Климатические условия голоцена заставили дубы поменять привычное место обитания в Нижнем Приамурье
- 14.12.2023
Большую часть территории равнин и низменностей Нижнего Приамурья (Хабаровский край) занимают болота. Это связано с природно-климатическими условиями региона. Специалисты Института водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН (ИВЭП ДВО РАН) исследуют торфяные залежи болотных массивов с целью изучения палеоклиматических изменений, проявлявшихся на данной территории для различных этапов голоцена. Полученные данные планируется использовать при создании прогнозов и построения гипотез изменения климата, как для территорий Дальневосточного Федерального округа в частности, так и на планете в целом. Наряду с этим в исследованиях последнего десятилетия установили, какие сдвиги лесорастительных условий происходили на территории Нижнего Приамурья. В частности, смены похолоданий и потеплений в голоцене приводили не только к сменам одних растительных группировок другими, но и к смещению в наиболее теплые периоды голоцена с юга на север широколиственных дубняков. Часть данных для исследований ИВЭП ДВО РАН получает на ускорительном масс-спектрометре ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-Новосибирский научный центр» (ЦКП УМС НГУ-ННЦ). ЦКП создан НГУ совместно с Институтом археологии и этнографии СО РАН, Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН) и Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Результаты опубликованы в журнале Earth and environmental science и в сборнике «Геосистемы Северо-Восточной Азии».
На территории Нижнего Приамурья количество выпадающих осадков существенно превышают их испаряемость, что приводит к повышенной заболоченности. Очаги заболачивания стали возникать в долине реки Амур более 10 000 лет назад, еще в начальную фазу голоцена. Об этом свидетельствуют радиоактивные датировки, накопленные практически для всех низменностей, расположенных в регионе: Среднеамурской, Удыль-Кизинской, Амуро-амгуньской, Эворонской, Чукчагирской и Нимеленской. По мере разрастания локальные торфяники приближались друг к другу, сформировав к началу бореального периода (начальная фаза голоцена) болотные массивы весьма внушительных размеров – от десятков до сотен гектар. При этом, скорость образования и состав торфяных залежей для разных периодов голоцена различается в зависимости от складывающихся гидротермических параметров.
Размещение болотных массивов на аллювиальной равнине рек Тугур и Нимелен в месте их взаимного перехвата при максимальных паводках. Предоставлено В. Чаковым.
По мнению заведующего лабораторией ресурсов болот и леса ИВЭП ДФО РАН кандидата биологических наук Владимира Чакова, бореальный период голоцена в регионе был более сухим и теплым. «Об этом свидетельствует относительно небольшой по мощности плотный торф сильной степени разложения, характерный как для южных районов Приамурья, так и для его северных окраин. Иная картина наблюдается в торфяных залежах, сформированных во влажных и теплых условиях атлантического периода голоцена на той же территории. А вот суббореальный и субатлантический периоды голоцена, знаменующие собой заключительный этап болотообразовательных процессов в Нижнем Приамурье и южном Охотоморье, протекали при таких же повышенных параметрах климатической увлажненности климата, как и в атлантическом периоде, но в менее теплых условиях», – объясняет специалист.
Одна из задач ученых при изучении торфа – отработка методики составления палеогеографических характеристик регионов, которые также сильно подвержены процессам заболачивания, как и Нижнее Приамурье.
«Изучение последовательного залегания слоев торфа с наложением на его структуру данных о составе пыльцы и спор ископаемых растений (палинологический анализ), а также данных, диатомового анализа, позволяет достаточно точно составлять палеогеографические характеристики регионов, подверженных процессам заболачивания на примере Нижнего Приамурья, – добавляет Владимир Чаков. – Также мы можем говорить о динамике климатических условий в голоцене и о том, как они влияли на экологическую обстановку в регионе. Так, смены похолоданий и потеплений приводили не только к сменам одних растительных группировок другими, но и возвратно-поступательным сдвигам, с севера на юг, лесорастительных условий. Например, в теплые периоды широколиственные дубняки достигали южного побережья Охотского моря, а в настоящее время здесь встречаются только рефугиумы (области, где вид переживает неблагоприятный период) дубняков кустарниковой формы. Также встречаются противоположные явления, когда в областях распространения кедрово-широколиственной зоны появляются заросли низкорослой лиственницы. На основе таких данных мы можем говорить об общих тенденциях в изменении климата, а именно о признаках временного потепления на планете, нежели о каком-то необратимом процессе глобального потепления, вызванного, например, промышленным развитием современного человечества».
Объект исследования ученых – торфяные болотные массивы с мощными залежами растительных веществ. Чтобы изучать процесс формирования торфяных залежей, имеющих сложное построение стратиграфии (последовательность слоев), необходимо проводить исследование их послойной структуры и хронографических параметров. Послойный отбор проб торфа осуществляется специальными бурами или путем зачистки обнажений.
Зондирование торфяных залежей болотного массива, сформировавшегося на участке перетока речных вод во время катастрофических паводков, двух крупных речных бассейнов рек Амгунь и Тугур (Хабаровский край). Предоставлено В. Чаковым.
«Когда весовые параметры проб не ограничены, для получения возрастных характеристик этапов болотообразования мы обращаемся за помощью к специалистам радиологических лабораторий: в Институт географии РАН (г. Москва) или Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), – добавляет Владимир Чаков. – Но в условиях, когда послойный отбор проб крайне затруднителен, когда подчас для сбора органического вещества всего в 10-15 г требуется несколько часов, мы обращаемся к методу ускорительной масс-спектрометрии. УМС является уникальным методом для получения достоверных датировок возраста проявления различных природных процессов на основе минимальных объемов органического вещества (торфа)».
Всего в мире насчитывается около 140 ускорительных масс-спектрометров, в России два УМС и оба они находятся в новосибирском Академгородке. Установки входят в исследовательскую инфраструктуру ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-Новосибирский научный центр» (ЦКП УМС НГУ-ННЦ).
Так выглядят гуминовые кислоты, выделенные из торфа. Предоставлено Е.Пархомчук.
«Торф – это многокомпонентный материал, который может содержать вещества с различным возрастом. Нам были предоставлены 4 образца торфа, из трех из них мы смогли выделить и очистить целлюлозу и из двух – гуминовую кислоту, поэтому мы определяли возраст не торфа в целом, а именно этих выделенных веществ, – рассказывает директор ЦКП УМС НГУ-ННЦ кандидат химических наук Екатерина Пархомчук. – Каждое вещество выделяется по своей методике, например целлюлоза (высокомолекулярный биологический полимер) выделяется путем первичной экстракционной очистки от жировых примесей (которые могут оставлять насекомые и другие подвижные организмы), последующей кислотно-щелочной очистки от карбонатов и гуминовой кислоты и заключительной процедуры отбеливания, которая заключается в каталитическом окислении нежелательных низкомолекулярных органических примесей (которые более подвижны, чем целлюлоза, например из древесных или растительных соков, микроорганизмов, животных и т.д.) пероксидом водорода или хлоритом натрия. Затем любое выделенное вещество сушится и подвергается процедуре зауглероживания, в результате которой углерод из целлюлозы или гуминовой кислоты переходит в элементарный чистый углерод».
После этапа пробоподготовки и зауглероживания из графита формируется мишень, или катод для УМС, и проводится определение концентрации 14С в ней.
Калибровка радиационного возраста в календарный. Образец GV 02634 (целлюлоза, выделенная из торфа) интервал 93,8% составляет 864-1023 лет AD. Предоставлено Е.Пархомчук.
«Радиоуглеродный возраст определяется для всех веществ одинаково – по закону радиоактивного распада радиоуглерода из отношения концентрации 14С в образце к таковой в стандартном веществе с известной концентрацией 14С с учетом фонового значения (например, внесенного в результате пробоподготовки) и изотопного фракционирования. Последнее определяется из концентрации 13С в образце относительно других стандартов на более традиционном и распространенном изотопном масс-спектрометре, – объясняет Екатерина Пархомчук. – Радиоуглеродный возраст затем пересчитывается в календарную дату образования вещества с помощью общедоступной программы, которая содержит в себе несколько калибровок в зависимости от места расположения находки. Мы выдаем результат в виде радиоуглеродного и календарного возраста всех веществ, которые смогли выделить из полученного материала. Далее коллеги, знающие об образцах все или почти все, вольны интерпретировать результаты по своему усмотрению. С точки зрения эксперимента нам лучше оставаться в стороне от исследования и сохранять непредвзятое отношение. Наша главная задача – обеспечить чистоту проб, корректность, достоверность и достаточную точность анализа и, в случае любых сомнений, провести повторные измерения или повторные процедуры пробоподготовки».