ПРОЕКТЫ
Значительное количество первичных данных, полученных при работе над другими проектам, будут проанализированы в лаборатории палеоэкологических реконструкций. В данном разделе Вы можете ознакомиться с основными научно-исследовательскими работами участников Мегагранта.
Развитие параметризации горного оледенения для моделей земной системы
Годы выполнения: 2023-2025
Круг задач, связанных с изменениями климата в прошлом, настоящем и будущем, остается одним из самых приоритетных направлений мировой науки, сформулированном в виде нескольких направлений деятельности ООН. Поэтому в последние десятилетия климатическим модели развиваются особенно интенсивно. Помимо детального физико-математического описания основных блоков климатической системы (океана, атмосферы, крупных ледниковых щитов) современные модели климата уже достаточно детально воспроизводят основные процессы, происходящие в гидросфере, биосфере, и деятельном слое суши. Поэтому их принято называть моделями земной системы. Учитывая тенденции развития климатического моделирования, представляется целесообразным внедрение в современные модели земной системы параметризации горного оледенения.
Проект нацелен на развитие простой, но физически обоснованной одномерной модели горного ледника, учитывающей наиболее важные процессы взаимодействия деятельной поверхности льда и атмосферы, и апробированной на горных ледниках, обеспеченных данными метеорологических и гляциологических измерений. На основе имеющейся спутниковой информации по морфометрическим параметрам большей части горных ледников предполагается обобщить результаты моделирования по основным горно-ледниковым районам России (Кавказ, Алтай, Камчатка), а в перспективе всей Земли. Созданная схема ляжет в основу параметризации горного оледенения в рамках Модели земной системы ИВМ РАН. Данная параметризация поможет учесть снежно-ледовую составляющую речного стока, формирующуюся в горно-ледниковых районах; оценить реакцию горного оледенения на будущие изменения климата (что особенно актуально в аридных районах Земли); оценить динамику горного оледенения в климатическом прошлом, а также выявить возможное влияние крупных горно-ледниковых массивов на региональный климат.
Реконструкция условий окружающей среды на Камчатке за последнее тысячелетие на основе исследований ледникового керна и других косвенных
Годы выполнения: 2022-2024
Участки ледников на Камчатке, расположенные на более низких высотах, чем на Кавказе, более подвержены разрушительному таянию в ответ на глобальное потепление. Наиболее подходящим местом для глубокого кернового бурения на Камчатке служит ледяная шапка кратера Горшкова в массиве вулкана Ушковский, где летнее таяние и инфильтрация талой воды существенно ограничены, а плоская поверхность ледника позволяет довольно легко оценить возраст в глубоких слоях ледника с использованием модели течения льда.
Ледниковые керны Камчатских ледников остаются гораздо менее исследованными с точки зрения изучения окружающей среды по сравнению с высокогорными кернами, полученными в Альпах, на Кавказе и на Алтае. Камчатка представляет большой научный интерес с точки зрения изучения бореальных лесных пожаров в Сибири и их повторяемости в связи с изменением погодных условий (усиление летней конвективной активности и образование молний, уменьшение зимнего снежного покрова)
Регион очень хорошо изучен с точки зрения тефрохронологии, однако этот метод все еще имеет большой потенциал для датирования других, кроме вулканических (например, ледниковых) отложений. В реконструкциях климата на основе древесно-кольцевых хронологий использовались лиственница, ель и береза, но для данного региона можно построить более длительные хронологии, основанные на использовании плавника. Возможности для улучшения климатического сигнала в древесных кольцах существуют на основе метода измерения оптической плотности, который используется в нашей группе.
Впервые будут объединены реконструкции высокого разрешения изменений климата и природной среды на основе всех имеющихся данных: ледниковый керн, отложение тефры, результаты дендрохронологических исследований и озерных отложений.
Реконструкция природной среды и климата Кавказа и юга Европейской России за последнее тысячелетие по данным ледниковых кернов Эльбруса
Годы выполнения: 2020-2021
Из-за интенсивного современного потепления, деградации ледников и растущей антропогенной нагрузки высокогорные палеоклиматические архивы катастрофически исчезают. В нашем проекте были получены ледниковые керны на Северном Кавказе и размещены в хранилище палеоклиматической информации, создаваемом для этих целей. Одна часть архива сохраняется для будущих исследований, другая будет проанализирована с использованием современных аналитических методов.
В кернах льда будет определен изотопный и химический состав, концентрация микрочастиц и несгоревшего углерода, и на этой основе выполнены реконструкции температуры воздуха, атмосферных осадков, загрязнения атмосферы, вулканической активности в регионе. Разработанные в последнее десятилетие климатические модели используются для понимания динамики климата за последнее тысячелетие. Новые косвенные палеоклиматические данные по Северному Кавказу будут сопоставлены с результатами численного моделирования климата в рамках программ PMIP3/CMIP5. Будет проанализирована изменчивость климата в течение последнего тысячелетия, отдельно предполагается рассмотреть доиндустриальный период (1750-1900 гг.) и последние 50 лет по данным реанализов NCEP/NCAR, ERA-INTERIM, CFSR.
Основное внимание проекта обращено на исследование теплых периодов и периодов «ненарушенного» климата, что позволит лучше понять и объяснить масштаб современного потепления, отступания ледников, антропогенного влияния и других связанных с ними природных процессов, происходящих в настоящее время на Северном Кавказе. В результате выполнения проекта будет сохранен и изучен единственный в Европе и на юге России ледниковый архив палеоклиматических данных, охватывающий последнее тысячелетие. Полученные при выполнении проекта данные позволят впервые реконструировать с высокой точностью количество осадков, состав атмосферных аэрозолей, повторяемость засушливых периодов, историю загрязнения атмосферы для Северного Кавказа и примыкающего региона.
Колебания климата Русской равнины в последнем тысячелетии по данным дендроклиматологии и климатического моделирования: реконструкции, сравнение, прогноз
Годы выполнения: 2021-2023
Проект направлен на решение проблемы детального понимания изменений климата на Русской равнине за последнее тысячелетие и вклада естественной и антропогенной составляющих в эти изменения. Ее решение важно для понимания функционирования климатической системы Земли и прогноза глобального и регионального климата. Основа проекта — реконструкции гидрометеорологических характеристик на Русской равнине по данным дендроклиматологии и климатического моделирования.
В результате выполнения проекта будет создана сеть продолжительных (500-1000 лет) непрерывных региональных хронологий по ширине, оптической и анатомической плотности и изотопному составу δ13С древесины с абсолютной временной привязкой через образцы живых деревьев и с опорой на коллекции древесины из археологических раскопок и архитектурных памятников. Эти хронологии будут использованы для реконструкции температуры воздуха в нескольких ключевых районах (север Русской равнины, Костромская и Ярославская области, Московская и Калужская области, Поволжье и других) и созданы пространственные реконструкции для всего региона.
Важной составляющей проекта будет сохранение уникальных образцов, несущих информацию об изменениях окружающей среды в прошлом, которые смогут быть использованы в будущем для проведения новых видов анализа. Имея в виду масштабные реконструкции памятников деревянного зодчества, а также разрушение многих из них, эта задача имеет не только важное научное, но и социально-культурное значение.
Поступление пыли на равнины Предкавказья за последние 250 тысяч лет: источники, темпы, факторы
Годы выполнения: 2021-2024
Минеральный аэрозоль тесно связан с состоянием климата на планете и в отдельных ее регионах. Накопление пыли в природных палеоархивах (лессовых, озерно-болотных, ледниковых) регистрирует интенсивность эоловых процессов и увлажненности климата. На юге Европейской России, в Предкавказье, расположены крупные массивы лессовых отложений, покрывающие практически сплошным чехлом территорию от Азовского моря до Прикаспийской низменности.
Формирование предкавказских лессов происходило путем поступления минеральной пыли на протяжении последних 500-800 тысяч лет. Общая мощность этих отложений может достигать 150-200 метров, а мощность верхнеплейстоценовых лессов на востоке региона достигает 50 метров, что является рекордом для европейских лессов. Такие быстрые темпы осадконакопления открывают возможность для проведения высокодетальных палеореконструкций, опирающихся на массовое люминесцентное датирование и применение комплекса литолого-геохимических анализов. При этом состав лессов и их мощность неоднородна по территории. Эта неоднородность является ключом к пониманию источников пыли (областей дефляции).
В рамках проекта предполагается детально исследовать строение, вещественный состав и возраст лессово-палеопочвенных серий в интервале последних 250 тыс. лет на семи ключевых участках, распределенных по региону (запад, центр, восток). Будет выполнено массовое люминесцентное датирование образцов (не менее 7 на участок) и проведена серия литолого-геохимических исследований образцов, отобранных непрерывно с шагом не менее 10 см. Для голоценовых лессов на востоке региона планируется увеличение детальности опробования скважин и шурфов до 2 см. Выявление экстремальных эоловых событий голоцена будет подкреплено исследованием озерно-болотных палеоархивов.
Полученные данные позволят рассчитать динамику темпов аккумуляции лессов на разных этапах, определить источники поступления материала, выявить региональные лито-геохимические маркеры, уточнить и детализировать схему лессово-почвенной стратиграфии, увязать историю лессонакопления с палеогеографическими событиями в морских бассейнах, провести корреляцию с глобальными шкалами, верифицировать существующие палеоклиматические модели.
Реконструкция естественной климатической изменчивости по дендрохронологическим данным Соловецкого архипелага за последнее тысячелетие
Годы выполнения: 2020-2022
Основная цель проекта — получение тысячелетней реконструкции по данным оптической плотности колец хвойных, растущих на Соловецком архипелаге. Особое внимание в проекте уделяется поиску старовозрастной древесины, измерения которой в значительной степени улучшает репликацию в раннем периоде хронологии.
На основе измерений более 300 серий оптической плотности нами впервые для России была создана хронология оптической плотности продолжительностью 1128 лет (888 -2016 гг.).
Были получены важные выводы о климатическом отклике, заключённом в ширине и оптической плотности колец хвойных, о возможности датирования плавника и др. Продолжив работы в начатом направлении, мы ожидаем получить новую важную информацию о климате прошлого. Сравнение полученной реконструкции температуры лета с другими доступными для Арктики рядами о климате прошлого говорит в пользу того, что до 1500 г. в дендрохронологических рядах наблюдаются отклонения.
Главным результатом наших исследований станет реконструкция летних температур воздуха на Соловках за последнее тысячелетие по дендрохронологическим данным. Этот результат уже соответствует мировому уровню в области дендроклиматических исследований. У нашей реконструкции есть несколько преимуществ над другими. Во-первых, самым существенным особенностью является теснота связи между оптической плотностью и температурой лета. Коэффициент корреляции достигает 0.75, что достаточно редко встречается в дендроклиматических реконструкциях. Во-вторых, сама хронология оптической плотности начинается с 888 г., такая продолжительность была достигнута за счёт включения измерений оптической плотности плавника.
Актуальность наших работ также обусловлены быстрым потеплением в Арктике, которое приводит к изменению экосистем. Анализ изменений, происходящих по всему миру в бореальных лесах в ширине или плотности колец, может стать основой для многолетнего мониторинга, начатого в рамках проекта.
