Экстремальные климатические события в Алтае-Саянском регионе за последние 1500 лет по дендрохронологическим данным

В последние десятилетия значительное внимание общественности и правительственных организаций привлекают происходящие изменения климата планеты (Второй оценочный …, 2014; UNEP, 2016 и др.). В первую очередь эти изменения проявляются в виде существенного потепления (особенно в высоких широтах и высокогорных областях) которое уже привело к изменению режимов температуры, осадков, стремительному росту числа экстремальных проявлений климата на региональном уровне. Текущая ситуация вызывает вопросы о причинах происходящих изменений (Харук и др., 2008; Sidorova et al., 2012; DʼArrigo et al., 2001; Kirdyanov et al., 2012; Zhang et al., 2014; Барцев и др., 2016 и др.). Публикуемые межправительственной группой экспертов обзоры фактического состояния глобальной климатической системы (IPCC, 2007, 2014а, 2014б) с высокой степенью достоверности, в качестве причины, указывают на антропогенное воздействие. В то же время для понимания, насколько происходящие изменения выходят за границы естественной изменчивости климата, необходимо обратиться к его истории климата за несколько последних тысячелетний. Однако, длительность существующих рядов инструментальных метеорологических наблюдений, как правило, не превышает 50–100 лет. В связи с этим для изучения климата прошлых эпох используют такие косвенные источники информации, как древесно-кольцевые хронологии, озерные отложения, ледовые керны и пр. (Briff, Osborn, 2002; Jones, Mann, 2004; Esper et al., 2005; Kaplan et al., 2003; Сидорова и др., 2007; Blyakharchuk et al., 2007; Andreev et al., 2007; Rudaya et al., 2016 и др.).Наиболее высокое разрешение (год и даже сезон) из перечисленных источников имеют древесно-кольцевые хронологии, что позволяет выполнять палеоклиматические реконструкции изменчивости температур за длительные интервалы времени (Fritts, 1976; Наурзбаев и др., 2001; Hantemirov, Shiyatov, 2002; Овчинников и др., 2002; Мыглан и др., 2012; Buntgen et al., 2016 и др.).
Как правило, дендрохронологические исследования выполняются для чувствительных природных экосистем северных и высокогорных районов (Ваганов и др., 1998; Наурзбаев и др., 2001; Шиятов, Мазепа, 2002 и др.). В настоящее время наибольшие перспективы в дендроклиматическом плане открывает Алтае-Саянская горная страна, которая представляет собой одну из крупнейших горных систем Центральной Азии, расположенную на территории России, Китая, Монголии, Казахстана и играющую важную роль в формировании климатических процессов, протекающих в Центральной и Северной Азии (Buntgen et al., 2016;
4
Taynik et al., 2016 и др.). В Алтае-Саянском регионе в условиях верхней границы леса, где средняя температура воздуха июля составляет 8–9 °С возвраты холодов (заморозки, выпадение снега) возможны в течение всего вегетационного сезона (Изменение климата …, 2013), изменчивость прироста древесной растительности (за счет короткого вегетационного сезона и зависимости от температуры) содержит сильный климатический сигнал, что позволяет выполнять реконструкции изменчивости летних температур за тысячелетние периоды (Адаменко, 1978; Овчинников и др., 2002; Мыглан и др., 2012; Buntgen et al., 2016). При этом исследователи, как правило, опираются на такие параметры годичного кольца, как ширина, плотность и изотопный состав (Fonti et. al, 2013; Sidorova et. al, 2012; Schneider et. al, 2015 и др.), однако этот перечень не является исчерпывающим. Объем получаемой палеоклиматической информации может быть существенно дополнен путем изучения аномальных структур годичных колец (морозобойных колец, флуктуаций плотности древесины, светлых колец) и выпадающих годичных колец, выступающих индикаторами экстремальных климатических событий, таких как летние заморозки, понижения приземной температуры воздуха в течение вегетационного периода, раннее окончание вегетационного сезона и др. (Frits, 1976; Schweingruber, 1996; Гурская, Шиятов, 2006; Горланова, Хантемиров, 2007; Хантемиров и др., 2011; Гурская, Агафонов, 2013; Гурская, Бенькова, 2013 и др.). Несмотря на то, что эти характеристики позволяют получить информацию о суровости климатических условий произрастания деревьев и погодных особенностях летних месяцев (Хантемиров, 2009; IPCC, 2013), для Алтае-Саянской горной страны работы по их анализу практически не проводились.
В этом случае целью представленного диссертационного исследования является построение хронологии экстремальных климатических событий в Алтае-Саянском регионе за последние 1500 лет на основе анализа распределения аномалий структуры годичных колец.
Эта цель достигается путем решения следующих задач:
1) создание сети участков, охватывающих Алтае-Саянский регион в широтном направлении на верхней границе леса, по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.);
2) выявление аномалий структуры годичных колец (морозобойных, светлых колец, флуктуаций плотности древесины и выпадающих колец) в образцах для определения дат экстремальных климатических событий на каждом участке;
3) построение обобщенной хронологии экстремальных климатических событий в Алтае- Саянском регионе за последние 1500 лет;
4) анализ пространственно-временного распределения экстремальных климатических событий;

5
1) верификация полученных дат экстремальных событий с данными о содержании кислотных остатков в ледовых колонках, времени вулканических извержений VEI ≥ 4, историческими свидетельствами о погодных аномалиях и пр. источниками.
В качестве объекта исследования в работе выступают экстремальные климатические события на верхней границе леса в Алтае-Саянском регионе, а предметом исследования являются аномалии структуры годичных колец в образцах лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb).
Положения, выносимые на защиту:
1) аномалии структуры годичных колец в основном представлены выпавшими и морозобойными кольцами, которые являются индикатором экстремальных климатических событий;
2) выявление экстремальных климатических событий регионального масштаба возможно только при анализе данных сети древесно-кольцевых хронологий;
3) экстремальные климатические события, охватившие Алтае-Саянский регион, в значительной мере являются следствием воздействия стратосферных извержений вулканов.
Территориальные рамки исследования ограничены крайними точками широтного трансекта, состоящего из 13-ти участков на верхней границе леса (от 2100 до 2280 м н.у.м.) в Алтае-Саянском регионе (Алтае-Саянской горной стране). При физико-географическом районировании территории применялась схема деления Алтае-Саянского региона, предложенная Самойловой и др. (2008).
Хронологические рамки. Исходя из того, что для определения территориального охвата экстремальных событий необходимо как минимум два участка (две хронологии), хронологические (временные) рамки исследования были ограничены общим периодом охватывающим последние полтора тысячелетия. На указанном периоде у трех наиболее длительных древесно-кольцевых хронологий (Ak-ha, Jelo, Mongun) значения показателя EPS ≥ 0,85 (показатель чувствительности древесно-кольцевой хронологии к изменению внешних факторов зависит от количества анализируемых образцов и показывает, как конкретная ограниченная выборка отражает сигнал популяции или генеральной совокупности).

6
Научная новизна и теоретическая значимость
Результаты исследования показали, что основным индикатором экстремальных событий на верхней границе леса выступают выпавшие и морозобойные кольца, которые образуются у деревьев на протяжении всей их жизни и присутствуют во всех датах экстремальных климатических событий, (т.е. по времени образования совпадают как между собой, так и со светлыми кольцами и флуктуациями структуры годичных колец).
На основе анализа распределения аномалий структуры колец у деревьев в пределах трансекта (Taynik et al., 2016), дат сильных и средних экстремальных климатических событий в Алтайской и Тывинсокой областях и привлечения данных об изменчивости прироста в исследовании показана однородность реакции деревьев на внешние климатические проявления на верхней границе леса в Алтае-Саянском регионе.
В работе наглядно продемонстрировано, что опираясь на материалы одной (локальной) древесно-кольцевой хронологии, невозможно достоверно определить даты экстремальных климатических событий регионального масштаба.
На основе разработанного нового подхода к анализу данных о распределении аномалий структуры годичных колец для широтного трансекта была построена хронология экстремальных климатических событий для Алтае-Саянского региона за последние 1500 лет.
Верификация экстремальных климатических событий, выявленных в работе, с данными об экстремальных событиях в других регионах, с историческими записями о неблагоприятных природных явлениях, данными о крупных вулканических извержениях позволила обозначить даты экстремальных событий глобального масштаба, проявившиеся на территории Северного полушария.
Практическая значимость
В представленной работе выявлены даты сильных экстремальных событий и уточнены границы длительных климатических изменений за последние 1500 лет. В исследовании показано, что современное потепление в Алтае-Саянском регионе хорошо прослеживается в виде беспрецедентного снижения числа фиксируемых случаев аномалий структуры и выпавших годичных колец, аналогов которому за последние 1500 лет не выявлено. Полученная информация представляет важность для реконструкции хозяйственной деятельности и социальных процессов в прошлом, а также прогнозирования и оценки рисков для сельского хозяйства в регионе в будущем.
Личный вклад автора
Данная диссертационная работа представляет собой обобщенный результат многолетней исследований автора (с 2011 по 2018 гг.). Все выносимые на защиту положения и результаты

7
получены либо лично соискателем, либо при его непосредственном участии. Сбор полевого материала был проведен совместно с сотрудниками междисциплинарной лаборатории естественнонаучных методов в археологии и истории ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Обработка материала, датировка и анализ полученных результатов выполнены автором лично.
Апробация работы и публикации
Основные результаты исследования были представлены на 8 международных конференциях: «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии», г. Барнаул, 28–30 октября, 2013; «Актуальные проблемы исследования этноэкологических и этнокультурных традиций народов Саяно-Алтая», г. Кызыл, 26–30 июня, 2014; «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии», г.Барнаул, 20–23 октября, 2014; «Экология южной Сибири и сопредельных территорий», г. Абакан, 17 ноября, 2014; «Биоразнообразие и сохранение генофонда флоры, фауны и народонаселения Центрально-Азиатского региона», г. Кызыл, 1–4 октября, 2015; «Tree Rings in Archeology, Climatology and Ecology», г. Беловежа, Польша, 11–15 мая, 2016; «Tree Rings in Archeology, Climatology and Ecology», г. Светлогорск, 16-21 мая 2017; «РусДендро- 2017», г. Барнаул, 5-10 сентября 2017.