Реконструкция природных условий Внутренней Азии в позднеледниковье и голоцене (по материалам диатомового и палинологического анализов озерных осадков Монголии)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность темы. Изучение колебаний климата и связанной с ними динамики растительности различных регионов Земли на последних этапах ее геологической истории никогда не теряло своей актуальности, поскольку эти данные имеют прямое отношение к главным условиям существования биоты и жизни людей. Актуальность таких исследований постоянно возрастает в связи с возникновением мощных аномальных явлений в природе, которые связываются учеными с усиливающимися антропогенными воздействиями на биосферу, приводящими к глобальному потеплению климата.

В этой связи очень важной представляется разработка новых ретроспективных и прогностических схем развития природы в регионах Внутренней Азии со специфическим режимом резко континентального климата, который поддерживает ландшафты этих территорий в состоянии, близком к позднеплейстоценовым. Такие схемы, позволили бы, в частности, ответить на следующие вопросы:

– были ли в истории этих ландшафтов теплые периоды их развития и в чем они выражались?

– каким образом схема позднечетвертичной истории климата и растительности Монголии выглядит на фоне существующих общеземных моделей их развития?

– что может произойти на территории Монголии, разнообразие растительности которой всецело связано с уникальными характеристиками ее современного климата?

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящего исследования является изучение познечетвертичной динамики климата и растительности Внутренней Азии по материалам диатомового и палинологического анализов донных осадков пресноводных озер Монголии.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Составить наиболее полный на настоящее время список представителей современной и прошлой (погребенной) альгофлоры по данным собственных исследований вод и танатоценозов монгольских озер с привлечением имеющихся литературных данных.

2. Выявить биолого-экологические характеристики водорослевых комплексов пресных водоемов в историческом аспекте по материалам исследования биостратиграфии донных осадков. Определить на базе этих материалов природные условия развития водоемов исследуемой территории в конце позднего плейстоцена и в голоцене.

3. Обобщить имеющиеся данные палинологического анализа колонок донных озерных осадков и поверхностных почвенных проб. На основе этих материалов дополнить и расширить имеющиеся немногочисленные схемы исторической динамики растительности Монголии.

4. На основе полученных материалов составить новую схему развития природной обстановки в Монголии на её постплейстоценовом этапе.

Предмет защиты. Новая биостратиграфическая схема позднечетвертичных изменений растительности и климата Монголии по материалам палеоботанического анализа.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Озерная диатомовая флора Монголии не проявляет признаков обособления от палеарктической флоры в целом: на протяжении постплейстоценовой истории в ней абсолютно преобладали пресноводные донные и перифитонные группы водорослей, алкалифильные формы, космополитные и бореальные элементы.

2. Реконструированные по палинологическим данным изменения растительности послеледниковья и голоцена Монголии хорошо согласуются с данными диатомового анализа, по которым реконструированы уровни озер, что позволяет говорить о единой климатической природе этих изменений.

3. Пространственная картина растительного покрова Монголии на всех этапах ее позднечетвертичной истории оставалась ярко мозаичной, отражавшей высокую неоднородность местных экологических режимов территории. Господствующими элементами этой мозаики, очень подвижной в пространстве и времени, оставались четыре типа растительности - тундро-степь, тайга, степь и пустыня.

4. Постплейстоценовые характеристики этих типов растительности в Монголии не подвергались коренным изменениям. Менялись лишь их соотношения и размещения в пространстве и во времени. Степи замещались пустынными степями в аридные фазы голоцена, в его влажные фазы расширяли свои позиции таежные леса, но степи сохраняли господство на территории страны на протяжении всей ее позднечетвертичной истории.

Научная новизна и теоретическое значение работы. Автор первым использовал диатомовый анализ для исследования донных осадков пресноводных озер Монголии. Работа является наиболее полным на современный момент обобщением материалов по диатомовой флоре позднего плейстоцена и голоцена страны. Впервые получена экологическая характеристика ископаемых разновозрастных диатомовых комплексов, установлены доминирующие и характерные комплексы диатомей с надежными временными привязками. Показана возможность использования материалов диатомового анализа для решения ряда палеогеографических и стратиграфических задач.

Интерпретация материалов диатомового анализа произведена на фундаментальном флористическом материале, опубликованном автором в сводке «Конспект флоры водорослей Монголии» (Дорофеюк, Цэцэгмаа, 2002). Она включает 1574 таксона водорослей из 10 отделов. Сводка позволяет оценить высокое таксономическое разнообразие альгофлоры исследуемого региона и использовать эти материалы для репрезентативной реконструкции прошлых и современных состояний водоемов страны, а также для осуществления мониторинга качества пресных вод.

Сопряженный комплексный анализ геологических, гидрологических, биологических и климатических данных позволил провести реконструкцию уровней озер, растительности и климата позднечетвертичного времени с использованием радиоуглеродного датирования. Последнее значительно увеличило надежность построенной автором новой биостратиграфической схемы развития природных условий исследуемого региона. Решению этой задачи способствовало и применение нового метода «биомизации» (Prentice et al., 1996).

Практическое значение работы. Разработка новой биостратиграфической схемы развития природных условий Внутренней Азии в позднеледниковье и голоцене, основанной на накопленных за последнее десятилетие и обобщенных автором материалах по динамике растительности и климата, рассматривается как актуальная проблема, имеющая, в частности, прямое отношение к прогнозу возможных изменений форм и направлений пастбищного, земледельческого и лесного хозяйств Монголии в новых социально-экономических и экологических условиях.

Полученные материалы могут быть использованы при чтении лекций, составлении для вузов учебников и учебных пособий по таксономическому разнообразию, экологии и географии пресноводной альгофлоры, палеогеографии и геологии территорий Внутренней Азии.

Вклад автора в разработку проблемы. В основу настоящей работы положены результаты многолетних исследований автора, материалы для которых получены им при полевых работах в составе Совместной Российско (Советско)-Монгольской комплексной биологической экспедиции РАН и АН Монголии (1971-1980 гг.). Автор лично отбирал пробы для всех видов анализа, принимал участие в обработке полученных материалов, их обобщении и интерпретации. Автор первым осуществил альгологический и диатомовый анализы донных осадков озер Монголии, результаты которых послужили основанием для реконструкции палеоуровней озер. Они были использованы также в разработке проекта Международного научного фонда (International Science Foundation) “Synthesis and Paleoclimatic Interpretation of Late Quaternary Lake-level Records from northern Eurasia” (Grant № NC 5000) и вошли в мировой каталог данных Международной палеоклиматологической программы (NOAA Paleoclimatology Program).

Изученный в ходе работы состав флоры водорослей Монголии в целом и флоры озерных танатоценозов позволил автору провести на основе новейших номенклатурных изменений ревизию альгофлоры и опубликовать (совместно с Д. Цэцэгмой) первую, наиболее полную сводку «Конспект флоры водорослей Монголии» (2002).

Пересмотрены, переосмыслены и использованы в диссертации ранее не опубликованные материалы спорово-пыльцевого анализа донных осадков, выполненного Е.П. Метельцевой и В.Т. Соколовской в 1971-1985 гг. Эти данные позднее были опубликованы автором (совместно с П.Е. Тарасовым) в серии статей и книг, посвященных реконструкции растительности и климата Монголии в конце позднего плейстоцена и в голоцене и положены в основу разработанной автором биостратиграфической схемы. Фактические материалы спорово-пыльцевого анализа вошли в Европейскую пыльцевую базу данных (EPD, Arles, France) и использованы в крупных международных проектах «BIOM 6000» и «BIOM 18000».

Лично автором проведены геоботанические описания растительности побережий озер, отобраны поверхностные почвенные пробы для определения состава субрецентных спорово-пыльцевых спектров; выявлены их соответствия составу современной естественной растительности, что повысило достоверность проведенных палеореконструкций.

Автором собран гербарий цветущих растений, включивший более 1000 листов и переданный в гербарии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН и биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Материалы гербария были использованы для приготовления эталонных препаратов пыльцы. Микрофотографии пыльцы 140 таксонов растений опубликованы в атласе M. Reille «Pollen et spores d'Europe et d'Afrique du Nord» (1998).

За научные работы, опубликованные по теме диссертации, Н.И. Дорофеюк дважды награждена Дипломами Русского Географического Общества (29 ноября 1994 г. и 26 ноября 1996 г.), Благодарностью Российской академии наук (7 июня 1999 г.), Почетным знаком «Заслуженный охранник природы» Министерства природы и природных ресурсов Монголии (05 сентября 2005 г., № 901), несколькими Почетными грамотами Академии наук Монголии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 работ, в том числе 6 монографий (в соавторстве), 3 главы в 2-х монографиях (в соавторстве), 32 работы в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах и изданиях и 8 работ в других изданиях.

Апробация работы. Материалы работы доложены (и опубликованы) на 26 отечественных и международных симпозиумах и конференциях, в том числе: Всесоюзных совещаниях по истории озер (4-е в Ленинграде, 1975 г., 6-е в Таллине, 1983 г., 8-е в Минске, 1989 г.); совещаниях: «Природные условия и биологические ресурсы МНР» (Улан-Батор, 1980 г., Москва, 1986 г., Иркутск, 1985 г.); «Экология и природопользование в Монголии» (Улан-Батор, 1990 г.); «Экология и география диатомовых водорослей» - 2-ая школа диатомологов (Минск, 1995 г.); «Главнейшие итоги в изучении четвертичного периода и основные направления исследований в ХХI веке» (Санкт-Петербург, 1998 г.); «Актуальные проблемы палинологии на рубеже третьего тысячелетия» (Москва, 1999 г.); «Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов» (Томск, 1999 г.); «Разнообразие растительного покрова Байкальского региона». (Улан-Удэ, 1999); Международные конгрессы по изучению четвертичного периода (INQUA - IX в Москве, 1982 г., XIV в Берлине, 1995 г.); «Ecosystem Evolution» (Moscow, 1995); «Asian ecosystems and their protection» (Ulaanbaatar, 1995); «Global Changes and Geography» (Moscow, 1995); XXII General Assembly of the European Geophysical Society (Nice, France, 1998); 10th International Palynological Congress (Nanjing, China, 2000); «Central Asian ecosystems 2000» (Ulaanbaatar, Mongolia, 2000); «State and Dynamics of Geosciences and Human Geography of Mongolia» (Berlin, 2000); «Monsoon and Civilization» (Pune, India, 2001); «Monsoon, 2002» (Kunming, China, 2002); «Climate drivers of the North» (Kiel, Germany, 2002); «Geographical study of Central Asia and Mongolia» (Ulaanbaatar, Mongolia, 2002); «Environmental Change in Central Asia» (Berlin, Germany, 2003).

1. Внутренняя Азия и методы исследования позднечетвертичной истории развития природных условий

В главе рассматривается понятие Внутренней Азии, положение в ней Монголии, материалы и методы палеогеографического исследования послеледниковой истории развития территории.

Внутренняя Азия - обширная внутриконтинентальная территория, охватывающая внеледниковую часть азиатского субконтинента. Она не имеет четких естественных границ и в географическом смысле довольно неопределенна. К ней относят северные районы Китая, Монголию, горный пояс Южной Сибири, Прибайкалье, Забайкалье, восточные районы Казахстана и Средней Азии. Эти территории объединяет значительная удаленность от океанов, общность геологического развития и общее ритмично направленное изменение климатических условий в течение всего четвертичного периода.

Монголия как центральная часть Внутренней Азии лежит в узле сопряжения контрастных геологических структур, на стыке глобальных систем циркуляции атмосферы и стыке гор Южной Сибири (испытывавших оледенения) с пустынной зоной Гоби (покровному оледенению не подвергавшейся). Через территорию страны проходит так называемый мировой водораздел, разделяющий бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов и бассейны бессточных впадин Центральной Азии. Эти специфические условия в совокупности с огромными гипсометрическими амплитудами, удаленностью от океанов, воздействием мощного азиатского антициклона обуславливают резко континентальный и сухой климат страны, определяют особые режимы развития ландшафтов Монголии, пресноводные водоемы которых являются чуткими индикаторами изменения специфических природных условий. Высокая информативность отложений пресных озер связывается с относительно непрерывным осадконакоплением и наличием в осадках достаточного для датирования количества органики. Использование донных осадков в биостратиграфических целях применяется исследователями широко и давно, но в большинстве случаев они касаются гумидных зон. В условиях Монголии такие исследования связываются с рядом проблем, поскольку аридность климата не способствует непрерывному осадконакоплению. Решению этих проблем способствовали массовость, разнообразие и широкая география собранного автором материала, его обработка разными методами и сопоставление результатов проведенных анализов.

Литологический анализ позволяет расчленить толщу осадков на слои, характеризующие условия седиментации и геологические процессы, происходившие на территориях бассейнов озер. В озерных осадках фиксируются наиболее резкие изменения в режиме былых водоемов, местные фациальные особенности отдельных участков водоема и связи с окружающим ландшафтом. Для биостратиграфических исследований этот вид анализа используется в совокупности с данными биологических видов анализа, а надежное радиоуглеродное датирование позволяет определить условия седиментации в определенные отрезки времени.

Альгологический анализ состава водорослей и экологии крупных систематических групп организмов, захороненных в донных отложениях, позволяет охарактеризовать условия формирования того или иного типа осадков и трофический статус былых водоемов. Водоросли как организмы, непосредственно связанные своим обменом веществ с водной средой, тонко реагируют на изменение свойств последней. Суммарное обилие представителей той или иной крупной систематической группы водорослей в донных осадках характеризует не только условия среды данного водоема, но и в значительной степени зависит от исторических причин, обусловивших заселение водоема именно этими видами. Поскольку далеко не все водоросли хорошо сохраняются в осадках, сведения, полученные с помощью этого вида биологического анализа, дают лишь частичную картину прошлой жизни водоема.

Диатомовый анализ озерных осадков основан на хорошей сохранности в них кремневых створок диатомовых водорослей - микроскопических, одноклеточных, эвкариотных организмов, обитающих в разнообразных водных, эдафических и аэробных средах. В континентальных водоемах эта группа водорослей круглогодично доминирует в фитопланктоне озер и является первичным продуцентом органического вещества. Диатомеи образуют много характерных экологических комплексов, приуроченных к разным биотопам водоемов и адаптированных к разной степени солености, кислотности вод и к другим факторам.

Техническая очистка панцирей диатомей (стойкая морфологическая структура которых используется при идентификации таксонов) от органического содержимого была осуществлена по стандартной методике, требующей сжигания органики в крепких кислотах и использования токсичной тяжелой жидкости. Более поздние материалы обработаны по методике с применением 30% Н2О2.

Определение и классификация водорослей проведены автором с использованием отечественных определителей, зарубежных сводок и системы, разработанной Round, Crawford, Mann (1990). Определение и подсчет створок проводился по горизонтальному ряду до 500-600 створок и более (с учетом их раздробленности) в средней части стекла. Расчет общей и повидовой концентраций диатомей в 1 г сухого осадка осуществлен по количественной методике обработки данных, предложенной Н.Н. Давыдовой (1985) и позволяющей выявить роль отдельных видов в составе диатомового комплекса. При построении диатомовых диаграмм был использован (как и в спорово-пыльцевом анализе) пакет программ Tilia/Tilia-Graph.

Экологическая структура диатомовых комплексов рассматривалась по четырем группам признаков: 1) по приуроченности диатомей к различным биотопам (планктонные, донные и обрастатели); 2) по отношению к солености вод (галофобные, индифферентные, галофильные, мезогалобные); 3) по отношению к рН вод (ацидофильные, циркумнейтральные, алкалифильные, алкалибионтные); 4) по географической приуроченности диатомей (арктоальпийские, бореальные и космополитные).

Спорово-пыльцевой анализ озерных осадков, имеющий широкое применение в биостратиграфии, основан на большой пыльцевой продуктивности растений и хорошей сохранности пыльцевых зерен и спор в различных типах осадков. Характерные морфологические особенности пыльцевых зерен, (по которым идентифицируется их принадлежность хотя бы до рода), позволяют не только выявить флористический состав растительного покрова, но и определить соотношение различных его компонентов. Статистическая обработка данных микроскопического изучения последовательной серии образцов из одного разреза выявляет изменения в характере растительности за время осадконакопления, что является очень важным для реконструкции былой растительности. Несмотря на известные погрешности этого анализа, он остается одним из ведущих при реконструкциях изменений растительного покрова и климата в прошлом.

При обработке образцов для спорово-пыльцевого анализа использовалась стандартная методика с применением ацетолиза. Насчет пыльцевых зерен в спорово-пыльцевых спектрах обычно составлял 200-1200 (в зависимости от концентрации пыльцы в отложениях). Сумма идентифицированной в образце пыльцы принималась за 100%, из них рассчитывалось относительное содержание каждого таксона. При построении пыльцевых диаграмм использовался пакет программ Tilia/Tilia-Graph, а визуальное разделение на локальные зоны в диаграммах поддерживалось программой CONISS.

При интерпретации результатов спорово-пыльцевого анализа учитывались основные закономерности продуцирования, рассевания и фоссилизации пыльцы, установленные при анализе спорово-пыльцевых спектров (СПС) с территорий Северной Азии и Монголии (Tarasov et al., 1998).

Новым методическим аспектом в исследованиях явилось использование метода «биомизации» (Prentice et al., 1996), или метода объективной количественной реконструкции основных растительных формаций (биомов) с использованием палеоботанических данных. В основе метода лежит концепция функциональных типов растений, или крупных группировок растений, объединенных общностью жизненной формы (древесные или травяные), общими фенологическими особенностями (вечнозеленые или листопадные) и т. д. и климатическими параметрами, определяющими критические пределы роста и воспроизводства растений. Метод «биомизации» был адаптирован для условий Монголии и использован в реконструкциях ее растительности и климата по данным палинологического анализа колонок озерных отложений (Tarasov et al., 1998; Gunin et al., 1999; Tarasov et al., 2004). Хорошую проверку этого метода обеспечили современные пыльцевые данные 102 поверхностных почвенных проб, отражающих состав современной растительности Монголии, что повысило достоверность реконструированных типов палеорастительности во времени.

Радиоуглеродное датирование органогенных позднечетвертичных отложений обеспечивает достоверность всех палеореконструкций. Без надежной временной привязки в настоящее время невозможно проводить широкие корреляции изменений природных условий во времени и пространстве, выявлять их особенности и различия на разных территориях и общие закономерности процессов, происходивших в природе в прошлом.

Серии радиоуглеродных датировок донных осадков озер Монголии, полученные в Институте зоологии и ботаники АН ЭССР (г. Тарту) и Институте ботаники АН Лит. ССР (г. Вильнюс), приведены в табл. 1 Приложения к диссертации. Они позволили перейти к более точной корреляции стратиграфических уровней, выделенных по комплексу палеогеографических данных, и установить хронологическую последовательность изменений природной обстановки на заключительном этапе плейстоцена и в голоцене.

В основу подразделения позднеплейстоценовых и голоценовых осадков положена схема М.И. Нейштадта (1983), в соответствии с которой выделяются древний (12-10 тыс. лет назад), ранний (10-8 тыс. л. н.), средний (8-2.5 тыс. л. н.) и поздний голоцен (от 2.5 тыс. л.н. до настоящего времени). Схема Блитта-Сернандера, характеризующая изменения природной среды Западной Европы в голоцене, даже с уточнениями Н.А.Хотинского для Северной Евразии (1977), имеет ограниченное применение, как для Монголии, так и для Прибайкалья (Безрукова, 1999).

2. Природные условия территории исследований

В главе подробно рассматривается географическое положение Монголии, особенности геологического развития её территории, состав поверхностных отложений и современный рельеф. Особое внимание уделено современным климатическим условиям территории, её влаго- и теплообеспеченности, на формирование которых большое влияние оказывают устойчивый зимний Азиатский антициклон и муссонный характер распределения летних осадков. Сильное зимнее выхолаживание земной поверхности, малоснежность зим и муссонный характер выпадения осадков в свою очередь способствуют развитию интенсивных криогенных процессов, формированию многолетней мерзлоты и мозаичному распространению ее на 60% площади Монголии. Географическое положение, рельеф и высокий абсолютный уровень территории Монголии определяют резко континентальный аридный климат и особую структуру ее растительного покрова, в которой сложно сочетаются элементы широтной зональности и вертикальной поясности.

3. Гидрография территории Монголии

Речная сеть наиболее развита в горах на севере и западе страны. Возникновение её связывается с влажными периодами начала-середины плейстоцена, а окончательное формирование относится к концу верхнего плейстоцена (Флоренсов, 1960). Мировой водораздел, проходящий по территории Монголии, делит ее на три макробассейна: бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов и Центрально-Азиатский внутренний бессточный. Центрально-Азиатский внутренний бессточный бассейн является наиболее крупным по занимаемой площади (65.6% территории страны), в нем формируется около 32% всего стока. К нему принадлежат реки, стекающие с Монгольского и Гобийского Алтая, западного и южного склонов Хангая.

К бассейну Северного Ледовитого океана (или р. Енисей) относятся реки, берущие начало в высокогорьях северного и восточного склонов Хангая и западных и юго-западных склонов Хэнтэя (р. Селенга с ее многочисленными притоками). В Дархатской котловине, на севере страны также расположен один из истоков р. Енисей - р. Шишхид. Площадь бассейна занимает 20.6% территории Монголии, здесь формируется 52.1% общего стока страны.

Наименьшую площадь (13.9% территории страны) имеет Тихоокеанский бассейн, в его пределах формируется 15.9% общего стока. К нему относятся реки Керулен, Онон, Ульдза, берущие начало в горах Хэнтэя, и р. Халх, истоки которой находятся в горах Большого Хингана (Лимнология..., 1994).

Характерным элементом природы Монголии являются озера, имеющие различное природное происхождение, и географическое распределение которых по территории страны обусловливают сложный рельеф и климат. Главным фактором, определяющим закономерности распределения озер по территории страны, является соотношение годового количества атмосферных осадков и суммы температур теплого периода. Это же соотношение послужило основой для выделения на территории страны ландшафтно-климатических областей: Алтайской горной, Хангайско-Хэнтэйской горной, Гобийской и Восточно-Монгольской степной (Мурзаев, 1952; Цэгмид, 1962). В среднегорных и высокогорных районах Алтайской и Хангайско-Хэнтэйской областей Монголии с положительным водным балансом (приходная часть преобладает над расходной) наиболее развита речная сеть и расположено 34% озер с разнообразными гидрологическими режимами. В равнинных степных и полупустынных районах Гобийской и Восточно-Монгольской степной областей, где расходная часть водного баланса преобладает над приходной, наименее развита речная сеть и сосредоточены 66% крупных и небольших бессточных и соленых озер (Севастьянов, Цэрэнсодном, 1994) (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения ландшафтно-климатических областей и основных озер Монголии (по: Лимнология…, 1994)

Ландшафтно-климатические области: I - Алтайская горная, II - Хангайско-Хэнтэйская горная, III - Гобийская, IV - Восточно-Монгольская степная.

Озера: 1 - Хотон, 2 - Хоргон, 3 - Даян, 4 - Толбо, 5 - Дунд, 6 - Ачит, 7 - Урэг, 8 - Хара-Ус, 9 - Хара, 10 - Хяргас, 11 - Убс, 12 - Баян, 13 - Тэлмэн, 14 - Сангийн-Далай, 15 - Хух, 16 - Доод-Цаган, 17 - Хубсугул, 18 - Даба, 19 - Тэрхийн-Цаган, 20 - Угий, 21 - Бон-Цаган, 22 - Орог, 23 - Тацын-Цаган, 24 - Гун, 25 - Буйр, 26 - Далай-Нор.

Состояние водного баланса озер определяется разницей суммы фактических годовых осадков и величины испарения, которая в свою очередь зависит от суммы температур теплого периода. В аридных условиях большей части территории страны в расходной части водного баланса озер преобладает испарение с водной поверхности, что способствует аккумуляции солей в бессточных озерных котловинах и значительным вариациям ионного состава и общей минерализации вод. Первыми на изменения климата реагируют небольшие мелководные озера степной зоны. Колебания увлажненности в горах, особенно северной части Монголии, выражены не столь резко, как в менее приподнятых и более засушливых южных и восточных областях (Севастьянов, Цэрэнсодном, 1994).

Все озера являются накопительными системами, в которых происходит осаждение и накопление различного вида осадков: терригенных, хемогенных и органогенных. Соотношение этих видов осадков значительно варьирует в разнотипных озерах и в различных ландшафтно-климатических областях. Преобладающий тип донных осадков формируется в зависимости от геолого-географических факторов (состав горных пород, расчлененность рельефа, абсолютная высота, ландшафтная структура водосбора и др.), условий тепло- и влагообеспеченности озерных бассейнов, гидрохимических особенностей и биологической продуктивности водоемов.

Исследования условий осадконакопления и скорости седиментации в озерных котловинах Монголии показали существенные их различия в равнинных и горных водоемах. Чем выше в горах расположено озеро, тем интенсивнее процессы физического выветривания и водно-ледниковой эрозии на водосборе озера и больше темпы осадконакопления в его котловине. В условиях высокогорий в озерном накоплении преобладает аллохтонное кластогенное вещество, которое поступает в озера с поверхностным и склоновым стоком, при этом отмечаются более значительные темпы озерной седиментации. Формирование аллохтонных биогенных осадков и высокие темпы их накопления происходят при наиболее благоприятных условиях влаго- и теплообеспеченности озерных бассейнов и при повышенной биологической продуктивности озерных экосистем. Средние скорости седиментации в большинстве горных озер Монголии колеблются в пределах 0.6-0.8 мм/год и позволяют определить современные и прошлые условия осадконакопления. Увеличению общего содержания органического вещества в озерных отложениях, повышению биологической продуктивности озер и наиболее высоким темпам накопления осадков (до 0.9-1.1 мм/год) в озерах Монгольского Алтая и Хангая способствовала возросшая в среднем голоцене увлажненность на фоне общего потепления климата. В озерах равнинных областей более высокие скорости осадконакопления связаны с периодами повышенной биопродуктивности озерных экосистем и преобладания аллохтонных биогенных осадков. Минимальные скорости (0.1-0.5 мм/год) седиментации указывают на холодные и засушливые климатические фазы развития природных условий в бассейнах, не способствовавшие формированию поверхностного стока и высокой биологической продуктивности озер. Резкие смены типов осадков и аномально малые значения скорости осадконакопления могут свидетельствовать о возможных перерывах или выносе части озерных отложений (Севастьянов, Дорофеюк, Лийва, 1994).

Описания исследуемых озер сгруппированы в соответствии с их принадлежностью к выделенным на территории Монголии макробассейнам и ландшафтно-климатическим областям. В разделе подробно рассматриваются местоположения озер, их происхождение, геологические и геоморфологические особенности их бассейнов, источники питания, современные морфометрические характеристики озер, климат и растительность районов исследования. Описания сопровождаются батиметрическими схемами, на которых также указаны местоположения точек бурения.

Озера Центрально-Азиатского внутреннего бессточного бассейна (ЦАБ)

Это наиболее крупный по площади водосборный бассейн Монголии, включающий две ландшафтные области - Алтайскую горную и Гобийскую (рис. 1).

Озера Алтайской горной области (Хотон, Даян, Данягийн-Хара, Толбо, Дунд) сосредоточены в высокогорном поясе Монгольского Алтая. По своему происхождению они связаны с древним и современным оледенением - это пресноводные и проточные озера. Лишь одно из исследованных озер (оз. Ачит) расположено в обширной тектонической внутригорной впадине Монгольского Алтая, но на более низком гипсометрическом уровне, чем выше перечисленные озера. Образование озера связано, по-видимому, с поднятием внутривпадинной перемычки и подпруживанием рек, стекающих в котловину.

Гобийская область является бассейном внутреннего стока и изобилует конечными озерными бассейнами - реликтами древних более обширных водоемов. Несмотря на то, что Гобийская область отличается малым количеством осадков (около 150 мм в год), большой величиной испарения (900-1500 мм в год), слабо развитой речной сетью и малой расчлененностью рельефа, в северной ее части располагаются самые крупные и множество малых бессточных озер с сильно минерализованной водой. Этой области принадлежат две крупные озерные депрессии - Котловина Больших Озер и Долина Озер. Первая из них - одна из самых обширных бессточных впадин Центральной Азии, расположенная на западе Монголии. В ее центре находится система из двух крупных пресноводных озер Хара-Ус и Хара, описание и происхождение которых приведено в разделе.

Озера бассейна Северного Ледовитого океана (БСЛО)

К бассейну принадлежит почти вся Хангайско-Хэнтэйская горная область, включающая Дархатскую котловину (оз. Доод-Цаган, Цаган-Морьт), Прихубсугулье (оз. Хубсугул, Ямант), Центральный (оз. Цаган, Хух, Даба, Тэрхийн-Цаган, Худо, Ширэт), Северный и Восточный Хангай (оз. Урмийн-Цаган), Орхон-Селенгинское среднегорье (оз. Гун) и западные отроги Хэнтэя. Вся гидрографическая сеть бассейна является водосборным бассейном р. Енисей (рис. 1).

Озера Дархатской котловины и Прихубсугулья расположены в среднегорьях на севере Монголии и имеют тектоническое происхождение. В районе исследования широко распространены следы тектонической деятельности и плейстоценовых оледенений. Современные ледники отсутствуют, но повсеместно развита островная многолетняя мерзлота, как следствие суровых и малоснежных зим, и термокарстовые формы рельефа - эффект теплого лета.

В плювиальные эпохи плейстоцена значительная часть Дархатской котловины была занята обширным озерным водоемом, образование которого, возможно, связано с тектоническими процессами и подпруживанием долины р. Шишхид в плиоцен-раннечетвертичное время (Спиркин, 1970). В послеледниковое время размеры озера значительно сокращались, к концу верхнего плейстоцена - началу голоцена озеро было спущено, от него остались отдельные реликтовые озера, самое крупное из которых - оз. Доод-Цаган.

Самым крупным и глубоким пресноводным озером Монголии и вторым по величине (после оз. Байкал) Внутренней Азии является оз. Хубсугул. С оз. Байкал его связывают общее происхождение и приуроченность к байкальской рифтовой зоне, общая история развития и современный сток, осуществляемый из оз. Хубсугул через реки Эгийн и Селенгу.

Озера Хангайско-Хэнтэйской горной области расположены в основном в высокогорьях Хангая (оз. Цаган, Хух, Даба, Тэрхийн-Цаган, Худо, Ширэт), оз. Урмийн-Цаган - в его среднегорном поясе. Большая часть озер по своему происхождению принадлежит к гляциогенному типу, моренному подтипу и запрудной группе, вулканическое запрудное происхождение имеет оз. Тэрхийн-Цаган и тектоническое - оз. Ширэт.

Озера Орхон-Селенгинского среднегорья немногочисленны и представлены в диссертации единственным оз. Гун, имеющим абсолютную отметку уровня 640 м. Современный рельеф его котловины сформировался в результате тектонических движений конца третичного - начала четвертичного периода. Происхождение озера неизвестно, но, по-видимому, его можно отнести к гидрогенному, или пойменному типу.

Озера бассейна Тихого океана (БТО)

Орографически БТО, или бассейн р. Амур, разделяется на две неравные части: Хангайско-Хэнтэйскую горную и равнинную Восточно-Монгольскую степную. Несмотря на достаточную увлажненность Хэнтэйских хребтов и развитую речную сеть, озер в Хэнтэе очень мало, в работе представлены данные одного из них (оз. Хангалын). Напротив, Восточно-Монгольская степная область характеризуется обилием небольших бессточных, солоноводных и периодически пересыхающих озер. Пресноводных озер в области немного, самое крупное из них - оз. Буйр.

Поздний плейстоцен и голоцен на этой территории отличался значительными колебаниями увлажненности и стока, о чем свидетельствуют озерные террасовые комплексы и древние ложбины стока, происхождение которых связано с преобразованием речной сети в процессе общей аридизации климата на протяжении голоцена (Николаева, Шувалов, 1985).

4. Диатомовая флора и экологическая структура диатомовых комплексов озерных танатоценозов

Исследование флоры водорослей Монголии началось в начале прошлого века российскими учеными, изучившими состав фитопланктона и фитобентоса оз. Косогол (ныне Хубсугул). Их работы на оз. Хубсугул были продолжены после 50-летнего перерыва гидробиологами совместной экспедиции Монгольского и Иркутского государственных университетов, выявившими качественный и количественный состав фитопланктона озера, его межгодовую и сезонную динамику, а также закономерности распределения донной водорослевой растительности. Со второй половины прошлого столетия интенсивное гидробиологическое изучение озер различных физико-географических районов Монголии проводилось монгольскими учеными, которые получили новые сведения о видовом составе фитопланктона озер и отметили доминирование в нем диатомовых и зеленых водорослей.

В 70-80 гг. детальные продукционно-биологические исследования на 16 пресных и солоноватоводных наиболее крупных озерах страны проводились советскими и монгольскими гидробиологами - участниками Совместной Советско-Монгольской комплексной биологической экспедиции АН СССР и АН МНР. В эти же годы автор диссертации начал изучать состав альгофлоры донных осадков монгольских озер.

В конце прошлого столетия на территории Монголии начались интенсивные морфологические и таксономические исследования современных диатомовых водорослей и их индикаторного значения при изучении качества вод американскими и монгольскими учеными. Ими же была проведена первая ревизия диатомовых водорослей Монголии в соответствии с современной, значительно изменившейся номенклатурой (Edlund et al., 2001), в результате которой список диатомовых водорослей включал 547 видовых таксонов, объединенных в 82 рода.

Большой фактический материал, накопленный за столетний период исследований альгофлоры Монголии, и кардинальные систематические и таксономические изменения, произошедшие за этот период, потребовали проведения ревизии всего состава флоры водорослей. Ревизия альгофлоры была осуществлена автором диссертации совместно с монгольским альгологом Д. Цэцэгмаа в 2002 г. в «Конспекте флоры водорослей Монголии». В нем опубликован систематический список из 1574 видов, разновидностей и форм водорослей Монголии, относящихся к 288 родам, 105 семействам, 45 порядкам, 15 классам и 10 отделам. Для каждого таксона водорослей приведены: современное видовое название, базионим и синонимы, литературные источники первоописаний и точки нахождения водорослей на территории Монголии. Опубликованный список альгофлоры Монголии постоянно пополняется вновь выявляемыми таксонами в связи с проведением новых исследований на новых водных объектах. Так, за последние 2-3 года автором выявлено около 80 новых для территории Монголии таксонов диатомовых водорослей из танатоценозов озер и болот (неопубликованные данные).

Диатомовая флора исследованных автором донных осадков пресноводных и слабо минерализованных монгольских озер на настоящий момент включает 576 таксонов из 79 родов, 34 семейств, 16 порядков и 3 классов, что составляет 69% всей выявленной флоры диатомей Монголии. При составлении систематических списков диатомей, представленных в диссертации, использована классификация Round, Сrawford, Mann (1990).

К классу центрических диатомей (Coscinodiscophyceae) относятся 7 родов, доля которых в общей флоре составляет 7.1%. Наиболее разнообразны роды Cyclotella (19 видов и разновидностей) и Aulacoseira (11 видов, форм и разновидностей).

На долю пеннатных диатомей, принадлежащих двум классам (Fragilariophyceae и Bacillariophyceae), приходится 92.9%. Первый включает 16 родов, второй - 56 родов, относящихся к 27 семействам и 9 порядкам. Порядок Naviculales отличается наибольшим числом входящих в него родов (21), из них более разнообразны: Navicula (50 таксонов), Pinnularia (29) и Neidium (16). Порядок Cymbellales представлен 12 родами, среди которых группа родов Cymbella, Cymbopleura, Encyonema и Encyonopsis состоит из 49 таксонов, а род Gomphonema включает 25 видов и внутривидовых таксонов. Остальные порядки этого класса представлены менее разнообразно. Следует отметить только порядок Bacillariales (в котором род Nitzschia представлен 34 таксонами) и порядки Thalassiophysales (Amphora - 22 таксона), Eunotiales (Eunotia - 21) и Surirellales (Surirella - 21).

Таблица 1. Таксономическая структура диатомовых водорослей озерных танатоценозов ландшафтных областей и макробассейнов Монголии

По богатству выявленной диатомовой флоры танатоценозов выделяется Центрально-Азиатский внутренний бессточный бассейн (466 таксонов - 80.9% всей флоры). Менее богаты видами бассейн Северного Ледовитого океана - 415 таксонов (72%) и бассейн Тихого океана - 246 таксонов (42.7%). Наибольшим таксономическим разнообразием выделяются флоры высокогорных озер (оз. Хотон, Даба), пресноводных проточных озер среднегорий (оз. Тэрхийн-Цаган, Ачит, Доод-Цаган) и равнин (оз. Буйр) (табл. 1).

Проведение сравнительно-флористического анализа разновеликих и разнообразных многовидовых альгофлор озер весьма затруднительно, поскольку до настоящего времени не сложилась адекватная альгофлористическая методология, учитывающая особенности флор водорослей. Методы флористического анализа, принятые для анализа флор высших сосудистых растений и применяемые большинством альгологов-флористов, в наших исследованиях погребенных диатомовых флор могут иметь только ограниченное применение, поскольку возникает несколько трудно разрешимых проблем, связанных с полнотой изученности флоры и сохранностью в донных осадках всех видов диатомей, существовавших в озерах. В связи с этим автор ограничивает сравнение диатомовых флор танатоценозов коэффициентом общности (коэффициент Жаккара), рассчитанным в программе BioDiversity (рис. 2 а-в).

Сравнение альгофлор макробассейнов (рис. 2а) обнаруживает большее сходство флор ЦАБ и БСЛО (57.5%) и большее различие флор ЦАБ и БТО (41.4%).

Сравнение диатомовых флор ландшафтных областей (рис. 2б) показывает наибольшее сходство флор горных водоемов Монгольского Алтая и Хангайско-Хэнтэйской области (61.2%) и близость к ним флор Дархатской котловины и Прихубсугулья. Отличны от всех флоры Восточного Хэнтэя (коэффициент сходства 29.6-44.1%), Котловины Больших Озер (32.4-44.2%) и Восточно-Монгольской степной равнины (34.1-42.2%).

Наибольшим сходством флор отличается группа высокогорных и среднегорных озер (рис. 2в), образующих первый кластер (Хотон, Даба, Дод-Цаган и Тэрхийн-Цаган), коэффициенты сходства которых оставляют 55-56%. К ним близка флора оз. Хубсугул. Невысокое сходство с другими флорами обнаруживают оз. Гун, Тэлмэн и Баян. Их диатомовые флоры малочисленны и своеобразны: из 63 таксонов диатомей, выявленных в оз. Тэлмэн, 16 зарегистрованны только в этом озере, 42 таксона отмечены только в оз. Баян и 5 - только в оз. Гун.

Общими в таксономических списках всех изученных озер являются 7 видов диатомей с оценками обилия от «единично» (обилие <1%) до «доминант» (>10%): Amphora lybica, A. pediculus, Epithemia adnata, Navicula oblonga, Pseudostaurosira brevistriata, Rhoicosphenia abbreviata, Rhopalodia gibba. Наиболее широко распространены и отмечены в осадках большинства озер 82 вида водорослей, единичные находки 217 таксонов зарегистрированы только в одном из озер.

Рис. 2. Дендрограммы сходства таксономического состава диатомовых флор танатоценозов озер Монголии, принадлежащих: а - макробассейнам: ЦАБ - Центрально-Азиатский внутренний бессточный, БСЛО - бассейн Северного Ледовитого океана, БТО - бассейн Тихого океана; б - ландшафтно-климатическим областям: ВХ - Восточного Хэнтэя, КБО - Котловины Больших Озер, ВМР - Восточно-Монгольской степной равнины, ПХ - Прихубсугулья, ДК - Дархатской котловины, ХХО - Хангайско-Хэнтэйской горной области, МА - Монгольского Алтая; в - танатоценозов озер

Несмотря на большое количество существующих систем, группирующих водоросли по их отношению к разным условиям среды обитания (в основном к свойствам воды), выделяемые экологические группы достаточно условны. С одной стороны, это объясняется разными взглядами авторов систем на экологию одного и того же таксона, с другой - способностью многих видов существовать в широком диапазоне сред. При этом в каждой экологической группе имеются виды с неясной экологией. Интерпретация данных диатомового анализа требует большой осторожности, использования качественных и количественных методов исследования различных факторов, влияющих на распределение диатомовых водорослей в озерах, и корреляции данных диатомового анализа с данными других видов анализов (Wolin, Duthie, 2001).

В палеолимнологических исследованиях для определения прошлых уровней озер часто используется распределение диатомей на группы по жизненным формам (Wolin, Duthie, 2001) или приуроченности их к разным местам обитания: планктону, бентосу и перифитону. По отношению к солености вод диатомеи разделяются на группы (Kolbe, 1927; Hustedt, 1937-39): галофобов, предпочитающих для своего развития воды с содержанием солей до 0.2 ‰; индифферентов, предпочитающих воды с содержанием солей 0.2-0.3 ‰; галофилов, предпочитающих воды с соленостью 0.4-0.5 ‰; мезогалобов, или солоноватоводных видов, обильно развивающихся при содержании солей в водах более 0.5 ‰. По отношению к рН водной среды выделяются группы диатомей (Hustedt, 1937-1939): ацидофилов, преимущественно развивающихся в кислых средах с рН <7, циркумнейтральных, предпочитающих среду с рН, близким к 7; алкалифилов, предпочитающих щелочную среду (рН>7); алкалибионтов, развивающиеся только в щелочной среде (рН >7). Биогеографические элементы флор достаточно условно выделяются по отношению диатомей к температурным условиям вод. Водоросли разделяются на: арктоальпийские (относительно холодноводные), бореальные (относительно тепловодные) и космополитные (развивающиеся при широкой температурной амплитуде от 10 до 40°С).

Рис. 3. Экологическая структура диатомовой флоры танатоценозов озер Монголии: а - по приуроченности водорослей к местообитаниям; б - по отношению к солености вод; в - по отношению к рН вод; г - географические элементы флоры

Экологическая структура диатомовой флоры танатоценозов исследованных озер Монголии, выделенная по таксономическому составу (рис. 3), характеризуется преобладанием донных форм (50.8%) и видов-обрастателей (38.5%), индифферентных по отношению к солености вод (68%), алкалифильных и алкалибионтных форм (49.8%), бореальных (38.5%) и космополитных (34%) элементов флоры.

Соотношение элементов экологической структуры флор макробассейнов и ландшафтно-климатических областей различно, но изменяется в небольших пределах: донные виды - 40.9-52.1%, виды-обрастатели - 36.9-47.3%, индифферентные виды - 64.1-77.4%, алкалифильные и алкалибионтные формы - 53.4-67.7%, бореальные элементы - 36.9-43.5%, космополитные - 35.2-43.1%. Арктоальпийские элементы флоры присутствуют во всех региональных флорах (9-20.2%), но доля их участия находится в зависимости от высотного местоположения водоемов: 16.5-20.2% - в горных областях и 9-9.7% - в равнинных водоемах.

Диатомовая флора озерных танатоценозов Монголии по своим характеристикам (составу и структуре экологических групп) представляет собой флору умеренно континентального типа, характерную для Палеарктики в целом.

5. Вертикальное распределение и динамика диатомовых комплексов в конце позднего плейстоцена и в голоцене

Свойство озер накапливать в течение длительного периода геологического времени осадочные толщи, содержащие богатейшую информацию об эволюции флоры, фауны и окружающих ландшафтов, используется в палеогеографии для изучения природных тенденций развития озерных экосистем, ландшафтной структуры и климата территорий во времени и пространстве. История развития внутренних котловин и водных экосистем Монголии в позднечетвертичное время чрезвычайно своеобразна и дает возможность выявить динамику различных процессов во внутренних районах Азии.

В главе изложен фактический материал комплексного изучения 12 буровых колонок донных осадков озер Монголии, в лучшей степени обеспеченных радиоуглеродными датировками, или коррелирующих с близлежащими датированными разрезами. В разделах главы (5.1-5.3) представлены литологический состав, данные радиоуглеродного датирования, альгологического и диатомового анализов колонок осадков озер трех макробассейнов и почти всех ландшафтно-климатических областей страны. Подробно рассмотрены диатомовая флора и экологическая структура диатомовых комплексов, своеобразные для каждого из изученных озер, выделены характерные доминирующие группы диатомей, их вертикальное распределение и соответственно динамика во времени. Полученные результаты представлены в большой серии таблиц и диаграмм.

Проведенная интерпретация данных диатомового анализа танатоценозов и их внутрирегиональная корреляция позволили автору восстановить условия осадконакопления, изменения уровней озер и экологических условий в озерах и их водосборных бассейнах в конце позднего плейстоцена и в голоцене, а также выявить локальные, региональные и глобальные закономерности развития озер и их биот.

6. Уровни озер Монголии и климат позднего плейстоцена и голоцена

Для достоверной палеоклиматической интерпретации данных о прошлых изменениях водного баланса и климата необходимы их обобщение и анализ в масштабе крупного региона или континента за достаточно длительные промежутки времени. Такими обобщениями служат базы данных по состоянию уровней озер, разработанные по единым методическим принципам отбора и анализа первичной информации и схеме кодирования и стандартизации уровней и облегчающие сравнительный анализ истории отдельных водоемов между собой (Street-Perrott et al., 1989; Yu, Harrison, 1995).

Подобная единая и хорошо документированная база данных по состоянию уровней озер в послеледниковое-голоценовое время была создана для Северной Евразии - Lake Status Records from Soviet Union and Mongolia (FSUDB) (Tarasov et al., 1994, 1996). В неё вошли все обработанные автором монгольские озера, отвечавшие основным требованиям, предъявляемым к архивируемым палеогеографическим материалам: надежность датирования, достоверность реконструкций, определяемая использованием при анализе комплексного метода, и климатическая обусловленность реконструируемых изменений.

Данные по относительным уровням озер, включенных в FSUDB, подвергались кодированию или стандартизации (Street-Perrott et al., 1989), позволяющей любое количество выделенных градаций свести к трем основным категориям состояния уровня: «низкий», «средний» и «высокий».

Хронология материалов из Монголии, вошедших в базу, строилась на радиоуглеродных датировках отложений озер, которые подвергались оценке качества датирования того или иного хроносреза по схемам (Webb, 1995), использованным в ряде международных проектов по картированию палеогеографических событий позднего плейстоцена и голоцена.

Стандартизация относительных уровней озер в FSUDB позволила составить серию карт, иллюстрирующую распределение озер с высокими, средними и низкими уровнями по 1000-летним хроносрезам за последние 13000 лет (рис. 4). Анализ карт и всех имеющихся материалов показывает значительную изменчивость уровней озер северной части Монголии и асинхронность колебаний уровней озер горных и равнинных территорий в прошлом. Несмотря на все различия, имеется ряд общих моментов в истории развития водоемов. В основании колонок большинства озер залегают серо-голубые глины, сформировавшиеся в конце позднего плейстоцена и предполагающие относительно высокие уровни озер (Виппер и др., 1978, 1989; Tarasov et al., 1994; 1996). После трансгрессивной фазы в конце позднего плейстоцена большинство озер Монголии испытали наиболее значительное обмеление в раннем голоцене, особенно проявившееся около 9500 лет назад.