Красота термоземов Долины гейзеров позволила выделить их в отдельный тип почв

12

Гейзерная стенка «Витраж» — визитная карточка Долины гейзеров. Фото с сайта sony-club.ru

Живописные термальные ландшафты Долины гейзеров не только привлекают ежегодно тысячи туристов, но и являются средой обитания редких и даже уникальных организмов. Это второе гейзерное поле после Йеллоустона и самое плотное скопление гейзеров в мире: на площади около 50 тыс. м2 их более двухсот. Здесь распространены одни из самых ярких и наименее изученных почв — термоземы, отличащиеся тем, что тепло и растворенные вещества в основном поступают к ним из земных недр. Детальное исследование термоземов Долины гейзеров, формирующихся под влиянием сернокислых вод, позволило обосновать их выделение в качестве новой, 33-й, почвенной группы для международной реферативной базы почвенных ресурсов. Этим почвам за их красоту было присвоено название нарцисоли (Narcisols). К жизни на нарцисолях способны только растения-термофилы, в основном злаковые и осоковые, а вот деревья совершенно не переносят подогретых вод. Папоротники же предпочитают жить по периферии термальных ландшафтов, где возникают туманы от подогретых паров земных недр.

Почвой называют верхний плодородный слой твердой оболочки нашей планеты — земной коры. Давно известно, что вулканические отложения благоприятны для роста растительности. Слоистость вулканических почв обусловлена регулярным поступлением пепла, который может разительно отличаться по цвету, размеру частичек и химическому составу. Хорошие условия проветривания этих почв и высокое содержание в них микроэлементов способствуют их плодородию. Именно поэтому, насмотря на опасное соседство, люди издревле селились поблизости от вулканов и давно освоили их склоны и прилегающие территории.

На долю вулканических почв — или, по международной классификации, андосолей (см. Andosol) — приходится менее 1% площади суши. Они разбросаны по всему миру, будучи приурочены к районам вулканической активности: Тихоокеанскому огненному кольцу, Исландии, Восточно-Африканской рифтовой долине и другим (рис. 2).

Карта распространения андосолей (Andosol) — вулканических почв по международной классификации. Красным цветом показаны области, где андосоли доминируют (занимают более 50% территории), зеленым — где они встречаются часто (покрывают 25–50% территории), но не являются преобладающими, желтым — где они встречаются как сопутствующие (покрывают 5–25% территории), белым — где они встречаются очень редко или отсутствуют (покрывают менее 5% территории); серым закрашены территории, которые покрыты ледяным щитом и не имеют почв либо по которым нет данных. Такие критерии стандартны для почвенных карт, подготовленных по методике Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН. В России вулканические почвы встречаются только на Дальнем Востоке: на Камчатке и Курильских островах. Карта из атласа World Reference Base for Soil Resources

Для всех вулканических почв характерны следующие особенности. Во-первых, они формируются в условиях активной вулканической деятельности, одним из частых проявлений которой являются выбросы пепла. В результате образуется «многоэтажный» профиль (рис. 3, слева): под современной почвой залегают серии почв, погребенных материалом извержений. Вулканическая деятельность не обязательно позитивно влияет на плодородие (как минимум в краткосрочной перспективе). Например, излившаяся лава долго не зарастает, так как ее поверхность хрупкая, легко осыпается и слабо удерживает влагу (рис. 3, справа). А вот богатый микроэлементами пепел быстро заселяется растительностью.

Слева — вулканическая слоисто-пепловая почва в районе озера Кроноцкое на Камчатке. Под темно-серым гумусовым горизонтом (0–17 см) заметен белесый слой вулканического пепла, перекрывающий торфяной горизонт, в свою очередь залегающий на серии разноцветных и разновозрастных пеплов. Фото © Иван Семенков, 2009 год. Справа — лавовое поле, сформировавшееся при извержении вулкана Толбачик. Фото с сайта antonpetrus.enjourney.ru

Во-вторых, среди минеральных веществ, образовавшихся непосредственно в вулканических почвах, много аморфных веществ (например, аллофана) и органоминеральных соединений железа и алюминия (T. Takahashi, R. A. Dahlgren, 2016. Nature, properties and function of aluminum–humus complexes in volcanic soils). Эти аморфные минералы прочно удерживают фосфор в недоступной для растений форме, поэтому для получения хороших урожаев в вулканические почвы необходимо вносить фосфорные удобрения.

Но вулканические выбросы — далеко не единственный фактор, влиянию которого подвержены андосоли. На них также действуют термический и гидротермальный факторы — подземное тепло и выходящие на поверхность подогретые подземные жидкости. Около вулканов часто встречаются источники, в которых вода может нагреваться до 100°C. Такие источники делят на гидротермы и парогидротермы (рис. 4), в зависимости от того, что выходит на поверхность — подогретые воды или горячий пар.

Парогидротерма в Долине гейзеров. На переднем плане — злаковый луг из полевицы парной (Agrostis geminata) на термоземах. В центральной части снимка — незадернованная поверхность наиболее горячей части парогидротермы. По ее краям заметны темно-зеленые и салатовые группировки термофильных мхов. В левой части снимка под березой Эрмана (Betula ermanii) находятся фоновые непрогретые теплом земных недр местообитания. Фото © Иван Семенков, 2009 год

Почвы, которые подогреваются теплом земных недр, называют термальными (или термоземами). А термальную почву, подверженную непосредственному воздействию воды (или пара) из земных недр, называют гидротермальной. Почвы, формирующиеся в условиях гидротермального воздействия, широко распространены, но занимают небольшие площади в поясах активного вулканизма Земли. Суммарно на них приходится всего лишь до нескольких десятков тысяч км2 (примерно как площадь Московской области, равная 44,5 тыс. км2).

Почвоведы и геологи давно знают, что подогретые растворы и флюиды интенсифицируют преобразование минерального субстрата, а геологические процессы преобразования пород под действием термальных вод хорошо исследованы. Но почвы, испытывающие воздействие подогретых вод, и протекающие в них процессы оставались за бортом абсолютного большинства почвенных классификаций.

Первое детальное и комплексное исследование почв в зоне воздействия термальных вод было проведено в 2005 году на Камчатке (И. Л. Гольдфарб, 2005. Влияние гидротермального процесса на почвообразование (на примере Камчатки)). Если говорить про зарубежные исследования, то только в Новой Зеландии были описаны местные гидротермальные почвы (hydrothermal soils, A. E. Hewitt, 2010. New Zealand soil classification). К ним были отнесены почвы с pH > 4,8, среднегодовая температура которых на глубине 30 см не менее чем на 2,5°C выше, чем среднегодовая температура воздуха (это означает, что почва постоянно испытывает воздействие горячих вод).

Гольдфарб предложил выделять гидротермальное воздействие как особый фактор почвообразования, задействующий целый ряд физических и геохимических процессов:

  • с глубиной изменяется щелочно-кислотная обстановка в почве в зависимости от состава термальных растворов;
  • упрощается строение исходной вулканической почвы за счет гомогенизации вулканического пепла разного возраста и состава;
  • утяжеляется гранулометрический состав почвы (вулканические пески превращаются в гидротермальные глины), что сопровождается ухудшением водно-физических свойств и снижением плодородия;
  • в тонкодисперсной части почв среди вторичных (образующихся в почве в результате почвообразовательных процессов) минералов появляются каолинит и смектит (а также минералы, состоящие из их смеси), не свойственные фоновым вулканическим почвам;
  • снижается содержание гумуса (органическое вещество окисляется до конечных продуктов — углекислого газа и воды) и мощность гумусового горизонта;
  • появляется засоление;
  • изменяется состав доминирующих в почве обменных оснований в зависимости от состава термальных растворов.

В целом, в духе актуальной российской классификации почв, Гольдфарб обосновал выделение термоземов как отдельного таксона и предложил их разделение на субтаксоны. Также в зависимости от силы гидротермального воздействия он выделил три группы гидротермальных почв, развивающихся на вулканических, гидротермальных и переходных субстратах.

Последовавшие исследования подтвердили, что для гидротермальных почв свойственны солевые и кремниевые новообразования, преимущественно красные тона окраски, а также глубокая выветрелость и оглиненность почвенной массы. Вертикальная зональность глинистых горизонтов гидротермальных почв во многом напоминает смену горизонтов в красноземах (см. картинку дня Красноземы субтропиков) и ферраллитных корах выветривания. Д. Н. Костюк и А. Н. Геннадиев (на основе исследований гидротермальных почв Долины гейзеров) предложили выделять особый термометаморфический горизонт по усилению светло-бурой окраски в профиле, наличию особой структуры (отсутствующей в фоновых вулканических почвах), утяжелению гранулометрического состава (до тяжелого суглинка/глины) и увеличению температуры — до 90°C (Д. Н. Костюк, А. Н. Геннадиев, 2014. Почвы и почвенный покров Долины гейзеров).

Говоря о свойствах почв, нельзя забывать и о том, что на них растет. В этом смысле гидротермальные почвы логично зонировать и по температуре. Дело в том, что пока температура не слишком большая, растения позитивно откликаются на поступление термальных растворов и газов (их проективное покрытие — доля поверхности почвы, на которую проецируется растительность, — увеличивается). Однако когда корнеобитаемый слой почвы прогревается выше определенного предела (55–65°C для мхов и 45–55°C для сосудистых растений), то на этой почве расти уже почти ничего не может. На почве с температурой выше 65°C могут жить только экстремофильные водоросли и микроорганизмы. Но это всё — общие соображения, на практике же комплексные исследования термальных почв и сопутствующей флоры не проводились.

Российские ученые из МГУ им. М. В. Ломоносова и нескольких других научных учреждений детально исследовали почвы и растительный покров в зоне воздействия одной парогидротермы на территории Долины гейзеров. Такой сопряженный почвенно-геоботанический подход совместно с температурными промерами и анализом широкого спектра аналитических работ проведен впервые. Для каждой точки отбора проб была измерена температура в корнеобитаемом слое растений, определены ключевые физико-химические свойства почвы (кислотность, гранулометрический состав, содержание и состав легкорастворимых солей, элементный и минеральный состав) и видовой состав растений и их проективное покрытие. В наиболее представительных почвенных разрезах исследовалось строение почвенных частиц на микроуровне.

Долина гейзеров расположена в 180 км к северо-востоку от города Петропавловск-Камчатский. Она окружена вулканами, входящими в так называемый Восточный вулканический пояс Тихоокеанского огненного кольца. Узкая и глубоко врезанная долина реки Гейзерной скрывала от человеческих глаз живописные уникальные природные объекты до апреля 1941 года, когда геолог Татьяна Устинова (1913–2009) — сотрудница Кроноцкого заповедника — описала первый гейзер Евразии. Практически с момента своего открытия экосистемы Долины гейзеров стали популярным объектом научных исследований. Благодаря укромному расположению Долина стала убежищем для многих редких организмов.

Гидротермальная система Долины гейзеров расположена на окраине Узон-Гейзерной кальдеры, где вулканы извергаются на протяжении последних 40 тысяч лет. Опускание дна кальдеры 9–12 тыс. лет назад позволило подогреваемым подземным водам выходить а поверхность и привело к появлению термальных источников, парогидротерм и гейзеров.

Сначала ученым нужно было отделить фоновые территории от подогреваемых земными недрами. В Долине гейзеров, где дыхание земных недр ощущается практически на каждом шагу (стоит специфический запах сероводорода), эта задача не такая уж простая, как кажется. На Камчатке термальными считают участки, где летняя температура на глубине 50 см превышает 30°C (Т. Ю. Самкова, 2009. Влияние гидротермального процесса на растительность (на примере Паужетской гидротермальной системы Камчатки)). Термальные местообитания Долины гейзеров по характеру растительности и термоземов можно разделить на три группы (рис. 5):
    1) Краевая часть с камчатским высокотравьем на слабо прогретых почвах (25–40°C на глубине 15 см — нижнем слое максимального скопления корней — и 30–50°C на глубине 50 см) — на рис. 5 эта часть обозначена как зона II (к зоне I отнесены фоновые непрогретые почвы).
    2) Срединная часть с микрогруппировками лугов и моховых сообществ на среднепрогретых почвах (45–80°C на глубине 15 см; 80–98°C на глубине 50 см).
    3) Центральная незадернованная часть на горячих почвах (80–100°C на глубине 15 см и >98°C на глубине 50 см).

Зонирование территории вокруг парогидротермы, изученной в Долине гейзеров. Зона I — непрогретые участки с камчатским высокотравьем и березовыми лесами. Зона II — краевая часть парогидротермы с камчатским высокотравьем, произрастающим на слабо прогретых термоземах. Зона III — срединная зона парогидротермы с сообществами из термальных луговых и моховых сообществ на средне прогретых термоземах. Зона IV — незадернованный центр парогидротермы, покрытый пленкой из термофильных микроорганизмов. Арабские цифры — места описания растительности и заложения почвенных разрезов. Фото © А. В. Завадская. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Чтобы провести комплексный анализ почв, нужно было выбрать модельный участок со следующими свойствами: 1) у его наиболее горячей зоны округлая форма (это более-менее гарантирует, что термальная подпитка идет из одного источника); 2) размера каждой из подогретых зон (см. рис. 5) и фоновой территории в непосредственной близости от модельного участка должно хватать для заложения трех почвенных разрезов и площадок 1×1 м для описания растительности; 3) минимальное влияние со стороны соседних термальных участков и гейзеров, а также удаленность от мест прохождения катастрофических селей 2007 и 2014 годов (про него можно почитать в этой статье). Такой участок, к счастью, удалось найти.

Вверху — вид на левый берег долины реки Гейзерной, наиболее пострадавший от оползня и вызванного им селя 3 июня 2007 года. На переднем плане — современный визит-центр, построенный на месте старого дома. Он чудом не пострадал от оползня. Фото, сделанное Игорем Шпиленком в августе 2007 года, из книги А. В. Леонов, Каталог гейзеров Кроноцкого заповедника. Долина гейзеров и кальдера вулкана Узон: история и современность. Внизу — вид с воздуха на левый берег долины реки Гейзерной. Красной пунктирной линией обведено тело катастрофического оползня 2007 года. Цифрами 1, 15 и 16 обозначены места заложения разрезов из обсуждаемой статьи. Зеленовато-голубоватой лентой в нижней части снимка протягивается озеро Гейзерное, возникшее после событий 2007 года. В 2014 году еще один оползень разрушил подпруживавший озеро завал из пород, и оно сошло. Фото А. В. Завадской из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Флюиды изученной парогидротермы обогащены сероводородом, превращающимся в серную кислоту в результате жизнедеятельности серобактерий. Кислота радикально преобразует вулканические отложения и крайне ограничивает возможность произрастания растений. В Долине гейзеров много таких парогидротерм, вокруг которых растительность образует своеобразные кольцевые структуры по мере удаления от места выхода разогретого пара к периферии.

В обсуждаемой работе почва на выбранном модельном участке изучалась на четырех «уровнях»: макроуровень (внешний вид и морфология), микроуровень (грубо говоря, это то, что видно только в микроскоп), а также химический и растительный «уровни». Кратко опишем полученные результаты.

Фоновые (неподогретые) почвы Долины гейзеров представляют собой чередование разновозрастных пеплов бурого и серого цвета. Они преимущественно песчаные (это значит, что в их составе менее 10% частиц диаметром мельче 0,01 мм, см. Гранулометрический состав почвы). По мере приближения к центру парогидротермы почвы приобретают яркие цвета (рис. 7).

Верхний ряд — почвы четырех температурных зон Долины гейзеров. 1 — фоновые непрогретые, 2 — слабо прогретые, 3 — средне прогретые, 4 — очень сильно прогретые (горячие). Буквами обозначены горизонты: О — слабо разложившиеся органические остатки (органогенный горизонт подстилки), А — гумусовый (органо-минеральный) горизонт, В — срединный (минеральный) горизонт внутрипочвенного выветривания, G — оглеенная почвообразующая порода. Центральный ряд — средне прогретые почвы Долины гейзеров, получившие за свою яркую окраску название Narcisols. Их цвета обусловлены присутствием различных минералов железа (гематит отвечает за красный цвет, гётит — за желтый). Бурые оттенки менее прогретых почв обусловлены органо-минеральными соединениями железа и алюминия. Нижний ряд — очень сильно прогретые термоземы Долины гейзеров, также отнесенные к новому типу Narcisols. Под корочкой из термофильных микроорганизмов располагается маломощный (первые сантиметры) ярко окрашенный горизонт В, сменяющийся белесой с голубоватым оттенком почвообразующей породой. Изображения из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Диагностика почвы — отнесение к одному из описанных типов или выделение нового типа — строится на определении того, какие в почве присутствуют горизонты и какие в ней протекают процессы. В почвах краевой зоны парогидротермы за счет дополнительного прогрева сильнее разрушены зерна первичных минералов: увеличивается доля мелких частиц и уменьшается доля крупных. В результате почвы становятся супесчаными в верхней части и легкосуглинистыми — в нижней. Из-за того, что на средне прогретых почвах растительности уже мало, гумусовый горизонт А маломощный. Под ним залегает бурый горизонт В1, который ниже сменяется другим яркоокрашенным горизонтом В2. Наконец, в самом низу находится белесая или с голубоватым оттенком глина — результат сернокислого преобразования вулканических пород в условиях высоких температур. Почвы этой зоны приобретают яркие тона (желтый, красный, белый) за счет обилия различных минералов железа (см. картинку дня Термоземы Кроноцкого заповедника).

Также на фотографиях разрезов хорошо видно, что средне прогретые термоземы существенно короче, чем слабо прогретые: их профиль редко достигает 50 см. А в центре парогидротермы почва совсем маломощная: ее толщина не превышает нескольких сантиметров. Она состоит из небольшой гумусированной корочки (микрогоризонт А протяженностью всего несколько миллиметров) — результата преобразования минерального субстрата термофильными микроорганизмами, — горизонта внутрипочвенного выветривания (сернокислого преобразования) пород и оглеенной почвообразующей породы. Тем не менее это настоящая почва, так как она является результатом преобразования материнской породы (в том числе и под действием живых организмов). Кстати, встречаются и еще менее мощные почвы, буквально умещающиеся в трещинах камней (см. картинку дня Живые скалы Антарктиды).

Если рассмотреть фоновую почву Долины гейзеров в оптический микроскоп, то можно увидеть разрозненные зерна первичных (когда-то поднявшихся из недр на поверхность) минералов, которые практически не связаны друг с другом более тонкодисперсным веществом (которое называют пленками или кутанами), образовавшимся в результате их разложения (рис. 8, верхний ряд). Трещины и редкие пленки на этих зернах указывают на протекание выветривания. Некоторые песчаные частички все-таки склеены более тонким материалом — под микроскопом они видны как достаточно рыхлые агрегаты.

Фотографии почв, сделанные через объектив оптического микроскопа с использованием различного освещения для диагностики почвенных фракций: PPL – плоско порялизованный свет в параллельных николях, при котором поры белые, используют для диагностики прозрачных минералов и характеристики их естественного цвета; XPL — поляризованный свет в скрещенных николях, при котором поры черные, используют для более детальной диагностики некоторых прозрачных минералов и характеристики пленок, образовавшихся в результате разрушения первичных минералов; RL — отраженный свет, применяемый для диагностики непрозрачных минералов. Цветными пунктирами обведены разные фракции в составе почвы: красным — зерна первичных минералов, собранные в микроагрегаты; желтым — экскременты почвенных животных; синим — полуразложившиеся растительные остатки; фиолетовым — отдельные зерна первичных минералов. a — рыхлый пористый материал, состоящий из зерен первичных минералов, организованных в слабо выраженные коричневые микроагрегаты. б — микроагрегат, включающий угловатые зерна первичных минералов. в — микроагрегаты разного размера, состоящие из коричневого тонкодисперсного органоминерального материала и тонкодисперсного материала, связывающего фрагменты плагиоклазов (Plg) и рудных минералов (OM). г –частицы вулканического пепла (ash), покрытые железисто-органическими пленками (указаны стрелками) внутри пор микроагрегатов; также присутствуют единичные мелкие потрескавшиеся зерна плагиоклазов (Plg) и рудных минералов (ОМ). д — бурый материал, состоящий из глубоко преобразованных обломков вулканогенных минералов; также присутствуют растрескавшиеся зерна первичных минералов — плагиоклазов (Plg) и пироксенов (PR). е — высокопористая зона с округлыми частицами вулканического пепла с темными покрытиями и зонами концентрации гидроксида железа. ж — самая верхняя часть биогенной корочки с микрослоями коричневого органоминерального материала (горизонт А) и желто-белого мелкокристаллического материала с обугленными частицами. з — зона красного цвета интенсивной пропитки железистыми соединениями сильно преобразованных измельченных и пожелтевших первичных минералов. Автор фотографии — М. Верба, образцы отобраны А. Завадской в 2015 году. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Почва краевой зоны (слабо прогретая) отличается от фоновой более высокой степенью склеенности зерен первичных минералов более широкими органоминеральными пленками. Среди вторичных минералов в фоновых почвах и почвах краевой зоны парогидротермы преобладает смектит.

Снимок тонкодисперсного вещества (пленки), покрывающего зерна первичных минералов средне прогретых термоземов, сделанный на сканирующем электронном микроскопе. Zt — клиноптилолит (минерал группы цеолитов), Crs — кристобалит (одна из разновидностей кварца). Автор фотографии — М. Чернов, образец отобран А. Завадской. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Средне прогретые термоземы состоят из трещиноватых зерен первичных минералов, также склеенных пленками, в составе которых много минералов группы цеолитов, в частности — клиноптилолита, который при достаточном увеличении выглядит как тонкие нити (рис. 9). Однако среди вторичных минералов преобладает уже не смектит, а каолинит — основной компонент многих глин. Наконец, в самых горячих термоземах еще больше количество тонкодисперсного материала, окрашенного в красные и желтые тона за счет разнообразных железистых соединений (рис. 8, нижний ряд).

Фоновые непрогретые вулканические почвы имеют кислотность, комфортную для роста большинства растений (pH = 5–7), и не засолены. Слабо прогретые термоземы по химическим свойствам слабо отличаются от них. По сравнению с ними в средне прогретых почвах резко увеличивается доля сульфатов (в водной вытяжке, имитирующей состав почвенных растворов) — это признак засоления, которое негативно сказывается на росте растений. В центре парогидротермы за счет еще более интенсивного поступления флюидов из земных недр почва засолена совсем сильно (pH = 2,7). Температура на поверхности там составляет как минимум 80°C. В таких условиях способны жить лишь экстремофилы.

Осталось разобраться с тем, что растет в более умеренных зонах парогидротермы. На фоновых непрогретых вулканических почвах в Долине гейзеров растет камчатское высокотравье (рис. 10) или леса из березы Эрмана. На одном квадратном метре там можно встретить до 25 видов растений (но это типично и для лугов в лесной и степной зонах России).

Заросли камчатского высокотравья. На ближнем плане — цветущий Лабазник дланевидный (Filipendula camtschatica), на дальнем — рябина. Фото © Иван Семенков

Чем ближе к центру парогидротермы, тем больше любителей «горяченького» — термофилов, среди которых много краснокнижных и даже эндемичных видов (рис. 11). Деревья не выдерживают даже слабого подогрева. Но и среди травянистых растений любителей более теплых участков, относящихся к срединной зоне парогидротермы (зона III на рис. 5), не так уж много: на площади 1 м2 встречается не более шести видов сосудистых растений, среди которых есть облигатные и факультативные термофилы. Папоротники любят селиться по самой периферии термальных местообитаний, где на поверхности почвы конденсируется влага из земных глубин. В срединной зоне термальных ландшафтов распространены невысокие луговые сообщества, в которые включены термофильные мхи.

Краснокнижные виды растений, встречающиеся в Долине гейзеров. В пределах парогидротермы, исследованной в рамках обсуждаемой работы, были обнаружены три из них: ужовник аляскинский (Ophioglossum alaskanum), полевица парная (Agrostis geminata), фимбристилис охотский (Fimbristylis ochotensis). Рисунок из Атласа долины реки Гейзерной в Кроноцком заповеднике

Если посмотреть на филогенетическое древо растений Долины гейзеров, то представители термофильной флоры (как облигатные, так и факультативные) располагаются на нем небольшими группами внутри различных семейств (рис. 12). Из 60 семейств сосудистых растений, встречающихся в Долине гейзеров, лишь девять содержат облигатно термофильные виды, а 24 семейства — факультативно термофильные. Представители Злаковых и Осоковых — одни из наиболее приспособленных для жизни на термальных местообитаниях (например, их остатки часто находят в древних термальных болотах, см. A. Channing, D. Edwards, 2013. Wetland megabias: ecological and ecophysiological filtering dominates the fossil record of hot spring floras).

Филогенетическое дерево сосудистых растений Долины гейзеров, составленное Галиной Клинк по неопубликованным данным Л. И. Рассохиной с помощью программы Phylomatic (C. O. Webb, M. J. Donoghue, 2004. Phylomatic: tree assembly for applied phylogenetics) и базы данных из статьи H. Qian, Y. Jin, 2015. An updated megaphylogeny of plants, a tool for generating plant phylogenies and an analysis of phylogenetic community structure. Иллюстрация из обсуждаемой статьи в Science Advances

У шести семейств в Долине гейзеров встречаются только термофильными виды, причем пять из них представлены только одним видом (Деннштедтиевые, Гераниевые, Крапивные, Мареновые, Ирисовые). И только Луковые представлены двумя видами, из которых один — облигатный термофил, а второй — факультативный. Область наибольшего разнообразия луков находится в сухих и жарких регионах Юго-Западной и Центральной Азии (Y. Kim et al., 2018. Molecular identification of Allium ochotense and Allium microdictyon using multiplex-PCR based on single nucleotide polymorphisms) — в совершенно нетипичных для Камчатки условиях, где господствует холодный и очень влажный климат. То есть дикие луки на Камчатке можно рассматривать в качестве надежных индикаторов термальных местообитаний.

Наконец, по результатам корреляционного анализа (определялась зависимость проективного покрытия вида растения от свойств почвы) удалось выявить, что основной фактор, влияющий на состав растительности в Долине гейзеров, — это физико-химические свойства почвы (степень засоления, содержание сульфатов, гранулометрический состав и кислотность). Это неожиданно, так как ранее считалось, что именно изменения температуры в первую очередь влияют на состав растительного покрова. Разумеется, температура почвы является индикатором интенсивности поступления подогретых растворов. Но, видимо, дело тут в том, что температура может меняться довольно быстро (например, если сменился путь, по которому горячие растворы или пар поступают на поверхность), а указанные физико-химические свойства почвы быстро измениться не могут. Выяснилось, что для многих растений довольно существенные изменения температуры почвы (до 15°C) не оказывают значительного влияния на рост (то есть на проективное покрытие), а вот колебания физико-химических показателей они откликаются куда больше.

Таким образом, в обсуждаемой работе проведен сопряженный анализ изменений состава почв и растительности, вызванных поступлением разогретых сернокислых флюидов на территории Долины гейзеров. Показано, что вокруг парогидротерм (выходов раскаленного пара на поверхность) образуются вложенные друг в друга зоны, которые довольно четко разделяются по температуре, физико-химическим свойствам и составу растительности. Этих специфических зон три, и почвы средней из них настолько уникальны по своим характеристикам, что их было предложено выделить в отдельный почвенный таксон, названный нарцисолями (Narcisols). Дальнейшие исследования покажут, как широко они распространены по миру, но логично ожидать, что они найдутся в других вулканических районах мира, где есть сернокислые парогидротермы.

Источник: I. N. Semenkov, G. V. Klink, M. P. Lebedeva, V. V. Krupskaya, M. S. Chernov, O. V. Dorzhieva, M. T. Kazinskiy, V. N. Sokolov & A. V. Zavadskaya. The variability of soils and vegetation of hydrothermal fields in the Valley of Geysers at Kamchatka Peninsula // Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-90712-7.

Иван Семенков

источник

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ