Реконструкція ландшафтно-кліматичних подій впродовж останнього і сучасного міжзледенінь з метою прогнозування майбутніх природних змін

Науково-дослідна робота (проєкт)

«Реконструкція ландшафтно-кліматичних подій впродовж останнього і сучасного міжзледенінь з метою прогнозування майбутніх природних змін».

 

Номер державної реєстрації роботи: 0122U001475, фінансування – Міністерство освіти і науки України.

Термін проєкту: березень 2022–грудень 2024.

Науковий керівник:

Герасименко Наталія Петрівна, д. геогр. н., професор, провідний науковий співробітник (natalia.gerasimenko@knu.ua)

Виконавці:

  • Рогозін Євгеній Петрович, к. геогр. н., молодший науковий співробітник;

  • Авдєєнко Юлія Леонідівна, к. геогр. н., молодший науковий співробітник;

  • Бончковський Олександр Сергійович, доктор філософії, молодший науковий співробітник;

  • Кравчук Ілля Володимирович, молодший науковий співробітник;

  • Галаган Олександр Опанасович, к. геогр. н., зав. лаб., молодший науковий співробітник.

Актуальність:

Проєкт спрямований на вирішення проблеми міжнародного рівня – розробки моделі майбутніх ландшафтно-кліматичних змін під впливом природних факторів на території України як модельного регіону світового значення. Розрізнення природних і антропогенних факторів глобальних змін є необхідним для розробки стратегій економічного розвитку, запобігання негативним зрушенням у довкіллі, а отже для сфери національної безпеки держави.

Мета: реконструкція ландшафтно-кліматичних подій на теренах України у час останнього і сучасного міжзледенінь і розробка вірогідних сценаріїв майбутніх змін під впливом природних факторів.

 

Основні завдання:

  • розробити новітню концепцію палеоекологічних досліджень короткоперіодичної етапності розвитку довкілля (порядку кількох тисячоліть і століть);

  • встановити циклічні і спрямовані зміни ландшафтів впродовж останнього і сучасного міжзледенінь, зокрема кількісні кліматичні показники;

  • виявити ступінь стійкості і змінності компонентів ландшафтів до глобальних змін;

  • розробити сценарій вірогідної майбутньої динаміки клімату і ландшафтів (під впливом природних факторів).

 

Методологія проєкту:

Першим етапом роботи був вибір репрезентативних для досягнення мети дослідження об’єктів, якими є стратиграфічно повні розрізи субаеральних відкладів, що відображають безперервний запис ландшафтно-кліматичних подій впродовж міжзледенінь на зональному рівні. Для вирізнення глобального і регіонального палеокліматичних сигналів до дослідження було залучено також розрізи озер. Особливістю методології був вибір розрізів обох міжзледенінь, розташованих приблизно в одній географічній локації, що мінімізує неадекватне застосування принципу аналогій.

Наступним етапом були польові дослідження, виконані із застосуванням літолого-стратиграфічного, педологічного, палеокріологічного, фаціального, і геоморфологічного методів. Для уникнення помилок при вивченні пам’яток розрізи закладали у 2D та 3D вимірі. Особливістю вивчення короткотривалої періодичної етапності був відбір зразків із високою густиною (кожні 5 см).

Аналітичні дослідження включали літологічні: гранулометричний, вміст гумусу та карбонатів (рідше валовий хімічний склад); мікроморфологічний; палінологічні; для озер – геохімічні (вміст Сорг., співвідношення С/N, рентгенофлуоресційний аналіз). За можливості залучали методи абсолютного датування, магнітомінералогічні, мікрофауністичні та археологічні. Для реконструкції кількісних палеокліматичних показників застосували метод кращих сучасних пилкових аналогів. Шляхом синтезу палеоіндикаторів для кожного розрізу реконструйували послідовність короткотривалих етапів розвитку довкілля впродовж обох міжзледенінь.

Наступним етапом було узагальнення отриманих даних. Це – кореляція послідовностей кліматичних подій у вивчених розрізах між собою та із глобальною кліматичною шкалою. Для визначення стійкості зональних ландшафтів та клімату до глобальних змін було використано магнітуди відхилення палеоіндикаторів від осереднених значень.

Останнім етапом дослідження було порівняння послідовностей ландшафтно-кліматичних подій закінченого останнього і незавершеного сучасного міжзледенінь, із визначенням місця теперішнього етапу у послідовності останнього міжзледеніння і екстраполяція перебігу ландшафтно-кліматичних подій останнього міжзледеніння на непройдений відрізок голоцену.

Основні результати:

Реконструйовано послідовності ландшафтно-кліматичних подій останнього і сучасного міжзледенінь у регіонах широколистолісової зони, північному і центральному Лісостепу, північному, східному і південному Степу. За педостратиграфічними, палеопедологічними, зокрема мікроморфологічними, палінологічними даними, частково геохімічними і магнітомінералогічними ландшафтні сукцесії, досліджені за проєктом, скорельовані між собою та із відомими з літературних джерел.

Реконструкція перебігу ландшафтно-кліматичних подій в ареалах природних зон дала змогу встановити 14-16 короткоперіодичних етапів (тривалістю 500-1000 років) для останнього міжзледеніння і 14 етапів для голоцену. Для другої половини голоцену визначено їхній поділ на етапи тривалістю 300-400 років. Реконструкція ландшафтно-кліматичних етапів у різних зонах показала їхню добру зіставність у часі та за напрямком змін на обох міжзледеніннях. Це свідчить про відображення у них глобального кліматичного сигналу. Але магнітуда змін у різних зонах є відмінною, що відображає різну чутливість ландшафтів до глобальних кліматичних подій. Найбільш чутливими є ландшафти суперекотонів: північного Степу і особливо Лісостепу. Тут зміни на короткотривалих етапах відбувалися на рівні зональних ландшафтів. Найменшою стійкість ландшафтів була у Лісостепу, найбільшою – у центральних частинах (‘ядрах’) зон широколистих лісів і середнього степу. Тут на короткотривалих етапах ландшафти змінювалися на рівні підзон у степу і на рівні провінцій (океанічніші, континентальніші) у лісовій зоні.

В усіх зонах коливання теплозабезпечення найбільшими були у давньому-ранньому голоцені, що відображає їхній перехідний характер від перигляціального довкілля до міжльодовикового. Потепління відбувалося спрямовано, але осциляторно (чергування субперигляціального клімату із бореальним. У середньому і пізньому голоцені та від початку оптимуму останнього міжзледеніння зміни ландшафтів на рівні систем (від помірних до південно-бореальних) відбулися лише один раз – між оптимумами міжзледенінь. На останньому міжзледенінні вони мали місце і на заключній фазі, яку не досягнуто у голоцені. Коливання теплозабезпечення були найбільшими у Лісостепу.

Спільною рисою обох міжзледенінь є подібність їхньої ландшафтно-кліматичної структури вищого рангу. Вони мають початкові стадії із різкими змінами тепла та зволоженням і включають два оптимуми, розділені стадією погіршення клімату. Ранній оптимум є теплішим, із меншими магнітудами кліматичних коливань (ландшафти стійкі в усіх зонах). Пізній оптимум прохолодніший, із зростанням зволоження і контрастнішими змінами між короткотривалими етапами. Оптимуми міжзледенінь мають дві основні підстадії, на пізній із яких клімат був ариднішим.

Спільними рисами обох міжзледенінь є різкий перехід від внутрішнього похолодання до пізнього оптимуму і поступовий перехід від попереднього зледеніння до раннього оптимуму. Значною є подібність рослинних сукцесій від початкових стадій до першої половини пізнього оптимуму. Спільною рисою є відсутність прямого зв’язку між максимальним поширенням лісів на ранньому оптимумі і найбільшим розповсюдженням мезофільної широколистої рослинності на пізньому. Ліси Quercetum mixtum ранніх оптимумів є типовими для районів із достатнім зволоженням і жарким літом (ознаки континентальності клімату). Деревні породи пізніх оптимумів потребують більш океанічних прохолодніших умов, особливо літа. Найбільша океанічність клімату існувала у першій половині пізніх оптимумів.

Вік короткотривалих етапів голоцену визначений за 14С та археологічними датами. За відсутності в Україні датування останнього міжзледеніння (вік поза межами 14С методу), для його хроностратиграфії виконано кореляцію із ландшафтно-кліматичними подіями у репрезентативних розрізах Центральної і Західної Європи, розташованих на тих же широтах, що й в Україні: Гранд-Піль (Woillard, 1979; Kukla et al., 1993), Les Echets (Reille&de Beaulieu, 1984), Рокурт, Арміньї (Haesaerts et al., 2016), Дольні Вестоніце (Antoine et al., 2024). Кореляція вказала на високий ступінь подібності палеокліматичних записів і стала містком до подальшої кореляції короткотривалих етапів України із морськими ізотопно-кисневими стадіями (Lisiecki and Raymo, 2005).

Два оптимуми міжзледенінь на території України розділені стадією погіршення умов для зростання широколистих порід, у степовій зоні – дерев. Її не виражено у пилкових сукцесіях Північної Європи (океанічніший клімат), але відображено у палеорослинності Південної Європи (Sanches-Goni et al., 2000; Shackleton et al., 2003), морській ізотопно-кисневій шкалі (Ruddiman et al., 1989; Voulker et al., 2009), записах льодовикових кернів Гренландії (Rasmussen et al., 2003, 2023). На нашу думку, відсутність вираженої стадії похолодання у Пн. Європі може бути зумовлена пом’якшуючим впливом Пн.-Атлантичної течії. Короткоперіодичні етапи голоцену добре зіставляються за трендами і магнітудою змін із записом льодовикового керну Гренландії (Parker et al., 2022).

За методом кращих сучасних пилкових аналогів (Magny et al., 2001) реконструйовано кількісні кліматичні показники (середні температури року, січня, липня, середньорічну кількість опадів) для короткотривалих етапів обох міжзледенінь. Базу даних сучасного пилку Євразії інтегровано із базами даних розрізів України. Кількісні реконструкції палеокліматів (75 проб для останнього і 186 проб для сучасного міжзледеніння) виявили значні осциляції їхніх параметрів. Чітко виявлене міжоптимальне похолодання, максимум опадів та найвищі зимові температури на першій стадії пізніх оптимумів, найвищі літні температури на ранніх оптимумах, у пізньому голоцені ₋похолодання пізньої бронзи та «малий льодовиковий період». Осциляції добре корелюють із такими у Європі (Brewer et al., 2008; Kupryjanowicz et al., 2018; Pidek et al., 2021).

Пряма кореляція короткотривалих етапів обох міжзледенінь свідчить про закономірний хід ландшафтно-кліматичних подій. Порівняння закінченого останнього і незавершеного сучасного міжзледеніння дало змогу визначити місце сучасного стану довкілля у ландшафтно-кліматичній послідовності міжзледеніння. Воно відповідає закінченню першої підстадії пізнього оптимуму, із теплим вологим кліматом, який, за даними палеогеографічного передбачення, триватиме біля 400 років. На тепер природний тренд і антропогенний чинник здійснюють односпрямований вплив, чим, ймовірно, зумовлене швидке зростання температур в останні десятиріччя. Виходячи із даних за останнім міжзледенінням, після 400 років відбудеться похолодання у межах помірного клімату, із зростанням його континентальності (особливо у Степу). У лісовій і лісостеповій зонах зменшиться участь у лісах граба, ослабнуть процеси опідзолювання. Через 2 тис. років за передбаченням почнеться перехід до заключної стадії міжзледеніння із південно-бореальним кліматом, поширенням сосни та берези, на півночі і заході – ялини (поодинокими широколистими), із відносно зволоженим кліматом (зниження випаровування), за 4 тис. років – перехід до бореальних лісостепу і степу.

Перелік основних публікацій за проектом:

Cтатті:

  1. Late Glacial and Holocene vegetational and climate changes and their impact on material cultures in the Crimean Mountains (founded on pollen data from cave deposits) / N. P. Gerasimenko, L. G. Bezusko, Y. L. Avdieienko, A. A. Yanevich // Quaternary Іnternational. – 2022. – 632. – P. 139–153. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2021.12.018

  2. History of Tilia in Europe since the Eemian: Past distribution patterns. Review of Paleobotany and Palynology / C. De Benedetti, N. Gerasimenko, C. Ravazzi, D. Magri // Review of Palaeobotany and Palynology. – 2022. – Vol. 307. – Р. 1-15. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2022.104778

  3. Exploring the Potential of the Middle and Upper Palaeolithic Site Korolevo II (Ukraine): New Results on Stratigraphy, Chronology and Archaeological Sequence / V. Usik, N. Gerasimenko, R. Garba [et al.] // Journal of Paleolithic Archaeology. – 2023. – 6 (16). – P. 1-45. https://doi.org/10.1007/s41982-023-00144-0.

  4. Rohozin Y. Palaeoenvironmental changes in eastern Crimea over the last 7600 years inferred from a multi-proxy study of a sediment archive from Lake Chokrak / Y. Rohozin, K. Ljung // The Holocene. – 2023. – 14 p. https://doi.org/10.1177/09596836231211826

  5. East-to-west human dispersal into Europe 1.4 million years ago / R. Garba, V. Usyk, L. Ylä-Mella [et. al] // Nature. – 2024. – 627 – P. 805-810. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07151-3

  6. Risks beyond the ditch: Copper Age tannery from the settlement of Kamianets-Podilskyi (Tatarysky), Ukraine / I. Sobkowiak-Tabaka, N. Gerasimenko, A. Kurzawska [et. al.] // Archaeological and Anthropological Sciences. – 2024. – 16. – P. 54. https://doi.org/10.1007/s12520-024-01954-1

  7. Grain-size and geochemical investigations on the Novyi Tik site (NW Ukraine) and their significance for understanding the local sedimentary environment in the Pleistocene / Ol. S. Bonchkovskyi, I. V. Kuraeva, A. S. Bonchkovskyi // Journal of Geology, Geography and Geoecology. – 2023. – Vol 32, No 4. – 679-694. https://doi.org/10.15421/112359

  8. Late Pleistocene pedogenesis response to millennial-scale climate variability: Evidence from the Volyn sequences (NW Ukraine) / O. Bonchkovskyi // CATENA. – 2024-2025. https://ssrn.com/abstract=4919338

  9. Late Pleistocene pedogenesis and loess magnetism in northwestern Ukraine. Quaternary Research / O. Bonchkovsky, D. Hlavatsky // Quaternary Research. 2024-2025. Accepted on 28.10.2024.

  10. Реконструкція рослинності і ґрунтів басейну середньої течії р. Сули на початку передостаннього та останнього міжзледенінь / I. В. Кравчук, Н. П. Герасименко // Фізична географія і геомоорфологія. – 2024. – Вип. 47, № 2. – 28-34. https://doi.org/10.17721/phgg.2024.3-4.03

  11. Гнатюк, Р., Бончковський, О. Будова та формування середньоплейстоценової тераси Стиру у районі Хрінницького водосховища. Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат і прилеглих територій / Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат і прилеглих територій – 2024. – 1(16). – С. 108-128. http://dx.doi.org/10.30970/gpc.2024.1.4431

Тези і матеріали конференцій:

  1. Enviromagnetic study of the reference Ukrainian loess-palaeosol sequence at Stari Kaydaky. EAGU. / Gerasimenko N., Hlavatskyi, D., Bakhmutov, V. [et al.] // EAGE XVI International Scientific Conference «Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment», Kyiv, Ukraine, 15–18 November 2022, Mon22-069. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580069

  2. Rock magnetic and lithopedological proxies in environmental investigations: case study of the Gunky and Zamozhne loess-palaeosol sites (the Middle Dnipro area) / N. Gerasimenko, D. Hlavatskyi, O. Bonchkovskyi [et al.] // EAGE, Monitoring’2023, XVII International Scientific Conference “Monitoring of Geological Processes and Ecological Conditions of the Environment”. 7-10 November. – Kyiv, 2023. – 5 р. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520144

  3. Lithology, geochemistry and magnetic susceptibility of the best developed Late Pleistocene loess-palaeosol sequence in north-western Ukraine, Novyi Tik/ O. Bonchkovskyi, D. Hlavatskyi, I. Kuraieva [et al.] // GeoTerrace. – 2023. – 099, 5 р. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023510099

  4. Gerasimenko N. The Holocene climatic and environmental changes in the forest-steppe and steppe belts of Ukraine and their impact on ancient cultures / N. Gerasimenko // INQUA Regional Meeting. “Geoscience in the Carpathians and Black Sea region” (GCBS 2023). Vatra Dornei, Suceava county, Romania, 2023. – P. 4-5. https://geoconcept.ro/wp-content/uploads/2023/09/Book-of-abstracts_GCBS-2023.pdf.

  5. A detailed Middle and Late Pleistocene cyclostratigraphic record using rock magnetism and palaeosol proxies in the Middle Dnieper basin loess domain / D. Hlavatsky, N. Gerasimenko, V. Bakhmutov [et al.] // European Geological Union, General Assembly, 23-27 April 2022, Vienna (Austria). https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-4682

  6. Rock magnetic record from the Late Middle–Upper Pleistocene deposits of the Neporotove 7 loess-soil section (western Ukraine) / Hlavatsky D., Gerasimenko N., Bakhmutov V. [et al.] // American Geological Union Fall Meeting 2022, Chicago, USA, 12–16 December 2022, GP45A-07. https://agu.confex.com/agu/fm22/meetingapp.cgi/Paper/1059572

  7. Рedo-, magneto- and rock magnetic stratigraphy for the late Middle-Upper Pleistocene interval of the Sanzhiyka loess sequence in southern Ukraine / D. Hlavatskyi, O. Bonchkovskyi, V. Bakhmutov [et al.] // European Geological Union, General Assembly 2023, 24–28 Apr, Copernicus Meeting. – Vienna, Austria, 2023 – EGU23-2416. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-2416.

  8. Bonchkovskyi, O. A detailed palaeosol record of Middle and Upper Pleistocene from the central part of the Volyn’ Upland (the NW Ukraine) / O. Bonchkovskyi // European Geological Union, General Assembly 2023, 24–28 Apr, Copernicus Meeting. – Vienna, Austria, 2023 – EGU23-3857. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-3857

  9. Palaeopedology and rock magnetism of the Upper Pleistocene loess-palaeosol sequence at Smykiv (NW Ukraine) / Bonchkovskyi O., Hlavatskyi D. // Ideas and innovations in Earth Sciences: Proceeding of the 10th International Geosciences Conference of Young Researchers, Kyiv, 23-24 May, 2024. – P. 104-105. https://doi.org/10.30836/igs.iies.2024.25

  10. Gerasimenko N. Environments of the last interglacial in Central and Eastern Ukraine / N. Gerasimenko // Zlodowacenia i interglacjały w Polsce – stan obecny i perspektywy badań, 16–18 czerwca. Konferencja naukowa dedykowana prof. dr. hab. Leszkowi Lindnerowi z okazji Jubileuszu 85-lecia urodzin i 60-lecia pracy naukowej – Chęciny, Poland, 2023. – P. 31-33.

  11. Бончковський О. Особливості мікроморфологічної будови викопних ґрунтів середнього та пізнього плейстоцену у лесово-ґрунтових розрізах Волинської височини // Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат та прилеглих територій: матеріали доповідей ХІІІ науково-практичного семінару за міжнародної участі, присвяченого 85-річному ювілею проф. Я. Кравчука (2-3 березня 2023). – Львів: Галич-Прес, 2023. – C. 41-46. https://geography.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2023/03/13seminar-Problems-of-geomorphology-and-paleogeography-Carpathians-book-2023.pdf.

  12. Ландшафтно-кліматичні зміни у голоцені південно-західного Криму (палеогеографічне вивчення донних відкладів озера Саки) / Н. П. Герасименко, В. Г. Бахмутов, Л. Ф. Дубіс, Є. П. Рогозін // Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат та прилеглих територій: матеріали доповідей ХІІІ науково-практичного семінару за міжнародної участі, присвяченого 85-річному ювілею проф. Я. Кравчука (2-3 березня 2023). – Львів: Галич-Прес, 2023. – C. 18-22. https://geography.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2023/03/13seminar-Problems-of-geomorphology-and-paleogeography-Carpathians-book-2023.pdf.

  13. Палеопедологічні, петромагнітні та геохімічні дослідження одного з найдетальніших лесово-ґрунтових розрізів північно-західної України, Новий Тік / Бончковський О., Главацький Д., Кураєва І. // Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат і прилеглих територій: Матеріали XIV науково-практичного семінару за міжнародної участі присвяченого пам’яті Заслуженого професора Я. Кравчука, Львів, 12-15 вересня 2024 р. Львів: ЛНУ ім. І. Франка. С. 46-50. https://geography.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2024/09/Materialy-15_sem_Problemy-heomorfolohii_2024.pdf

  14. Gerasimenko N. MIS 5e-a terrestrial equivalents from the Tisa Lowland (western Ukraine) to the Dnipro-Donets Plain (eastern Ukraine): spatial and short-term temporal landscape changes derived from palaeosol and pollen successions // Quaternary stratigraphy and terrestrial carbonates: climate, tectonic and humans driven landscape changes. Subcommission of European Quaternary Stratigraphy, 2024 Meeting. Gavorrano, Italy, 28 Sept. – 2 Oct., 2024. – P. 12-13. https://www.inqua-seqs.org/files/INQUA_SEQS_2024_programme.pdf.

  15. Герасименко Н.П. Зміна клімату та довкілля у Лісостепу та Степу України та її вплив на матеріальні культури людини від неоліту до середніх віків // Міжнародна науково-практична конференція «Природничо-географічні дослідження рельєфу, клімату та поверхневих вод: сучасний стан та перспективи розвитку». Київ, 2-4 жовтня 2024 р. – С.122-123.

Монографії та розділи монографій:

  1. Реконструкція ландшафтно-кліматичних подій впродовж останнього і сучасного міжзледенінь з метою прогнозування майбутніх природних змін / Н. П. Герасименко, О. С. Бончковський, Є. П. Рогозін, І. В. Кравчук, Ю. Л. Авдєєнко. – К. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 2024. – 310 с. – ISBN. https://geo.knu.ua/wp-content/uploads/2025/01/monografiya-gerasymenko-n.-05.01.2025.pdf

Підручники:

  1. Герасименко Н. Відклади лесово-ґрунтової формації України. – Київ, 2024. – 228 с. https://geo.knu.ua/wp-content/uploads/2024/06/2024gerasymenko-pidruchnyk1.pdf