Гранты / РФФИ 05-05-64929 / 2007

«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 третий год исследований (2007 г.).

Выявлено ранее неизвестное гидрологическое явление - Эпоха Экстремальных Затоплений (ЭЭЗ).

Разработана полиландшафтная концепция морских, речных, склоновых и междуречных затоплений, включая озёрно-морской Каскад Евразийских Бассейнов, сверхполоводья в речных долинах, солифлюкционные потоки на склонах. Выполнены детальные количественные палеогидрологические реконструкции озёрно-морских бассейнов для максимума ЭЭЗ и других её фаз.

Установлены пространственно-временные и причинно-следственные связи процессов затопления в различных типах водоёмов, в частности, выявлена роль многолетней мерзлоты.

Показана уникальность и экстраординарность Хвалынской трансгрессии Каспия, как эпицентра событий ЭЭЗ и Каскада Евразийских бассейнов.

Выявлены источники поступления огромных масс пресных вод в речные и озёрно-морские бассейны, установлена роль дегляциации материковых льдов и подземного оледенения в обеспечении водой этих водоёмов.

Прослежено распространение экстремальных затоплений на огромной территории северо-востока Евразии.

Установлена связь событий ЭЭЗ с другими глобальными климатическими, гляциальными и океаническими событиями, в частности, с событием Хайнриха HI, фазами дегляциации Валдайского оледенения, «загадочным (mystery) интервалом» Дейтона и др. Разработаны и опробованы новые методы палеогидрологических исследований на основе использования высокоразрешающей стратиграфии, ГИС-анализа.

Показано, что события Эпохи Экстремальных Затоплений, является наиболее подходящим прототипом библейского Всемирного Потопа.


Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проекта:

При реконструкции динамики природных условий в морских, речных и озёрных бассейнах на основе анализа их донных отложений использовались традиционные методы исследования древних водоёмов, которые были усовершенствованы в соответствии с поставленной задачей:
  • литологические (гранулометрический состав, анализ тонких шлифов, структур и текстур),
  • минералогические (анализ терригенных, аутигенных и глинистых минералов и др.),
  • палеонтологические (фауна моллюсков, фораминифер, остракод, спорово-пыльцевой и диатомовый анализы),
  • геохимические, в том числе изотопные (изотопы кислорода, углерода, водорода, серы) для определения палеотемператур и динамики водных масс,
  • геохронологические (14C, ЭПР, палеомагнетизм и др.),
  • геоморфологические (анализ, рельефа, созданного древними водоёмами),
  • археологические исследования культурных слоев для выявления реакции древнего населения на гидрологические катастрофы. Разработаны и опробованы новые методы палеогидрологических исследований на основе использования высокоразрешающей стратиграфии, ГИС-анализа.

    Для стратиграфического расчленения и корреляции бассейновых отложений будет 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.

    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).

    Для анализа рельефа долины Маныча и прилегающих палеолитических стоянок использовался метод трёхмерного моделирования рельефа на основе оцифровки топографических карт масштаба 1:100000. Также мы использовали готовые матрицы высот, главным образом GTOPO 30, опубликованная на сайте геологической службы США. Эта матрица представляет собой данные о рельефе всего Земного шара с 30-секундным разрешением по данным спутниковой альтиметрии. Применялись методы дистанционного исследования рельефа путём анализа космоснимков предоставляемых международной поисковой системой Google.


    Развернутый научный отчет. Итоговый.

    Проведены 3 полевых сезона (2005, 2006, 2007 гг.) экспедиционных исследований в Ростовской области, Республике Дагестан, Республике Калмыкия, Краснодарском и Ставропольском крае. Выполнено описание и детальное опробование разрезов донных и береговых отложений Хвалынского и Манычского бассейнов. Отобрано и проанализировано 650 образцов на различные виды анализа из разреза позднепалеолитической стоянки Юловский.

    Получено 20 радиоуглеродных датировок из Хвалынских отложений (раковины моллюсков, кости млекопитающих) Северного Каспия и долины Маныча (Киевская лаборатория НАН Украины, радиоуглеродная лаборатория Института Географии СПбГУ).

    Выявлено ранее неизвестное гидрологическое явление - Эпоха Экстремальных Затоплений (ЭЭЗ). Разработана полиландшафтная концепция морских, речных, склоновых и междуречных затоплений, включая озёрно-морской Каскад Евразийских Бассейнов, сверхполоводья в речных долинах, солифлюкционные потоки на склонах и заозёривание междуречий. Выполнены палеогидрологические реконструкции озёрно-морских бассейнов для максимума ЭЭЗ и других её фаз. Установлены пространственно-временные и причинно-следственные связи процессов затопления в различных типах водоёмов, в частности, выявлена роль многолетней мерзлоты. Показана уникальность и экстраординарность Хвалынской трансгрессии Каспия, как эпицентра событий ЭЭЗ и Каскада Евразийских бассейнов. Выявлены источники поступления огромных масс пресных вод в речные и озёрно-морские бассейны, установлена роль дегляциации материковых льдов и подземного оледенения в обеспечении водой этих водоёмов. Прослежено распространение экстремальных затоплений на огромной территории северо-востока Евразии. Установлена связь событий ЭЭЗ с другими глобальными климатическими, гляциальными и океаническими событиями, в частности, с событием Хайнриха HI, фазами дегляциации Валдайского оледенения, «загадочным (mystery) интервалом» Дейтона и др.

    В результате событий ЭЭЗ во внутренней Евразии образовалась система связанных между собой бассейнов от Аральского до Средиземного моря. Это позволяет реконструировать Каскад Евразийских бассейнов, включающий Арало-Сарыкамышский бассейн, пролив Узбой, Хвалынское море, Маныч-Керченский пролив, Новоэвксинское море, пролив Босфор, древнее Мраморное море. Далее через пролив Дарданеллы воды этого Каскада сливались в Средиземное море. По масштабам акватории озерно-морская система Евразийского каскада не имеет аналогов в мире: её площадь достигала 1,5 млн. км2, объём воды 700 тыс. км3, расход сбрасываемых вод до 50 тыс. м3/с. Общая площадь, охваченная всеми событиями ЭЭЗ в северо-западной Евразии, включая также речные, склоновые и междуречные затопления, превышала 10 млн. км2.

    Выявлены источники воды для затоплений ЭЭЗ: увеличение осадков в водосборном бассейне, сверхполоводья в долинах рек, таяние вечной мерзлоты, более высокий коэффициент стока за счет вечной мерзлоты, увеличение площади водосбора за счет Средней Азии, уменьшение испарения с акватории за счет ледового режима озёрно-морских водоёмов. Проведённые количественные расчёты показали, что этих источников вполне достаточно для функционирования гидрологических систем ЭЭЗ, включая Каскад Евразийских Бассейнов.

    Проведены количественные палеореконструкции морских Каспийских бассейнов (Чепалыга, Лаврентьев, Пирогов, 2007, Лаврентьев, Чепалыга 2007): Хвалынского и его предшественника - Ательского. Для этого была применена цифровая модель рельефа (ЦМР)SRTM 30. Для вычисления параметров Ательского бассейна использована навигационная карта Каспийского моря масштаба 1:1 000 000. Расчет объемов вод Хвалынского бассейна производился с использованием морфометрических данных современного Каспийского моря (Болгов, Филимонова, 2005). На основе применения геоинформационных технологий, нами было заново посчитаны морфометрические показатели стадий Хвалынской трансгрессии. Приводим основные морфометрические показатели экстремумов уровней Хвалынского бассейна, начиная с Ательской регрессии.

    Ательский бассейн (возраст 70-30 тыс. лет назад) предшествовал Раннехвалынской трансгрессии, его уровень составлял -140 -120 метров абс. (Маев, Чепалыга, 2002). Это был регрессивный бассейн, площадь которого, составляла 131,5 тыс. км2, длина береговой линии около 2.2 тыс.км2, что практически в три раза меньше современной площади Каспийского моря. Изрезанность береговой линии была небольшая всего 1.06. Раннехвалынский бассейн (уровень: +50 м. абс., возраст 16,5 тыс. лет назад) был самый большой по амплитуде изменений уровня и по площади акватории, занимавшей 952 тыс. км2, из них 978,6 тыс. км2 с учетом Волжского эстуария, т.е. почти в 2,5 раза больше современного Каспия, и в 6,5 раза больше предшествующего Ательского моря. Общая площадь затопления водами Хвалынского моря составляла около 850 тыс. км2. Площадь акватории сопутствующего Арало-Саракамышского бассейна составляла 222 тыс. км2. Коэффициент изрезанности береговой линии Раннехвалынского бассейна был высоким 2.20, и это не случайно, так как границы бассейна проходили у под¬ножья Ергеней, Общего Сырта, у северных чин¬ков Устюрта. По долинам рек сформировались ингрессионные заливы, в том числе Волжский и Уральский эстуарии. Море занимало Куринскую низменность вплоть до района Мингечаура, полуостров Бузачи, часть степного Мангышла¬ка, всю Западно-Туркменскую низменность. Переполняя Прикаспийскую впадину, каспийские воды сливались через Манычскую впадину в Новоэвксинский бассейн черноморской котловины (уровень до начала слива –100м, а в конце –50м абс). Среднехвалынский бассейн (уровень +22 м. абс., возраст 14,5 тыс. лет назад) имел место в промежутке времени между Эльтонской и Мангышлакской регрессией. Площадь бассейна составляла 838 тыс. км2. Длина береговой линии 10112 км. Меньший коэффициент извилистости береговой линии 1.54 по сравнению с Раннехвалынским бассейном объясняется уменьшением акватории: сократился Волжский эстуарий, практически исчезли заливы, вдававшиеся в уступы возвышенностей Ергени и Общий Сырт. Прекратил свое существование Уральский эстуарий. Маныч-Керченский пролив мог существовать во время пика Среднехвалынской трансгрессии при условии, что возможный порог стока составлял +20 м. абс. (Чепалыга, Пирогов,2005, Попов, 1983), современный порог стока +26 м. абс. Одна из характерных особенностей Среднехвалынского моря, по сравнению с другими хвалынскими бассейнами - это наибольшая площадь островов 3.2 тыс. км2. Наиболее крупные острова располагались на территории современной Прикаспийской низменности, приуроченные к тектоническим поднятиям соляных куполов. Позднехвалынский бассейн (уровень: 0 м. абс., возраст: 12,5 тыс. лет назад) является последней стадией Хвалынской трансгрессии. По данным визуализации SRTM30 наиболее выражены акуммулятивно-абразионные береговые формы максимальной стадии Позднехвалынской трансгрессии (0 м. абс.). Площадь бассейна составляла 699,7 тыс. км2. Длина береговой линии 6844 км. Коэффициент извилистости береговой линии 1.43.

    На основе детального анализа морских террас и радиоуглеродных датировок (более 50 дат) в основном по раковинам моллюсков, разработана детальная стратиграфия и хронология Хвалынской трансгрессии. Выделяется 4 стадии развития бассейна: древняя, ранняя, средняя, поздняя. Древне-Хвалынский бассейн (возраст 20-17 тыс. лет) начинался с уровня моря –50 м.абс. и подъём продолжался до достижения порога стока в долине Маныча около +40 м.абс. Ранне-Хвалынский бассейн (возраст 16-14 тыс. лет) характеризовалась проточным режимом и сбросом каспийских вод через Маныч-Керченский пролив. Уровень моря от +50 до +22 м. абс. Средне-Хвалынский (возраст 14-12 тыс. лет) характеризовался прекращением стока по Манычу и изоляцией бассейна. Поздне-Хвалынский бассейн (12-10 тыс. лет) характеризовался дальнейшим понижением уровня ниже уровня океана (от 0 – до -20 м.абс). Более детальная стратиграфия и хронология основывается на 10 морских террасах Хвалынского бассейна, которые позволяют выделить как минимум 10 осцилляций в интервале 16-10 тыс. лет. Общая продолжительность существования Хвалынского моря могла достигать 10 тыс. лет.

    Установлены соотношения событий ЭЭЗ с известными региональными и глобальными событиями. Максимум Хвалынской трансгрессии коррелируется с потеплением и началом дегляциации Скандинавского ледникового щита, которое известно в Западной Европе как интерстадиал Ляско, а в восточной Европе – потепление, связанное с формированием чёткой ископаемой почвы, описанной разными авторами как Трубчевская (А.А.Величко), Пущинская (Л.А. Гугалинская), Зарайская (Х.А. Амирханов), Каменно-Балковская (Н.Б.Леонова, С.А. Сычёва). Событие ЭЭЗ соответствует стадии 2В глобальной изотопно-кислородной шкале (OIS)и высокоразрешающей стратиграфии (High Resolution Stratigraphy). Недавно, американские геофизики (Deiton etc 2006) выявили загадочный интервал (mystery interval) того же временного интервала (14-15 тыс. лет) проявившиеся во многих регионах земного шара резкими климатическими скачками.

    Выявлено влияние затоплений ЭЭЗ на древнего человека. Обнаружены свидетельства кратковременной изоляции древнего населения Русской равнины от Кавказа и Ближнего Востока, во время функционирования Маныч-Керченского пролива, когда его акватория служила препятствием для миграции древнего человека и обмена археологических культур. Это отразилось на культурных слоях палеолитической стоянки Каменная Балка на правом берегу Дона (Leonova 2006). Верхний и нижний культурные слои с 14С датировками 18-17 тыс. лет и 13-12 тыс. лет соответственно содержат большое количество геометрических микролитов, показывающих сильное влияние археологических культур Закавказья (Сакажиа и др.) и Ближнего Востока (Шанидар, Зарзи). В среднем культурном слое, синхронном времени функционировании пролива, эти элементы орудий труда исчезают и преобладают автохтонные компоненты. Это событие связано с изоляцией Русской равнины от Кавказа и Ближнего Востока из-за непреодолимой акватории Маныч-Керченского пролива 17-15 тыс. лет назад. Позже, около 14-12 тыс. лет назад в верхнем культурном слое Каменной Балки геометрические микролиты снова появляются, что может свидетельствовать о возобновлении связи с Кавказом и Ближним Востоком в условиях прекращения функционирования Маныч-Керченского пролива. Человек обитал на побережье Хвалынского бассейна и Маныч-Керченского пролива в позднем палеолите и использовал биоресурсы этих бассейнов, в частности питался фауной этих моллюсков. Эти выводы подтверждены археологами и вошли в фундаментальную монографии «Палеоэкология равнинного палеолита» (Леонова и др. 2006).

    В период существования Маныч-Керченского пролива обнаружены свидетельства влияния его водных потоков на взаимодействия человека позднего палеолита с водной средой. Такие выводы сделаны нами после детального исследования материалов и публикаций по позднепалеолитической стоянке Юловская. Судя по радиоуглеродным датировкам (Цыбрий 2000, Амирханов, Праслов, 2001)время пребывания древнего человека на территории стоянки, в среднем 16 тыс. лет назад, совпадает со временем существования Маныч-Керченского пролива (17 – 15 тыс. лет назад). Уровень воды в проливе составлял 25-35 м абс. Отметки культурного слоя стоянки Юловская 10-17 м абс. Все это говорит о том, что стоянка существовала в фазы спада уровня воды в проливе. Судя по литологии и палеонтологии отложений, древний человек обитал сезонно, в прибрежной зоне пресного водоёма в периоды низкого стояния воды (межень). В периоды высокого стояния воды, вероятно в весенний сезон (сверхполоводья) люди уходили из затопляемых мест, поднимались выше по склону. Исходя из находок костей крупных животных и строения культурного слоя в целом, можно с уверенностью сказать, что человек обитал в затапливаемой прибрежной зоне, подстерегая животных на водопое.

    На основе анализа культурных слоёв, состава фауны и флоры, а также соотношения с хвалынскими береговыми линиями, можно сделать вывод, что выявленные события Эпохи Экстремальных Затоплений, могут быть наиболее подходящим прототипом библейского «Всемирного Потопа».


    Основные результаты.

    Впервые выявлено неизвестное до сих пор в науке природное явление – Эпоха Экстремальных Затоплений, разработаны научные основы и теория этих процессов.

    Введены в науку новые научные термины и понятия:

  • Эпоха Экстремальных Затоплений (ЭЭЗ) - время исключительно высокого распространения водоёмов разного типа в фазе дегляциации последнего оледенения.
  • Полиландшафтная концепция – объединяет в одно целое экстремальные затопления ЭЭЗ в четырёх типах ландшафтов: приморских, долинных, склоновых и междуречных.
  • Каскад Евразийских Бассейнов – образовался и функционировал в максимальную фазу ЭЭЗ, включал следующие озёрно-морские проточные бассейны и каналы слива: Арал – Узбой - Хвалынский бассейн – Маныч-Керченский пролив – Новоэвксинский бассейн – Босфор – Мраморное море – Дарданеллы.
  • Маныч-Керченский пролив – долина слива каспийских вод, существовавшая в пике ЭЭЗ в максимуме хвалынской трансгрессии Каспия 17-14 тыс. лет назад.
  • Сверхполоводья – периоды экстремально большого речного стока во время ЭЭЗ, оставившие макромеандры, которые превышали размеры современных русел в 5 – 10 раз.

    Впервые установлено запаздывание в Каспийском регионе развития мустьерской культуры среднего палеолита почти до конца позднего плейстоцена (12-13 тыс. лет назад), на основании находок мустьерских орудий на поверхности хвалынских террас Каспийского моря, тогда как к северу и западу от Каспия уже обитали позднепалеолитические люди.

    Сопоставление полученных результатов с мировым уровнем:

    Применены самые современные методы исследований: метод высокоразрешающей стратиграфии, трёхмерное моделирование рельефа с использованием современного программного обеспечения (Surfer, ArcView, Map Info). Материалы докладывались и апробированы на международных конференциях: проект ЮНЕСКО и МПГК № 521 “Black Sea-Mediterranean Corridor during last 30 ky: Sea level change and human adaptation”, сентябрь 2007, Геленджик., 10-м Международном симпозиуме по речной седиментации, август 2007, Москва., конгрессе Американского Геологического общества, октябрь 2007, США, Денвер.


    Публикации по результатам исследований:

    1. А.Л. Чепалыга. Extreme sedimentation in the Manych valley during Khvalynean transgression. Тезисы доклада PROCEEDINGS OF THE TENTH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RIVER SEDIMENTATION
    2. А.Л. Чепалыга. Dynamics of the Khvalynian Transgressions and Early Human Settlement in the Caspian Basin. Тезисы доклада IGCP 521-481 Plenary Meeting and Field Trip
    3. А.Л. Чепалыга. Influence of Black Sea level fluctuations (Phanagoria regression)on Lower Dniester paleohydrology and ancient settlement. Тезисы доклада IGCP 521-481 Plenary Meeting and Field Trip
    4. А.Л. Чепалыга. THE GREAT FLOOD IN THE PONTO-CASPIAN REGION: THEORY AND INFLUENCE ON THE BLACK SEA-MEDITERRANEAN CORRIDOR. Тезисы доклада Annual Meeting (28-31 October 2007). Geological Society of America Abstracts with Programs
    5. А.В. Панин. Значительный поздневалдайский речной сток в Баренцевоморско-Карский сектор Северного Ледовитого океана. Статья в сборнике «Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований». V Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода.
    6. Т.А. Садчикова. Аутигенный глауконит из позднеплейстоценовых морских отложений западного Прикаспия (археологический раскоп раннепалеолитической стоянки древнего человека Дарвагчай, южный Дагестан). Статья в сборнике «Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований». V Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода.
    7. А.Л. Чепалыга. Колебания уровня Хвалынского бассейна Каспия и Манычской долины. Статья в сборнике «Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований». V Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода.
    8. А.В. Панин. 1000-YEAR FLOODPLAIN SEDIMENTATION RATES: THE UPPER DNIEPER RIVER, WESTERN RUSSIA статья в сборнике PROCEEDINGS OF THE TENTH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RIVER SEDIMENTATION August 1-4, 2007
    9. А.Л. Чепалыга. Эпоха Экстремальных Затоплений(Всемирный Потоп). Тезисы доклада Тезисы IV докладов Межд. конф. «Язык, культура, общество».
    10. А.Л. Чепалыга. Палеолитические местонахождения бакинского времени Дарвагчай I (предварительные данные). Статья в сборнике «Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий.
    11. Н.В. Лаврентьев. Опыт применения ГИС-технологий для реконструкций береговых линий Хвалынского бассейна (на примере Прикаспийской низменности). Статья в журнале Известия АН Серия «Геоморфология»
    12. Н.В. Лаврентьев. Морфометрия Каспийского бассейна 16-10 тыс. лет назад. Тезисы доклада Научная конференция молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность».
    13. А.Л. Чепалыга. Noah’s Flood in Ponto-Caspian region: theory, influence on the Black Sea-Mediterranean Corridor, Noah’s voyage reconstruction. Тезисы доклада IGCP 521-481 Plenary Meeting and Field Trip


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