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
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
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.