Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 2, стр. 87-93

Исследования истории болотообразовательного процесса в полесских ландшафтах, где болота и заболоченные леса охватывают значительные площади (30–35% территории) [1] и занимают, как правило, субдоминантные, а иногда и доминантные урочища, в настоящее время особенно актуальны. Болота играют ключевую роль в накоплении углерода и оказывают влияние на содержание парниковых газов в атмосфере. В условиях меняющегося климата текущего столетия изучение возраста болот и выявление факторов, определяющих болотообразовательный процесс на протяжении голоцена, в особенности, оценка роли климатических условий в формировании и развитии болот, приобретает большое значение для решения вопросов охраны окружающей среды и оптимизации природопользования.

Исследования были проведены на трех ключевых участках (рис. 1). Первые две изучаемые территории расположены в Клепиковском районе Рязанской области и представляют собой так называемую “озерную Мещёру” (участок “Белое озеро”, наиболее пониженная часть Мещёрской низменности в центральной ее части) и “сухую Мещёру” (участок “Лесуново”, менее заболоченный юго-восток Мещёры). Третий ключевой участок занимает территорию Мордовского государственного природного заповедника им. П.Г. Смидовича (Темниковский район республики Мордовия) и относится к Мокшинскому полесью, которое является юго-восточным продолжением Мещёрской полесской низины [3].

Рис. 1.

Положение ключевых участков и изученных разрезов. 1 – Пояс полесий Восточно-Европейской равнины (по карте Н.И. Волковой, 1998 [2]). 2 – Ключевые участки: А – “Белое озеро”, В – “Лесуново”, С – “Мордовский заповедник”. Номера разрезов на рисунке совпадают с табл. 1. Возраст болот (тысяч календарных лет назад): a – >10; б – 8–10; в – 8–6; г – 6–4; д – 4–3; е – 3–2; ж – 2–0.

На ключевых участках было проведено бурение и изучено строение торфяных залежей 36 болот, получены радиоуглеродные датировки их базальных горизонтов. Также привлечены опубликованные данные по 7 болотам, расположенным в исследуемых районах [4–6]. Нами были рассмотрены небольшие по площади болотные геосистемы (от 0.5 до 12 га), расположенные в пределах плоских водноледниковых и озерно-водноледниковых равнин (участок “Белое озеро”) и моренно-водноледниковых равнин (участок “Лесуново”), а в Мордовии изученные болота занимают понижения в рельефе на поверхности моренно-водноледниковых равнин и 2-й надпойменной террасы реки Мокши. Для исследования были выбраны болота, имеющие атмосферное или водно-грунтовое питание и образовавшиеся, преимущественно, путем суходольного заболачивания. Только в трех из изученных болот торфяная залежь подстилается маломощным прослоем озерных отложений, что предполагает их образование путем зарастания водоемов в локальных понижениях рельефа. В остальных случаях ниже торфяных отложений в скважинах были вскрыты пески или супеси. Болота, расположенные в карстовых воронках, пойменные болота в анализ включены не были, поскольку на их развитие большое влияние оказывают гидрогеологические условия территории, и вклад климатического фактора часто выявить затруднительно. Определение возраста базальных горизонтов торфа проведено в ЦКП “Радиоуглеродной лаборатории и электронной микроскопии” Института географии РАН и в Институте природопользования НАН Беларуси. Всего в рамках исследования рассмотрено 43 датировки (табл. 1).

Для описания связи болотообразовательного процесса и климатических условий были использованы результаты исследований на севере Среднерусской возвышенности и в Центрально-лесном заповеднике (юг Валдайской возвышенности), где изменения теплообеспеченности и увлажнения в голоцене были восстановлены по палинологическим данным с высоким временным разрешением и выполнены реконструкции уровня болотных вод по изменениям видового состава сообществ раковинных амеб [7, 8]. Несмотря на региональные различия климатических условий мы предполагаем, что основные тенденции изменения климата в голоцене (чередование теплых и холодных, сухих и влажных фаз продолжительностью от нескольких столетий до тысячелетий) будут общими для рассматриваемых регионов. Но это касается только длинно- и среднепериодических колебаний, протяженностью в тысячи и сотни лет. Для высокочастотных (годовых) колебаний метеорологических условий общность региональной специфики ослабевает, если расстояние между точками наблюдений превышает 250–300 км.

Для ключевых участков имеются детальные палинологические данные, но их использовать для климатических реконструкций затруднительно. Как показали проведенные ранее исследования, для полесских районов были характерны частые пожары на протяжении почти всего голоцена [9], поэтому на формирование спорово-пыльцевых спектров оказали влияние не только климатические изменения, но и вторичные сукцессии растительности.

Полученные данные о возрасте базальных горизонтов торфа в 43 болотах, расположенных на трех модельных территориях, показали, что болотообразовательный процесс протекал в течение всего голоцена (рис. 2). Возраст болот варьирует от 12.2 до 1.2 тыс. кал. л.н. (тысяч календарных лет назад). Наиболее “древние” болота, имеющие возраст 10.0–12.2 тыс. кал. л.н., выявлены в центральной части Мещёры (ключевой участок “Белое озеро”). Их образование связано с началом активного процесса заболачивания при потеплении климата на рубеже позднеплейстоценовой ледниковой эпохи и голоцена, который был характерен для всей территории субарктической и бореальной областей Северного полушария. Как показывают обобщения большого массива данных радиоуглеродных датировок базальных горизонтов торфа болот в северной части Евразии и в Канаде, большинство болот образовалось между 11 и 9 тыс. кал. л.н. [10, 11] в течение пребореального и бореального периодов голоцена. К этому временнóму интервалу относятся датировки начала роста торфяных залежей 5 болот на ключевом участке “Белое озеро” и одного болота в Мордовии.

Рис. 2.

Распределение вероятностей календарного возраста датировок базальных горизонтов торфа в изученных разрезах. Номера разрезов на рисунке совпадают с указанными в табл. 1.

Полученные радиоуглеродные датировки показали, что возраст базальных горизонтов большинства болот на ключевых участках варьирует между 8.8 и 5.8 тыс. кал. л.н. и относятся к термическому атлантическому максимуму голоцена. Активное болотообразование в атлантическое время имело место во многих регионах Европейской территории России и в Западной Сибири. Так, например, в Карелии в этот период образовалось около 40% болотных массивов [12]. Для первой половины атлантического периода с 8.8 до 7.6 тыс. кал. л.н. был характерен теплый и относительно влажный климат [7, 8], который способствовал накоплению торфа. Полученные ранее данные о скоростях вертикального прироста торфа на ключевых участках, реконструированные по материалам пяти детально датированным и подробно изученным болотным геосистемам [4–6], свидетельствуют о высокой скорости торфонакопления (1.0–1.5 мм/год) в первую половину атлантического периода. В этот временнόй интервал начали развиваться 8 болот из рассмотренных нами объектов. Однако максимальное количество болот (13) образовалось в течение поздней фазы атлантического периода голоцена между 7.6 и 5.8 тыс. кал. л.н., когда климатические условия стали значительно суше. Второй максимум болотообразования (7 болот) приурочен к периоду между 4.2 и 3.2 тыс. кал. л.н. (суббореальное потепление). Согласно климатическим реконструкциям для центральных районов Восточно-Европейской равнины – это наиболее сухой период за весь голоцен [7, 8]. Низкий уровень болотных вод, восстановленный по ризоподным данным для модельных болот на Среднерусской и Валдайской возвышенностях, и высокая степень гумификации торфа в разрезах болот свидетельствуют о дефиците влаги в болотных геосистемах в летний период. Также выделяется группа болот, имеющих возраст 1.2–1.8 тыс. кал. л.н. При этом в периоды похолодания и увлажнения климата – около 5.7–4.5 и 2.6–2.0 тыс. кал. л.н. образовалось минимальное количество болот. Следует отметить, что для многих регионов Восточно-Европейской равнины и Западной Сибири также прослеживается снижение интенсивности болотообразования в те же временные интервалы [12]. Но если взять распределение возраста базальных горизонтов торфяников в арктической и бореальной зонах циркумполярной области Северного полушария в целом (3146 датировок), приведенные в работе Корхолы с соавторами [11], то прослеживаются противоположные тенденции изменений болотообразовательного процесса. В период термического максимума голоцена между 8.8 и 5.8 тыс. кал. л.н. интенсивность болотообразования существенно понижалась. После 5 тыс. кал. л.н. при похолодании и увлажнении климата (неогляциал) процессы заболачивания активизировались. Похожие тенденции были выявлены при исследовании болотообразовательного процесса на локальном уровне в среднетаежном ландшафте Архангельской области [14].

Сопоставление датировок базальных горизонтов торфяных залежей болот с реконструкциями изменения пожарных режимов на рассматриваемых ключевых участках в голоцене [4, 8] позволило выделить следующую закономерность. Возраст большинства болот совпадает со временем увеличения частоты и интенсивности пожаров на территориях, окружающих болота. Палеоантракологические исследования надежно датированных торфяных колонок болот на ключевых участках показали, что в слоях торфа, сформировавшихся в периоды 7.6–5.8. 3.7–3.2 и 1.2–1.8 тыс. кал. л.н. выявлена высокая концентрация микро- и макрочастиц угля, обнаружены хорошо различимые прослои угольков и обугленного торфа. Если в течение первых двух временных интервалов пожары возникали за счет естественных причин, то в период 1.2–1.8 тыс. кал. л.н. количество пожаров возрастало под влиянием антропогенного фактора [9]. В ходе полевых исследований на модельных территориях было отмечено, что во всех изученных болотах, за исключением наиболее древних болот на ключевом участке “Белое озеро”, по дну котловин проходят угольные прослои мощностью 1–3 см. Очевидно, что накопление торфа в локальных депрессиях рельефа началось после пожара. Известно, что после сильных лесных пожаров, сопровождавшихся гибелью древостоя, меняется водный баланс территории главным образом за счет уменьшения испарения и увеличения поверхностного стока на наклонных поверхностях [13]. Но если в хорошо дренированных местообитаниях заболачивание после вырубок и пожаров – это временное явление, то уменьшение испарения в условиях плоского рельефа в полесьях приводило, очевидно, к необратимым процессам образования болот. Можно также предположить, что болота на ключевых участках сгорали до минерального дна, возможно неоднократно, а затем болотообразовательный процесс возобновлялся. В этом случае формирование ряда болот началось раньше, а возраст базальных горизонтов торфа показывает время начала восстановления болотной геосистемы после пожара. Показательно, что наиболее древние болота располагаются в самой пониженной и влажной части Мещёрской низменности, где влияние пожаров в доантропогенный период было меньшим по сравнению с ключевыми участками на юго-востоке Мещёры и в Мордовии.

Полученные данные о возрасте базальных горизонтов торфа в 43 болотах, расположенных в полесских ландшафтах на трех модельных территориях, показали, что болотообразовательный процесс в этих регионах протекал в течение всего голоцена и находился под влиянием пожарного режима территории. В периоды, когда частота пожаров возрастала, активизация процессов заболачивания была вызвана изменениями водного баланса плоских и слабо дренируемых равнин после гибели древостоя.