Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Науки, изучающие современную шродную среду (ботаника, почвоведение, экология и др.), проявляют ізрастающий интерес к эволюционным процессам в природных імплексах. Вопросы прогноза развития природных комплексов разных рриторий невозможно решить без изучения закономерностей изменения
L ВО Времени.
Наибольшее влияние на современную природную среду оказали юцессы, происходящие в близкое геологическое время - в голоцене, шоцен - современное межледниковье - оказался наименее изученным по авнению с другими геологическими периодами. География его ученности уменьшается с продвижением от европейских к азиатским рриториям. Огромная территория Сибири (особенно Восточная Сибирь) іучена значительно слабее, чем европейская часть Евразии. Правильное шимаяие эволюции природной среды Сибири в голоцене не только юсобствует объяснению многих современных процессов в Сибири, но и )зволяет проследить корреляцию основных компонентов экосистемы с альним Востоком, Зарубежной Азией и Северной Америкой и дает >зможность построить прогноз динамики многих явлений, процессов в шродных комплексах и их трансформации.
Несомненно, в течении голоцена природные комплексы Сибири в ізличньїх ее регионах развивались по разному в зависимости от юбенностей природного района. Поэтому не возможно найти эталонную рриторию земной поверхности природные изменения которой в процессе юлюции во времени можно рассматривать в качестве модели (репера) ізвития всей огромной территории Сибири. Следовательно, "природные шоны, размешенные в пространстве различным образом, носили в себе и son особенности изменений во времени" (К.К.Марков, А.А.Величко и \,1968, стр.13). Различия в изменениях природных комплексов является зультатом развития их в пространстве и времени. При этом здивидуальность эволюции отдельных природных комплексов не жючает общих закономерностей развития всей земной поверхности. Поэтому при :шении вопросов реконструкции природных комплексов в голоцене юбходимы данные компонентов природы (рельефа, климата, істительности, почв, животного мира и др.) по современным природным інам Сибири. Обобщить имеющиеся материалы позволяет база данных.
Создание базы данных (выработка ее структуры, етодики построения, получение результатов позволяет провести ^обходимые реконструкции более достоверно. При этом пользуются как личные исследования, так и фактический материал тгературных источников.
Эволюция палеосреды Сибири изучали разнопрофильные специалисты-еологи, палеогеографы, палинолога, палеокарпологи, палеопедологи алеозоологи, археологи и др. Наиболее разработан и широко
использован палинологический метод исследования. Классическим
объектом его изучения являются разного типа торфяники. Хотя в
последнее время есть результаты определения спорово-пыльцевых
комплексов в современых и погребенных почвах, а также и осадочных
отложениях. Другие методы палеоэкологических и палеогеографических
исследований (палеопедологический, палеокарпологический,
палеонтологический) применяется менее широко. В результате
исследований наиболее изучены центральные и южные территории
Западной и Восточной Сибири. Начаты и имеют определенные
результаты исследования палеосреды горных территорий Южной
Сибири. По отдельным районам и регионам Сибири составлены
корреляционные схемы. Но общей схемы изменения природных
комплексов равнинных и горных территорий Сибири не создано.
Палеопочвенные образования, широко распространенные на десятки и
сотни км по территории Сибири, содержат ценную информацию о
природных условиях почвообразования, Палеопочвы и
палеопедокомплексы рассматриваются как бы репер в состоянии
экосистемы. Их исследование позволяет реконструировать природную
обстановку всех климатических периодов голоцена. Палеопедологический
метод исследования является одним из наиболее информативных
методов при проведении реконструкций природных комплексов и
корреляции их с сопредельными территориями. В результате
возможно выявить зональые и региональные особенности
расположения почвенно-растительного покрова в раные
климатические периоды голоцена и реконструировать
палеоэкологическую и палеогеографическую обстановку прошлых эпох
почвообразования. Палеопедологические данные, полученные на архео
логических объектах Сибири помогут решать сложные проблемы эколо
гической обстановки существования человека в климатические периоды голоцена.
Основными аспектами проблемы решения вопросов эволюции природных комплексов Сибири в голоцене являеются: недостаточность исследования изменения биоклиматических условий голоцена; .слабая изученность отдельных районов; отсутствие единой схемы реконструкции природных условий голоцена; необходимость использование результатов палеопедологического и компьютерного методов исследования; подбор методов полевой и лабораторной диагностики голоценовых отложений для проведения палеоэкологических реконструкций; применение данных по эволюции природных комплексов для реконструкций условий обитания древнего человека в Сибири; и др. В решении этих аспектов проблемы и заключается актуальность темы научного исследования.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - природные зоны Сибири в эволюционном временном и пространственном развитии в течение голоцена (рис.1). Изучались палеопочвы Приенисейской Сибири, Забайкалья, Горного Алтая.
ic. 1. Картосхема географического положения палеогеографических разрезов, внесенных в базу данных. О - положение разреза; 1-150
- нумерация разрезов; границы природных зон.
О - разрезы, взятые из литературных источников; О - разрезы, исследованные Г.А.Демиденко.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: временные и пространственные 5аимодействия компонентов экосистемы (растительности, почвенного окрова, рельефа, климата, животного мира, человека) и их составяющих в ределах структурных единиц разного ранга (природных зон, подзон, айонов, ландшафтов) Сибири. Особое место при изучении алеоэкосистем занимает изучение палеопочв, широко представленных на азноуровненных геоморфологических поверхностях рельефа. Почва - это іамять и зеркало ландшафта", хранящая в себе информацию о ^графических закономерностях природной среды. Изучение палеопочв ізволяет проследить изменение почвенного покрова разновременных гриодов голоцена на протяжении значительного расстояния, алеопочвенные образования фактически морфологически выражены ) всех голоценовых периодах, что позволяет реконструировать шеоэкологическую обстановку по временным датам, ідиоуглеродное датирование по гумусу погребенных почв имеет шьшую достоверность, так как палеопочвенные системы :пытывают медленные солюфлкжционные перемешивания, а >лоценовые палеопочвы отличаются минимальной щвижностью. К палеопочвенным образованиям, как правило, шурочены культуросодержащие слои в раскопах археологических імятников Сибири, что, с одной стороны, изучение палеопочв дает
ценную ин&оомашію для реконструкции патеоэкологических условий ооитания древнего человека, а , с другой стороны, способствует возрастным определениям палеопочв по возрасту культурных остатков.
Исследование палеопочв проводилось в основном в Приенисейской Сибири (в геологических разрезах и зачастками на разноуровненных геоморфологических поверхностях и в геологических разрезах археологических раскопов памятников древнего человека в Сибири), а также на археологических памятниках Забайкалья и Горного Алтая. В основу работы положены материалы, которые были собраны за период с 1984 по 1997 год при участии автора в палеогеографических экспедициях Педагогического университета (г.Красноярск), комплексных археологических экспедициях Института археологии СО РАН (г.Красно ярск, г.Новосибирск), Института общественных наук БФ СО РАН (г.Улан-Удэ), Краеведческого музея (г.Красноярск), полевых стационарах Института леса СО РАН (Хакасия). Полевой материал для исследования был отобран и проанализирован автором, по разработаной им же программе. Лабораторные исследования были выполнены в лаборатории лесного почвоведения Института леса СО РАН, Геологическом управлении Красноярского края, лаборатории экологии и картографии земель Института биологии БФ СО РАН, лаборатории микроморфологии почвенного факультета МГУ. Описание шлифов при микроморфологическом исследовании выполнено при консультативной помощи д.б.н., профессора С.А. Шобы.
При создании базы данных был проанализирован фактический материал, содержащийся в литературных источниках, вне зависимости от интерпретации.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: создать наиболее полную базу данных "Эволюция природной среды Сибири в голоцене", с помощью базы данных провести анализ палеоэкологических реконструкций и выявить пространственно-временные особенности сопряженной эволюции климата, почв и растительности в Приенисейской Сибири, Забайкалье и Горном Алтае.
Поставленная цель работы потребовала решения более частных ЗАДАЧ:
получения и анализа новых материалов по палеопочвам голоценового возраста, расположенным в разногенетических отложениях;
обобщение имеющегося в научной литературе экспериментального материала по палеогеографическим и палеоэкологическим исследованиям в различных природных зонах Сибири;
систематизация и структуирование материала и организация базы данных, ориентированной на пространственно-временной анализ эволюции природных экосистем;
анализ результатов палеоэкологических реконструкций по различным регионам Сибири.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЙ основой диссертации является учение об экосистеме, как целостной, взаимосвязанной, взаимообусловленной, эволюционирующей структуре географической оболочки Земли. Каждый компонент экосистемы прошел длительный период эволюции, сформировав свое современное состояние. Определяющим (ведущим) компонентом экосистемы является климат. Межледниковья являются наиболее благоприятными геологическими периодами в истории Земли для формирования развитых экосистем под влиянием благоприятных климатических условий. В голоцене - современном межледниковье -эволюция компонентов экосистемы сформировала современную ландшафтную оболочку.
МЕТОДИЧЕСКОЙ основой является предметный и межпредметный анализ компонентов экосистемы. При изучении компонентов экосистемы: и их составных частей применяется принцип актуализма (Ч.Лайель,1866). Для Сибири, расположенной своей большей частью, в умеренном поясе Евразии применение принципа актуализма вполне приемлемо.
В соответствии с учениями В.И.Вернадского невозможно рассматривать предметы, объекты и явления как принадлежащие к компетентности одной научной дисциплины или одной отрасли знания. Поэтому изучение палеоэкологических особенностей в разные периоды голоцена осуществляется так называемым ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИМ И ПАЛЕОЭКОЛОГИЧЕСКИМ методами исследования, включающими серию специальных методов. Это - палинологический, палеокарпологический, палеонтологический, палеопедологический, антропоэкологический, геоархеологический и другие методы, данные которых используются палеоклиматическим методом.
Один из них - ПАЛЕОПЕДОЛОГИЧЕСКИЙ метод исследования -изучает генетический тип разновозрастных шлеопочв и условия их формирования. Применение метода строится на методиках полевых и специальных (лабораторных) исследований. Использовались эколого-географический, сравнительно-аналитический, стационарный методы исследования палеопочвенного покрова разновременных периодов голоцена Сибири. Именно применение этих методов позволяет провести реконструкции природных комплексов в голоцене.
МЕТОД ЛИТЕРАТУРНОГО АНАЛИЗА строится на использовании опубликованных результатов палеоэкологических (палеогеографических) методов исследования. Предполагается, что каждая отрасль знания дополняет другую и решение вопросов, в том числе и эволюции палеосреды, должна проводится средствами разных наук. Тем самым реализуется комплексный межпредметный подход и принцип дополнительности Н.Бора.
МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА. Применение электронно-вычислительной техники делает реальным создание базы данных и других форм обобщения научного материала. База данных представляет собой совокупность специальным образом организованных наборов данных (файлов), хранимых во внешней памяти ЭВМ. Файлы разбиваются на страницы при помощи сервисной программы, инициируемой администратором перед первоначальной загрузкой базы данных (Бойко, Савенков, 1989). Выполненная в реляционной модели, база данных "Эволюция природной среды Сибири в голоцене" имеет однородность и равноправие данных, строгую математическую основу, полноту, легкость обновления данных и др. Полученная информация способствует выявлению экологических взаимосвязей между компонентами экосистем как в климатические периоды голоцена, так и в современное время.
МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА. При систематизации первичных данных использовались данные математической статистике. Этот метод также применяется в обработке материалов базы данных для иллюстрации тенденции изменения (тренда) рядов данных. Линии гренда используются для построение диаграммы для задач регрессионного анализа (прогнозирования и экстрополяции). Математическим анализом определяется среднее квадратичное отклонение. Значение которого в регрессионном анализе характеризует достоверность линии тренда для прогнозирования. Среднее квадратичное отклонение помогает определить наиболее подходящую линию тренда. Близость его к "О" означает низкую степень соответствия, а к "1" - высокую степень соответствия, т.е. вполне достоверную линию тренда. А помощью регрессионного анализа можно продолжить линию тренда вперед и назад и показать тренд-тенденцию изменения. Можно построить скользящее среднее, которое сглаживает
случайные отклонения, флуктуации данных, яснее демонстрирует модель и тенденцию изменения данных.
ЭМПИРИЧЕСКАЯ БАЗА диссертационного исследования построена . на использовании материалов базы данных "Эволюция природной среды
голоцена Сибири". Основная ценность полученных результатов
заключается в их комплексности.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА состоит в решение вопросов реконструкции
природной среды Сибири в голоцене с помощью создания базы данных.
При этом впервые разработана методическая основа построения базы
данных, теоретические аспекты ее содержания, получение навых форм
обобщения для палеоэкологических реконструкций.
генезиса палеопочв отдельных регионов Сибири послужит
дополнительным связующим звеном для более достоверных
корреляционных схем.
Выработан новый комплекс методов полевой и специальной диагностики
палеопочвенных образований наиболее приемлемый для практического
использования другими науками (например, археологии, экологии,
почвоведения и др.).
Использование материалов базы данных, поможет гипотетическим приемом восполнить имеющиеся пробелы в комплексе компонентов экосистемы. Этому способствуют установленные экологические взаимосвязи как внутри компонентов экосистемы, так и между ними. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. Экосистемы разных рангов в пределах природных зон Сибири состоят из взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов, находящихся в эволюционном развитии. На особенности экологических связей внутри экосистем оказывают влияние.географические факторы природных зон и регионов Сибири (географическое положение, континентальность, орография территории, климатические изменения). Климатические изменения являлись определяющим фактором флуктуации природных зон и подзон в разновременные периоды голоцена.
-
Палеопочвекные образования, сформировавшиеся пол влиянием целого комплекса природных факторов по природным зонам сохраняют реликтовые черты своего строения и свойств, а также вмещающихся в них законсервированных биологических остатков и артефактов былых эпох, служат основным индикатором эволюции природной среды.
-
Создание базы данных и проведенная на ее основе комплексом методов (аналогий, корреляций и др.) реконструкции природных комплексов голоцена позволила проследить эволюцию природной среды в
ландшафтах с различной историей развития.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: основные положения диссертации докладывались на Международных симпозиумах, конгрессах и конференциях: "Стратиграфия и корреляция четвертичных отложений Азии и Тихоокеанского региона", Находка,!988; "Хроностратиграфия палеолита Северной, Центральной и Восточной Азии и Америки", Новосибирск, 1990; "International Union for Qnaterwary research. XI11 Международный конгресс ИНКВА", Пекин, 1991; "Палеоэкология и расселение древнего человека в Севернй Азии и Америке", Красноярск, 1992; "Экология бореальных лесов", Красноярск, 1994; "9 th the Meeting of the association of Europian Geological Societies. Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolution and Mineratization", Санк-Петербург, 1995; "Ноогенез и образование. Построение ноосферной школы", Красноярск, 1996, 1997; "Номадизм - прошлое, настоящее в глобальном аспекте и исто рической перспективе. Гунский феномен", Улан-Уде, 1996; "VI1 Nordic conference on the Application of scientific methods in archaeology", Savonlinna, Finland, 1996; of workshop "On spatial-temporal dimentions of hi«h-Iatitude ecosystem change (the sibirian IGBP transect), Красноярск, 1997); Всесоюзных (Москва,1У89; Санк-Петербург, 1996), Межрегиональных (Красноярск,1991; Иркутск, 1995), Региональных (Иркутск,1990; Улан-Уде, 1994: Красноярск, 1997) конференциях и совещаниях. Отражены в публикациях ( в том числе в монографии, двух монографических работах, 45 статьях и тезисах ( 7 из которых на английском языке).
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. В диссертации разрабатывается одно из актуальных направлений экологии -эволюционная экология. Результаты исследования могут быть использованы палеобиологической и палеогеографической науками при решении вопросов реконструкции природной среды отдельных регионов Евразии. Полученные данные помогут использоваться почвоведами, ботаниками, зоологами, экологами и др. специалистами для правильного понимания многие процессов, происходящих в природе в современное время.
Практические рекомендации используются сибирскими археологами (Институт археологии и этнографии СО РАН, г. Новосибирск; Крае ведческий музей, г.Красноярск; Институт общественных наук, г.Улан-Удэ) для реконструкции палеоэкологической среды обитания древнего человека.
Практическое воплощение части палеоэкологических материалов получено в виде разработанного спецкурса "Основные методы палеогеографических реконструкций" для студентов географического факультета Красноярского педагогического университета.
Материалы диссертационного исследования по разработке базы данных и применения других технических средств обучения (слайдо-фильма, видео-фильма), применительного для обучения в средней школе, докладывались учителям средней школы и работникам народного образования при Краевом центре непрерывного повышения квалификации педагогических кадров во время проведения Международной конференции "Ноогенез и образо вание".
По материалам исследования осуществлялось руководство курсовыми и дипломными работами, которые были успешно защищены. В дипломных работах рассматривалось применение базы данных и видиофильма по эволюции почвенного покрова окрестностей г.Красноярска для средней . школы.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация представляет собой рукопись объемом 425 страниц (основной текст 324 страницы и приложение). Содержит 41 таблицу, 55 рисунков и библиографию 505 наименований (49 из которых на английском языке). Она включает в себя шесть глав и заключение, краткое содержание которых приводится ниже.
Автор считает своим приятным долгом поблагодарить сотрудников Института леса СО РАН за научные консультации и помощь на разных этапах выполнения работы. Душевно благодарю научных консультантов: д.б.н., академика Е.А.Ваганова и д.б.н., профессора В.М.Корсунова под влиянием которых сформировались научные представления.