Холявчук, Дарія ІванівнаДарія ІванівнаХолявчукГерасименко, Наталія Петрівна2026-01-272026-01-272025Холявчук 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.УДК 551.58:913(2)https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/9951Холявчук 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.Kholiavchuk D.I. Climate change and their reflection in the landscape regions of the Carpathians over the last millennium. Manuscript. Dissertation for the Doctor of Geographical Sciences degree in the speciality 11.00.04 “Geomorphology and Paleogeography”. Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2025. As a result of the systematization of published paleogeographic studies and based on the author’s algorithm for a comprehensive survey of mountain paleoclimate, the spatial-temporal distribution of climate change in the Carpathians over the last millennium has been reconstructed, and types of short-term paleoclimate changes in mountain landscapes have been determined, considering regional climate forcings. It has been established that over the last millennium, the characteristics of the Carpathian paleoclimate had distinct features at the level of landscape regions of the mountainous country. Their influence was found in the climate of neighbouring flat areas. The boundaries of landscape regions in three types of landscape configurations (ecotone, nuclear, and morphological) have been proposed to identify spatial-temporal changes in paleoclimate. It has been determined that climate change manifestations in regional landscape configurations are consequences of the influence of these structures on the redistribution of heat flows and moisture. In the multi-century time dimension, the intertwining of radiation, circulation, orographic, and anthropogenic forcings leads to cascading, synergetic, and dissipative climate changes and their reflection in landscape succession and fluctuations. The reconstruction of paleoclimate changes over the last millennium in orographically diverse landscape regions of the Carpathians was based on an integrative analysis of different levels of landscape organization, from global to regional, and their synergetic manifestations. The landscape region is interpreted as an object of climate dynamics and a space where regional climate changes take place. Here, conditions for changing the properties of neighbouring flat ecotones are also created. The concept of climatotones has been proposed. They were identified based on spatial fluctuations of isotherms and isohyets (with values optimal for the biota of landscape regions) under the influence of oroclimatogenic effects. The paleoclimate of the Carpathians over the last millennium has been reconstructed as a spatial-temporal system based on proxy data obtained from peatbogs, lakes, alluvial and cave deposits, and dendrochronological and documentary records. Synthesis and reconciliation of paleoclimatic indicators with instrumental climate records for reference periods were applied for the most objective paleoclimate representation. For this purpose, an algorithm for studying short-period paleoclimate changes in mountainous regions using quantitative and qualitative paleoclimatic indicators was developed. Quantitative reconstructions of annual and seasonal temperatures and precipitation were derived from dendroclimatic indicators and isotopic analyses of speleothems and ice cores with a temporal resolution of up to 10 years. It has been proved that the isotopic content of cave deposits is the most reliable and promising proxy data for reconstructing the cold season climate and distinguishing regional moisture sources. Multiproxy data from deposits of mountain bogs, lakes, and alluvial and cave sediments were used to reconstruct vegetation dynamics, anthropopressure, slope and hydrological processes, serving as qualitative indicators of landscape and paleoclimate changes. Regional patterns of spatial-temporal distribution of the present climate characteristics of the Carpathians (1991-2020) have been distinguished as a reference for identifying paleoclimatic changes. The regional manifestation of synergetic interaction between circulation and orographic factors spatially extends to the geoecotones “broadleaf forests – forest-steppe” and “forest-steppe – steppe”. It is reflected in the configuration of their climatotones. Significant differences in the solar radiative forcing influence, especially in the solar radiation intensity, have been revealed in the spatial patterns of the nuclear landscape regions – bioclimatic belts. The biggest variations of such influence – up to 80% in the mean annual and seasonal air temperature field distribution – were found in the Eastern Carpathians. The configurations of the Carpathian morphological landscape regions are reflected in the dominance of ring forms in the climatic fields of distribution of annual and seasonal air temperatures and precipitation. They transform under the depression influence of intermountain basins, asymmetry of macroslopes relative to the advection of moisture sources, and different forms and sizes of plateaus and ridges. The climatic features of intermountain basins are found regionally significant in the Eastern Carpathians. The spatial patterns of bioclimatic belts are consistent with the submeridional direction and prevalence of ridges in the Eastern Carpathians, particularly in Ukraine. Based on the synthesis of the results of 119 published paleoclimatic reconstructions conducted in the study area, it has been confirmed that the paleoclimate of the Carpathians over the last millennium corresponds to the general European stages of the Holocene. However, asynchrony in the rhythm and pace of changes in annual air temperatures and precipitation amounts in the Carpathian landscape regions has been revealed. It has been established that an Atlantic-continental type of air temperature change is characteristic of the paleoclimate of the Western and Eastern Carpathians. In contrast, the continental type of temperature pattern (with the Holocene maximum occurring ~2000 years earlier) is characteristic of the Southern Carpathians. Within the last millennium, such asynchrony (~100 years) is accounted for by spatial fluctuations of the dominant circulation patterns (Atlantic and Mediterranean). Regional manifestations of the Medieval Warm Period (MWP) and Little Ice Age (LIA) climate in the Carpathians have been distinguished. Within the MWP, relatively humid (9th-11th centuries) and dry phases (12th-13th centuries) have been identified. An earlier onset of the MWP temperature maximum (approximately 1°C higher than the Holocene optimum temperatures relative to the climate normal of 1991-2020) was discovered in the high-altitude Southern Carpathians. That requires confirmation by additional paleoclimatic reconstructions. A series of maps of the spatial-temporal distribution of mean annual temperatures, summer and winter temperatures, and annual precipitation in the Carpathians during the Little Ice Age has been developed. Based on these, the following findings have been made: i) mean annual air temperatures in the Carpathians were on average 1°C lower compared to the current climate normal; ii) the biggest regional differences (reaching 2°C) were in the foothills and adjacent plains within the “forest-steppe – steppe” climatotone, smaller differences in the high-altitude areas, and the smallest in the mid-mountain regions; iii) a gradual increase in air temperature in winter (by 0.5-1°C), with the highest values on the northern and north-eastern macroslopes, and in summer (by 0.2-0.4°C), with the highest values in the Western Carpathians. During the LIA, the dominance of cold and humid climate was consistent with solar activity minimums and volcanic activity. It was complicated by regional differences in moisture between the Western and Eastern/Southern Carpathians due to the influence of the North Atlantic and Mediterranean oscillations, the East Atlantic/Western Russia circulation pattern, and blocking anticyclones. The anthropopressure in the Carpathians over the last millennium influenced the change in bioclimatic conditions. The increasing anthropogenic pressure gradually going up the slopes complicates the detection of natural climate change signals in the proxy data. The favourable climatic conditions during the MWP are reflected in the afforestation of high-altitude areas, the development of agriculture, and the settlement of low-mountain belts in the Carpathians, which led to accelerated soil erosion and landscape changes. The LIA peak anthropopressure impact was detected in the 15th-16th and 19th centuries. It reached the high-altitude Carpathians and involved large-scale deforestation and a cascade of intensive anthropogenic and natural disturbances. Starting from the 19th century, the distribution of the main Carpathian tree species no longer serves as a climatotone indicator. The spatial-temporal climate changes in the geoecotones of the Carpathians over the last millennium reflect the rhythm of circulation patterns under the oroclimatogenic influence of relief. The largest spatial fluctuations in the distribution of annual precipitation were found in the shift of the 600-mm isohyet (up to 100 km to the northeast), which corresponds to the optimal moisture balance for the forest-steppe. The synergetic influence of orographic and circulation factors led to asynchronous moisture phases in the mountains compared to zonal landscapes. The climate of cool and very cool bioclimatic belts of the mid-altitude mountain regions is characterised by the least pronounced monotonic trends in thermal regime and precipitation regime changes. The spatial-temporal climate fluctuations in the foothill and low-mountain belts are associated with increasing continentality, with particularly marked changes detected in the Curvature Carpathians and the Carpathian Basin. The dynamics of the climatotones in the high-altitude and foothill mountain belts is the most susceptible to anthropogenically induced climate changes. Solar cycles with periodicities of 1000, 500, 100, and 10-16 years in the climate of the Carpathians over the last millennium have been identified. The deviations or masking of these cycles are accounted for by the influence of regional circulation patterns (Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) and North Atlantic Oscillation (NAO)), transformed over the mountains. The circulation origin of the 200-250-year climate cycle is confirmed by its most pronounced manifestation in the low and middle mountains of the Western, Eastern, and South-Western Carpathians. The intensity of these cycles increases during warm phases. High-frequency (2-8 years) climate fluctuations influenced by extreme phases of the NAO were detected in the final stage of the LIA and at the turn of the 21st century. They serve as indicators of transitions between different climatochrones. The variations of short-term paleoclimate changes in mountainous regions have been systematised using the example of the Carpathian mountainous country. The following five types of short-term paleoclimate changes over a millennium have been established: 1) high-mountain type, with predominant radiation genesis cycles; 2) low-mountain and mid-mountain type, with predominant circulation genesis cycles; 3) mixed type of foothills and low-mountains; 4) foothill and low-mountain type, with predominant radiation genesis cycles; 5) foothill and low-mountain type, with predominant circulation genesis cycles. Based on the identification of climatotones, the dynamic boundaries of the climate properties of mountainous and adjacent to mountainous landscape regions have been determined. The climatotone types are distinguished based on their spatiotemporal configurations over the millennium (spatial limits of oscillation and periodicity of reaching the maximum width). The following four types of climatotones prevail in the paleoclimate of the Carpathians: synergetic, continuous, synergetic and continuous, strial and continuous. It has been established that the maximum (100 km) spatial fluctuations are characteristic of the climatotone “broad-leaved forests - forest-steppe” in the Carpathian Basin and of the climatotone of cool and very cool bioclimatic zones, and the minimum ones – of the climatotone of the temperate-warm bioclimatic zone on the south-western Carpathian macroslope. The climatotones can serve as the basis for zoning the dynamic states of climate and landscapes. The research provides a comprehensive knowledge base on the regional features of the paleoclimate of the Carpathian Mountains and the adjacent plains in the last millennium. The established patterns and assumptions indicate the need for further regional paleogeographic studies of the Medieval Warm Period climate. Spatially, the paleoclimate of intermountain basins remains the least studied, particularly that of the Transylvanian Plateau, the foothills and low mountains of the Southern and the South-Western Carpathians, as well as the territories of the Serbian and the Ukrainian Carpathians. In the future, paleoclimatic reconstructions in high-mountain regions may help to identify the signals of radiation and anthropogenic climate forcings.ukпалеокліматпалеогеографічні індикаторирельєфКарпатиландшафтні регіониатмосферна циркуляціяСередньовічний теплий періодМалий льодовиковий періодциклиpaleoclimateproxy datareliefCarpathianslandscape regionsatmospheric circulationMedieval warm periodLittle Ice AgecyclesДисертація