Уровень воды в древнем Каспии был на десятки метров выше современного из-за изменений палеоклимата
Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим.
Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в одном из ведущих европейских журналов Hydrology and Earth System Sciences.
Каспийское море — крупнейший в мире водоем, напрямую не сообщающийся с океаном. Исследования указывают на то, что уровень Каспийского моря за всю историю его существования сильно менялся: разница между минимальным и максимальным значениями достигала более 100 метров. Самое известное и масштабное повышение уровня моря — Хвалынская трансгрессия — произошло в период 18-13 тысяч лет назад. В течение этого времени уровень Каспийского моря держался более чем на 50 метров выше современного. Ученые выдвигали немало гипотез, объясняющих причины Хвалынской трансгрессии.
Большинство из них сводилось к поиску ответа на вопрос: каков источник огромного притока воды, необходимого для столь высокого подъема древнего моря в холодном и сравнительно сухом климате того времени? Многие ученые объясняли это явление дополнительным притоком воды в Каспий, который возник, во-первых, в результате таяния гигантского Скандинавского ледника, а во-вторых, из ледниковых озер с реками, которые сейчас не впадают в Каспий. Еще одним подтверждением огромной водности древних рек бассейна Каспийского моря стали найденные на Русской равнине следы когда-то существовавших русел, во много раз превышающих по размерам современные реки.
Расположение древних палеорусел в долинах современных рек. Иллюстрация: Вадим Украинцев.
Научный коллектив, объединяющий гидрологов из Института водных проблем РАН (Москва), геоморфологов, палеогеографов, климатологов и океанологов из Института географии РАН (Москва), Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН (Москва), поставил амбициозную задачу: найти с помощью современных методов моделирования и палеогеографического анализа наиболее вероятные причины формирования Хвалынской трансгрессии Каспия.
Работа велась по нескольким направлениям. Группа климатологов и океанологов с помощью современных численных моделей общей циркуляции атмосферы и океана исследовала климатические условия разных периодов существования Каспия, его водный и тепловой режимы с учетом динамики ледового покрова. Ученые показали, что уровень моря, характерный для периода Хвалынской трансгрессии, мог поддерживаться, если приток воды в Каспий был на 30–50 процентов выше современного с учетом незначительного испарения с поверхности моря.
Группа палеогеографов и геоморфологов изучила следы древних русел рек на Русской равнине, которые несли свои воды в Каспий. Отобрав сотни образцов грунта и исследовав их на современном аналитическом оборудовании, ученые показали, что возраст этих русел составляет 17,5–14 тысяч лет, то есть совпадает с периодом Хвалынской трансгрессии. Рассчитанный объем водного стока, поступавшего в Каспийское море по этим огромным руслам, также оказался близок к оценкам, полученным при моделировании.
Бурение палеорусел. Иллюстрация: Вадим Украинцев.
Третья группа исследователей — гидрологическая — с помощью численной модели воспроизвела процессы, которые могли привести к формированию столь масштабного притока воды в море в исследуемый период. Ученые показали, что основной причиной стало повсеместное распространение многолетней мерзлоты, которая препятствовала впитыванию воды в почву и испарению. В этих условиях даже пониженные по сравнению с современными атмосферные осадки могли сформировать речной сток на 40 процентов больше современного.
«Выполненные модельные расчеты и результаты палеогеографического анализа подтвердили гипотезу о том, что подъем уровня древнего Каспия на десятки метров выше современного мог произойти в холодном и сравнительно сухом климате 18-13 тысяч лет назад, когда вклад талых ледниковых вод либо уже отсутствовал, поскольку ледник растаял, либо был незначимым. Независимые оценки, полученные тремя группами исполнителей проекта, дали сходные величины: приток воды в Каспий был до полутора раз больше современного, что обеспечивало поддержание столь высокого уровня моря при небольшом испарении с его поверхности. Такой приток в отсутствие ледникового стока объясняется распространением на Русской равнине многолетнемерзлых пород», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Гельфан, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института водных проблем РАН.
В дальнейшем авторы планируют продолжить исследования по реконструкции масштабных подъемов и падений уровня Каспийского моря в другие эпохи как отражения изменений климата.