Зміни клімату та їхнє відображення у ландшафтних регіонах Карпат впродовж останнього тисячоліття

Холявчук Д. І. Зміни клімату та їхнє відображення у ландшафтних регіонах Карпат впродовж останнього тисячоліття : дис. ... доктора географічних наук : 11.00.04 – геоморфологія та палеогеографія. Київ, 2025. 375 с.

Холявчук Д.І. Зміни клімату та їхнє відображення у ландшафтних регіонах Карпат впродовж останнього тисячоліття. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук за спеціальністю 11.00.04 «Геоморфологія та палеогеографія». – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2025.
У результаті аналізу та систематизації опублікованих палеогеографічних досліджень на основі авторського алгоритму комплексного дослідження палеоклімату гір реконструйовано просторово-часовий розподіл зміни клімату Карпат за останнє тисячоліття і визначено типи короткоперіодичних змін палеоклімату гірських ландшафтів з урахуванням чинників регіонального кліматогенезу.
Встановлено, що протягом останнього тисячоліття характеристики палеоклімату Карпат мали чіткі особливості на рівні ландшафтних регіонів гірської країни. Їх вплив знайдено у кліматі сусідніх рівнинних просторів. Як каркас для виявлення просторово-часових змін палеоклімату запропоновано межі ландшафтних регіонів у трьох типах конфігурацій ландшафтів (екотонних, нуклеарних і морфологічних). Визначено, що прояви зміни клімату у регіональних ландшафтних конфігураціях, є наслідками впливу цих структур на перерозподіл теплових потоків і режиму зволоження. Виявлено, що у багатовіковому часовому вимірі переплетення радіаційного, циркуляційного, орографічного та антропогенного чинників призводить до каскадних, синергетичних і дисипативних змін клімату і їхнього відображення у сукцесії та флуктуаціях ландшафтів.
Виконана реконструкція змін палеоклімату протягом останнього тисячоліття в орографічно неоднорідних ландшафтних регіонах Карпат базується на інтегративному аналізі різних рівнів організації ландшафтів, від глобального до регіонального, та їх синергетичних проявів. Ландшафтний регіон інтерпретовано як об’єкт динаміки клімату і як простір, де відображені регіональні зміни клімату і створюються умови для зміни властивостей сусідніх рівнинних екотонів. Запропоновано концепцію кліматотонів. Їх виявлено на основі просторових коливань ізотерм та ізогієт (зі значеннями, оптимальними для біоти ландшафтних регіонів) під дією орокліматогенного впливу.
Палеоклімат Карпат протягом останнього тисячоліття реконструйовано як просторово-часову систему на основі палеогеографічних індикаторів, отриманих з торфовищ, озерних, алювіальних та печерних відкладів, а також дендрохронологічних і архівних документальних записів. Для найбільш об’єктивного відображення палеоклімату застосовано синтез і узгодження палеокліматичних індикаторів з інструментальними кліматичними записами за референтними періодами. Для цього розроблено алгоритм дослідження короткоперіодичних змін палеоклімату гірських регіонів із застосуванням кількісних і якісних палеокліматичних індикаторів. Кількісні реконструкції річних і сезонних температур і кількості атмосферних опадів отримано на основі дендрокліматичних індикаторів та ізотопних аналізів спелеотем і кернів льоду із часовою роздільною здатністю до 10 років. Доведено, що ізотопний вміст печерних відкладів найбільш надійне і перспективне джерело для реконструкції клімату холодного сезону та розрізнення регіональних джерел зволоження. Комплексні палеогеографічні дані за відкладами гірських боліт, озер, алювальних і печерних відкладів використано для реконструкції динаміки рослинності, антропопресії, схилових і гідрологічних процесів, що слугували якісними індикаторами змін ландшафтів і палеоклімату.
У дослідженні вирізнено регіональні паттерни просторово-часового розподілу характеристик сучасного клімату Карпат (1991–2020 рр.) як референтного для виявлення палеокліматичних змін. Регіональний прояв синергетичної взаємодії циркуляційного та орографічного чинників. просторово сягає геоекотонів «широколисті ліси – лісостеп» та «лісостеп – степ» і відображений у конфігурації їх кліматотонів. Значні відмінності у впливі радіаційного чинника, особливо в інтенсивності сонячної радіації, виявлено у просторових паттернах нуклеарних ландшафтних регіонів – біокліматичних поясів. Найбільші варіації такого впливу – до 80% у розподілі поля середньорічних і сезонних температур повітря – встановлені у Східних Карпатах.
Конфігурації морфологічних ландшафтних регіонів Карпат відображені у домінуванні кільцевих форм у кліматичних полях розподілу річних і сезонних температур повітря і атмосферних опадів. Вони зазнають трансформації під депресійним впливом міжгірних улоговин, асиметрії макросхилів відносно адвекції джерел вологи і різних форм та розмірів високогір’їв. Кліматичні особливості міжгірних улоговин стають регіонально значущими у Східних Карпатах. Просторові паттерни біокліматичних поясів узгоджуються із субмеридіональним простяганням і переважанням пасом у Східних Карпатах, зокрема на теренах України.
На основі синтезу результатів 119 опублікованих палеокліматичних реконструкцій, виконаних на території досліджень, підтверджено, що палеоклімат Карпат протягом останнього тисячоліття відповідає загальноєвропейській етапності голоцену. Однак виявлено асинхронність ритму і темпу змін річних температур повітря та кількості атмосферних опадів у ландшафтних регіонах Карпат. Визначено, що для палеоклімату Західних і Східних Карпат характерний атлантико-континентальний тип змін температур повітря, тоді як континентальний тип ходу температур (з настанням голоценового максимуму ~ на 2000 років раніше) притаманний Південним Карпатам. У межах останнього тисячоліття така асинхронність (~100 років) пояснюється просторовими коливаннями домінантних циркуляційних паттернів (атлантичних та середземноморського).
Визначено регіональні прояви клімату Середньовічного теплого (СТП) і Малого льодовикового (МЛП) періодів у Карпатах. У межах СТП виділено відносно вологу початкову (ІХ-ХІ ст.) та суху фази (ХІІ–ХІІІ ст.). Виявлено раніше настання температурного максимуму СТП (приблизно на 1оС вище від температур оптимуму голоцену і відповідає значенням кліматичної норми 1991–2020 рр.) у високогір’ї Південних Карпат, що потребує підтвердження додатковими палеокліматичними реконструкціями. Створено серію карт просторово-часового розподілу середньорічних температур, температур літа і зими та річної кількості атмосферних опадів у Карпатах упродовж Малого льодовикового періоду. На основі них виявлено: і) пересічно на 1оС нижчі середньорічні температури повітря у Карпатах порівняно з сучасною кліматичною нормою; іі) найбільші (досягали 2оС) регіональні відмінності у передгір’ї та суміжних рівнинах у межах кліматотону «лісостеп – степ», менші – у високогірних частинах і найменші – у середньогір’ї; ііі) поступове підвищення температури повітря взимку (на 0,5–1 оС) із найбільшими значеннями на північному і північно-східному макросхилах і влітку (на 0,2–0,4 оС) – із найвищими значеннями у Західних Карпатах. Під час МЛП панування холодного і вологого клімату узгоджувалось з мінімумами сонячної активності та вулканічною діяльністю, ускладнювалось регіональними відмінностями в зволоженні між Західними та Східними/Південними Карпатами через вплив Північнотлантичного та Середземноморського коливання, циркуляційного паттерну Східна Атлантика/Західна Росія і блокуючих антициклонів.
Антропопресія в Карпатах протягом останнього тисячоліття вплинула на зміну біокліматичних умов. Зростаючий антропогенний тиск, що мігрував вгору по схилах, ускладнює виявлення природних сигналів змін клімату у палеогеографічних індикаторах. Сприятливі кліматичні умови під час СТП відображені у залісненні високогірних районів, розвитку сільського господарства і заселенні низькогірних поясів Карпат, що призвело до прискореної ерозії ґрунтів і зміни ландшафтів. Упродовж МЛП виявлено піковий вплив антропресії (XV–XVI і XIX ст.), що сягнув карпатських високогір’їв, супроводжувався масштабним вирубуванням лісів і каскадом інтенсивних антропогенних і природних збурень. З ХІХ ст. поширення основних карпатських деревних порід не відображає кліматотони.
Просторово-часові зміни клімату в геоекотонах Карпат протягом останнього тисячоліття відображають ритміку прояву циркуляційних паттернів на тлі орокліматогенного впливу рельєфу. Найбільші просторові коливання в розподілі кількості річних атмосферних опадів виявлено у зміщенні ізогієти 600 мм (до 100 км на північний схід), що відповідає оптимальному зволоженню лісостепу. Синергетичний вплив орографічних і циркуляційних чинників призвів до асинхронності фаз зволоження у горах порівняно з широтно-зональними ландшафтами. Для клімату прохолодних і дуже прохолодних біокліматичних поясів середньогір’їв характерні найменш виражені односпрямовані тенденції змін термічного режиму і режиму атмосферних опадів. Просторово-часові коливання клімату в передгірних і низькогірних поясах пов’язані з поглибленням континентальності, причому особливо різкі зміни виявлено у Курбурських Карпатах і Карпатському басейні. Динаміка кліматотонів високогірних і передгірних поясів найвразливіша до антропогенно зумовленої зміни клімату.
У кліматі Карпат останнього тисячоліття ідентифіковано цикли сонячної активності з періодичністю 1000, 500 і 100, 10-16 років. Відхилення або маскування цих циклів пояснюються впливом регіональних циркуляційних паттернів (Атлантичне багаторічне коливання (АБК) і Північноатлантичне коливання (ПАК)), трансформованих над горами. Циркуляційне походження 200–250-річного циклу клімату підтверджується його найбільш виразним проявом у низькогір’ях і середньогір’ях Західних, Східних та Південно-Західних Карпат. Інтенсивність цих циклів зростає під час потеплінь. Високочастотні (2–8 років) коливання клімату під впливом екстремальних фаз ПАК виявлено у кінцевій стадії МЛП і на межі ХХ–ХХІ століть, що слугує індикаторами переходів між різними кліматохронами.
Систематизовано варіації короткоперіодичних змін палеоклімату гірських регіонів на прикладі Карпатської гірської країни. Встановлено п’ять типів короткоперіодичних змін палеоклімату упродовж тисячолітнього відтинку часу: 1) високогірний з переважанням циклів радіаційного генезису; 2) низькогірний і середньогірний з переважанням циклів циркуляційного генезису; 3) змішаний тип передгір’їв і низькогір’їв; 4) передгірний і низькогірний з переважанням циклів радіаційного генезису; 5) передгірний і низькогірний з переважанням циклів циркуляційного генезису.
На підставі виявлення кліматотонів визначено динамічні межі кліматичних властивостей гірських і суміжних з горами ландшафтних регіонів. Здійснено типізацію кліматотонів на основі їх просторово-часових конфігурацій упродовж тисячоліття (просторових меж коливання та періодичності досягнення маскмальної ширини). У палеокліматі Карпат переважають чотири типи кліматотонів: синергетичний, континуальний, синергетично-континуальний, стріально-континуальний. Визначено, що максимальні (100 км) просторові коливання властиві кліматотону «широколисті ліси – лісостеп» у Карпатському басейні і кліматотону прохолодного і дуже прохолодного біокліматичних поясів, а найменші – кліматотону помірно-теплого біокліматичного поясу на південно-західному макросхилі Карпат. Виявлені кліматотони можуть слугувати підґрунтям для здійснення районування динамічних станів клімату, ландшафтів та інших природних компонентів.
Виконане дослідження слугує цілісною базою знань про регіональні особливості палеоклімату Карпатських гір і суміжних рівнинних просторів останнього тисячоліття. Встановлені закономірності і припущення вказують на необхідність подальших регіональних палеогеографічних досліджень клімату Середньовічного теплого періоду. Просторово найменш дослідженими залишаються палеоклімат міжгірних улоговин, зокрема Трансільванського плоскогір’я, передгір’їв і низькогір’їв Південних і Південно-Західних Карпат, а також території Сербських та Українських Карпат. У перспективі додаткові палеокліматичні реконструкції у високогірних регіонах можуть допомогти виявити сигнали впливу радіаційних та антропогенних кліматотвірних чинників на зміни клімату.