Уровень воды в древнем Каспии был на десятки метров выше современного из-за изменений палеоклимата

Исследователи доказали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18–13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями 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.

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% 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.

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% 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.