В акватории залива Петра Великого, омывающего юго-западную оконечность Приморского края, находится около 40 островов. Архипелаг императрицы Евгении является продолжением полуострова Муравьев-Амурский и протягивается в юго-западном направлении. Он состоит из пяти крупных островов (Русский, Попова, Рикорда, Рейнеке, Шкота) и пары десятков более мелких островков. Архипелаг Римского-Корсакова расположен в западной части залива Петра Великого. Архипелаг состоит из 6 крупных островов и десятка мелких островков и скал, является частью территории Дальневосточного государственного морского заповедника. Наикрупнейшим из них является остров Большой Пелис. Несколько также достаточно значительных островов (Антипенко, Сибиряково, Герасимова и др.) расположено возле побережья Хасанского района Приморского края. Самым южным является остров Фуругельма. Два других крупных острова зал. Петра Великого – Аскольд и Путятин – находятся в его восточной части, в пределах другой структурно-формационной подзоны [4].
Климат залива Петра Великого определяется муссонной циркуляцией атмосферы, географическим положением района, положением траекторий циклонов, эпизодическим выходом тайфунов, воздействием холодного Приморского и теплого Цусимского (на юге) течений. Среднее годовое количество осадков в районе г. Владивостока достигает 830 мм, 85 % из них приходится на летний период. Средняя годовая температура воздуха равна примерно 6 °С, самым холодным месяцем является январь (– 16 – – 17 °С), теплым – август (+ 20 – + 21 °С) [19].
Растительность островов характеризуется полидоминантными широколиственными лесами кустарниково-разнотравными с лианами из актинидии острой (Actinidia arguta), лимонника китайского (Schisandra chinensis), винограда амурского (Vitis amurensis), но есть и долинные леса, липовые леса, на склонах обычны преимущественно дубняки, часто паркового типа, на приморских скалах и у полосы прибоя – густые, нередко прижатые к камням, заросли. Кустарниково-полукустарниково-травяные сообщества в основном имеют постпирогенное происхождение.
Растительный покров островов отличается от сопредельного материкового побережья. На ряде островов (Наумова, Большой Пелис, Стенина, Клыкова и др.) выявлены очень своеобразные сообщества тиса остроконечного (Taxus cuspidata), стелющиеся леса из яблони маньчжурской (Malus mandshurica) (о. Рейнеке и др.), дубняки с подлеском из прибрежно-морского шиповника (Rоsa rugosa), липовые леса. Древесные породы, которые на материке не играют большой роли в лесной растительности, на островах могут быть доминантными.
Острова являются хранилищем эталонов своеобразных растительных сообществ, конкретных флор и уникальных популяций. Их положение обусловливает специфику флористического состава и особенности участия отдельных видов в сложении сообществ. Некоторые представители флоры региона и даже России известны только на этих островах: низмянка малая (Centunculus minimus), ситовник многоколосый (Pycreus polystaсhya), дубровник верониковидный (Teucrium veronicoides) и др. На островах залива Петра Великого ярко выделяются две группы видов сосудистой флоры – восточноазиатские лесные и северопацифические прибрежноморские, что связано с положением района на стыке Великого океана и Азиатского материка. Таксономический состав флоры островов представляют 1162 вида из 501 рода и 130 семейств: это практически половина видового состава сосудистой флоры Приморского края [23].
Информация по развитию природной среды и проявлению климатических изменений на островах залива Петра Великого имеет большое значение для понимания особенностей формирования современной растительности, ее устойчивости и выявления естественных долговременных процессов изменения современной природной обстановки, что в свою очередь дает возможность более основательно предвидеть ее изменения в будущем и имеет важное значение для планирования хозяйственной деятельности.
Цель настоящей работы – изучить этапы становления природной среды островов в голоцене, провести реконструкцию палеоландшафтов и выявить роль природных и антропогенных факторов в формировании современных островных геосистем. Полученные результаты станут основой для построения карт палеосреды островов залива Петра Великого на различные временные срезы голоцена и помогут в определении ближайших палеоаналогов. Например, реконструкцию растительности и климата в оптимум голоцена можно рассматривать как ближайший палеоаналог глобального потепления на 0,7–1 °С.
В период 2009–2016 гг. осуществлялись полевые работы с отбором проб для спорово-пыльцевого, диатомового и радиоуглеродного анализов, всего было изучено 35 разрезов, заложенных на 17 островах.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате ранее проведенных палеогеографических исследований на островах залива Петра Великого [1, 13, 14, 15, 16, 18, 22] и полученных новых данных удалось проследить развитие природной среды на разных возрастных срезах за последние 20 000 лет, сопоставить ход и тенденции в изменении процессов в регионе в результате изменений климата и колебаний уровня моря.
В последнюю холодную стадию позднего плейстоцена, когда уровень Японского моря был ниже современного на 110–130 м [6], все острова залива Петра Великого были объединены с материком и имели общую флору и фауну. В это время (18–20 тыс. 14С лет назад) береговая линия залива Петра Великого проходила по краю шельфа, а реки выработали здесь глубокие долины с крутыми склонами.
Западное обрамление Японского моря находилось в умеренно теплой ландшафтно-климатической области [20], что удалось установить при реконструкции ландшафтов хвойных и широколиственных лесов в районе островов залива Петра Великого по спорово-пыльцевым данным. Именно к этой области приурочена граница систематического сезонного промерзания грунтов. Среднегодовая температура в районе островов залива Петра Великого была ниже современной, по некоторым оценкам на 5 °С (т.е. + 1 °С), условия были более сухими (до 400 мм в южном Приморье [11]), вследствие усиления действия зимнего муссона, вечная мерзлота отсутствовала.
Вдоль побережья на сухих каменистых склонах произрастала сосна густоцветковая (Pinus densiflora), спорово-пыльцевые спектры содержат до 37 % ее пыльцы в группе древесной растительности (рис. 1). Она является достаточно морозостойкой и способна расти в условиях морских туманов и засоленья почвы морской водой, переносит сильные ветра и на ветродуйных участках принимает причудливые формы кроны. Сосна густоцветковая легко воспламеняется, что явилось одной из причин сокращения ее ареала в историческое время. Наиболее крупные массивы реликтовых лесов из сосны густоцветковой с берёзой Шмидта (Betula schmidtii) и рододендроном Шлиппенбаха (Rhododendron schlippenbahii) сохранились на полуострове Гамова – до 1000 га сосняков и до 5 тыс. га, считая дериваты с «азалией» в верховьях р. Пойма и в верховьях р. Барабашевка [17]. Единичные экземпляры произрастают в окрестностях Владивостока и на о-вах Шкота, Фуругельма. Из других лесообразующих пород на побережье были распространены липа, береза, дуб, небольшая примесь ели и пихты.
Рис. 1. Спорово-пыльцевая диаграмма почвенного разреза острова Рикорда (начало)
Около 18 тыс. лет назад началось постепенное потепление климата. В составе растительности доля хвойных и мелколиственных пород начала снижаться, а доля широколиственных увеличиваться (14С-возраст 16560 ± 120 лет, ЛУ-7564) (рис. 1). Медленный подъем уровня моря привел к затоплению прибрежной суши и образованию островов около 8–10 тыс. лет назад [3].
Рис. 1. Спорово-пыльцевая диаграмма почвенного разреза острова Рикорда (окончание)
В голоцене температурный тренд возрастал, достигнув максимума в оптимум голоцена (около 6000 14С лет назад), когда среднегодовая температура была на 3–5 °С выше современной, количество атмосферных осадков составляло до 1000–1200 мм [9, 10]. На спорово-пыльцевых диаграммах (рис. 2) можно видеть самые высокие показатели суммы пыльцы широколиственных, пик которых приходится на температурный оптимум среднего голоцена в районе 6000 лет (6262 ± 32, D-AMS 011550; 6329 ± 34, D-AMS 011549). Другими индикаторами тепла могут служить высокие значения количества пыльцы граба сердцелистного (Carpinus cordata) (до 18 %) по сравнению с современным (2 %) (рис. 2), что говорит о распространении на островах залива Петра Великого широколиственных дубово-грабовых лесов (о-ва Стенина, Русский [18] и др.), и присутствие пыльцы бука (Fagus sp.) в спорово-пыльцевых спектрах (рис. 2), хоть и единичной, но свидетельствующей о расширении его ареала на север.
Рис. 2. Спорово-пыльцевая диаграмма торфяника острова Стенина (начало)
Рис. 2. Спорово-пыльцевая диаграмма торфяника острова Стенина (окончание)
На о-вах Шкота, Энгельма, Лаврова полидоминантный широколиственный лес состоял из бархата амурского (Phellodendron amurense), липы амурской (Tilia amurensis) с примесью березы плосколистной (Betula platyphylla) и подлеском из лещины маньчжурской (Corylus mandshurica), представителей сем. аралиевых, винограда амурского с папоротниковым покровом (4470 ± 140, ЛУ-7528). На скалистых вершинах островов произрастал смешанный лес из сосны густоцветковой, дуба монгольского (Quercus mongolica), березы плосколистной с участием ели, подлеском из лещины маньчжурской (Corylus mandshurica) и разнотравно-папоротниковым покровом.
На ряде островов хвойно-широколиственный лес из дуба, ясеня, граба, ореха маньчжурского (Juglans mandshurica) с участием сосны густоцветковой и березы покрывал большую их часть (о. Фуругельма).
Кроме того, важным событием среднего голоцена была трансгрессия Японского моря (+ 2–3 м), затопившая прибрежные низменные участки [7, 8], что привело к образованию теплых мелководных заливов и лагун.
В течение среднего голоцена также происходили короткоамплитудные разнонаправленные флуктуации климата. Так, например, перед температурным максимумом могло иметь место небольшое коротковременное похолодание, зафиксированное также при изучении торфяников Нижнего Приамурья [24]. Сумма пыльцы широколиственных и отдельных ее таксонов: дуба, граба, ильма, ореха и т.д. – в спорово-пыльцевых спектрах, соответствующих отложениям данного периода, уменьшается (с 68 до 43 %). Возможно, что среднегодовые температуры все же были выше современных, т.к. сумма пыльцы широколиственных в субфоссильном палиноспектре на 10 % меньше (рис. 2). После максимума среднего голоцена температурный тренд начал снижаться. В это время (4020 ± 110, ЛУ-7127; 3520 ± 90, ЛУ-7562), на склонах островов произрастал липово-широколиственный лес с калопанаксом семилопастным (Kalopanax septemlobus), ясенем, ильмом горным (Ulmus laciniata), грабом сердцелистным, березой даурской (Betula davurica) и другими породами с папоротниково-полынно-разнотравным покровом. На побережье был развит дубово-широколиственный лес с калопанаксом, березой, липой и другими породами с папоротниково-полынно-разнотравным покровом. Снижение среднегодовых температур на 1,5–2,0 °С ниже современных на границе атлантик – суббореал [11] сопровождалось регрессией Японского моря (до 3–4 м [5]), что привело к осушению части лагун и усилению эрозии в устьях рек. На прибрежных низменностях начали накапливаться торфяники мощностью до 2–4 м.
Снижение температуры продолжалось и в начале позднего голоцена, около 2000 лет назад, достигло своей кульминации. Сумма пыльцы широколиственных (дуба, ореха, ильма, лещины и др.) в спорово-пыльцевых спектрах падает, пыльца клена исчезает, в составе лесной растительности островов увеличивается роль мелколиственных пород, в том числе появляется береза кустарниковая (Betula fruticosa) (1640 ± 90, ЛУ-7563) (о-ва Рикорда, Попова). На побережье видовой состав дубняков становится более бедным, возможно в древостое присутствовала сосна густоцветковая, о чем свидетельствует высокий процент содержания ее пыльцы в спорово-пыльцевых спектрах (о. Рикорда). На о. Путятина были развиты полынно-разнотравно-папоротниковые сообщества, в лесных фитоценозах преобладала береза плосколистная с примесью кустарниковой и даурской, дуба монгольского, липы амурской, ольхи волосистой (Alnus hirsuta) и других пород.
На ряде островов развивается хвойно-широколиственный лес: на о. Наумова он состоял из сосны густоцветковой и липы амурской с участием березы, пихты, можжевельника, хвойника односемянного (Ephedra monosperma), тиса остроконечного, лещины разнолистной (Corylus heterophylla), калопанакса семилопастного с папоротниково-травяным покровом.
Это же кратковременное похолодание около 1920–1820 14С л.н. было зафиксировано при изучении торфяника в бухте Кит (Восточное Приморье) [21] и в зал. Ольга (2,2–,8 14С л.н.), когда уровень моря был ниже современного на 0,8–1,2 м [10].
Характерной чертой начала позднего голоцена является усиление фронтально-циклонической деятельности, что фиксируется в увеличении суммы заносной пыльцы, особенно хвойных пород. Далее опять температурный тренд устремляется вверх, среднегодовая температура, возможно, была даже немного выше современной (сумма пыльцы широколиственных и особенно дуба возрастает). Кратковременное потепление в первой половине позднего голоцена привело к распространению дубово-широколиственных лесов на островах залива Петра Великого.
В середине позднего голоцена, около 1,2 тыс. лет назад, наступает еще один пик кратковременного похолодания, хорошо проявившийся в высоких широтах [2] и зафиксированный в разрезе торфяника бух. Кит (юго-восточное побережье Приморского края) по значительному сокращению широколиственных пород и увеличению доли кедра корейского [21]. На спорово-пыльцевых диаграммах, полученных для островов залива Петра Великого, он определяется по сокращению пыльцы широколиственных, особенно дуба.
Кратковременное потепление малого оптимума голоцена (VIII–XIII вв.) проявилось в увеличении пыльцы широколиственных в составе спорово-пыльцевых спектров: дуба, ясеня, липы, ильма, лещины, калины, аралиевых, лимонника. Распространение получили широколиственные леса с преобладанием дуба и большим участием граба. Увеличение участия широколиственных пород в лесной растительности в этот период фиксируется и в бух. Кит [21].
После малого оптимума голоцена температура снова начинает понижаться и достигает своего минимума в малый ледниковый период (XII–XIX вв.). По оценкам Т. Yamamoto [25, 26], температура и лета, и зимы была на 1–2 °С ниже, чем в настоящее время. Летние сезоны были более дождливыми. Эти изменения были связаны с ослаблением субтропического тихоокеанского антициклона и смещением климатических зон к югу. Число широколиственных пород в этот период уменьшается (до 29 %): пыльцы дуба – 18 %, отсутствует пыльца ореха, граба и др. Происходит некоторое остепнение прибрежных ландшафтов и развитие мелколиственных лесов. На восточном побережье, подверженном действию сильных ветров, расширялись площади кустарниково-полынно-разнотравных сообществ. На о. Русском в это время широко распространялись ольховники, снижалась роль широколиственных лесов с преобладанием дуба [18].
В XX в. наблюдалось повышение среднегодовой температуры, что выразилось в увеличении численности широколиственных пород (особенно дуба монгольского, граба сердцелистного в составе растительности всех островов. Тенденция сокращения хвойных и увеличения широколиственных пород в составе лесной растительности побережья Приморского края началась приблизительно (720 ± 150) (МГУ-759) л.н. [12].
Антропогенное влияние отражается в послепожарных сукцессиях: так на о. Путятина развиты вторичные дубняки паркового типа, на других островах расширяются площади занятые мелколиственными породами, гмелинополынниками, леспедечниками и лугово-кустарниковыми сообществами (о-ва Фуругельма, Энгельма и др.). На некоторых таких участках наблюдается поросль древесной растительности, свидетельствующая о благонадежном восстановлении леса.
Заключение
Послойное изучение отложений позднего плейстоцена и голоцена и их корреляция на основе радиоуглеродного датирования привели к выводу о быстрой реакции природной среды островов залива Петра Великого на небольшие и непродолжительные флуктуации климата. Эта реакция проявлялась в изменении структуры растительности, степени заболоченности прибрежных равнин, характере их залесенности.
Потепление в начале раннего голоцена, которое продолжалось и во второй половине раннего и в начале среднего голоцена, привело к возникновению здесь формаций широколиственных лесов. Похолодание в конце среднего голоцена привело к увеличению роли мелколиственных пород в составе лесной растительности. В позднем голоцене на ряде островов развиваются хвойно-широколиственные леса. В первой половине позднего голоцена происходит кратковременное потепление (малый оптимум голоцена), в составе растительного покрова распространяются дубово-широколиственные леса. Начавшееся после этого существенное понижение температуры, достигшее экстремальных значений в малый ледниковый период, способствовало увеличению луговых сообществ в прибрежных ландшафтах и развитию мелколиственных лесов. Наблюдаемое в XX в. стабильное потепление и значительное антропогенное влияние привели к сведению хвойных ассоциаций, распространению широколиственных лесов, послепожарных сукцессий и лугово-кустарниковых сообществ.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (проект 15-05-01419).