Гранты / РФФИ 05-05-64929 / 2005

«Позднеплейстоценовые экстремальные затопления в умеренной зоне Евразии: палеогидрологические реконструкции, источники воды и влияние на древнее население».

СОДЕРЖАНИЕ

Краткий отчет | Методы и подходы | Развернутый отчет | Основные результаты | Публикации | Исполнители |


Краткий отчёт за первый год исследований (2005 г.).
Проведен критический анализ существующих гипотез, связанных с экстремальными затоплениями в Понто-Каспийском регионе. Показано, что гипотеза «Всемирного Потопа» (Ryan, Pittman 1997, Dimitrov 2002) в Черном море не подтверждается, т.к. вступает в противоречие с последними данными по морской геологии, в том числе, открытой недавно босфорской дельты на шельфе Мраморного моря. Расчёты расходов потока по долине Маныча выполненные Бэйкером (Baker 1994) на основе анализа космоснимков, не подтвердились по результатам полевых исследований.
Подтверждена гипотеза Каспийского «Всемирного Потопа» выраженного в хвалынской трансгрессии Каспия (акад. Леонов и др.,2002), эта гипотеза вошла в качестве составной части в обоснование нашей полиландшафтной концепции Эпохи Экстремальных Затоплений (Чепалыга 2005). Данная концепция разработана на основе комплексных исследований, экстремальных гидрологических событий (морские трансгрессии, сверхполоводья в речных долинах, заозеривание междуречий и склоновое обводнение солифлюкционными потоками).
Подтверждена гипотеза об исключительности и уникальности хвалынской трансгрессии и связанных с ней палеогидрологических событий.
Проведены палеогидрологические реконструкции морских бассейнов (Хвалынского) и долин слива потопных вод (Маныч-Керченский пролив), а также установлены хронологические и причинно-следственные связи между ними.
Выявлены источники водных масс, обеспечивающих события Эпохи Экстремальных Затоплений: значительное увеличение атмосферных осадков, сверхполоводья в долинах рек, резкое увеличение склонового стока в связи с солифлюкцией, заозёривание междуречий термокарстовыми озёрами, а также увеличение водосборного бассейна за счёт рек Центральной Азии.
Детализирована гидроклиматическая цикличность в Понто-Каспийском бассейне: в дополнение к субмиллениумным (циклы аридизации Шнитникова) выявлены более дробные демимиллениумные (пятисотлетние) циклы колебания уровня Каспия и климатические колебания в лёссово-почвенной толще.
На основе анализа морфологических и хронологических параметров морских отложений и террас Аральского моря выполнены реконструкции Арало-Сарыкамышского бассейна, синхронного максимуму Хвалынской трансгрессии.
Реконструированы основные параметры стока через Манычский пролив в теснине Зунда-Толга во время Талгинской осцилляции с уровнем +35 м. абс. до 20-25 тыс. м3/с. Это при условии стабильного уровня порога стока на отметке +20 м. абс. В случае если порог стока в начале был выше, глубина пролива уменьшается до 5-7 метров, в таком случае расходы воды не превышали современные расходы Волги.
Рассчитаны скорости горизонтального перемещения береговой линии хвалынского бассейна.
На основании геоморфологии долины Маныча и фауны моллюсков были реконструированы качественные характеристики водных масс в экстремальных бассейнах.
Выявлено влияние экстремальных затоплений на среду обитания древнего человека: обнаружены следы экстремальных затоплений на палеолитических стоянках: Каменная Балка (долина Дона), Сталинградская (долина Волги) и Косоуцы (долина Днестра).


Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проекта:
Для анализа рельефа долины Маныча и прилегающих палеолитических стоянок использовался метод трёхмерного моделирования рельефа на основе топографических карт масштаба 1:100000. Применялся метод дистанционного исследования рельефа путём анализа космоснимков предоставляемых международной поисковой системой Google.

Для стратиграфического расчленения и корреляции бассейновых отложений был применен самый современный метод – высокоразрешающей стратиграфии или High Resolution Stratigraphy (Imbrie, 1996; Pierre-Antoine, 2002,2003, и др.) Этот метод разрабатывается нами в Понто-Каспийской области (Чепалыга, 2003,2004) и позволяет выделить седиментационные, эвстатические, климатические циклы и стратиграфические подразделения длительностью 1,5–2 тыс. лет (субмиллениумные циклы, циклы Шнитникова), а также демимиллениумные (полутысячные) циклы 500-600 лет (Paape, 2003., Чепалыга, 2002,2003). Подразделения этого цикла имеют астрономическую природу и прослеживаются в глобальном масштабе (Paape 2003), что можно использовать для межрегиональных корреляций. В дальнейшем возможно усовершенствование метода с выходом на секулярный (вековой) уровень, и даже на еще более дробные уровни.

Гидравлический метод применяется для определения расходов речных палеорусел и в древних проливах. Площадь живого сечения устанавливается путем бурения палеорусел. Буровые поперечники располагаются на участках перекатов для соблюдения условия квазиравномерности скоростного поля потока. Это позволяет для расчета средней скорости применять формулу Шези. Входящие в нее параметры определяются следующим образом. Средняя глубина палеорусла устанавливается по буровым данным. Гидравлический уклон принимается равным современному уклону палеорусла по дневной поверхности рельефа (грубое, но неизбежное допущение). Коэффициент сопротивления определяется с использованием современной реки-аналога (с шириной, близкой к ширине изучаемого палеорусла и с близкой крупностью руслообразующих наносов). Другой способ определения средней скорости палеопотока – применение известных формул, связывающих неразмывающую скорость с крупностью руслообразующих наносов (например, формула Гончарова). Гидравлический метод позволит оценить расходы воды при разных уровнях руслонаполнения. Для определения максимальных расходов и уровней воды будут использованы метки высоких вод – следы подмыва коренных и террасовых склонов, встречающиеся в вогнутых берегах палеомеандров.

Гидролого-морфологический метод применяется для расчета максимальных расходов в палеоруслах. Строятся эмпирические связи между параметрами современных русел (ширина русла B, шаг излучин L) и характеристиками стока (среднегодовой, руслонаполняющий, среднемаксимальный, максимальный измеренный расходы воды). Далее решается обратная задача: по параметрам палеорусел определяются соответствующие характеристики стока. В последние годы идет совершенствование данного метода. Созданы зависимости, учитывающие географическое разнообразие природных условий путем введения параметра неравномерности стока (Сидорчук и др., 1999). Получено, что квадратичные гидроморфологические связи для малых и средних рек трансформируются в квазилинейные для крупных рек (Завадский, Чалов, 1998). На этом основании впервые в палеогидрологических реконструкциях применены зависимости, полученные путем масштабной селекции массива данных по современным рекам (Panin, 2000).

Метод «пластовых» потоков используется для реконструкций объёма сброса водных масс через соединительные проливы (Маныч) или долины слива (spillways). Проектом предусматривается выявление по топокартам и аэрофотоснимкам, а также на ключевых участках во время полевых работ ложбин стока, отдельных увалов и морфоструктур, сходных с «бэровскими» буграми, последовательно сменяющих друг друга. Предполагается, что все эти формы представляют собой единый генетический ряд и являются своеобразными индикаторами существования "пластовых" потоков, образующихся при перетоке вод из Каспийского моря в Черное (Бадюкова, 2001). Согласно нашей гипотезе эти структуры сформировались на дне пластовых потоков под воздействием стационарных волн. Их детальное изучение позволит решить обратную задачу, так как, зная размеры донных форм можно рассчитать скорости течений, а также глубины потоков и их расходы.

Новым подходом является изменение представлений о структуре водного баланса в экстремальные трансгрессивные фазы развития бассейнов Понто-Каспия в пользу речного стока в отличие от традиционных представлений о влиянии ледниково-подпрудных водоемов.
Новым является также выдвигаемое предположение о связи миграций древнего человека и смены археологических культур с экстремальными гидрологическими явлениями.


Развернутый научный отчет:
1. Выполнена камеральная и лабораторная обработка собранных в экспедиции полевых материалов по 12 описанным разрезам: 80 образцов на гранулометрический анализ, описано 50 петрографических шлифов, 60 минералогических анализов, 8 радиоуглеродных анализов, 55 палеонтологических определений, включая микропалеонтологические образцы. Аналитические исследования полевых материалов продолжаются. Выполнена компьютерная обработка картографического материала: топографических карт масштаба 1:100000, 1:200000. На основе материалов палеогидрологических реконструкций создана серия аналитических карт разного масштаба.

2. Проведен критический анализ существующих гипотез, связанных с экстремальными затоплениями в Понто-Каспийском регионе. Расчёты Бэйкера (Baker 1990) расходов потока по долине Маныча выполненные на основе дистанционного анализа (космоснимки), не подтвердился по результатам полевых исследований. Расходы в млн. м3/с должны были оставить колоссальные следы в рельефе Маныча и сформировать донные осадки, характерные для таких объёмов сбрасываемых вод (крупнообломочные не слоистые). Наши расчёты, выполненные по материалам полевых исследований, показали расходы до 50 тыс. м3/с., т.е. в 20 раз меньше, чем у Бэйкера. Ещё более фантастические расходы для долины Маныча даёт М.Г. Гросвальд (1997) – более 10 млн. м3/с., что в 200 раз больше, чем наши расчёты. Гипотеза «Всемирного Потопа» в Черном море (Ryan, Pitman 1997; Ballard 2002, Димитров и Димитров 2003) не подтверждается последними данными по морской геологии, т.к. вступает в противоречие с существованием босфорской дельты на шельфе Мраморного моря (Аksu et al., 2002), а также с отсутствием такой дельты на черноморском выходе Босфора и другими данными по геологии Черного моря. Наоборот, подтверждается гипотеза Каспийского «Всемирного Потопа», выраженного в хвалынской трансгрессии Каспия (акад. Леонов и др., 2002).

3. Усовершенствована методика высокоразрешающей стратиграфии: выявлены демимиллениумные (пятьсотлетние) циклы, по колебаниям уровня Хвалынского бассейна в склоновых отложениях палеолитической стоянки Косоуцы (долина Днестра). Они представлены чередованием ископаемых почв и разделяющих их лёссовидных суглинков. Выявленные цикла подтверждены большой серией радиоуглеродных датировок (более 60).

4. На основе анализа морфологических и хронологических параметров морских террас Аральского моря были выполнены реконструкции Арало-Сарыкамышского бассейна. Основой реконструкции послужили данные по морским террасам в Северной Каракалпакии мыса Дуан (Пшенин и др., 1984). Исходя из высоты морских террас в их прибрежной фации +15 +18 м. над современным уровнем Аральского моря (+54 м абс.), можно предположить, что уровень Аральского моря поднимался до отметок +70 - +75 м абс. Возраст этих отложений определён радиоуглеродным методом 15 тыс. лет назад, что позволяет синхронизировать древнюю аральскую трансгрессию с максимальной фазой ране-хвалынской трансгрессии. При этом уровне Аральское море сливалось в Сарыкамышскую впадину, образуя Арало-Сарыкамышский бассейн. Последние данные И.А. Волкова и др. (1998), свидетельствуют о возможности подъёма уровня до +90 м. абс. Таким образом, реконструируется самый высокий равнинный бассейн Каскада Евразийских Бассейнов (Чепалыга, 2002), воды которого сбрасывались по древнему руслу Узбоя в хвалынский бассейн Каспия. Реконструированы основные параметры стока через Манычский пролив в теснине Зунда-Толга во время Талгинской осцилляции с уровнем +35 м. абс., до 20-25 тыс. м3/с. Это при условии стабильного уровня порога стока на отметке +20 м. абс. В случае если порог стока в начале был выше, глубина пролива уменьшается до 5-7 метров, в таком случае расходы воды не превышали современные расходы Волги.

5. На основе детальных исследований разреза Яшкуль в Ергенях, под отложениями максимальной фазы хвалынской трансгрессии были обнаружены прибрежные отложения хвалынского лимана, связанного с Каспием. Уровень этой осцилляции + 37 м. абс. Отложения представлены прибрежно-морскими песками и гравийниками, прослоями глин и ране-хвалынскими моллюсками Didacna protracta и Dreissena rostriformis. Этот бассейн предшествовал максимальной фазе хвалынской трансгрессии. Характер залегания хвалынских отложений (отсутствие базальных горизонтов и перерывов) свидетельствует об очень быстрых темпах морской трансгрессии. Согласно оценке Ю.Г. Леонова и др. (2002), время подъёма составляло около 100 лет, амплитуда подъёма определяется разницей уровня между предшествующим Ательским бассейном (-120 - –140 м.абс.) и максимумом хвалынской трансгрессией (+50 м.абс.), тогда амплитуда подъёма уровня достигает 170-190 метров, то есть почти 200 метров. Тогда скорость подъёма уровня достигает двух м/год или 2000 мм/год. Были рассчитаны скорости горизонтального перемещения береговой линии хвалынского бассейна. Дельта Волги, впадающей в ательский бассейн, располагалась на северном шельфе Каспия в 300 км южнее современной дельты Волги, а в максимум хвалынской трансгрессии поднималась до впадения Камы, то есть 1700 км выше по течению. Общий масштаб смещения устья Волги достигал 2000 км, а скорость перемещения береговой линии – 20 км/год или более 50 м/день. Такие масштабы подъёма уровня и перемещения береговой линии можно считать катастрофическими.

6. На основании геоморфологии долины Маныча и фауны моллюсков были реконструированы качественные характеристики водных масс в экстремальных бассейнах. Выявлено, что глубина Маныч-Керченского пролива могла достигать 10 м. и более, а на отрезке от Зунда-Толги до Маныч-Балабинки глубина могла достигать 25 метров на основании находок здесь глубоководных моллюсков Didacna protracta. Скорость течения была невысока (0,2 – 0,3 м/с), т.к. отложения Манычского пролива представлены глинами и суглинками, реже песками. Исходя из состава фауны и осадков можно предполагать высокую мутность потока, которая питалась солифлюкционным смывом со склонов в условиях вечной мерзлоты. Солёность Хвалынского моря была относительно стабильной во всём Каспийском бассейне и колебалась в пределах 10-12‰. Неожиданным оказался факт более низкой солёности (6-7 промилле) в Новоэвксинском бассейне, в который происходил слив вод хвалынского бассейна. Вероятно это объясняется разбавлением вод хвалынского бассейна мощным стоком Дуная, Днепра, Дона, Кубани и других рек. Объём речного стока черноморских рек был сопоставим с объёмом сброса хвалынских вод из Каспия.

7. Описанные в последние годы уникальные по размерам палеорусла в долинах рек – макроизлучины (Сидорчук, Панин, 2000), по которым сбрасывались огромные водные массы, были показателями экстремальных наводнений – сверхполоводий (Чепалыга, 2004). Они могли быть одним из основных источников водных масс для Хвалынской трансгрессии и водоёмов Каскада Евразийских Бассейнов. Кроме того, показано резкое увеличение атмосферных осадков во время формирование макромеандров (Сидорчук, Панин, Борисова, 2005), достигающее 600-800 мм/год в верховьях Волги. Другие признаки обводнения и затопления обнаружены на склонах и междуречьях (Чепалыга, 2005).

8. На основе анализа полевых материалов, литературных данных и аналитических исследований была подтверждена гипотеза об исключительности и уникальности хвалынской трансгрессии и связанных с ней палеогидрологических событий в истории Каспия. Ранее считалось (Рычагов, 1998, Свиточ, 2000), что это обычная, циклическая, повторяющаяся трансгрессия, сходна с другими четвертичными трансгрессиями (бакинской, хазарской, новокаспийской). Однако по следующим признакам эту хвалынскую трансгрессию следует считать уникальной и исключительной.

9. Следы экстремальных затоплений выявлены на палеолитических стоянках: Каменная Балка (долина Дона), Юловский (долина Маныча) и Косоуцы (долина Днестра). Они представлены толщами суглинков и песков мощностью до нескольких метров без признаков почвообразовательных процессов, которые подавлялись склоновыми водными потоками и солюфлюкционными течениями. Они хорошо выражены и датированы в культурных слоях этих стоянок в интервале 17-14 тыс. лет.

Степень новизны полученных результатов:

1. Впервые показана уникальность и исключительность Хвалынской трансгрессии и связанных с ней гидрологических процессов. Это объясняется нелинейным характером природных процессов и синергетикой этих явлений.
2. Выявлены дополнительные источники водных масс обеспечивающих события Эпохи Экстремальных Затоплений: сверхполоводья в речных долинах, обводнение и затопление склонов в результате таяния вечной мерзлоты, затопление междуречий термокарстовыми озёрами – палеоаласы, а также значительное увеличение атмосферных осадков в эпоху потепления (интерстадиал Ляско) следующим за максимумом последнего оледенения.
3. Впервые оценена степень катастрофичности явлений связанных с событиями Эпохи Экстремальных Затоплений.
4. Введены и применены новые научные понятия и термины: субмиллениумные и демимиллениумные гидрологические и климатические циклы.
5. Гипотеза «Черноморского Потопа» Райана, Питмана, Балларда и Димитрова, вступает в противоречие с новыми фактами по морской геологии, в частности, выявлением Босфорской подводной дельты на шельфе Мраморного моря. Но подтверждается идея Каспийского Потопа в виде Хвалынской трансгрессии (Леонов и др., 2002).
6. Выявлены повышенные скорости осадконакопления в Хвалынском бассейне и долине Маныча, впервые здесь обнаружена лавинная седиментация.

Сопоставление полученных результатов с мировым уровнем:
Мировой уровень проводимых исследований. Применены самые современные методы исследований: метод высокоразрешающей стратиграфии, трёхмерное моделирование рельефа с использованием современного программного обеспечения (Surfer, ArcView, Map Info).


Публикации по результатам исследований:

  1. А.Л. Чепалыга. Эпоха Экстремального Затопления (ЭЭЗ) как прототип «Всемирного Потопа»: Понто-Каспийские бассейны и северное измерение. Тезисы доклада « Квартер-2005» - IV Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода. Материалы совещания (Сыктывкар. 23-26 августа 2005 г.).
  2. А.Л. Чепалыга и др. События Эпохи Экстремальных Затоплений в долине Маныча: сброс Каспийских вод через Маныч-Керченский пролив. Тезисы доклада « Квартер-2005»- IV Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода: материалы совещания.
  3. А.Л. Чепалыга. Проблема «Всемирного Потопа» в Понто-Каспийском бассейне тезисы доклада Труды XII съезда Русского географического общества.
  4. А.Л. Чепалыга и др. Сброс каспийских вод Хвалынского бассейна по манычской долине в Эпоху Экстремальных Затоплений (Всемирный Потоп). тезисы доклада «Проблемы палеонтологии и археологии юга России и сопредельных территорий»: материалы международной конференции 18-20 мая 2005г., Ростов-на-Дону, Азов.
  5. А.Л. Чепалыга. Эпоха Экстремальных затоплений в Понто-Каспийском бассейне. тезисы доклада «Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья». Материалы Международной научно-практической конференции (Тирасполь, 15-16 сентября 2005 г.).
  6. А.Л. Чепалыга. Уникальная система речных террас в долине Днестра. тезисы доклада Материалы Международной научно-практической конференции: «Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья» (Тирасполь ,15-16 сентября 2005 г.).
  7. Д.Я. Фащук. Каспийское море: от Паратетиса до наших дней (географо-экологический портрет). Статья в журнале: Вестник Каспия.
  8. А.Л. Чепалыга и др. Новые данные о палеоокеанологических условиях на Кавказском шельфе Черного моря за последние 12 тыс. лет. тезисы доклада Геология морей и океанов. Тезисы докладов XVI Международной научной школы по морской геологии. Москва, 14-18 ноября 2005г.
  9. А.Л. Чепалыга и др. Каспийско-Черноморский водообмен по Маныч-Керченскому проливу в позднем плейстоцене статья в сборнике Ростовский заповедник
  10. А.Л. Чепалыга. THE LATE GLACIAL GREAT FLOOD IN THE PONTO-CASPIAN BASIN статья в сборнике «Шпрингер» Springer Verliak, в книге Проблемы Черноморского Потопа, The problems of Black Sea Flood.
  11. А.Л. Чепалыга и др. Influence of the Late Glacial Eurasian Water Flow (Great Flood) on the Black Sea-Mediterranear Corridor (BSMS) тезисы доклада UNESCO-IGCP-IUGC 1st Plenary meeting and field trip of project IGCP – 521 Black Sea-Mediterranean corridor during the last 30 ky: sea level change and human adaptation (2005-2009), 8-15 october 2005, Istambul,
  12. А.Л. Чепалыга. Paleocenagrophic events on the Caucasian Black Sea shelf during the last 12 ka. тезисы доклада UNESCO-IGCP-IUGC 1st Plenary meeting and field trip of project IGCP – 521 Black Sea-Mediterranean corridor during the last 30 ky: sea level change and human adaptation (2005-2009), 8-15 October 2005, Istambul.


Исполнители проекта:
Чепалыга Андрей Леонидович — руководитель, ИГ РАН
Бадюкова Екатерина Николаевна — ИГ РАН
Павлова Елена Михайловна — ИГ РАН
Панин Андрей Валерьевич — МГУ, Географический факультет
Садчикова Тамара Александровна — ГИН РАН
Светлицкая Татьяна Валерьевна — ИГ РАН
Лаврентьев Никита Всеволодович — ИГ РАН
Пирогов Андрей Николаевич — МПГУ