Paleoflood records within Sikhote-Alin foothills during last 2.2 ka

Cover Page
  • Authors: Razzhigaeva N.G.1, Ganzey L.A.1, Grebennikova T.A.1, Kopoteva T.A.2, Klimin M.A.2, Panichev A.M.1, Kudryavtseva E.P.1, Arslanov K.A.3, Maksimov F.E.3, Petrov A.Y.3
  • Affiliations:
    1. Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences
    2. Institute of Aquatic and Ecological Problems, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences
    3. Saint Petersburg State University
  • Issue: No 2 (2019)
  • Pages: 85-99
  • Section: Evolution of Natural Systems
  • URL: https://journals.eco-vector.com/2587-5566/article/view/12679
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S2587-55662019285-99

Abstract


The periods of intensification of the frequency of severe floods in Late Holocene were reconstructed on the basis of a multi-proxy study of the section of paleo-bend deposits in the lower reaches of the Bikin River, which includes a peat bog, buried by floodplain loam. The peat bog was formed on the place of flood lake and is represented by interlayering of the layers with a different contents of mineral components, which brought during heavy floods. The criteria for the allocation of phases of abundant river flow were defined. Peat ash content, biostratigraphic data (diatom, botanical analyzes) and radiocarbon dates of the peat bog showed that the flood activity in the foothills of the Sikhote-Alin changed significantly over the last 2.24 ka. The most severe floods occurred in the Medieval Warm Period and warm phases of the Little Ice Age. Duration of periods with strong floods varied from 70 to 200 years. Synoptic situations leading to heavy rainfall were probably similar to modern ones. Strong floods began last 210 yr in the conditions of a trend for warming. Reduction of flood activity, as a rule, occurred in cooling. The intensification of fires took place in drier periods. The response of swamp landscapes to the passage of severe floods and fires has been established.


Введение

Прохождение экстремальных паводков в последние годы на юге Дальнего Востока [4, 7, 16, 18, 26] ставит вопрос, как менялся речной сток при климатических изменениях в последние сотни и тысячи лет. Восстановление динамики увлажненности и “плювиальных” событий является одной из наиболее трудных задач при палеоклиматических реконструкциях [19]. В долговременном масштабе в условиях муссонного климата увеличение количества атмосферных осадков связано с изменением климатического режима и, в первую очередь, атмосферной циркуляции [15, 16, 20, 26], изучение которой является одним из приоритетных направлений эволюционной географии [6]. Для Российской части юга Дальнего Востока работы по динамике палеомуссона являются пионерными [2]. Учитывая, что все реки Приморского края имеют дождевое питание, и их паводочный режим во многом контролируется особенностями атмосферной циркуляции [7], одним из критериев оценки изменений увлажненности могут быть следы крупных паводков, запечатленные в разрезах органогенных отложений в виде прослоев суглинков.

Целью работы является реконструкция изменений интенсивности паводков в позднем голоцене в предгорьях Сихотэ-Алиня, где горные реки бассейна р. Уссури выходят на обширные равнинные пространства.

Материалы и методы

В качестве объекта палеореконструкций выбран разрез торфяника (46°29.247′ с.ш., 134°28.896′ в.д.), расположенный в 17 км ниже по течению от пос. Верхний Перевал (рис. 1). На левом борту реки вскрыты отложения палеоизлучины, примыкающей к террасе высотой 5 м над зимней меженью. Опробование отложений проведено с шагом 2–5 см. Стратиграфическое изучение включало ботанический и диатомовый анализы, выполненные по стандартным методикам. Отмечалось наличие корненожек, ветвистоусых рачков, минеральной примеси и углей. Изучен состав диатомовых водорослей в наилках паводка 2016 г. Определялась также зольность торфа.

 

Рис. 1. Схема расположения района работ. Положение разреза 13516.

 

Радиоуглеродное датирование образцов торфа выполнено в Институте наук о Земле СПбГУ (таблица). Образцы были предварительно очищены от карбонатов и посторонних гуминовых кислот путем последовательной обработки образцов 2% растворами HCl и NaOH. Датирование образца оторфованного суглинка (ЛУ-8475) проводилось по вытяжке гуминовых кислот горячим 2% раствором NaOH. Калибровка радиоуглеродных дат сделана с помощью программы OxCal 4.2 с использованием калибровочной кривой “IntCal 13” (https://c14.arch.ox.ac.uk). По этой же программе построена возрастная модель (рис. 2), которая учитывает изменения возраста, связанные с короткопериодичными колебаниями содержания 14С в атмосфере [28]. При введении данных учитывались изменения зольности торфа. При определении хронологии аллювиально-болотных обстановок использован калиброванный возраст по модели. По другим районам также приведены значения калиброванного возраста.

 

Рис. 2. Возрастная модель накопления отложений палеоизлучины в нижнем течении р. Бикин и зольность торфа (разрез 13516).

 

Таблица. Список радиоуглеродных дат из разреза торфяника 13516, нижнее течение р. Бикин

Номер образца

Интервал, м

Материал

для датирования

14С-возраст, лет

14С-калиброванный возраст, сal. BP

Лабораторный номер

22/13516

0.90–0.93

Торф

200±60

(< 200) 180±110

ЛУ-8468

26/13516

1.07–1.12

Торф

280±50

350±90

ЛУ-8469

29/13516

1.18–1.23

Торф

600±60

600±40

ЛУ-8470

32/13516

1.31–1.34

Торф

710±60

650±50

ЛУ-8471

33/13516

1.34–1.38

Торф

760±70

710±70

ЛУ-8472

37/13516

1.49–1.54

Торф

1370±70

1280±70

ЛУ-8473

40/13516

1.64–1.69

Торф

1610±80

1510±90

ЛУ-8474

44/13516

1.78–1.83

Оторфованный суглинок

2270±50

2260±70

ЛУ-8475

 

Результаты

Нижнее течение р. Бикин при крайне малых уклонах (0.005 м/м) характеризуется многорукавностью и активным меандрированием в полосе шириной до 3 км [3]. В районе исследований русло пересекает зону активного палеомеандрирования, расположенную в междуречье Бикин-Алчан, с многочисленными палеоруслами и палеостарицами, большей частью полностью заросшими (см. рис. 1). Поверхность сильно заболочена. Выделяются крупные палеоизлучины, которые рассматриваются как признак обильного речного стока [19]. С левого борта р. Бикин активно меандрируют р. Большая и Малая Сахалинка и небольшие притоки. Здесь к р. Бикин примыкает террасовидная поверхность, сложенная верхнеплейстоценовыми суглинками, подстилаемыми галечным аллювием, образованным в МИС 3 [23]. Терраса не имеет признаков палеомеандрирования. На ней расположены мари и обширное минерогенное болото. Выделяются реликтовые излучины, примыкающие к основному руслу р. Бикин, рукавам или участкам современного меандрирования.

Участок, где расположен разрез, затапливался во время осеннего паводка 2016 г., который является наиболее значительным за всю историю наблюдений [18]. В результате подъема воды на 1 м выше поверхности был образован слой суглинка толщиной 2 см. На правом берегу реки на пойме подтопление было до 1.5 м, мощность слоя наилка достигает 10 см. Высота подъема уровня воды в нижнем течении р. Бикин оценивается до 4 м. Растительность представлена осоково-вейниковыми ассоциациями с березой овальнолистной (Betula ovalifolia). У обрыва развито сообщество с преобладанием полыни красночерешковой (Artemisia rubripes).

Строение разреза и зольность торфа. Разрез заложен в пределах наиболее крупной палеоизлучины (шириной до 700 м) и вскрывает погребенный торфяник, который подстилается черной оторфованной глиной и серым комковатым неслоистым суглинком. Верхняя часть разреза сложена пойменными отложениями – коричневато-серыми суглинками с неясной горизонтально-волнистой слоистостью с многочисленными растительными остатками. Встречены тонкие (1–2 мм) прослои мелких углей.

Торф представлен переслаиванием слабо и сильно минерализованных разностей, вплоть до оторфованных суглинков. Некоторые слои включают линзы и тонкие прослои серых суглинков (мощностью до 1 см). Зольность торфа меняется в широких пределах: в мало минерализованных прослоях от 33.9 до 49%, в органоминеральных слоях – до 75.5% (см. рис. 2). Залежь формировалась в условиях паводочного режима: выделяются слои, которые образованы при его ослаблении, и слои, в которые увеличивался привнос минерального материала вплоть до погребения растительного покрова.

Возрастная модель и скорости накопления отложений. Заболачивание участка началось ~2240±70 л.н., торфонакопление ~1570 л.н., а погребение торфяника пойменными суглинками произошло ~210 л.н. Возраст отложений в основании разреза оценивается ~3360 лет.

Скорости накопления осадков были крайне неравномерными: при заболачивании поверхности не выше 0.18 мм/год; увеличились на начальном этапе образования торфяника до 0.65 мм/год; несмотря на большое количество паводков и привнос минеральных примесей, резко снизились в канун последнего тысячелетия – до 0.16 мм/год; наиболее высокими были в малый ледниковый период – 0.85–0.95 мм/год. Перекрывающие пойменные суглинки копились в пульсирующем режиме, за 210 лет их покров достиг мощности 90 см. Поступление минеральных примесей во время паводков приводило к снижению скорости торфонакопления, мощных слоев наилков не накапливалось. По-видимому, вода не стояла долго, интенсивной аккумуляции не происходило. Возрастная модель позволила определить возраст слоев с обилием минеральных частиц, образованных во время усиления паводков: 1260–720, 645–610, 490–420 и последние 210 лет.

Диатомовый анализ. В отложениях разреза было определено 298 таксонов диатомей. По местообитанию преобладают виды обрастаний (145), меньше обнаружено донной флоры (137 форм), а планктонных и временно планктонных – 16 видов. По отношению к солености преобладают олигогалобы, среди которых доминируют виды-индифференты (73%), галофобы составляют 18%, галофилы – 8%, мезогалобы – 1.4%. По отношению к рН первостепенное место занимают циркумнейтральные виды (40%), на втором месте алкалифилы (26%), ацидофилов – 24%. По географическому распространению существенно преобладают космополиты, группа бореальных видов насчитывает 25, арктобореальных 33 вида. В разрезе выделено 7 комплексов диатомей (рис. 3).

 

Рис. 3. Распределение диатомей в разрезе 13516 аллювиально-болотных отложений в нижнем течении р. Бикин.

1 – торф, 2 – сильно минерализованный торф и торфо-минеральные отложения, 3 – суглинок.

 

Комплекс 1 (3360–2240 л.н.) отвечает условиям озера старичного типа, часто заливаемого речными водами. Ведущими являются виды обрастаний (до 76%), планктонных до 20%. Доминируют населяющие преимущественно стоячие воды заболоченных водоемов Eunotia formica, E. bidens, а также обычный для рек и озер планктонный Aulacoseira italica. Найдены типичные реофилы Achnanthes inflata, Didymosphenia geminata. Преобладают космополиты, доля арктобореальных видов ≤ 7.8%. По отношению к рН среды много ацидофилов (40.7%) и циркумнейтральных видов (48.7%). По отношению к галобности доминируют индифференты (до 64%).

Комплекс 2 (2240–1510 л.н.) фиксирует заболачивание старицы в условиях снижения речного влияния. Сокращается доля планктонных диатомей (2–6%) и видов, характерных для проточных вод. Более широкое распространение приобретают донные виды (до 38%), в основном, представители рода Pinnularia (P. crucifera, P. acrosphaeriae, P. neomajor, P. borealis, P. eifelana и др.), часто населяющие не только реки и озера, но и заболоченные места. В составе доминантов появляются Eunotia glacialis – обитатель болотных вод и Hantzschia amphioxys, характерный для разных биотопов, включая почвы. Возрастает роль ацидофилов (до 57.5%) и галофобов (до 48%). Доля арктобореальных диатомей – 4–10%.

Комплекс 3 (1510–1260 л.н.) характеризует стадию активного заболачивания старицы. Речное влияние оставалось незначительным (планктонных видов < 2%), по-видимому, снизились температуры: резко сократилось содержание космополитов Eunotia formica, E. bidens, их сменил Tabellaria flocculosa, арктобореальный вид [25], распространенный в северных и горных областях [8]. Заметно участие Gomphonema lagerheimii, Eunotia faba, Encyonema paucistriatum, населяющих водоемы северных регионов. Возросла доля ацидофилов (до 78%) и галофобов (до 71%).

Комплекс 4 (1260–720 л.н.) характеризует условия заболоченной поймы с прохождением частых паводков. Возросла доля видов олиготрофно-дистрофных болот: космополиты Eunotia glacialis, E. praerupta, более заметным становится участие Eunotia bilunaris, характерного для кислых болотных вод, богатых гуминовыми кислотами, что, по-видимому, указывает на теплые условия. Появляется Eunotia formica, который, скорее всего, перенесен из старицы. Наиболее сильные паводки фиксируются в инт. 1.41–1.44 м (948–760 л.н.), где обнаружено высокое содержание Aulacoseira italica, Ulnaria ulna, Melosira varians и др. (в сумме ≥ 32.6%). Возрастает участие алкалифилов (до 25%) и индифферентов (до 62%).

Комплекс 5 (720–420 л.н.) фиксирует похолодание. Начало периода (720–680 л.н.) определено по появлению арктобореального Gomphonema pseudotenellum, предпочитающего мезотрофно-эвтрофные воды. Выше доминирует арктобореальный Eunotia diodon, характерный для олиготрофно-дистрофных вод. Содержание арктобореальных видов возрастает до 30%. Наиболее сильные паводки, судя по обилию Aulacoseira alpigena, A. italica, A. subarctica, Reimeria sinuata, Ulnaria ulna, Didymosphenia geminata, Hannaea arcus и др. (в сумме до 20%), происходили ~1260–720 л.н. (инт. 1.34–1.38 м), 645–610 л.н. (инт. 1.28–1.31 м), 490–455 л.н. (инт. 1.15–1.18 м). В инт. 1.31–1.38; 1.18–1.23 м их содержание ≤ 8%.

Комплекс 6 (420–220 л.н.) фиксирует снижение речного влияния на пойму. Уменьшается богатство и содержания видов, характерных для проточных вод. В инт. 0.97–1.02 м фиксируется период с небольшими паводками (~315–262 л.н.). В целом состав диатомей характерен для болот, доминирует Eunotia glacialis, субдоминантами являются арктобореальный Encyonema paucistriatum и часто населяющий слой мхов космополит Eunotia paludosa. Доля арктобореальных диатомей снижается (< 8.6%). Вместе с Encyonema paucistriatum более заметно участие арктобореальных Gomphonema lagerheimii, Encyonema neogracile, Eunotia inflata. Преобладают ацидофилы (до 70%) и галофобы (до 64%).

Комплекс 7 (последние 220 лет) отражает условия слабо заболоченной поймы, подверженной частым и сильным паводкам. Преобладают обрастатели (до 65%), донных видов до 29%, планктонных – до 33%. В числе доминант отмечены характерные для олиготрофно-мезотрофных вод планктонные Aulacoseira italica и Melosira varians. Значительного участия достигают циркумнейтральные виды и алкалифилы, доля ацидофилов ≤ 20%. По отношению к минерализации преобладают индифференты (до 70%). Участие арктобореальных диатомей 2–4%.

В наилке паводка 2016 г. доминируют виды обрастаний (51.4%) и донные (31.5%), содержание планктонных – 20%. Заметно снижение доли ацидофильных (до 10%), галофобных видов (до 13%), характерных для болот. Ведущими являются планктонные Aulacoseira italica, Melosira varians, донные Navicula cryptocephala, Frustulia vulgaris и обрастатели Reimeria sinuata, Gomphonema clevei, Surirella angusta, широко распространенные в текучих водах, присутствует типичный реофил Achnanthes inflata.

Близок и состав диатомовых в наилках на пойме. Здесь найдено 132 вида диатомей, наибольшим видовым богатством обладают роды Gomphonema, Eunotia, Pinnularia, Aulacoseira, Nitzschia, Ulna, Navicula, Neidium, Diatoma. Преобладают виды обрастаний (до 52 таксонов) и донные (до 40), планктонных и временно планктонных – 10 форм. Наиболее представительны алкалифилы (до 53%) и циркумнейтральные (до 41%), ацидофилов ≤ 10%. По отношению к солености доминируют индифференты (до 75.4%). Большая часть встреченных диатомей характеризуется как космополиты (до 94%). В заиленных песках найдены характерные для олиготрофно-мезотрофных стоячих и текучих вод планктонный Melosira varians (7.8%), обрастатели Reimeria sinuata (5.8%), Cocconeis placentula var. lineata (5.5%), олигосапробионт Gomphonema olivaceoides (6.7%) и предпочитающий мезотрофно-эвтрофные воды Achnanthidium minutissimum (5.5%). Встречены (1–5%) планктонные Aulacoseira italica, обрастатели Encyonema silesiacum, Fragilaria vaucheriae, Staurosira venter, Gomphonema grunowii и донный Luticola mutica.

Ботанический состав торфа. Залежь сложена в основном низинным осоковым торфом (рис. 4). На начальном этапе 2240–1680 л.н. доминировали осоки – Мейера (Сarex meyeriana), Шмидта (С. schmidtii) и вейник Лангсдорфа (Calamagrostis landsdorfii), типичные компоненты вейниково-осоковых кочкарников, выдерживающих затопление полыми водами. Около 1960 л.н. появляются осоки волосистоплодная (C. lasiocarpa) и пузыреватая (С. vesicata), характерные для заболоченных берегов рек и стариц, вейник исчезает. Возможно, условия стали суше, начались пожары, наиболее сильный был ~1680–1570 л.н. После серии пожаров ~1570–1510 л.н. болото стало активно зарастать березкой и багульником, хвощом и пушицей, что типично для послепожарных сукцессий на болотах Приамурья [12]. Начал накапливаться древесно-осоковый торф (инт. 1.64–1.69 м).

 

Рис. 4. Ботанический состав и степень разложения торфа, погребенный торфяник, разрез 13516, нижнее течение р. Бикин.

Типы торфа (1–4): 1 – травяной, 2 – кустарничково-травяной, 3 – древесно-травяной, 4 – сильно-минерализованный или торфо-минеральные отложения с обилием остатков трав; 5 – суглинки, 6 – угли, 7 – редкие угли; растения-торфообразователи (8–12): 8 – кустарниковая березка, 9 – багульник, 10 – травы, 11 – сфагновые мхи, 12 – зеленые мхи.

 

Во влажный период ~1510–1434 л.н. в сильно обводненных условиях накапливался торф, сформированный остатками камыша (Schoenoplectus tabernaemontani), ириса, осок и пушицы.

При снижении паводковой активности ~1434–1260 л.н. происходило накопление кустарничково-травяного торфа (инт. 1.49–1.64 м). Среди осок преобладала волосистоплодная, затем широкое распространение получили кочкообразующие – придатковая (Carex appendiculata), неморально-бореальный вид, и осока Мейера, что говорит об усилении периодического затопления поверхности. Появляются крупные терригенные частицы. После пожаров резко увеличилась роль пушицы (до 65% остатков трав). Кустарниковый ярус был представлен багульником и березкой, особенно распространившейся ~1357–1280 л.н. в условиях похолодания и после сильного пожара. Тростник и единичные сфагновые мхи исчезли по мере затопления. Слои угля свидетельствуют о частом прохождении пожаров. После сильного пожара ~1434 л.н. на болоте более широко представлена пушица, багульник, кустарниковая березка.

В период прохождения частых паводков ~1260–720 л.н. с периодическим обновлением субстрата сформировался органоминеральный горизонт и торф с большой долей терригенной составляющей (инт.1.38–1.49 м). Преобладали кочкообразующие осоки – придатковая и Мейера, типичные для условий нестабильного гидрологического режима и периодических затоплений. В небольшом количестве – вейник Ландсдорфа, тростник, пушица. Встречены раковинные амебы Difflugia sp. Наличие небольшого количества угольков говорит о периодическом обсыхании поверхности в сухие сезоны и прохождении пожаров (~760–720 л.н.).

Паводковая активность снизилась ~720–680 л.н., но наводнения были – осоковый торф в инт. 1.34–1.38 м включает крупные терригенные частицы. Возможно, уменьшилось количество атмосферных осадков, длительные сухие сезоны способствовали развитию сильных пожаров. Наиболее значительный пожар, оставивший слой углей до 1 см, произошел ~680 л.н. На болоте доминировала осока топяная (Carex limosa), циркумполярный, гигрофильный вид. Послепожарная сукцессия выражена в развитии пушицы (20% растительных остатков), появлении мха Drepanocladus sp. На болоте рос тростник (10%), появились редкие сфагновые мхи. В условиях аналогичного паводкового режима ~680–645 л.н. шло и формирование пушициево-осокового торфа (инт. 1.31–1.34 м), включающего крупные терригенные частицы.

Новый этап активизации паводков ~645–550 л.н. привел к образованию сильно минерализованного травяного торфа (инт. 1.23–1.31 м). В условиях обновления субстрата на болоте вновь распространение получили осоки, в основном – топяная, постепенно увеличивалась роль пушицы и тростника. Степень разложения растительных остатков в торфе падает. В осадках встречены раковинные амебы Difflugia sp.

При снижении поводковой активности ~550–490 л.н., совпавшей с холодными фазами XV в. [10, 29], формировался осоковый торф (инт. 1.18–1.23 м). В составе растительности наряду с осокой топяной появилась осока Миддендорфа (Carex middendorffii), характерная для сфагновых болот и заболоченных тундр Дальнего Востока. На болоте сформировался ярус, представленный сфагнумом оттопыренным (Sphagnum squarrosum) – широко распространенным видом сырых низинных болот таежной зоны и тундр [9]. В небольшом количестве встречались пушица и тростник, восстанавливался ярус багульника. В условиях снижения увлажненности ~500 л.н. на болоте прошел небольшой пожар, оставивший слой углей (до 2 мм).

Следующий этап усиления влияния паводков ~490–420 л.н. привел к деградации покрова сфагновых мхов и кустарников, растительность стала более однообразной. Сначала преобладали осоки, в конце этапа увеличилась роль пушицы, появилась кустарниковая березка, багульник – возможно, за счет палов в сухие сезоны, из трав – осока вздутоносая (Carex rhynchophysa).

Во время относительного падения паводковой активности ~420–220 л.н. на болоте были широко представлены пушицы с участием осоки вздутоносой и тростника. Восстановился моховой ярус, представленный гидрофильными видами сфагнов секции Cuspidata и Sphagnum squarrosum. При зарастании суглинистого субстрата единично встречались гидрофильные бриевые мхи. О влажных условиях в начале этапа говорят находки ветвистоусых рачков. Багульник и кустарниковая березка, появившиеся в начале этапа, деградировали при незначительном усилении речного влияния 315–262 л.н., в болотной растительности появились вейник и ирис. Единичные находки раковинной амебы Arcella vulgaris Ehrenberg, гидрофильного вида, часто обитающего в сфагновых водоемах [17], говорят об обводнении болота. В целом, появление эвтрофного Sphagnum squarrosum (420–262 л.н.) одновременно с увеличением количества бореальных видов – пушицы и осоки вздутоносой – может говорить о незначительном похолодании климата. Около 262–220 л.н. в составе растительности появляется манник длинноколосковый (Glyceria spiculosa (Fr. Schmidt) Roshev.) и пухонос дернистый (Trichophorum cespitosum (L.) C. Hartm.), типичный индикатор переходных болот. Пухоносо-пушициевые болота характерны для мягкого сырого климата. Условия были неблагоприятными для развития сфагновых мхов. Торф образовывался в условиях близкого залегания грунтовых вод.

Травяной торф в кровле торфяника (инт. 0.90–0.93 м) сложен пушицей, вейником, осоками и ирисом. Разреженный кустарниковый ярус был представлен багульником, кустарниковой березкой (стволики обуглены, т.е. шли палы). Последние 200 лет торфяник был погребен мощным слоем пойменных суглинков. Хорошо выраженные тонкие прослои углей на глубине 0.75 и 0.53 м оставили пожары, произошедшие в XIX в.

Обсуждение результатов

Геохронологические данные и стратиграфическое изучение торфяника показали, что паводковая активность в предгорьях Сихотэ-Алиня на севере Приморья за последние 2.2 тыс. лет существенно менялась. Критериями выделения фаз обильного речного стока, помимо геоморфологических признаков [19], являются: зольность торфа; среди диатомей – увеличение количества планктонных видов и реофилов, преобладание циркумнейтральных видов и алкалифилов по отношению к рН и индифферентов к минерализации; резкое увеличение роли трав, особенно осок, среди растений-торфообразователей в зоне затопления; снижение разнообразия болотной растительности после сильных паводков.

В отложениях, сформированных во время сильных паводков, обнаружены раковинные амебы рода Difflugia, которые могли быть перенесены из реки. Признаками ослабления речного стока помимо снижения доли минеральных компонентов торфов служат рост количества донных форм диатомей и обрастателей, увеличение роли ацидофилов, характерных для болот, и галофобов, развитие кустарничков, кустарников и на определенной стадии развития болота – формирование мохового покрова, наличие углей, свидетельствующих о пожарах в условиях снижения обводненности болота. Последний признак не всегда выдерживается в условиях муссонного климата с резким контрастом режима увлажненности по сезонам. Но, в целом, сильные пожары проходили в периоды снижения паводковой активности. После пожаров в составе травяного яруса резко увеличивалась роль пушицы, багульника и кустарниковой березки – палеосукцессии имеют большое сходство с современными послепожарными изменениями на болотах Приамурья [12]. Временные рамки установленных смен и изменение состава отдельных биотических компонентов хорошо совпадают (рис. 5). Палеоизлучина, где расположен разрез, вероятно, образовалась в условиях обильного речного стока в среднем голоцене, когда были сформированы отложения русловых и пойменных фаций, залегающие в основании первой надпойменной террасы в среднем течении р. Бикин [21]. Признаки обилия речного стока и активная аккумуляция аллювия характерны для оптимальной фазы среднего голоцена Приморья [14]. Атлантическая фаза отличалась высоким увлажнением и в бассейне Нижнего Приамурья [27]. Для бассейна Среднего Амура также установлено более высокое количество среднегодовых атмосферных осадков по сравнению с современными значениями во второй половине среднего и начале позднего голоцена [11].

 

Рис. 5. Палеореконструкции периодов с сильными паводками в бассейне р. Бикин и изменение некоторых биотических компонентов во времени.

1 – периоды без сильных паводков, 2 – периоды с сильными паводками, 3 – влажно, но без сильных паводков, 4 – пожары.

 

Старица, на месте которой образовался торфяник, существовала ~3360–2240 л.н. в условиях завершения теплой фазы и развития похолодания ~2.5–2.6 тыс. л.н., сопровождавшегося снижением увлажнения [5, 31]. Похолодание хорошо проявилось на юге Дальнего Востока [13], в том числе на Бикине [3, 21] и, в целом, в бассейне р. Амур [11, 27]. В среднем течении р. Бикин в это время не было отмечено сильных паводков [21].

Заболачивание старицы и смена терригенного осадконакопления на биогенное произошли ~2240 л.н. Этот рубеж характеризуется резким снижением увлажнения, зафиксированном в горных районах Приморья: на восточном макросклоне Сихотэ-Алиня (оз. Изюбриные Солонцы, Шандуйские озера) установлено резкое падение уровня грунтовых вод, зарастание озер, началось накопление древесного торфа (2270 л.н.) [24], на Шкотовском плато происходило зарастание Ларченкова болота кустарниками (2250–2050 л.н.) [22]. Снижение обводненности долины зафиксировано и в разрезах торфяников Среднего Бикина [21].

Развитие болота, образованного на месте старицы, шло в режиме чередования снижения или усиления паводковой активности. На начальном этапе развития болота (2240–1260 л.н.) сильных паводков не наблюдалось, хотя примесь аллювия в торфе в небольшом количестве встречается постоянно. Снижение частоты паводков ~1718–1060 л.н. отмечено и на Среднем Бикине [21]. Кратковременный период усиления увлажнения болота ~1510–1434 л.н., когда начал копиться торф с обилием остатков камыша, возможно, связан с повышением годового количества атмосферных осадков, но признаков сильных паводков в этот временной интервал нет.

Широкое развитие на болоте кустарникового яруса из багульника и березки (1570–1260 л.н.) близко по времени с одним из глобальных холодных событий позднего голоцена (1650–1450 л.н.), сопровождавшимся снижением увлажненности [31]. Разрастанию багульника и кустарниковой березки способствовали и пожары [12]. Усиление влияния пирогенного фактора на развитие ландшафтов в нижнем течении р. Бикин (1570–1357 л.н.) хорошо сопоставляется с частыми пожарами в среднем течении ~1718–1281 л.н. [21]. Усиление пожаров в маловодные годы – типичная современная ситуация на Дальнем Востоке [12, 20].

Наиболее длительный период с обильным речным стоком и паводками начался ~1260 л.н. Аналогичная 14С-дата 1340±40 л.н.; 1260±40 кал. л.н., ЛУ-7566 получена в основании торфяника мари Сахалин, расположенного на более высокой поверхности [23]. Перерыв, возможно, был связан с эрозией во время сильных паводков. Резкое падение скорости осадконакопления в торфянике на месте палеоизлучины во время накопления органоминеральных отложений и минерализованного торфа в этот временной интервал, возможно, также связано с перерывами в осадконакоплении и эрозией во время отдельных событий. Частые сильные паводки фиксируются до 720 л.н. Усиление активности летнего муссона в интервале 1.48–0.8 тыс. л.н. установлено для Японских островов [30].

В начале малого ледникового периода 720–645 л.н. сильных паводков не было. Свидетельством похолодания ~680 л.н. является резкое увеличение роли арктобореальных диатомей (см. рис. 5). Снижение увлажнения и отсутствие сильных наводнений для перехода от малого оптимума к малому ледниковому периоду установлены и для Среднего Бикина [21]. Снижение увлажнения в этот период отмечено и в континентальной части бассейна Амура [1]. В условиях дефицита осадков 720–680 л.н. в низовьях Бикина были сильные пожары. Около 770–690 л.н. пожары проходили и в районе Шандуйских озер [24].

Усиление частоты паводков ~645–550 л.н., вероятно, происходило в условиях относительно теплой второй половины XIV в. [10, 29]. Более тепловодные условия на болоте подтверждают данные диатомового анализа – ~610–550 л.н. снижается содержание арктобореальных диатомей (14.8%).

Временной интервал без сильных паводков (550–490 л.н.) совпадает с минимумом XV в. [10, 29]. Среди диатомей повышается количество арктобореальных видов (до 23%). Косвенным свидетельством холодных условий является и развитие покрова из сфагновых мхов, пострадавших в результате пожара в конце этой фазы. Хронологические рамки следующего этапа обильного стока с паводками (490–420 л.н.) совпадают с потеплениями конца XV – первой половины XVI вв. [10, 29]. В конце этапа на болоте был пожар. Последующий период без сильных паводков совпадает с заключительной холодной сухой фазой малого ледникового периода (420–220 л.н.). Для болота характерно развитие мхов. Следов пожаров не обнаружено.

Сильные наводнения начались ~220 л.н. в условиях тренда на потепление. Судя по мощности пойменных отложений, полностью перекрывших торфяник, их частота и масштаб превышали палеонаводнения позднего голоцена. Пожары стали типичным явлением в долине.

Наиболее вероятным аналогом этапа сильных паводков в малый оптимум голоцена являются изменения климатического режима в северной части Азиатско-Тихоокеанского региона в начале XXI в., который характеризуется падением приземного атмосферного давления, усилением циклонической активности, в том числе повторяемости экстремальных тропических и внетропических циклонов, приносящих ливневые осадки [16, 20]. На рубеже ХХ–ХХI вв. произошел сдвиг климатических условий, увеличился меридиональный перенос тепла и влаги, возросло интегральное содержание водяного пара в атмосфере, что вызвало обильные осадки в зоне контакта континент–океан и наводнения [20]. Рост числа экстремальных гидрологических событий отчетливо связан с ростом изменчивости притока тепла и влаги и нелинейным характером реакции речных бассейнов на эти колебания [7, 26]. Развитие Амурской депрессии в теплый сезон наряду с активизацией антициклона над Охотским морем и расширением зоны влияния тихоокеанского субтропического (гавайского) максимума при более высоком температурном фоне над Восточной Азией были одной из причин высокой повторяемости тайфунов восточных траекторий и экстремального наводнения на Амуре в 2013 г. [16]. В 2016 г. экстремальный паводок в Приморье произошел отчасти благодаря развитию малоподвижного антициклона над Охотским морем, который препятствовал продвижению на север–северо-восток насыщенных влагой циклонов, располагавшихся над Японским морем и Приморским краем [18]. Одной из причин наводнений на юге Дальнего Востока являлся высокий уровень грунтовых вод, сложившийся в предыдущие осенне-зимние сезоны [7].

Паводки в малый ледниковый период происходили при нестабильных климатических условиях в фазы потеплений и, вероятно, связаны с кратковременным усилением действия летнего муссона. Продолжительность периодов с сильными паводками изменялась от 70 до 200 лет. Длительность периодов снижения паводковой активности составляла 60–200 лет. Синоптические ситуации, приводившие к ливневым осадкам, возможно, были принципиально близки к современным, но проходили на фоне более низких температур.

Полученный палеогеографический материал не дает возможности детально оценить изменчивость стока за последние 220 лет, но следует отметить, что интенсивность паводков в эпоху освоения края возросла по сравнению с развитием природных процессов в последние 2240 лет.

Выводы

На основе комплекса литолого-фациальных и биостратиграфических признаков восстановлена геологическая летопись сильных паводков в предгорьях Сихотэ-Алиня и определены хронологические рамки этапов речного стока за последние 2.24 тыс. лет.

Установлено, что наиболее сильные паводки происходили в малый оптимум голоцена и в теплые фазы малого ледникового периода. Выделены этапы с дефицитом атмосферных осадков, приуроченные к похолоданиям, при которых часто происходили пожары.

Выявлены реакция болотного массива на затопление территории и привнос большого количества минеральных компонентов, восстановлено развитие локальных ландшафтов при климатических изменениях в годы без сильных паводков и определены послепожарные палеосукцессии.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант 15-05-00171, и гранта СПбГУ № 18.40.68.2017.

Funding

The work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (RFBR), grant no. 15-05-00171, and grant no. 18.40.68.2017 of St.-Petersburg State University.

N. G. Razzhigaeva

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nadyar@tigdvo.ru

Russian Federation, 7, Radio Street, Vladivostok, 690041

L. A. Ganzey

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nadyar@tigdvo.ru

Russian Federation, 7, Radio Street, Vladivostok, 690041

T. A. Grebennikova

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nadyar@tigdvo.ru

Russian Federation, 7, Radio Street, Vladivostok, 690041

T. A. Kopoteva

Institute of Aquatic and Ecological Problems, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kopoteva@ivep.as.khb.ru

Russian Federation, 56, Dikopol'tseva Street, Khabarovsk, 680000

M. A. Klimin

Institute of Aquatic and Ecological Problems, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kopoteva@ivep.as.khb.ru

Russian Federation, 56, Dikopol'tseva Street, Khabarovsk, 680000

A. M. Panichev

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nadyar@tigdvo.ru

Russian Federation, 7, Radio Street, Vladivostok, 690041

E. P. Kudryavtseva

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nadyar@tigdvo.ru

Russian Federation, 7, Radio Street, Vladivostok, 690041

Kh. A. Arslanov

Saint Petersburg State University

Email: arslanovkh@mail.ru

Russian Federation, 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg, 199034

F. E. Maksimov

Saint Petersburg State University

Email: arslanovkh@mail.ru

Russian Federation, 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg, 199034

A. Yu. Petrov

Saint Petersburg State University

Email: arslanovkh@mail.ru

Russian Federation, 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg, 199034

  1. Bazarova V.B., Grebennikova T.A., Orlova L.A. Natural-environment dynamics within the Amur basin during the Neoglacial. Geography and Natural Resources, 2014, vol. 35, no. 3, pp. 124–132.
  2. Bazarova, V. B., Klimin, M. A., Kopоteva, T. A. (2018). Holocene Dynamics of the East-Asian Monsoon in the Lower Amur Area. Geography and Natural Resources, vol. 39, no. 3, pp. 124–133.
  3. Belyanin P.S. Development of the geosystems of Bikin River (Far East) in middle and late Holocene. Geografiya i Prirodnye Resursy, 2013, no. 1, pp. 105–111. (In Russ.).
  4. Bolgov M.V., Alekseevskii N.I., Gartsman B.I., Georgievskii V.Y., Shalygin A.L., Dugina I.O., Kim V.I., Makhinov A.N. The 2013 extreme flood within the Amur Basin: analysis of flood formation, assessments and recommendations. Geography and Natural Resources, 2015, vol. 36, no. 3, pp. 225–233.
  5. Borisova O.K. Landscape and climate changes in Holocene. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2014, no. 2, pp. 5–20. (In Russ.).
  6. Velichko A.A. Evolyutsionnaya geografiya: problemy i resheniya [Evolutionary Geography: Problems and Solutions]. Moscow: GEOS Publ., 2012. 563 p.
  7. Gartsman B.I., Shamov V.V., Gubareva T.S., et al. Rechnye sistemy Dal'nego Vostoka Rossii: chetvert' veka issledovanii [River Systems of Pacific Russia: a Quarter Century of Research]. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2015. 492 p.
  8. Zabelina M.M., Kiselev I.A., Proshkina-Lavrenko A.I., Sheshukova V.S. Diatomovye vodorosli. Opredelitel' presnovodnykh vodoroslei SSSR [Diatom Algae. Atlas of Freshwater Algae of the USSR]. Moscow: Akad. Nauk SSSR, 1951, vol. 4. 620 p.
  9. Zverev A.A., Babeshina L.G. Estimation of conditions of habitat of Sphagnum mosses in West Siberiam plain: humidification factor. Vestn. Tomskogo Gos. Univ., 2007, no. 325, pp. 167–173. (In Russ.).
  10. Klimenko V.V. Klimat: neprochitannaya glava istorii [Climate: Unread Chapter of History]. Moscow: Izd. Dom MEI Publ., 2009. 408 p.
  11. Klimenko V.V., Klimanov V.A., Kozharinov A.V. Dynamic of vegetation and climate of Amur-Zeya interfluve in Holocene and prognosis of their natural changes. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2000, no. 2, pp. 42–50. (In Russ.).
  12. Kopoteva T.A., Kuptsova V.A. Fire in waterlogged open larch forests in the Amur R. Area. Vestn. SVNTs DVO RAN, 2011, no. 3, pp. 37–41. (In Russ.).
  13. Korotky A.M., Grebennikova T.A., Pushkar V.S., Razzhigaeva N.G., Volkov V.G., Ganzey L.A., Mokhova L.M., Bazarova V.B., Makarova T.R. Climatic changes of the territory of South Far East at Late Pleistocene-Holocene. Vestn. DVO RAN, 1997, no. 3, pp. 121–143. (In Russ.).
  14. Korotky A.M., Makarova T.R. Paleogeograficheskie i geomorfologicheskie aspekty ustoichivosti geosistem v basseinakh gornykh rek [Paleogeographical and Geomorphological Aspects of Geosystem Stability in Mountain Drainage Basins]. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2005. 293 p.
  15. Lobanov V.B., Danchenkov M.A., Luchin E.V., Mezentseva L.I., Ponomarev V.I., Sokolov O.B., Trusenkova O.O., Ustinova E.I., Ushakova R.N., Khen G.V. Far East Seas. In Vtoroi otsenochnyi doklad Rosgidrometa ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiiskoi Federatsii [Second Estimation Report about Climate Change and its Impact on the Territory of Russian Federation]. Moscow: Rosgidromet, 2014, pp. 684–743. (In Russ.).
  16. Mezentseva L.I., Sokolov O.V., Drus N.I. Atmosphere circulation over the Far East of Russia in 2013, during extreme flood in the Amur basin. Isv. TINRO, 2015, vol. 180, pp. 261–272. (In Russ.).
  17. Mitnik L.M., Baranyuk A.V., Khazanova E.S., Kuleshov V.P., Mitnik M.L. Rain flood 2016 in Primorye: monitoring from space. In Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern Problems of Remote Sensing]. Moscow: IKI RAN, 2016. 270 p. (In Russ.).
  18. Mokshin P.Yu., Zhivotova E.N., Cherevichko A.V. Zooplankton of mire bodies in the autumn-spring season. Trudy IBVV RAN, 2017, vol. 79(82), pp. 119–125. (In Russ.).
  19. Panin A.V. Palaeohydrological rhythms in the midlatitudes of Northern Eurasia during the last Interglacial-Glacial climatic cycles. In Puti evolyutsionnoi geografii [Ways of Evolutionary Geography]. Moscow: IG RAN, 2016, pp. 227–231. (In Russ.).
  20. Ponomarev V.I., Dmitrieva E.V., Shkorba S.P. Features of climate regimes in the North Asian Pacific. Sistemy Kontrolya Okruzhayushchei Sredy, 2015, vol. 1, no. 21, pp. 67–72. (In Russ.).
  21. Razzhigaeva N.G., Ganzey L.A., Panichev A.M., Grebennikova T.A., Mokhova L.M., Kopoteva T.A., Kudryavtseva E.P., Arslanov Kh.A., Maksimov F.E., Starikova A.A., Zakusin S.V. Response of landscapes of Sikhote-Alin western slopes to middle-late Holocene climatic changes. Geofizicheskie Protsessy i Biosfera, 2016, no. 3, pp. 35–66. (In Russ.).
  22. Razzhigaeva N.G., Ganzey L.A., Mokhova L.M., Makarova T.P., Panichev A.M., Kudryavtseva E.P., Arslanov Kh.A., Maksimov F.E., Starikova A.A. The development of landscapes of the Shkotovo plateau of Sikhote-Alin in the late Holocene. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2016, no. 3, pp. 65–80. (In Russ.).
  23. Razzhigaeva N.G., Ganzey L.A., Mokhova L.M., Makarova T.P., Panichev A.M., Kopoteva T.A., Kudryavtseva E.P., Arslanov Kh.A., Maksimov F.E., Petrov A.Yu., Krupskaya V.V. Stages of landscapes development of foothills of the Western Sikhote-Alin. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2017, no. 4, pp. 97–111. (In Russ.).
  24. Razzhigaeva N.G., Ganzey L.A., Grebennikova T.A., Mokhova L.M., Kopoteva T.A., Panichev A.M., Kudryavtseva E.P., Arslanov Kh.A., Maksimov F.E., Petrov A.Yu., Klimin M.A. Environmental changes recorded in deposits of the Izyubrinye Solontsi Lake, Sikhote-Alin. Contemp. Probl. Ecol., 2017, vol. 10, no. 4, pp. 512–527.
  25. Kharitonov V.G. Konspekt flory diatomovykh vodoroslei (Bacillariophyceae) Severnogo Okhotomor'ya [Synopsis of Diatom Flora (Bacillariophyceae) of Northern Okhotsk Sea Region]. Magadan: SVNTsDVO RAN, 2010. 189 p.
  26. Shamov V.V., Gartsman B.I., Gubareva T.S. Studies of hydrological response to current climate change at the Russian Far East. Vestn. DVO RAN, 2014, no. 2, pp. 15–23. (In Russ.).
  27. Bazarova V.B., Mokhova L.M., Klimin M.A., Kopoteva T.A. Vegetation development and correlation of Holocene events in the Amur River basin, East Siberia, Russia. Quat. Int., 2011, vol. 237, no. 1–2, pp. 83–92.
  28. Ramsey C.B. Deposition models for chronological records. Quat. Sci. Rev., 2008, vol. 2, no. 1–2, pp. 42–60.
  29. Fagan B. The Little Ice Age. How climate made history 1300–1850.New-York: Basic Books, 2000. 146 p.
  30. van Soelen E.E., Ohkouchi N., Suga H., Damsté J.S.S., Reichart G-J. A late Holocene molecular hydrogen isotope record of the East Asian Summer Monsoon in Southwest Japan. Quat. Res., 2016, vol. 86, no. 3, pp. 287–294.
  31. Wanner H., Solomina O., Grosjean M., Ritz S.P., Jetel M. Structure and origin of Holocene cold events. Quat. Sci. Rev., 2011, vol. 30, no. 21–22, pp. 3109–3123.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. The layout of the area of work. The position of the cut is 13516. View (98KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Age-related model of accumulation of paleoisluchial deposits in the lower reaches of the river. Bikin and peat ash content (incision 13516). View (99KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. Distribution of diatoms in the section of 13516 alluvial-marsh sediments in the lower reaches of the river. Bikin. View (136KB) Indexing metadata
4. Fig. 4. Botanical composition and degree of decomposition of peat, buried peat, section 13516, lower reaches of the river. Bikin. View (71KB) Indexing metadata
5. Fig. 5. Paleoreconstructions of periods with strong floods in the river basin. Bikin and the change of some biotic components in time. View (71KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 64

PDF (Russian) - 107

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences