ПАЛЕОПОЧВЫ И КЛИМАТ ВОЛГО-ДОНСКИХ СТЕПЕЙ В ЭПОХИ ЭНЕОЛИТА, БРОНЗЫ И РАННЕГО ЖЕЛЕЗА (IV тыс. до н.э. – IV в. н.э.)
PALEOSOILS AND CLIMATE OF VOLGA-DON STEPPES DURING ENEOLITH, BRONZE AND EARLY IRON EPOCHS (IV mill. BC – IV cent. AD)
В.А.Демкин, Т.С.Демкина, Т.Э.Хомутова, Н.Н.Каширская
V.A.Demkin, T.S.Demkina, T.E.Khomutova, N.N.Kashirskaya
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
(142290, г.Пущино Московской обл., ул.Институтская, 2; e-mail: demkin@issp.serpukhov.su)
Institute of physicochemical and biological problems in soil science of the RAS
(142290, Pushchin o Moscow Region, Institutskaya str., 2, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)">demkin@issp.serpukhov.su)
На основе изучения подкурганных педохронорядов разработана концептуальная модель эволюции почв Волго-Донских степей на протяжении последних 6000 лет. Выявлены закономерности вековой изменчивости морфологических, химических, микробиологических свойств палеопочв. По палеопочвенным данным реконструирована динамика увлажненности климата в регионе в эпохи энеолита, бронзы и раннего железа. Выявлены кризисные и оптимальные этапы в истории развития природной среды.
Based on the studies of under-kurgan pedochronosequences the conceptual model of evolution of soils in the Volga-Don steppes within past 6000 years has been developed. The regularities on the centennial variability of morphological, chemical, microbial properties of paleosoils are elucidated. From the paleosoil data the dynamics of climate humidity in the region within the Eneolith, Bronze, and Early Iron epochs is reconstructed. The crises and optima stages in the history of the development of natural environment are revealed.
В последние годы особенно важное значение приобрела проблема совершенствования и более детальной разработки методических и теоретических основ изучения палеопочв как индикаторов состояния и развития природной среды в различные геологические и исторические эпохи. В ее решении одно из ведущих мест занимают исследования голоценовых палеопочв поселенческих, погребальных (курганы), фортификационных и др. грунтовых археологических памятников каменного века, эпох бронзы, раннего железа, средневековья. Как известно, в палеопочвах, погребенных под культурными слоями, курганными насыпями, оборонительными валами и пр., до настоящего времени сохранились многие признаки и свойства, отражающие климатические, литологические, геоморфологические, геохимические, биологические, гидрологические и многие другие условия их формирования и развития. На основе изучения подкурганных педохронорядов в степной зоне юга России нами выявлены основные диагностические палеопочвенные признаки, отражающие состояние и вековую динамику степени увлажненности климата за историческое время [6]. К их числу относятся содержание и профильное распределение карбонатов, гипса и легкорастворимых солей; формы и количество минеральных новообразований; выраженность признаков солонцеватости; содержание и состав гумуса; величина магнитной восприимчивости; различные микробиологические параметры, в частности, активная биомасса микроорганизмов и ее доля от суммарной микробной биомассы, эколого-трофическая структура микробного сообщества, индекс олиготрофности и др. Сравнительный анализ количественных и качественных показателей морфолого-химических, магнитных, микробиологических свойств палеопочв подкурганных хронорядов дает возможность реконструировать направленность и масштабы вековой изменчивости атмосферной увлажненности, определить хронологическую позицию гумидных и аридных периодов в развитии климата за исторического времени.
Предлагаемая концептуальная модель эволюции почв и вековой динамики увлажненности климата Волго-Донских сухих и пустынных степей в эпохи энеолита, бронзы и раннего железа базируется на данных исследований подкурганных палеопочв, погребенных на протяжении IV тыс. до н.э. – IV в. н.э.
На протяжении IV-III тыс. до н.э. эволюция почв исследуемого региона происходила на уровне подтипов от темно-каштановых к каштановым, от каштановых к светло-каштановым со сдвигом границ почвенных подзон к северу. Смещение границ природных зон (подзон), вероятно, происходило лишь в пограничной полосе шириной в несколько десятков километров. В каждом из исследованных природных регионов (Среднерусская, Приволжская, Ергенинская возвышенности, Прикаспийская низменность) отчетливо прослеживается усиление аридизации климата во второй половине III тыс. до н.э. Увеличение засушливости вызвало интенсификацию процесса дефляции, обусловило значительное засоление, дегумификацию и окарбоначивание палеопочв. Это привело к опустыниванию ландшафтов и формированию в конце III тыс. до н.э. на водоразделах и высоких речных террасах, древнеморской равнине каштановидных полупустынных палеопочв. Для них были характерны отсутствие признаков солонцеватости и текстурной дифференциации профиля, монотонность окраски, маломощный гумусовый горизонт с содержанием гумуса менее 2%, поверхностная карбонатность, отсутствие сегрегационных форм карбонатных аккумуляций, значительная засоленность профиля, низкие значения магнитной восприимчивости. По сравнению с предшествующим временем в каштановидных палеопочвах запасы карбонатов в слое 0-50 см возросли в 1.5-2 раза, легкорастворимых солей и гипса в верхней двухметровой толще – в 2.5-3 раза. По организации профиля и морфолого-химическим свойствам они были весьма близки современным бурым почвам, развитым в настоящее время на буграх Бэра в низовьях Волги в полупустынной зоне. Следует отметить, что подобного облика палеопочвы, названные «лессовидными» [4], были обнаружены под курганами возрастом около 4000 лет в сухостепной зоне Северного Причерноморья. Таким образом, в результате аридизации климата во 2-й половине III тыс. до н.э. произошла конвергенция почвенного покрова с преобразованием темно-каштановых, каштановых, светло-каштановых почв и солонцов в каштановидные полупустынные почвы, которые в хроноинтервале 4200-3900 лет назад занимали доминирующее положение в регионе. В первой половине II тыс. до н.э. наступила очередная смена условий почвообразования, вызванная ростом степени атмосферной увлажненности. Она обусловила дивергенцию почвенного покрова со вторичным формированием к середине II тыс. до н.э. ареалов зональных каштановых почв и солонцов на месте каштановидных. Следовательно, возраст современных каштановых солонцовых комплексов региона не превышает 3500 лет. Гумидизация климата обусловила увеличение содержания гумуса и возрастание мощности гумусового горизонта почв, интенсификацию нисходящей миграции легкорастворимых солей и гипса, перестройку карбонатного профиля. Таким образом, в эпохи средней и поздней бронзы (~4300-3500 лет назад) в нижневолжских степях произошли весьма существенные, быстрые и обратимые эволюционные преобразования почв на таксономическом уровня типа. Палеопочвенные исследования курганов ранне-, средне- и позднесарматского времени свидетельствуют о том, что на протяжении II в. до н.э. – IV в. н.э. в палеопочвах Волго-Донских степей происходили ритмичные изменения морфологических, химических, микробиологических, магнитных свойств. Масштабы выявленных изменений не приводили к эволюционным преобразованиям почв на типовом (подтиповом) таксономическом уровне. Однако они свидетельствуют об определенной динамике среднегодового количества атмосферных осадков в пределах ±30–50 мм.
Микробиологические исследования подкурганных палеопочв Волго-Донских степей показали, что в них до настоящего времени сохраняются микробные сообщества, существовавшие во время сооружения археологических памятников [9]. Это подтверждено выявленными закономерностями распределения численности микроорганизмов в профиле курганная насыпь – погребенная почва, данными определения 14С возраста микробной фракции палеопочв. С использованием методов электронной микроскопии установлено, что форма и ультраструктура микробных клеток в современных и подкурганных почвах сходны, а их средние объемы различаются (0,37 и 0,28 мкм3 соответственно) [11]. Клетки имеют внешний органо-минеральный слой, увеличивающий их объем в среднем в пять раз. Суммарная биомасса микробных сообществ подкурганных палеопочв, включающая клетки на разных стадиях их жизненного цикла, в том числе и нежизнеспособные, составляет 20-40% от микробной биомассы современных аналогов [10]. Во всех почвах присутствует определенный пул жизнеспособных микроорганизмов (оцененный по содержанию фосфолипидов), причем он сопоставим с таковым в фоновых почвах (24-46% от уровня современного). Биомасса активных микроорганизмов, способных давать отклик на внесение глюкозы, в сообществе палеопочв колеблется от ничтожно малых величин (0.3%) до 19-41% от их содержания в современной почве. Биомасса мицелия микроскопических грибов в подкурганных палеопочвах снижается до 43-50% [8, 9]. При этом в структуре мицелия доля темноокрашенного увеличивается до 98-100%, что объясняется его высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям обитания. Установлены микробиологические параметры, дающие контрастную характеристику состояния почвенных микробных сообществ в аридные и гумидные климатические периоды [9]. К их числу относятся: активная биомасса микроорганизмов, ее доля от суммарной микробной биомассы и Сорг почвы, эколого-трофическая структура микробного сообщества, индекс олиготрофности. Изменение палеоэкологических условий вызывало и определенную перестройку биоразнообразия почвенных микробных сообществ. Таким образом, смена аридных и гумидных климатических эпох в Волго-Донских степях за историческое время фиксировалась в структуре микробных сообществ подкурганных палеопочв на эколого-трофическом, метаболическом и генетическом уровнях.
Выявленные закономерности вековой динамики почвенных свойств и развития почв в целом в значительной мере определялись изменчивостью климата за историческое время. Использование комплекса различных почвенных характеристик заметно повышает детальность и достоверность природно-климатических реконструкций. Именно такой подход использован нами для реконструкции динамики атмосферной увлажненности в Волго-Донских степях за последние 60 веков. Его суть состоит в том, что с учетом таксономической принадлежности палеопочв, степени их засоленности, гумусированности, солонцеватости и др. возможна оценка нормы атмосферных осадков в прошлые исторические эпохи по сравнению с современной. При реконструкции увлажненности климата принимался в расчет и тот факт, что в настоящее время разница в среднегодовом количестве осадков в сухих степях Волго-Донского междуречья и в пустынно-степной зоне Заволжья составляет 50-70 мм.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в IV тыс. до н.э. палеопочвы региона развивались в условиях повышенной атмосферной увлажненности с нормой осадков более 400 мм/год (таблица). Природная обстановка, наиболее близкая современной, имела место в конце IV – 1-й половине III тыс. до н.э. Около 5000 лет назад началась постепенная аридизация климата, продолжавшаяся на протяжении тысячелетия и достигшая максимума на рубеже III-II тыс. до н.э. За это время среднегодовая норма атмосферных осадков снизилась не менее чем на 100-150 мм и достигла уровня 200-250 мм/год. В конечном счете около 4000 лет назад в степях юго-востока Русской равнины возник самый масштабный палеоэкологический кризис за последние 6000 лет. Мы считаем, что резкая аридизация климата в конце III тыс. до н.э. имела глобальный характер. Она зафиксирована в ряде регионов степей и пустынь Евразии, в частности, на Ближнем Востоке [5, 17], в Верхней Фракии (Болгария) [1], в Северном Причерноморье [4], в Средней Азии [2]. В XVIII-XVII вв. до н.э. в исследуемом регионе началось смягчение климатических условий с увеличением количества атмосферных осадков до 300-400 мм/год в сухих степях Волго-Донского междуречья и до 250-350 мм/год в пустынно-степной зоне Заволжья. Пик этого увлажнения пришелся, вероятно, на середину II тыс. до н.э. и повлек за собой значительные эволюционные преобразования почв со сдвигом ландшафтных рубежей к югу. Очередной засушливый этап приходился на конец II – первую треть I тыс. до н.э.
Время существования сарматской культурно-исторической общности в климатическом отношении можно рассматривать как эпоху чередования микроплювиальных и микроаридных периодов продолжительностью до 150–200 лет (таблица). В частности, относительно влажными климатическими условиями как в Волго-Донском междуречье, так и в Заволжье характеризовались I в. до н.э., I и IV вв. н.э. (380–400 и 300-350 мм/год соответственно), а наиболее засушливыми – 2-я пол. II – 1-я пол. III вв. н.э. (330–350 и 250-280 мм/год). Промежуточная и близкая ситуация по степени увлажненности имела место в 1-й пол. II в. н.э. и во 2-й пол. III в. н.э. (350–380 и ~300 мм/год). Установленная нами периодизация и хронология динамики климатических условий степей Нижнего Поволжья в сарматское время в целом согласуется с закономерностями развития природных процессов в других регионах степей и пустынь Евразии. В частности, по результатам палеогеографических и почвенно-археологических исследований микроплювиалы в I–II и/или в конце III–IV веках зафиксированы на Ближнем Востоке [16], в Приазовье [13], в Южном Приуралье [15], в Зауралье [14]. В бассейне Аральского моря во II–III вв. н.э. заметно усилилась засушливость климата [3, 12]. В связи с этим можно полагать, что динамика увлажненности климата в Волго-Уральских степях была синхронной, а следовательно, в Нижнем Поволжье, как и в Южном Приуралье [7, 15]. Савроматский гумидный период (VI-V вв. до н.э.) сменился раннесарматским аридным (IV-III вв. до н.э.) со снижением среднегодовой нормы атмосферных осадков не менее чем на 50-70 мм.
Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Балабина В.И., Мишина Т.Н. Телль Юнаците в эпоху ранней бронзы: колебания климата и динамика хозяйственной деятельности // Труды II (XVIII) Всероссийского археологического съезда. Т. III. М. 2008. С.321-325.
2. Виноградов А.В., Мамедов Э.Д. Первобытный Лявлякан. М.: Наука, 1975. 287 с.
3. Виноградов А.В., Мамедов Э.Д. Изменения климата и ландшафтов междуречья Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи (по археологическим и палеогеографическим данным) // Аральский кризис. М. 1991. С.66-75.
4. Герасименко Н.П. Изменения природной среды в степной зоне Украины в течение среднего и позднего периодов эпохи бронзы // Эволюция почвенного покрова. Пущино. 2009. С.187-189.
5. Глушко Е.В. Историко-географические исследования ландшафтов Западного Ирака по космическим снимкам // Известия ВГО. 1990. Т.122. Вып.3. С.255-262.
6. Демкин В.А., Борисов А.В., Демкина Т.С. и др. Волго-Донские степи в древности и средневековье (по материалам почвенно-археологических исследований). Пущино: SYNCHROBOOK. 2010. 120 с.
7. Демкин В.А., Ельцов М.В., Борисов А.В., Алексеев А.О., Алексеева В.А. Палеопочвы и природные условия левобережного Илека в эпохи бронзы и раннего железа // Вопросы истории и археологии Западного Казахстана. Вып.2. Уральск. 2003. С.212-219.
8. Демкина Т.С., Стретович И.В., Демкин В.А. Пространственная изменчивость микробных сообществ современных и погребенных почв в бассейне р.Сакарка (Приволжская возвышенность) // Почвоведение. 2010. №5. С.621-631.
9. Демкина Т.С., Хомутова Т.Э., Каширская Н.Н., Стретович И.В., Демкин В.А. Микробиологические исследования палеопочв археологических памятников степной зоны // Почвоведение. 2010. №2. С.213-220.
10. Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Демкин В.А. Микробная биомасса подкурганных и современных почв степной зоны Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2009. №5. С.581-587.
11. Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Дмитриев В.В., Дуда В.И., Сузина Н.Е., Демкин В.А. Морфология клеток и биомасса микроорганизмов подкурганных и современных степных почв Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2010. №10. С.1229-1238.
12. Маев Е.Г., Маева С.А., Карпычев Ю.А. Аральское море в голоцене // Аральский кризис. М. 1991. С.76-86.
13. Песочина Л.С. Развитие почв и природной среды Нижнего Дона во второй половине голоцена. Автореф. дисс. … к.б.н., М., 2004. 24 с.
14. Плеханова Л.Н., Демкин В.А. Палеопочвы курганов раннего железного века степного Зауралья // Почвоведение. №1. 2008. С.5-16.
15. Рысков Я.Г., Демкин В.А. Развитие почв и природной среды степей Южного Урала в голоцене. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1997. 165 с.
16. Enzel Y., Bookman, R., Sharon, D., Gvirtzman, H., Dayan, U., Ziv, B., Stein, M. Late Holocene climates of the Near East deduced from Dead Sea level variations and modern winter rainfall // Quaternary Research. Vol.60, 2003. Р.263–273.
17. Weiss T.J., Courty M.-A. The genesis and collapse of third millennium North Mesopotamia civilization // Science. 1993. Vol.261. P.995-1004.