Вулканогенные экосистемы // Известия АН СССР, Серия географическая, 1987. № 4. С. 62–68.


НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ

 

УДК 910.1

В. Е. БЫКАСОВ

 

ВУЛКАНОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

ПРЕДПОСЫЛКИ И ВОЗМОЖНОСТИ ОБОСОБЛЕНИЯ

 

В последние годы принципы и методы экологии всё шире внедряются в систему наблюдений состояний природной среды, оперативного контроля изменения этих состояний и прогноза развития биосферы [16]. При этом экологический мониторинг в первую очередь нацелен на выявление и оценку антропогенного воздействия на состояние биосферы [6, 10].

Привлечение экологических принципов, концепций и методов к исследованиям взаимодействия вулканизма и биосферы, позволяют, на наш взгляд, гораздо успешнее решать обратную задачу – по характеру и особенностям вулканогенного воздействия на биоту довольно уверенно предсказывать характер и масштабы аналогичного влияния на биосферу некоторых антропогенных факторов.

То есть, мы считаем, что изучение последствий и характера воздействий вулканических и поствулканических процессов и явления на биоту может и должно стать одним из способов (методов) действенного прогноза изменений состояний в биосфере и в экосистемах, возникающих и могущих возникнуть при хозяйственном освоении районов активного, и не только, вулканизма. А так как интенсивность развития производительных сил Камчатки постоянно возрастает [11], то, соответственно, возрастает и роль качественного прогноза антропогенного воздействия на ландшафты и биосферу полуострова, основанного на применение методологии экологического мониторинга.

Что же касается привлечения для этой цели данных вулканологических исследований, то следует заметить, что воздействие вулканизма на природную среду и прежде рассматривалось в качестве своеобразного экологического фактора. О вулканизме, как об интенсивном природообразующем и природопреобразующем процессе, самым различным образом воздействующим на прилегающие к действующим вулканам территории, писали и говорили ботаники и лесоводы, почвоведы и геологи, вулканологи и ландшафтоведы [1, 3, 7–9, 13–15]. Однако и до сих пор вулканизм, как фактор приводящий к формированию и развитию собственно вулканогенных экосистем, практически не рассматривался. Поскольку, единственным, пожалуй, исключением является обособление А. М. Стенченко [18] своеобразного гидротермального биогеоценоза долины Гейзеров и кальдеры Узон.

Спешному применению концепций и методов экологического мониторинга к проблеме изучения воздействия вулканизма на природную среду способствуют две основные предпосылки. Первая из них – это разнообразие и, главное, интенсивность проявления вулканических и поствулканических в их воздействии на все природные элементы и компоненты.

И в самом деле, вулканотектонические процессы в решающей степени сказываются на формировании и преобразовании рельефа вулканических регионов [15]. Поступающие на дневную поверхность продукты извержений определяют особую специфику геохимических процессов вулканических областей [1]. Что, в свою очередь, обуславливает столь же особую специфичность почвообразующих процессов, выражающуюся в формировании и развитии собственно вулканических почв [17]. Заметные колебания температур атмосферы локального, регионального и даже глобального уровней нередко оказываются следствиями уменьшения прозрачности воздуха после значительных по силе извержений [12, 15].

62

Но особенно явно и интенсивно проявляют себя механическое, термическое и химическое воздействие вулканизма на растительность, животный мир и микроорганизмы окружающих ландшафтов, то есть на биоту вулканических районов. Воздействие это по силе проявления может быть катастрофическим, в той или иной степени модифицирующим или стимулирующим [3, 7, 9, 13]. Масштабы его могут быть узколокальными, локальными, региональными и, редко, глобальными. По длительности воздействия влияние вулканизма подразделяется на импульсивное, эпизодическое, систематическим периодическим) и длительно-постоянным (при гидротермальной деятельности). При этом разная продолжительность между отдельными актами воздействия в основном является производной удалённости поражаемых участков территории от центров извержений [14].

Что же касается конкретного проявления поражающих вулканогенных факторов, то оно подразделяется на прямое (непосредственное) и косвенное. Как правило, прямое воздействие в первую очередь связано с изменением состояний местообитаний растений и животных (и самих местообитаний) в процессе образования новых форм рельефа (пирокластические потоки и конусы, лавовые потоки и лахары), а также мощных толщ шлаково-пепловых чехлов (ШПЧ). К косвенным воздействиям относятся почвенно-гидрологические и почвенно-геохимические аномалии, а также изменения микроклиматических условий вследствие загрязнения атмосферы и колебаний напряжённости электромагнитных полей, вызванных активной вулканической деятельностью. Довольно существенными косвенными факторами оказываются и различного рода нарушения взаимосвязей и взаимодействий, обусловленные различной избирательностью (устойчивостью) видов и ассоциаций растений и животных к воздействию вулканогенного вещества [8, 14].

Ещё одной предпосылкой использования методологии экологических исследований для познания вулканогенных экосистем является возможность применения дистанционных, и прежде всего – космических, способов получения информации. Что, в общем-то, и понятно, так как традиционными наземными (биологическим, геохимическим, геофизическим) методами исследования получить представительную информацию можно только для 2–5% территории суши [4].А для таких малоосвоенных и труднодоступных регионов, как Камчатка и Курильские острова, степень изученности и того меньше.

И всё же основное преимущество применения аэрокосмических методов в целях обособления и изучения разнообразных природных и антропогенных экосистем заключается в том, что они позволяют совершенно по новому взглянуть на территории, которые формируются и развиваются под воздействием вулканогенных факторов и дают возможность изучать поражаемые территории в качестве самостоятельных и оригинальных вулканогенных экосистем.

И действительно, ландшафты и биогеоценозы, подвергающиеся воздействию шлакопеплопадов, токсичных газов, кислотных осадков и прочих вулканогенных факторов, всегда развиваются в условиях, отличающихся от типично фоновых. Подобно тому, как в отличных от фоновых условий развиваются и антропогенные экосистемы. А биота таковых участков, испытывая угнетение или, реже, стимулирование, претерпевает либо ряд последовательных превращений (сукцессий) прежде чем возвратится к своему исходному климаксному состоянию. То есть, также проявляет при этом сходство с биотой экосистем, поражаемых антропогенными факторами (табл. 1).

 

63

 

Таблица 1

Вулканогенные и аналогичные им антропогенные

факторы трансформации экосистем

 

Вулканогенные факторы                                         Антропогенные факторы

 

Эксплозивная деятельность

 

Механическое поражение в ходе образования пирокластических конусов, кратеров и кальдер Механическое поражение в ходе формиро-вания терриконов, шлаковых конусов и карьеров
Механическое поражение шлакопеплопадами Механическое поражение сажей,

пылью и летучей золой

Геомеханическое поражение пирокластическими потоками и покровами и отложениями направленных взрывов Парагеомеханическое загрязнение отвалами, свалками, золо- и хвостохранилищами
Термическое поражение горячей

пирокластикой, «палящими тучами» и горячими ударными волнами направленных взрывов

Термическое поражение горячими шлаками, золой, газами, а также тепловыми ударными волнами ядерных и термоядерных взрывов
Химическое поражение токсичными газами и кислыми осадками эруптивных туч Химическое поражение токсичными газами и «кислотными дождями»
Геохимическое поражение токсичными веществами, вымываемыми из пирокластических продуктов Геохимическое поражение токсичными веществами, вымываемыми из отвалов, свалок, золо- и хвостохранилищ, а также удобрениями и химикатами, смываемыми с полей

 

Эффузивная деятельность

Механическое поражение в результате формирования лавовых потоков Механическое погребение отвалами, свалками, золо- и хвостохранилищами
Термическое поражение с возгоранием растительного покрова Термическое поражение горячими шлаками, и золой

 

Гидротермальная деятельность

 

Механическое поражение за счёт повышения мутности водотоков, размывающих гидротермально изменённые горные породы Механическое поражение в результате

повышение мутности водотоков

и водоёмов за счёт стока промышленных и бытовых отходов

Термическое поражение за счёт подогрева вод рек и озер термальными водами горячих источников Тепловое водное загрязнение в ходе подогрева водотоков и водоёмов нагретыми сточными водами
Химическое поражение. Минерализация воды рек и озёр водами гидротермальных источников Химическое поражение. Минерализация водотоков и водоёмов за счёт сточных вод

 

Вулканогенно-флювиальная деятельность

 

Механическое погребение грязевыми потоками (лахарами) Гидромеханическое погребение пульпой гидроотвалов
Химическое загрязнение вод рек и озёр за счёт сильно минерализованного стока «сухих рек», временных водотоков и лахаров Химическое (минерализация) поражение водотоков и водоемов сточными водами
Гидрогеохимическое загрязнение (минерализация) грунтовых вод веществами, вымываемыми из всех видов вулканогенных осадочных пород Гидрогеохимическое загрязнение грунтовых вод химическими веществами и удобрениями, вымываемыми из отвалов, свалок, золо- и хвостохранилищ и с полей
Водно-механическое поражение в результате формирования лавово-подпрудных и грязекаменно-плотинных озер Водно-механическое поражение в ходе строительства прудов и водохранилищ
Парагидрологическое поражение в процессе

обводнение или осушение берегов вулканогенных озер в связи с их образованием или осушением

Парагидрологическое поражение в результате обводнение или осушение территории берегов водохранилищ и прудов в связи с их образованием или осушением
Биологическое воздействие в виде разнонаправленных, от олиготрофии к эвтрофии и обратно, сукцессий водоёмов вследствие эпизодических выпадений вулканических пеплов или поступления минерализованных грунтовых вод Биологическое воздействие в виде эвтрофикации водоёмов в результате сброса органических отходов химической и пищевой промышленности, а также за счет сточных вод животноводческих ферм и селитебных канализаций

 

Развитие и функционирование подобных участков в первую очередь зависит от характера и степени нарушения прежних взаимосвязей между их природными компонентами, в свою очередь обусловленных длительностью и интенсивностью воздействия вулканизма на биоту.

Например, при извержении Северного прорыва (СП) на Толбачинском долу летом 1975 года, порознь и одновременно функционировало три крупных пирокластических конуса (рис. 1). Которые можно рассматривать в качестве вполне самостоятельных вулканогенных экосистем, служащих источниками поступления в ландшафтную сферу вулканического вещества и энергии.

И в самом деле, в ходе их деятельности на поверхность земли было выброшено (без учёта объёма построек самих конусов) около 0,7 км3 пирокластики. Что привело к

 

64

 

Первый, второй и третий (справа – налево) конусы Северного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения. Август 1975 г. (фото В. Н. Козлова)

Рис. 1. Первый, второй и третий (справа – налево) конусы Северного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения. Август 1975 г. (фото В. Н. Козлова).

 

формированию обширного шлаково-пеплового чехла (ШПЧ) – площадь отложений тефры в котором, с мощностью от 10 см по периферии и до 6–12 м возле оснований самих конусов, на конец извержения достигала 400 км2.

В свою очередь, поступление столь огромных объёмов пирокластики привело к самому разнообразному по характеру и интенсивности поражению почвенно-растительного покрова. К примеру, при мощности ШПЧ от 30–50 см и более, вследствие механического (погребение) и термического воздействия горячей и тёплой пирокластики вся растительность, в том числе и древесная, погибла полностью (рис. 2). На участках с мощностью ШПЧ от 30 см и до 5–3 см результате механического и химического поражения происходило выборочное уничтожение одних (в первую очередь мхов и лишайников) и в различной степени угнетение других видов и ассоциаций растений. А при мощностях выпавшего пепла от 5–3 до 1 см и менее, в результате почти исключительно химического поражения, отмечалось либо временное угнетение одних видов (каменной берёзы и кедрового стланика, например), либо полное уничтожение других (мхов и лишайников), либо ускорение роста и повышение урожайности (стимулирование) третьих (жимолость, красная смородина) видов растений.

Ещё более впечатляющим внешне и абсолютно губительным для биоты оказалось излияние лавы.. К примеру, пятнадцать самостоятельных потоков СП, излившихся в разные периоды его деятельности из трещин, кратеров и бокк, в конечном счёте образовали единое

 

65

 

лавовое поле площадью в 8,86 км2. И под этой мощной, от 5–8 до 70–90 метров, толщи раскалённой до 1000°С лавы растительный покров, растительный покров был погребён полностью.

Поражаемые территории настолько отличаются по характеру своего формирования и дальнейшего развития от типично фоновых экосистем, что их следует считать подлинно вулканогенными экосистемами, подобно тому, как территории, тяготеющие к техногенным источникам поражения и загрязнения биосферы, обособляются в качестве антропогенных экосистем [4, 5]. И установление почвоведами и ботаниками [8], на основе фактов замедления или ускорения темпов биологических процессов на поражаемых территориях, биогенно-вулканогенного круговорота вещества и энергии подкрепляет этот вывод. В пользу необходимости обособления собственно вулканогенных экосистем говорит и чрезвычайно высокая динамичность образования таковых экосистем, обусловленная крайне высокой интенсивностью проявления всех тех вулканических процессов и явлений, порождающих трансформацию коренных, фоновых и ретрансформацию уже существующих вулканогенных экосистем.

Исходя из всего сказанного, под вулканогенными экосистемами (ВЭ) предлагается понимать территориально-целостные системы зонально-биологических (популяции растений, животных и микроорганизмов) и вулканогенно-абиотических (вулканический рельеф, вулканические почво-грунты и почвы, грунтовые и термоминеральные воды) природных компонентов, формирование и функционирование которых обусловлено поступлением вулканического вещества и энергии.

Относительно большое число трансформирующих и ретрансформирующих вулканогенных факторов (табл. 2), не означает, что проявление каждого из них приводит к формированию самостоятельной вулканогенной экосистемы. Что, впрочем, и понятно, так как в преобладающем большинстве случаев в природе осуществляются всевозможные комбинации числа и интенсивности взаимодействия сочетаний вулканогенных факторов. И по этой причине собственно вулканогенных экосистем оказывается не так уж и много (табл. 2).

Таблица 2.

 

Классификация вулканогенных экосистем

 

Отдел Класс Отряд Семейство Род Вид
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наземные экосистемы

 

 

 

 

 

 

 

 

Вулкано-генные

 

 

 

 

 

 

Вулкано-генно-фювиаль-ные

 

 

 

 

Водно-вулка-нические

 

 

 

 

 

 

Эковулка-нические

 

 

 

 

Парагене-тические

 

 

 

 

Экофлюви-альные

 

 

 

 

 

Парагене-тические

 

 

Эксплозив-ные

 

 

 

Эффузив-ные

 

 

Экспло-зивные

 

 

 

Вулкано-генно-под-прудные

 

 

 

Гидро-термальные

 

Гидро-минераль-ные

 

 

Парагео-механи-ческие

 

 

Парагео-

механи-ческие

 

Парагео-механи-ческие

 

 

Парагидро-механи-ческие

 

 

 

Парагидро-термальные

 

Парагидро-химические

Экосистемы пирокластических конусов, кратеров и кальдер

Экосистемы отложений направленных взрывов

Экосистемы пирокластических потоков

 

Экосистемы лавовых потоков и покровов

 

Экосистемы шлакопепловых чехлов

Экосистемы отложений «палящих туч» и горячих ударных волн

 

Экосистемы отложений грязевых потоков (лахаров)

Экосистемы лавово-подпрудных и грязекаменно-плотинных озёр

Экосистемы подтопляемых или осушаемых берегов вулканогенно-подпрудных озёр

 

Экосистемы парогидротерм

 

 

Экосистемы минеральных источников

 

66

 

Засохший на корню лес в 5 км к юго-западу от конусов Северного прорыва

Рис. 2. Засохший на корню лес в 5 км к юго-западу от конусов Северного прорыва. Мощность шлаково-пепловых отложений 30–50 см.

 

Эковулканические системы моноактовых вулканов – пирокластических или лавовых конусов – характеризуются необыкновенной быстротой (от первых часов и дней до 1,5–2 лет и более) своего формирования и крайней – на начальном этапе преобразования, обособления от окружающих фоновых экосистем.

Поскольку большинству, а особенно – эковулканическим, вулканогенным экосистемам присуща исключительная резкость их внешних границ, то важной особенностью многих, если не всех, вулканогенных экосистем является дискордантность, обусловленная тем, что воздействие вулканических и поствулканических процессов и явлений в большинстве случаев не зависит от границ природных комплексов и экосистем. А так как, помимо этого, вулканизму, в целом, свойственен почти исключительно «точечный» характер проявления, то размещение ВЭ на земной поверхности отличается дискретностью.

Выводы. Фрагменты территорий, в той или иной степени трансформированные результате деятельности вулканических и поствулканических процессов и явлений, следует считать оригинальными вулканогенными экосистемами, при обособлении и изучении которых целесообразно применение функционально целостного подхода.

 

67

 

Известная аналогия в характерах процессов трансформации и ретрансформации вулканогенных и антропогенных экосистем позволяет рассматривать вулканизм в качестве естественного эксперимента по поражению и восстановлению биоты областей активного вулканизма.

Экологический подход к изучению последствий воздействия вулканов и парогидротерм на прилегающие территории может поспособствовать решению проблем создания регионального банка эталонов коренных и изменённых экосистем.

Одной из основ оперативного контроля за состоянием природной среды и действенного прогноза воздействия хозяйственной деятельности на ландшафты и экосистемы областей активного вулканизма может стать аэрокосмический мониторинг.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

  1. Башарина Л. А. Влияние вулканической деятельности на химический состав атмосферных осадков и воздух Камчатки // Бюллетень вулканологических станций. 1974. № 50. С. 104–111.
  2. Будыко М. И. Изменения климата. Л.; Гидрометеоиздат, 1974. 279 с.
  3. Быкасов В. Е. Вулканогенные парагенетические ландшафтные комплексы // Изв. АН СССР. Сер. Геогр. 1980. Вып. 5. С. 97–105.
  4. Виноградов Б. В. Преобразованная земля. М.: Мысль, 1981. 296 с.
  5. Виноградов Б. В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984. 320 с.
  6. Влияние загрязнений воздуха на растительность (Причины, воздействие, ответные меры). Под редакцией Х. Г. Десслера. М.: Лесная промышленность, 1981. 184 с.
  7. Жучкова В. К., Зонов Ю. Б., Горяченков В. А. Методологические приёмы ландшафтных исследований вулканических районов Камчатки. Ландшафтный сборник. М.: МГУ, 1973. С. 117–137.
  8. Зонн С. В., Карпачевский Л. О., Стефин В. В. Лесные почвы Камчатки. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 254 с.
  9. Зонов Ю. Б. Влияние современного вулканизма на ландшафты Камчатки // Вопросы географии Тихого океана и притихоокеанских районов. Изд-во ДВГУ. Владивосток. 1975. С. 78–81.
  10. Израэль Ю. А., Филиппова Л. М., Инсаров Г. Э., Семевский Ф. Н., Семёнов С. М. Экологический мониторинг и регулирование состояния природной среды. Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем. Том IV. Л. Гидрометеоиздат, 1981. С. 6–19.
  11. Кашинцев Б. П. Земля широких горизонтов. Петропавловск-Камчатский. 1981. 136 с.
  12. Кислотные дожди. Ред. О. В. Рейнгеверц. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 206 с.
  13. Куницын Л. Ф. Опыт природного районирования Камчатки. Природные условия и районирование Камчатской области. М.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 7–26.
  14. Манько Ю. И. Влияние современного вулканизма на растительность Камчатки и Курильских островов. Комаровские чтения. Вып. 22. Владивосток. 1974. С. 5–31.
  15. Мелекесцев И. В. Вулканизм и рельефообразование. М. Наука, 1980. 212 с.
  16. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Том IV. Л. Гидрометеоиздат, 1981. 288 с.
  17. Соколов И. А. Вулканизм и почвообразование. М.: Наука, 1973. 224 с.
  18. Стенченко А. М. Узон-Гейзерный термальный биогеоценоз Камчатки // Вопросы географии Камчатки. 1977. Вып. VII. С. 59–60.
  19. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980. 328 с.

 

68