Проект 18-77-00083

Название: Реконструкция истории развития крупнейших озер центра Восточно-Европейской равнины за последние 20 тысяч лет: основа для прогноза изменений в состоянии озерных экосистем в 21 веке

Руководитель: Константинов Евгений Александрович, кандидат географических наук

Организация финансирования, регион: ФГБУН ИГ РАН, Москва

Года выполнения: 2018-2020

Конкурс: Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора: 07 – Наука о Земле, 07-701 - палеогеография

Ключевые слова: Озеро Неро, Плещеево озеро, поздний плейстоцен, голоцен, история развития озер, реконструкция колебаний уровня, палеоклимат, прогноз опасных природных процессов

Код ГРНТИ: 39.19.29

Аннотация

В рамках проекта предполагается проведение комплексного исследования донных отложений и террас озер Плещеево и Неро с целью детальной палеогеографической реконструкции истории развития озер и, в частности, колебаний уровня воды в конце позднего плейстоцена и в голоцене. Реконструкция истории озер Неро и Плещеево имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Первое связано с тем, что мощные (до 100 м) толщи отложений, накопившихся в котловинах этих озер, представляют собой наиболее полные седиментационные архивы позднего плейстоцена и голоцена центра ВЕР. Однако изученность этих палеоархивов не соответствует современному методическому уровню. Большая часть работ, посвященная реконструкции истории озер Плещеево и Неро, относится к 50-90 гг. XX столетия. Работы этого периода, при большом объеме геологического материала и высокой ценности полученных палеонтологических результатов, слабо обеспечены (по объективным причинам) возрастными определениями и результатами вещественного анализа отложений. За последние 30 лет системных исследований по заявленной проблеме вовсе не проводилось, а единичные работы (Александровский, 2011; Wohlfarth et al., 2006; Лаврушин, 2016), решали лишь частные палеогеографические задачи. Все эти обстоятельства не способствуют повышению качества и детальности палеореконструкций для позднего плейстоцена и голоцена центра ВЕР, которые могли бы повысить плотность покрытия территории восточной Европы палеоклиматическими данными. По этим же причинам накопился целый ряд противоречий в представлениях о трансформации гидрологической сети территории Ярославского Поволжья - опорного страторегиона позднего плейстоцена и голоцена центра ВЕР. В частности, нерешенным остается вопрос максимального уровня рассматриваемых озер на этапе деградации поздневалдайского ледника. Вызывает дискуссию связь озер с системой приледниковых водоемов (Гунова, 1975; Квасов, 1975). Спорным остается возраст озерных террас, хорошо выраженных на бортах озерных котловин (Гунова, 1975; Карта четвертичных образований, 1968; Писарева и др., 1998). Также существуют существенные расхождения в представлениях об истории колебания уровня озер в голоцене (Алешинская, Гунова, 1997; Александровский, 2011; Wohlfarth et al., 2006; Лаврушин, 2016).

Прикладное значение проекта обусловлено потребностью прогнозирования развития опасных экзогенных процессов и гидрологических явлений на побережье озер в условиях ожидаемых климатических изменений (IPCC, 2013). Важность такого прогноза связана с проблемой обеспечения сохранности объектов историко-культурного наследия, расположенных в прибрежной зоне озер – в древних городах Ростов и Переславль Залесский. Например, угроза значительного подъема уровня озер представляется вполне реалистичной. Так Ю.А. Лаврушиным (2016) было показано, что в XI-XII вв. уровень озера Неро мог превышать современный на несколько метров, что приводило к затоплению значительных площадей в днище Ростовской котловины.  Прогнозирование изменения уровня озер и их геоморфологических последствий требуют понимания связей климатической системы с изменениями гидрологического режима и экзогенных процессов в водосборных бассейнах. Установление этих связей невозможно без детальных палеореконструкций природных обстановок и надежного датирования, которые и предполагается выполнить в рамках проекта.

В ходе реализации проекта будет проведено исследование строения донных отложений путем ручного бурения и георадарного профилирования. С целью определения генезиса и возраста террас, расположенных на бортах озерных котловин, будет выполнено исследование их геологического строения путем бурения и шурфовки. Детальные геодезические работы с использованием DGPS и аэрофотосъемка с БПЛА позволят уточнить топографию террас, на основании которой будут реконструированы высокие уровни палео-озер. Важнейшим этапом работы будет определение возраста отложений путем радиоуглеродного и ОСЛ датирования. Запланировано проведение исследований вещественного состава: определения содержания органического вещества и карбонатов, гранулометрический анализ, валовой химический анализ методом РФА. С целью реконструкции трофического статуса водоемов и получения косвенных данных о глубинах и проточности будут выполнены  диатомовый анализ и комплексный биологический анализ (по методике Н.В. Кордэ, 1960).

Организация, на базе которой планируется осуществлять проект (ИГ РАН) располагает всем необходимым оборудованием и техническими средствами для выполнения заявленных работ. Руководитель проекта имеет опыт полевой, лабораторной и камеральной работы в данной области исследований. По теме проекта имеется большой задел: по инициативе Е.А. Константинова в 2017-2018 гг. были проведены полевые работы в котловинах озер Неро и Плещеево. Осуществлено ручное бурение донных отложений озер со льда, проведены геодезические работы и бурение на террасах озера Неро. В общей сложности получено 14 ненарушенных колонок донных отложений суммарным метражом - 70 п.м., пробурено 11 скважин на террасах юго-восточного борта котловины озера Неро.

Заявленная реконструкция истории колебания озер Плещеева и Неро, проведенная на современном методическом уровне, внесет заметный вклад в палеолимнологию центра ВЕР. Полученные материалы, опубликованные в рецензируемых международных журналах, позволят пополнить глобальные и региональные базы данных по палеолимнологии и истории экосистем (NOAA, PBDB, Neotoma Paleoecology Database, PaleoLake и др.).

Ожидаемые результаты

1. Создание научно-обоснованной реконструкции изменения уровня озер Плещеева и Неро за последние 20 тысяч лет.

Большой интерес к озерам со стороны палеоэкологов во всем мире обусловлен тем, что компоненты гидрологического режима озер, очень чувствительные к климатическим изменениям, можно реконструировать, изучая озерные отложения. Малейшие изменения уровня, температуры, солености, степени проточности, трофического статуса, и других компонентов отражаются на составе озерного осадка - уникального континентального природного архива, который по своей детальности, широте хронологического охвата и географии распространения не имеет себе равных. Палеогидрологические реконструкции, выполненные для множества регионов мира (Северной Америки, Центральной и Западной Европы, Центральной Азии и др.), позволили существенно уточнить наши представления об изменениях гидротермического режима на Земле за последние десятки и сотни тысяч лет (Magny, 2004, Bradley, 2013; Jones, Jordan, 2013; Yu et al. 2013; Cohen, 2017; Wennrich et al., 2016). Причем, ключевым индикатором климатических изменений в большом числе работ выступает именно колебания уровня озер - результирующего параметра, отражающего изменения водного баланса. Реконструкция истории колебания озер Плещеева и Неро, проведенная на современном методическом уровне, внесет заметный вклад в палеолимнологию центра ВЕР, где уровень изученности истории озер значительно ниже по сравнению, например, с Западной и Центральной Европой. Полученные материалы, опубликованные в международных журналах, позволят пополнить глобальные и региональные базы данных по палелимнологии и истории экосистем (NOAA, PBDB, Neotoma Paleoecology Database, PaleoLake и др.).

2. Выявление связи колебания уровня озер с климатическими флуктуациями в конце позднего плейстоцена и голоцене.

До сих пор существуют пробелы в понимании реакции сложных геосистем (в т.ч. бассейнов крупных озер) на изменения климата.  Одним из распространенных подходов к решению такой задачи является метод палеоаналогов (Будыко, 1987; Величко, 1991), который предполагает поиск в геологическом прошлом климатических условий с заданными параметрами и определение отклика отдельных компонентов геосистем на эти условия. Так как ход климатических изменений за последние 20 тысяч лет реконструирован весьма детально для территории Европы (Masson-Delmotte et al., 2013; Hoogakker et al., 2016; Novenko et al., 2015), мы имеем возможность использовать этот интервал для поиска климатических палеоаналогов прогнозируемого потепления климата (IPCC, 2013), что позволит определять реакцию озерных бассейнов на предстоящее потепление. В качестве палеоаналога может рассматриваться атлантический оптимум голоцена, в ходе которого среднегодовая температура для центра ВЕР превышала современные значения на 1-2 градуса Цельсия (Величко и др., 2009). Достижение данного результата создает фундаментальные основы для прогнозирования реакции геосистем на ожидаемые изменения климата, что полностью соответствует мировому уровню исследований в данной области науки.

3. Определение тренда изменения среднего уровня озер центра ВЕР в ходе ожидаемых климатических изменений ближайшего столетия и оценка вероятности интенсификации опасных экзогенных процессов и гидрологических явлений в береговой зоне озер.

Прикладная значимость данного результата связана с прогнозированием развития опасных экзогенных процессов и гидрологических явлений в бассейнах озер Неро и Плещеево в ходе ожидаемых климатических изменений. Основу для такого прогнозирования составит описанный выше метод палеоаналогов. Проблема развития опасных природных процессов обостряется тем, что в береговой зоне исследуемых озер расположены объекты национального историко-культурного наследия - архитектурные ансамбли и археологические памятники Ростова и Переславля Залесского. И это при том, что береговая зона как раз является наиболее уязвимым элементом ландшафта, в котором при изменении уровня воды в озерах могут развиваться такие негативные природные процессы как абразия берегов, затопление и заболачивание. Таким образом, результаты предлагаемых исследований в итоге будут способствовать защите населения, памятников и объектов инфраструктуры от угроз, связанных с проявлением опасных природных процессов.