ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 2, с. 156-158
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 581.524.323(571.66)
ЗАСЕЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ ПОВЕРХНОСТИ ГОРЯЧЕГО ПИРОКЛАСТИЧЕСКОГО ПОТОКА (ВУЛКАН ШИВЕЛУЧ, КАМЧАТКА)
© 2012 г. С. Ю. Гришин
Биолого-почвенный институт ДВО РАН 690022 Владивосток, просп. 100-летия Владивостока, 159 E-mail: grishin@ibss.dvo.ru Поступила в редакцию 27.05.2011 г.
Ключевые слова: сукцессия, Ceratodonpurpureus, пирокластический поток, вулкан Шивелуч, Камчатка.
По юго-западному склону вулкана Шивелуч (центральная Камчатка) 27 февраля 2005 г. сошел огромный пирокластический поток, возможно, крупнейший по объему отложений в историческое время в Камчатско-Курильском регионе. Вулканологи оценили объем потока в 0.5 км3, длину — 25 км, площадь отложений — 31.5 км2, среднюю мощность — 15 м (Гирина и др., 2006). Поток (вероятно, это был комплекс напластований из многократно сходящих потоков) несколькими рукавами, глубоко (до высоты 180—250 м) внедрился в лесной пояс (рис. 1), сформированный здесь Picea ajanensis, Larix cajanderi и Betula ermanii. Отложения потока погребли лесную растительность в долине р. Байдарной, резко расширив долину (от 100—200 м до 1000—2500 м), а раскаленные пи-рокластические волны вызвали гибель леса вдоль бортов потока (Гришин, 2008, 2009).
Пирокластические потоки — разрушительные вулканические явления, опасные из-за внезапности схода, масштабности зон поражения и высокой температуры отложений. В 2005—2011 гг. на Камчатке и Курилах пирокластические потоки (вулканы Шивелуч, Безымянный, Пик Сарычева и др.) перекрыли отложениями территорию более 100 км2. Так, в результате воздействия раскаленных потоков половина о. Матуа (Курилы, 2009 г.) превратилась в пустыню (Гришин и др., 2010).
Подобно лавинам, газонасыщенные потоки скатываются по понижениям на склонах вулкана, погребая своими отложениями русла, долины и подножья. Массы раскаленных вулканитов имеют температуру в сотни градусов и при большой мощности могут остывать десятилетиями. Так, через 3 недели после извержения 2005 г. в толще отложений на глубине 15 см была отмечена температура 40—60°, на глубине 170 см — более 400°. Отложения были очень рыхлыми и газонасыщенными, с плотностью около 1.5—1.8 г/см3 (Гирина и др., 2006).
Через полгода после извержения, в августе 2005 г., при нашем первом кратком обследовании
на поверхности потока местами наблюдались воронки (диаметром 0.5—1 м), из которых выходил пар. Стенки обнажений, возникшие в результате размывания пирокластики летними водотоками, были горячими (Гришин, 2008). На поверхности отложений во многих местах встречались обугленные ветви и обломки древесины. Температура поверхности пирокластики субъективно (на ощупь) воспринималась как соответствующая температуре окружающей среды. Мощность пи-
• 3
Рис. 1. Отложения пирокластического потока 2005 г.: 1 — поле отложений по космоснимку; 2 — поле отложений извержения 1964 г.; 3 — район измерений (наиболее мощная часть гряды, сформированной пиро-кластическими отложениями).
ЗАСЕЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ ПОВЕРХНОСТИ
157
рокластических отложении потока неоднородна — от долеИ метра на шлейфах периферии потока до десятков метров (судя по рельефу) в крупной гряде с пологими склонами. Размеры гряды около
1 х 2 км, она расположена в пределах 300—400 м над ур.м. (пояс хвойного леса).
В первые годы после извержения высшие растения не заселяли пирокластику. В 2006 и 2007 гг. отмечено появление дереворазрушающих грибов на полупогребенной древесине, а в 2008 г. сосудистых растений на потоке. Тогда же были обнаружены миниатюрные кольцевые структуры растительности, которые представляют собой полосы растительности, окаймляющие округлые пятна (поперечник пятен — около 0.5—1.5 м). Ширина каймы 8—20 см, часто она разорвана или выражена фрагментарно. Ее растительность представляет собой низкий моховой покров, похожий на корку, изредка с включением единичных небольших сосудистых растений (вегетирующие злаки, всходы Betula ermanii). Мох, заселивший тепловые пятна, — Ceratodon purpureus; это космополитичный пионерный вид с широкой экологической амплитудой, активно заселяющий нарушенные местообитания. Высота зеленых побегов не превышает 1—2 мм, спорогонии отсутствуют; ризоиды скрепляют поверхностный слой отложений, образуя плотную дернину.
Тепловые пятна разбросаны в наиболее мощной части потока бессистемно, иногда встречаются группами до 3—4 шт. Поверхность этих пятен ощутимо нагрета. Раскапывание теплового пятна на глубину 70 см вскрыло рыхлый (в основе — песок), влажный и сильно нагретый грунт, выделяющий пар. Изучение спутниковых снимков (ASTER и др.), выполненных за период 2005—2010 гг., показало, что и вся поверхность мощных отложений пирокластики в долине р. Байдарной интенсивно излучает тепло, что видно по протаиванию снегового покрова. Несмотря на то, что в течение 5.5 лет после извержения поток оставался горячим, это не помешало растениям начать его заселение.
Отложения пирокластического потока представлены андезитовым материалом: заполнителем грунта служит тонкий (до супеси и пыли) светло-серый песок, с включениями мелких камней серого и коричневого цветов размером 1—
2 см. Постоянно встречаются пористые куски светлой окатанной пемзы размером 2—5 см, часто до 10—15 см. Материал внутренней части тепловых пятен отличается от окружающей пирокла-стики: в первых материал однородный (песок, местами над ним корочки возгонов из тонкого материала), отсутствуют камни.
Для измерения температуры поверхности потока 2 и 3 августа 2010 г. использовали цифровой термометр со стальным щупом (диапазон измерений —50...+300°С, разрешение 0.1°С). Исследованы 5 тепловых пятен и выполнены измерения фо-
Температура, °С
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
1 \
........
.........
.........
1 3 5 7 9 11 13 15 17 1921 23 25 27 25 272931
Расстояние, дм
Рис. 2. Температура поверхности (1) и на глубине 10 см (2), измеренные на профиле, пересекающем тепловое пятно.
новой температуры пирокластического потока (всего 370 замеров при температуре воздуха 19— 22°С, частичной или сплошной облачности).
Фоновая температура поверхности осевой части наиболее мощной гряды потока (где глубина толщ достигает, судя по рельефу, ~30—40 м) оказалась повышенной, причем температура грунта повсеместно повышалась с глубиной. Средняя температура составила 28.5, 32.8, 35.6°С для поверхности и глубин 10 и 25 см соответственно. К краевой части гряды, где мощность отложений падала, приблизительно до 10 м, температуры были несколько ниже — 25.7 и 27.4°С для глубин 0—1 и 10 см соответственно. Выявлено, что температура грунта повсеместно повышалась с глубиной. На поверхности отложений температура увеличивалась от фоновых значений до максимальной в центральной части тепловых пятен. Наиболее высокая температура поверхности (97.8°С) была зафиксирована в центре крупного пятна, единственного, у которого с шумом выходил пар.
На рис. 2 представлены результаты промеров по микропрофилю длиной 310 см через типичное тепловое пятно, выполненных через 10 см. Пятно находится в верхней осевой части гряды, сформированной мощными отложениями пирокластики, на пологом (3°—5°) склоне южной экспозиции. Кольцо растительности из мохового покрова в поперечнике имеет внутренний диаметр 66 см, внешний — 86 см при ширине каймы 10 см. Температура повышается от краев к центру пятна от 30° до 45° на поверхности, от 33° до 90° — на глубине 10 см. Средняя температура в середине каймы составила на поверхности 37.2°, а на глубине 10 см — 52°.
По данным обмеров кольцевых структур диапазон температур поверхности в средней части полосы мхов составлял 32— 42°, на глубине 10 см — 47—57°. Выявлено, что для существования куртин мха оптимальна температура поверхности около 37°. От-
2
ЭКОЛОГИЯ № 2 2012
158
ГРИШИН
меченная на одном из тепловых пятен пониженная температура (33.7° и 47.2° для глубин 0—1 и 10 см соответственно, по-видимому, отражала локальный спад теплового излучения, что вызвало деградацию куртины. Существенным фактором выживания мха является стабильный режим влажности субстрата вследствие просачивания снизу водяного пара, интенсивность поступлений которого, по-видимому, коррелирует с выносом тепла.
Появление сосудистых растений на потоке, как и мхов, отмечено в 2008 г. В 2009 г. был проведен учет на 1000-метровом трансекте поперек потока. Помимо грибов на фрагментах древесных обломков, были встречены главным образом Cha-merion angustifolium, Poa malacantha, Betula ermanii. Растения отмечены на 16% площадок, чаще всего встречался иван-чай (10% площадок). Пионерные растения были небольшими по высоте (5— 20 см, изредка до 40 см) и создавали малое проективное покрытие (обычно менее 1% на площадках размером 1 х 1 м). Местами на пирокластике отмечены также Salix udensis, Minuarcia macrocar-pa, Chamerion latifolium, Calamagrostis sp., Artemisia opulenta, Stellaria eschschotlziana.
Чем обусловлено появление тепловых пятен? После остановки потока идет интенсивное выделение вулканических газов из раскаленной пирокла-стики вместе с водяным паром, который бурно испаряется из мокрых подстилающих горизонтов (осевая часть потока 2005 г. перекрыла одно из русел р. Байдарной; вероятно, в зоне погребенного русла продолжается подток грунтовых вод). В результате образовались фумаролы, которые вынесли парогазовой продувкой тонкую фракцию материала из толщи отложений на поверхность. В разрезе они выглядят как вертикальные трубки дегазации, лишенные тонкой фракции и состоящие из гравийного материала. Вокруг их выхода на поверхности образуется "воротник" вынесенной тонкой фракции. По мере остывания фумаролы превращаются в тепловые пятна, излучающие пар и тепло.
Для сукцессий на безжизненных вулканических отложениях важнейшими препятствиями являются иссушение и уплотнение поверхностного субстрата, а также отсутствие источников питания (del Moral, Grishin, 1999). Несмотря на неблагоприятные экотопы открытой ветрам и инсоляции (иссушающим поверхностные горизонты) вулканической пустыни, пионерный мох нашел узкую, но приемлемую для заселения нишу. Другой мох, Funaria hyg
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.