Большую часть территории равнин и низменностей Нижнего Приамурья (Хабаровский край) занимают болота. Это связано с природно-климатическими условиями региона. Специалисты Института водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН (ИВЭП ДВО РАН) исследуют торфяные залежи болотных массивов с целью изучения палеоклиматических изменений, проявлявшихся на данной территории для различных этапов голоцена. Полученные данные планируется использовать при создании прогнозов и построения гипотез изменения климата, как для территорий Дальневосточного Федерального округа в частности, так и на планете в целом. Наряду с этим в исследованиях последнего десятилетия установили, какие сдвиги лесорастительных условий происходили на территории Нижнего Приамурья. В частности, смены похолоданий и потеплений в голоцене приводили не только к сменам одних растительных группировок другими, но и к смещению в наиболее теплые периоды голоцена с юга на север широколиственных дубняков. Часть данных для исследований ИВЭП ДВО РАН получает на ускорительном масс-спектрометре ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-Новосибирский научный центр» (ЦКП УМС НГУ-ННЦ). ЦКП создан НГУ совместно с Институтом археологии и этнографии СО РАН, Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН) и Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Результаты опубликованыexternal link, opens in a new tab в журнале Earth and environmental science.
На территории Нижнего Приамурья количество выпадающих осадков существенно превышают их испаряемость, что приводит к повышенной заболоченности. Очаги заболачивания стали возникать в долине реки Амур более 10 000 лет назад, еще в начальную фазу голоцена. Об этом свидетельствуют радиоактивные датировки, накопленные практически для всех низменностей, расположенных в регионе: Среднеамурской, Удыль-Кизинской, Амуро-амгуньской, Эворонской, Чукчагирской и Нимеленской. По мере разрастания локальные торфяники приближались друг к другу, сформировав к началу бореального периода (начальная фаза голоцена) болотные массивы весьма внушительных размеров – от десятков до сотен гектар. При этом, скорость образования и состав торфяных залежей для разных периодов голоцена различается в зависимости от складывающихся гидротермических параметров.
Размещение болотных массивов на аллювиальной равнине рек Тугур и Нимелен в месте их взаимного перехвата при максимальных паводкахВ. ЧаковПо мнению заведующего лабораторией ресурсов болот и леса ИВЭП ДФО РАН кандидата биологических наук Владимира Чакова, бореальный период голоцена в регионе был более сухим и теплым.
«Об этом свидетельствует относительно небольшой по мощности плотный торф сильной степени разложения, характерный как для южных районов Приамурья, так и для его северных окраин. Иная картина наблюдается в торфяных залежах, сформированных во влажных и теплых условиях атлантического периода голоцена на той же территории. А вот суббореальный и субатлантический периоды голоцена, знаменующие собой заключительный этап болотообразовательных процессов в Нижнем Приамурье и южном Охотоморье, протекали при таких же повышенных параметрах климатической увлажненности климата, как и в атлантическом периоде, но в менее теплых условиях», – объясняет специалист.
Одна из задач ученых при изучении торфа – отработка методики составления палеогеографических характеристик регионов, которые также сильно подвержены процессам заболачивания, как и Нижнее Приамурье.
«Изучение последовательного залегания слоев торфа с наложением на его структуру данных о составе пыльцы и спор ископаемых растений (палинологический анализ), а также данных, диатомового анализа, позволяет достаточно точно составлять палеогеографические характеристики регионов, подверженных процессам заболачивания на примере Нижнего Приамурья, – добавляет Владимир Чаков. – Также мы можем говорить о динамике климатических условий в голоцене и о том, как они влияли на экологическую обстановку в регионе. Так, смены похолоданий и потеплений приводили не только к сменам одних растительных группировок другими, но и возвратно-поступательным сдвигам, с севера на юг, лесорастительных условий. Например, в теплые периоды широколиственные дубняки достигали южного побережья Охотского моря, а в настоящее время здесь встречаются только рефугиумы (области, где вид переживает неблагоприятный период) дубняков кустарниковой формы. Также встречаются противоположные явления, когда в областях распространения кедрово-широколиственной зоны появляются заросли низкорослой лиственницы. На основе таких данных мы можем говорить об общих тенденциях в изменении климата, а именно о признаках временного потепления на планете, нежели о каком-то необратимом процессе глобального потепления, вызванного, например, промышленным развитием современного человечества».
Объект исследования ученых – торфяные болотные массивы с мощными залежами растительных веществ. Чтобы изучать процесс формирования торфяных залежей, имеющих сложное построение стратиграфии (последовательность слоев), необходимо проводить исследование их послойной структуры и хронографических параметров. Послойный отбор проб торфа осуществляется специальными бурами или путем зачистки обнажений.
«Когда весовые параметры проб не ограничены, для получения возрастных характеристик этапов болотообразования мы обращаемся за помощью к специалистам радиологических лабораторий: в Институт географии РАН (г. Москва) или Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), – добавляет Владимир Чаков. – Но в условиях, когда послойный отбор проб крайне затруднителен, когда подчас для сбора органического вещества всего в 10-15 г требуется несколько часов, мы обращаемся к методу ускорительной масс-спектрометрии. УМС является уникальным методом для получения достоверных датировок возраста проявления различных природных процессов на основе минимальных объемов органического вещества (торфа)».
Всего в мире насчитывается около 140 ускорительных масс-спектрометров, в России два УМС и оба они находятся в новосибирском Академгородке. Установки входят в исследовательскую инфраструктуру ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-Новосибирский научный центр» (ЦКП УМС НГУ-ННЦ).
Так выглядят гуминовые кислоты, выделенные из торфаЕ.Пархомчук«Торф – это многокомпонентный материал, который может содержать вещества с различным возрастом. Нам были предоставлены 4 образца торфа, из трех из них мы смогли выделить и очистить целлюлозу и из двух – гуминовую кислоту, поэтому мы определяли возраст не торфа в целом, а именно этих выделенных веществ, – рассказывает директор ЦКП УМС НГУ-ННЦ кандидат химических наук Екатерина Пархомчук. – Каждое вещество выделяется по своей методике, например целлюлоза (высокомолекулярный биологический полимер) выделяется путем первичной экстракционной очистки от жировых примесей (которые могут оставлять насекомые и другие подвижные организмы), последующей кислотно-щелочной очистки от карбонатов и гуминовой кислоты и заключительной процедуры отбеливания, которая заключается в каталитическом окислении нежелательных низкомолекулярных органических примесей (которые более подвижны, чем целлюлоза, например из древесных или растительных соков, микроорганизмов, животных и т.д.) пероксидом водорода или хлоритом натрия. Затем любое выделенное вещество сушится и подвергается процедуре зауглероживания, в результате которой углерод из целлюлозы или гуминовой кислоты переходит в элементарный чистый углерод».
После этапа пробоподготовки и зауглероживания из графита формируется мишень, или катод для УМС, и проводится определение концентрации 14С в ней.
«Радиоуглеродный возраст определяется для всех веществ одинаково – по закону радиоактивного распада радиоуглерода из отношения концентрации 14С в образце к таковой в стандартном веществе с известной концентрацией 14С с учетом фонового значения (например, внесенного в результате пробоподготовки) и изотопного фракционирования. Последнее определяется из концентрации 13С в образце относительно других стандартов на более традиционном и распространенном изотопном масс-спектрометре, – объясняет Екатерина Пархомчук. – Радиоуглеродный возраст затем пересчитывается в календарную дату образования вещества с помощью общедоступной программы, которая содержит в себе несколько калибровок в зависимости от места расположения находки. Мы выдаем результат в виде радиоуглеродного и календарного возраста всех веществ, которые смогли выделить из полученного материала. Далее коллеги, знающие об образцах все или почти все, вольны интерпретировать результаты по своему усмотрению. С точки зрения эксперимента нам лучше оставаться в стороне от исследования и сохранять непредвзятое отношение. Наша главная задача – обеспечить чистоту проб, корректность, достоверность и достаточную точность анализа и, в случае любых сомнений, провести повторные измерения или повторные процедуры пробоподготовки».
Калибровка радиационного возраста в календарный. Образец GV 02634 (целлюлоза, выделенная из торфа) интервал 93,8% составляет 864-1023 лет ADЕ.Пархомчук