Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Обобщение результатов проекта, полученных в 2022 году Проект направлен на исследование гидрологических, климатических, геоморфологических, гляциологических факторов формирования хвалынских трансгрессивных стадий Каспийского моря в эпоху позднеледниковья (ранний дриас - начало голоцена: 17-10 тыс. л.н.). Научная актуальность темы связана с тем, что физические механизмы (климатические или иные), которые могли стать причиной экстраординарного подъема уровня моря (до 80 м выше современного), до сего времени не установлены. Исследования ведутся научным коллективом ведущих специалистов в предметной области проекта из Института водных проблем РАН, Института географии РАН, Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН по трем основным направлениям: палеогидрологическому, палеоклиматическому и палеогеографическому. По каждому из направлений в 2022 году получены следующие результаты. Палеогидрологическое направление 1. Проведены численные эксперименты с гидрологической моделью ECOMAG, на «вход» которой задавались данные палеоклимата, рассчитанные по глобальной модели MPI-ESM-CR с учетом изменчивости растительного покрова и внутригодового хода температуры воздуха и осадков. Сток Волги и ее притоков оценен для 6-ти периодов палеовремени: после последнего ледникового максимума (ПЛМ) 18-17.1 тыс. л.н., раннего дриаса 17-14.8 тыс. л.н., беллинга 14.7-14.1 тыс. л.н., аллереда 14-12.8 тыс. л.н., позднего дриаса 12.7-11.8 тыс. л.н. и пребореала 11.7-10.7 тыс. л.н., т.е. периодов, охватывающих эпохи формирования раннехвалынской (17-13 тыс. л.н. и позднехвалынской (13-10 тыс. л.н.) трансгрессивных стадий Каспия. 2. Показано, что климат бассейна Волги в период после максимума последнего оледенения до окончания раннего дриаса характеризовался низкой температурой воздуха (на 11-13ОС ниже современной климатической нормы) и пониженными осадками (66-75% от современной нормы). При этом, согласно расчетам, климатическая норма годового стока Волги в период раннего дриаса могла доходить до 360 км3, что почти на 40% выше современной нормы стока. Основные факторы повышенного речного стока – снижение испарения с палеоводосбора Волги, компенсирующее уменьшение осадков, а также распространение на водосборе многолетнемерзлых пород, снижающих потери стока на впитывание в почвогрунты. Если предположить, что доля стока Волги в общем притоке речных вод в Каспий в рассматриваемый период палеовремени была близка к современной (80%), то общий приток мог доходить в этот период до 450 км3. 3. Численные эксперименты подтвердили гипотезу о возможности экстраординарно высокого притока воды в Каспий с водосбора Волги вследствие сохранения на водосборе в эпоху позднеледнековья многолетнемерзлых пород. Как было показано в ходе выполнения проекта ранее, рассчитанный приток речных вод 450 км3 в год при пониженном, в сравнении с современным, эффективном испарении с акватории моря в холодном климате раннего дриаса достаточен для поддержания уровня моря на отметке +50 м – предполагаемом уровне раннехвалынской трансгрессивной стадии Каспия. 4. Подтверждена гипотеза об образовании древних речных излучин, сохранившихся в бассейне Волги, вследствие прохождения экстремально высоких руслоформирующих расходов в русле древней Волги. Показано, что в климатических условиях раннего дриаса, при сохранении многолетнемерзлых пород на водосборе и преобладании среди ландшафтов перигляциальной тундры, климатическая норма руслоформирующего расхода воды (норма максимального годового стока Волги) могла быть в 3 раза выше аналогичной нормы при современном климате. 5. Режим уровня Каспия чувствителен даже к относительно небольшим изменениям зависимости испарения с акватории и суммарного (речной сток плюс осадки на акваторию) притока в море. В зависимости от этих изменений, вызываемых климатическим влиянием, плотность распределения вероятности уровня моря может иметь одно- и бимодальный характер. При этом в обоих случаях действие положительной обратной связи, формируемой нелинейной зависимостью испарения с мелководий Каспия, сохраняется, что проявляется в увеличении размаха колебаний уровня Каспия. Палеоклиматическое направление 1. Оценены равновесные величины компонент водного баланса Каспийского моря (средних по акватории испарения и осадков, притока речных вод) в периоды его регрессивных и трансгрессивных состояний в диапазоне колебания уровня моря от -90 до +50 м.н.у.м. Оценки получены по результатам численных экспериментов с помощью комплекса моделей, объединяющего модель общей циркуляции моря INMIO COMPASS и модель динамики льда CICE, а также климатическую модель ИВМ РАН INMCM4.8 для задания атмосферного форсинга при разных климатических условиях. Проведены три серии численных экспериментов: для климата последнего ледникового максимума (ПЛМ; 25-19 тыс.л.н.), климата оптимума голоцена (7-5 тыс.л.н.)и климата доиндустриальных условий (1750-1850 гг). 2. При рассматриваемых климатических условиях повышение уровня моря от современных отметок до отметок порядка +50 метров приводит к уменьшению равновесного значения среднего по акватории испарения, что связано с особенностями морфологии Каспия: граница водоема смещается преимущественно в северном направлении, где ниже температуры и дольше период покрытости льдом. Средние по площади акватории осадки, наоборот, несколько растут, но этот рост не компенсирует уменьшение испарения, поэтому средние значения эффективного (видимого) испарения для всей акватории Каспийского моря при повышении его уровня снижаются. 3. При рассматриваемых климатических условиях повышение уровня моря сопровождается ростом речного притока воды в Каспий. Равновесный речной сток при уровне моря порядка +50 м (уровень раннехвалынской трансгрессивной стадии Каспия) составляет 414 км3/год в климатических условиях ПЛМ, 485 км3/год в период оптимума голоцена и 509 км3/год в условиях доиндустриального климата. Таким образом, с учетом неопределенности климатических условий при максимальном повышении уровня Каспия в эпоху ранней Хвалыни возможные значения равновесного речного притока можно принять в диапазоне 410-510 км3/год. Равновесный речной приток при уровне моря, соответствующем позднехвалынской трансгрессивной стадии (около 0 м) оценивается в диапазоне 350-440 км3/год. Палеогеографическое направление 1. В бассейне Волги получен (путем бурения) материал для датирования 7 малых палеорусел, формирование которых произошло сразу после окончания эпохи высокого стока в позднеледниковье. Получены керны отложений двух больших палеорусел в долинах верхней Камы и Самары с возрастом до 15-16 тысяч лет для целей количественной оценки палеоклимата позднеледниковья методом палеофлористического анализа. Получено более 30 новых радиоуглеродных дат по аллювию больших палеорусел. 2. Выполнен синтез всех данных абсолютного датирования по большим палеоруслам (около 100 дат) и выделено 57 дат, пригодных для статистического анализа времени активности палеорусел. Анализ проведен по трем группам дат – прямые даты активности (даты по русловому аллювию), пред-даты и пост-даты. В результате получено, что этап формирования больших палеорусел и соответствующая ему эпоха высокого речного стока в бассейне Волги относятся к интервалу времени с 17.3 до 13.8 тысяч лет назад, т.е. совпадает с периодом формирования раннехвалынской трансгрессивной стадии Каспия

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Обоснована гипотеза, предполагающая, что формирование ранней (максимальной) стадии Хвалынской трансгрессии Каспийского моря было обусловлено климатическими условиями позднеледниковья и распространением на водосборной площади моря многолетнемерзлых пород, в отсутствие влияния ледникового стока. При априорной формулировке гипотезы мы опирались на следующие полученные ранее, в т.ч. в рамках первого этапа выпонения проекта, результаты: а) Наиболее современные и надежные датировки методом оптически-стимулированной люминесценции максимального подтвержденного уровня раннехвалынской трансгрессии Каспия, которые показали, что уровень моря значительно превышал +10 м Б.С. (вероятно, до +22 ÷ +35 м Б.С. ) в период 17-13 тыс. л.н. (Kurbanov et al., 2022; Курбанов и др. 2023; Бутузова и др., 2022; Таратунина и др., 2022). Это самый высокий датированный подъем уровня моря в четвертичной истории Каспийского моря, поскольку ни в одном геохронологическом исследовании до сих пор не датирован максимальный предполагаемый уровень раннехвалынской трансгрессии (+48÷+50 м). б) Результаты полученных в рамках проекта (Панин и др., 2020, 2021; Борисова и др., 2021) исследований, в которых доказан незначительный вклад стока талых вод Скандинавского ледникового щита и вследствие межбассейнового перетока из подпрудных ледниковых озер в трансгрессию Каспия в период 17-13 тыс. л.н. в) Доказательства, полученные в рамках проекта (Сидорчук и др., 2021) и ранее (Сидорчук и др., 2009; Панин и др., 2017; Панин, Матлахова, 2015), присутствия на водосборе Каспийского моря крупных речных палеорусел, возраст которых оценивается в интервале 18-13 тыс. л.н. и которые расположены в различных частях бассейна Волги, в том числе полностью изолированных не только от последнего, но и от более ранних четвертичных оледенений. Проверка сформулированной гипотезы состояла в нахождении независимых (палеоклиматических, палеогеографических и гидрологических) доказательств физической осуществимости сценариев, которые могли привести к повышению уровня Каспия выше +10 м Б.С. в криоаридном климате периода дегляциации 17-13 тыс. л.н. и в отсутствие видимого воздействия талых ледниковых вод. Мы получили следующие новые результаты: 1. Используя модель общей циркуляции океана и морского льда INMIO COMPASS – CICE и данные палеоклиматических реконструкций с помощью модели климата INMCM4.8, задаваемых в соответствии с протоколами моделирования PMIP4 и CMIP6, мы оценили равновесный приток воды (независимо от его происхождения) к Каспий, который мог быть достаточным для поддержания рассматриваемого уровня моря при моделируемом эффективном испарении со всей площади акватории моря. Мы показали, что средний равновесный сток в Каспийское море для его самого высокого датированного трансгрессивного состояния на уровне +35 м Б.С. (17-13 тыс. лет назад) должен находиться в пределах 400-470 км3/год. Поскольку вклад стока реки Волги в общий речной сток в этот период был близок к современному (около 80%), мы оценили на основе палеоклиматических расчетов средний равновесный речной сток с водосбора палео-Волги в диапазоне 320-375 км3/год, т. е. на 30-50% выше современного. 2. Проведенное нами масштабное 14С-датирование крупных палеорусел, расположенных в долинах 18-ти рек бассейна Волги, позволило сузить полученные ранее временные рамки эпохи повышенного речного стока до 17,5-14 тыс. л.н. и отнести оценку стока Волги, рассчитанную нами ранее по размерам палеорусел (420 км3/год; Сидорчук и др., 2021), к этой эпохе. Иными словами, уточненный нами период формирования палерусел почти совпал с упомянутыми выше современными датировками максимальной фазы раннехвалынской трансгрессии (17-13 тыс. л.н.). Важно отметить, что оценка стока, сформировавшего палеорусла (420 км3/год), близка, с учетом неопределенности оценки, к приведенной выше максимальной оценки равновесного стока (375 км3/год). То есть речной сток, проходящий по древним палеоруслам, мог поддерживать уровень Каспия +10 м и выше в климатических условиях рассматриваемой эпохи. Совпадение датировок палеорусел с датировками максимального уровня трансгрессии, а также совпадение независимых оценок масштабов притока воды в Каспий, дало нам основания утверждать, что в течение нескольких тысячелетий 17.5-14 тыс. л.н. с водосбора палео-Волги поступал огромный приток воды, поддерживавший уровень Каспийского моря на максимальных датированных отметках раннехвалынской трансгрессии и сформировавший гигантские палеорусла, датированные тем же периодом. 3. С помощью гидрологической модели и данных моделирования палеоклимата мы проанализировали физически осуществимые механизмы формирования необычайно высокого притока воды в Каспийское море в условиях более холодного и сухого климата, чем современный (в эпоху раннего дриаса, 17-14.8 тыс. л.н., температура воздуха была на 11°С холоднее, а осадков выпадало на четверть меньше, чем в современном климате). Численные эксперименты с гидрологической моделью, учитывающей также изменения растительного покрова на водосборе древнего Каспия, показали, что климатическая норма годового стока палео-Волги в период раннего дриаса могла достигать 360 км3, что почти на 40% превышает современный сток, а норма максимального годового расхода воды достигала 100 000 м3/с, т.е. в 3 раза выше современного. Показано, что огромный речной сток в рассматриваемых климатических условиях мог сформироваться только вследствие распространения на водосборе многолетнемерзлых пород, которое подтверждено результатами палеофлористического анализа, полученными нами в 2023 году. Как показали численные эксперименты, наличие мерзлоты привело к резкому снижению инфильтрации в мерзлые грунты и уменьшению испарения с древнего водосбора Волги, что в совокупности компенсировало уменьшение количества осадков. Экстраординарный рост руслоформирующего максимального стока в раннем дриасе привел к образованию гигантских русел на древнем водосборе Волги. Таким образом, в рамках проекта получены независимые – палеоклиматические, палеогеографические и гидрологические подтверждения выдвинутой гипотезы о том, что ранняя (максимальная) стадия Хвалынской трансгрессии Каспийского моря могла быть сформирована исключительно гидроклиматическими факторами в период дегляциации 17-13 тыс. л.н. в отсутствие видимого вклада талой ледниковых вод, при этом приток воды с водосбора древней Волги в условиях сплошного распространения на водосборе многолетнемерзлых пород оценен (в зависимости от метода оценки) в диапазоне 360-420 км3/год, что достаточно для поддержания равновесного уровня моря на доказанных максимальных отметках ранней Хвалынской трансгрессии. Ссылки на информационные ресурсы, посвященные результатам проекта https://www.rscf.ru/news/earth-sciences/prichiny-ekstremalno-vysokogo-urovnya-kaspiya/ https://www.minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/51742/