Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 96-100

ВВЕДЕНИЕ

Исследования климатической изменчивости в Приазовье и Нижнем Дону требуют комплексного подхода с целью определения тенденций в будущем. Среди ритмических явлений природы циклические колебания в отличие от периодических событий характеризуются переменной их продолжительностью [1]. Циклы колебаний могут быть многовековыми, вековыми и внутривековыми, с продолжительностью соответственно – 1800–1900, 100, 30–40, 17, 11 лет и др. [1–3].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Натурные данные ЮНЦ РАН собраны в 2000–2020 гг. В 2016–2020 гг. впервые проведено бурение (до 20–30 м) на косах Очаковской, Чумбурской, Беглицкой и Долгой [4]. Колонки донных отложений отбирались гравитационной и вибрационной трубками с НИС “Денеб” и “Профессор Панов”. Послойно отобраны раковины моллюсков с описанием видовой принадлежности, степени сохранности и фотографированием материала. Для палинологического и диатомового анализов из колонок (до 2.8 м) отбирались пробы с частотой 2–5 см. Это позволило охарактеризовать растительный покров побережья Приазовья [5, 6]. Возраст ново- и древнеазовских отложений установлен по более 100 датировкам [4–6]. Абсолютный возраст определялся радиоуглеродным методом (¹⁴С) по образцам раковин моллюсков в СПбГУ. Календарный возраст установлен с помощью программ “CalPal 2007_HULU” и “OxCal 4.2”, калибровочная кривая “IntCal 13”.

Климатическая изменчивость в зимний сезон оценена по историческим рядам наблюдений за температурой воздуха на гидрометеостанциях в Таганроге, Геническе, Керчи [7–10]. Для каждой зимы за 1884–2020 гг. рассчитаны средние за сезон значения температуры и отклонения от многолетней нормы (1961–1990 гг., принят Всемирной метеорологической организацией для долгосрочной оценки изменений климата). Согласно методике [9] была дана оценка характера зимних сезонов.

ПАЛЕОКЛИМАТ

На протяжении последних тысячелетий в Приазовье растительный покров и климат не оставались постоянными [4–6, 11]. Вторая половина голоцена включала четыре относительно прохладные и гумидные (5500–4000, 3200–2500, 1800–1500, 650–150 л.н.) и три более теплые и засушливые фазы (4000–3200, 2500–1800, 1500–650 л.н.). Почвообразование происходило в атлантическое (~6000–5500 л.н.) и суббореальное (4500–2500 л.н.) время. В период греческой колонизации (2700–2400 л.н.) возникло земледелие [5].

Существенно дополнили представления о палеоклимате Азовского моря данные бурения на косе Долгой в 2019–2020 гг. [4]. Суммируя новую информацию по скважинам бурения, датировкам абсолютного возраста ракушечных отложений, можно проанализировать палеогеографию косы (рис. 1). Аккумулятивное тело косы сформировалось в основном в период от 1920 ± 110 (ЛУ-9756) до 2500 ± 150 (ЛУ-9757) лет назад, во время нимфейской трансгрессии [4]. Раковины и детрит моллюсков представлены в основном родом Cerastoderma Poli, 1795 (более 95%). Нимфейская трансгрессия ассоциируется с накоплением на шельфе отложений новоазовского возраста (3.1–0 тыс. л.н.). На ритмику развития косы указывают шесть генераций древних береговых валов. С 1890 по 2000 г. прослеживаются процесс волнового размыва и уменьшение длины косы Долгой (за 1890–1958 гг. – на 1.35 км).

Рис. 1.

Геоморфологический разрез косы Долгой (по данным бурения).

АРИДИЗАЦИЯ КЛИМАТА

За 1884–2020 гг. более трети суровых зим пришлись на конец XIX–начало ХХ вв., а теплых – на начало XXI века. Наиболее морозные (среднезимняя температура около –6°С) зафиксированы в 1891, 1896 и 1911 г. (рис. 2). Можно выделить условно “холодный” (до середины 1940-х годов) и “теплый” (с середины 1980-х годов) периоды. Их разделяет переходный период с достаточно резкими межгодовыми колебаниями температур. Самая суровая и снежная зима была в 1953–1954 гг.: на побережье средняя температура воздуха за зимний сезон составила –9°С. На переходный этап пришлась и самая теплая зима в 1965–1966 гг., со среднезимней температурой воздуха +3.3°С. Для всех периодов в Приазовье характерно чередование суровых и теплых зим. Второй по тепловому рангу за более чем 130 лет наблюдений стала зима 2019–2020 гг. В ХХI веке число дней со льдом в зимний сезон в Таганрогском заливе в среднем составляло около 50 дней.

Рис. 2.

Климатические изменения в Приазовье по гидрометеорологическим данным (1884–2020 гг.) 1 – средняя температура воздуха за зимний сезон в Приазовье, 2 – теплые зимы, 3 – суровые зимы, 4 – пыльные бури в Ростовской области, 5 – максимальные среднемесячные расходы р. Дон ст. Раздорская (м³/сек).

В конце ХХ–XXI веке Приазовье находится в условиях дефицита водных ресурсов, отсутствия половодья, исключительно большого испарения и засухи [11, 12]. Преобладание устойчивых антициклонов приводит к сильным восточным ветрам-суховеям. За период 1884–2020 гг. число сильных пыльных бурь в Ростовской области составило более 20 [12] (рис. 2), за последние 20 лет – в 2015 и 2020 г.

ВНУТРИВЕКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА

В 1884–2020 гг. водный режим Дона изменялся с определенной цикличностью (рис. 2). Анализ максимальных среднемесячных расходов р. Дон у ст. Раздорской позволил выделить характерные периоды: I – 1884–1942 гг. (3200 м³/с); II – 1943–1985 гг. (1200 м³/с); III – 1986–2020 гг. (1000 м³/с). Если ориентироваться на средние минимальные расходы воды, то по периодам они следующие: I – 400 м³/с, II и III – 325–335 м³/с.

С 1952 г. естественный ход речного стока зарегулирован Цимлянской плотиной. Минимально гарантированный судоходный попуск – 340 м³/с. После зарегулирования реки сброс воды объемом в 30 км³ являлся оптимальным (в расчет при проектировании брались влажные 1941–1942 гг., когда у ст. Раздорской расходы воды достигали 6300–9300 м³/с [11, 12]). В многоводный период сток Дона достигал 52 км³. В маловодные годы изъятие даже 24 км³ речной воды для нужд Цимлянского водохранилища усиливает черноморскую адвекцию в Азовское море [11]. К маловодным отнесены 2009, 2011, 2014 и 2015, 2020 г. В 2015 г. объем половодья на Цимлянском водохранилище не превышал величины 4 км³ (35% нормы), а максимальный расход – 790 м³/с (25% нормы). В 2020 г. среднегодовой расход составил 316 м³/с, в ноябре минимальный – 280 м³/с.

Осадконакопление в эпоху зарегулирования Дона. С 1952 г. из-за зарегулирования стока естественный процесс седиментации на Нижнем Дону претерпел радикальные изменения. Сокращение сбросов воды, отсутствие паводкового дренажа привели к заилению дельты. В устьевой зоне наслоился характерный покров илистых отложений мощностью 1.0–2.5 м. Край дельты на 10–40 м выдвинулся в Азовское море.

Эпоха паровых судов (1860–1960 гг.) на Нижнем Дону маркируется шлаковым горизонтом, вскрытым грунтовыми трубками и при дноуглублении. Пароходы, курсировавшие от Ростова-на-Дону до Азова, Кагальника, Таганрога, брали на борт за одну загрузку порядка 85 т угля [13]. На дне судоходных каналов сформировался пласт до 3–10 см угольного шлака (рис. 3).

Рис. 3.

Маркирующий горизонт по угольному шлаку 1860–1960 гг.

Маркирующий шлаковый горизонт, с резким несогласием залегающий на аллювиальных мелко-среднезернистых песках (сформировались паводковыми течениями до зарегулирования Дона), позволил рассчитать скорость седиментации во второй половине XX–XXI веков. Скорость осадконакопления в Азовском море на протяжении древне- и новоазовского этапов изменялась от 0.2 до 2.0 мм/год [4–6, 11]. Учитывая расположение маркирующего горизонта на глубине 1–2 м (рис. 3), скорость седиментации глинистых илов в современный период достигала на авандельте 10–30 мм/год. В сравнении со скоростью накопления новоазовских отложений на шельфе указанные величины на полтора порядка выше.

ВЫВОДЫ

Анализ гидрометеорологических и палеогеографических данных (с древнеазовской трансгрессии, пик 6000–3000 л.н.) дает основания для реконструкций. 1) По данным бурения аккумулятивных форм [4–6] частые изменения уровня Азовского моря предопределили стратифицированный характер осадочных толщ. Диатомовые и палинологические спектры, датировки грунтовых колонок указывают на цикличность климатических изменений и ускоренное заиление дельты при зарегулированном стоке. 2) Отрезок истории (1884–2020 гг.) можно разделить на три периода: I – холодный, II – переходный, III – теплый (маловодный). В конце ХХ и ХХI века преобладали засушливые годы, с сокращением запасов воды в бассейне р. Дон и осолонением Таганрогского залива. В условиях маловодья и отсутствия паводков в дельте развивалась лавинная седиментация. Исследование указанной специфики развития природных явлений дает основание ожидать в ближайшие десятилетия очередной переходный период с резкими межгодовыми колебаниями температур, с чередованием теплых и суровых зим, относительно влажным климатом.