Эволюция и динамика геосистем
УДК: 631.4; 551.5
ПОЧВЫ КАК ОТРАЖЕНИЕ ЭВОЛЮЦИИ И ДИНАМИКИ КЛИМАТА
Ю. Г. Чендев,
заведующий кафедрой природопользования и земельного кадастра национального исследовательского
университета «БелГУ», Chendev@bsu.edu.ru
А. Н. Петин,
декан геолого-географического факультета национального исследовательского университета «БелГУ»,
Petin@bsu.edu.ru
Э. Р. Лупо,
руководитель Департамента наук о почве, окружающей среде и атмосфере Университета Миссури (США), LupoA@missouri.edu
Рассмотрен ряд примеров реакции черноземов центра Восточно-Европейской равнины на климатические изменения разной периодичности. По свойствам разновозрастных черноземов установлена смена засушливых обстановок среднего голоцена более влажными обстановками позднего голоцена 4000 лет назад. По почвенным признакам реконструировано положение границы между степью и лесостепью, а также годовое количество осадков 4000 лет назад. Смена тепло-сухой фазы климата на прохладно-влажную фазу, произошедшая в конце XX столетия как отражение внутривековой климатической цикличности, привела к усилению перемещения гумуса по профилю автоморфных черноземов и снижению его содержания в верхней метровой толще почв. Выщелачивание от карбонатов и легко растворимых солей способствовало сокращению площадей, занятых типичными и солонцеватыми черноземами, и росту площадей, занятых черноземами выщелоченными.
A number of examples for the reaction of chernozems within the center of the East European plain and their relation to different periodical climatic changes are examined. According to unequal-age chernozems properties, the evolution of Middle Holocene arid conditions to the Late Holocene wet conditions has been established 4000 years BP. Using soil properties changes the position of boundary between steppe and forest-steppe, and also the annual amount of precipitation at approximately 4000 years BP were reconstructed. The change from warm-dry to cool-moist climatic phases, which occurred at the end of 20 century as a reflection of intra-age-long climatic cyclic recurrence, led to the strengthening of humus displacement over the profile of automorphic chernozems and the reduction of its content in the upper meter of soils. The leaching of carbonates and readily soluble salts contributed to the decrease in soil areas occupied with typical and solonetzic chernozems, and to the increase in areas occupied with leached chernozems.
Ключевые слова: черноземы, Центральное Черноземье, голоцен, изменения климата, лесостепь, степь.
Keywords: chernozems, Central Chernozem Region, Ho-locene, climate changes, forest-steppe, steppe.
Среди разнообразных объектов природной среды почвы по праву считаются одним из наиболее информативных компонентов, содержащим записи не только современных, но и прошлых физико-географических и климатических обстановок. Вместе с тем почва рассматривается и как быстро меняющаяся система, чутко реагирующая на изменения природных обстановок и, в первую очередь, климата. Поэтому применительно к почвам в научной литературе возникли такие понятия, как «почва-момент» и «почва-память», «актуальные» и «реликтовые» признаки почвы, «сенсорность» и «рефлек-торность» почвенных свойств [1—4 и др.].
Вместе с тем в современной мировой географии все еще сохраняется дефицит сведений, раскрывающих многосторонние взаимосвязи почв с компонентами природной среды, что крайне важно в свете изучения глобальных экологических проблем, одной из которых является проблема изменения климата.
Давно обсуждающаяся в научных кругах, эта проблема в течение последних лет приобрела новое звучание
в связи с появлением новых данных, отражающих «длинные» ряды палео-климатических реконструкций и сравнительно короткие, но детализированные ряды инструментальных наблюдений [5—7 и др.]. Обсуждение вопросов: «В каком направлении изменяется глобальный климат?», «Подчиняется ли это изменение трендовой зависимости или имеет место циклическая динамика климата?», — продолжается [8, 9 и др.]. Нам представляется, что новые пути и подходы решения данной проблемы в числе других должны быть связаны с углубленным исследованием почв как индикаторов изменения климата.
Роль почв в изучении изменений во времени климата отражена в ряде публикаций, многие из которых ориентированы на использование почв в реконструкциях долгопериодических изменений климата [2, 10—17 и др.]. Гораздо меньше ссылок имеется по изучению почв как индикаторов современного изменения климата [18—20 и некоторые другие].
Целью нашей статьи является рассмотрение свойств черноземов лесостепной и степной зон в условиях изменений климата разной периодичности.
Поставленная цель предполагала решение следующих задач:
— на ряде примеров показать эффективность использования свойств разновозрастных черноземов для палеокли-матических реконструкций;
— обсудить влияние низкочастотных изменений климата на динамику свойств и ареалов черноземов.
Степень изученности проблемы. Объекты и методы исследования. Современный почвенный покров на территории лесостепи и степи Восточной Европы начал формироваться в раннем голоцене — примерно 10000 лет назад [1, 2, 11]. В течение голоцена в пределах исследуемой территории климат неоднократно менялся, что приводило к пространственно-временным сменам границ ландшафтных и почвенных зон. Широко известна природно-климатическая периодизация голоцена Восточной Европы по Блитту—Сернандеру [1, 11]. Однако в последнее время правомер-
ность широкой интерпретации данной схемы, изначально созданной для Скандинавии, подвергается сомнению [10, 21]. В нашем понимании, с точки зрения вековых (долгопериодических) изменений климата, на территории лесостепной и степной зон центра Восточной Европы лучше использовать разделение голоцена на ранний, средний и поздний. Согласно современным представлениям, ранний голоцен (10000— 8000 л. н.) характеризовался холодным-прохладным и сухим климатом, в среднем голоцене (8000—4000 (3500) л. н.) наблюдалось чередование похолоданий и потеплений в обстановке в целом сухого климата, поздний голоцен (последние 4000—3500 л. н.) характеризовался снижением степени континен-тальности и повышением влажности климата [10, 12, 21]. В голоценовой эволюции черноземов центра Восточной Европы остается слабоосвещенным ряд вопросов, в числе которых — определение точной хронологической границы между средним и поздним голоценом, а также идентификация расстояния, на которое произошло смещение климатической границы между лесостепью и степью в начале позднего голоцена. Раскрытие данных вопросов затронуто в настоящей статье.
Общеизвестные схемы природной периодизации голоцена учитывают лишь долгопериодические флуктуации климата, следы которых можно выявить в почвенных профилях. Однако на фоне вековых колебаний климата существовали короткопериодические, влияние которых на почвы и почвенный покров до настоящего времени слабо изучено.
Л. В. Клименко [22] произвел анализ сезонного хода температур по данным сети метеорологических станций, расположенных в южной половине Восточно-Европейской равнины (45°—55° с. ш. и 30°—50° в. д.) за период с 1891 по 1990 гг. По мнению исследователя, естественные колебания температуры летних и зимних сезонов в течение 100 лет показывают наличие двух крупных волн похолоданий в летнее время (1920-е— 1930-е годы и 1970-е—1980-е годы) и синхронных с ними волн потеплений в
зимнее время. Л. В. Клименко объясняет это тем, что одни и те же атмосферные процессы в разных сезонах могут приводить к различному климатическому эффекту. Например, с начала 1970-х годов резко возросла циклоническая деятельность, и в месяцах холодной части года стали все чаще возникать положительные аномалии температуры, а в месяцах теплой части — отрицательные, которые отразились в пасмурной погоде с осадками [22].
По сообщению А. Н. Сажина и О. В. Козиной [23], в северном полушарии в эпоху циркуляции атмосферы 1890—1920 гг. количество осадков превышало климатическую норму. В 1920-х гг. наступила новая эпоха циркуляции, которая продолжалась до середины 1950-х гг. В эту эпоху происходило глобальное потепление, уменьшение количества осадков, увеличение повторяемости засух в степных и сухо-степных регионах Восточной Европы. Начиная с середины 1950-х гг. на крайнем юго-востоке Европейской территории России увлажнение устойчиво возрастало, достигнув максимума в 1990—2000 гг. На фоне увеличения количеств ежегодно выпадающих осадков существенно изменился характер многих природных процессов: в черноземной зоне повысился уровень грунтовых вод, резко изменился состав фитоце-нозов, происходило их олуговение, понизилась активность ветроэрозионных процессов. Авторы считают, что в течение первой половины XXI века развитие атмосферных процессов и связанных с ним режимов тепло- и влагообес-печенности будет происходить по аналогии с периодом 1920—1950 гг., что приведет к резкому ухудшению природно-климатических условий для развития земледелия на юге ВосточноЕвропейской равнины [23].
Главными объектами нашего исследования являются черноземные почвы центра Восточно-Европейской равнины, подверженные эволюции и динамике в условиях изменений климата разной периодичности. На голоценовые изменения климата заметно реагировали такие признаки черноземов, как мощ-
ность их гумусовых горизонтов и глубина залегания карбонатов. При возрастании степени континентальности климата (усилении его аридизации) мощность гумусовых горизонтов и глубина залегания карбонатов уменьшались, а при снижении степени конти-нентальности климата (при его увлажнении) происходили противоположные процессы — мощность гумусовых горизонтов и глубина залегания карбонатов возрастали. Для палеоклиматических реконструкций авторами статьи был использован метод почвенных хроно-рядов, который заключался в изучении свойств черноземов, погребенных под разновозрастными искусственными земляными насыпями (курганами), с последующим сравнительным анализом мощностей их гумусовых горизонтов и глубин залегания карбонатов, а также в сравнении признаков древних черно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.