Назад в прошлое: какими были природа и климат озера Байкал в голоцене

Археологический вопрос

Большая группа ученых на протяжении многих лет занимается изучением растительности и климата в Байкальской Сибири. Специалисты обратили внимание на анализ пыльцы в донных отложениях озер как один из надежных способов, которые используются для восстановления условий окружающей среды. Применяя его, они смогли восстановить климатические изменения в прошлом, а значит, реконструировать условия обитания человека в голоцене — современной геологической эпохе, начавшейся примерно 12 тысяч лет назад после завершения последнего ледникового периода. Однако это непростой процесс, требующий задействования различных биоархеологических и биогеохимических методов, высококачественного хронологического контроля, а также подробных палеоэкологических данных.

Региональные количественные оценки изменений атмосферных осадков, температуры самого теплого и холодного месяца, а также влажности ученые восстановили по записи пыльцы, извлеченной из кернов (проб) донных отложений. Их получили из разных районов Байкала (Забайкалья и Прибайкалья): озер Очаул и Котокель. Если сравнивать полученные пыльцевые данные, то в динамике растительности и климата из этих мест видны значительные различия.

Пыльцевая запись как инструмент реконструкции

Донные отложения озер уже много десятилетий рассматриваются мировым научным сообществом географов, биологов, экологов как один из самых ценных архивов, хранящих летописи изменения самой озерной системы, а также климата, ландшафтов ее водосборного бассейна. Озеро Котокель было пробурено в 2005 году, его керн изучала российско-японская команда ученых с привлечением немецких коллег. «Результаты палинологического, стратиграфического и радиоуглеродного анализов донных отложений озера, возраст которых составил почти 48 тысяч лет, были опубликованы с 2009-го по 2011 год. На данный момент они остаются уникальными для Байкальского региона, поскольку ранее не удавалось получить столь длительную реконструкцию растительности и климата прошлого, обеспеченную надежным хронологическим контролем», — говорит главный научный сотрудник Института геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН доктор географических наук Елена Вячеславовна Безрукова.  

   Бурение озера Очаул сотрудниками Института геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН

В 2018 году российские и немецкие исследователи изучили часть керна донных отложений Очаула. Ученые взяли пробы прямо из самой глубокой центральной части озера. Чтобы оценить его возраст, исследователи поделили керн на несколько частей, которые направили на диагностику датирования в радиоуглеродную лабораторию в Познани (Польша). «Полученные даты предполагают накопление восстановленного осадка отложений в керне в течение последних 32 000 лет. При построении возрастной модели мы вычитали предполагаемый возраст резервуарного эффекта в 600 лет из всех радиоуглеродных дат до их калибровки в календарный возраст. Однако эту возрастную модель стоит рассматривать как предварительную, пока не будет применено более надежное моделирование», — говорит Елена Безрукова.

Для восстановления информации о растительности, климате и ландшафте ученые использовали ранние данные о пыльце, полученной из отложений озера Котокель. Они послужили эталоном для сравнения записей, недавно полученных из образцов Очаула. Полученные пыльцевые данные из двух озер с противоположных берегов Байкала были отнесены к соответствующим биомам — совокупности экосистем одной природно-климатической зоны. Рассчитав разницу между максимальным баллом лесного биома и максимальным баллом открытого биома, ученые получили качественную оценку открытости или залесенности ландшафта.

   Пример отложений керна (в разрезе)

Метод биомизации обеспечивает полуколичественную и косвенную климатическую информацию, но он ближе к описанию состава фактической растительности. Этот подход учитывает экологию растений, вырабатывающих пыльцу. Он не полностью полагается на сходство между пыльцевыми сообществами, состоящими из многочисленных групп, представляющих экологически различные типы растений. «Мы можем более объективно оценить реальное участие определенного ландшафта в структуре растительного покрова. И чем выше в расчетах балл степного или тундрового биома (открытого ландшафта), тем ниже будет значение отношения балла лесного ландшафта (закрытый ландшафт) к открытому», — комментирует Елена Безрукова.

Далекое прошлое растительности

Полученная информация из озера Очаул помогла ученым реконструировать природные изменения в районе Верхней Лены Прибайкалья, произошедшие в интервале времени 13 500—4 000 лет до наших дней. Сравнивая пыльцевые данные из озер Котокель и Очаул, исследователи пришли к выводу, что у Прибайкалья и Забайкалья есть много общего в развитии климата и растительности.

Так, около 50 % растительного покрова было занято бореальными лесами с участием ели, сосны и лиственницы в период межстадиальных событий: проявлений теплого климата в позднем ледниковом периоде. Для растительности бассейнов обоих озер была характерна нестабильность: преобладающий таежный биом сменялся тундровым, а затем и холодным степным. Вокруг самих озер преобладали относительно открытые лесные ландшафты. В интервале около 12 650—11 650 лет назад до наших дней исследователи обнаружили заметное уменьшение содержания пыльцы бореальных деревьев и одновременно увеличение доли пыльцы кустарников. Это явление совпадает с наступлением известного в мире короткого события похолодания, возврата к почти ледниковому климату.

Несмотря на сходство развития растительности в Прибайкалье и Забайкалье, существуют и некоторые различия. Например, в записи Котокеля отчетливее наблюдается снижение доли пыльцы деревьев. Это говорит о расширении кустарниковой и травяной тундры, то есть открытого пространства. Вокруг озера Очаул было реконструировано быстрое распространение лесной растительности примерно после 11 650 лет назад. С наступлением голоценового потепления лесная растительность стала быстро распространяться на лучше обеспеченной влагой межгорной долине Очаула. При этом по относительно низкому проценту пыльцы древесных пород в донных отложениях озера Котокель исследователи установили, что бассейн Котокеля оставался слабо залесенным еще почти 1 000 лет.

Событием субконтинентального масштаба ученые считают распространение сосны обыкновенной 7 000 и 6 000 лет назад. Это одно из наиболее фундаментальных изменений в забайкальской растительности в голоценовом интервале. Геоботанические исследования показали, что естественное распространение этого хвойного дерева ограничивала вечная мерзлота. Там, где ее слой находится слишком близко к поверхности и может вызвать повреждение корней, сосна не произрастает. Из-за более высокой, чем сегодня, летней инсоляции (поступление солнечного тепла на поверхность планеты) в первой половине голоцена многолетняя мерзлота начала исчезать, и сосна обыкновенная стала распространяться в Восточной Сибири. Она заняла песчаные речные террасы и скалистые местообитания в Центральной и Южной Якутии, вдоль реки Ангары и в Забайкалье. Однако из-за отсутствия периодического протаивания почвы в районе озера Очаул эта территория так и осталась малопригодной для этого хвойного дерева.

Далекое прошлое климата

Климатические факторы вызвали изменения растительности вокруг Очаула и Котокеля. Для реконструкции климата прошлого ученые преобразовали данные изменений растительного покрова,  продемонстрированные результатами анализа пыльцы, в климатические параметры.

Общие тенденции развития таежного и степного биома в Байкальском регионе неразрывно связаны одновременно с изменениями температуры воздуха в Северном полушарии, а также с интенсивностью летних муссонов с востока. Исследователи предположили, что в прошлом климатические изменения, происходившие в Северной Атлантике и северной части Тихого океана, влияли на окружающую среду южной части Восточной Сибири. Для проверки этой гипотезы ученые проанализировали, как изменялся состав кислорода в створках диатомовых водорослей. Они отличаются наличием у клеток своеобразного панциря из диоксида кремния, сохранившегося в донных отложениях озера Котокель. Так удалось выяснить, что юго-восточный перенос влаги играл значительную роль для этой территории в раннем голоцене.

Реконструкция климата в бассейне озера Котокель выявила колебания среднегодовых сумм атмосферных осадков в голоцене. Самые высокие летние температуры и осадки были реконструированы для интервала 10 600—6 800 лет назад, что было характерно для средних широт всего Северного полушария в период более высокой, чем сейчас, летней инсоляции. В свою очередь, это приводило к усилению муссонов и активизации юго-восточного переноса влаги в раннем голоцене. Однако большое количество осадков компенсировали высокие температуры и испарение. В то же время было реконструировано, что зимняя инсоляция способствовала появлению мощного зимнего антициклона, который в итоге вызвал сухие зимние условия. Снижение же осадков вокруг озера Котокель началось около 7 000—6 800 лет назад.

В бассейне озера Очаул изменения в растительности и климате были обусловлены теми же причинами, что и вокруг Котокеля, однако более северное положение Очаула привело к тому, что самые благоприятные условия для лесной растительности здесь наступили только позднее 7 900 лет назад.

Следовательно, предполагается, что и условия обитания человека в этих районах в позднем ледниковом периоде и голоцене могли сильно различаться. На решение этой проблемы будут направлены предстоящие исследования международного коллектива ученых-палеоэкологов.

«Что касается будущих планов, то мы собираемся применить другие новые научные методы, которые позволили бы реконструировать количественные параметры средних температур летних сезонов и детализировать состав растительности прошлого. Это нужно, чтобы повысить надежность и объективность наших реконструкций», — сообщает Елена Безрукова.

Анастасия Федотова

Фото предоставлены Еленой Безруковой