КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-17-00110

НазваниеИзменения климата и биоразнообразия Алтайской горной страны в голоцене (по результатам комплексного изучения высокоразрешающих палеозаписей из донных отложений озер)

РуководительРудая Наталия Алексеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт археологии и этнографии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Года выполнения при поддержке РНФ 2020 - 2022 

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-701 - Палеогеография

Ключевые словаНестабильность палеоклимата, оценка прошлого биоразнообразия количественные реконструкции, голоцен, палинология, диатомовые, кладоцеры, хирономиды, седиментационная ДНК, Алтай

Код ГРНТИ39.19.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В связи с нестабильностью климата последних десятилетий одной из приоритетных задач для мирового научного сообщества является изучение изменений климата Земли в прошлом, выявление их причин, закономерностей, последствий и составление прогнозов (Climate Change 2014, IPCC). Необходимо понять насколько нестабильность климата последних 150 лет связана с деятельностью человека, были ли подобные периоды в прошлом, какова была динамика и цикличность процессов изменения климата в разных частях Земного шара; насколько часты были экстремальные климатические события (пожары, засухи, наводнения), чем они были вызваны, каковы были их последствия для человека и природы. В настоящее время появились исследования, свидетельствующие о шестом массовом вымирании видов, начавшемся в последнее тысячелетие и заметно активировавшемся в последние десятилетия (Barnosky et al., 2011; Ceballos et al., 2017). Исследователи подчеркивают, что реальная скорость современного исчезновения видов значительно превосходит рассчитанную по палеонтологическим данным. Современные экосистемы являются наследием изменений климата в результате смен ледниковых и межледниковых циклов, начавшихся 2.6 млн лет назад и проходивших большей частью без участия человека. Сегодня резкое изменение атмосферных условий, потепление и нестабильность климата, рост концентрации углекислого газа в атмосфере, исчезновение естественных местообитаний, загрязнение природной среды, чрезмерные рыболовство и охота, инвазия в экосистемы патогенных видов и увеличение человеческой биомассы оказались наибольшими экстремальными факторами для живущих организмов (Barnosky et al., 2011). Алтайская горная страна, располагающаяся на границе нескольких государств и климатических зон, является интереснейшим и важнейшим объектом для изучения биоразнообразия и природных обстановок голоцена. Получение высокоразрешающих голоценовых записей позволит детально изучить динамику климата и связанные с этим изменения природных условий и уровня биоразнообразия региона, а также оценить влияние хозяйственной деятельности человека на изменение биоразнообразия в настоящее время и в голоцене. Так, опустынивание и деградация земель, обусловленная рядом фактором, в том числе изменением климата и деятельностью человека, становится серьезной социально-экономической проблемой в аридных и полуаридных регионах Центральной Азии. Особенно драматические изменения регистрируются в горных областях с наиболее высоким биоразнообразием и концентрацией экономически важных ресурсов (древесина, продуктивные пастбища, запасы пресной воды; Convention of Biological diversity: Agenda 21, Chapter 13). Таким образом, одной из важнейших задач для специалистов, работающих с природными голоценовыми палеоархивами Центральной Азии в целом и Алтайских гор в частности является необходимость оценить является ли причиной опустынивания и потери биоразнообразия (1) только возросшая антропогенная нагрузка на ландшафты (перевыпас, интенсивная вырубка лесов, строительство); (2) только влияние естественных природных трендов или (3) оба этих фактора, находящихся в суперпозиции в разные периоды голоцена. Решение этой проблемы требует детальных локальных и региональных палеоэкологических реконструкций c использованием различных палеоархивов. Еще один важный вопрос кроме ретроспективного анализа взаимодействия человека и природы, который также решается при количественном изучении характеристик палеоклимата, это развитие представлений о современных изменениях природных условий для прогнозирования и моделирования будущего. Целью проекта является количественная оценка биологического разнообразия и связь уровня биоразнообразия с колебаниями климата в течение голоцена для Алтайской горной страны. Основной задачей, которая будет решаться в ходе выполнения проекта, является проверка гипотезы о том, что в разные периоды голоцена на ландшафты и биоразнообразие Алтая оказывали наибольшее влияние либо только изменения климата (например, в оптимум голоцена), либо изменения климата и возросшая хозяйственная деятельность человека одновременно (например, в позднем голоцене). Решение этой задачи требует детальных локальных и региональных палеоэкологических реконструкций c использованием различных палеоархивов. Впервые для Алтайской горной страны и сопредельных территорий будут количественно реконструировано прошлое биоразнообразие (с фокусом на разнообразие растений, представителей озерной фауны и флоры) с привлечением палеонтологических и палеогенетических методов. В ходе выполнения проекта будут построены модели климатических изменений и создана финальная общая схема развития ландшафтов Алтайской горной страны и сопредельных территорий в голоцене. С использованием количественных методов, применяемых к данным палинологического, диатомового, хирономидного и кладоцерного анализов, метагеномных исследований и метода секвенирования растительной ДНК в осадке будет оценено изменение растительного биоразнообразия и биоразнообразия озерных организмов, показана динамика изменения биоразнообразия в течение голоцена, определены причины колебания уровня биоразнообразия. Анализ построенных климатических моделей в совокупности с другими данными по региону позволит оценить степень влияния человека на ландшафты и на биоразнообразие. Полученные данные могут применяться для прогнозирования изменения биоразнообразия региона при различных сценариях изменения климата и антропогенной нагрузки на ландшафты. Результатами выполнения проекта станут (1) публикации в журналах первого квартиля, цитируемых WoS; (2) создание базы палеобиологических и палеогеографических данных PaleoAltai.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут построены модели климатических изменений и создана финальная общая схема развития ландшафтов Алтайской горной страны и сопредельных территорий в голоцене. С использованием количественных методов, применяемых к данным палинологического, диатомового, хирономидного и кладоцерного анализов, метагеномных исследований и метода секвенирования растительной ДНК в осадке будет оценено изменение растительного биоразнообразия и биоразнообразия озерных организмов, показана динамика изменения биоразнообразия в течение голоцена, определены причины колебания уровня биоразнообразия. Анализ построенных климатических моделей в совокупности с другими данными по региону позволит оценить степень влияния человека на ландшафты и биоразнообразие. Полученные данные могут применяться для прогнозирования изменения биоразнообразия региона при различных сценариях изменения климата и антропогенной нагрузки на ландшафты. Результатами выполнения проекта станут (1) публикации в журналах первого квартиля, цитируемых WoS; (2) создание базы палеобиологических и палеогеографических данных PaleoAltai.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В 2020 году научным коллективом проекта проведены полевые исследования в Республике Алтай (районы Усть-Коксинский и Кош-Агачский) и Республике Тыва (Монгун-Тайгинский кожуун). Получены колонки донных отложений озёр Нижнее и Среднее Мультинские, Джулукуль, Хиндиктиг-Холь и Ак-Холь. Образцы озерных кернов отправлены на различные типы анализов: радиоуглеродное датирование, определение содержания изотопов свинца и цезия, РФА СИ, гранулометрический анализ, анализ стабильных изотопов углерода и азота, анализ седиментационной ДНК и на микропалеонтологические анализы (палинологический, диатомовый, хирономидный и кладоцерный). В настоящее время уже получены и первые численные результаты, которые находятся в стадии статистической обработки и интерпретации. Для колонок озерных отложений, полученных ранее 2020 года, рассчитаны показатели биоразнообразия для флоры и озерных обитателей. Кроме того, методом трансферной функции реконструированы климатические показатели (среднегодовое количество осадков, среднелетние температуры) для уже имеющихся палеоданных. В рамках проекта создана база палеогеографических данных исследуемого региона PaleoAltai. База данных «PaleoAltai» содержит информацию о палеогеографии Алтая и смежных территорий и представляет собой набор таблиц структурированных данных. Табличный формат позволяет интегрировать информацию в различные программы для последующей обработки и анализа. В настоящее время в базу включены 43 объекта исследований Алтайского региона (озера, болота, разрезы, отложения пещер и т.д.) Заметным результатом проекта стала публикация Postglacial history of the Steppe Altai: climate, fire and plant diversity в журнале Quaternary Science Reviews. Исследование описывает естественную историю Степного Алтая, начиная с постгляциального времени, то есть времени, когда крупные ледники последнего ледникового периода начали таять и масса воды устремилась из Горного Алтая в Степной. Примерно 14 тысяч лет назад, во время небольшого доголоценового потепления, в Кулундинской депрессии образовались озера Малое Яровое и Кучук. С этого момента естественная история этого региона начала записываться в их донных отложениях. Степной Алтай, расположенный севернее Алтайских гор – уникальная, но недостаточно изученная часть Западной Сибири. Это переходная территория между центральноазиатскими степями и пустынями и сибирской тайгой, что отражается, к примеру, в смешанном, экотонном, составе его растительности. Голоцен, современное межледниковье, начавшийся около 11.7 тысяч лет, охарактеризовался в Степном Алтае постепенным увеличением количества осадков и увеличением роли лесной растительности. Сосна обыкновенная, образователь уникальных ленточных боров, начала активно распространяться в Кулунде около 10.8 тысяч лет назад, а максимальное развитие сосновых лесов с примесью широколиственных пород мы отмечаем между 7.2 и 2.7 тысячами лет назад. Это же время было, вероятно, оптимумом для развития алтайских ленточных боров. Интервал 7.2-2.7 тысяч лет назад является также и периодом максимального количества среднегодовых осадков (примерно на 100 мм больше, чем сегодня). Наши исследования показали сильную положительную корреляцию между растительным разнообразием на уровне доминантов и эдификаторов и среднегодовым количеством осадков. Наиболее высокие значение изменения бета-разнообразия наблюдаются на границе голоцена и плейстоцена, когда происходила принципиальная перестройка всего природного комплекса. Первые более или менее значительные голоценовые пожары были зарегистрированы в Кулунде около 10.9-10.5 тысяч лет назад. Источником их были степные травы. А вот первые действительно крупные пожары, захватывающие обширные территории, мы фиксируем здесь только около 5-4.5 тысяч лет назад. В то время горела не только степь, но и лес. Согласно нашим палинологическим данным, Кулунда в это время была значительна облесена. Самый крупный и обширный пожар зарегистрирован около 550 года. Топливом для него послужила травянистая и древесная растительность в одинаковой мере. После 550 года пожары в Степном Алтае становятся постоянными и интенсивными, а после 1420 года древесная растительность становится лидирующим источником топлива. Трудно сказать, чтобы было причиной таких частых и обширных возгораний – климатические причины или деятельность человека. Несмотря на то, что Кулунда была достаточно слабо заселена до прихода русских крестьян в 19 веке, во второй половине первого тысячелетия нашей эры эта территории была под контролем тюркских каганатов, а в 1200-1700 годах оккупирована потомками Золотой Орды. Мы можем с большой осторожностью предположить, что кочевники выжигали пастбища, чтобы повысить их продуктивность. Вообще, по крайней мере по результатам данного исследования, никакой значимой связи между изменениями осадков и динамикой пожаров мы не обнаружили. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения с привлечением новых материалов, специалистов и методов. Более подробно результаты работы научного коллектива проекта отражены на сайте https://www.paleoaltai.com/.

 

Публикации

1. - Ученые выяснили, когда на Алтае леса превратились в степи Российская газета, - (год публикации - ).

2. - Ученые выяснили, когда на Алтае исчез лес РИА, - (год публикации - ).

3. - Воссоздана естественная история Степного Алтая Газета.ру, - (год публикации - ).

4. Дарьин А.В., Рудая Н.А., Новиков В.С. Comparison of the geochemical profiles of lake Khinditykol (Tuva) bottom sediment cores according to the scanning μ_XRF-SR Synchrotronand Free electron laser radiation:generation and application(SFR-2020), - (год публикации - 2020).

5. Рудая Н.А., Дарьин А.В. Correlation of the annual temperature reconstructed with μ_XRF-SR method and pollen data from varved sediments of Lake Kucherla, the Altai Mountains, for the last 500 years Limnology and Freshwater Biology, 4 (год публикации - 2020).

6. Рудая Н.А., Кривоногов С.К., Словински М., Цао К., Жилич С. Postglacial history of the Steppe Altai: Climate, fire and plant diversity. Quaternary Science Reviews, 249 (год публикации - 2020).