CC BY
264
География
Вестник ДВО РАН. 2010. № 6
УДК 551.8:551.58:91(571.6)
А.М.КОРОТКИЙ, Г.П.СКРЫЛЬНИК, В.В.КОРОБОВ
Тенденции изменения природной среды и возможные сценарии ее развития на юге Дальнего Востока
Прогностические построения на основе возможных многовариантных внешних воздействий на структуру ландшафтов выполнены путем расшифровки сложного сочетания влияний древних и современных процессов в природных комплексах. Тенденции развития ландшафтов, трансформации растительного покрова на юге российского Дальнего Востока прогнозируются прежде всего с учетом колебаний температур и увлажнения, ветрового режима и косвенно сопряженных с ними изменений поверхностного и подземного стока, а также колебаний уровня морей и озер. Рассмотрены 5 вариантов изменения природной среды: 3 при потеплении, 2 при похолодании климата. Учтено возможное изменение ландшафтов под действием многолетней мерзлоты и подземного стока; дана оценка устойчивости и тенденций развития природных систем.
Ключевые слова: тенденции развития; изменения температур, влажности и ветрового режима; амплитуды колебаний; пространственные миграции; похолодания; потепления.
Trends of environment changes and possible development scenario in the South of the Far East. A.M.KOROTKY,
G.P.SKRYLNIK, V.V.KOROBOV (Pacific Geographical Institute, FEB RAS, Vladivostok).
Forecasting constructions on the basis of possible multiversion external influences on structure of landscapes are executed by interpretation of complex combination of influences of ancient and modern processes in natural complexes. Tendences of landscapes development, transformations of vegetation cover in the South of the Russian Far East are predicted first of all in view of temperature and humidifying fluctuations, wind mode and changes of surface and underground drain indirectly interfaced to them, and also fluctuations of level of the seas and lakes. Five variants of environment change at various tendences of climate change are considered, three of them are in warming of climate and two - in cold snaps of climate. Possible change of landscapes under action ofpermafrost and underground drain is considered. The estimation of stability and trends of development of natural systems is given.
Key words: trends of development; changes of temperatures, humidity and wind mode; amplitudes of fluctuations; spatial migrations; cold snaps; warming.
Расшифровка сложного сочетания влияний современных и древних процессов в природных комплексах позволяет на основе сохранившихся реликтовых явлений создать частичную основу для ретроспективных построений. Очевидно, что изучение закономерностей формирования структуры современной среды еще недостаточно для выявления ее естественно-исторических тенденций, необходимых при прогностических построениях, особенно если учесть многовариантность внешних воздействий на структуру ландшафтов [6].
КОРОТКИЙ Алексей Михайлович - доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник, СКРЫЛЬНИК Геннадий Петрович - кандидат географических наук, заведующий лабораторией, КОРОБОВ Виталий Викторович - научный сотрудник (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток). E-mail: kam@tig.dvo.ru
з
Закономерности развития природной среды в позднем плейстоцене-голоцене
Палеогеографический материал, отражающий планетарные процессы в их региональном преломлении, позволяет проследить развитие природной среды на разных возрастных срезах, сопоставить ход и тенденции в изменении процессов в больших регионах [6].
Тенденции развития природной среды. Проведено детальное изучение опорных разрезов позднего плейстоцена-голоцена, расположенных в разных ландшафтно-климатических и структурно-геоморфологических зонах юга российского Дальнего Востока. Применение спорово-пыльцевого анализа позволило установить ряд особенностей развития природной среды, являющихся основой для прогностических построений [6, 14, 19].
1. Изменения климата над Тихим океаном и в Восточной Азии были неодинаковыми по своему воздействию на ландшафты в теплые и холодные эпохи плейстоцена. Амплитуда пространственных миграций растительных зон в плейстоцене отвечала значительным смещениям к югу (в эпохи похолоданий) или к северу (в эпохи потеплений) [4, 14]. Крупномасштабные изменения климата фиксировались поочередным усилением океанических (теплые фазы) или континентальных (холодные фазы) влияний в полосе от 38 до 54° с.ш., где выделена зона палеогеографических рубежей плейстоцена с максимальным смещением ландшафтных зон и контрастностью климатов [6, 13, 16, 19, 24].
2. Обнаружено, что тектоническое погружение внутриконтинентальных впадин определяет режим седиментогенеза, ход которого осложняется климатическими осцилляциями плейстоцена. Возникновение озер связано с неравномерным осадконакоплением во впадинах из-за образования «аллювиальных плотин». На основе анализа геологических разрезов выявлена зависимость между интенсивностью аккумуляции в долинах и развитием озерных трансгрессий в депрессиях. Эти процессы коррелируют с колебаниями климата плейстоцена: развитие трансгрессий совпадает с похолоданиями, регрессии -с потеплениями [6, 12].
3. На ход природных процессов влияние оказали колебания уровня морей, которые в эпохи похолоданий за счет уменьшения площади последних, сокращения поступления теплых океанических вод и замерзания акваторий способствовали усилению суровости климата. Гляциоэвстатические трансгрессии моря в эпохи потеплений усиливали активность теплых течений, что приводило к смягчению климата и уменьшению асимметрии ландшафтных зон [6, 19]. Перестройки обстановок морфолитогенеза в прибрежной зоне в эпохи трансгрессий сопровождались усложнением очертаний береговой зоны, усилением темпа абразии и ослаблением эрозии. В эпохи регрессий прибрежная зона оказывалась под воздействием эрозии на крутых шельфах и транзита наносов на пологих шельфах [13, 16].
4. Послойное изучение разрезов позднего плейстоцена и голоцена и их корреляция на основе радиоуглеродного датирования привели к выводу о быстрой реакции природной среды на небольшие и непродолжительные флуктуации климата (рис. 1). Эта реакция проявлялась в изменении структуры растительности горных районов, снижении или повышении верхней границы леса, степени заболоченности континентальных низменных и прибрежных равнин, характере их залесенности и т.д. [13, 14].
Изменения климата. Климат как фактор, в наибольшей мере влияющий на функционирование и устойчивость природных систем, претерпел в плейстоцене-голоцене сильнейшие изменения (рис. 2). При этом такие его составляющие, как температура и влажность, менялись метахронно, что определяло различия в возникновении, оптимальном функционировании и деградации различных типов природных ландшафтов [19].
Температура. Снижение среднегодовых температур за последние 100 тыс. лет установлено для позднего плейстоцена и голоцена, что зафиксировано прежде всего в увеличении амплитуды среднегодовых температур наиболее холодного и наиболее теплого месяцев.
В прибрежной зоне Японского моря на 45° с.ш. в рисс-вюрме она составляет 30°, а в оптимум голоцена уже 36°С, но для холодных эпох позднего плейстоцена здесь этот показатель равен около 42°С [19]. В широтном разрезе для теплых эпох позднего плейстоцена и голоцена во внут-риматериковых районах отмечается большая континентальность климата, за счет чего амплитуды среднегодовых температур января-июля в оптимум голоцена на 48° с.ш. составляли 40-42°С, на побережье - 30-36°С. В холодные эпохи максимальная контрастность температур зафиксирована в прибрежной зоне морей (среднегодовая температура июля на уровне +8...+10°С, среднегодовая января -28...-30°), что связано с их ледовитос-тью. В теплые эпохи позднего плейстоцена изотермы января и июля располагались с разворотом к северо-востоку вдоль побережья Японского моря. Это соответствовало отепляющему влиянию моря, особенно сильному в зимнее время [6, 13, 19].
1 к 05 Ь 5 * о •> х ти чао 14р-даты О О ч м ь <и о * У ж *=! Тип ландшафта
уЩ % Кедрово-еловая тайга
~ ; а/ .2222 Чіп ? •' ?-Д' Т5П^ГЦ~ 19773 ± 285 ЩЩйІ. 19939 і 199 даззвдо Изреженные березово-лиственничные леса_с кустарниковыми березами и ольховником
Березово-лиственничные леса и ерниковые редколесья
ДСЙР?С>?22556 і 56 о ^21932 ± 235 Берёзово-ольховниковые леса Елово-пихтовые леса
23292 ± 573 Щ 3 . о • _ • О Кедрово-елово-широколиственная тайга
Щ 1 ]§£] 2 щ з Ш4 ЦбШ *Ш7 IV 11 (+"+] 12 [7^13 2] 14 [ду] 15 [<>»] 1б[*Т]17
Рис. 1. Оценка скорости смены ландшафтов на границе среднего и позднего вюрма (р. Максимовка). 1 - гальки и валуны с песком; 2 - валуны и гальки в глинистом песке; 3 - галечники с щебнем в глинистом песке; 4 - песок; 5 - глинистый песок с щебнем и галькой; 6 - алеврит; 7 - алеврит песчанистый; 8 - алеврит торфянистый и торф; 9 - суглинок; 10 - суглинок песчанистый с галькой и щебнем; 11 - суглинок песчанистый с щебнем; 12 - коренные породы; 13 - растительный детрит с остатками древесины; 14 - корни; 15 - ожелезнение; 16 - места отбора проб на 14С-датирование; 17 - почвы
Влажность (осадки). Оценка режима увлажненности позднего плейстоцена-голоцена позволила выявить, что на фоне общего повышения температур наблюдается увеличение количества осадков [14, 19]. Увеличение влажности в летнее время, вероятно, связано с проникновением до 48° с.ш. тропического воздуха, распространение которого контролируется характером и типом растительности с присутствием таких термофилов, как дуб зубчатый, ясень носолистный, граб сердцелистный и орех маньчжурский [10, 25]. На фоне повышения температур отмечалось сокращение летних осадков во впадинах, где в оптимальные фазы климата в составе растительности горного обрамления господствовали дуб монгольский, ильм, орешник, а на равнинах и предгорьях лесостепные и лугово-степные растительные ассоциации. В конце оптимальных фаз климата на побережье в рисс-вюр-ме отмечались леса с реликтовыми соснами, а в голоцене - кедрово-широколиственные леса, чему, вероятно, способствовала малоснежность зим в условиях ослабления фронтально-циклонической деятельности. На фоне снижения температур в фазы похолоданий в среднем вюрме и во второй половине голоцена наблюдалось увеличение летних осадков. Широкое развитие елово-пихтовых лесов в пределах Черногорья, Сихотэ-Алиня, Нижнего Приамурья и Сахалина косвенно свидетельствует о прохождении здесь фронтального раздела между арктическими и умеренными воздушными массами [1, 14, 19, 20].
Некоторое повышение температур в периоды холодных эпох позднего плейстоцена с увеличением влажности климата сопровождалось появлением в составе березоволиственничных лесов островов темнохвойной тайги, особенно в западном Приморье.
На побережье Японского моря в эти фазы, вероятно, возрастала доля зимних осадков, с чем связано увеличение в составе растительности кедрового стланика и ольховника. В холодные эпохи позднего плейстоцена в прибрежных зонах морей летом наблюдались холодные туманы - результат соседства нагретой суши и моря с ледовым панцирем. Именно развитие туманов объясняет проникновение в прибрежной зоне до 40° с.ш. тундр, лесотундр и березово-лиственничных лесов [6, 13].
Похолодание климата в раннем и позднем вюрме сопровождалось резким снижением годового количества осадков (до 400 мм в южном Приморье). В распределении осадков отмечалась асимметрия: больше влаги получали Центральный Сихотэ-Алинь и его западные склоны. По мере приближения к Японскому морю количество осадков уменьшалось (до 300 мм). Общая тенденция уменьшения зимних осадков - причина слабого развития нивационно-ледниковых процессов на этой территории [6, 19]. Сухость климата в фазы пессимумов раннего и позднего вюрма объясняется усилением зимнего муссона. Фронт раздела арктических и умеренных воздушных масс располагался южнее 42° с.ш., фиксируемой по распространению темнохвойной тайги в Восточном Китае, на юге Корейского полуострова и в центральной части Японских островов [12].
Ветровой режим. Его восстановление затруднительно для теплых эпох плейстоцена из-за отсутствия надежных критериев. Более уверенно определяются его характеристики для холодных эпох. Среди них наиболее надежны геоморфологические формы. Так, расположение ледниковых каров и снежниковых ниш в вершинном поясе Сихотэ-Алиня связано с метелевым переносом снега с северных и западных склонов на склоны восточных и юго-восточных экспозиций, а накопление эоловых плащей - с переотложением тонкого материала. Более мощные эоловые покровы на водоразделах возникли за счет поступления пыли из внутренних районов Восточной Азии [6, 15, 24].
Предполагается, что расположение нивальных форм связано с поступлением зимних осадков с ветрами с Тихого океана [22]. Но этому противоречит уменьшение размеров и количества снежниковых ниш по мере приближения к берегу Японского моря [24]. Отсюда следует, что основная масса осадков в позднем вюрме поступала с западным переносом или с южными циклонами. Зимние ветры северных и западных направлений перемещали твердые осадки на противоположные склоны. Гольцовая зона представляла собой каменистую пустыню, с чем связано отсутствие в осадках вюрма пыльцы кедрового стланика и ольховника, для существования которых в холодном климате необходим снеговой покров [2, 7].
В холодные эпохи позднего плейстоцена с интенсивной ветровой деятельностью связано образование эоловых форм рельефа в пределах Северного Сахалина, Курильских и
Рис. 2. Характер изменения основных параметров климата и ландшафтов в позднем плейстоцене-голоцене.
1 - среднегодовая температура (°С); 2 - температура июля-августа (°С); 3 - температура января (°С); 4 - сумма осадков (мм); 5 - границы стратонов
Японских островов и на побережье Восточной Азии [6, 8, 15, 23]. Интенсивность развевания в раннем вюрме была более сильной, чем в сартанское время. Об этом свидетельствует постоянное присутствие эолового плаща на поверхности казанцевской терассы в пределах Сахалина и Приморья. Слой эолового материала выше каргинской почвы маломощен, иногда заменяется осадками низинных болот. Возможно, что дефляция в климате позднего вюрма ограничивалась многолетней мерзлотой на прибрежных равнинах [15, 16].
Об активной деятельности ветра в холодные эпохи позднего плейстоцена свидетельствует накопление бурых суглинков в пределах западного Приморья. Покровная толща суглинков с криотурбациями лежит ниже подошвы каргинской почвы (в интервале 28-32 тыс. л.н.). Выше этой почвы наблюдается маломощный горизонт белесых суглинков, перекрытый голоценовой почвой (14С-дата 3803 ± 240 л.н.; КИ - 1972). Мощность эоловых накоплений позднего плейстоцена сильно уменьшена по сравнению со средним плейстоценом [9]. Не исключено, что распределение эоловых суглинков в разрезах плейстоцена соответствует уменьшающемуся выносу эолового материала из глубинных районов Восточной Азии. В позднем вюрме прибрежные территории Восточного Китая имели достаточное увлажнение, с чем, возможно, связано уменьшение выноса эоловой пыли [21].
Менее значительные похолодания в голоцене также вызывали усиление ветровой деятельности. В осадках внутреннего шельфа установлены горизонты волновой переработки на глубинах в 14-18 м [19], а в прибрежной зоне наблюдаются эоловые плащи на высотах до 80-100 м над у.м. [15]. Возраст голоценовых почв, разделяющих пачки эоловых наносов, соответствует оптимальным климатическим фазам среднего голоцена (14С-даты: 4980 ± 130 л.н.; КИ - 1975 и 6800 ± 150 л.н.; КИ - 1977). Присутствие в составе супесей песка является доказательством значительной силы ветра (до 40 м/с).
Варианты (сценарии) изменения природной среды при различных тенденциях изменения климата
Рассмотрим несколько вариантов изменения природной среды в зависимости от тенденций развития. Учитывается, что изменения температуры и увлажнения могут быть как однонаправлены, так и противоположны по фазе (рис. 2). Наиболее вероятные оценки вариаций в преобразовании структуры ландшафта получаются для флуктуаций климата, сопоставимых с характером их колебаний в голоцене [19].
I. Потепление климата без увеличения количества осадков и с внутригодовым распределением, характерным для муссонного климата (вариант не установлен в голоцене, но сходен по своим параметрам с началом суббореальной фазы).
1. Структура ландшафтов. Усилится континентализация во внутриматериковых впадинах, увеличится гумидность в прибрежных районах. Общее смягчение климата будет отмечаться для зимы, особенно в прибрежной зоне, где усилится влияние теплых водных масс, приносимых в Японское море через Цусимский пролив. В летнее время повышение температур с уменьшением относительной влажности воздуха вызовет увеличение слоя испарения, что приведет к уменьшению водности рек и иссушению рыхлого покрова на крутых склонах и в долинах и создаст дефицит влаги в период вегетации. Уменьшение стока рек и увеличение слоя испарения вызовут сокращение обводненности внутрикон-тинентальных равнин, которое выразится в сокращении площади озер, усыхании болот и балок с общим остепнением ландшафтов (рис. 3). Усилится ветровая эрозия, особенно в пределах осушившихся частей озер и аллювиальных дельт.
2. Уровень Мирового океана. Уровень морей при росте температуры на 2-3°С повысится на 1,5 м от современного уровня. Такое повышение зафиксировано береговыми линиями (см. типы осадков на рис. 4). Это приведет к подтоплению устьев рек с возникновением болот, озер и лагун. Как установлено, величина подтопления находится в обратной связи с уклонами рек [9]. Поэтому в речных долинах с уклонами менее 0,0001-0,00001 м/м зона
5 0 5 10 км
Рис. 3. Рельефно-субстратная основа ландшафтов обрамления оз. Ханка и ее изменения при вероятном потеплении климата. Основные компоненты рельефа: 1 - современная прибрежно-озерная равнина; 2 - полоса суши, возникающая при понижении уровня озера на 2-3 м; 3 - современные днища речных долин: Зі - участки пойменной и болотной аккумуляции, 32 - участки транзита наносов, З3 - луговая терраса; 4 - террасовидные поверхности и высокие террасы - уровень древней предгорной аккумуляции; 5 - пояс останцево-педиментного рельефа; 6 - мелкогорный рельеф; 7 - низкогорье; 8 - среднегорье. Предполагаемые ландшафты: 9а - современные болота; 9б - лугово-болотные ландшафты после снижения уровня озера; 10а - участки аккумуляции в новых долинах; 10б - там же участки врезания; 11а - современная береговая линия озера; 11б - предполагаемая береговая линия при снижении уровня озера на 2-4 м; 12 - границы новых дельт; 13 - участки транзита наносов и боковой эрозии в речных долинах рек; 14а - эоловые процессы; 14б - потоки наносов.
Д - дельтовые; ЛБ - лугово-болотные; Б - болотные; Л - луговые ландшафты
о о
Рис. 4. Тенденции и фазы колебаний уровня Японского моря при разных изменениях климата: а, в, д, ж - потепление; б, г, е, з - похолодание. 1 - галечник с валунами; 2 - песок с гравием; 3 - водорослевый торф; 4 - пресноводный торф; 5 - раковины и раковинный детрит. Расчет колебаний взят от современной температуры
подтопления составит десятки и сотни километров. К концу фазы подтопления в нижнем течении крупных рек будут заболочены луговые террасы [6, 11, 19]. Крупные изменения в распределении озер и болот произойдут в Нижне-Амурских впадинах и на побережье Сахалина, где не исключено, как и в голоцене [16], образование крупных болот и расширение акваторий современных озер.
3. Растительный покров. Увеличится роль дубовых лесов и уменьшится - темнохвойной тайги. Особенно сильно структура растительности перестроится в западной части региона, где в предгорьях Сихотэ-Алиня распространится лесостепь, а в центре депрессии - степные ассоциации. Леса в депрессии сохранятся в виде ленточных по долинам рек
и, вероятно, на месте бывших болот (рис. 3).
II. Похолодание климата без снижения количества осадков и с внутригодовым распределением, характерным для муссонного климата (вариант сходен с конечной фазой суббореала).
1. Структура ландшафтов. Только за счет уменьшения слоя испарения будет отмечаться некоторое увлажнение климата, которое приведет к изменениям в структуре ландшафтов, особенно значительным в южном Приморье и в прибрежной зоне. Увеличится водность реки, произойдет заболачивание долин. Во впадинах получат развитие озерные трансгрессии с заболачиванием низменных равнин вблизи крупных озер и в долинах магистральных рек. Примером такого варианта изменения стока является поздний голоцен.
2. Уровень Мирового океана. На границе атлантик-суббореал снижение среднегодовых температур на 1,5-2,0°С ниже современных сопровождалось регрессией Японского моря амплитудой от 3-4 [6] до 6-8 м [5]. Это привело к осушению части лагун и усилению эрозии в устьях рек. Именно с такими процессами связано образование лагунных террас на побережье Японского и Охотского морей [6, 16, 19]. В низинных болотах за последние 3-4 тыс. лет накопились торфяники мощностью до 2-4 м. В прибрежной зоне при понижении уровня моря обнажатся аккумулятивные равнины, которые в условиях дефицита наносов и режиме переменной абразии и аккумуляции быстро переработаются морем [6].
Изменения геоморфологических систем и связанных с ними ландшафтов в наибольшей мере затронут приустьевые зоны рек низких и средних порядков. В нижнем течении крупных рек эти процессы из-за большой инерционности таких систем охватят лишь краевые части депрессий. Вероятны спуск мелководных озер и сокращение заболоченности прирусловых частей депрессий. Такому состоянию прирусловых ландшафтов в Нижне-Амурской депрессии соответствует появление в разрезе торфяных залежей пограничных горизонтов (почв). При равенстве уклонов шельфа и в устьях водотоков понижение уровня моря не повлияет на развитие долинных систем (как, например, в долинах Среднего Сихотэ-Алиня).
3. Растительный покров. При сохранении влажности на фоне снижения летних температур создадутся благоприятные условия для произрастания в среднегорье елово-пихтовой тайги и лиственничников за счет сокращения кедрово-широколиственных лесов. Снижение верхней границы леса будет сопровождаться расширением гольцов и подгольцовых стелющихся лесов с преобладанием в верхнем поясе гор зарослей кедрового стланика на юге Сихотэ-Алиня и лишайниковых горных тундр севернее. В пределах внутриконтинен-тальных впадин при похолодании климата и увеличении осадков, видимо, увеличится роль лесов, а в центре депрессий в обрамлении озер - мезофильных лугов и болот. Подъем уровня озер вызовет заболачивание речных долин в их нижнем течении (рис. 5). Крупные массивы болот возникнут в зоне действия «аллювиальных плотин».
5 0 5 10 км
I------1_______I______I
Рис. 5. Ландшафты и характер обводненности Западно-Приморской равнины при незначительном похолодании климата без снижения количества осадков. 1а - современная береговая линия, 1б - при поднятии уровня моря на 2 м (зона затопления и болотно-озерные ландшафты); 2а - активное подрезание бортов, 2б - потоки наносов; 3 - древние дюны; 4 - болота с мелкими озерами; 5 - заболоченные луга; 6 - суходольные луга, остепененные ландшафты с «островами» редкостойных березово-ильмовых лесов; 7 - широколиственные леса и дубово-березовые редколесья; 8 - хвойно-широколиственные леса; 9 - государственная граница
III. Потепление климата с увеличением количества осадков и их неравномерным распределением в течение года.
1. Гидрологический режим рек и ход геоморфологических процессов. Предполагается увеличение испарения. Неравномерность выпадения осадков сделает сток пульсирующим, что сильно повлияет на характер геоморфологических процессов. Преимущественная роль дождевого питания приведет к преобладанию летне-осенних паводков и подчиненному значению весеннего стока. Для рек юга Приморья будут типичны длительные перерывы между паводками.
Геоморфологические следствия неравномерности стока проявятся в сезонном разрезе отложений. Так как на южных склонах из-за повышенного испарения часто отсутствует снеговой покров или происходит быстрое его стаивание, то в зоне сезонной мерзлоты возникает достаточное количество тонкодисперсного материала. Резкий подъем воды ведет к быстрому удалению тонкого материала в магистральную долину, чем значительно повысит мутность воды во время паводков. Неравномерность стока определит геоморфологическую выраженность двух уровней поймы - низкой и высокой. Значительный слой воды на пойме при уклонах поверхности порядка 0,005-0,0005 м/м активизирует эрозию, с чем связана примесь грубого материала в пойменном аллювии. Паводочный режим определит колебания скоростей течения потока от 0,4-0,5 (в межень) до 2,5-4 м/с (в паводок).
Такой режим стока во внутригорных районах будет сопровождаться усилением глубинной эрозии за счет как увеличения жидкого стока рек, так и ослабления интенсивности склоновых процессов в условиях увеличивающейся залесенности горных стран. Глубинная эрозия в наибольшей мере проявится в средних и нижних частях водосборов, где произойдет максимальное приращение жидкого стока и минимальное влияние склоновых процессов на русловые системы. Произойдет преобразование луговой террасы в первую надпойменную террасу [11]. Разгрузка твердого стока в зоне предгорий и понижение местных базисов эрозии вызовут глубинную эрозию и в депрессиях. На первом этапе благодаря увеличению слоя испарения сократится площадь озер во впадинах, а затем, в условиях прогрессирующей глубинной эрозии, заозеренность равнин уменьшится из-за разрушения «аллювиальных плотин» (рис. 3) [9, 12]. Эфемерность существования озер хорошо согласуется с их гидрологическим режимом, который близок к режиму озер аридной зоны [17].
2. Влияние трансгрессий. В прибрежной зоне морей ход природных процессов будет определяться подъемом уровня моря (рис. 4). В случае быстрой трансгрессии в устьях рек возникнут лагуны, произойдет заболачивание террас и высокой поймы. Зона аккумуляции от устьев сместится вверх по течению рек на расстояние от 10-15 (для р. Партизанская) до 80-100 км и более (для рек типа Туманная и Амур) [6, 19]. Аналогами такого развития побережий являются атлантический, суббореальный и субатлантический периоды голоцена, когда при трансгрессии с высотой подъема уровня от 3-4 до 2 м происходило активное заболачивание и образование многочисленных озер в нижнем течении рек Раздольная, Туманная, Амур и др. [19].
Активное заболачивание, но на меньших площадях, будет наблюдаться в устьях малых рек с небольшим твердым стоком и пологим продольным профилем. Именно на таких участках прибрежной зоны возникали в голоцене наиболее длительно существующие заливы, лагуны и озера. Подъем уровня моря изменит ситуацию и в волноприбойной зоне побережья: на участках абразионных побережий активизируется размыв, что приведет к увеличению количества наносов в береговой зоне и возникновению потоков наносов с образованием аккумулятивных форм. Со временем береговая линия выравнится.
3. Структура растительности. При общем увеличении температур и увлажнении климата в нижнем поясе гор получит более широкое распространение формация широколиственных лесов, в составе которых увеличится доля дуба зубчатого, ясеня носолистного и граба (рис. 6). В южном Приморье, вероятно, расширит свои границы формация пихтово-широколиственных лесов, в среднем поясе гор в составе темнохвойной
Рис. 6. Изменение структуры вертикальной поясности при возможном максимальном потеплении климата (Сихотэ-Алинь). Вертикально-ландшафтные пояса Южного Сихотэ-Алиня: А - при возможном похолодании на 2°С ниже современного среднегодового уровня; Б - при возможном максимальном потеплении на 2-3°С выше современного среднегодового уровня. 1а - широколиственные полидоминантные леса; I - широколиственные леса, в основном из Quercus топ§оНса Fisch.; II - кедрово-широколиственные леса; III - елово-широколиственные леса; IV - елово-пихтовые леса; V - подгольцовые стелющиеся леса; VI - горные тундры
тайги - широколиственные породы и кедр корейский [15, 25]. На севере Приморья увеличит свою площадь елово-пихтовая тайга, которая займет почти весь верхний пояс гор и днища долин на участках распространения лиственничников. Этому будет благоприятствовать исчезновение (на юге) и сокращение площади (на севере) многолетней мерзлоты и уменьшение заболоченности долин по мере развития глубинной эрозии. Особенно резкие изменения произойдут на хребтах Приамурья, где большее развитие получат елово-широколиственные и елово-пихтовые леса с достаточно значительным участием кедра корейского.
Общим для региона будет сокращение площади гольцов с полным их исчезновением на юге Сихотэ-Алиня, где в верхнем поясе гор сформируется елово-пихтовая тайга с широким участием кедра корейского и отдельных представителей широколиственных пород. На севере региона сократится площадь лишайниковых тундр и увеличится роль лесных формаций.
В пределах внутриконтинентальных равнин получит распространение остепнение ландшафтов. В обрамлении озер и в зоне разрушения «аллювиальных плотин» резко уменьшатся площади болот. В долинах магистральных рек на месте луговой террасы возникнет первая надпойменная терраса с широколиственными лесами, а на высокой пойме получат развитие луговые остепненные сообщества и мезофильные луга. В пределах болотных массивов сформируются пограничные почвенные горизонты. Бывшие массивы болот могут стать районами активного сельскохозяйственного освоения. Условия земледелия в депрессиях значительно улучшатся, что может привести к частичной смене системы хозяйствования.
Аналогом подобного варианта развития природной среды может служить отрезок времени, охватывающий конец первого-начало второго тысячелетия н.э., когда произошло повышение температур с некоторым увеличением влажности климата.
IV. Похолодание климата с увеличением количества осадков.
1. Ландшафты. Увеличение количества осадков и уменьшение слоя испарения приведут к значительному обводнению территории (прежде всего во внутриконтинентальных впадинах), в речных долинах развивается аккумуляция с возникновением «аллювиальных плотин» [12]. Увеличенный жидкий сток в сочетании с плотинным эффектом внутренних дельт повысит уровень воды в озерах и увеличит их площади. Подтопление устьев рек в сочетании с активной аккумуляцией явится причиной сильнейшего заболачивания низких равнин (рис. 5). Подъем уровня аккумуляции по отношению к современному на 1,5-2,0 м приведет к заиливанию русловых систем и искусственных каналов на низких равнинах.
2. Уровень моря. В прибрежной зоне Японского и Охотского морей в связи с регрессией будет наблюдаться частичное осушение шельфа, на котором начнутся активные эоловые процессы, а в устьях рек - врезание, а также частичное осушение озер и болот, которые будут сопровождаться формированием морской террасы и надпойменной террасы в нижнем течении рек. Непосредственно вблизи береговой линии понижение уровня моря приведет к образованию дельт, пролювиальных шлейфов и протяженных аккумулятивных морских форм, связанных с усилением зимних северо-восточных ветров. Последние вызовут, как и в настоящее время, активное ледовое воздействие [3] на ландшафты морского побережья.
3. Состав растительности. В горных районах снижение летних температур и увеличение общей влажности приведут к усилению роли темнохвойных пород. Снижение верхней границы леса будет более значительным, чем при простом понижении температур, так как увеличение облачности летом и снегового покрова зимой создаст неблагоприятные условия для существования лесной растительности в верхнем поясе гор. Вблизи верхней границы леса получат развитие снежные лавины и наледи, которые будут способствовать снижению этой границы.
В прибрежной зоне снижение летних температур сопроводится усилением холодных туманов, чье воздействие приведет к выпадению из состава растительности широколиственных элементов. Увеличение количества летней влаги явится причиной возникновения на плакорах верховых болот и лиственничных марей, а в нижнем поясе гор прибрежной зоны получат большее распространение ель, пихта, тис. В зоне действия холодных туманов в южном Приморье вверх по долинам рек проникнут высокотравные луга. Аналоговой эпохой, где происходили подобные изменения ландшафтов, может служить конец суббореала-начало субатлантика в голоцене, когда в пределах внутри-континентальных впадин происходили заболачивание, резкое расширение акватории озер и усиление аккумуляции в долинах, а в прибрежной зоне - осушение суббореаль-ных лагун и болот.
V. Потепление климата с увеличением количества осадков и их равномерным распределением в течение года (этот вариант в голоцене не установлен).
1. Ландшафты. Такое распределение осадков мало вероятно. В случае континентального муссона испаряемость превысит поступление влаги от осадков, что приведет к большой потере воды в руслах, особенно в транзитных системах. Относительные потери на испарение в руслах рек тем значительнее, чем меньше уклон русла, больше ширина долины и меньше глубина ее вреза.
Для территории Приморья при равномерном распределении суммы осадков (800-1000 мм) среднемесячная норма будет составлять 70-80 мм, что приведет к резкому изменению гидрологического и гидродинамического режимов рек. Консервация 500-600 мм осадков в осенне-зимнее время в виде снега и последующее его таяние вызовут хорошо выраженный весенний паводок. Вероятная величина подъема уровня воды будет меньше, чем при максимальных паводках в настоящее время, так как возникала бы характерная для весеннего времени растянутость половодья. В летнее время при месячной норме осадков в 70-80 мм и величине слоя испарения около 100 мм, вероятно, произойдет пересыхание низкопорядковой речной сети (вплоть до 4-5 порядка). В целом указанная равномерность приведет к ослаблению русловых процессов, понижению высоты паводков, меньшей геоморфологической выраженности уровней низкой и высокой пойм. Кратковременное ливневое выпадение осадков летом окажет большое влияние на короткий сток с резким усилением деятельности ложковой и овражной сети.
На крупных реках, где таяние снегов охватывает большие площади водосборов, пройдет мощное половодье с активной эрозией. В областях с хорошо выраженным среднегорьем и высокогорьем, где в холодный период года происходит накопление снега, таяние которого охватывает и начало лета, сток в многолетнем разрезе будет более равномерен, чем в зонах мелкогорья, низкогорья и на равнинах. В годы с сухой жаркой погодой довольно высокий уровень воды в реках будет поддерживаться таянием снега, который накопился в периоды с большим количеством зимних осадков.
2. Изменение в составе растительности. В горных районах увеличение летних температур и снижение общей влажности приведут к уменьшению роли темнохвойных пород. Повышение верхней границы леса будет более значительным, чем при простом увеличении температур, так как сокращение облачности летом приведет к быстрому таянию снегового покрова и создаст неблагоприятные условия для существования гольцовой растительности в верхнем поясе гор.
В прибрежной зоне увеличение летних температур приведет к исчезновению холодных туманов, усилению в составе растительности роли широколиственных элементов. Уменьшение количества летней влаги явится причиной сокращения верховых болот и замены лиственничных марей более термофильными сообществами и высокотравными лугами. Большое развитие в нижнем поясе гор и на побережьях получат дубово-широколиственные формации. В пределах внутриконтинентальных впадин уменьшится заболачивание, распространится остепнение. В прибрежной зоне произойдет осушение верховых марей.
Другие факторы (не осадки), влияющие на формирование стока воды в регионе при различных вариантах изменения климата
Многолетняя мерзлота. Многолетнемерзлые грунты в сочетании с горным рельефом юга Дальнего Востока благоприятствуют высокому коэффициенту стока. Особенно велики и внезапны подъемы уровня на реках, если таяние снега происходит дружно по всему бассейну. При выпадении обильных дождей в районах с такими грунтами наводнения охватывают обширные районы, что связано с малой испаряемостью и слабой инфильтрацией атмосферных осадков. Геоморфологическими следствиями такого гидрологического режима являются значительная ширина днищ долин и большая высота поймы (например, в бассейне р. Зея до 4-6 м). Помимо этого таяние деятельного слоя мерзлоты способствует достаточно интенсивному поступлению воды в русла постоянных водотоков, что поддерживает высокий уровень стояния вод в течение всего теплого сезона.
Положение уровня грунтовых вод. Воздействие подземных вод на поверхностный сток зависит от климатической обстановки и геологического строения речного бассейна. Последнее будет определять условия накопления и расхода подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров существенно влияют на формирование расходов. Не менее важна и ландшафтно-климатическая обстановка, определявшая положение уровня грунтовых вод на водоразделах. Отчетливо проявляется влияние подземных вод на формирование стока в бассейнах рек с хорошими инфильтрационными свойствами грунтов. В этих условиях горные породы аккумулируют влагу и способствуют равномерному питанию рек.
В зависимости от положения горизонта грунтовых вод и русла реки различают несколько вариантов влияния подземного питания на сток: 1) тальвег расположен ниже среднего уровня грунтовых вод - река получает подземное питание в достаточном количестве. Модуль стока в этом случае будет возрастать по реке; 2) тальвег расположен ниже среднего уровня грунтовых вод - доля подземного стока в питании реки незначительна; 3) при значительной крутизне бассейна и высоте склонов в днище долины по простиранию вскрывается последовательно несколько горизонтов подземных вод. Сток в русле в этом случае будет пульсирующим [9].
Влияние природных факторов
на устойчивость и тенденции развития природных систем
Любые прогнозные оценки возможного развития природной среды сложны, отличаются ограничениями и предположительными допусками. Вышеприведенные сценарии с использованием палеогеографических аналогов ориентированы только на исходные условия естественного фона. Из рассмотренных сценариев были исключены эффекты антропогенных факторов.
Юг российского Дальнего Востока находится в области высокой термодинамической напряженности, что выражается в сложном и противоречивом многообразии и переплетении природных рубежей. При этом последние позволяют определить важнейшие зоны: северного и западного континентального влияния - южного и восточного океанического
воздействия [6, 18]. Естественные геосистемы этой территории в настоящее время сохраняют устойчивость в приемлемых рамках. Это обеспечивается большой консервативностью геолого-геоморфологических морфотипов и высокой пластичностью фитогенных комплексов. В целом же территории региона находятся в зоне экологического риска с резкими колебаниями гидротермического режима. Глобальное потепление климата может обеспечить площадное активное проявление негативных процессов на морских побережьях, во внутриконтинентальных впадинах и в верхнем поясе гор. В этом случае на указанных территориях возможен переход типичных процессов в критические, а в отдельных случаях последних в кризисные. Природные комплексы внутриконтинентальных районов окажутся наиболее сильно трансформированными, так как в континентальном климате экологические риски нарушат устойчивое состояние ландшафтов.
Описанные выше варианты развития природной среды, обусловленные колебаниями гидроклиматических условий, имеют свои возрастные аналоги в голоцене. Более значительные изменения, связанные, например, с резким увеличением зимних осадков и повышением зимних температур (увеличение гумидности климата) или резким уменьшением летних осадков и повышением летних температур (аридизация климата), нами не рассматривались, так как подобные изменения климата связаны с трансформацией муссонной циркуляции, т.е. с перестройкой глобальной структуры переноса воздушных масс. Анализ палеогеографических обстановок плейстоцена показывает, что в течение четвертичного периода господствующим был муссонный тип циркуляции с переменным усилением воздействия континентальных воздушных масс (холодные эпохи) или океанических в теплые климатические эпохи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александрова А.Н. Плейстоцен Сахалина. М.: Наука, 1982. 220 с.
2. Ареалы деревьев и кустарников СССР. Т. 1. Л.: Наука, 1977. 164 с.
3. Арчиков Е.И., Майоров И.С., Степанова Л.Е. Роль ледовых образований в развитии береговых геосистем Охотского моря. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1989. 112 с.
4. Голубева Л.В., Караулова Л.П. Растительность и климатостратиграфия плейстоцена и голоцена Дальнего Востока. М.: Наука, 1983. 146 с.
5. Каплин П.А., Курсалова В.И., Соколова Н.С., Шлюков А.И. Позднеплейстоценовые и голоценовые этапы развития шельфа и побережья Приморья // Геоморфология и палеогеография шельфа. М.: Наука, 1978. С. 197-203.
6. Климатические смены на территории юга Дальнего Востока в позднем кайнозое (миоцен-плейстоцен) / А.М.Короткий, Т.А.Гребенникова, В.С.Пушкарь и др. Владивосток: ДВО РАН, 1996. 57 с.
7. Колесников Б.П. Высокогорная растительность Среднего Сихотэ-Алиня. Владивосток: ДВФ СО АН СССР, 1969. 108 с.
8. Кононова Н.Н. Эоловые процессы и ландшафты побережий. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1986. 132 с.
9. Короткий А.М. Анализ рельефа и осадков горных стран (на примере Дальнего Востока). М.: Наука, 1983. 246 с.
10. Короткий А.М., Караулова Л.П., Пушкарь В.С. Климат и колебания вертикальных ландшафтных зон Сихотэ-Алиня в голоцене // Геоморфология и четвертичная геология Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 112-119.
11. Короткий А.М. О возрасте луговой террасы на реках Приморья // Вопр. стратиграфии и палеогеографии Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. С. 39-58.
12. Короткий А.М., Гребенникова Т.А., Караулова Л.П., Белянина Н.И. Озерные трансгрессии в Уссури-Ханкайской депрессии (поздний кайнозой) // Тихоокеан. геология. 2007. Т. 26, № 4. С. 53-68.
13. Короткий А.М. Особенности развития природной среды Дальнего Востока в позднем плейстоцене-голоцене // Российский Дальний Восток в древности и средневековье: открытия, проблемы, гипотезы. Владивосток: Дальнаука, 2005. С. 15-58.
14. Короткий А.М., Караулова Л.П., Троицкая Т.С. Четвертичные отложения Приморья: стратиграфия и палеогеография. Новосибирск: Наука, 1980. 234 с.
15. Короткий А.М. Эоловый рельеф Приморья и сопредельных территорий Восточной Азии (палеогеографический аспект) // Геоморфология. 2007. № 4. С. 79-95.
16. Морские террасы и четвертичная история шельфа Сахалина / А.М.Короткий, В.С.Пушкарь, Т.А.Гребенникова и др. Владивосток: Дальнаука, 1997. 195 с.
17. Нехайчик В.П. Многолетние колебания уровня воды озера Ханка // Тез. докл. XI науч. конф. ДВГУ. Ч. 2. Естественные науки. Владивосток, 1966. С. 274-276.
18. Никольская В.В. О естественных тенденциях развития физико-географических провинций юга Дальнего Востока. Новосибирск: Наука, 1974. 127 с.
19. Развитие природной среды юга Дальнего Востока (поздний плейстоцен-голоцен) / А.М.Короткий, С.П.Плетнев, В.С.Пушкарь и др. М.: Наука, 1988. 240 с.
20. Разрез новейших отложений Нижнего Приамурья. М.: Наука, 1978. 107 с.
21. Хуайчжень Ян, Сюй Синь. Изменение природной среды Восточного Китая в четвертичный период // Наньизин дасюэ сюэбао. Сер. Цзыжань КЮСЮЭ. 1980. Вып. 1. C. 121-144. Кит. яз.
22. Чемеков Ю.Ф. Западное Приохотье. М.: Наука, 1975. 124 с.
23. Kimura M. et al. On the ancient dunes in the Tokachi Plain Hokkaido // Quatem. Res. 1972. N 11. P. 161-170.
24. Korotky A.M. et al. Cenozoic climatic and environmental changes in Russia Far East // Geol. Soc. Am. 2005. Spec. Pap. 382. Ch. 7. P. 121-137.
25. Korotky A.M. Palynological characteristics and radiocarbon data of Late Quarternary deposits of the Russian Far East (Lower Amur valley, Primor ’ye, Sakhalin Island, Kuril Islands) // Late Quarternary Vegetation and Climate of Siberia and the Russian Far East (Palynological and Radiocarbon Database). Magadan: NESC FEB RAS, 2004. P. 257-369.
Новые книги
Ковалев П.Д. Техника исследования опасных морских явлений в прибрежной зоне океана.
Владивосток: Дальнаука, 2010. - 152 с. - ISBN 978-5-8044-1068-2
Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН
693022, Южно-Сахалинск, ул. Науки, 5
Fax: (4242) 79-15-17. E-mail: nauka@imgg.ru
На основе анализа результатов экспериментальных исследований, выполненных в ИМГиГ с участием авторов, определены параметры опасных морских явлений, характерных для морей Дальневосточного региона. К ним отнесены в первую очередь волны цунами, сейши в заливах и бухтах, штормовое волнение, штормовой нагон, а также процессы, являющиеся результатом трансформации ветрового волнения на мелководье волновой нагон, инфрагравитационные волны и тягун в портовых бухтах, как представляющие наибольшую опасность для прибрежных инженерных сооружений и населения.
Проведен анализ зарубежных и российских первичных преобразователей измерительной аппаратуры, используемой для изучения опасных волновых процессов - гидростатического давления и уровня моря, скорости и направления течения, температуры морской воды. Рассмотрены измерительные приборы и комплексы, в том числе и разработанные в ИМГиГ ДВО РАН, и оценена возможность их применения для наблюдения и мониторинга опасных морских явлений, а также проблемы разработки гидрофизической аппаратуры. Уделено внимание микробарографам и метеостанциям, которые необходимы для изучения связи волнения с атмосферными возмущениями. Рассмотрены способы постановок приборов с использованием буйковых станций.
Книга предназначена для специалистов и аспирантов, проводящих экспериментальное изучение океанологических процессов в береговой зоне океана, а также инженеров и океанологов, работающих в экологических организациях, службах предупреждения об опасных морских явлениях, МЧС и строительных организациях, занимающихся сооружением объектов на морских берегах и в прибрежной зоне.
