Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://phys.web.ru/pubd/2008/05/27/0001180514/art07.pdf Дата изменения: Tue May 27 21:29:09 2008 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:04:15 2012 Кодировка: Windows-1251

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

УДК 551.8:574

РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗВЕРЖЕНИЯ КУРИЛЬСКОЕ ОЗЕРО ИЛЬИНСКАЯ 7700 14С Л.Н. НА ЮЖНОЙ КАМЧАТКЕ 2004 г. В. Г. Дирксен, О. В. Дирксен
Инситут вулканологии и сейсмологии ДВО РАН На примере кальдерообразующего извержения Курильское озеро-Ильинская (Южная Камчатка), произошедшего 7700 14С л.н., проведена реконструкция воздействия катастрофического извержения на растительность в районе извержения и проанализированы возможные механизмы и темпы ее постэруптивного восстановления.

Экологиче ская оценка вулканиче ского воздействия на окружающую среду и прогноз возможных по следствий вулканиче ских извержений в будущем, безусловно, является одной из актуальнейших задач при изучении районов современного вулканизма. До настоящего времени подобные разработки о сновывались преимуще ственно на данных мониторингового наблюдения за состоянием природной среды непосредственно после современных вулканических извержений, которые не только кардинально перестраивают структуру экосистем в непосредственной близости от эруптивных центров, но и во многом определяют устойчивость и направленность развития геокомплексов на удалении от вулканов. Однако палеоэкологиче ские исследования во сстановительных проце ссов, связанных с доисториче скими вулканиче скими извержениями, до настоящего времени не проводились. Представляемая работа, в которой мы попытались охарактеризо вать во здействие на эко системы кат аст рофических извержений и механизмы их постэруптивного во сст ановления на примере крупнейшего на территории Камчатки за последние 10000 лет извержения Курильское озеро-Ильинская, является первой попыткой подобного рода исследований. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ. РЕЛЬЕФ Современный облик рельефа Южной Камчатки (рис. 1) в районе Курильского озера в значительной степени определяется сочетанием разновозрастных вулканических форм и следов познейплейстоценовых оледенений (Камчатка..,1974). В настоящее время данная территория представляет собой в целом среднегорную страну с хорошо развитой речной сетью. Большинство крупных речных долин радиально расходится от Курильского озера и имеет типичную троговую
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

форму с широкими плоскими днищами и крутыми бортами. Относительные превышения водоразделов над днищами долин до стигают 500-600 м и в среднем составляют около 300 м. Абсолютные отметки водоразделов колеблются от 400 до 1000 м, в целом повышаясь от побережья Тихого оке ана к цент ра льной части полуострова и затем несколько понижаясь к западу. К высокогорному ярусу рельефа можно отнести лишь постройки плейстоцен-голоценовых вулканов с абсолютными отметками вершин до 2161 м (влк. Камбальный). Всего в данном районе насчитывается 5 активных в голоцене вулканов (Брайцева и др., 2001), эруптивная деятельность которых во многом определила динамику развития и современный облик геокомплексов Южной Камчатки. КЛИМАТ Южная Камчатка отно сится к районам с морским климатом, основные черты которого формируются под воздействием проце ссов циркуляции атмо сферы над Охотским морем и северной частью Тихого океана (Муравьев, 2001). В результате активной в течение всего года циклонической деятельности среднегодовой показатель облачности достигает 8.5 баллов, и о сновное количество тепла, поступающего на поверхность, связано с рассеянной солнечной радиацией (Шамшин,1999). Отепляющее воздействие океана зимой обусловливает относительно высокую среднюю годовую температуру воздуха. По данным метео станции Ходутка (Grishin et al, 1996), ее среднемноголетнее значение составляет 1.3 0 С. Океанический тип термического режима проявляется в смещении наступлений максимальных температур летом (около 12 0 С) с середины июля на август, и отно сительно низких их показателях в целом. Южная Камчатка отно сится к зоне избыточного увлажнения, что обусловлено интенсив57


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН
157њ00'

Ка мч атк а

С

51њ30'

1

Криске ер



2

. . . . . . ..... . . . . . . . .. .. .. . .. . .. . . . . .. .. .. . .. . . . . . .. . . .. . . . .. . . .. .. ...

Б

3
А

4
В



5

ТИИЙ ОКЕАН

Рис. 1. Схема распро странения пирокластиче ских потоков кальдеры Курильское озеро- Ильинская (по И.В.Мелекесцеву). 1- отложения пирокластиче ских потоков; 2-выраженные в рельефе уступы: а- кальдеры извержения Курильское озеро- Ильинская, б- кальдеры предполагаемого плейстоценового извержения; 3подводная часть кальдеры Курильское озеро- Ильинская; 4- голоценовые вулканы; 5- внутрикальдерные моногенные кратеры и экструзивные куполы (подводные эруптивные центры показаны на о снове данных (Бондаренко 1990)); 6- граница отложений вулкана Камбальный, перекрывающих пирокластиче ские потоки кальдеры Курильского озера-Ильинской; 7- ключевые участки и их номера; 8- современная береговая линия Курильского озера. А-Б и В- - поперечные профили долин (см. рис. 6), На врезке показан район работ.

ОЕ СК ОТ Е О МОР

0

10 км

157њ00'

1

2

3

4

5

6

2

7

8

58

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ной циклониче ской деятельно стью. Среднегодовое количе ство атмо с ферных о с адков, с отно сительно равномерным внутригодовым распределением, оценивается в 1430 мм (Grishin et al. 1996) и может достигать 2500 мм на наветренных склонах хребтов (Муравьев, 2001). Высот а снежного покрова превышает 2 м. Широкое распространение многолетних снежников отмечается на высотах более 250-300 м над у.м., их таяние продолжается в течение всего лета. СОВРЕМЕННАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ Растительно сть Ю жной Камчатки и высотнопоясные закономерности ее распределения характеризуются на основании анализа геоботанических материалов и дешифрирования аэрофотоматериалов (рис. 2, Определитель..., 1981). Лесная растительно сть представлена каменноберезовой формацией с Betula ermanii, образующей высотный растительный пояс в диапазоне от 10-15 м (побережье Тихого океана) до 400 м (долина р. Правый Унканович). Общая тенденция изменения высотного положения верхней границы леса наиболее четко выражена в широтном направлении. Ее абсолютные отметки повышаются от 170-200 м у побережья Тихого океана до 300-350 м в центральной части юга полуострова и снова опускаются до 260-270 м в районе р. Паужетка. Субмеридионально ориентированная долина р. Паужетка выступает западной границей распространения каменноберезняков на Южной Камчатке. Изменение высоты верхней границы леса в широтном и, менее четко, в меридиональном (отмечается некоторая тенденция ее повышения с юга на север) направлениях обусловлена, по-видимому, нарастанием континент ально сти климата от побережий к внутренней части полуо строва. Отсутствие лесов на западе района, возможно, связано с субширотной ориентировкой речных долин, позволяющей беспрепятственно проникать холодным и влажным воздушным массам Охотского моря в глубь полуострова. Каменноберезняки образуют преимуще ственно разреженные парковые леса с подлеском из кустарников - рябины бузинолистной (Sorbus sambucifolia), шиповника иглистого (Rosa acicularis), жимоло сти камчатской (Lonicera kamtschatica), жимолости Шамиссо (L. chamissoi) и др., и пышным разнотравьем с высоким видовым разнообразием. Выше лесного пояса до абсолютных отметок 600700 м располагается субальпийский пояс стланиковых кустарников, ширина которого несколько сокращается в направлениях как с юга на север, так и от побережий в глубь полуострова. Выделяются две формации, ольховостланиковая с Alnus kamtschatica (A. fruticosa s.l.)
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

и кедровостланиковая с Pinus pumila, при этом первая играет господствующую роль не только в составе субальпийского высотного пояса, но и в структуре растительного покрова Ю жной Камчатки в целом. Про странственные взаимоотношения стлаников определяются четким разграничением их местообитаний. Так, ольховники практически полностью занимают горные склоны различной крутизны вне зависимо сти от их экспозиционной приуроченности, выходят на пологонаклонные водоразделы и присклоновые части пойм. Кедровый стланик предпочитает выровненные площадки на склонах и водоразделах, пло ские вершины холмов и террасы. Подобное распределение экотопов между двумя видами-эдификаторами связано с различиями в их экологии. Оба вида, Alnus kamtschatica и Pinus pumila, экологически очень пластичны, однако первый можно отне сти к мезогигрофит ам, а второй - к мезофитам (Хоментовский, 1995). Поэтому сообщества ольхового стланика занимают склоны, где значительная аккумуляция снега предохраняет растения от повреждений и обе спечивает обильное увлажнение грунтов при т аянии, тогда как кедровый стланик предпочитает выровненные хорошо дренируемые участки с достаточным снегонакоплением. Состав травяно-кустарничкового яруса наиболее распро ст раненных ассоциаций кедрово с тлаников мертвопокровных представлен теневыносливыми видами: майник широколистный, линнея северная (Linnaea borealis), плаун годичный (Lycopodium annotinum), кислица обыкнов енная ( Oxalis acetosella), мхи. Ольховостланиковая формация представлена преимуще ственно ассоциациями ольховников вейниковых (Calamagrostis langsdorffii) и манниковых (Glyceria alnasteretum). Наиболее обычны в этих сообще ствах бодяк камчатский (Cirsium kamtschaticum), майник широколистный (Maianthemum dilatatum), седмичник европейский (Trientalis europaea), плаун годичный и папоротники (Gymnocarpium dryopteris, Phegopteris connectilis). Преобладание ольховостланиковых сообществ в растительном покрове территории обусловлено не только благоприятными климатиче скими условиями, но и высокой конкурентной спо собно стью эдификатора. Ольховники проникают в ниже- и вышерасположенные высотные растительные пояса, образуя комбинации с растительными сообще ствами, свойственными данным поясам, в широком диапазоне от урезов рек до высот 800-850 м. Так, на пологонаклонных низких водоразделах, сложенных отложениями пирокластиче ских потоков, в пределах высотного пояса каменноберезовых лесов выделяются значительные площади с мозаичным чередованием ольховника, полян
59


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН

Рис. 2. Карта растительно сти. Каменноберезовые ле са: 1- сомкнутые высокотравные; 2-разреженные кустарниково-разнотравные. Стланиковые кустарники: 3- кедровостланики; 4-ольховники. Комплексы растительности: 5- ольховников и разнотравно-вейниковых лугов; 6-ольховников, разнотравных закустаренных лугов и куртин каменной березы; 7- ольховников и отдельных деревьев или куртин каменной березы. Луга: 8- разнотравные закустаренные; 9-приморские разнотравные закустаренные; 10- приморские разнотравно-злаковые; 11-приморские злаковые. Прочая растительно сть: 12- разреженные группировки морских побережий; 13- пойменные ле са; 14- ключевые участки и их номера; 15- поперечные профили долин (см. рис. 6); 16- горизонтали (в диапазоне высот 0-50 м проведены через 10 м, выше 50 м - через 50 м); 17- абсолютные отметки основных вершин. 60 ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ разнотравных лугов и каменноберезовых редколесий. Эти сообщества образуют единый комплекс растительно сти, комбинация элементов которого определяется особенностями микрорельефа, дренажными свойствами субстрата, гидротермическими условиями конкретных экотопов. В вышерасположенном горнотундровом поясе ольховники разреживаются и встречаются преимущественно по склонам ложбин и водотоков, тогда как тундры занимают водораздельные про странства и пологие склоны. Кедровый стланик т акже вст речает ся практиче ски во вс ех высотных поясах растительности, но гораздо реже, и не всегда образует сомкнутые сообще ства. В целом, конт акт субальпийского и горнотундрового поясов представляет собой широкую полосу в диапазоне высот 500700 м, где образуются комбинации или комплексы растительности с участием основных сообществ, свойственных данным поясам. Среди горнотундровых сообществ преобладают лишайниковые (роды Cetraria, Cladina, Cladonia) и шикшиево-голубичные (Empetrum sibiricum, Vaccinium uliginosum), часто вст речают ся ерниковые (Betula exilis) и лишайниково-вересковые (преобладают луазелеурия лежачая (Loiseleuria procumbens), кассиопея плауновидная (Cassiope lycopodioides), арктоус альпийский (Arctous alpina)) с ивками (Salix arctica, S. pulchra, S. tschuktschorum и др.) и криомезофильным разнотравьем. Водораздельные поверхности с менее мощным снежным покровом занимают шпалернокуст арничковые (рододендрон камчатский (Rhododendron camtschaticum) и сиверсия пятилепе стная (Sieversia pentapetala)) тундры. Выше 900-1000 м, и на шлаковых субстратах склонов стратовулканов в субальпийском и горнотундровом поясах, широкое распространение имеют петрофильные группировки с преобладанием пеннеллианта кустарникового (Pennellianthus frutescens), с участием полыни скученной (Artemisia glomerata), эрмании парриевидной (Ermania parryoides), камнеломки шерлериевидной (Saxifraga cherlerioides) и др. Луговые сообще ства в каждом высотном поясе имеют свои специфические черты. Так, для лесного пояса характерно распро странение разнотравных закустаренных лугов, видовой состав которых обнаруживает генетические связи с таковым подлеска и травянокуст арничкового яру с а каменнобере зовых ле сов. Отмечается множе ство общих видов, таких, как василисник кеменский (Thalictrum kemense), иван-чай (Chamerion angustifolium), полынь пышная (Artemisia opulenta), присутствие в ле сных и луговых сообще ствах папоротников (Athyrium filix-femina, Pteridium aquilinum), плаунов (Lycopodium clavatum, L. annotinum), хвощей (Equisetum pratense) и т.п. В субальпийВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

ском поясе обычны разнотравно-вейниковые (Calamagrostis langsdorffii) луга, экологически связанные с травостоем под пологом ольхового стланика. В горнотундровом поясе распространение луговых сообществ связано с западинами и подножиями склонов с повышенным снегонакоплением в зимнее время, а также с пятнами тающих в течение всего лета снежников. На участках с до статочным увлажнением и хорошими дренажными условиями развиваются разнотравные луга с характерными видами: касатик щетинистый (Iris setosa), черемша (Allium ochotense), купальница Ридера (Trollius riederanus), лжегравилат калужницелистный (Parageum calthifolium), гравилат крупнолистный (Geum macrophyllum), и значительным участием видов осок, что отличает их от луговых сообществ нижерасположенных поясов. На участках с застойным увлажнением обычны заболоченные осоковые сообщества, занимающие иногда значительные площади. К вне зона льным луговым сообще ствам можно отне сти встречающиеся только в узкой прибрежной полосе приморские злаковники (Leymus mollis, Arctopoa eminens, Phalaroides arundinacea) и высокотравные луга с преобладанием нескольких гидромезофильных видов: бодяк камчатский, крестовник коноплелистный (Senecio cannabifolius), борщевик сладкий (Heracleum dulce), шело м айник (Filipendula camtschatica ). По следние отмечаются во всех растительных поясах на избыточно влажных и хорошо дренируемых субстратах, богатых органикой. Пойменные ивовые леса из ивы удской (Salix udensis), с участием ольхи пушистой (Alnus hirsuta) и шеломайником в т раво стое, широко распространены во всех крупных речных долинах территории и также могут рассматриваться в каче стве внезональной растительности. ИЗВЕРЖЕНИЕ КУРИЛЬСКОЕ ОЗЕРОИЛЬИНСКАЯ Ка льдерообразующее извержение Курильско е озеро-Ильинская (КО) произошло около 7700 (7666 + 19) 14С лет назад или около 5600 г. до н.э. (Брайцева и др., 2001), объем ювенильного материала составил порядка 140-170 км3, что в несколько раз превосходит масштабы извержений вулканов Санторин около 3000 л.н., Кракатау в 1883 г. и Новарупта-Катмаи в 1912 г. По своему экологическому воздействию оно было, повидимому, сравнимо с самым мощным извержением XIX-XX вв. в мире вулкана Тамбора в 1815 г. (Брайцева и др., 2001). Извержение проходило по 'классической схеме': на начальных стадиях выбрасывалась преимущественно тефра при невысокой доле пирокластиче ских
61


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН

4
9 9

7 ИЛ 6 5 > 2 .0 м 4 3 2 1 Сводный

1
7 5

2
ИЛ 5 12 6 11 2 10 Д I 10 1

3
4 3 2 1 > 40 м

5
3

4 3 2 1 до 150 м

ИЛ Д I

~10.0 м

> 3 .0 м

~ 6.0 м

> 0 .5 м

~ 0.5 м
1.5 2 4 6 17

6 7 8 9 КС 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 ДГ I

0.2-5 м 0.6 м 11 10 9 8

КС

4

15

5 6 7 8 8

9 10 11 12

Рис. 3. Разрезы почвенно-пирокластиче ских чехлов: 1-5 частные разрезы на ключевых участках и сводный разрез. 1туфы КО; 2- тефра КО; 3- флювиальные отложения; 4-отложения обвалов; 5- вулканический песок и гравий андезитового и риодацитового состава, 6- мелкозернистые пески кислого состава, 7- вулканиче ский песок и гравий о сновного состава; 8- индексы пеплов; 9- темно-коричневая развитая палеопочва; 10- желтовато-светло-коричневая примитивная палеопочва; 11- растительные остатки; 12- ме ста отбора образцов и их номера. Цифры слева у каждой колонки обозначают мощно сть слоев в см, мощно сти более крупных горизонтов указаны непосредственно в каждой колонке. Линия корреляции соединяет кровлю отложений КО во всех колонках.

потоков. Затем, в результате частичного опустошения магматического очага, произошло обрушение его кровли и формирование собственно кальдеры. На этом этапе началось образование главных пирокластических потоков, сопровождавшихся различными типами пирокластиче ских волн (Ponomareva et al, в печати). В результате извержения раскаленные пирокластиче ские потоки покрыли значительную территорию Южной Камчатки: около 70 км с юга на север (от южного подножия влк. Кошелевский до западного подножия влк. Ксудач) и до 60 км с запада на восток (от побережья Охотского моря до Тихого океана) (рис. 1).
62

Тефра выпадала на еще более обширных территориях: от о. Онекотан на юго-востоке до влк. Малый Семячик (Брайцева и др., 1980) на севере; на северо-востоке она обнаружена на Командорских островах (Kyle et al, 2002), а на северо-западе, в окрестностях г. Магадан, ее мощность составляет около 5 см (Мелекесцев и др., 1991). В настоящее время северную часть кальдеры занимает влк. Ильинский (рис. 1), который начал формирование сразу после извержения КО. Вся южная часть кальдерной впадины занята Курильским озером, которое имеет размеры 9х14 км. Максимальная глубина озера, дно которого образовано кровлей обрушившейся
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Таблица 1. Основные характеристики ключевых участков. Ном ер ключевого участка 1 2 3 4 5 Высота Расстояние до бровки кальдеры, водоразделов, м над у.м. км 3 500 8 650 10 230-430 11 230-430 17 150-200 Высота тальвегов, м над у.м. 100 100 45-50 45-50 5 Ширина Угол склона Высота точки днищ бортов, 0 отбора проб, долин, км м над у.м. 10-15 370 2 8-25 500 0,5 10-20 110 2,5 10-20 80-90 7 15-25 30

кальдеры, составляет около 305 м (Бондаренко, 1990). В настоящее время уступ кальдеры уверенно прослеживается в ее северном и северо-восточном секторах. На других участках очертания кальдеры либо деформированы более поздними вулканическими проявлениями, либо скрыты под зеркалом воды Курильского озера. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Комплексные исследования были проведены на 5 ключевых участках (рис. 1, табл. 1) на разном удалении от цент ра извержения и включа ли дет а льно е изучение и опис ание отложений КО и фрагментов почвенно-пирокластического чехла (ППЧ) и палинологический анализ образцов из отложений различного генезиса (рис. 3). Реконструкции параметров поражающих агентов извержения КО, их комбинированного воздействия на палеоэкосистемы, и механизмов постэруптивного восстановления растительности проводились с привлечением литературных данных о наиболее близких по своей природе проце ссах и явлениях, наблюдаемых во время современных извержений и по сле них. Использовались материалы по извержениям вулканов Ксудач (1907 г.), Толбачик (1975-77 гг.), Шивелуч (1964 г.), Усу, Япония (1977-78 гг.), Сент-Хеленс, США (1980 г.), Новарупта-Катмаи, США (1912 г.) и др. ТЕФР ОСТРАТИРАФИЯ В пределах изученной территории ниже подошвы отложений КО отмечаются 2 палеопочвы общей мощно стью до 20 см (в среднем 5 см), разделенные горизонтом тефры извержения влк. Ксудач (КС4) 8800 14С л.н. (Брайцева и др, 2001) (рис. 3), который представлен коричневато-желтым средне-, мелкозернистым пе ском андезитового состава. Время формирования верхней палеопочвы, залегающей между горизонтом КС4 и подошвой отложений КО, можно оценить в 1400 лет (около 1100 14С) (Ponomareva et al. 2001). Характерно, что в местах распространения мощных многометровых толщ туфов КО верхние 2-3 см кровли этой
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

почвы часто обуглены, а иногда и значительно уплотнены. На некоторых участках в данном районе (уч. 4) в средней ее части встречается светлый маломощный, не более 1 см, горизонт кислой транзитной тефры от удаленного неизвестного источника. В нижней палеопочве, за легающей под горизонтом КС4, про сло ев пеплов не отмечено. Следовательно, обе палеопочвы ниже подошвы отложений КО были сформированы в период значительного о слабления вулканической активно сти в данном районе, поскольку тефры местных вулканов в них не обнаружено. В о сновании отложений КО за легает горизонт те фры, предст авленный вулканиче ским гравием и лапилли риодацитового состава. Мощность этого горизонта колеблется от 30-40 см на тихоокеанском побережье до 2-5 м вблизи кальдеры. На нем залегают туфы КО, максимальная мощность которых в широких троговых долинах достигает 150 м. На бортах долин и на водоразделах туфы фациально замещаются отложениями пирокластических волн. Общая мощность отложений КО характеризует ся значительной изменчивостью в широком диапазоне: от первых сантиметров на водоразделах до 100-150 м в речных долинах. Иногда в пределах данной территории (уч. 4) непосредственно на туфах КО залегает пачка четко стратифицированных флювиальных отложений мощностью до 2 м, в которых нами обнаружены диатомовые водоро сли. Образование этой толщи, по-видимому, связано с перемывом пирокластики КО временными водотоками сразу после извержения. Выше горизонта перемыва пирокластики КО или непо средственно на туфах КО, где их переотложения не происходило, залегает примитивная, с низким содержанием гумуса, маломощная (1-2 см) палеопочва, образованная на ранних стадиях процесса почвообразования после извержения КО. На ней (уч. 2), а в некоторых случаях непосредственно на туфах КО или на отложениях перемыва пирокластики КО, залегает горизонт пепла Д I (Ponomareva et al. 1995) влк. Дикий ребень. Он предст авлен мелким гравием и крупнозернистым пе ском серых плотных, непористых по63


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН
Номер ключевого участка Флювиальные отложения Д I+ ИЛ Кровля примитивной почвы Подошва примитивной почвы Туфы потоки КО Тефра КО

Палеопочва

КС4

Палеопочва

1 2 4 5 % 7

12

11 1 6

6

7

8

9

1

2

3

4

5

11 10

9

8

4

3

80

60 Alnus kamtschatica

40

20

0 1 0 1 0 1 0 30 20 10 0 20 10 0 Asteraceae Poaceae Betula ermanii Betula exilis Pinus pumila

Рис. 4. Палинологическая характеристика временных срезов по ключевым участкам. На диаграммах показаны процентные содержания о сновных компонентов СПС. Каждому ключевому участку соответствует определенное сочетание условного знака и линии в обозначении образцов и их серий. Цифры над условными знаками обозначают номера образцов в сериях по каждому ключевому участку. Условными знаками обозначены содержания каждого таксона СПС для ключевых участков: 1- первого, 2- второго, 3- четвертого и 4- пятого. Серым цветом выделены горизонты пепловмаркеров (ИЛ+Д I и КС4) и пирокластики КО, границы которых фиксируют временные сре зы. 64 ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ род, соответ ствующих по со ст аву риодацит ам (Биндеман, 1994). оризонт Д I перекрывается слоем тефры влк. Ильинский (ИЛ), который образовался в результате одного из первых посткальдерных извержений этого вулкана. Пепел ИЛ представлен темно-серыми гравием и крупно-, мелкозернистым пе ском хрупких, пористых пород. Использование горизонтов КС4, Д I и ИЛ в качестве стратиграфических реперов позволило провести корреляцию палинологических данных по ключевым участкам. ОТБОР ОБРАЗЦОВ И ВЫДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ СРЕЗОВ Попытка реконструкции процесса восстановления растительности в прошлом требует применения особых методик отбора образцов, предусматривающих решение следующих задач: 1) получение непрерывного ряда данных на каждом ключевом участке; 2) их про странственная синхронизация. Первая задача решалась применением техники 'сплошного' отбора образцов мощностью 0.5-1.0 см из межпепловых прослоев под и, главным образом, над толщей пирокластики КО. Кроме того, образцы отбирались из подошвы и кровли собственно отложений КО, а также из горизонтов перемыва этих отложений (рис. 3). Вторая задача решалась выделением временных срезов (рис. 4) на основе пространственной корреляции вулканических пеплов. Собственно отложения КО фиксируют два о сновных временных среза: 1) непосредственно до извержения (самые верхние образцы разрезов из подстилающей палеопочвы); 2) сразу после извержения, до начала почвообразования (образцы из кровли отложений пирокластического потока и ряд образцов из горизонта перемыва отложений КО). Серии образцов из примитивной почвы, образованной на отложениях КО (в том числе и на горизонтах перемыва КО), характеризуют один и тот же временной промежуток, верхней стратиграфиче ской границей которого выступают горизонты тефры Д I и ИЛ. Ряды данных, полученные из таких образцов, позволяют реконструировать естественную динамику растительно сти, связанную с восстановительным процессом. Серии образцов из палеопочв ниже подошвы отложений КО, формирование которых связано с периодами относительного вулканического покоя, позволяют охарактеризовать е стественную динамику растительности под воздействием преимущественно климатических изменений в эти временные отрезки. Экологическая интерпретация палинологических результатов основывалась на данных спорово-пыльцеВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

вых спектров (СПС) поверхно стных проб (верхние 0.5-1.0 см современной почвы), позволяющих оценить адекватность соотношения: комплекс таксонов СПС - тип формирующей этот спектр растительности. ПАЛИНОЛОИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ Всего было изучено 32 образца, из них 22 содержали достаточное для расчета процентных соотношений количе ство пыльцы и спор (в среднем насчитано 500600 зерен). 10 образцов, преимуще ственно из отложений КО, отличались низкой отно сительной концентрацией пыльцы и спор (обнаружено от 3 до 126 зерен) или полным их отсутствием (уч. 3, обр. ?? 12; уч. 5, обр. ? 1). Расчет процентного содержания компонентов СПС проводился от общей суммы пыльцы и спор в спектре; отно сительная пыльцевая концентрация оценивалась по количеству зерен на единицу площади покровного стекла препарата и выражалась условно. Процентные соотношения в СПС с низкой относительной пыльцевой концентрацией не определялись, однако данные по абсолютному количеству таксонов и их встречаемости в таких спектрах использовались в дальнейшей обработке. Все таксоны СПС по дальности транспортировки от их источников можно объединить в 3 группы: региональные, экстралокальные и локальные. Выделение групп таксонов по данному признаку проводится на о снове качественной характеристики компонентов СПС по изменчивости их содержаний в спектрах территории и не связано с установлением фиксированных дистанций от их источников (Janssen, 1973). Подобный подход позволяет интерпретировать данные с разным уровнем про странственной информативно сти - от конкретной точки до масштабов региона, и сопоставлять полученные результаты по различным территориям (Дирксен, 2000; Cour et al. 1999; Yonebayashi, 1996). К первой группе относятся таксоны Betula sect. Costatae и Pinus s/g Haploxylon, источниками которых являются Betula ermanii и Pinus pumila. Дально сть перено са пыльцы этих видов мы ограничиваем территорией района исследований, т.е. окрестностями Курильского озера. руппа экстралокальных таксонов включает Alnaster (Alnus kamtschatica), Artemisia, Polypodiaceae, Salix, Betula sect. Nanae (Betula exilis), виды Lycopodium, дально сть перено с а которых ограничивается масштабами речной долины и прилегающих водоразделов. Выделение Polypodiaceae и Lycopodiaceae в качестве экстралокальных таксонов подтверждается другими исследователями (Yonebayashi, 1996). Содержание Alnaster, Artemisia, Polypodiaceae в СПС территории может быть завышенным за счет их высокой продуктивно сти и (или) хорошей сохранно сти при
65


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН

Таблица 2. Хроноряд СПС: выделение начальных стадий зарастания.
Стадия 1 ? Участок 4 образ Участок 3 цов Участок 5 Pinus pumila Alnus kamtschatica Salix Betula exilis Betula ermanii Poaceae Cyperaceae Plantago Pol ygonum amurense Thalictrum Heracleum Scrophulariaceae Caryophyllaceae Chamerion angustifolium Cichoriaceae Asteraceae undiff. Cirsium Artemisia Pol ypodiaceae Sphagnum Botrychium Huperzia selago Lycopodium clavatum Lycopodium ann otinum Lycopodium dubium Bryales Относительная концентрация 1/* 10/* 3/* 8/* 4/* 5/* 21/* 1/* 1/* 3/* 1/* + + 2/* + + + + ++ 2/* ++ 1/0.2 ++++ +++ 1/* 1/0.1 1/0.1 4/0.7 1/0.1 1/0.1 3/0.5 1/0.1 2/* 70/* 33/* 1 1 1/* 1/* 4/* 4/* 1/* 1/ * 1/* 2/ * 1/* 1/* 1/* 1/ * 4/0.4 3/0.3 3/0.5 29/3.0 1/0.2 1/0.1 1/0.1 1/0.1 51/5.3 6/1.0 3/0.3 1/0.2 190/19.9 78/13.2 67/7.0 157/26.6 2/* 1/* 3/* 7/* 28/* 2/* 1/* 2/0.2 212/22.2 101/17.1 1/* 5/* 4/* 2/* 4/0.4 5/0.8 2/* 31/* 21/* 371/38.8 225/38.1 2/0.3 3/* 2/0.2 2 3 3 4 2 Стадия 2 4 5 6 Стадия 3

Примечания: в ячейках указаны абсолютное количество/процентное содержание таксонов СПС. Относительная концентрация таксонов в СПС: высокая (++++), средняя (+++), низкая (++), очень низкая (+). *: процентные соотношения в СПС с низкой (++ и +) относительной концентрацией не определялись.

захоронении (Диркс ен, 1999). руппа локальных компонентов объединяет все остальные недревесные и споровые таксоны, источником которых является конкретное растительное сообщество в данной точке. Использованный метод получения палинологич е ских данных и их синхронизации по участкам позволяет рассмотреть как временную (хроноряд), так
66

и экотопическую (топоряд) последовательно сть СПС. Хроноряд включает в с ебя спект ры образцов по участкам 3-5 из кровли отложений КО и горизонта их перемыва, преимущественно с низкой относительной концентрацией. Полученные данные сопоставлены на основе сходства СПС, что позволяет выделить общие черты спектров, характеризующих начальные стадии
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Таблица 3. Топоряд СПС: сопоставление по временным срезам. Кровля отложений КО Участок 5 ? Участок 4 обр. Участок 1 Участок 2 Pinus pumila Alnus ka mtschatica Salix Betula exilis Betula er ma nii Poacea e Cyperacea e Thalictrum Geum Sievers ia Polygonum lapathifolia Apiaceae undiff. Heracleum Rubiacea e Scrophulariacea e Caryop hyllacea e Chamer ion angustifolium Cichoriacea e Asteracea e undiff. Artemisia Polypodiaceae Sphagnum Botrychium Huperzia sela go Lycopodium clavatu m Lycopodium annotinum Lycopodium dubium Bryales Относительная конц ентрация 2 4 3/* 225/38.1 2/0.3 5/0.8 101/17.1 31/* 412/3 1/0. 4/* 1/0. 4/0. 2/* 77/6 7/ * 6/0. 3 6 11 1 2/0.2 5.8 371/38.8 1 1 4/0.4 3 2/0.2 .7 212/22.2 5 4/0.4 187/32.0 49/8.6 1/0.2 92/16.2 9/1.6 2/0.4 70/13.1 1/0.2 74/12.6 3/0.5 11/1.9 1/0.2 1/0.2 3/0.5 1/0.2 34/3.0 14/1.2 3/0.3 29/3.0 1/0.1 1/0.1 1/0.1 7/1.2 78/13.2 157/26.6 4/0.7 1/* 3/0.5 3/* 2/* 70/* 1/* 29/2 37/3 519/4 1/0. 1/0. 5/0. .6 54/5.6 .2 190/19.9 5.1 67/7.0 1 1/0.1 1 1/0.1 4 1/0.1 1/0.1 1/0.1 1/* 1/0.2 +++ ++ ++++ ++++ ++++ +++ ++++ +++ 1/0.2 5/0.9 1/ 0. 2 2/0.4 16/3.0 2/0.4 1/0.1 1/0.2 11/1.9 91/15.6 174/29.7 13/2.2 4/0.7 1/0.2 1/0.2 1/0.2 55/9.7 21/3.7 322/56.7 1/0.2 5/1.0 14/2.6 388/72.8 1/0.2 3/0.6 2/0.4 1/0.2 4/0.8 6/1.0 135/21.3 233/36.8 7/1.1 5/0.8 1/0.2 3/0.5 1/0.2 1/0.2 1/0.2 3/0.5 23/4.3 1/0.2 160/25.2 1/0.2 58/9.1 2/0.3 8/1.3 2/0.3 12 Подошва примитивной почвы Кровля примитивной почвы 4

2/0.2

4/0.7 2/0.4

Примечания: смотри пояснения к таблице 2.

зарастания по сле извержения КО (т абл. 2). Таким образом, хроноряд СПС, отражающий смену стадий зарастания первичных субстратов, дает представление о ходе биогеоценотиче ского проце сс а во времени. Топоряд об ъе диняет данные по в с ем участк ам,
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

сопо ставленные по временным срезам (табл. 3, рис. 4). Это позволяет выявить про странственную неоднородность биогеоценотического проце сса после извержения КО в зависимо сти от различной степени поражения растительно сти и параметров экотопов,
67


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН что, в свою очередь, определяет механизмы и темпы восстановления растительно сти. 1. Хроноряд: начальные стадии зарастания. 1 стадия ('единичные поселенцы') выделяется по группе СПС с очень низкой относительной концентрацией. Она характеризуется присутствием преимущественно региональных (Pinus) и экстралокальных (Betula exilis, Polypodiaceae, Lycopodium clavatum) таксонов. К локальным относятся только Poaceae и Cyperaceae, а также 'экзотические' таксоны Plantago и Polygonum amurense, практически не встречающиеся в СПС сформированной растительности. 2 стадия ('появление плаунов и мхов') объединяет СПС с низкой концентрацией. Ее отличительная черта - появление спор плаунов и мхов, среди которых е сть как экстралокальные ( Lycopodium и, возможно, Huperzia selago), так и локальные (Sphagnum) таксоны. След ует отметить общую тенденцию ув еличения пыльцы о соковых и заметное преобладание их над злаковыми на участке 4. Поскольку оба компонента отно сятся к локальным, можно говорить о подобном соотношении их источников в данной точке. 3 стадия ('злаковая') характеризуется значительным увеличением относительной концентрации, что, по-видимому, связано с появлением заметного количе ства локальных таксонов наряду с заносными. Она выделяется достаточно отчетливо по пику содержаний сразу не с кольких компонентов. Среди экст ра локальных т а ксонов отмечает ся ре зкое у величение количества пыльцы Alnaster и Artemisia, среди локальных - прежде всего, Poaceae. Подобно е сочетание ме стных и заносных компонентов в каче стве содоминант ов х арак терно, к ак правило, для спек т ров серийной, не сомкнутой растительности, когда доля пыльцы ме стных видов еще невелика. Поэтому участие заносной пыльцы в СПС значительно, хотя оно не отражает состав растительности в данной точке (Дирксен, 1999). Среди других локальных таксонов наиболее характерны для этой стадии Scrophulariaceae, Chamerion angustifolium, Asteraceae, Heracleum, среди зано сных - необходимо отметить появление Salix и Betula ermanii. Данная стадия выделяется по характерным признакам СПС достаточно четко, что позволяет распознавать ее в спектрах топоряда на разных участках и использовать в качестве своеобразного 'репера'. 2. Топоряд: временные срезы. СПС образцов из подстилающих отложения КО палеопочв (уч. 1 и 4, рис. 4) характеризуют ся в целом высокой отно сительной пыльцевой концент рацией и до ст аточно однородным составом компонентов, что свидетельствует о преобладании сомкнутых и развитых растительных сообществ на данной территории до начала извержения КО. Содоминант ами СПС выступают
68

т аксоны Alnaster и Polypodiaceae, при небольшом участии Poaceae, Artemisia, Asteraceae. В СПС участка 1 четко прослеживается общая тенденция уменьшения содержания пыльцы Alnaster к момент у н ача ла извержения КО: от 78.8% (обр. 5) до 52% (обр. 6). На участке 4 к этому же моменту содержание пыльцы Alnaster составляет 50% (обр. 10). СПС образцов из примитивных почв, сформированных непосредственно на отложениях КО (уч. 1, 2, 4, 5, табл. 3, рис. 4), также имеют высокую отно сительную концентрацию, что позволяет выявить общие черты и различия биогеоценотического процесса на разных участках территории. 'Злако в ая' ст адия зарастания на участке 5, выраженная в СПС обр. 2 из кровли отложений КО, отмечается позже на участках 1 и 4, в СПС обр. 6 и 11 из примитивной почвы соответственно. Следующая, 4 стадия зарастания ('травянистых и споровых') выражена менее четко и выделяет ся в целом по заметном у уменьшению роли Alnaster, Poaceae, Artemisia, Asteraceae, увеличению со держания лок а льных т равянистых т а к сонов, Polypodiaceae и споровых. В целом, во вс ех СПС примитивных почв и на всех участках Alnaster выступает в качестве заносного экстралокального таксона, поскольку его содержание остается постоянно меньшим (от 8.6 до 38.8%), чем в СПС до извержения КО (от 50% и более) и в СПС поверхностных проб (от 57% и более), соответствующих современным ольховниковым сообществам. Уменьшение содержания пыльцы Alnaster в СПС примитивных почв по сле 'злаковой' стадии следует рассматривать как общую тенденцию сокращения доли зано са в спектрах по мере повышения роли локальных компонентов, что связано с формированием более сомкнутого растительного покрова в данной точке. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАЛЕОЭКОСИСТЕМ ДО НАЧАЛА ИЗВЕРЖЕНИЯ КО 'По слойный' ряд палинологических данных на участке 1 из палеопочвы под пеплом КС4 характеризует е сте ственную динамику п а лео эко систем, обуслов ленную исключительно клим атиче скими изменениями. Отмечается господство сомкнутых злаковых ольховостланиковых сообществ (рис. 4, уч. 1, обр. 3-5), площади которых к концу периода заметно сокращаются (обр. 1-2), что, возможно, связано с похолоданием клим ат а (Егорова, 1990). Воздействие извержения влк. Ксудач не привело к радикальному изменению ст ру ктуры растительного покрова, но обусловило некотор ую его пере ст ройк у : покров ольховниковых сообще ств стал более разреженным,
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

*

а в б г

Рис. 5. Катмаи-Новарупта, Аляска. а- схема распро странения пирокластических потоков (темно-серая заливка) и изопахиты тефры (в сантиметрах) (Fierstein, 2001); Звездочкой обозначено место съемки большинства фотографий; б- современная эрозионная деятельно сть на поверхно сти отложений пирокластических потоков; в- поверхно сть пирокластиче ского потока с единичными экземплярами ивы; г- вторичная сукцессия (вегетативное восстановление) на склонах и ранние стадии первичной сукцессии на поверхно сти туфов. Авторы фотографий: б- и г- J. Eichelberger, 2002; в- И.Б. Словцов, 2002.

появились поляны с разнотравными лугами (палеопочва над пеплом КС4, уч. 1, обр. 9; уч. 4, обр. 8). Позже ольховник постепенно восстанавливался, однако не достиг того уровня господства в растительном покрове, как до извержения КС4. Выпадение тонкого транзитного пепла неизвестного источника, с первичной мощно стью до 1 см, в районе участка 1, оказало некоторое негативное воздействие на растительность, и зде сь, непо средственно перед извержением КО (обр. 6), ольховники вновь становятся более разреженными, а в травостое сообществ повышается роль Cirsium (возможно, C. kamtschaticum). На участке 4 в палеопочве этот пепел не зафиксирован, и следов угнетения растительности нет. При этом именно здесь, на юго-во стоке района, на нижней границе своего современного ареала, впервые появляется каменная береза, вероятно, в виде отдельных растений или их групп (обр.10-11). Ее появление в этот период отмечается также и в долине р. Паужетка (Егорова, 1980).
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

Состав компонентов СПС из подошвы тефры КО (рис. 4, уч. 4, обр. 11), соответствующего моменту извержения, позволяет сделать предпол ожение о времени (с е з оне) нача ла изв ержения на о снове фенологических данных. В спектре с высокой относительной концентрацией отмечает ся повышенно е содержание пыльцы ольховника, присутствие пыльцы ивы и каменной березы, единичное участие пыльцы т рав янистых растений. Та ким образ о м, момент выпадения те фры КО соответствует началу сезона вегетации, возможно, июню, когда цветут ольховый стланик, ивы и каменная береза (Шамшин, 1999), в то время как массовое цветение травянистых растений еще не началось. В целом, к моменту извержения КО в растительном покрове данного района преобладали ольховостланиковые сообще ства. Близкий состав СПС на участках в различных высотных растительных поясах свидетельствует об однородности растительного пок69


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН рова всей территории. Появление каменной березы связано с некоторым ослаблением позиций ольховника и его конкуренции, вызванным сначала похолоданием, а затем проявлениями вулканиче ской активно сти. Другим фактором, возможно, выступает наличие благоприятных климатических условий непосредственно перед извержением КО, что позволило каменной березе удержать свои позиции в занимаемых экологиче ских нишах. Вся эта растительность была практически полностью уничтожена извержением КО. ВОЗДЕЙСТВИЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОО ИЗВЕРЖЕНИЯ КО НА ПАЛЕОЭКОСИСТЕМЫ В целом воздействие извержения КО на палеоэко системы можно рассматривать как влияние, вопервых, собственно вулканиче ских агентов эксплозивной деятельно сти и сопутствующих им явлений и, во-вторых, комплекса пост эруптивных процессов, инициированных этой деятельностью. 1. Вулканиче ские агенты. В ходе извержения КО наиболее значимыми агентами вулканиче ской деятельности выступали пирокластические потоки, пирокластиче ские волны и тефра. Процессы, связанные с каждым из этих вулканиче ских агентов, отличались по своим физиче ским параметрам, масштабам охвата территории и степени поражения палео эко систем. По скольку развитие сопутствующих извержению КО явлений (лахары и др.) имело лишь второ степенное значение в пределах территории поражения, в данной работе мы останавливаемся только на характеристике о сновных вулканических агентов. 1.1. Те фра. Воздействие те фры на эко системы определяется ее мощно стью (Быкасов, 1990; Манько, Сидельников, 1989; Antos, Zobel, 1985, 1986; Grishin et al. 1996; del Moral, 1983), температурой обломков в мо мент отложения ( Banks, Hoblit, 1981; Winner, Casadeval, 1981), а также химическим составом извергаемого материала, в первую очередь, водорастворимых со единений (Быкасов, 1981; Манько, Сидельников, 1989; Gough et al, 1981; McKnight et al, 1981). Характерной особенностью выпадения тефры является ее достаточно равномерное площадное первичное распро странение, вне зависимо сти от особенностей подстилающего рельефа. Степень воздействия тефры на растительно сть резко понижается с уменьшением ее мощно сти по мере удаления от центра извержения. В предыдущих работах установлено, что ось пеплопада извержения КО была направлена на северо-запад (Брайцева и др, 2001), и в этом секторе отмечаются максимальные мощности тефры. В целом, в пределах района иссле дов аний набл юдается значительная изменчивость мощно сти тефры КО: от 30-40 см на
70

тихоокеанском побережье до 5 м на западном берегу Курильского озера. Температура выпавшей тефры, в первую очередь, зависит от температуры магмы в момент извержения, размеров обломков и высоты эруптивной колонны (Thomas, Sparks 1992). По расчет ам P. Rinkleff (Rinkleff, 1999), температура магмы в очаге составляла около 700 0С. Это хорошо согласуется с данными расчетов температуры для других извержений с близким химическим составом продуктов: влк. Ксудач, 1800 14С л.н. - 890-910 0С (Volynets et.al, 1999), влк. НоваруптаКатмаи, 1912 г. - 805-850 0C (Hildreth, 1983) и др. Высота эруптивной колонны извержения КО к настоящему времени не установлена. Исходя из общего объема изверженных продуктов (140-170 км3), можно предположить, что ее высота со ставляла около 30-40 км (Simkin , 1994). Для определения температу р ы те фры в момент выпадения на разных ключевых участках мы во спользовались результатами работы (Thomas, Sparks 1992), которые позволяют на о сновании максимального и среднего размера обломков оценить, в перв о м приб лиж ении, м а к сим а льно возможную и наиболее вероятную температуру выпавшей тефры. По всей видимости, в районе исследований средняя температура слоя тефры не превышала 100-200 0С, хотя температура отдельных ее обломков могла до стигать 350 -500 0С. Характерной о собенно стью выпадения те фры является ее перераспределение в процессе отложения, что вызвано гравитационным оползанием рыхлого материала вниз по склонам более 2-30 крутизны (Богоявленская и др., 1985). Отсутствие прямых данных не позволяет оценить масштабы этого явления во время извержения КО. Однако мы полагаем, что в условиях расчлененного рельефа, особенно на тех участках, где ку с т арниковая растительно сть не образовывал а сплошного покрова, способного удерживать и фиксиров а ть рыхлый м а териа л, в проце сс е перераспределения отложений тефры ее общая мощно сть на склонах могла суще ственно уменьшиться. Химиче ско е во здействие выпавшей те фры на почвенно-растительный покров (Tsuyuzaki et al. 1997, и др.) до настоящего времени изучено недостаточно, по этому в данной работе мы лишь конст атиру ем возможность такого воздействия в результате извержения КО. 1.2. Пирокластические потоки и волны. Пирокластические потоки распространялись радиально во все стороны от центра извержения, зачастую преодолевая на своем пути топографические препятствия. Относительные превышения преодоленных препятствий позволяют оценить минимальную мощно сть движущейся газово-пирокластиче ской сме си. Этот показаВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ тель также может быть использован для определения скорости распространения пирокластических потоков (Wilson, Walker, 1981). Максима льный диапазон отно сительных превышений преодоленных препятствий до стигает 1000 м (хр. Камба льный, приблизительно в 14 км от бровки кальдеры). Таким образом, скорость распространения пирокластических потоков, рассчитанная по (Wilson, Walker, 1981) для извержения КО, достигала порядка 140-150 м/с. Пирокластические потоки и сопровождающие их волны, двигаясь со столь значительными скоростями, обладали высокой абрадирующей способно стью, разрушая и захватывая по мере своего продвижения не только отложения тефры, выпавшей на начальной стадии извержения, но и подстилающий ее почвенный слой. Об этом свидетельствуют находки фрагментов палеопочвы в отложениях пирокластиче ских потоков и волн (например, в районе участка 2). Эродирующее воздействие пирокластиче ских потоков и сопровождающих их волн усиливало сь на 'навет ренных' сторонах препятствий на пути их распространения и выпуклых участках склонов (Bacon, 1983; Sparks et al, 1997), где, в результате этого воздействия, наблюдается крайне неравномерно е распределение отложений КО: их общая мощно сть может варьировать от нескольких сантиметров до первых метров даже на небольших расстояниях. На 'подветренных' сторонах топографиче ских препятствий, в понижениях и распадках, вследствие гидравличе ского скачка ( Bacon, 1983; Woods et al, 1998), напротив, происходило накопление обломочного материала и формирование отложений 'бескорневых' пирокластических потоков. Начальная температура газово-пирокластической сме си была близка к 700 0С (Rinkleff, 1999). По мере распро странения пирокластических потоков температура могла уменьшиться за счет вовлечения холодного атмо сферного воздуха, контакта с водой и поверхностью подстилающих отложений (Bursik, Woods, 1996; Walker, 1983). Однако, по имеющимся расчетам (Bursik, Woods, 1996), падение температуры большеобъемных пирокластиче ских пото ков, подобных таковым извержения КО, составляет не более 100-200 0 С, вне зависимо сти о т дально сти их распро странения. Это позволяет определить вероятную температуру пирокластиче ских потоков КО около 500-600 0 С. Справедливо сть этих оценок подтверждает ся косвенными данными. Находки полностью обугленных фрагментов древесины в толще туфов КО, даже на расстоянии 40 км от кальдеры, свидетельствуют, что нижний предел температуры пирокластиче ских потоков со ст авлял около 350 0С (Miyabuchi, 1999; Moore, Sisson, 1981; Winner, Casadeval, 1981); с другой стороны, в отложениях туфов мощностью более 100
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

м отмечена лишь начальная стадия спекания, и это свидетельствует о том, что их температура не превышала 600-650 0С (Smith, 1960). Таким образом, пределы возможной температуры пирокластиче ских потоков КО определяются диапазоном 350-600 0С. По мере продвижения потоков, вследствие гравитационной дифференциации, газово-пирокластиче ская сме сь разделялась на более тяжелую, 'нагруженную' обломками нижнюю часть, и более легкую, верхнюю часть, в которой преобладали газы и тонкая фракция пирокластики (Bursik, Woods, 1996; Fujii, Nakada, 1999; Legros, Kelfoun, 2000; Rosi et al. 2001; Saucedo et al. 2001; Wilson, Walker, 1981; Woods et al, 1998). Из нижней части фор миров а лись т о лщи многометровых туфов, приуроченные преимущественно к речным долинам (рис. 5 а, 6 а). Из верхней части, которая в некоторых случаях 'отрывалась' от основного потока и распространялась самостоятельно, образовывались отложения пирокластических волн. Таким образом, после катастрофиче ского извержения КО, исслед уемая территория предст авляла собой по большей части вулканиче скую пустыню, долины были заполнены толщами горячих туфов, а склоны и водоразделы покрывались отложениями пирокластических волн и тефры различной мощности. Лишь на участках интенсивного эродирующего воздействия пирокластических волн на поверхность могли быть выведены фрагменты непогребенной почвы. 2. Пост эруптивные проце ссы. Среди многообразия по стэруптивных процессов необходимо отметить эоловую и эрозионную деятельность, игравших важную роль в перераспределении вулканогенных отложений и в преобразовании ландшафтов. Интенсивное переотложение рыхлой пирокластики ветром и водой нача ло сь, по-видимому, сразу по сле извержения и охватывало значительные площади. Высокие скорости развития подобных проце ссов отмеча лись по сле современных извержений (Андреев, Быкасов, 1990; Камчатка..., 1974; del Moral, 1983; Mastrolorenzo 2002; Tsuyuzaki, Haruki, 1996; Tsuyuzaki, Titus, 1995; Wood, del Moral, 1988). В условиях расчлененного рельефа и по ступления значительного количе ства атмо с ферных о с адков, скоро сти раз мыв а о т ло ж ений пирокластики временными водотоками на данной территории могли быть значительными, до стигая порядка 40-50 м в год (Камчатка.., 1974). Мощности отложений уменьшались на склонах и водоразделах и увеличивались в понижениях и долинах, где накопления рыхлого материала перекрывали и погребали отложения пирокластических потоков. В то же время толщи долинных туфов интенсивно размывались и прорезались водотоками (рис. 5 б, 6 а), что могло приводить к общему уменьшению мощности туфов на
71


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН
а

б

Рис. 6. Катмаи-Новарупта, Аляска. а- общий вид на Долину Десяти Тысяч Дымов: на поверхно сти туфов - ранние стадии первичной сукцессии, единичные поселенцы, на переднем плане - вторичная сукцессия, восстановление кустарников (ольховник и кедровый стланник); б- медленно зарастающая поверхно сть туфов. Авторы фотографий: а- С.В. Трусов, 2002 и б- J. Eichelberger, 2002.

отдельных участках (уч. 4) и к повсеме стному образованию узких каньонов с субвертикальными стенками, с относительными превышениями над днищами до нескольких десятков метров. 3. Оценка масштабов воздействия извержения КО на палеоэкосистемы и выделение зон поражения. Анализ закономерностей территориального распределения гетерогенных отложений позволил выделить в пределах исследуемого района 2 зоны с различной степенью поражения палеоэко систем, в зависимости от комбинации воздействий основных вулканических агентов. Зона I (зона тот ального поражения) ограничивается ареалом распространения отложений долинных туфов и охватывает днища всех речных долин района (рис. 1). В пределах этой зоны произошло погребение и по лно е уничт ожение почв енно-растительного покрова многометровыми толщами туфов (рис. 6 а, б, и 7 б, в), мощно сть которых местами достигала 150 м, а их температура превышала 350 0С. Температура отложений пирокластических потоков могла оставаться высокой в течение достаточно длительного времени (Hildreth, 1983), что, по-видимому, значительно замедляло темпы восстановления растительно сти. Зона II (зона сильного поражения) соответствует площадям распро странения отложений тефры и пирокластических волн, где после извержения, в результате интенсивной эрозионной и эоловой деятельности, происходило существенное перераспределение первичных мощно стей рыхлого вулканогенного материала. Эта зона охватывает водоразделы, склоны и части бортов долин, расположенные выше уровня распространения отложений долинных туфов (рис. 5 г, 6 а). В пределах зоны II поражение почвенно-растительного
72

покрова имело мозаичный характер, обусловленный различным сочетанием и наложением воздействий трех о сновных процессов: 1) выпадение горячей тефры; 2) распространение раскаленных пирокластических волн; 3) интенсивное пост эруптивное переотложение пирокластики. Существенная изменчивость мощности выпавшей тефры в пределах района исследований и ее последующее перераспределение обусловили широкий диапазон воздействия этого агента на почвенно-растительный покров: от полного его уничтожения (при мощности более 70-100 см) до частичного, когда некоторые виды растений сохраняют жизне спо собно сть (30-40 см) (Быкасов, 1990; Манько, Сидельников, 1989; Grishin et al. 1996). Температура выпавшей тефры (100-200 0 С) не вызывала пожаров, однако была до статочно высока, чтобы иссушить погребаемую растительность (Winner, Casadeval, 1981). Тем не менее, при небольших мощностях тефры, некоторые погребенные растения могли сохранить способность к вегетативному восстановлению, особенно на участках распространения снежников, которые, с одной стороны, могли защитить растения от теплового поражения горячей тефрой, а с другой - обе спечива ли быст ро е уда ление рыхлой пирокластики со своей поверхности в процессе таяния (del Moral, 1983). Воздействие пирокластиче ских волн могло выражаться в широком спектре явлений: 1) возникновение пожаров (Манько, Сидельников, 1989; Fenner, 1923) на таких участках, где температура волн превышала 350 0С; 2) иссушение растительности на таких участках, где температура волн составляла 50-350 0С (Манько, Сидельников, 1989; Fenner, 1923; Miyabuchi, 1999;
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ Winner, Casadeval, 1981); 3) вывал деревьев и кустарников под воздействием волн, распространяющихся с высокой скоростью (Fenner, 1923; Miyabuchi, 1999; Moore, Sisson, 1981); 4) абразия и повреждение растений транспортируемым волнами обломочным материалом (Манько, Cидельников, 1989; Miyabuchi, 1999; Moore, Sisson, 1981) и др. Интенсивность воздействия пирокластиче ских волн значительно уменьшается по мере удаления от пирокластических потоков (Fujii, Nakada, 1999), вследствие их о стывания, уменьшения обломочной нагрузки и, возможно, снижения скорости распространения. Особенности микрорельефа обусловливали мозаичный характер воздействия пирокластических волн на почвенно-растительный покров в широком диапазоне: от полного уничтожения на выпуклых элементах рельефа в результате интенсивной эрозии, до частичного - в понижениях, которое могло выражаться в сжигании и обламывании крон и ветвей кустарников, оставшихся непогребенными выпавшим ранее слоем тефры. Широкое по ст эруптивное развитие эрозионных и эоловых процессов как в зоне I, так и в зоне II обусловливало не стабильно сть субстратов, что препятствовало поселению и распространению первых растенийколонистов сразу после извержения (del Moral, 1983). С другой стороны, это могло приводить к появлению в зоне II участков с небольшими мощностями отложений пирокластики или даже полным их отсутствием, особенно там, где первичные мощности отложений были сокращены эродирующим воздействием пирокластиче ских волн. Важным следствием этого является возможность появления на поверхно сти источника органогенного материа ла в виде фрагментов погре-бенной почвы (Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, 1994; Tsuyuzaki, Goto, 2001), что могло существенно ускорить темпы восстановления растительности в зоне 2. МЕХАНИЗМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ Проце сс во сстановления нарушенной растительно сти проходит через восстановительные смены или сукце ссии (Clements, 1916). Первичная сукце ссия начинается на стерильных ювенильных субстратах при полном отсутствии органиче ского материала и источников его по ступления. Вторичная сукцессия развивается на субстратах с неполным уничтожением биоты, например, после пожаров. Основным отличием вторичной сукце ссии от первичной является наличие фраг мент ов почвы и источников в о з обнов ления растений на поверхности и (или) в пределах корнеобитаемого слоя (Манько, Сидельников, 1989). Часто первичная и вторичная сукце ссии протекают одноВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

временно на соседних участках с неоднородными исходными условиями. В таких случаях говорят о промежуточной или переходной сукце ссии, когда каждое растение имеет индивидуально различный до ступ к ре сурсам (Grishin et al. 1996). Источниками возобновления конкретных видов растений могут быть: 1) поступление семян извне путем их транспортировки ветром и, в меньшей степени, животными и птицами (Grishin et al. 1996; del Moral, Wood, 1993; Tsuyuzaki, 1987; Wood, del Moral, 1988); 2) поступление семян из погребенной почвы вследствие водной эрозии вулканогенных отложений (Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, 1994; Tsuyuzaki, Goto, 2001); 3) вегетативная регенерация погребенных растений путем образования побегов и столонов, способных прорасти чере з погребающий их слой отложений (Быкасов, 1990; del Moral, 1983; Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, Haruki, 1996). Наличие источников возобновления растений и их местоположение определяет не только скорости восстановительных смен, но и их направленно сть. Так, при вторичной сукце ссии восстанавливающаяся растительность имеет унаследованный характер, поскольку основными колонизаторами выступают доминанты ме стных нарушенных сообществ. В ходе первичной сукце ссии формируются группировки из случайных колонистов (иммигрантов извне), поэтому восстанавливающаяся растительно сть может быть не связана напрямую с предше ствующей (Манько, Сидельников, 1989; del Moral, 1983). Рассмотрим возможные механизмы и источники восстановления растительности в районе наибольшего воздействия извержения КО на палеоэкосистемы. 1. Первичная сукце ссия. Зону I с полным уничтожением почвенно-растительного покрова можно назвать зоной первичной сукцессии. Такой тип восстановительных смен наблюдается на отложениях пирокластиче ских потоков по сле извержений вулканов Сент-Хеленс в 1980 г. (Tsuyusaki, Titus, 1995; Tsuyuzaki, Titus, del Moral, 1997; Wood, del Moral, 1988), НоваруптаКатмаи в 1912 г. (Fenner, 1923, рис. 5, 6), Шивелуч в 1964 г. (Манько, Сидельников, 1989). Поверхность пемзовых отложений, по-видимому, выступала весьма неблагоприятным субстратом для поселения растений из-за особенностей гидротермического и химического баланса экотопов. Нарушение механизмов удержания атмо сферной влаги в приповерхностном слое приводило к иссушению ме стообитаний; интенсивно сть проце ссов эрозии обусловливала нестабильность незакрепленных субстратов, а их состав, возможно, был химически агрессивным для растений (del Moral, 1983; Wood, del Moral, 1988; ришин и др., 1997). 73


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН

Рис. 7. Поперечные профили долин (см. рис. 2). Экосистемы на временных срезах: а- современные; б- реконструированные, после извержения; в- реконструированные, до извержения. Серым цветом показаны: на а - отложения пирокластических потоков в настоящее время, на б и в - реконструированные мощности отложений пирокластических потоков сразу по сле извержения; пунктиром показаны их отложения в настоящее время. Условные обозначения: 1- каменноберезняки; 2- ольховники; 3- кедровостланики; 4-пойменная растительность; 5- луга; 6- точка отбора образцов в пределах ключевого участка 4; 7- зона первичной сукце ссии; 8- зона вторичной сукце ссии.

Начальные ст адии зараст ания, выделенные по СПС из отложений пирокластических потоков и их перемыва на участках 3-5 (табл. 2), позволяют охарактеризовать ранние стадии первичной сукцессии и выявить источники колонистов. СПС 1 стадии ('единичные по селенцы') предст авлены преимуще ственно зано сными (региона льными и экст ра лока льными) таксонами, и присутствие их в пыльцевом дожде сразу по сле извержения позволяет говорить о наличии рефугиумов растений на данной территории, в пределах
74

зоны II. Заносную часть СПС образуют таксоны группы кустарников (ольховый и кедровый стланики, кустарничковая береза) и споровых (папоротники, плауны); локальные таксоны группы трав и кустарничков практически отсутствуют, за исключением единичных зерен злаков, о сок, подорожника и горца (Polygonum amurense). Низкое содержание локальных таксонов в СПС 1 и 2 стадий позволяет говорить только о единичных колонистах, по с елившихся к этому времени на субВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ стратах зоны I. Однако их количество постепенно увеличивается, и в СПС 2 стадии ('появление плаунов и мхов') к т равянистым т а ксонам присо единяют ся споровые (Sphagnum, Huperzia selago, Lycopodium dubium). Интересно отметить, что в СПС участка 4 отмечается устойчивый ро ст содержания пыльцы осок и их преобладание над злаками, в то время как в СПС участков 3 и 5, также расположенных в зоне I, присутствуют только злаки. Участие видов осок в первичной сукцессии на участке 4, возможно, связано с постоянным обводнением субстратов временными водотоками, что подтверждается характером отложений и наличием в них диатомовых водорослей. 3 стадия ('злаковая') выделяется по СПС для всех участков (табл. 2, 3, рис. 4), и ее наступление, повидимому, связано с ослаблением эрозионных процессов и формированием более устойчивых субстратов. Разнообразие локальных таксонов резко возрастает, но в целом преобладают пионеры и злаки. При этом растительный покров остается несомкнутым, поскольку участие заносных компонентов в СПС, по-прежнему, значительно. К пионерным таксонам относятся иванчай (Chamerion angustifolium), Caryophyllaceae (возможно, Stellaria eschscholtziana), Scrophulariaceae (возможно, Pennellianthus frutescens). Все эти виды участвуют в пионерной стадии первичной сукце ссии по сле извержения влк. Ксудач в 1907 г. (ришин и др., 1997) и являются типичными современными колонистами незакрепленных субстратов в данном районе, однако по следние 2 вида, обычные в горнотундровом поясе, сейчас на высотах участков 3-5 не встречаются. Chamerion angustifolium легко расселяется как семенами, так и подземными побегами, и относится к типичным пионерным видам (del Moral, Wood, 1993; Wood, del Moral, 1988). Однако этот таксон никогда не бывает обильным в СПС, поэтому присутствие даже единичных его зерен служит индикатором участия иван-чая в со ставе растительно сти. Виды семейства сложноцветных (таксон Asteraceae undiff.) также можно рассматривать в качестве пионерных. Активное участие ряда видов этого семейства в заселении первичных субстратов отмечается многими исследователями (Манько, Сидельников, 1989; Wood, del Moral, 1987, 1988) и связано с морфологией семян (семянки с летучками), обеспечивающей их исключительную летучесть и способность к транспортировке на большие расстояния от источника. Кроме того, некоторые виды Asteraceae (например, анафалис жемчужный (Anaphalis margaritacea)) способны быстро колонизировать свободные территории путем вегетативного размножения и образования клонов (del Moral, Wood, 1993; Tsuyusaki, Titus, 1995; Wood, del Moral, 1988).
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

Сейчас этот вид встречается на осыпях и незадернованных склонах в районе исследований. Участие в СПС таксонов Thalictrum (возможно, T. kemense) и Heracleum (H. dulce) можно рассматривать как появление первых по селенцев из луговых мезофитов в составе пионерных группировок, участие которых в дальнейшем будет увеличиваться. Среди злаков в числе колонистов могли быть: лерхенфельдия извилистая (Lerchenfeldia flexuosa), легко расселяющаяся семенами, один из о сновных видов серийной растительности на влк. Ксудач (Grishin et al. 1996); волоснец (род Leymus), обладающий способно стью к регенерации и вегетативному размножению (Быкасов, 1990); вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii), один из доминантов современного растительного покрова данного района и участник первичной сукце ссии в других районах Камчатки (Манько, Сидельников, 1989). Отличительной чертой рассматриваемой стадии является преобладание злаков над типичными пионерными видами. Поэтому сопо ставить ее напрямую с пионерной стадией первичной сукцессии после современных извержений (ришин и др., 1997; Tsuyuzaki, del Moral, 1995; Wood, del Moral, 1988) не представляется возможным. Характер и длительность реконструируемых нами во сст ановительных смен могли суще ственно отличаться от описанных в литературе, вследствие разномасштабности воздействия инициирующих эти смены извержений. В любом случае, выраженно сть 'злаковой' стадии в СПС, соответствующих различным типам отложений и временным срезам и отобранных на участках из разных высотных растительных поясов и экотопов, позволяет рассматривать ее в качестве пионерной в широком смысле: с одной стороны, образование относительно стабильных субстратов положило начало накоплению органиче ского материала и процессу почвообразования; с другой стороны - набор видов растительных группировок пока имеет случайный характер и не определяется климатическими и эдафическими факторами (del Moral, Clampitt, 1985; Haruki, Tsuyuzaki, 2001; Tsuyuzaki, del Moral, 1995; Wood, del Moral, 1987). Формирование более сомкнутого растительного покрова на 4 ст адии ('т равянистых и споровых') сопровождало сь сокращением участия пионеров и появлением более приспо собленных к конкретным условиям экотопов травянистых и споровых растений. Наблюдается дифференциация во сст ановительного процесса в зависимости от местоположения, и данная стадия на различных участках проявляется по-разному (табл.3, рис. 4). Так, на участках 1 и 2 появляются горнотундровые (Sieversia pentapetala) и горнолуговые (Geum macrophyllum) виды, источниками которых 75


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН могли быть как растения из высокогорных рефугиумов, так и семенной банк погребенной почвы (Tsuyuzaki, 1994; Tsuyuzaki, Goto, 2001), обнажившейся в результате сноса пирокластики. Отличительной особенностью СПС данной стадии является постепенное повышение роли Polypodiaceae, и этот экстралокальный таксон становится локальным, свидетельствующим о появлении папоротников в растительных группировках первичной сукцессии. Интересно отметить, что на участке 2 папоротники появились еще на 'злаковой' стадии. Ит ак, СПС из примитивной почвы позволяют условно выделить 4 ст адии первичной сукце ссии, дальнейшее развитие которой было прервано выпадением пеплов извержений влк. Ильинский и Дикий ребень. Однако спектр обр.7 на участке 4 (рис. 4), отобранный выше слоя тефры влк. Ильинский, близок к другим СПС стадии 'травянистых и споровых', что свидетельствует о несопо ставимо меньшем по силе воздействии выпавшей тефры на растительность по сравнению с таковым извержения КО. В целом, можно заключить, что к концу периода формирования примитивной почвы на отложениях КО растительный покров в зоне I был слабо сомкнутым, со став группировок оставался достаточно пестрым и был предст авлен преимуще ственно т равянистыми и споровыми растениями. Возобновление кустарников и деревьев проходило медленно, и к концу рассматриваемого периода в зоне I не было взрослых растений, спо собных к цветению и семеношению. 2. Вторичная сукцессия. Постоянное присутствие единичных пыльцевых зерен кустарников в зано сной части СПС 1-3 стадий первичной сукце ссии зоны I свидетельствует о наличии переживших извержение взро слых, способных цвести растений и их довольно быстром возобновлении в пределах зоны II. Особенно четко это можно проследить на примере таксона Alnaster, соответствующего виду Alnus kamtschatica, главному доминанту растительного покрова территории до извержения КО. Ольховый стланик достаточно устойчив к воздействию пеплопадов (Хоментовский, 1995), отдельные его экземпляры выживают при мощности тефры более 70-80 см (Манько, Сидельников, 1989). Он обладает спо собно стью восстанавливаться вегетативно при условии сохранения его корневой системы (Шамшин, 1999). Этот процесс наблюдался нами в 2002 г. на влк. Шивелуч, в долине р. Байдарная, где ольховник активно восстанавливается после погребения в 1993 г. участков ле сной растительно сти отложениями лахаров мощностью более 1 м. В районе исследований условия для регенерации ольхового стланика могли создаваться на крутых склонах (del Moral, 1983; Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, Haruki , 1996), где проис ходило
76

быстр о е уменьшение мощно сти выпавшей пирокластики за счет гравитационного оползания и смыва временными водотоками. Мы допускаем, что экземпляры ольховника могли сохранять способность к регенерации даже на участках интенсивного воздействия пирокластических волн, которые сжигали его кроны, поскольку при этом корневая система и о снования ств олов предохранялись сло ем выпавшей ранее тефры. Особенно успешно это могло происходить в периферийной части области пеплопада, где температуры тефры были близки к атмосферным (Thomas, Sparks, 1992) и погребенные части растений не повреждались, а также на вогнутых участках склонов, где сохранившиеся снежники могли защитить растения от теплового поражения (Манько, Сидельников, 1989; del Moral, 1983). Так, высокое содержание пыльцы Alnaster в СПС участка 1, расположенного в непосредственной близости от кальдеры и подвергшегося наиболее интенсивному вулканическому воздействию, свидетельствует о начале вегетативного восстановления ольхового стланика сразу после извержения. Экземпляры ольховника, способные к регенерации, в этих условиях могли сохраниться, по-видимому, только под мощными снежниками. Это предположение подтверждается существованием таких снежников на участке 1 в настоящее время, они приурочены к глубоким оврагам и вогнутым склонам, занятым преимущественно ольхово стланиковыми сообще ствами. Таким образом, вегетативная регенерация ольхового стланика могла проходить на участках с благоприятными условиями (преимущественно на склонах) в пределах всей зоны II, в том числе на крутых бортах троговых долин, выше уровня распространения пирокластиче ских потоков (рис. 5 г, 6 а). К тому же, как показывает анализ современного пространственного распределения сообществ ольховника, склоны выступают его е стественными экотопами. Подтверждением этому допущению служат палинологические данные. Содержание Alnaster во всех СПС первичной сукцессии меньше, чем в поверхностных пробах из ольховниковых сообще ств. Следовательно, в этих СПС Alnaster остается экстралокальным таксоном, участие которого изменяется синхронно с колебаниями других заносных компонентов, а дальность транспортировки от источников ограничивается масштабами речной долины. Постепенное увеличение количе ства Alnaster в СПС первичной сукце ссии (днища долин) можно рассматривать как отражение процесса вегетативного восстановления ольховника на бортах долин, или вторичной сукце ссии (Antos, Zobel, 1985; Tsuyuzaki, 1991; Tsuyuzaki, Haruki, 1996). При этом скоро сть вторичной сукце ссии на склонах могла быть до статочно высока из-за: 1) близости поВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ гребенного почвенного слоя и возможности использования его ре сурсов корневой системой ольхового стланика при вегетативной регенерации (Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, Haruki, 1996); 2) присутствия органического материала в вулканогенном субстрате в виде отмерших стволов и ветвей ольховника (Grishin et al. 1996); 3) появления и активного возобновления других колонистов, что связано с наличием благоприятных микроклиматиче ских и эдафических условий (Tsuyuzaki, Haruki, 1996; Wood, del Moral, 1987), защищенностью местообитаний (Tsuyuzaki et al, 1997), концентрацией транспортируемых ветром семян на склонах, выступающих топографиче скими препятствиями на пути воздушных потоков (Дирксен, 1999; Wood, del Moral, 1988). С механизмом вегет ативной регенерации, повидимому, связано во сстановление и ряда других видов территории. К ним относят ся как т равянистые (например, длиннокорневищные злаки родов Calamagrostis (Tsuyuzaki, 1987), Leymus (Быкасов, 1990) и др.), так древесные и кустарниковые растения. Возобновление Salix udensis путем образования побегов от погребенных ветвей и стволов наблюдалось нами на влк. Шивелуч, в тех же условиях, что и возобновление ольхового стланика. Кустарничковые ивы горнотундровых сообществ также способны возобновляться веге-ативно, прорастая сквозь толщу пирокластики мощно стью до 30 см (Быкасов, 1990). Возможно, именно с таким проце ссом возобновления видов ив в зоне II связано присутствие экстралокального таксона Salix в СПС первичной сукцессии. Все эти растения, кроме того, легко размножают ся с еменами, спо собными транспортироваться ветром на большие расстояния (Tsuyuzaki, 1987). Поэтому они могли выступать одновременно и как участники вторичной сукцессии, и как источники с емян колонистов первичной сукце ссии. Итак, вторичная сукцессия, связанная с вегетативным возобновлением растений, преимуще ственно, ольхового стланика, развивалась на склонах в пределах зоны II и могла охватывать участки даже с сильным вулканиче ским поражением. Вегетативная регенерация ольховника спо собствовала не только его активному росту и расселению, но также обогащению вулканогенных субстратов органическим материалом и созданию благоприятных условий для поселения других колонистов, в том числе травянистых и споровых растений. Скоро сть вторичной сукце ссии могла быть до ст аточно высокой, по скольку вегетативно е возобновление через сохранившуюся в погребенной почве корневую систему позволяет использовать ресурсы этой почвы и не испытывать недо статка в питательных веще ствах.
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

3. Источники во зобновления растительно сти. Источниками возобновления растений в ходе первичной сукце ссии могли быть только семена, по ступившие из-за пределов зоны II и (или) из рефугиумов в границах данной зоны, где по каким-либо причинам сохранились способные к репродукции семян экземпляры растений. Однако размеры этой зоны столь велики, что поступление семян, транспортируемых из-за ее пределов, по-видимому, не могло быть значительным. Так, зас еление растениями-иммигрант ами извне гораздо менее обширных территорий, опустошенных современными извержениями, даже при наличии близких источников обсеменения, происходит очень медленно, неравномерно, и ограничено целым рядом факторов (Манько, Сидельников, 1989; del Moral, 1983; Kondo, Tsuyuzaki, 1999; Wood, del Moral, 1987, 1988). Таким образом, основную роль в колонизации первичных субстратов исследуемой территории играли, прежде всего, местные растения, и это подтверждается полученными результатами. Состав заносной части СПС зоны I позволяет предположить, что рефугиумы растений-источников этой пыльцы представляют собой уцелевшие в зоне II фрагменты сообществ субальпийского и горнотундрового растительных поясов. Возможно сть существования таких рефугиумов в высокогорной части зоны II обусловлена: 1) неравномерным, мозаичным характером поражения экосистем в результате комбинированного воздействия тефры и пирокластических волн в условиях расчлененного рельефа; 2) наличием снежников, еще достаточно мощных в это время года (извержение началось, предположительно, в июне) для того, чтобы предохранить почвенно-растительный покров от теплового воздействия и погребения пирокластикой (Манько, Сидельников, 1989; del Moral, 1983). Кроме того, интенсивность литодинамических потоков в высокогорной части зоны II обеспечивала быстрый снос пирокластики и обнажение погребенной почвы после извержения, а таяние ледников и снежников нивального пояса - дополнительное увлажнение вулканогенных субстратов. Сочетание благоприятных условий обе спечило возможность для развития вторичной сукце ссии на склонах с участием способных к вегетативной регенерации видов, преимущественно ольхового стланика. Растения, участвующие во вторичной сукцессии, могли выступать также источниками семян местных видов, что в какой-то мере определяло скорость и направленно сть первичной сукце ссии на прилегающих участках. Однако виды этой группы нуждаются в ресурсах погребенной почвы, и, в большинстве своем, их всходы не приспо соблены к выживанию в экстремальных условиях зоны I (Wood, del Moral, 1987). В первую
77


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН очередь, это относится к ольховнику, требовательному к наличию питательных веществ (Манько, Сидельников, 1989; Хоментовский, 1995). Таким образом, участие видов данной категории в первичной сукце ссии могло быть существенным лишь на более поздних стадиях, когда процесс почвообразования уже начался. Большую часть видов нижних ярусов растительных сообще ств, мохово-лишайникового и травянокустарничкового, а также кедровый стланик и кустарничковую березу, можно отнести к категории наиболее чувствительных к вулканиче скому воздействию и не спо собных к вегетативной регенерации растений. Эти компоненты растительного покрова погибают при мощно сти пирокластики 15-30 см (Быкасов, 1990; Манько, Сидельников, 1989; Antos, Zobel, 1985; del Moral, 1983; Grishin et al. 1996), и на большей части территории были полно стью уничтожены, по скольку мощность выпавшей тефры КО составляла от 30-40 см до 5 м. При этом пыльца таксонов Pinus pumila и Betula exilis присутствует в СПС сразу после извержения. Источниками возобновления видов данной группы могли выступать уцелевшие в зоне II (например, под снежниками) фрагменты высокогорных сообще ств и семенной банк погребенной почвы, выведенной на поверхность вследствие водной эрозии вулканогенных отложений (del Moral, 1983; Tsuyuzaki, 1987; Tsuyuzaki, 1994; Tsuyuzaki, Goto, 2001). Мы полагаем, что вблизи таких источников участие по ступивших из них видов в колонизации первичных субстратов определяло направленно сть восстановительного процесса и ускоряло его темпы. Этот процесс можно рассматривать в качестве сукце ссии переходного типа. Так, в районе участка 2 во сстановление растительности проходило, по-видимому, с участием горнолуговых и горнотундровых видов, рефугиумы которых могли сохраниться в высокогорьях Камбального хребта под снежниками. Кроме того, на примыкающей к участку 2 поверхно сти плато отмечается крайне неравномерно е распределение мощно стей пирокластики КО, что связано с интенсивным эродирующим воздействием пирокластиче ских волн. Поэтому обнажение погребенной почвы зде сь вполне вероятно. Косвенным подтверждением этому допущению может служить присутствие в СПС таксона Geum macrophyllum, одного из доминантов современных горнолуговых сообще ств территории. Источником возобновления этого травянистого многолетника на влк. Усу, Япония, выступал с еменной банк погребенной почвы (Tsuyuzaki, 1994; Tsuyuzaki, Goto, 2001). Ит ак, наличие рефугиумов в субальпийском и горнотундровом растительных пояс ах определяло своеобразие первичной сукце ссии после извержения КО: миграция колонистов шла из верхних раститель78

ных поясов в нижние. Восстановление растительности после современных извержений происходит, наоборот, 'снизу вверх', и в этом случае расселение колонистов ограничивают гидротермические параметры растительных поясов, закономерно изменяющие ся с высотой (Kondo, Tsuyuzaki, 1999; Wood, del Moral, 1988). Миграция поселенцев в обратном направлении, повидимому, климатиче ски менее ограничена и может проходить быстрее. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАМЕННОЙ БЕРЕЗЫ Каменная береза впервые появилась в районе исследований непосредственно перед извержением КО (рис. 4, уч. 4, обр. 10, 11). Этот вид относится к группе наиболее чувствительных к воздействию пеплопадов растений (Хоментовский, 1995). Каменная бере за погибает при выпадении слоя пирокластики мощностью около 20 см (Манько, Сидельников, 1989). По другим источникам, отдельные ее деревья могут выжить даже при мощности тефры до 70 см (Grishin et al, 1996). В любом случае, полученные нами данные не позволяют говорить о существовании выживших экземпляров Betula ermanii в окрестностях Курильского озера, поскольку во всех СПС сразу после извержения (1-2 стадии первичной сукце ссии, табл. 2; кровля отложений КО, табл. 3) ее пыльца отсутствует. Единичные зерна этого регионального таксона обнаружены в СПС из подошвы примитивной почвы (табл. 3), и можно предположить, что взро слые, спо собные цвести, деревья каменной березы появляются в районе исследований только ко времени начала почвообразования в зоне I. Участие ее пыльцы в спектрах невелико (0.2-0.3 %), однако и в СПС поверхно стных проб, отобранных вблизи каменноберезового леса на участке 5, содержание таксона Betula ermanii не превышает 3.4 %. В СПС из кровли примитивной почвы (уч. 5, обр. 4; 4 стадия) пыльца березы не обнаружена. Однако это связано не с ее исчезновением из растительного покрова территории, а с общим сокращением доли заносных таксонов, в том числе и Betula ermanii, вследствие формирования более сомкнутых группировок местных видов в зоне I и связанного с этим повышения содержания локальных компонентов в СПС. Интере сно отметить, что участие пыльцы Betula ermanii в СПС из подошвы примитивной почвы выше для тех участков, где она впервые появилась до извержения. Кроме того, можно выявить тенденцию увеличения содержания ее заносных зерен по направлению к побережью Тихого оке ана (т абл. 3). Это позволяет предположить, что появление и дальнейшее распространение каменной березы как до извержения КО, так и после него, шло с юго-востока и востока
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ района, от побережья Тихого океана в глубь полуострова. С другой стороны, появление каменной березы на данной территории и до, и по сле извержения КО приурочено к нижней границе ее современного высотного пояса, следовательно, в высотном отношении, да льнейшее распространение ее проходило 'снизу вверх'. Ко свенным подтверждением этому может служить современно е высотное внутрипоясное распределение каменноберезовых сообще ств (рис. 2): площади относительно сомкнутых лесов приурочены к выходам троговых долин на тихоокеанское побережье, в пределах диапазона высот приблизительно от 10 до 50 (100) м; выше преобладают парковые каменноберезняки и редколесья, а затем отдельные деревья и их группы, образующие комбинации растительности с ольховниками и луговыми сообществами. Другой характерной чертой современного прост ранственного распределения массивов каменноберезовых лесов выступает их четко выраженная приуроченность к отложениям пирокластических потоков извержения КО в пределах крупных речных долин (рис. 7 а). Таким образом, лесной высотный пояс имеет не сплошной, а разорванный характер. При этом, по нашим данным, экотопы каменноберезняков как на нижней, так и на верхней границе своего высотного пояса, также непосредственно связаны с отложениями пирокластических потоков. Подобная закономерность позволяет предположить, что распространение каменной березы на данной территории определяется, скорее всего, ее экологией и конкуренто спо собно стью по отношению к другим эдификаторам (прежде всего, ольховому стланику), нежели климатическими ограничениями. Мы по лагаем, чт о о сновные чер ты современного взаимоотношения ольховниковых и каменноберезовых сообществ, доминирующих в растительном покрове территории, имеют унаследованный характер и сложились в ходе восстановления растительности после извержения КО. Основной доминант растительного покрова до извержения КО, ольховый стланик, восстанавливался, в первую очередь, на склонах, но его зависимость от наличия благоприятных эдафиче ских условий (Манько, Сидельников, 1989; Хоментовский, 1995) ограничивала участие этого вида в колонизации первичных субстратов днищ долин. Каменная береза, напротив, менее требовательна к субстрату и обладает высокой скоростью постэруптивного распространения (Хоментовский, 1995). Всходы каменной березы, при наличии источников семян, участвуют в составе группировок растений уже на ранних стадиях первичной сукцессии как на мощных отложениях тефры (ришин и др., 1997), так и на отложениях пирокластических потоков (Манько, Сидельников, 1989). Участие в начальных стадиях по стэруптивной первичной сукце ссии отмечается также и для других видов древесных берез: Betula kamtschatica (Манько, Сидельников, 1989; Grishin et al. 1996), Betula platyphylla var. japonica (Tsuyuzaki, Haruki, 1996) и др. Ко времени нача ла почвообразо в ания, или к началу 'злаковой стадии' первичной сукце ссии в большей части зоны I, на данной территории в зоне II уже появились взрослые, способные к семеношению, деревья каменной бере зы. Однако ольховник, по нашим данным, на этой стадии еще не мог активно участвовать в колонизации отложений пирокластиче ских потоков. Таким образом, мы полагаем, что именно в это время всходы каменной березы стали расселяться на свободных территориях зоны I, постепенно распро страняясь по днищам троговых долин от тихоокеанского побережья в центральную часть юга полуо строва. Приуроченность о сновных площадей современных каменнобере зняков, прежде вс его, к широким долинам, в которых первичная сукце ссия развивалась в с амых неблагоприятных условиях и медленнее всего (Wood, del Moral, 1987, 1988), а участие ольховника в колонизации первичных субстратов днищ долин было минимальным (рис. 5 в, г, 6 ) , подтверждает наше предположение. Конкурентоспособность ольхового стланика очень высока, и в зонах контакта с другими растительными сообще ствами он способен вытеснять не только ассоциации травянистых и кустарничковых растений, но и сообще ства таких эдификаторов, как кедровый стланик (Манько, Сидельников, 1989) и каменная береза (Шамшин, 1999). Судя по преобладанию ольховника в растительном покрове как до извержения КО, так и в настоящее время, климатиче ские условия территории с большим количе ством о садков и высоким снежным покровом являются оптимальными для этого вида. Следовательно, при сходстве экологиче ских требований ольхового стланика и каменной березы (Шамшин, 1999), поя в ление и распро ст ранение последней в данном районе не могло быть обусловлено то лько наличием благоприятных климатиче ских условий. Необходимыми условиями были ослабление конкуренто спо собно сти ольховника и появление свободных территорий. Наличие этих условий стало во зможным в ре зульт ате извержения КО. Таким образом, мы полагаем, что распространение каменноберезовых сообществ на данной территории является следствием кат аст рофиче ского извержения КО и связано с особенно стями постэруптивных сукце ссий в климатических условиях, не препятствующих этому распространению.

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

79


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКАХ Все ключевые участки расположены в зоне I, где поражение растительно сти было тотальным. Однако ход восстановительного процесса и его темпы в пределах изученных участков были неодинаковы. На участке 5 скорости первичной сукцессии были самыми высокими, и наступление 'злаковой' стадии отмечается уже в СПС из кровли отложений КО. Данный участок наиболее удален от эруптивного центра, и воздействие пирокластиче ских волн и те фры на растительно сть зоны II в этом районе было наименьшим, по сравнению с таковым на других ключевых участках. На крутых склонах троговой долины, повидимому, развивалась вторичная сукцессия с участием ольховника (рис. 7 б). Источниками семян растений первичной сукце ссии могли выступать виды, восстанавливающиеся вегетативно как на крутых склонах, так и, возможно, вблизи побережья. Кроме того, семена могли поступать из рефугиумов растений на пологоувалистых водоразделах и береговых обрывах. Существование таких рефугиумов, по-видимому, было вполне вероятно в условиях расчлененного рельефа при общем о слаблении воздействия поражающих агентов на удалении от центра извержения. Об этом свидетельствует присутствие в СПС заносной пыльцы ивы и кустарничковой березы. Таким образом, темпы во сстановления растительно сти на участке 5 были самыми высокими, и после извержения КО именно в таких районах, как этот, впервые появилась каменная береза и стала распро страняться вверх по долинам. К концу рассмат рив аемого периода (СПС кров л и примитивной почвы) на участке 5 растительный покров был уже относительно сомкнутым, а в составе группировок, возможно, участвовали всходы каменной березы. Участки 3 и 4 расположены ближе к центру извержения, и скорости первичной сукце ссии зде сь были ниже, чем на участке 5 (рис. 2, 6). Кроме того, первичная сукце ссия на участке 4, по-видимому, началась несколько позже (возможно, спустя первые годы после извержения) вследствие интенсивного размыва туфов КО (Камчатка.., 1974), что выразило сь в общем снижении их поверхности зде сь приблизительно на 50 м (рис. 7). Однако в СПС 'злаковой' стадии участка 4 содержание пыльцы ольховника превосходит таковое участка 5, и можно предположить, что темпы вторичной сукце ссии на первом были выше, чем на втором. Отно сительные превышения бортов над днищем долины р. Орешкова на участке 4 приблизительно на 100-150 м больше (табл. 1), и, соответственно, площади склонов над поверхностью отложений пирокласти80

че ских потоков, на которых мог во сстанавливаться ольховый стланик, превосходят таковые на участке 5. Существование рефугиумов растений, возможно, связано с водоразделами и о станцами коренных пород (рис. 2), возвышающихся над поверхно стью туфов на 30-100 м, и подтверждается присутствием в СПС заносной пыльцы кустарничковой березы и кедрового стланика. Необходимо отметить, что пыльца последнего встречается только в СПС участков 3 и 4. Своеобразие первичной сукцессии на участке 4 состоит в участии видов осоковых в качестве первых колонистов, ко т оро е о тме чает ся т о лько з д е сь, и св язано с по стоянным обводнением первичных су бст р ато в временными в о до т о к а ми и, в о з м о жно, с существованием изолированных водоемов в пределах участка. Участки 1 и 2 характеризуются максимальным по силе комбинированным вулканическим воздействием на растительность в зоне II, тем не менее, восстановительные процессы в их пределах существенно отличаются. Так, на участке 2, расположенном в верхней части левого борта троговой долины р. Хакыцын, примерно в 8 км от края кальдеры, ольховый стланик был уничтожен практически полностью, в то время как на участке 1, на склоне, обращенном непосредственно к кальдере, в 3 км от ее бровки, фрагменты ольховниковых сообществ уцелели. Благодаря высокой скорости и интенсивному эродирующему воздействию пирокластических потоков и волн, мощные толщи пирокластики на участке 1 не образовывались, а снежники в глубоких оврагах могли предохранить ольховый стланик от теплового поражения. Таким образом, здесь, на склонах, тоже могла развиваться вторичная сукцессия, как и на участках 3-5, однако скорости первичной сукцессии были существенно ниже. Одной из причин этого, возможно, было отсутствие рефугиумов в зоне II вблизи эруптивного цент ра, о чем свидетельствует отсутствие в СПС заносной пыльцы других кустарников. Для участка 2 вторичная сукцессия, по-видимому, была не характерна из-за сильного поражения ольховника. В то же время, первичная сукцессия здесь имела специфические черты, обусловленные участием горнотундровых и горнолуговых видов в качестве колонистов. Итак, можно заключить, что на территории наибольшего воздействия извержения КО на эко системы, наряду с механизмом первичной сукце ссии, в постэруптивном восстановлении растительно сти играли значительную роль вторичная сукце ссия и сукце ссия переходного типа. Вследствие этого темпы восстановительного проце сса в целом были выше, а его направленность имела как унаследованный характер, связанный, прежде всего, с выживанием и активным возобновлением ольховника на склонах, т ак и принциВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ пиально отличный, связанный с распространением каменной березы на отложениях пирокластиче ских потоков в крупных речных долинах. СКОРОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ КО Особый интерес представляет вопрос о темпах постэруптивного восстановления растительности на столь обширных территориях, опустошенных в результате катастрофического извержения КО. Низкое содержание органогенного материала в примитивной маломощной почве на отложениях КО не позволяет использовать метод радиоуглеродного датирования для определения времени ее формирования в пределах района исследований. В 50 км от кальдеры, из о снования торфяного горизонта, залегающего непо средственно на отложениях КО, была получена датировка 7200 + 40 (ИН-9682) (Ponomareva et al. 2001). Таким образом, спустя около 500 лет после извержения здесь уже сформировались органогенные отложения. Образование примитивной почвы с низким содержанием гумуса, по-видимом у, требовало меньше времени, и можно предположить, что в районе исследований проце сс почвообразования был прерван выпадением горизонтов тефры Д I и ИЛ раньше, чем 500 лет после извержения КО. К этому времени, по нашим данным, растительность в зоне I соответствовала ранним стадиям первичной сукце ссии, когда выработанные сообщества еще не сформировались (Манько, Сидельников, 1989): внутривидовая конкуренция и закономерно сти высотнопоясной дифференциации растительности еще не определяли состав и облик растительных группировок. Полученные результаты можно сопоставить с данными о скорости первичной сукце ссии на лавовых потоках Толбачинского дола: стадия начала образования выработанных сообществ и выраженного почвенного профиля, а также первичной дифференциации растительного покрова, имеет продолжительность до 1000 лет (ришин, 1992). Следовательно, продолжительность биогеоценотического процесса, прерванного выпадением те фры Д I и ИЛ, была суще ственно меньше, чем 1000 лет. Кроме того, в качестве косвенных данных о скорости постэруптивного восстановления растительности можно рассматривать появление в окрестно стях Курильского озера источников пыльцы каменной березы на временном срезе, соответствующем начальным стадиям почвообразования (табл. 3, рис. 4). Суще ствование отдельных деревьев, переживших извержение, маловероятно, и это подтверждается отсутствием пыльцы березы в СПС из кровли отложений КО и горизонт а их перемыва. По с еление экземпляров к аменной
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

березы в стрессовых условиях сразу после извержения также вряд ли было возможно. Например, к моменту по селения первых берез (не погибших к настоящему времени) на мощных отложениях пемзовой тефры (30100 см) извержения влк. Ксудач в 1907 г. прошло не менее 37 лет (Grishin et al. 1996). Период начала цветения и семеношения камен-ной березы наступает в возрасте 61-100 лет (Шамшин, 1999). Следовательно, ко времени начала почвообразования в зоне I по сле извержения КО прошло не менее 100-150 лет. Для большинства участков в зоне I установлено, что начало почвообразования, скорее всего, соответствовало наступлению 'злаковой' стадии первичной сукце ссии, выделенной по данным СПС. Принимая это во внимание, можно попытаться оценить скорости ранних стадий первичной сукце ссии по сле извержения КО путем сравнения с темпами зарастания отложений пирокластических потоков после современных извержений. Так, растительные группировки на пирокластиче ских потоках извержения влк. Шивелуч в 1964 г., с сомкнутостью 5-7 %, участием злаков и пионерных видов, а также всходов деревьев и кустарников, которые еще не способны к репродукции, повидимому, можно сопоставить с реконструированной нами не сомкнутой растительностью 'злаковой' стадии. При этом скорости первичной сукце ссии на влк. Шивелуч в не сколько раз выше (продолжительно сть сукце ссии около 40 лет), чем таковые по сле извержения КО (100-150 лет), и это связано, прежде всего, с наличием близких источников обсеменения и значительно меньшими размерами территории поражения на влк. Шивелуч. Наиболее близким современным аналогом изучаемого по ст эруптивного восстановительного процесса можно, по-видимому, считать таковой после извержения влк. Новарупта-Катмаи в 1912 г. на Аляске (рис. 5, 6). Спустя 90 лет, здесь, на поверхно сти многомет ровых пирокластиче ских потоко в (Hildreth, 1983), выражены лишь ранние стадии первичной сукце ссии, которые можно сопоставить с 1-2 ('единичные по селенцы') стадиями, выделенными нами по СПС (рис. 5 в, г, 6, табл. 2). Кроме того, активное восстановление кустарниковой растительности на крутых склонах, наблюдаемое сейчас на Аляске (рис. 5 г, 6 а), можно рассматривать в качестве современного аналога реконструированного нами проце сс а вторичной сукце ссии, связанного с вегетативной регенерацией ольхового стланика на склонах в зоне II. В целом, скорости вторичной сукцессии приблизительно в 3-4 раза выше, чем первичной (Манько, Сидельников, 1989). Таким образом, наличие участков постэруптивного развития вторичной сукце ссии существенно ускоряет общие темпы во сстановления растительности на пораженной территории.
81


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН ВЫВОДЫ 1. Впервые, на примере извержения КО, проведена реконструкция воздействия катастрофического извержения на палеоэкосистемы и проанализированы возможные механизмы и темпы их постэруптивного восстановления. 2. В пределах территории наибольшего воздействия извержения КО удалось выделить 2 зоны с различной степенью поражения палеоэкосистем в зависимости от комбинации воздействий о сновных вулканических агентов: зону I, где поражение было тотальным, и зону II, с сильным, но неоднородным и мозаичным по характеру, поражением. 4. Исключительно сильное поражающее воздействие извержения КО привело к экологической катастрофе, охватившей значительную часть территории Южной Камчатки. Тем не менее, зде сь, по-видимому, сохранились рефугиумы растений. Таким образом, при огромных размерах опустошенной территории и ограниченном поступлении семян колонистов из-за ее пределов, основную роль в процессе восстановления играли выжившие ме стные растения. 5. В ходе первичной сукцессии, охватывавшей обширные площади распро ст ранения пирокластиче ских пото ков, формирова лись группировки из случайных колонистов, по этому во сст анавливающаяся растительно сть не всегда была связана напрямую с предшествующей, а скорости ее восстановления в зоне I были сравнительно низкими. 6. Развитие вторичной сукце ссии, связанной с вегетативным возобновлением, и сукце ссии переходного типа, где источниками возобновления могли выступать растения из рефугиумов и семенной банк погребенной почвы, определяло унаследованный характер восстановленной растительно сти и отно сительно высокие темпы восстановительного процесса в зоне II. 7. Ослабление конкуренто спо собно сти ольховника и появление свободных территорий в результате извержения КО положило начало распространению каменной березы в зоне I, от тихоокеанского побережья в глубь полуострова. Подобное явление, связанное с особенностями восстановительных смен после катастрофического извержения, сопоставимо по своей значимо сти с климатогенными сменами растительно сти, вызванными гл убокими климатиче скими изменениями на глобальном уровне. Таким образом, экологиче ские последствия извержения КО на данной территории могут быть сопо ставлены в каче ственном отношении с пере ст ройкой эко систем под воздействием глобальных климатических изменений.
82

ЛИТЕРАТУРА Андреев В.И., Быкасов В.Е. Некоторые черты ландшафта Толбачинского дола в связи с извержением 1975-1976 гг. // Вопросы географии Камчатки. 1990. Вып. 10. С. 166-168. Биндеман И.Н. Петрология вулкана Дикий ребень (Ю жная Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1994. ?2. С. 33-55. Богоявленская Г.Е., Брайц ева О.А., Мел екесц ев И.В., Кирьянов В.Ю., Миллер С.Д. Катастрофиче ские извержения типа направленных взрывов на вулканах Сент-Хеленс, Безымянный, Шивелуч // Вулканология и сейсмология. 1985. ? 2. С. 3-26. Бондаренко В.И. С ейсмоакустиче ские исследования оз.Курильского // Вулканология и сейсмология. 1990. ? 4. С. 97-111. Брайцева О.А., Егорова И.А., Сулержицкий Л.Д., Несмачный И.А. Вулкан Малый Семячик // Вулканический центр: строение, динамика, вещество (Карымская структура). М.: Наука, 1980. С. 199-235. Брайцева О.А., Мелекесц ев И.В. Основные факторы рельефообразования и их эволюция. Четвертичные оледенения // Камчатка, Курильские и Командорские острова. М.: Наука, 1974. С. 402-426. Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Базанова Л.И., Сулержицкий Л.Д. Сильные и катастрофические эксплозивные извержения на Камчатке за последние 10 тысяч лет // еодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. Петропавловск-Камчатский. 2001. С. 235-252. Брайцева О.А., Сул ержицкий Л.Д., Пономарева В.В., Мел екесц ев И.В. еохронология крупнейших эксплозивных извержений Камчатки в голоцене и их отражение в ренландском ледниковом щите // Доклады РАН. 1997. Т. 352. ? 4. С. 138-140. Быкасов В.Е. Шлаково-пепловый чехол извержения 1975 г. и поражение растительности Толбачинского дола // Вулканология и сейсмология. 1981. ? 1. С. 76-78. Быкасов В.Е. Во сстановление растительно сти на шлаково-пепловых отложениях Толбачинского дола // Вопросы географии Камчатки. 1990. Вып. 10. С. 193-194. Гришин С.Ю. Сукцессии подгольцовой растительности на лавовых потоках Толбачинского дола // Бот анический журнал. 1992. Т. 77. ? 1. С. 92-100. Гришин С.Ю., Крестов П.В., Верхол ат В.П., Левус А.П. Влияние катастрофиче ского извержения вулкана Ксудач (Камчатка, 1907 г.) на лесную растительность // Комаровские чтения. Вып. XLIII. Владивосток: Дальнаука, 1997. С. 210-244. Дирксен В.Г. Палинологические особенно сти современных ландшафтов гор севера Внутренней Азии:
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Санкт-Петербургский гос. ун-т. 1999. 22 с. Дирксен В.Г. Изучение субрецентных споровопыльцевых спектров безлесных территорий для палеоэкологиче ских реконструкций // Палеонтологический журнал. 2000. Т. 34. ? 2. С. 21-26. Дирксен О.В., Пономарева В.В., Сулержицкий Л.Д. Кратер Чаша (южная Камчатка) - уникальный пример массового выбро са кислой пирокластики в поле базальтового ареального вулканизма // Вулканология и сейсмология. 2002. ? 5. С. 3-11. Егорова И.А. Палинологическая характеристика вулканогенно-о садочных отложений в применении к стратиграфии // Вулканический центр: строение, динамика, веще ство (Карымская структура). М.: Наука, 1980. С. 52-76. Егорова И.А. Палеогеография района Карагинского залива в позднем плейстоцене-голоцене // Вопросы географии Камчатки. 1990. Вып. 10. С. 135-140. Камчатка, Курильские и Командорские острова. М.: Наука, 1974. 438 с. Манько Ю.И., Сидельников А.Н. Влияние вулканизма на растительно сть. Владиво сток: ДВО АН СССР, 1989. 161 с. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А., Базанова Л.И., Пономарева В.В., Сулержицкий Л.Д. Особый тип катастрофических эксплозивных извержений- голоценовые субкальдерные извержения Хангар, Ходуткинский 'маар', Бараний Амфитеатр, Камчатка // Вулканология и сейсмология. 1996. ? 2. С. 3-24. Мелекесц ев И.В., Брайцева О.А., Пономарева В.В. Новый подход к определению понятия 'действующий вулкан' // еодинамика и вулканизм Курило-Камчатской о строводужной системы. Петропавловск-Камчатский. 2001. С. 191-203. Мелекесцев И.В., Глушкова О.Ю., Кирьянов В.Ю., Ложкин А.В., Сулержицкий Л.Д. Происхождение и возраст магаданских вулканических пеплов // ДАН СССР. 1991. Т. 317. N 5. С. 1187-1192. Муравьев Я.Д. Климат Камчатки в прошлом, настоящем и будущем // Тезисы XVIII Крашенинниковских чтений. 2001. С. 97-101. Определитель сосудистых растений Камчатской области. М.: Наука, 1981. 410 с. Хоментовский П.А. Экология кедрового стланика (Pinus pumila (Pall.) Regel) на Камчатке (общий обзор). Владивосток: Дальнаука, 1995. 227 с. Шамшин В.А. Каменноберезовые ле са Камчатки: биология, экология, строение древостоев. М.: ЕОС, 1999. 170 с. Antos A.J., Zobel D.B. Recovery of forest understories buried by tephra from Mount St. Helens // Vegetatio. 1985. V. 64. P. 103-111.
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

Antos A.J., Zobel D.B. Seedlings establishment in forests affected by tephra from Mount St. Helens // American Journal of Botany. 1986. V. 73. P. 495-499. Bacon C.R. Eruptive history of Mount Mazama and Crater Lake caldera, Cascade Range, USA // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1983. V. 18. P. 57-116. Banks N.G., Hoblitt R.P. Summary of temperature studies of 1980 deposits // The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington. 1981. Geological Survay Professional Paper 1250, P. 295-315. Bursik M.I., Woods A.W. The dynamics and thermodynamics of large ash flows // Bulletin of Volcanology. 1996. V. 58. P. 175-193. Clements F.E. Plant succession: an analysis of the development of vegetation // Carnegie Institution of Washington. 1916. Publication 242. Washington, D.C., USA. Cour P., Zheng Z., Duzer D., Calleja M. and Yao Z. Vegetational and climatic signigicance of modern pollen rain in northwestern Tibet // Review of Palaeobotany and Palynology. 1999. V. 104. N 3-4. P. 183-204. del Moral R. Initial recovery of subalpine vegetation on Mount St. Helens, Washington // American Midland Naturalist. 1983. V. 109. P. 72-80. del Moral R., Clampitt C.A. Growth of native plant species on recent volcanic substrates from Mount St. Helens // American Midland Naturalist. 1985. V. 114. P. 374-383. del Moral R., Wood D.M. Early primary succession on a barren volcanic plain at Mount St. Helens, Washington // American Journal of Botany. 1993. V. 80. P. 81-991. Fenner C.N. The origin and mode of emplacement of the great tuff deposits in the Valley of Ten Thousand Smokes // National Geographic Society, Contributed Technical Papers, Katmai Series, 1923. V. 1. 74 p. Fierstein J., Hildreth W. Preliminary volcano-hazard assessment for the Katmai volcanic claster, Alaska // USGS Open-File Report 00-489. 2001. 50 p. Fujii T., Nakada S. The 15 September pyroclastic flows at Unzen volcano (Japan): a flow model for associated ashcloud surges // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. V.117. N 1-2. P. 129-153. Gough L.P., Severson R.C., Lichte F.E., Peard J.L., Tuttle M.L., Papp C.S.E., Harms T.F., Smith K.S. Ashfall effects on the chemistry of wheat and the Ritzville soil series, eastern Washington // The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington, Geological Survay Professional Paper 1250. 1981. P.761-788. Grishin S.Yu., del Moral R., Krestov P.V., Verkholat V.P. Succession following the catastrophic eruption of Ksudach volcano (Kamchatka, 1907) // Vegetatio. 1996. V. 127. P. 129-153.
83


ДИРКСЕН, ДИРКСЕН Haruki M., Tsuyuzaki S. Woody plant establishment during the early stages of volcanic succession on Mount Usu, northern Japan // Ecological Research. 2001. V. 16. P. 451-457. Hildreth W. The compositionally zoned eruption of 1912 in the valley of ten thousand smokes, Katmai National Park, Alaska // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1983. V. 18. P. 1-56. Janssen C.R. Local and regional pollen deposition // Quaternary Plant Ecology, Blackwell Scientific Publication, Oxford, UK. 1973. P. 31-42. Kondo T., Tsuyuzaki S.. Natural regeneration patterns of the introduced larch, Larix kaempferi (Pinaceae), on the volcano Mount Koma, northern Japan // Diversity and Distributions. 1999. V. 5. P. 223-233. Kyle P.R., Rourke R.C., Ponomareva V.V. Major Element Fingerprints of Major Explosive Eruptions of Holocene volcanoes in Kamchatka, Russia // Abstracts of 3rd Biennal Workshop on Subduction Processes emphasizing the KurileKamchatkan-Aleutian Arcs. Fairebanks, USA. 2002. Legros F., Kelfoun K. On the ability of pyroclastic flows to scale topographic obstacles // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2000. V. 98. P. 235-241. Mastrolorenzo G., Palladino D.M., Vecchio G., Taddeucci J. The 472 AD Pollena eruption of SommaVesuvius (Italy) and its environmental impact at the end of the Roman Empire // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2002. V. 113. P. 19-36. McKnight D.M., Feder G.L., Stiles E.A. Effects on a blue-green alga of leachates of ash from the May, 18 eruption // The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington, Geological Survay Professional Paper 1250, 1981. P. 733-743. Miyabuchi Y. Deposits associated with the 1990-1995 eruption of Unzen volcano, Japan // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. V. 89. P. 139-158. Moore J.G., Sisson T.W. Deposits and effects of the May 18 pyroclastic surge // The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington, Geological Survay Professional Paper 1250. 1981. P. 421-438. Ponomareva V.V., Dirksen O.V., Sulerzhitsky L.D. Eruptive history of Dikiy Greben volcano - the largest Holocene extrusive edifice in Kamchatka, Russia // Proceedings of the `95 International Workshop on Volcanoes Commemorating the 50th Anniversary of Mt. ShowaShinzan, 1995. P. 159. Ponomareva V.V., Sulerzhitsky L.D., Dirksen O.V., Zaretskaia N.E. Holocene paleosols as records of intervals of volcanic quiescence in the Kurile Lake region, South Kamchatka // "TEPHRAS, chronology, archaeology". Les dossiers de l'Archeo-Logie nњ 1. CDERAD ed. 2001. P. 91-100.
84

Ponomareva VV., Melekestsev I.V., Kyle P.R., Rinkleff P.G., Dirksen O.V., Sulerzhitsky L.D., Zaretskaia N.E., Rourke R.C. The 7600 (14C) year BP Kurile Lake caldera eruption, Kamchatka, Russia: stratigraphy and field relationship // Journal of Volcanology and Geothermal Research, in press. Rinkleff P. Petrologic evolution and stratigraphy of the eruptive products from the 7.7 ka (14C) Kurile Lake caldera eruption, southern Kamchatka, Russia // M.S. Thesis. Dept. Earth Environmental Sci., New Mexico Institute of Mining and Technology. 1999. 198 p. Rosi M., Paladio-Melosantos M.I., Di Muro A., Leoni R., Bacolcol T. Fall vs flow activity during the 1991 climactic eruption of Pinatubo Volcano (Philippines) // Bulletin of Volcanology. 2001. V. 62. P. 549-566. Saucedo R., Macнas J.L., Bursik M.I., Mora J.C., Gavilanes J.C., Cortes A. Emplacement of pyroclastic flows during the 1998-1999 eruption of Volcбn de Colima, Mйxico // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2002. V. 117. N 1-2. P. 129-153. Simkin T., Siebert L. Volcanoes of the World. 1994. 349 p. Smith R.L. Ash-flows, Geological Society American Bulletin. 1960. V. 71. P. 795-842. Sparks R.S.J., Gardeweg M.C., Calder E.S., Matthews S.J. Erosion by pyroclastic flows on Lascar Volcano, Chile // Bulletin of Volcanology. 1997. V. 58. P. 557-565. Thomas R.M.E., Sparks R.S.J. Cooling of tephra duting fallout from eruption columns // Bulletin of Volcanology. 1992. V.54, N 7. P. 542-553. Tsuyuzaki S. Origin of plants recovering on the volcano Usu, northern Japan, since the eruptions of 1977 and 1978 // Vegetatio. 1987. V. 73. P. 53-58. Tsuyuzaki S. Species turnover and diversity during early stages of vegetation recovery on the volcano Usu, northern Japan // Journal of Vegetation Science. 1991. V. 2. P. 301-306. Tsuyuzaki S. Fate of plants from buried seeds on Volcano Usu, Japan, after the 1977-1978 eruptions // American Journal of Botany. 1994. V. 81. P. 395-399. Tsuyuzaki S., del Moral R. Species attributes in early primary succession on volcanoes // Journal of Vegetation Science. 1995. V. 6. P. 517-522. Tsuyuzaki S., Goto M. Persistence of seed bank under thick volcanic deposits twenty years after eruptions of Mount Usu, Hokkaido Island, Japan // American Journal of Botany. 2001. V. 88. P. 1813-1817. Tsuyuzaki S., Haruki M. Tree regeneration patterns on Mount Usu, northern Japan, since the 1977-78 eruptions // Vegetatio. 1996. 1996. 126. P. 191-198. Tsuyuzaki S., Titus J.H. Vegetation development patterns in erosive areas on the Pumice Plains of Mount St. Helens // American Midland Naturalist. 1995. V. 135. P. 172-177.
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ Tsuyuzaki S., Titus J.H., del Moral R. Seedling establishment patterns on the Pumice Plain, Mount St. Helens, Washington // Journal of Vegetation Science. 1997. V. 8. P. 727-734. Volynets O.N., Ponomareva V.V., Braitseva O.A., Melekestsev I.V., Chen Ch.H. Holocene eruptive history of Ksudach volcanic massif, South Kamchatka: evolution of a large magmatic chamber // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. V. 91. P. 23-42. Walker G.P. Ignimbrite types and ignimbrite problems // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1983. V. 17. P. 65-88. Wilson C.J.N., Walker G.R.L. Violence in pyroclastic flows eruptions // Tephra studies. 1981. P. 441-449. Winner W.E., Casadevall T.J. Fir leaves as a thermometers during the May, 18 eruption // The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington, Geological Survay Professional Paper 1250. 1981. P. 315-323. Wood D.M., del Moral R. Mechanism of early primary succession in subalpine habitats on Mount St. Helens // Ecology. 1987. V. 68. P. 780-790. Wood D.M., del Moral R. Colonizing plants on the Pumice Plains, Mount St. Helens, Washington // American Journal of Botany. 1988. V. 75. P. 1228-1237. Woods A.W., Bursik M.I., Kurbatov A.V. The interaction of ash flows with ridges // Bulletin of Volcanology. 1998. V. 60. N 1. P. 38-52. Yonebayashi C. Reconstruction of vegetation at A.D. 915 at Ohse-yachi Mire, northern Japan, from pollen, present-day vegetation and tephra data // Vegetatio. 1996. V. 125. P. 111-122.

Reconstruction of Plant Recovery After Catastrophic Eruption Kuril LakeIlinskaya 7700 14C Yrs BP in South Kamchatka V. G. Dirksen, O. V. Dirksen
Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS Based on detailed studies of paleoenvironmental impact of Kuril Lake- Ilinskaya caldera-forming eruption, which occurred ca 7700 14C yrs BP, reconstruction of catastrophic eruption affect on plant cover was carried out, as well as possible ways and rates of post-eruption recovery were analyzed and evaluated.

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

85