научная статья по теме ЖИЗНЬ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ Физика

Текст научной статьи на тему «ЖИЗНЬ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ»

Жизнь на вечной мерзлоте

Даниил Иосифович Берман, доктор биологических наук, заведующий лабораторией биоценологии Института биологических проблем Севера ДВО РАН. Область научных интересов — адаптивная стратегия северных животных, принципы организации сообществ наземных организмов, биогеография Берингии.

Д.И.Берман

Вечная мерзлота подстилает почти 60% территории России. Неслучайно изучению биологии и экологии организмов, населяющих это громадное пространство, посвящены тысячи публикаций. Однако во многих из них авторы даже не употребляют слово «мерзлота», как бы умаляя ее значимость, в других же работах непросто найти ответ на естественный, казалось бы, вопрос: есть ли специфика экосистем и сообществ, их пространственного распределения на вечной мерзлоте?

Проявления мерзлоты, как и ее роль в ландшафтных процессах, региональны, они связаны с особенностями климата, горных пород, рельефа, палеогеографии и т.д. Настоящая статья — попытка синтеза и краткого изложения наших представлений, сложившихся в результате многолетних и разносторонних исследований в континентальных горных северотаежных районах Магаданской обл., а именно в верховьях Колымы, где расположен стационар Института биологических проблем Севера ДВО РАН — «Абориген». Работа велась сотрудниками нашей лаборатории — климатологом А.В.Алфимовым, экофизиологом А.Н.Лей-рих, микробиологом И.Б.Гриш-кан, энтомологами З.А.Жигуль-ской и Ю.М.Марусиком. Помогали нам начальник стационара В.А.Бельгер, его жена и наша сестра-хозяйка А.П.Бельгер, инженер А.А.Поплоухин, механик-водитель А.А.Лейман и др.

© Берман Д.И., 2008

Маскировка мерзлоты

Верховья р.Колымы, которая дала название, ставшее зловещим, всему региону, находятся менее чем на градус севернее Петербурга и Хельсинки, однако каштаны и даже сосны тут не растут. Бытующее представление о суровости «Колымы» имеет веские основания — верховья Индигирки с полюсом холода дадут лишь небольшую фору Колыме. В нашем регионе среднемесячные температуры января близки к -40°С, морозов не случается разве что два месяца в году, амплитуда экстремальных температур воздуха около 90°С (летом может быть за 30°С, зимой до -56°С), при этом годовая сумма осадков всего-то 360 мм, из них 50—70% выпадает летом (казалось бы, полупустыня и только, но большая часть территории переувлажнена!).

Поскольку средние годовые температуры воздуха здесь

-9--11°С (для сравнения — в Москве +5°С), постольку мерзлота повсеместна, кроме долин крупных и некоторых небольших рек. Повсеместна — еще не означает, что всюду видна. Проработавшие с нами на Колыме полевой сезон финские зоологи, превосходные натуралисты, объехавшие полмира, в конце пребывания, смущаясь, попросили показать- мерзлоту.

В ландшафтах среднегорья мерзлота замаскирована в основном редколесьями и лишь местами — лесами из преобладающей здесь лиственницы Ка-яндера (Larix kajanderii). Ее сменяют, начиная с верхнего предела распространения (800— 1000 м над ур.м.) и выше (1100— 1300 м над ур.м.), сообщества кедрового стланика (Pinus pu-mtta) (рис.1). Обе породы имеют огромные ареалы, ибо неразборчивы (выражаясь научным языком, обладают широчайшей экологической валентностью)

Рис.1. Горно-таежный Северо-Восток — господство лиственницы и кедрового стланика.

Здесь и далее фото автора

500 1000 1500 2000

годовая сумма положительных среднесуточных температур, °С

Рис.2. Примерные границы гидротермических условий в слое почвы 0—20 см в бассейне Верхней Колымы, пригодных для обитания лиственницы и кедрового стланика. Видно, что кедровый стланик в отличие от лиственницы не переносит застойного увлажнения, именно поэтому его гидротермическое «пространство» меньше.

в отношении гидротермических и почвенных условий (рис.2). Однако на подавляющей части территории, особенно на северных склонах, шлейфах и террасах, лиственница тонка, крива и дышит на ладан.

Нет, нет, так мрачно все выглядит лишь для профессионала. Банальный ландшафт верховьев Колымы порой радует даже пресыщенный глаз. Например, ранней осенью, когда средний и задний планы обозримого с вершин гор пространства залиты лишь двумя красками — желтой от прихваченной морозом хвои лиственницы и зеленой от вечно зеленого стланика, а передний план оживлен гаммой красных и синих тонов отмирающих листьев кустарниковых берез и голубики. День ото дня оттенки лиственницы меняются с нежного желтовато-зеленого через ослепительно золотой к унылому коричнево-бурому...

По сравнению с лиственничниками и кедровниками, другие сообщества занимают ничтожную долю территории. Зато какие! Чего стоят крошечные островки реликтовых (плейстоценовых) степей, сохранивших не только степные растения [1]. Не менее замечательны ленточные тополево-чозениевые уремы c неморальными* реликтами. Любопытны небольшие рощицы низкорослых осин (Populus tremula), раньше других напоминающих о бренности колымского лета и скором приходе осени яркими желто-красными пятнами среди зелени лиственниц и кедровников. Узкими мазками ольховников (Alnaster fruticosa) выделяются тальвеги, прорезанные ручьями на любых склонах, даже северных.

Как же сосуществуют на одной территории столь различные сообщества? Чтобы разобраться, надо в буквальном смысле копнуть вглубь.

* Виды, по происхождению связанные с широколиственными лесами (от лат. nemoralis — лесной). — Примеч. ред.

Рис.3. На северном склоне зеркало мерзлоты почти всегда мокрое (вверху); на пологом шлейфе оно может быть почти без воды. 20.07.2008.

На «висячем» болоте в «пьяном» лесу

К концу теплого сезона в большинстве мест до мерзлоты обычно не больше метра. На северных склонах, подгорных шлейфах, заболоченных террасах не больно-то и копнешь даже осенью. Зеркало мерзлоты под сфагновыми мхами может быть уже в 30—40 см от поверхности (рис.3). Мерзлота здесь сильно насыщена льдом — эдакий армированный рыхлым тор-

фом ледобетон, по которому, как по абсолютному водоупору, всегда сочится (часто и струится) вода. В нижней трети северных склонов плоскостной сток (т.е. не сведенный в русла внутри-почвенных ручейков) по зеркалу мерзлоты в десятки, а на некоторых участках в сотни раз превышает (в пересчете на единицу поверхности) объем выпадающих осадков — тает-то весь склон. Вода, в буквальном смысле ледяная, все лето охлаждает оттаявший слой торфа.

Одним словом, до мерзлоты полтора штыка лопаты, хлюпает под ногами вода, вместо минеральной почвы рыхлый мокрый торф. В покрове — устойчивые к холоду мхи, поверх которых устраиваются лишайники, по западинам — осоки и пушицы. Сюда же карабкается нигде более, кроме болот, не растущая клюква, мелкие и редкие ягоды которой не всегда и разглядишь. И все это при крутизне в 10—25°. «Висячее» болото — диковина для европейца (рис.4)!

Рис.4. Создающая белый фон на обоих склонах пушица влагалищная (ЕпорНогит vaginatum) растет всегда только в переувлажненных местах. Благодаря ей «висячие» болота видны издалека.

Рис.5. Оползание грунтовых блоков по зеркалу мерзлоты Рис.6. «Пьяный» лес на северном склоне. на северном склоне.

По мокрому скользкому зеркалу близко расположенной мерзлоты хаотически и недалеко оползают крупные блоки оттаявшего грунта, формируя со-лифлюкционный (от solum — почва, грунт и fluxus — течь) рельеф (рис.5) с криво стоящими и старающимися распрямиться, а потому искривленными деревьями — «пьяный» лес (рис.6)! Правда, и на шлейфах (всегда мерзлотных) даже с незаметными уклонами лиственницы тоже «пьяны», но в этом повинна не солифлюкция, а вспучивание грунта при замерзании.

«Кислая» жизнь

На северных склонах и в подобных биотопах с водоупорной мерзлотой не только холодно и мокро. К тому же еще и кисло. Опад лиственницы и кедрового стланика, вересковых кустарничков и осок, «очесы» мхов и лишайников крайне медленно разлагаются. Изначально — из-за большой доли лигнинов, смол, фенолов и т.д. Растительные остатки накапливаются в мало измененном виде. Незначительное содержание карбонатов в горных породах и промываемых их водах не может сказаться на кислотности почв. Поэтому водный рН лишь 3.5. Не

столовый уксус, но вполне достаточная среда для значительного ослабления деятельности большинства бактерий. Специфических, переносящих такую кислотность форм здесь мало.

Сам по себе феномен угнетения бактерий в кислой среде известен любой домохозяйке, задумывавшейся о принципе маринада. Но масштаб явления! Бактерии вездесущи и обеспечивают одну из своих важнейших функций — деструкцию органики. Везде, но не в нашем регионе. На громадной территории (как минимум в бассейнах верховий Колымы, Индигирки, Яны и, вероятно, много шире) в подобных кислых почвах бактерии, конечно, присутствуют, но «еле дышат». Отмершую органику разлагают, главным образом, микроскопические грибы, но и для них некомфортно — слишком холодно [2]. Ли-шайниково-моховые покровы «консервируют» низкие температуры, но в сочетании с формирующимися торфянистыми горизонтами почв и разного рода торфами этот процесс усиливается, и сезонно-талый слой здесь мал. В итоге создается петля обратной связи, поддерживающая эдакий холодо-вой термостат, способствующий накоплению торфовой массы.

Не мудрено, что «кислая жизнь» при низких температурах не способствует пышности напочвенного покрова. Поэтому он обеднен и однообразен на обширных пространствах и представлен разного рода гипо-арктическими олиготрофными мхами, лишайниками, неприхотливыми вересковыми кустарничками, осоками, пушицами, злаками (например, вейни-ком Лансдорфа) и т.д.

Что уж говорить о почвенных беспозвоночных из числа мезо-фауны. Раз мало разнотравья, будет мало и олигофагов. Однако население, хоть и не богатое и своеобразно организованное, тут есть. Здесь живут вездесущие муравьи-гипоаркты: крошечный Leptothorax acervorum устраивает свои гнезда на южной стороне кочек или комлей лиственниц (и нет для него северного склона!), а муравей-древоточец Cam-ponotus herculeanus выгрызает гнезда-лабиринты в сухих лиственницах и спускается в почву всей семьей лишь на зиму. Жмутся также к поверхности всего-то по три-четыре жучка на 1 м2, в основном жужелицы и щелкуны; два вида последних (Seric

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»