ИСТИНА

Современные палеогеографические данные дают основания утверждать, что в позднеледниковье, как и в течение всей валдайской ледниковой эпохи, амплитуда колебаний уровня Каспия составляла не менее 30-40 м, что в разы превышает колебания уровня моря в голоцене. При этом физические механизмы (климатические или иные), которые могли стать причиной такой экстраординарной вариабельности уровня моря, до сего времени не установлены. Проект направлен на исследование гидрологических, климатических, геоморфологических, гляциологических факторов экстремальных палеогидрологических явлений на водосборе Каспийского моря в эпоху позднеледниковья и разработку методов моделирования возможных сценариев их формирования. Объектом исследования станут физические механизмы трансгрессивных стадий колебаний уровня Каспия в рассматриваемую эпоху с максимальными уровнями порядка 0÷+20 м. абс., т.е. более чем на 30 метров выше современного уровня Исследования будут проводиться на базе сценарных экспериментов с разработанной в ходе выполнения проекта физико-математической моделью формирования максимального (на масштабах долгопериодных климатических колебаний) притока воды с водосбора Каспийского моря. Формирование возможного максимального притока в море будет воспроизводиться моделью для разных сценариев палеоклимата, в сочетании с физически осуществимыми сценариями критических условиями стокообразования на водосборе (в т.ч. наличия мерзлоты, дополнительного поступления воды за счет таяния ледников), а также геоморфологических изменений водосбора и речной сети. Ансамбли палеоклиматических условий будут рассчитываться с помощью моделей климата и задаваться в качестве граничных условий в гидрологической модели. Изменения морфометрических характеристик водосборной площади и речной сети будут рассчитываться на основе палеогеографических реконструкций, выполненных исполнителями проекта, и учитываться в изменениях параметров гидрологической модели. Рассчитанные сценарии максимального притока воды с водосбора при заданных палеоклиматических условиях и изменениях морфометрии водосбора, будут задаваться на входе разработанной в ходе выполнения проекта модели колебаний уровня моря, с помощью которой будет рассчитан возможный масштаб трансгрессии при заданных внешних воздействиях и параметрах водосборной территории. Гидрологические модели формирования притока воды с водосбора и колебаний уровня Каспийского моря, прежде чем использоваться для палеогеографических реконструкций, будут тестированы с использованием современных данных инструментальных наблюдений. Это позволит исследовать чувствительность основных физических механизмов формирования притока и колебаний уровня моря к изменениям параметров климата и речного бассейна. Мотивация данного исследования связана с отсутствием до сего времени подтвержденных расчетами гипотез, объясняющих генезис экстраординарно высоких объемов речного стока и высокого стояния Каспийского моря в позднеледниковье, установленного по геологическим и геоморфологическим данным. Новизна заявленного проекта состоит в применении методов физико-математического моделирования гидрологических процессов и палеоклимата в сочетании с современными результатами палеоклиматических и палеогеографических исследований, для анализа экстраординарных палеогидрологических явлений и реконструкции физически осуществимых сценариев формирования трансгрессивных стадий колебаний уровня Каспия. Ключевым «выходом» заявляемого проекта должны стать результаты тестирования (на основе расчетов по разработанным моделям) и выводы о физической обоснованности следующих пяти гипотез о возможных механизмах формирования подтвержденных палеогеографическими данными экстраординарных подъемов уровня Каспия в позднеледниковье: (1) Экстремальный рост притока воды с водосборной территории вследствие возможных палеоклиматических изменений (например, роста и снижения испарения); (2) Экстремальный рост притока воды с водосборной территории вследствие распространения многолетнемерзлых пород и снижения фильтрационных свойств почвогрунтов; (3) Экстремальный рост притока воды с водосборной территории за счет талых вод валдайского оледенения; (4) Экстремальный рост притока воды вследствие перестройки речных долин и увеличения площади палеоводосборов; (5) Экстремально высокий подъем уровня Каспийского моря вследствие наличия потенциальной положительной обратной связи в механизме собственных колебаний уровня моря при стационарных внешних воздействиях.

Modern paleogeographic data suggest that in the Late Glacial *, as during the entire Valdai Ice Age, the amplitude of theCaspia n level fluctuated at least 30–40 m, which is several times higher than the level fluctuations in the Holocene. At the same time, the physical mechanisms (climatic or other) that could cause such extraordinary sea level variability have not been established until now. The project aims to study the hydrological, climatic, geomorphological, glaciological factors of extreme paleohydrological phenomena in the Caspian watershed in the Late Glacial and the development of methods for modeling possible scenarios for their formation. The object of the study will be the physical mechanisms of the transgressive stages of fluctuations of the Caspian level in the considered epoch with maximum levels of about 0÷+20 m abs., i.e. about 30-50 meters above the present level. The studies will be conducted on the basis of scenario experiments with the physico-mathematical model developed during the project to form the maximum (on the scale of long-term climatic fluctuations) water flow from the Caspian Sea watershed. The formation of a possible maximum inflow into the sea will be reproduced by the model for different paleoclimate scenarios, combined with physically feasible scenarios, critical flow conditions in the catchment area (including the presence of permafrost, additional influx of water due to melting of glaciers), and geomorphological changes in the catchment and river network. Ensembles of paleoclimatic conditions will be calculated using climate models and set as boundary conditions in the hydrological model. Changes in the morphometric characteristics of the catchment area and the river network will be calculated on the basis of paleogeographic reconstructions performed by the project executors and taken into account in changes in the parameters of the hydrological model. The calculated scenarios for the maximum inflow of water from the catchment at given paleoclimatic conditions and changes in the catchment morphometry will be set at the input of the sea level fluctuation model developed during the project, which will be used to calculate the possible scale of transgression at given external influences and parameters of the catchment area. Hydrological models of the formation of water inflow from the catchment and fluctuations of the Caspian Sea level, before being used for paleogeographic reconstructions, will be tested using modern data from instrumental observations. This will allow to investigate the sensitivity of the main physical mechanisms of the formation of inflow and fluctuations in sea level to changes in the parameters of the climate and river basin. The motivation of this study is related to the absence of hitherto-confirmed hypotheses explaining the genesis of extraordinarily high volumes of river flow and the high standing of the Caspian Sea in the late glacial, established from geological and geomorphological data. The novelty of the claimed project consists in applying the methods of physical and mathematical modeling of hydrological processes and paleoclimate in combination with modern results of paleoclimatic and paleogeographic research, for analyzing extraordinary paleohydrological phenomena and reconstructing physically feasible scenarios for the formation of transgressive stages of fluctuations in the Caspian level. The key output of the proposed project should be the test results (based on calculations of the developed models) and conclusions about the physical validity of the following five hypotheses about the possible mechanisms for the formation of extraordinary elevations of the Caspian Sea confirmed in paleogeographic data in the Late Glacial: (1) Extreme increase in water flow from the catchment area due to possible paleoclimatic changes (for example, growth and reduction of evaporation); (2) Extreme growth of water inflow from the catchment area due to the spread of permafrost and a decrease in the filtration properties of soil grounds; (3) Extreme growth of water inflow from the catchment area due to the melt waters of the Valdai glaciation; (4) Extreme growth of water inflow due to reorganization of river valleys and an increase in the area of paleowatersheds; (5) Extremely high rise in the level of the Caspian Sea due to the presence of potential positive feedback in the mechanism of natural fluctuations of the sea level under stationary external influences.

Для достижения заявленной цели проекта исследования планируется вести по 3-м основным направлениям: гидрологическому, палеоклиматическому и палеогеографическому. По каждому из направлений в ходе выполнения проекта планируется получить следующие результаты: Гидрологический блок работ 1. Физико-математическая гидрологическая модель формирования речного стока на водосборе Каспийского моря, верифицированная по данным инструментальных наблюдений. 2. Модель колебаний уровня Каспийского моря, воспроизводящей колебания уровня Каспия за период инструментальных наблюдений. 3. Оценки чувствительности характеристик водного режима речных бассейнов водосбора Каспийского моря и колебаний уровня моря к изменению климатических параметров и свойств подстилающей поверхности (рельефа, почв, растительного покрова, наличия многолетнемерзлых пород, морфометрии водосборной площади и речной сети). 4. Результаты численных экспериментов гидрологической модели с выходными данными моделей климата, воспроизводящими климатические условия позднеледниковья, моделирование максимального (на масштабах долгопериодных климатических колебаний) притока воды с водосбора Каспийского моря, возможного в условиях палеоклимата: а) при критическом сочетании факторов стокообразования, включая влияние многолетней мерзлоты на фильтрационные свойства водосбора; б) с учетом дополнительного стокообразования, возможного за счет притока талых ледниковых вод; в) при палеогеографически обоснованных сценариях возможных изменений морфометрии палеоводосбора и речной сети. 5. Оценки максимального подъема уровня Каспийского моря в условиях экстремального притока воды с его водосбора в условиях палеоклимата при различных сценариях условий подстилающей поверхности, подтвержденных палеогеографическими данными. Сопоставление рассчитанных оценок возможного максимального подъема уровня Каспийского моря в условиях климата позднеледниковья с палеогеографическими данными о масштабах хвалынских трансгрессий этой эпохи. 6. Анализ смоделированных критических сценариев, которые могли вызвать подъем уровня моря до отметок, подтвержденных данными палеогеографических реконструкций. Формулировка подтвержденных расчетами гипотез, объясняющих генезис экстраординарно высоких объемов речного стока и высокого стояния Каспийского моря в позднеледниковье Палеоклиматический блок работ 1. Архив данных, содержащий временные ряды осадков, температуры и влажности воздуха, рассчитанные с помощью глобальных моделей климата – участников экспериментов PMIP3 и PMIP4. 2. Результаты анализа палеклиматических данных, их возможности к воспроизведению ведущих мод внутренней изменчивости климата (АМО, ТДО, САК, ЭНЮК) и структуры крупномасштабной циркуляции атмосферы как факторов, влияющих на температурно-влажностный режим на водосборе Каспийского моря. 3. Рассчитанные поля палеоклиматических переменных для водосборной территории Каспия в период позднеледниковья. Методы усвоения палеоклиматической информации гидрологической моделью формирования речного стока на водосборе. 4. Оценки значимости связей между ведущими модами внутренней изменчивости климата и колебаниями уровня Каспийского моря по данным моделей проектов PMIP3 и PMIP4 и оценки относительной роли этих факторов в формировании изменения уровня моря в период позднеледниковья. Палеогеографический блок работ 1. Результаты тестирования существующих в литературе гипотез о значительных изменениях водосборной площадиВолги в позднеледниковье за счет переливов ледниково-подпрудных вод из бассейнов Вычегды и Днепра иперестройки речной системы верхней Волги вследствие ледникового подпруживания. 2. Результаты палеогидрологического изучения бассейнов Волги и Камы по данным. экспедиционных работ поключевым участкам водосборов. Карты палеорусел. Оценки морфометрических параметров и возраста речных палеорусел времени позднеледниковья на реках бассейна Волги. 3. Количественная оценка стока по параметрам позднеледниковых палеорусел на основании гидролого-морфологических зависимостей и по палеофлористическим данным, выполненная для нескольких временных срезов.

Научная группа из ИВП РАН, отвечающая за реализацию гидрологического направления заявляемого проекта, имеет многолетний опыт исследований в области моделирования гидрологических процессов в речных бассейнах, построения моделей формирования речного стока для крупных водосборов, исследований и моделирования колебаний уровня Каспия и других внутренних водоемов. Научные группы климатологов из Института физики атмосферы, климатологов и геоморфологов из МГУ, объединенные для выполнения проекта, имеют многолетний опыт в области моделирования климата, изучения палеоклимата позднеледниковья, реконструкции истории речных долин и оценки изменений величин стока по морфометрическим параметрам палеорусел и палеофлористическим данным.