CC BY
301
Ландшафтоведение
Вестник ДВО РАН. 2010. № 4
УДК 911.52+502/504:574+551.58+550.47 (571.651)
О.Д.ТРЕГУБОВ
Об устойчивости тундр к техногенному воздействию и глобальным изменениям среды
Обсуждаются теоретические и прикладные аспекты устойчивости тундровых ландшафтов в масштабе от природной зоны до фации. На примере Чукотской тундровой провинции рассматриваются особенности и закономерности саморегуляции и самовосстановления ландшафтов в условиях глобальных изменений климата и техногенного воздействия. Предлагается универсальная модель фитогеохимической устойчивости тундр, отмечена ключевая роль экзогенно-криогенных процессов в восстановлении тундровых ландшафтов.
Ключевые слова: тундровые ландшафты, устойчивость, техногенное воздействие, глобальное потепление, фитогеохимия.
About tundra stability to technogenic impact and environmental global changes. O.D.TREGUBOV (NorthEast Interdisciplinary Research Institute, FEB RAS, Magadan).
Theoretical and applied aspects of stability of tundra landscapes at the scale from natural zone to facet are discussed in the paper. Peculiarities and regularities of landscapes self-regulation and self-restoration in conditions of climate global changes and technogenic influences are considered with the example of Chukotski tundra province. A universal model ofphytogeochemical stability of tundra is offered, and a key role of exogenous and cryogenic processes in restoration of tundra landscapes is underlined.
Keywords: tundra landscapes, stability, technogenic influence, global warming, phytogeochemistry.
Уникальность тундровых ландшафтов заключается в том, что они образуют самую молодую природную зону Северного полушария и одновременно являются одним из древнейших среди современных послеледниковых типов ландшафта [4, 11]. Не однозначны и суждения об устойчивости тундр - с одной стороны, как о наиболее ранимом и чувствительном природном образовании, с другой - как о пластически устойчивом ландшафте [2, 5, 6]. Обсуждение проблемы стабильности тундровых ландшафтов актуально в связи с возрастающими темпами освоения ресурсов углеводородного и минерального сырья северных территорий, а также с угрозой глобального потепления климата.
В настоящей работе предпринята попытка обобщить сложившиеся представления о характере и механизме устойчивости тундр к аномальному воздействию, при этом обратить внимание на универсальные способности ландшафтов Субарктики противостоять изменениям среды, выработанные ими на протяжении позднего кайнозоя, предложить авторское видение проблемы, оригинальные разработки и новые аргументы в пользу уникальной способности тундр к саморегуляции и самовосстановлению.
В общем виде под устойчивостью ландшафта следует понимать его способность к саморегуляции и самовосстановлению за счет функционирования и взаимодействия ландшафтообразующих систем во времени и пространстве [6, 19]. В этом ключе важными составляющими понимания устойчивости являются структура ландшафта, механизмы взаимодействия в ней систем различного уровня организации, их эволюция. Целесообразно
ТРЕГУБОВ Олег Дмитриевич - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник (Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт ДВО РАН, Магадан).
E-mail: [email protected]
разделение устойчивости на упругую и пластическую составляющие, которые, собственно, определяют направленность и результативность саморегуляции и самовосстановления ландшафта. Под упругой устойчивостью понимается способность ландшафта противостоять внешнему давлению и после прекращения воздействия возвращаться в изначальное состояние [2]. Пластическая устойчивость есть свойство ландшафта изменять под внешним давлением свою структуру, сохраняя при этом основные закономерности строения и функционирования. Есть и третья составляющая, которая обычно упускается из виду, - инерционность, позволяющая ландшафту продолжительное время находиться в стабильном состоянии при кратковременных перегрузках или долгосрочном незначительном внешнем воздействии.
Рассмотрим проявления устойчивости ландшафтов на примере тундровой зоны. Южная граница зоны соответствует северному пределу распространения лесов, поэтому она легко фиксируется. Изменение северной границы леса во времени и пространстве отражает динамику ареала распространения тундр и показывает степень их устойчивости к глобальным изменениям среды. Проблема взаимоотношений тундры и леса имеет давнюю историю и достаточно полно изучена [1, 3, 4, 9-11, 18]. Анализ накопленного материала позволяет констатировать: а) нет однозначного мнения о ведущих факторах географического положения границы леса; б) колебания южных границ тундр в послеледниковое время не были столь значительны; в) отмечаемые изменения в распространении лесов в тундровой зоне чаще всего связаны с интразональными пойменно-долинными ландшафтами. Это означает, что на протяжении последних 10-12 тыс., а возможно и более, лет при существенных колебаниях климата, изменении состава тундровой растительности границы тундр оставались в целом неизменными, а значит, в масштабе природной зоны упругоустойчивыми.
Особый интерес в плане устойчивости представляет Чукотская тундровая провинция, южные границы которой приобретают субмеридиональную ориентировку, а в самой провинции появляются специфичные дробные зональные единицы с четкими границами -кедротундры и ольхотундры [7] (рис. 1). Другой немаловажный аспект привлекательности Чукотки как объекта исследования - ее принадлежность к древней суше - Берингии, прародине тундр и самому крупному ее территориальному образованию за всю историю эволюции тундровой зоны. В южных кустарниковых тундрах граница обособленных кедро-
тундр и ольхотундр в большей мере соответствует орографическим и гидрографическим, чем климатическим, рубежам; случаи нарушения этой зональности единичны [14]. Подтверждение нерушимости границ - многочисленные находки в верхнеплейстоценовых речных террасах в границах ольхотундр ископаемых остатков ивы и ольхи, но никогда - кедрового стланика. В современных условиях за пределами своего ареала кедровый стланик встречается крайне редко в поймах крупных рек или в антропогенных ландшафтах (рис. 2). В то же время в провинции широко
170 180 1<0
I I 1 ЕЗ 2 з Щк 4 ШШ 5 Ш 6
Рис. 1. Карта-схема ландшафтов Чукотской тундровой провинции. 1 - арктическая тундра; 2 - типичная тундра; 3 - ольхотундра; 4 - кедротундра; 5 - лесотундра; 6 - лиственничная тайга
Рис. 2. Кедровый стланик на западной границе ольхотундр: на берегу зал. Онемен (слева) и на старой свалке бытовых отходов г. Анадырь
распространены пойменные и пойменно-долинные тополево-чозениевые леса, березовые рощи, древовидные ивняки и ольховники, удаленность которых от северной границы лесной зоны достигает 100-150 км. По флористическим признакам данные ландшафтные образования часто относят к реликтам и выделяют как ботанические памятники природы [7]. Однако при рассмотрении условий существования большей части пойменно-долинных лесов выясняется, что их развитие зависит от гидрологического режима рек и мерзлотной обстановки пойменных террас, условия которых динамичны, связаны с климатом и непосредственно с погодой нескольких сопряженных лет. Так, в верховьях р. Кан-чалан в теплые 1997 и 1998 годы нами наблюдались обширные «припойменные поля» поросли чозении, причем вверх по течению от существующих тополево-чозениевых островных лесов (рис. 3). Также изменчивы во времени и пространстве ландшафты пойменных, суходольных и нивальных разнотравно-злаковых лугов, аласов. Представляется, что эта изменчивая стабильность состояний есть упругая устойчивость ландшафтов одного уровня за счет пластической устойчивости (структурной изменчивости) другого, низшего по отношению к первому. Например, в Чукотской провинции упругая устойчивость границ кедротундр и ольхотундры обеспечивается пластичностью ландшафтов пойменно-долинного, озерно-болотного и плакорного типов местности, которые при внешнем воздействии изменяют свою структуру и границы.
Рис. 3. Молодая поросль чозении (2-3 года) в пойме р. Гачгагыргываам (бассейн р. Канчалан)
Устойчивость тундровых ландшафтов крупных таксономических единиц не может рассматриваться без анализа факторов внешнего воздействия соответствующего масштаба. Для Чукотской тундровой провинции это могут быть глобальные климатические флуктуации, вулканическая деятельность и неотектонические процессы, оледенения суши и деятельность ледников, трансгрессии и регрессии моря. Эти природные явления связаны между собой и обладают рядом общих свойств, таких как циклично-периодический характер воздействия на ландшафт посредством физических и химических факторов - изменение гидротермического режима почв, водная эрозия и экзарация, тундровые пожары, загрязнение почв вулканическими выбросами и атмосферными выпадениями пыли (эоловая гипотеза происхождения лёсса). Знаменательно, что все эти события фиксируются в позднекайнозойской истории Чукотки и по времени совпадают с формированием тундрового ландшафта как такового, неоднократно повторяясь с различной степенью интенсивности и в разном масштабе. Следовательно, способность претерпевать эпохи подобных природных катаклизмов выработана тундрами еще на стадии самоорганизации в плейстоцене. И на любое внешнее аномальное воздействие в современное время тундровый ландшафт отвечает аналогичными, уже выработанными механизмами саморегуляции и самовосстановления. В этой связи интерес представляет вывод А.Н.Котова об инерционности тундр и способности их противостоять климатическим изменениям [8]. По данным бурения осадков долгоживущих тектонических и ледниковых озер на Аляске, Чукотке и северном Приохотье, наблюдается снижение скоростей осадконакопления около 14-13 тыс. л.н. на фоне глобального потепления климата. Активизация осадконакопления произошла 10-8 тыс. л.н. и по времени совпадает с мощной экспансией термокарста по породам ледового комплекса. Активная трансформация верхних горизонтов сильнольдистых позднеплейстоценовых пород началась только спустя 4 тыс. л. после глобального потепления в результате сравнительно небольших флуктуаций климата, которых все-таки было достаточно для превышения предела длительной устойчивости тундровых криолитосистем. Следовательно, буферные свойства тундровых ландшафтов, связанные в первую очередь с доминантой накопления органических веществ и замедленным биологическим круговоротом, обеспечивают их плавный экологически безопасный переход в новую фазу развития, исключающий катастрофические проявления термокарста, термоэрозии и термоабразии.
Таким образом, вследствие своего географического положения и истории развития тундровые ландшафты в масштабе природной зоны, подзоны, провинции или области упруго- и пластично-устойчивы к изменениям среды не менее, а может, и более других современных природных ландшафтов как самые древние из них.
Иначе обстоит дело с тундровыми ландшафтами в рангах местности, урочища, фации. Именно на них приходится основная нагрузка изменений среды и техногенного воздействия. В ходе ответной реакции на аномальное внешнее влияние низшие в иерархии ландшафты могут изменять границы распространения, замещаться другими ландшафтами, трансформироваться по структуре и облику в новые природно-территориальные комплексы. Общим для всех этих изменений является то, что они нацелены на сохранение ландшафтов более высоких рангов, а замещение и трансформация приводят к формированию видоизмененных, но по существу типичных для тундр ландшафтов. Под типичностью здесь подразумевается сохранение характера внутренних и внешних связей абиогенных, биокосных и биогенных систем ландшафта - криолитоосновы, почвы, фитоценоза и зооценоза.
Наиболее известным и изученным механизмом саморегуляции и самовосстановления ландшафтов является сукцессия растительности [11]. По существу, антропогенные, пиро-генные, зоогенные сукцессии являются примерами самовосстановления ландшафтов при локальном воздействии, а эндоэкогенетические, сингенетические и экзогенные сукцессии - примерами саморегуляции при глобальных изменениях среды.
Для тундровых ландшафтов не менее значимыми являются мерзлотные экзогеннокриогенные процессы. Традиционно их рассматривают как факторы неустойчивости
ландшафтов криолитозоны. Однако криотурбирование, полигональное морозобойное тре-щинообразование, морозное пучение, термокарст и солифлюкция являются одним из проявлений саморегуляции тундровых ландшафтов и могут рассматриваться как часть механизма устойчивости тундр, многократно ускоряющая процессы их самовосстановления [16, 17]. Так, локальное нарушение сильно льдистой кровли многолетнемерзлых пород при проходке малых горных выработок - траншей, канав, расчисток - приводит к оплыванию их бортов за счет термокарста и солифлюкции, а затем к смыканию торфянистых почвогрунтов и закрытию нарушения (рис. 4). Полигональное морозобойное трещинообразование обеспечивает мозаичность тундровой растительности плакоров и ускоряет залужение тундр при механическом и пирогенном воздействии. Криогенная инверсия рельефа является переходной ступенью от аласов к тундровым плакорам.
Немаловажная роль в восстановлении нарушенных тундровых ландшафтов принадлежит торфонокаплению как процессу теплоизоляции многолетнемерзлых пород, захоронения и обеззараживания химического загрязнения почв. Превалирование накопления органических веществ над его разложением является универсальным фактором регулирования теплообмена и скорости латеральной и радиальной миграции вещества в тундровом ландшафте.
Динамика надмерзлотных вод является существенным фактором саморегуляции и восстановления. За счет изменения дренажа, понижения или повышения уровня надмерз-лотных вод развиваются процессы заболачивания, залужения, засоления и окисления почв. Все эти явления в той или иной степени замедляют или ускоряют трансформацию ландшафтов, а значит, участвуют в саморегуляции или самовосстановлении тундр.
Техногенное давление на тундровые ландшафты Чукотки сводится к механическому и теплофизическому, реже прямому химическому воздействию [6]. Наиболее часто обсуждается механическое воздействие гусеничного транспорта, при многочисленных проездах разрушающего моховую дернину. С разрушением почвенного и растительного покрова связаны строительство и эксплуатация линейных сооружений (дорог, трубопроводов, линий связи и электропередач), проходка геологоразведочных горных выработок, выпас оленей. Химическое загрязнение тундр можно наблюдать в зоне влияния населенных пунктов, разрабатываемых открытым способом месторождений минерального сырья, грунтовых дорог и автозимников. Теплофизическое воздействие является результатом механического нарушения почв и растительности, снежного покрова, например, за счет расчистки (утрамбовки) снега по автозимникам или загрязнения снега газопылевыми выбросами. Также теплофизическое воздействие может быть связано с изменениями уровня надмерз-лотных грунтовых вод, с подтоплением или осушением территории.
Нередко техногенное воздействие является косвенным, провоцирует природные процессы изменения среды, такие как площадной и линейный термокарст, тундровые пожары, мерзлотное сезонное и многолетнее пучение. Например, на вездеходных тундровых проездах наблюдается нарушение верхних горизонтов почв, идет залужение тундр, до 125% увеличивается глубина сезонного протаивания, локально образуются просадки, идет заболачивание или мерзлотное пучение тундр, изменяется химический состав почв [15].
Рис. 4. Механизм естественной рекультивации траншеи газопровода за счет экзогенно-криогенных процессов: 1 - торфянистые и торфяные почвы; 2 - многолетнемерзлые грунты; 3 - грунты обратной засыпки траншеи; 4 - трещины отрыва; 5 - граница сезонной оттайки; 6 - подземный трубопровод; 7 - оплыв почв и грунта
Таким образом, механическое воздействие не только приводит к изменению облика ландшафта, но и активизирует механизмы стабилизации и восстановления тундр - криолитогенные, сукцессионные, геохимические.
В вопросе взаимосвязи различных видов воздействия на ландшафт и процессов его самовосстановления следует отметить два важных момента. Во-первых, за исключением отдельных деталей при техногенном воздействии различного генезиса наблюдается сходная обратная реакция тундр и одинаковый метаболизм (внутренние изменения) ландшафта. Во-вторых, во всех проявлениях техногенной и естественной трансформации ландшафтов обнаруживается геохимическая составляющая. Сходство ответной на внешнее воздействие реакции и облика восстанавливающегося тундрового ландшафта обусловлено единством сукцессий тундр и экзогенно-криогенных процессов в ряду промерзание-оттайка, мерзлотное пучение-термокарст. Геохимические явления имеют двойственную природу. Согласно теоретическим представлениям экологической геохимии, биогеохимии, геохимии ландшафтов перераспределение содержания химических элементов в ландшафте может нести в себе информацию об изменениях среды или являться непосредственно фактором такого изменения. Так, в Анадырской низменности изменение содержаний Бе, Мп, Мо, Си, Сг, V, Ag может указывать на оглеение или окисление кислородом почв и означать, что происходит формирование педогеохимических аномалий тяжелых металлов.
В этой связи представляют интерес результаты статистико-математической обработки данных биогеохимических исследований ольхотундр Чукотки. В ходе исследований установлены взаимосвязи изменения содержаний микроэлементов в надземной части растений различных синузий со структурой фитоценозов, глубиной сезонной оттайки и химическим составом почв. Иными словами, в сукцессионном ряду каждой стадии соответствует определенная структура растительного покрова, глубина сезонно-талого слоя, содержание химических элементов в почвах и компонентах растительного покрова. Установление этих закономерностей позволило разработать модель фитогеохимической устойчивости тундр в условиях теплофизического и химического воздействия (рис. 5).
В основе этой модели две спирали левостороннего вращения: увеличение во времени мощности органогенных горизонтов почв и изменение глубины сезонной оттайки. Эксцентрик разбит на четыре сектора, соответствующих стадиям самовосстановления ландшафтов. Для каждой стадии условными знаками показаны главные фитогеохимические процессы и роль компонентов фитоценозов в восстановлении тундр.
В основе фитогеохимической устойчивости тундр лежит двух-, трехкомпонентная структура из групп-синузий с различными геохимическими, биологическими, физическими и механическими характеристиками. Кочкообразующие травы и злаки обладают максимальными возможностями в геохимическом «обеззараживании» почв за счет высокой биопродуктивности и деконцентрационных свойств в отношении экотоксичных и просто избыточных для мхов, лишайников, ерников элементов (РЬ, Ва, 8п, Си, N1, Бе). Мхи и лишайники, с одной стороны, обеспечивают теплоизоляцию многолетнемерзлых пород, с другой - способны аккумулировать в органогенные горизонты почв независимо от подстилающих их пород биогенные макро- и микроэлементы (Са, Mg, Бе, Мп, Си, N1). Ерники и кустарники за счет субгоризонтально развитой корневой системы укрепляют способность моховой дернины противостоять механическому воздействию. Они же способны избирательно поглощать и «сбрасывать» с опадом в среду биогенные (В, 2п, Си, Мп, Mg) и экотоксичные (Ва, РЬ, 2п, Си) элементы.
На стадии I самовосстановления ландшафта при механическом и пирогенном воздействии или за счет привноса инородных веществ нарушается дернина и увеличивается глубина сезонной оттайки, изменяется химический состав тундровых почв. Как и в большей части природных ландшафтов, при сукцессии идет формирование травяного покрова. В нашем случае это залужение вездеходных проездов, образование влажных пушицево-осоковых лугов или разнотравно-злаковых лужаек горных склонов и отвалов.
Относительно высокая биопродуктивность трав позволяет им в кратчайшие сроки закрепить поверхность почв, защитив от эрозии, и сформировать органогенный горизонт, тем самым подготовив основу для развития других растений. С точки зрения фитогеохимии растения данной группы толерантны к избытку поступивших в почвы химических элементов, способны без ущерба для своего развития регулировать их поглощение, что позволяет им стать абсолютными доминантами. Однако в ходе нескольких лет развития формируются почвы, лишенные избытка экотоксичных элементов и дефицитные по ряду биогенных микроэлементов. А к недостатку химических элементов кочкообразующие травы и злаки уже нетерпимы.
Следующий этап сукцессии, или Теплофизическое воздействие
стадия II самовосстановления ландшафта, характеризуется увеличением доли других компонентов фитоценозов - мхов, ерников, лишайников и кустарников. Очередность их появления и развития различна, она во многом зависит от условий среды, но чаще всего это мхи и ерники. Мхи терпимы к дефициту различных элементов, являются одним из главных источников поступления Са и Mg в органогенные горизонты почв, обладают существенным средообразующим потенциалом. Теоретически мхи способны почти полностью вытеснить травы, что и наблюдается на локальных участках тундроболот.
Вместе со мхами в составе растительности развиваются кустарнички.
Они характеризуются максимальным содержанием ряда химических элементов при минимальной доле проективного покрытия (2п, Ва, Си, В).
Образно выражаясь, ернички «отвоевывают» у чувствительных к металлам мхов и лишайников пространство для себя и кочкообразующих трав (стадия III). Подобно кочкообразующим травам и злакам, ерники и кустарники обладают внутренним геохимическим механизмом ограничения своего распространения. С превышением некоторого критического предела (для кустарников - 45-55 %, для кустарничков - 30-35 %) в них, а также в почвах резко возрастает или убывает содержание определенных химических элементов - В, N1,
Си, Мп, Бе, что скорее всего и является тормозом их дальнейшего распространения.
Рис. 5. Модель фитогеохимической устойчивости тундр при теплофизическом (а) и химическом воздействии (б): 1 - био-геохимические связи (7п, В, Са, Mg, Си, Мо, Вг, Мп, Бе и др.) групп-синузий через биокосную среду; 2 - граница сезонной оттайки; 3 - литогенные геохимические потоки (Ag, Ва, РЬ, 7п, Сг, N1, Со, 8п и др.); 4 - средообразующее воздействие групп-синузий на почвы и грунты; 5-7 - ведущие группы-синузии кочкообразующих трав и разнотравья (5), зеленых мхов и сфагнума (6), кустарничков и кустарников (7); 8 - не-выветрелые многолетнемерзлые горные породы и грунты; 9 - органоминеральные горизонты почв; 10 - органогенные горизонты почв; 11 - геохимически активные отходы, сбросы, выбросы. Размеры значка групп-синузий показывают их долю в проективном покрытии. !-^ - стадии самовосстановления ландшафта
На IV, заключительной, стадии формируются условия гомеостаза, когда геохимическое воздействие среды и взаимодействие компонентов фитоценоза полностью уравновешено, а амплитуда колебаний состояний не превышает критического уровня.
Хорошим примером действия разработанной модели фитогеохимической устойчивости стал наблюдавшийся нами разрез в шурфе глубиной 0,8 м на охраняемой территории воинской части. Более 50 лет назад участок кочкарных мохово-кустарничковых тундр испытал внешнее воздействие - отсыпку золошлаковой смесью. В настоящее время это изолированный участок редкокочкарной мохово-пушицево-кустарничковой тундры, близкой по облику к естественной. Природные торфянистые почвы и техногенные грунты оказались вмерзшими в многолетнемерзлую толщу, а вновь образованные торфяносто-пере-гнойные почвы перекрывают золошлаковую отсыпку (рис. 5б).
Несмотря на разнообразный облик, различия в составе и структуре тундровых фитоценозов предложенный для фации или биогеоценоза механизм фитогеохимической устойчивости является, по-видимому, универсальным. Более того, «застывшие» стадии или, наоборот, тупиковые ветви сукцессий подтверждают справедливость предложенной модели. Таковы, например, разнотравные луга пойм и подножий горных склонов, моховые болота на древних торфяных отложениях, сплошные заросли ольхи на промороженном крупнообломочном делювии склонов северной экспозиции, мохово-лишайниковые «ковры» автономных ландшафтов плоских вершин увалов. В том или ином случае имеет место постоянный приток вещества или, наоборот, мощный геохимический изолятор. Выявленные геохимические закономерности объясняют индивидуальность групп растений и их взаимоотношения в биогеоценозе, описание которых дано В.Н.Сукачевым и Л.Г.Раменским еще в первой половине прошлого века [12, 13]. В первую очередь это касается третьего и четвертого типов взаимоотношений растений: «через изменение среды» и «трансбиотические взаимоотношения» [12]. Кроме этого, следует принимать во внимание сигнальную функцию геохимических потоков для экосистем наподобие изменений света, температуры, атмосферного давления.
На ландшафты, как и на многие другие объекты живой и неживой природы, распространяется так называемый принцип матрешки, когда каждый вмещающий ландшафт подобен вложенному. Тем самым полученные для ландшафтной фации закономерности фитогеохимической устойчивости можно с определенной долей условности распространить на ландшафты более высокой иерархии - урочища, местности, районы. В связи с этим вызывает интерес природа внутренних границ южных кустарниковых тундр в Чукотской провинции. На протяжении длительной истории, порядка 35 тыс. лет, изолированного развития ольхотундр и кедротундр сформировались две фитогеохимические системы, закрытые для взаимопроникновения растений конкурирующих экоформ, причем в случае кустарниковой ольхи даже одного вида, но разных популяций. Данное предположение, безусловно, требует проверки и отдельного исследования, но подобное объяснение существования жестких ландшафтных границ кажется убедительным. Причиной изолированного развития двух сегментов кустарниковых тундр могли быть ледники горных сооружений или водные акватории в эпохи морских трансгрессий в плейстоцене [14]. Следует допустить более широкое распространение, эволюционную обусловленность подобных отношений между коренными фитоценозами тундр, когда их смешение возможно лишь при условии практически полного уничтожения на уровне ландшафта. По существу, это форма сопротивляемости ландшафта к биогенному природному или антропогенному воздействию, которую необходимо учитывать при рассмотрении и оценке устойчивости тундр.
Подводя итог обсуждения проблемы устойчивости тундр, невозможно обойти вниманием прогнозирование изменения тундр при глобальных климатических флуктуациях, оценку рисков техногенного вмешательства в процессы саморегуляции и самовосстановления, перспективы антропогенного «улучшения» естественных ландшафтов с целью рационального использования природных ресурсов.
На изменения климатических условий тундровой зоны в первую очередь реагирует криолитооснова ландшафта. С подъемом среднегодовой температуры атмосферного воздуха, ростом количества осадков летом и осенью увеличивается глубина сезонной оттайки, повышается температура кровли мерзлых пород (рис. 6). С увеличением сезонно-талого слоя понижается уровень надмерзлотных грунтовых вод, вытаивают подземные льды переходного и промежуточного слоев [16, 17]. В биогеохимический круговорот вовлекаются ранее законсервированные многолетней мерзлотой горные породы, формирование которых происходило в отличных от современных геохимических условиях [15]. При потеплении климата возможны два сценария трансформации тундровых ландшафтов. По первому из них ожидается эволюционное изменение указанных ландшафтов в результате плавного увеличения глубины оттайки, сопровождаемое постепенным изменением структуры талого слоя и режима надмерзлотных вод. Трансформация структуры растительного покрова тундр будет происходить почти синхронно изменению гидротермического режима почв и оттайке криолитоосновы. Второй сценарий предполагает резкое увеличение мощности талого слоя в течение нескольких лет при росте амплитуды и частоты колебаний глубины оттайки. Такое возможно при резонансе колебаний глубины оттайки и периодического воздействия климатических факторов, таких как летняя температура воздуха атмосферы, количество осадков, высота снежного покрова. В этом случае следует ожидать резкого усиления и широкого распространения экзогенно-криогенных процессов (термокарста, термоэрозии, термоабразии, солифлюкции). Трансформация тундровой растительности и почвообразования уже будет асинхронной и аварийной, иначе говоря, приспособленческой по отношению к фактически происходящим изменениям. На стабилизацию ландшафтных условий после нескольких лет «шоковой терапии» экзогенно-криогенных процессов уйдут десятилетия, а на восстановление или формирование типичных для тундрового района, области, провинции ландшафтов - и того больше. При этом ландшафтные образования высших рангов (зона, подзона, провинция, область) проявят упругую устойчивость, ландшафты среднего звена (район, местность) - пластическую, в меньшей степени упругую устойчивость. Урочища и фации претерпят наибольшие изменения, трансформируются в новые, пусть и типичные для вмещающей их местности, ландшафты. Здесь, видимо, можно говорить о проявлении пластической устойчивости урочищ за счет упругой неустойчивости фаций.
Эволюционные и катастрофические сценарии изменений ландшафтов могут комбинироваться, тогда эволюционный график обретет форму порожистой кривой, каждый уступ которой будет соответствовать всплескам активности эрозионно-криогенных процессов. По полученным за последние 15 лет данным подобным образом изменяется глубина от-тайки на двух площадках мониторинга сезонно-талого слоя (рис. 6).
Возможен и другой вариант, описанный выше для раннего голоцена, когда благодаря упругой устойчивости и инерционности тундровые ландшафты при существенном потеплении климата долгое время оставались без значимых трансформаций [8]. В этом случае резонансный скачок экзогенно-криогенных процессов становится «спусковым крючком» запоздалой и поэтому катастрофической коренной перестройки тундровых ландшафтов.
Наиболее явным техногенным вмешательством в саморегуляцию и самовосстановление природных ландшафтов является рекультивация загрязнений и нарушений окружающей
1 ---------------2
Рис. 6. Динамика глубины сезонной оттайки в ландшафтах южных кустарниковых тундр в 1994-2009 гг. 1, 2 - сезонноталый слой, площадки «Дионисия» (1) и «Онемен» (2)
природной среды. В Чукотском автономном округе это прежде всего инженерная рекультивация полигонов и отвалов горно-промышленных предприятий, свалок бытовых и промышленных отходов населенных пунктов. Биологическая рекультивация проводится крайне редко. Если технология мероприятий рекультивации достаточно хорошо разработана, то применение ее с учетом специфики ландшафтов, степени нарушенности территории, хода естественных ландшафтных процессов оставляет желать лучшего. Наблюдения инженерной рекультивации траншеи магистрального газопровода Западно-Озерное мес-торождение-Анадырь (105 км) в 2001-2006 гг. показали, что результативность и экономическая эффективность мероприятий напрямую зависят от степени учета ландшафтных условий [16]. Так, меры по тотальной засыпке термокарстовых просадок траншеи привозным, инородным для ландшафта щебнистым грунтом произвели обратный от ожидаемого результат. Произошло обводнение подпруженных отсыпкой обширных площадей, активизировались солифлюкция склонов и термокарст по современным повторно-жильным льдам. Наоборот, локальная засыпка термоэрозионных оврагов щебнистым грунтом и применение исключительно обратной засыпки на траншее показали на тундровых плакорах и пологих склонах хороший результат. Наконец, технически труднодоступные озерно-болотные котловины, где рекультивационные мероприятия не были проведены, через 5 лет практически полностью восстановились за счет естественных процессов до удовлетворительного состояния. Несомненно, что использование при засыпке траншеи супесчано-торфянистых грунтов, внесение минеральных удобрений, организация водо-пропусков в местах естественного стока в описываемой ситуации многократно ускорили бы техногенную сукцессию растительности и восстановление ландшафтов.
Естественное желание человека улучшить среду своего обитания зачастую сталкивается с проблемой сохранения этой среды от полного уничтожения или, по крайней мере, от существенной ее деградации. Особенно актуально это сегодня, когда реально достижимыми стали невероятные по глобальности вмешательства в природу проекты. Обычными в этом случае крайностями, как, например, поворот северных рек на юг или изменение течения Гольфстрим, в самом зародыше дискредитируются здравые и логичные подходы к проблеме. При этом очевидно, что антропогенное воздействие в направлении естественных процессов могло бы принести существенную выгоду как человеку, так и природной среде. В рамках обсуждаемых аспектов устойчивости тундровых ландшафтов Чукотки это могло быть расширение границ существующих и формирование новых интразональных тополево-чозениевых, ольхово-березовых и ольхово-ивовых лесов по речным, приозерным и техногенным таликовым зонам. Такое предложение еще в 1935 г. высказывал известный тундровед Б.Н.Городков [3]. Возможно, следует вернуться к практике 1980-х годов - мелиорации и луговодства тундр, дополнив ее современными экологически безопасными технологиями спуска озер [6]. Данные процессы естественным образом происходят в условиях потепления климата, но могут быть существенно ускорены, что даст экономический, социальный, в том числе экологический, эффект за счет повышения биоразнообразия тундр.
Не такой уж фантастичной представляется идея геохимического управления техногенными, пирогенными, экзогенными и эндогенными сукцессиями тундрового ландшафта с целью их ускорения или перенаправления при наличии альтернативных вариантов. Такую возможность предоставляет сигнальная функция добавок в ландшафт микроколичеств определенных химических элементов. Несмотря на необходимость подтверждения геохимической концепции управления ландшафтом экспериментами и наблюдениями, идея представляет несомненный интерес.
Таким образом, проблема устойчивости тундровых ландшафтов многогранна, различны и пути ее разрешения. В любом случае необходимо исключать крайние точки зрения и категоричность суждений. И первое, и второе ставит заслон научному анализу устойчивости тундр, а посредством однозначных запретов хозяйственной деятельности попросту
исключает возможность рационального освоения Арктики и Субарктики. Изложенный материал позволяет заключить, что тундровый ландшафт упруго- и пластично-устойчив к изменениям среды за счет ответных реакций и компенсационных механизмов, выработанных в плейстоцене в экстремальных условиях высоких широт. Изучение тундр как наиболее первозданно сохранившейся природной зоны антропогена открывает уникальные перспективы познания современной природы Земли и ее моделирования в свете прогнозируемых глобальных природных явлений и техногенных катастроф.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев В.Н. Заселение тундры лесом в современную эпоху // Растительность Крайнего Севера СССР и ее освоение. Вып. 1. М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 27-45.
2. Вильчек Г.Е. Устойчивость тундровых экосистем и прогнозирование последствий их антропогенной трансформации // Изв. РАН. Сер. геогр. 1995. № 3. С. 59-69.
3. Городков Б.Н. Растительность тундровой зоны СССР. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1935. 142 с.
4. Григорьев А. А. Субарктика. М.: Изд-во АН СССР, 1946. 172 с.
5. Зимов С. А. Человек и природа Севера: гармония противоположностей // Вестн. АН СССР. 1990. № 2. С. 118-132.
6. Иванец Б.С., Иванец Р.В., Скрыльник Г.П. Естественные и антропогенные тенденции развития вечной мерзлоты Анадырской тундры // Природа и человек. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1973. С. 117-128.
7. Кожевников Ю.П. География растительности Чукотки. Л.: Наука, 1989. 176 с.
8. Котов А.Н. Плейстоценовые оледенения южной части Нижнеанадырской впадины и севера Корякского нагорья // Четвертичная палеогеография Берингии. Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 2002. С. 67-75.
9. Кременецкий К.В., Мак-Дональд Г.М., Галабала Р.О. и др. Об изменении северной границы ареалов некоторых видов деревьев и кустарников в голоцене // Ботан. журн. 1996. Т. 81, № 4. С. 10-25.
10. Мильков Ф.Н. Основные проблемы физической географии (Избранные лекции). Воронеж: Изд-во гос. ун-та, 1959. 170 с.
11. Мильков Ф.Н., Гвоздецкий Н.А. Физическая география СССР. М.: Мысль, 1969. 461 с.
12. Работнов Т.А. Развитие некоторых теоретических положений Л. Г. Раменского и В.Н.Сукачева в области фитоценологии // Экология. 1994. № 4. С. 3-8.
13. Сукачев В.Н. О некоторых современных проблемах изучения растительного покрова // Ботан. журн. 1956. Т. 41, № 4. С. 476-486.
14. Трегубов О. Д. Геоморфологические, морские и гляциологические барьеры в истории формирования тундровых ландшафтов Чукотки / Материалы Междунар. науч. конф., посвященной 100-летию со дня рождения Д. Г. Панова (8-11 июня 2009 г). Ростов-н/Д.: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. С. 327-330.
15. Трегубов О.Д Глобальное потепление как фактор изменения химических свойств мерзлотных тундровых почв // Сб. докл. III Междунар. науч. конф. «Современные проблемы загрязнения почв». М.: МГУ, 2010. С. 294-297.
16. Трегубов О.Д., Котов А.Н. Стадийность развития опасных экзогенно-криогенных процессов при строительстве и эксплуатации подземного газопровода (Чукотка) // Сергеевские чтения. Вып. 9. Опасные природные и техногенные экзогенные процессы: закономерности развития, мониторинг и инженерная защита территорий. М.: Изд-во ГЕОС, 2007. С. 340-344.
17. Трегубов О.Д., Котов А.Н. Экзогенно-криогенные опасности: предупреждение и локализация // Вестн. РУДН. 2007. № 2. С. 124-128. (Серия «Инженерные исследования»).
18. Украинцева В.В. Растительность и климат Сибири эпохи мамонта. Красноярск: Вост.-Сиб. фил. Междунар. ин-та леса, 2002. 192 с.
19. Устойчивость геосистем / под ред. А.Д.Арманда, И.Ю.Долгушина. М.: Наука, 1983. 88 с.
