shiyatov S. G. Metody dendrohronologii / S. G. Shiyatov, E. A. Vaganov, A. V. Kirdyanov, V. B. Kruglov, V. S. Maze-pa, M. M. Naurzbaev, R. M. Hantemirov. - Krasnoyarsk : KrasGU, 2000. - Ch. 1. - 80 s. (In Russ.)
4. Hantemirov R. M. Ekstremal'nye klimaticheskie sobytiya na Yamale za poslednie 4100 let po dendrohronologicheskim dannym / R. M. Hantemirov, L. A. Gorlanova, A. YU. Surkov, S. G. Shiyatov // Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya. - 2011. -№ 2. - S. 89-102. (In Russ.)
5. Salzer, M. V. Bristlecone pine tree rings and volcanic eruptions over the last 5000 yr // M. W. Salzer, M. K. Hughes // Quaternary Research. - 2007. - Vol. 67. - P. 57-68.
6. Clausen, H. B. A comparison of the volcanic records over the past 4000 years from the Greenland Ice Core Project and Dye 3 Greenland ice cores H. B. Clausen, C. U. Hammer, C. S. Hvidberg, D. Dahl-Jensen, J. P. Steffensen // Journal of Geophysical Research. - 1997. - No. 102. - P. 707-726.
7. Global Volcanism Program, 2013. Volcanoes of the World, v. 4.6.7. / E. Venzke, Eds. - Smithsonian Institution, Downloaded 04 May 2018. - URL : https://doi.org/10.5479/si.GVP.VOTW4-2013.
8. Myglan V. S. Klimat i socium Sibiri v malyj lednikovyj period / V. S. Myglan. - Krasnoyarsk : Sib. federal. un-t, 2010. -230 s. (In Russ.)
9. Buntgen, U. Cooling and societal change during the Late Antique Little Ice Age from 536 to around 660 AD / U. Buntgen, V.S. Myglan, F.C. Ljungqvist, M. McCormick, N. Di Cosmo, M. Sigl, J. Jungclaus S. Wagner, P.J. Krusic, J. Esper, J.O. Kaplan, M.A.C. de Vaan, J. Luterbacher, L. Wacker, W. Tegel, A.V. Kirdyanov // Nature geoscience. - 2016. - Vol. 9. - Issue 3. -P. 231-U163.
10. Sidorova, O. V. A multi-proxy approach for revealing recent climatic changes in the Russian Altai / O. V. Sidorova, M. Saurer, V. S. Myglan, A. Eichler, M. Schwikowski, A. V. Kirdyanov, M. V. Bryukhanova, O. V. Gerasimova, I. Kalugin, A. Daryin, R. T. W. Siegwolf // Climate Dynamics. - 2012. - No. 38. - P. 175-188.
УДК 551.794:551.583.7 DOI: 10.24411/9999-025A-2019-10013 ПОЗДНЕГОЛОЦЕНОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА И КЛИМАТА ЗАПАДНОГО САЯНА ПО ДАННЫМ СПОРОВО-ПЫЛЬЦЕВОГО АНАЛИЗА БОЛОТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Бляхарчук Татьяна Артемьевна Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск, Россия, blyakharchyk@mail.ru
Спорово-пыльцевой анализ был проведен по отложениям торфяника у озера Безрыбное (1395 м над ур. м.), расположенного в природном парке Ергаки Западного Саяна. Палинологические данные отражают существование постоянного лесного покрова в горах Западного Саяна в течение последнего 3370 кал. лет. За это время произошло лишь незначительное изменение в соотношении площадей, занимаемых основными древесными породами - березой, сосной, сибирским кедром и пихтой. столетние и десятилетние колебания количества пыльцы сосны (Pinus sylvestris) положительно достоверно коррелируют с понижением влажности болотной поверхности. Это может свидетельствовать о том, что сосна лесная реагирует на аридизацию климата, увеличивая площадь своего распространения за счет влаголюбивых древесных пород - пихты (Abies sibirica) и кедра (Pinus sibirica), или более мобильно - за счет увеличения пыльцевой продуктивности во время сухих периодов. В целом за 3370 лет седиментации на болоте Безрыбном было выявлено 12 эпизодов засушливого климата, зафиксированных как комплексами раковинных амеб, так и максимумами пыльцы сосны лесной - 77, 540, 897, 1152, 1526, 1753, 2023, 2313, 2503, 2879, 3114, 3302 кал. лет назад. Выделенные нами эпизоды иссушения климата хорошо соответствуют историческим данным, приведённым в работе Л.Н. Гумилева.
Ключевые слова: пыльца, мир, торф, Западные Саянские горы.
LATE-HOLOCENE CHANGES IN VEGETATION COVER AND CLIMATE IN THE WESTERN SAYAN MOUNTAINS ACCORDING TO SPORE-POLLEN ANALYSIS OF SWAMP SEDIMENTS
Tatyana A. Blyakharchuk
Institute of monitoring of climatic and ecological systems Siberian branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk, Russia
Spore-pollen analysis was performed for Bezrybnoye peat mire (52°48'36.29"N, 93°30'47.14''E, 1395 m.a.s.l.) located in Ergaki nature reserve (Western Sayan Mountains in the south of Central Siberia). It reflected the existence of a permanent forest cover in the mountains of Western Sayan during last 3350 cal year. Only a slight changes in the area occupied by the main tree species - Betula pendula, Pinus sylvestris, Pinus sibirica and Abies sibirica took place during this time. But it was found that centennial and decadal fluctuations in the abundance of the pine pollen (Pinus sylvestris) correlate positively with lowering of mire surface wetness reconstructed by testate amoeba complexes earlier. In general during 3370 years by these peoxies in Bezrybnoe Mire we revealed 12 episodes of dry climate fixed both by testate amoeba complexes and by Scot's pine pollen - 77, 540, 897, 1152, 1526, 1753, 2023, 2313, 2503, 2879, 3114, 3302 cal yr BP. Examination of the historical facts of the desiccation of the steppes, cited by Gumilev, reveals a very good coincidence of them with our reconstructions.
Keywords: pollen, mire, peat, Western Sayan mountains.
Спорово-пыльцевой анализ был проведен по отложениям торфяника у озера Безрыбного (52°48'36,29' с.ш., 93°30'47,14'' в.д., 1395 м над ур. м.), расположенного в заповеднике Ергаки Западного Саяна. Было проанализировано 60 образцов объёмом 1 см3 с интервалом 10 см из торфяного разреза мощностью 600 см, накопившегося за последние 3370 календарных лет. Получено четыре радиоуглеродные даты, методом жидкостной сцинтилляции бензола в радиоуглеродной лаборатории г. Новосибирска (табл. 1). Временное разрешение между образцами составило 90-45 лет.
Радиоуглеродные даты были откалиброваны с помощью IntCal 13 [1] встроенной в программу построения глубинно-возрастных моделей Bacon [2,3]. Все дальнейшие реконструкции основаны на калиброванном возрасте, рассчитанном для каждого образца программой Bacon.
