Влияния природных и антропогенных факторов на динамику пожаров в голоцене Центральной Азии и Сибири по данным анализа макроуглей

Изучение палеопожаров как масштабных преобразующих ландшафт явлений относится к актуальным темам мультидисциплинарных исследований по всему миру. Палеопожары зачастую ассоциируют с активностью древних людей с момента, когда они овладели огнем. Границы начала использования огня человеком в разных регионах постоянно удревняют-ся [Goren-Inbar et al., 2004; Jha, Samrat, Sanyal, 2021; Roebroeks, Villa, 2011], а, следовательно, и увеличивается временная неопределенность для реконструкции влияния антропогенного фактора на частоту и распространение пожаров. Естественные факторы пожарной активности тоже имеют важное значение, т.к. современные экологические модели включают периодические пожары в некоторых эко системах (пирогенные сообщества) в качестве естественных и неотъемлемых составляющих, способствующих поддержанию и развитию экосистемы [Pausas, Keeley, 2009].

Человек за счет своей деятельности может влиять на активность пожаров, как увеличивая, так и уменьшая ее (сведение или посадка леса, выпас скота, гидрологические сооружения или ирригация, неконтролируемые поджоги или противопожарные мероприятия в лесах). Предположительно, подобное влияние в меньшем масштабе могло быть оказано и в ранние периоды человеческой истории [Bowman et al., 2011]. Вместе с тем, колоссальное значение имеют естественные факторы, такие как масштабные геологические события, приводящие к смене гидрологических режимов, или климатические изменения со снижением уровня осадков, что влечет за собой формирование засушливых ландшафтов с высокой частотой пожаров. Для распространения пожара естественного или вызванного человеком необходимы в достаточном количестве подходящее топливо (сухой травостой, лесная подстилка, кустарники, стволы сухих мертвых деревьев или кроны живых деревьев при верховом пожаре) и подходящие параметры климата (влажность, температура, осадки), т.к. огонь распространяется тем быстрее, чем суше и легче для воспламенения топливо.

Для определения наличия и степени воздействия антропогенного фактора на пожарный режим в исследуемом районе необходимо понять и учитывать при реконструкции ряд факторов: географическое положение района, тип растительного сообщества, тип хозяйствования, связи между климатом, экологией и подверженностью пожарам [Moore, 2000]. Например, увеличение уровня осадков может приводить к увеличению производства биомассы и в итоге к большему объему доступного топлива, увеличивая возможную пожарную активность, а также к увеличению стока в седиментационные бассейны, увеличивая количество обнаруживаемых в отложениях угольных частиц.

Методически реконструкция пожарной активности в основном производится по данным о количестве и размерах угольных частиц в колонке отложений (торфяных, озерных, почвенных и др.), хотя есть и другие подходы, основанные на геохимии [Wolf et al., 2013]. Для анализа методом макроуглей из вертикальной колонки с одинаковым интервалом отбираются равные количества осадка по объему или весу. Макроугли – угли размером более 100 мкм, которые извлекаются из осадка после обработки отбеливателем, дефлоккулянтом, соляной кислотой, иногда щелочью и промыванием на ситах. Есть разные подходы применения методов макроуглей: 1) разделение углей на размерные классы (переносимые ветром на разные расстояния); 2) выделение морфотипов углей (дерево или трава) [Carcaillet, 2007; Courtney-Mustaphi, Pisaric, 2014]; 3) анализ распределения общей массы макроуглей в колонке [Stevenson, Haberle, 2005]. На ранних этапах исследования углей для реконструкции пожарной активности использовались в основном микроугли (от 7 мкм до 100–150 мкм), подсчитываемые наряду с другими фоссильными микрочастицами (пыльца, споры, водоросли и т.д.), но микроугли могут переноситься ветром на большие расстояния и более склонны к переносу водой и скоплению в понижениях. Сейчас методы анализа микроуглей и макроуглей используются на равных, хотя при сопоставлении результаты часто не совпадают [Жилич, Карачурина, 2022; Pupysheva, Blyakharchuk, 2023].

Полученные данные о распределении углей обрабатывают статистически для реконструкции вида топлива, интенсивности и дальности пожаров в разные периоды времени. Для выявления степени влияния климатических факторов, пожарная активность и реконструированные источники топлива (дерево или трава) сопоставляются с периодами изменений климата и/или растительности в районе исследования, устанавливается степень их связанности. Для этого необходима реконструкция климата или растительности, полученная независимым методом (изотопный, палинологический, хирономидный и др.). Влияние антропогенного фактора оценивается на основе выявления пространственно-временной связи пожарной активности и археологическими данными о времени заселения данной территории (устанавливается факт присутствия человека), плотности населения и типе хозяйствования.

Такие исследования широко применяется для изучения палеопожаров по всему миру. Например, исследования островов в океанах считаются эталонными, поскольку есть палеоэкологические данные из разных источников и точно известны периоды колонизации. Для Новой Зеландии было показано, что частота пожаров до колонизации была два раза на тысячу лет и резко возросла с началом колонизации, что совпало с исчезновением лесов на части острова, которые так и не восстановились [McWethy et al., 2010]. Наоборот, для Австралии установлено, что пожарная обстановка на континенте была сложная начиная с кайнозоя, и местная флора адаптировалась к периодическим выгораниям, что делает выявление антропогенного фактора еще более трудным [He, Lamont, Downes, 2011].

В Южной Африке статистический анализ множества голоценовых последовательностей макроуглей и палеоэкологических записей из разных областей региона в сопоставлении с археологическими данными показал, что в середине голоцена выявляется согласованность изменений климата и пожарной активности на всей территории исследования. Однако повышение пожарной активности последние две тысячи лет совпадает с археологическими данными об интенсификации сельского хозяйства и отражает использование огня в качестве нового инструмента управления ландшафтами [Davies et al., 2022].

Исследования палеопожарной активности Сибири немногочисленны и сосредоточены преимущественно на юге [Pupysheva, Blyakharchuk, 2023]. Хотя направленного анализа и сопоставления макроуглей с археологическими данными в большей части работ не проводилось, в основном исследователи приходят к выводу о связи повышения пожарной активности с периодами засушливого климата кроме последних 100–200 лет, когда резко возрастает частота пожаров, связываемая с активным заселением и хозяйственной деятельностью в регионе [Жилич, Рудая, 2021; Blyakharchuk, Pupysheva, 2022; Burdin, Bolobanshchikova, Rogozin, 2022; Pupysheva, Blyakharchuk, 2022; Rudaya et al., 2020].

В Барабинской низменности были проведены исследования озер Кучук [Rudaya et al., 2020], Яровое [Жилич, Рудая, 2021] и ряма Николаевский [Pupysheva, Blyakharchuk, 2022]. В силу разного временного интервала в данных палеоархивов, невозможно полностью сопоставить реконструированные периоды повышенной частоты пожаров, но часть из них совпадают, как, напр., в периоды ок. 1500–1000 л.н. и последних 100– 200 лет. Несмотря на то, что для территории Барабы накоплены палеоэкологические данные [Чикишева, Поздняков, 2021], данные о смене археологических культур [Молодин, 1985] в разные периоды и данные о зависимости местного населения от ландшафтов [Никулина, Зольников, Новикова, 2021], единого вывода о влиянии природных и антропогенных факторов на пожарную активность сделать пока не удается.

Для Горного Алтая, несмотря на сложность рельефа, мозаичность ландшафтов и небольшое количество записей, методом макроуглей реконструируются схожие периоды повышенной частоты пожаров: 2500– 2200, 1500–1000 л.н. и последние 500 лет [Жилич, Карачурина, 2022; Pupysheva, Blyakharchuk, 2022]. Влияние антропогенного фактора на данном этапе исследования не выявлено, но и четкой корреляции с климатическими изменениями также не обнаружено. Рассмотрена гипотеза о связи палеопожаров с па-леоземлятресениями вследствие электростатического напряжения в разломах горного Алтая в период сейсмической активности [Жилич, Карачурина, 2022]. Для Улаганского плато было показано резкое увеличение концентрации и годовой аккумуляции микроугольков в озерных отложениях после 1,7 кал. тыс. л.н., что связывается с развитием древних культур и увеличением плотности населения в этом районе Алтая [Pupysheva, Blyakharchuk, 2022].

Большое количество записей макроуглей исследовано в северной Монголии (более 20 объектов), хотя многие из них покрывают только поздний голоцен. Палеоэкологически этот район хорошо исследован различными методами, что позволяет проводить качественные и количественные сопоставления пожарной активности с изменениями климата и растительности. Сопоставление нескольких записей из конкретного района, позволяет вычленить региональные (климат, солнечная активность и др.) и локальные (рельеф, растительность, человек и др.) факторы усиления активности пожаров [Unkelbach, Behling, 2022]. Для второй половины голоцена по совокупности исследованных записей Монгольского Алтая и Северного Хангая была предложена следующая схема: в период 4,3 до 1,1 кал. тыс. л.н. активность пожаров была достаточно низкой, с 1,1 до 400 кал. тыс. л.н. отмечается ее увеличение по всем имеющимся записям, максимум пожарной активности фиксируется в последние 100 лет (по 3 из 5 записей). При этом появление оседлого населения фиксируется в регионе начиная примерно с 5,2 кал. тыс. л.н [Zhou et al., 2020], его влияние на пожары можно оценить как довольно низкое.

Сопоставление имеющихся записей макроуглей с палинологическими данными для запада Монголии [Rudaya et al., 2009; Unkelbach et al., 2019; Zhang, Feng, 2018] показало, что довольно влажные климатические условия ограничивали активность пожаров. Значительное увеличение пожарной активности произошло по всем записям после 1,1 кал. тыс. л.н., что совпадает по времени с резким уменьшением биомассы и растительного биоразнообразия, связанных с изменением климата в сторону более засушливого [Unkelbach et al., 2019]. Кроме того, в связи с увеличением перепадов между летними и зимними температурами, большее число кочевников-скотоводов было вынуждено переходить на неиспользуемые пастбища в более отдаленные районы в горах, где они, вероятно, спо- собствовали уничтожению лесов, что привело к увеличению площади лугов. Еще большее уменьшение количества осадков и перевыпас скота способствовали снижению надземной биомассы и таким образом уменьшению топлива для пожаров. Снижение количества топлива и отсутствие традиции сжигать траву, возможно, не позволило антропогенному фактору сыграть такую большую роль в увеличении пожарной активности, какую он мог бы сыграть. Последние 100 лет основными факторами пожаров являются потепление климата, деградация вечной мерзлоты, изменение скотоводческих практик и индустриализация [Unkelbach et al., 2020].

Похожая схема изменения пожарной активности характерна для Центральной Монголии. Реконструкция по серии записей макроуглей выделяет период повышенной пожарной активности начиная с 9,5 до 7,1 кал. тыс. л.н. и пониженную активность пожаров в середине голоцена. После 4 кал. тыс. л.н. пожары становятся более частыми, но только в интервале 2,4–1,5 кал. тыс. л.н. пожары активизируются по всем записям. Сопоставление с данными палинологического анализа и подсчетами спор копрофильных грибов (индикаторов присутствия большого количества травоядных животных и выпаса) говорит о том, что в течении периода с появления кочевого типа хозяйствования в Монголии (5,5–3,3 кал. тыс. л.н.) и даже его максимального распространения (2,8–2,4 кал. тыс. л.н.) влияние антропогенного фактора было ограниченным [Unkelbach et al., 2021].

Для других районов Центральной Азии практически нет исследований макроуглей. В Киргизии, по совокупности данных исследования четырех озер палинологическим методом с подсчетом микроуглей, делается вывод об увеличении пожарной активности и сведении естественного леса для расчистки под посадку грецкого ореха ок. 2–1 тыс. л.н. [Beer et al., 2008].

Окончательно делать выводы о влиянии природных или антропогенных факторов на частоту пожаров в голоцене Центральной Азии и Сибири преждевременно, т.к. за исключением Монголии, регион недостаточно изучен. По имеющимся на текущем этапе данным, в течение голоцена основным фактором усиления пожарной активности был климат. Только последние 1–1,5 тыс. лет на фоне понижения влажности климата увеличение плотности населения и хозяйственной деятельности стало фактором, влияющим на усиление пожарной активности. Последнее столетие, по записям из всех районов Центральной Азии и Сибири, фиксируется повышение активности пожаров, связанное с индустриализацией и потеплением климата.

Исследование выполнено по проекту НИР ИАЭТ СО РАН № FWZG-2022-0010 «Палеоэкология человека и реконструкция природных условий Евразии в четвертичном периоде».