Рубеж плейстоцена-голоцена (позднеледниковье) характеризуется крайне неустойчивым климатом. Потепления (бёллинг и аллерёд) прерывались чередой резких и глубоких похолоданий (дриас I, II, III), которые в свою очередь оказали влияние на смену типов растительности. Проследить такие перемены позволяет палинологическая летопись, сохранившаяся в осадках. При этом детальность и достоверность полученных данных во многом зависят от непрерывности изученного разреза и его мощности. По этой причине морские отложения из районов с относительно высокими скоростями осадконакопления, как объект исследования, представляют особый интерес. Реконструкция событий, которые произошли в это время, позволяет лучше понять процесс перехода от одной части климатического цикла к другому, т.е. от ледниковой эпохи к межледниковой.
Исследования пыльцы и спор из донных отложений в Японском море проводятся давно и плодотворно. Однако палинологически наиболее изученными оказались отложения северо-западной части моря. Вместе с тем голоценовые осадки из южной части моря, для которой характерны высокие скорости осадконакопления, до сих пор оставались малоизученными.
Ежегодно растения продуцируют огромное количество пыльцы и спор. Большая часть их после своего созревания оказывается в воздухе и рассеивается на расстояния, измеряемые от десятков метров до сотен километров. Постепенно пыльца и споры оседают и становятся одним из компонентов формирующихся континентальных или морских отложений. Внешняя оболочка микроспор обладает особой стойкостью и может сохраняться в отложениях миллионы лет. В ископаемом виде минерализованные в той или иной степени пыльца и споры представляют собой оболочки с характерными морфологическими признаками, позволяющими определить, к какому семейству, роду или виду растения они принадлежали. В морских донных осадках пыльца и споры являются аллохтонным компонентом. Они попадают в отложения благодаря воздушным и водным течениям [1]. Исследуемые глубоководные колонки находятся на расстоянии около 50 км от южного побережья Корейского полуострова и 150 км от юго-западного побережья о. Хонсю (Японские острова). Следовательно, основным поставщиком пыльцы и спор в исследуемые осадки являлась растительность южной части Японских о-вов и Корейского п-ова. В настоящее время территории Корейского п-ова и о. Хонсю южнее 35 ° с.ш. занимают теплоумеренные леса [2, 3]. В них господствуют вечнозеленые дубы и кастанопсисы. Выше границы вечнозеленых лесов (200–300 м над уровнем моря) и к северу от 35 ° с.ш. распространены умеренные широколиственные леса. Их господствующими компонентами являются листопадные дубы. На о. Хонсю в этой зоне широко распространены буковые леса и леса из криптомерии. Однако четкой границы между вечнозеленым и листопадным лесом не существует. К северу от 35 ° с.ш. располагается обширная переходная зона. Леса этой зоны характеризуются значительным видовым разнообразием вечнозеленых и летнезеленых пород. Верхний предел листопадных широколиственных лесов располагается на высотах 1400–1600 м. Над лиственным поясом обычно распространяется хвойный лес из сосны, ели и пихты.
Цель настоящего исследования – на основе палинологического анализа морских донных отложений проследить реакцию растительности на климатические события рубежа плейстоцена-голоцена на южном побережье Японского моря.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования послужили образцы из колонок, полученных из южной части Японского моря. Колонка J-3 (35 ° 53´ с.ш., 130 ° 14´ в.д.) поднята с глубины 1400 м, мощность исследованного керна – 562 см. Колонка 1603 (35 ° 55´ с.ш., 130 ° 43´ в.д.) поднята с глубины 1360 м, мощность исследованного керна – 360 см. Осадки колонок представлены пелитовыми илами [4, 5].
По разрезам получены радиоуглеродные датировки, позволяющие утверждать, что изученные отложения формировались в позднем плейстоцене-голоцене: колонка J-3, интервал 295–300 см – 5010 ± 70, интервал 510–512 см – 10100 ± 50 л.н.; колонка 1603, интервал 280–290 – 15250 ± 60 л.н. Дополнительными реперами, имеющими возрастную привязку, служат пепловые прослои, установленные в колонке 1603: U-Oki (9.3 тыс.л.н.) на глубине 180 см и K-Ah (6,3 тыс.л.н.) на глубине 128 см.
Извлечение пыльцы и спор из осадков выполнялось с использованием щелочной методики Поста, сепарационной Гричука и ацетолизной методики Эрдтмана. Определение таксономической принадлежности пыльцы и спор осуществлялось c помощью светового микроскопа ZEISS AXIO Lab. A1 (х 400). В каждой пробе подсчитывалось 300–650 зерен пыльцы и спор, в зависимости от насыщенности образца палиноморфами. При просмотре препаратов в качестве среды использовался глицерин.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ палинологических данных позволил выделить в отложениях изученных колонок несколько горизонтов: нижний (колонка 1603, интервал 340–195 см, колонка J–3, интервал 562–510 см) и верхний (колонка 1603, интервал 195–0 см, колонка J–3, интервал 510–0 см). Возраст нижнего горизонта соответствует плейстоцену, а верхнего – голоцену. В данной работе рассмотрим более подробно палинологическую характеристику самого нижнего горизонта. По изменению содержания основных таксонов нижний горизонт можно подразделить на два интервала.
Последний ледниковый максимум (25,0–15,0 тыс.л.н) – колонка 1603, интервал 340–230 см. Пыльца деревьев представлена в основном хвойными (Abies до 7,4 %, Picea до 15,5 %, Pinus до 17,7 %) и Betula (до 16 %). Широколиственные таксоны в сумме составляют 15 %. В небольших количествах присутствует пыльца Tsuga (до 6 %) и Larix (до 2,5 %). Встречены единичные зерна пыльцы Cryptomeria, Fagus, Castanea и Castanopsis, Pterocary, Arali, Ilex и Quercus s/g Cyclobalanopsis. Из трав доминирует пыльца Artemisia (до 29 %) и Cyperaceae (до 15 %). Участие спор не превышает 15 % (рис. 1). Содержание пыльцы деревьев и пыльцы трав имеют близкие значения. Это свидетельствует о преобладании лесостепного типа растительности на побережье.
Рис. 1. Средние значения содержания пыльцы основных групп растений в изученных осадках
Схожие характеристики отмечаются и в одновозрастных отложениях о. Хонсю, южной части Корейского п-ова и в глубоководных колонках, отобранных вблизи Японских о-вов [6–8].
Вероятнее всего, в это время бореальные леса, состоящие из Abies, Picea, Pinus, покрывали значительные территории Корейского п-ова и о. Хонсю. Леса из Betula и Larix имели подчиненное значение. В местах с благоприятным микроклиматом произрастали умеренные широколиственные (Quercus s/g Lepidobalanus, Ulmus, Carpinus, Juglans, Tilia, Fagus, Castanea) и хвойные породы (Tsuga и Cryptomeria), а также некоторые теплолюбивые деревья (Quercus s/g Cyclobalanopsis и Castanopsis). Леса сочетались с обширными безлесными ландшафтами. В составе травянистых растений преобладали Artemisia, Cyperaceae и разнотравье. Уровень Японского моря в это время был на 130 метров ниже современного. Вероятнее всего, свободные участки материкового шельфа были благоприятным местом для развития луговой растительности. Климатические условия были более холодными и сухими, чем в настоящее время.
Позднеледниковый период (15.0–10.0 тыс.л.н.) – колонка 1603, интервал 225–195 см; колонка J-3, интервал 562–510 см. Сокращается участие пыльцы Picea, Pinus и Betula. Среди сосновых возрастает доля Abies, более теплолюбивого и менее морозоустойчивого растения, чем Picea и Larix. Одновременно происходит увеличение содержание пыльцы Quercus, Ulmus, Juglans, Carpinus, Tilia, Castanea и Castanopsis. Доля пыльцы Artemisia и Cyperaceae также уменьшается. Участие спор папоротников увеличивается (до 22,5 %). Содержание пыльцы деревьев в два раза превосходит процент пыльцы трав и спор (рис. 1). Это свидетельствует о преобладании лесного типа растительности. Спектры данного интервала свидетельствуют о том, что климат становится более влажным и теплым.
Сходные тенденции изменения содержания пыльцы и спор можно наблюдать и в спорово-пыльцевых спектрах из континентальных отложений южной части Корейского п-ова и о. Хонсю [6–8]. Стоит отметить, что в палиноспектрах о. Хонсю в небольшом количестве присутствует пыльца Fagus (до 15 %). В изученных колонках она также обнаружена, но ее участие едва достигает 5 %. Вероятнее всего, это связано с тем, что она плохо переносится ветром и подавляющая ее часть оседает в местах произрастания растений.
В это время происходит коренная перестройка растительных сообществ побережья. Потепление климата вызвало сокращение площадей хвойных лесов на низменных участках и в предгорьях. Широколиственные породы расширили свои ареалы, распространились к северу и в горные районы. Значительно сократились площади степной растительности. В Японии это время считают началом активного распространения в лесах дуба и бука. Японские палинологи связывают повышение концентрации пыльцы бука в отложениях с возможным увеличением количества атмосферных осадков, так как известно, что бук является влаголюбивым растением.
Интересной особенностью позднеледниковых отложений является присутствие тератоморфной (отличающейся от обычной формы) пыльцы сосен в изученном интервале колонки J-3. Аномальные пыльцевые зерна отличались от нормальных размерами, формой, количеством и способом соединения воздушных мешков [9]. На основании этого было выделено несколько типов тератоморфной пыльцы (рис. 2): пыльцевые зерна с двумя воздушными мешками, слившимися между собой; пыльцевые зерна с двумя воздушными мешками разных размеров (один мешок почти в два раза больше другого); пыльцевые зерна с двумя воздушными мешками очень маленьких размеров. Причины образования тератоморфных пыльцевых зерен неоднозначны и разными исследователями трактуются по-разному. Они могут быть связаны как с антропогенной деятельностью (уровень радиации, концентрация тяжелых металлов и пестицидов, промышленные выбросы, пожары), так и с воздействием природных факторов (интенсивная вулканическая деятельность, пожары, гибридизация, климатические изменения: низкие температуры, недостаточная влажность и т.п.). Несмотря на многообразие факторов можно однозначно утверждать, что нарушение условий существования растений может способствовать появлению тератоморфных пыльцевых зерен. Известно, что в благоприятных условиях содержание тератоморфных форм не превышает 3–7 %, зато в стрессовых ситуациях их количество значительно усиливается [10].
Рис. 2. Типичное и аномальные пыльцевые зерна сосны
В изученном интервале содержание тератоморфных пыльцевых зерен достигает 15,8 %. Следовательно, можно говорить о том, что растения, продуцирующие аномальную пыльцу, подвергались воздействию негативных факторов окружающей среды и это воздействие было относительно длительным и интенсивным. Антропогенный фактор во время накопления изученных осадков скорее всего, не играл значительной роли, так как влияние человека на окружающую среду носило более локальный характер. Вероятнее всего, появлению нарушений в морфологическом строении оболочек пыльцы способствовали климатические изменения, а именно – колебания температуры и влажности (вероятнее всего, понижение температур и иссушение), которые неоднократно отмечались в позднем плейстоцене.
Заключение
В последний ледниковый максимум бореальные темнохвойные леса состоящие из Abies, Picea, Pinus, покрывали значительные территории Корейского п-ова и о. Хонсю. Леса из Betula и Larix имели подчиненное значение. В местах с благоприятным микроклиматом произрастали умеренные широколиственные (Quercus s/g Lepidobalanus, Ulmus, Carpinus, Juglans, Tilia, Fagus, Castanea) и хвойные породы (Tsuga и Cryptomeria), а также некоторые теплолюбивые деревья (Quercus s/g Cyclobalanopsis и Castanopsis). Большие площади занимали ксерофитные луга. Климатические условия были значительно холоднее и суше, чем в настоящее время. Начавшееся около 13 тыс.л.н. потепление климата привело к постепенному вытеснению темнохвойных лесов листопадными широколиственными, состоящими из Quercus и Fagus. Резких похолоданий в районе исследования в позднеледниковье зафиксировано не было. Однако о нестабильных климатических условиях этого времени может свидетельствовать значительный процент тератоморфных пыльцевых зерен сосен. Не ярко выраженная по сравнению с бореальными областями реакция растительного покрова региона на резкие похолодания климата обусловлена, во-первых, положением района исследования в низких широтах, а во-вторых, нивелирующим действием теплого Цусимского течения.