PALEOECOLOGICAL CONDITIONS OF THE LATE HOLOCENE OF THE MIDDLE TRANS-URAL REGION BASED ON THE MATERIALS OF THE VI RAZREZ OF THE GORBUNOVSKIY PEAT BOG
Т.Г. Антипина
1, А.Т. Галимов
1,2, Н.К. Панова
1, С. Рейнхольд
3, Н.М. Чаиркина
4T.G. Antipina
1, A.T. Galimov
1,2, N.K. Panova
1, S. Reinhold
3, N.M. Chairkina
41ФГБУН Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук
2Уральский федеральный университет им. первого Президента Б. Н. Ельцина, Институт естественных наук и математики
3Евразийский отдел Германского археологического института, Германия, Берлин
4Институт истории и археологии УрО РАН, г. Екатеринбург E-mail: antanya1306@mail.ru
Торфяные болота Среднего Зауралья сформировались в основном путем зарастания озер, берега и острова которых активно осваивались, по меньшей мере с 9.0 тыс. до нашей эры (до н. э.). Следы производственной и ритуальной деятельности древнего населения в процессе накопления осадков консервировались торфом и сапропелем, образуя культурные слои.
В результате формировались многослойные торфяниковые памятники, содержащие артефакты эпох мезолита – железного века, в том числе изделия из дерева, кости, рога, которые в аэробной среде обычно не сохраняются.
Комплексный анализ отложений торфяниковых памятников с использованием биоиндикационных методов, радиоуглеродного датирования и археологических данных дает возможность получить разносторонний фактический материал, который значительно обогащает информационную базу о природных событиях прошлого и позволяет более достоверно их интерпретировать.
Горбуновский торфяник расположен в подзоне южно-таежных сосновых лесов на восточном склоне Среднего Урала в 5 км к югу от г. Нижний Тагил. В начале прошлого века на нем проводились интенсивные торфоразработки, в процессе которых обнаружились первые артефакты и начались археологические исследования. К настоящему времени здесь выявлено более 35 археологических памятников.
В центральной части массива, где находится памятник VI Разрез, выделяются участки с ненарушенной торфяной залежью. Торфяник лесной, низинного и переходного типа с древостоем из сосны, березы и ели. Вокруг торфяника сосновый лес с примесью березы.
Климат региона умеренно континентальный.
Среднегодовая температура воздуха в Нижнем Тагиле -2.7 °С; средняя температура января -14,5
°С; июля – +17,5 °С; среднегодовое количество осадков – около 536 мм [Davis et.al., 2020].
Одним из наиболее информативных методов реконструкции растительности и природных условий в голоцене является спорово-пыльцевой (палинологический) анализ озерно-болотных отложений. Первое палинологическое исследование сапропелевых отложений Горбуновского торфяника было проведено В. Н. Сукачевым и Г. И. Поплавской [1946]. Позднее С. Н. Тюремновым выполнен пыльцевой и ботанический анализ нескольких разрезов на археологических памятниках Горбуновского торфяника, которые рассмотрены В. М. Раушенбах [Раушенбах, 1956]. Данные палинологического анализа с применением радиоуглеродного датирования отложений на Среднем Урале впервые были получены Н. А. Хотинским [1977] для двух разрезов Горбуновского и Аятского торфяников.
В настоящее время изучением археологических памятников Горбуновского торфяника занимаются ученые нескольких институтов: под руководством Н. М. Чаиркиной – сотрудники Института истории и археологии УрО РАН; М. Г. Жилин (Институт археологии РАН); С. Н. Савченко (Свердловский областной краеведческий музей) и др. В целях реконструкции природной среды и особенностей осадконакопления, связанных с формированием культурных слоев, проводился палинологический анализ отложений ряда разрезов непосредственно на изучаемых памятниках [Panova, 2009; Лаптева, 2010; Антипина и др., 2013; Зарецкая и др., 2014;
Panоva, Antipina, 2016 и др.].
Для настоящего исследования были отобраны образцы торфа и сапропеля из зондировочной линии 10, скважина 17 (далее – VI Разрез-2020), расположенной рядом с археологическим памятником – VI Разрез
Горбуновского торфяника. Общая глубина разреза – 4,5 м (2,68 м торфа и 1,3 м сапропеля).
Образцы керна для палинологического и ботанического анализов отбирались сплошной колонкой через 2–5 см от поверхности до подстилающего минерального грунта, для AMS- анализа отобрано 19 образцов. В данной работе представлены предварительные результаты анализов верхних 190 см торфяной залежи.
Лабораторная обработка и микроскопический анализ образцов проводились по стандартным методикам. Для определения абсолютного возраста отложений выполнен AMS- анализ образцов в лаборатории Курт-Энхельхорн- Центр археометрии (CEZA), Манxейм, Германия.
На основе сравнительного анализа спорово- пыльцевых данных образцов из скважины VI Разрез-2020 и 2347 поверхностных спектров (EMPD 2.0.) произведена палеоклиматическая реконструкция [Davis et.al., 2020]. Вычисление проводилось в программе Polygon 2.2.4.
Калибровку полученных дат осуществляли в программе OxCal с использованием калибровочной кривой IntCal20 [Reimer et.al., 2013]. На основе полученных датировок построена модель скорости вертикального прироста торфяной залежи при помощи программы Clam 2.2 [Blaauw, 2010]. Степень разложения торфа определялась по светопропускной способности образцов на фотоколориметре (обратная зависимость) [Blackford, Chambers, 1993;
Chambers, Beilman, 2010].
По результатам AMS-датирования построена глубинно-возрастная модель, на которой фиксируются периоды резкого повышения скорости торфонакопления: 5,7–6,0 и 3.0–3.1 тысяч калиброванных лет назад (тыс.
кал. л. н.) (до 1.25 и 2 мм/год соответственно), что могло быть обеспечено благоприятным сочетанием тепла и влаги для развития болотной растительности.
На спорово-пыльцевой диаграмме отражена динамика изменения лесной растительности во второй половине голоцена за последние 6 тыс. кал. л. н. По характеру кривых древесных таксонов и AMS-датированию выделено пять палинозон.
Палинозона РVI-1 выделена на глубине 190–165 см (5.98–5,8 тыс. кал. л. н.) по доминированию пыльцы сосны (60–70 % от суммы древесных). Доля ели – в пределах 15–25 %. Спектры отражают растительность елово-сосновых лесов. На климатограмме среднегодовые и зимние температуры выше современных значений. Количество осадков близко к современным значениям.
Палинозона РVI-2 выделяется на глубине 165–117 см (5,8–4,0 тыс. кал. л. н.) по доминированию пыльцы ели; кривая пыльцы сосны находится в противофазе, в спектрах присутствует пыльца широколиственных (Q mix).
Палинокомплекс отражает преобладание еловых лесов и более мягкие климатические условия за счет повышения зимних температур и влажности, пики которых совпадают с максимумами ели около 5,8 и 5,0 тыс. кал. л. н. Снижение степени разложения торфа на уровне 120 см связано с периодом похолодания около 4,2 тыс. кал. л. н.
Палинозона РVI-3 (117–78 см, 4.0–2.7 тыс. кал. л. н.) – зона сосны, ели и березы.
Уменьшение содержания пыльцы ели, увеличение – березы и сосны свидетельствуют об усилении континентальности климата;
чередование подъемов и падения кривых ели и сосны фиксирует нестабильную климатическую обстановку, начавшуюся с резкого похолодания около 4,2 тыс. кал. л. н., которая отражается и в динамике климатических кривых.
Палинозона РVI-4 (78–25 см) отличается доминированием сосны и минимальным участием ели в пыльцевых спектрах. Климатические кривые показывают снижение зимних температур и уменьшение количества осадков в период от 2,7 до 1,3 тыс. кал. л. н., что характеризует условия континентального климата и соответствует преобладанию в растительности сосновых лесов.
В период примерно от 1260 кал. л. н. динамика климатических кривых показывает значительное потепление и повышение количества осадков, что соответствует началу «малого климатического оптимума», который фиксируется дендрохронологическими [Ваганов и др., 1996] и другими данными, в том числе историческими, в VIII–XIII веках нашей эры (н. э.). На пыльцевой диаграмме на этом отрезке увеличивается присутствие пыльцы широколиственных древесных растений.
Палинозона РVI-5 (0–25 см) – зона уменьшения доли сосны, увеличения – берез и небольшого роста участия ели. В составе лесов возрастает количество производных березняков, очевидно, в результате антропогенного воздействия (рубки, пожары).
Реконструированные климатические параметры в этот период показывают похолодание и уменьшение осадков и, очевидно, характеризуют условия «малого ледникового периода» XIV–
XIX веков н. э. Данные по поверхностному спектру демонстрируют тенденцию потепления и увеличения осадков в соответствии с современными климатическими изменениями.
1. Антипина Т.Г., Панова Н.К., Чаиркина Н.М. Динамика природной среды в голоцене по данным комплексного анализа VI Разреза Горбуновского торфяника // Известия Коми научного центра УрО РАН.
2013. Вып. 4 (16). С. 89–97.
2. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск: Наука, 1996. 246 с.
3. Зарецкая Н.Е., Панова Н.К., Жилин М.Г. [и др.] Геохронология, стратиграфия и история развития торфяных болот Среднего Урала в голоцене (на примере Шигирского и Горбуновского торфяников) //
Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2014. Т. 22, № 6. С. 84–108.
4. Лаптева Е.Г. Палинологические исследования на VI Разрезе Горбуновского торфяника в 2007 году //
Древности Горбуновского торфяника. Охранные археологические исследования на Среднем Урале:
сборник научных статей. Екатеринбург: Банк культурной информации, 2010. Вып. 6. С. 157–163.
5. Раушенбах В.М. Среднее Зауралье в эпоху неолита и бронзы // Труды ГИМ. 1956. Вып. 29. С. 152.
6. Сукачев В.Н., Поплавская Г.И. Очерк истории озер и растительности Среднего Урала в течение голоцена по данным изучения сапропелевых отложений // Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. 1946. № 8. С. 5–37.
7. Хотинский Н.А. Голоцен Северной Евразии. Москва : Наука, 1977. 200 с.
8. Blaauw M. Methods and code for «classical» age-modelling of radiocarbon sequences // Quaternary geochronology. 2010. V. 5, № 5. P. 512–518.
9. Blackford J.J., Chambers F.M. Determining the degree of peat decomposition for peat-based paleoclimatic studies // International Peat Journal. 1993. V. 8. №. 5.
10. Chambers F.M., Beilman D.W., Yu Z. Methods for determining peat humification and for quantifying peat bulk density, organic matter and carbon content for palaeostudies of climate and peatland carbon dynamics // Mires and Peat. 2010. V. 7, № 7. P. D 1–10.D.
11. Davis B., Chevalier M., Sommer P. [et al.] The Eurasian Modern Pollen Database (EMPD), Version 2 // Earth System Science Data. 2020.
12. Panova N.K., Antipina T.G. Late Glacial and Holocene environmental history on the eastern slope of the Middle Ural Mountains, Russia // Quaternary International 420. 2016. P. 76–89.
13. Panova N.K. History of lakes, vegetation and development of human societies in the Middle Urals as dependant on the Holocene climate changes (Russia) // 3rd LIMPACS (IGBP, PAGES): Holocene Lake Records. 5th–8th March, 2009 at Golden Yubilee Hall, Panjab University, Chandigarh. India. 2009. P. 95–97.
14. Reimer P.J., Bard E., Bayliss A. [et al.] IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0–50,000 years cal BP // Radiocarbon. 2013. V. 55, № 4. P. 1869–1887.
Пожары являются важной составляющей эволюции лесных экосистем. Они оказывают влияние на формирование и развитие ландшафтов, воздействуя на сукцессионную динамику лесного покрова. Территория Западной Сибири является уникальным объектом для изучения долговременной динамики лесных пожаров, поскольку большую часть ее площади занимают болотные и озерные комплексы, хранящие «летопись» о событиях прошлого в виде растительной органики, палиноморф и макроугольков. В данной работе проведена реконструкция голоценовой динамики пожаров на территории севера таёжной зоны Западной Сибири. Участок исследования расположен в районе научной станции «Мухрино» – озеро
«S14» (60°51′45.68″N; 68°44′55.43″E), в 23 км к юго-западу от г. Ханты-Мансийска. Исследуемая территория относится к среднетаежной подзоне Обско-Иртышской провинции [Исаченко, 2014], для которой характерны обширные комплексы грядово-мочажинных болот на междуречных пространствах с участками смешанных березово-еловых лесов на более дренированных территориях.
Для восстановления долговременной динамики пожаров прошлого исследуются озерно-болотные отложения, которые являются надежным «хранилищем» палеогеографической информации [Whitlock, Larsen, 2002]. С момента зарождения озера в нём непрерывно происходит накопление озёрных отложений из отмерших водных организмов и аллохтонных осадков, приносимых водой с суходола и оседающих из воздуха. Вместе с ними в донные отложения озера попадают частицы угольков, образующиеся во время пожаров. Ежегодно они погребаются под вновь образующимися слоями осадка. Таким образом, полная колонка донных отложений содержит последовательную «летопись»
пожарных событий территории, окружающей озеро, за время его существования. Одним из методов реконструкции пожарных условий голоцена является метод макроуголькового
анализа [Mooney, Tinner, 2011]. Этот анализ позволяет достоверно выявлять время, периодичность и интенсивность локальных пожаров в долговременном масштабе [Whitlock, Larsen, 2002] на основе подсчета макроугольков в озерных или болотных отложениях.
В ходе полевых работ в рамках проекта INTERACT в марте 2020 года был отобран керн озерных отложений мощностью 231 см из озера «S14». Для анализа макрочастиц угля из керна отбирались образцы объёмом 2 см3 с интервалом в 1–3 см. Все 113 образцов озерного керна были промыты дистиллированной водой и просеяны через сито 125 мкм. В каждый образец добавляли по 15 мл 10 % раствора пирофосфата натрия (Na4Р2О7) и оставляли на сутки. Через сутки отстаивания образцы промывались на сите 125 мк, в каждый образец добавлялось по 20 мл 6 % раствора перекиси водорода (H2O2), в этом растворе образцы выдерживались 2 суток.
Затем, после промывания образцов от H2O2, частицы древесного угля подсчитывали в камере Богорова под бинокулярным микроскопом при 45-кратном увеличении. Затруднение в обработке вызвали нижние образцы озерного керна с большим содержанием растительных волокон. Для их обработки вместо H2O2, согласно опубликованным методикам [Mooney, Tinner, 2011; Whitlock, Larsen, 2002], мы использовали 10 % раствор KOH (по 15 мл на образец) с последующим нагревом на водяной бане.
Для донных отложений озера «S14»
в радиоуглеродной лаборатории г. Познань (Польша) было получено 5 радиоуглеродных УМС-датировок (таблица). Радиоуглеродные даты были откалиброваны в программе Bacon [Christen, Perez, 2009; Blaauw, Christen, 2011] в R [R Core Team, 2017], и в этой же программе были датированы все исследованные образцы (рис.
1б). По результатам макроуголькового анализа и радиоуглеродного датирования была построена диаграмма динамики содержания макроугольков в отложениях озера «S14» с помощью программы Tilia 2.0.41. [Grimm, 2004] (рис. 1а). По данным