УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2007, том 127, № 3, с. 310-315
УДК [595.796.001.8+538.214+550.74+622342.1] (571.1/5)
МУРАВЕЙНИК КАК ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ
© 2007 г. Ф. Б. Бакшт
Томский политехнический университет
Установлено, что гнездо рыжих лесных муравьев рода Formica rufa в целом и его купол - важный элемент почвы, играющий большую роль в формировании и эволюции геологической среды. Система рассмотрена с геологической, геофизической, экологической, инженерно-этологической точек зрения.
Цель настоящей статьи - представить предварительную обобщенную геолого-геофизическую модель наземной части гнезда рыжих лесных муравьев рода Formica. Основные объекты - наземные части гнезд муравьев F. rufa. В небольшом количестве исследовали гнезда других видов рыжих лесных муравьев - F . polyctena и F. aquilonia, а также лугового муравья F. pratensis и тонкоголового муравья F. exsecta. В высокогорье (Алтай, Тыва, Хакасия) для сравнения обследованы единичные гнезда земляных муравьев F. cinerea.
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Нами проведены комплексные геофизические исследования 56 наземных куполов муравейников (далее - К) в разных районах Западной и Восточной Сибири: в Горном Алтае (12), в Кузнецком Алатау (10), в Восточных Саянах (7), в окрестностях города Томска (8), на Енисейском кряже (13) и в Среднем Приобье на реке Васюган (6). Частично выполнены минералого-геохимическое и топографическое обследование К (соответственно 7 и 10 гнезд).
Проведены магнитометрические исследования, включая измерения напряженности постоянного магнитного поля над К и магнитной восприимчивости (каппаметрия) материала К, радиометрия с гамма-радиометром, лабораторное изучение физических свойств и состава материала К. Измерения осуществляли с помощью серийной полевой геофизической аппаратуры. Съемку проводили по сети 5 х 5 и 10 х 10 сантиметров. Шаг измерений определялся в зависимости от размеров купола [1].
Магнитометрические исследования проводили двумя способами: 1) магнитная съемка - измерение численного значения индукции (полной силы) геомагнитного поля Земли (T) с помощью серийного полевого протонного магнитометра ММП-203 или более удобного (на больших К) квантового магнитометра МП-303. Средняя квадратичная погрешность измерений ±2 нТл; 2) каппаметрия - измерение магнитной восприимчивости % материала купола с помощью серийного полевого каппаметра КТ-5. Средняя квадратичная погрешность измере-
ний ±1 х 10-5 ед. СИ. Ввиду относительной простоты и детальности получаемых результатов второй метод оказывается более предпочтительным.
Радиометрические измерения проводили с помощью гамма-радиометра СРП-69-01 с погрешностью ±3.5 мкР/ч. В аномальных точках для снятия фона использовался цилиндрический свинцовый экран с толщиной стенок 6 см. В таких точках датчик прибора погружали в глубь купола на 2040 см. Плотность (объемный вес) материала определяли пикнометрическим способом по пробам объемом ~500 мл с погрешностью ±0.02 г/см3. Механическую прочность постройки оценивали методом нагруженного штампа площадью 100 см2, помещаемого на уплощенную вершину купола.
На десяти гнездах выполнена прецизионная топографическая съемка поверхности купола по специальной координатной методике. Непосредственно около гнезда вертикально устанавливали четыре опорных столбика. Они находились в углах квадрата, центр которого совпадал с проекцией вершины купола. Высота столбиков превышала высоту купола на 20-30 см. На них строго горизонтально укрепляли две параллельные направляющие рейки, размеченные через 5 или 10 см. По направляющим рейкам параллельно передвигалась подвижная рейка, также размеченная через 5 или 10 см. По подвижной рейке с шагом 5-10 см последовательно перемещали нить с отвесом, размеченную через 1 см. Разметка неподвижных реек служит для отсчета прямоугольных координат по оси у. По разметке на подвижной рейке отсчитывали координаты по оси х. Вертикальная координата г каждой точки и ее положение на поверхности купола определяли по маркированной вертикальной нити отвеса. Таким образом определяли относительные координаты всех намеченных точек на поверхности купола с погрешностью ~±1 см. Все координированные точки являются пунктами геофизических измерений. При упрощенной (экспрессной) методике измерения выполняли по нескольким радиальным линиям. Положение пунктов наблюдений (через 10 см) определяли по
рулетке, протянутой прямолинейно от вершины купола до его основания.
В разных частях купола отбирали пробы для лабораторного изучения физических свойств материала куполов (объемный вес, магнитная восприимчивость) и минералого-геохимические исследования, включая фракционное описание шлифов и полуколичественный спектральный анализ.
Большое количество равноточных корректных измерений (десятки и сотни замеров на каждом гнезде, тысячи на участке) и унифицированная технология стандартных геофизических съемок обеспечивают статистическую достоверность получаемых результатов. Это позволяет обосновать некоторые выводы, которые касаются технологии и методологии общих и прикладных исследований.
КУПОЛ МУРАВЕЙНИКА КАК УНИКАЛЬНЫЙ
ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ
Пограничное положение на поверхности Земли. Формально купол гнезда рыжих лесных муравьев находится на границе лито- и атмосферы. В целом же муравейник располагается на границе литосферы (биокосная материя по В.И. Вернадскому) и биосферы (живая материя). Таким образом, К являет собой яркий пример пространственного и функционального перекрытия двух этих планетарных сфер.
Купол - динамическая биосистема, состоящая из живого и неживого вещества: из населения гнезда, включающего, помимо самих муравьев, симбиоти-ческие (насекомые, грибы) и другие организмы, и его конструкционного строительного материала. Последний представлен аморфной (органика) и кристаллической (минеральные частицы) фракциями.
Поскольку купол муравейника изменяется (по крайней мере, в период роста семьи насекомых) в основном благодаря биологической энергии, в целом его можно рассматривать как открытую биосистему. При этом он обладает большими способностями адаптации к внешним условиям, что обеспечивает сохранение муравейника, сохранение вида. Эти и некоторые другие признаки позволяют считать купол, как и весь муравейник, целостной самоорганизующейся биосистемой [18]. В то же время купол является структурным элементом верхнего геологического слоя литосферы - почвы, т.е. геологическим телом, в современном понимании этого термина1. По ряду признаков (геохимических, биологических, экологических и архитектурных) наземный купол муравейника Formica близок к другим органогенным геологическим образованиям (коралловым ри-
1 Тело геологическое - часть статического геологического пространства, ограниченная границей, внутри которой остаются непрерывными, по крайней мере, те свойства, которые были использованы для выделения границ этого тела [21].
фам, постройкам термитов, залежам гуано и др.). Отсюда вытекает методология его исследования.
Наземная часть гнезда - своеобразное осадочное геологическое тело, стратифицированное и подвергающееся непрерывному и интенсивному
диагенезу . Скорость "накопления осадков" в этом теле может достигать 2-3 см в день [19]. Если учесть, что муравьи и термиты как виды несут в себе до 30 % всей биомассы животных нашей планеты, и что они вместе с другими почвенными животными перерабатывают весь плодородный почвенный слой Земли за несколько лет [11], то их геологическая роль становится вполне очевидной. При этом почва не только перемешивается - изменяются ее физические и химические свойства.
Как физическое тело купол обладает определенными системными признаками и свойствами -геометрической формой, геохимическим и минеральным составом, физическими свойствами и полями геологического и биологического генезиса.
Геометрия купола. Общая форма купола определяется, в первую очередь, видовой принадлежностью насекомых, а также экологическими и биологическими факторами [10, 14, 15]. Постройки обычно имеют форму усеченного конуса, с более или менее уплощенной вершиной. Основание круговое, иногда эллиптическое. Часто поверхность близка к параболоидальной.
В деталях форма купола индивидуальна. Встречаются купола, поверхность которых образует довольно сложную фигуру. Индивидуальное в форме сочетается с видоспецифичным. При общей параболоидальной форме куполов муравейников иногда отмечается их пятилучевая симметрия (рис. 1). От вершины к основанию купола спускаются пять хребтиков, визуально обычно плохо заметных. Выявляются они с помощью точных специальных топографических измерений. Это показательно: пятилучевая симметрия, распространенная в живой природе, для неживой природы нехарактерна.
Индивидуальное и среднее по агрегированному комплексу старых гнезд отношение высоты к диаметру основания купола, расположенных в хорошо освещенных местах, часто подчиняется фундаментальному закону гармонии природы -известной пропорции "золотого сечения", т.е. близко к 1:1.618. Такая закономерность наблюдается на многих участках. Это утверждение нетрудно проверить, проведя простые измерения и в лесу, и по многочисленным фотографиям, опубликованным в литературе и в Интернете.
Наблюдается общая упорядоченность гнезд в комплексе. Исходя из общих соображений и полевых геологических наблюдений, можно пред-
2 Диагенез - совокупность химических, физических и биологических изменений осадка после его отложения [17].
Рис. 1. Рельеф поверхности купола Formica rufa.
Окрестности г. Томска, д. Алаево. Изогипсы проведены через 5 см. Видна пятилучевая симметрия купола.
положить, что она зависит, главным образом, от геологических свойств верхней части литосферы. Встречается линейное (над близповерхностными разломами) и круговое взаиморасположение гнезд. Последнее, предположительно, происходит в изотропной среде или вокруг квазиизометричных геологических структур (карстовых углублений в известняках, междюнных впадин в песках и др.).
Внутренняя архитектура. Внутреннее строение купола детально описано рядом исследователей [10, 14, 15, 19 и др]. Традиционная статичес
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.