Сценарии причин резких изменений растительности в Сибири в конце плейстоцена
1) Климaтические сценарии
- Резкое потепление/увлажнение или, наоборот, резкое высыхание в течение перехода (включая события типа Молодого Драйаса): изменение температур и гидрологического режима → смена растительных сообществ. Привычные индикаторы: широтные сдвиги древесного пояса, появление/исчезновение холодолюбивых таксонов.
- Таяние вечномерзлых почв и изменение агрономии почв (перезарядка, дренаж) → смена сортоформ и колонизация молодых почв.
- Изменение режима пожаров вследствие климатических изменений (сухие периоды дают больше огня) → редукция древесности и продвижение степных/тундровых сообществ.
- Последовательности связанных катастроф (вулканизм, изменения уровня моря/ледниковые события) как триггеры больших локальных изменений.
2) Антропогенные сценарии
- Прямая экспансия людей: охота на мегафауну → снижение плотности крупных травоядных (эффект «трофического каскада») и как следствие изменение растительности.
- Использование огня человеком (подсечно-огневое рубление, поддержание пастбищ) → локальные и кумулятивные пожары, способствующие распространению травянистых сообществ.
- Транзитные и постоянные поселения, сельскохозяйственные/пастушеские практики → локальная деградация почв, инвазивные виды, изменение структуры ландшафта.
- Синергия: люди использовали возможности, созданные климатическим стрессом, и/или усиливали уязвимость экосистем (комбинация антропогенного и климатического).
3) Комбинированные и альтернативные сценарии
- Первичный климатический стресс → снижение устойчивости растительности → малые человеческие воздействия (пожоги, охота) приводят к быстрому переходу экосистемы.
- Падение мегафаун (от климата или людей) → снижение травоядной биомассы → изменение режимов травостоев и распространения деревьев/кустарников.
- Локальные геоморфологические изменения (реки, дренаж) либо эпидемии растений/полезных микробов.
Методы и признаки, позволяющие различить климатические и антропогенные воздействия
A. Принцип: мультипрокси + хронологическая синхронизация (товарищи: датировка → сопоставление времени изменений в разных прокси и локалях).
B. Ключевые прокси и что они показывают
- Пыльцевый профиль:
- Изменение относительных долей древесных/травянистых таксонов; расчёт скорости смены через накопительные показатели (pollen accumulation rate, PAR).
- PAR: $\text{PAR}=C\cdot S$, где $C$ — концентрация пыльцы (гран/см${}^3$), $S$ — скорость накопления осадка (см/год).
- Резкие локальные сдвиги, сопровождающиеся плотными летописями пожаров/артефактами, можуть указывать на антропогенный фактор.
- Микро- и макро-уголь (charcoal):
- Интенсивность и размерная структура: мелкие частицы (региональные) vs крупные крупицы/обломки древесного угля (локальные очаги). Совпадение пиковой активности угля с археологическими находками тащит в пользу антропогенного огня.
- Копрофильные споры (Sporormiella и др.):
- Падение копрофильных спор → снижение плотности крупных травоядных (мегафауны). Если это предшествует вегетативной смене — версия с ролью травоядных более вероятна.
- sedaDNA (осадочная ДНК) растений и животных:
- Резкие исчезновения ДНК мегафауны/появления человеческой/домашней ДНК — прямая подпись антропогении. Появление или усиление свидетельств человеческой ДНК/патогенов — подтверждение присутствия человека.
- Изотопы и биомаркеры:
- ${\delta }^{13}\text{C}$, ${\delta }^{15}\text{N}$ в почвах/торфе: смена растительных функциональных типов (C3 vs C4), изменение пищевых сетей, пожары — полное клим.-антропо различение при комбинировании.
- Липидные биомаркеры (n‑алканы) и их $\delta D$ — изменения гидрологического режима.
- Показатели загрязнения (PAH, металлы) могут указывать на антропогенные пожары/деятельность.
- Климатические прокси независимые от человека:
- Хирономиды, индикация температуры воды; океанические/ледниковые изотопы; озёрная минералогия — для реконструкции регионального климата.
C. Хронологический и пространственный анализ
- Синхронность: если вектор изменений в разных регионах синхронен и совпадает с климатическими proxy → вероятно климат. Если изменения локализованы вокруг археологических центров → вероятно антропогенный.
- Лаги: например, снижение Sporormiella (мегахербиворов) перед растительным сдвигом указывает на роль животных; чарбоуства, совпадающие с началом поселений — роль людей.
- Масштаб: климат обычно даёт широкозональные согласованные изменения; антропоген — более локальные/точечные, но может распространяться через культурные сети.
D. Статистические и модельные подходы
- Квантификация: трансфер-функции для температур/осадков по пыльце; оценка трендов и скоростей смены.
- Причинный анализ: кросс-корреляция/анализ лагов, Granger‑тесты, convergent cross mapping (CCM) для выявления направленности воздействия; структурные уравнения (SEM) для оценки вкладов.
- Байесовские иерархические модели для совместной оценки хронологии и многопроксных данных; сравнение моделей с и без антропогенной составляющей (Bayes factor).
- Моделирование экосистем (динамические модели растительности, DGVM) с экспериментами «с без людей» и «с без мегафауны» для проверки механизмов.
E. Практическая рабочая схема (рекомендуемая)
1. Сбор с многолокационной выборкой (много кернов/озёр по ландшафту).
2. Надёжная радиоуглеродная датировка и построение возрастной модели (Bayesian age‑depth).
3. Мультипрокси: пыльца, PAR, макроугли, Sporormiella, sedaDNA, изотопы, хирономиды.
4. Сопоставление с археологическими данными (датированные стоянки, орудия, скопления углей).
5. Статистический причинный анализ (лаговый и CCM) и модельные эксперименты (модели растительности с/без огня и/или травоядных).
6. Интерпретация с учётом масштабов (локальный vs региональный) и последовательности событий (что было первым).
Ключевые признаки, дающие высокую уверенность в антропогенной роли
- Совпадение пиков древесного угля с археологическими следами и появлением/увеличением человеческой ДНК.
- Локальные и синхронные изменения в растительности, не подтверждённые климатическими прокси.
- Падение Sporormiella предшествует смене растительности (мегафауна в роле вектора изменений).
Ключевые признаки климата
- Региональная синхронность изменений, подтверждённая независимыми климатическими прокси (хирономиды, изотопы).
- Смещение границ таксонов, типичное для температурного/гидрологического изменения.
Кратко: решающими являются мультипрокси, точная хронология и анализ последовательности/масштаба событий плюс моделирование «с/без» антропогенной компоненты — только такая комбинация даёт надёжное различение климатического и антропогенного вкладов.