Лесные пожары от гроз как геоэкологический фактор устойчивости светлохвойных лесов бассейна реки Сояна на Беломорско-Кулойском плато

Труды Карельского научного центра РАН № 1. 2011. С. 48-53

УДК574.3; 630

ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ ОТ ГРОЗ КАК ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ СВЕТЛОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ БАССЕЙНА РЕКИ СОЯНА НА БЕЛОМОРСКО-КУЛОЙСКОМ ПЛАТО

П. С. БУРЛАКОВ, К. A. ХМАРА

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Лесные пожары являются важнейшим эколого-эволюционным фактором развития и устойчивого существования светлохвойных видов. На примере центральной части Беломорско-Кулойского плато показано, что возникновение лесных пожаров от молний связано с аномалиями магнитного поля и неоднородностью геологического строения этой территории, а также соотношением сухих типов местообитаний. Более 50 % лесных пожаров от молний, зарегистрированных на Беломорско-Ку-лойском плато, приурочены к Мегра-Кепинской зоне разломов субмеридиональ-ного простирания. Подобные исследования отражают межгеосферные связи в системе литосфера-атмосфера-биосфера.

Ключевые слова: светлохвойные леса, лесные пожары от гроз, тектонические нарушения, аномалии повышенного магнитного поля.

P. S. Burlakov, K. A. Khmara. LIGHTNING IGNITED FOREST FIRES AS A GEOECOLOGICAL FACTOR INFLUENCING THE STABILITY OF LIGHT CONIFEROUS FORESTS OF THE SOYANA RIVER BASIN ON BELOMORSKO-KULOYSKOE PLATEAU

Forest fires are a major ecological and evolutional factor, influencing the development and stable existence of light coniferous forests. It is demonstrated that in the central part of Belomorsko-Kuloyskoe plateau the main cause of forest fires is lightning strikes that are connected with magnetic field anomalies, tectonic faults and dry conditions in habitats. The central (Megra-Kepinskaya) system of faults is the location of more than 50 % of lightning ignited forest fires recorded on Belomorsko-Kuloyskoe plateau. Such studies reveal interactions between lithosphere, atmosphere and biosphere.

Key words: light coniferous forests, lightning ignited forest fires, tectonic faults, anomalies of magnetic field.

В циркумбореальной зоне северного полушария лесные пожары являются важнейшим механизмом формирования бореальных экосистем, который контролирует их динамику и продуктивность. Масштаб этого явления сопоставим с антропогенной трансформацией бо-реальных лесов. Наиболее важной особенно-

стью пирогенных трансформаций является специфичный ход постпирогенных сукцессионных процессов, приводящих, как правило, к формированию и длительному существованию светлохвойных лесов. Еще в начале ХХ в. исследователи отмечали, что «пожары являются частью программы природы, выполнение которой

обеспечивает сохранение сосны, как растительного вида на земле» [Ткаченко, 1911] и «сосна сохранила свои позиции на севере только благодаря пожарам. В противном случае ель вытеснила бы сосну уже несколько тысячелетий назад» [Сукачев, 1938].

Настоящая работа посвящена комплексному анализу данных о размещении светлохвойных лесов, распространении лесных пожаров от гроз и причин высокой грозовой пожароопасности на Беломорско-Кулойском плато. Комплексное использование геолого-геоморфоло-гических и лесоводственных материалов, а также данных по распространению пожаров и лесохозяйственного освоения позволяет наиболее полно оценить динамику светлохвойных лесов при региональных исследованиях.

В качестве района исследований выбрана центральная часть Беломорско-Кулойского плато, площадью около 2 500 км2 (рис. 1). Выбор данного ключевого участка объясняется наибольшей концентрацией светлохвойных лесов в пределах Беломорско-Кулойского плато. Помимо этого центральная часть плато является практически не освоенной территорией, с высокой долей малонарушенных лесов. Большая часть рассматриваемой территории относится к Соянскому государственному природному биологическому заказнику регионального значения. Все рассматриваемые насаждения имеют естественное происхождение (за исключением незначительной площади лесных культур, которые созданы на гарях в верховьях р. Сояна).

Рис. 1. Схема района исследований:

1 - площадь наибольшей концентрации светлохвойных формаций, 2 - границы ООПТ: А - Со-янский заказник, Б - Пинежский заповедник

Район исследований представлен сочетанием озерно-ледниковых и водно-ледниковых, преимущественно песчаных ландшафтов, участков плато на палеозойских осадочных карбонатных породах с маломощным и прерывистым чехлом четвертичных отложений с высотами н. у. м. 80-217 м. Для территории также характерны участки с холмисто-моренным рельефом [Атлас, 1976].

Материалы и методы

При анализе распространения пожаров от гроз использовалась Ведомость лесных пожаров Агентства лесного хозяйства по Архангельской области и НАО за период 2005-2009 гг. В анализ включены 25 лесных пожаров от молний, которые произошли на Беломорско-Кулойском плато. Участки наибольшей концентрации пожаров от гроз мы объединяли в кластеры. При комплексной характеристике светлохвойных древо-стоев использовались материалы Архангельской лесоустроительной экспедиции, опубликованные в работе [Отчет.., 2007]. Для анализа геоло-го-геофизической обстановки использовались следующие материалы: Карта магнитного поля и тектонических нарушений (М 1 : 1000 000) [Кути-нов, Чистова, 2004], Структурная карта поверхности кристаллического фундамента Мезенской синеклизы (М 1 : 1000 000, 2004), Геолого-струк-турная карта Зимнебережного алмазоносного района (М 1 : 500 000, 2003), Схема районирования Зимнебережного алмазоносного района (М 1 : 1000 000) [Головин, 2004]. Привязка и сопоставление материалов, а также анализ конфигурации контуров проводился в Гис-среде Мар!^о 8.5.

Результаты и обсуждение

Распространение светлохвойных лесов и их структура. Наибольшие площади светлохвойных лесов на Беломорско-Кулойском плато расположены в бассейне р. Сояна. Впервые светлохвойные леса в центральной части плато описал А. М. Леонтьев (начальник Бело-морско-Кулойского отряда Северной геобота-нической экспедиции) в 1932 г. [Леонтьев, 1937]. В ходе работ были отмечены многочисленные следы лесных пожаров, а также разно-высотность светлохвойных насаждений, что подтверждает их послепожарное происхождение. Контуры этих лесных массивов встречаются в картографических материалах 50-70 гг. ХХ в. [Шиманюк, 1957; Атлас.., 1976].

В типологической структуре светлохвойных лесов преобладают лишайниковый, бруснич-

ный и черничный типы леса. Причем, удельный вес сосняков лишайниковых в верховьях р. Сояна и ее притоков достигает около 40 %. Отличительной особенностью сосновых древостоев является относительно равномерное присутствие всех возрастных групп: молодняков, средневозрастных и спелых насаждений. В возрастной структуре лиственничных древостоев доминирует группа в интервале от 180 до 280 лет (77 %). Моложе этой группы 10 % насаждений, старше - 13 %.

Широкое распространение молодняков и средневозрастных древостоев светлохвойной формации в бассейне р. Сояна не является следствием рубок, а в первую очередь связано с их послепожарным происхождением. Пиро-фитность светлохвойных видов к циклическим пирогенным воздействиям проявляется через ряд биолого-физиологических особенностей: высокой огнестойкости; высокой пожароустой-чивости древостоев и способности успешно возобновляться на гарях.

Распространение лесных пожаров от молний. В бореальной зоне Северной Америки и Евразии(особенно в малонаселенных районах) молнии являются основными причинами возникновения лесных пожаров. Так, например, в бореальной зоне Северной Америки выгоревшая площадь вследствие пожаров от молний составила более 90 % в 90-х гг. ХХ в. от общего соотношения природных и антропогенных факторов образования лесных пожаров [Kasischke, Turetsky, 2006]. В северной части Канады за период 1959-1997 гг. причиной более 70 % наиболее крупных по площади (более 200 га) лесных пожаров являлись удары молний, а выгоревшая площадь составила 85 % [Stocks et al., 2002].

Для территории России отмечается, что в малонаселенных северных районах Сибири доля пожаров от молний может достигать 7090 % [Иванов и др., 2004; Пономарев и др., 2006]. На Европейском Севере России возникает всего около 2 % пожаров от ударов молний [Вакуров, 1975], а в Архангельской области 7-8 % [Отчет.., 2007]. Средняя плотность грозовых пожаров на 100 тыс. га год-1 в светлохвойных лесах Архангельской области (по данным Центральной базы авиационной охраны лесов СССР от пожаров за период 19811991 гг.) составляет около 1,8, что значительно выше чем в Скандинавии (в среднем 0,4-0,6), но меньше чем в Западной Сибири (4,5) [Санников, Санникова, 2009]. Увеличение данного показателя с запада на восток, а также в суб-меридиональном направлении на Урале связано с нарушением зональности, которая приво-

дит к формированию более засушливого континентального климата. Помимо этого важное значение имеет соотношение влажных и сухих типов местообитаний. Существенный вклад в это соотношение вносят геологические (азональные) факторы: особенности рельефа и литологии пород.

В то же время, в отдельных районах Архангельской области молнии являются одной из главных причин пожаров. Так, на Беломорско-Кулойском плато до 68 %, а в бассейне среднего и нижнего течения р. Мезень до 73 % всех лесных пожаров возникает от ударов молний [Листов, Бородин, 1964; Отчет.., 2ОО7]. Доля лесных пожаров от антропогенного фактора в центральной части плато минимальна, что связано с отсутствием населенных пунктов и дорожной сети в исследуемом районе.

Проведенный анализ данных о распространении лесных пожаров от гроз показал, в бассейне р. Сояна происходит более 50 % лесных пожаров от молний, зарегистрированных на Беломорско-Кулойском плато. Основными причинами высокой грозовой пирофильности этих районов являются аномалии геофизических полей, связанные с намагниченными образованиями поверхности фундамента, тектоническими разломами и нарушениями разного ранга и кимберлитовыми трубками. Так, в центральной части плато грозовые пирогенные кластеры приурочены к аномалиям повышенного магнитного поля, разломам и морфоструктурным узлам (рис. 2). Отдельно выделяется Мегра-Кепинская зона разломов субмеридио-нального простирания, которая представляет собой рифтовую долину, где зафиксировано

Рис. 2. Схема сопоставления материалов:

1 - участки концентрации лесных пожаров от молний (пирогенные кластеры), 2 - разломы кристаллического фундамента Мезенской синеклизы по: [Структурная карта.., 2004], 3 - глубинные разломы по: [Кутинов, Чистова, 2004], 4 - изолинии положительного магнитного поля по: [Кутинов, Чистова, 2004], 5 - контур Кепинского поля вулканического магматизма по: [Геолого-структурная карта.., 2003], 6 - магматические тела по: [Кутинов, Чистова, 2004]

большинство пожаров от молний. Рассматриваемая территория также входит в состав Зимнебережного алмазоносного района, большая часть которой расположена в пределах Кепин-ского поля вулканического магматизма. Таким образом, центральная часть плато выделяется дезинтеграцией пород фундамента, пестрым сочетанием литологических комплексов осадочного чехла с широким диапазоном значений магнитной восприимчивости и слоев, представленных высоко- и низкоомными породами, а также проявлениями магматизма. Т. е. геологическое разнообразие данной территории находит свое отражение в аномалиях геофизических полей, которые выступают в качестве молниеприемников, обеспечивая повышенную грозовую активность и пожароопасность отдельных участков земной поверхности.

Эта же территория характеризуется широким распространением лиственничных и сосновых лесов, преимущественно на песчаных отложениях, особенности гигротопа которых способствуют развитию пожаров. Отдельно отметим, что наибольшие по площади древостои с преобладанием Larix sibirica Ledeb. сосредоточены на Беломорско-Кулойском плато (34,4 тыс. га, из них около 3,7 тыс. га чистых древостоев) [Торхов, Трубин, 2002]. В то же время установлено, что лиственница является самой молниеопасной сибирской породой (из 100 ударов молний в деревья на долю лиственницы приходится 45, при этом в 41 % случаев возникали пожары) [Иванов и др., 2004]. Если принять во внимание, что пирогенный фактор является важнейшим при формировании светлохвойных древостоев, то можно предположить длительное (в течение многих сотен лет) произрастание этих лесов без смены пород в центральной части плато.

Ранее сходные результаты по пространственной структуре грозовой активности и пожароопасности были получены для территории Карелии, Алтая, Западной и Средней Сибири, которые подтверждают положительную их связь с градиентом аномального магнитного поля Земли, тектоническими разломами и зонами повышенной электропроводности [Дмитриев и др., 2006; Соколов и др., 2008; Санников, Санникова, 2009].

В последнее время процесс смены пород под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов привлекает широкое внимание исследователей, что связано, в первую очередь, с выявлением основных механизмов динамики таежных ландшафтов. Изменение климата (в первую очередь потепление) исследователи стали рассматривать как основной

триггерный механизм, который приводит к различным трансформациям в структуре растительного покрова в бореальных широтах. Так, например, в работе [Шварцман, Болотов, 2008] связывают увеличение доли еловых формаций с 57 до 73 % за период 1956-1979 гг. в Пинежском государственном заповеднике (юго-восточная часть Беломорско-Кулойского плато) с изменениями климата. Однако основной причиной сукцессионых смен, которые привели к сокращению светлохвойных лесов на этой территории, является отсутствие пожаров в последние десятилетия и выборочные рубки. Это положение подтверждается данными Д. Н. Сабурова [Сабуров, 1987] и В. Н. Мерзлого [Мерзлый, 1998], которые отмечают трансформацию лесных массивов пожарами конца XVIII в., середины XIX в., 1917-1921 гг., 1937 и 1961 гг. (в том числе и от ударов молний), а также преимущественно выборочными рубками в 1920-1930-е гг. и рубками главного пользования с 1960-х гг. до создания заповедника в 1974 г.

Заключение

В рамках современной геоэкологии вопросы пространственной структуры объектов и факторов их формирования являются наиболее сложными и дискуссионными. В данной работе показана роль геомагнитных полей и неоднородностей геологического строения, как участков земной поверхности, наиболее подверженных ударам молний. На Беломор-ско-Кулойском плато около 70 % лесных пожаров возникает от молний, более половины из которых приурочены к центральной части плато в бассейне р. Сояна. Эта же территория является площадью наибольшего развития светлохвойных лесов, разновозрастная структура которых отражает периодическое влияние пи-рогенных трансформаций. Предполагается устойчивое существование светлохвойных лесов в данном районе без смены пород в течение многих сотен лет. Таким образом, подобные явления отражают межгеосферные взаимодействия в системе литосфера - атмосфера -биосфера.

Литература

Атлас Архангельской области. М.: ГУГК, 1976. 72 с.

Вакуров А. Д. Лесные пожары на Севере. М.: Наука, 1975. 99 с.

Головин Н. Н. Геологическое строение, минеральный состав и условия образования щелочно-ультраосновных пород Кепинской площади (Архан-

гельская алмазоносная провинция): автореф. дис. ...канд. геол.-мин. наук. М., 2004. 29 с.

Дмитриев А. Н., Шитов А. В., Кочеева Н. А., Кречетова С. Ю. Грозовая активность Горного Алтая. Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2006. 190 с.

Иванов В. А., Коршунов Н. А., Матвеев П. М. Пожары от молний в лесах Красноярского Приангарья. Красноярск: СибГТУ, 2004. 132 с.

Кутинов Ю. Г., Чистова З. Б. Иерархический ряд проявлений щелочно-ультраосновного магматизма Архангельской алмазаносной провинции. Их отражение в геолого-геофизических материалах. Архангельск: ОАО ИПП «Правда Севера», 2004. 281 с.

Леонтьев А. М. Геоботанические районы Бело-морско-Кулойской части Северного края // Тр. Бот. Ин. АН СССР, вып. 2. М.; Л., 1937. С. 81-222.

Листов А. А., Бородин Ю. С. Лесные пожары в Архангельской области // Лесное хозяйство. 1964. № 9. С. 56-60.

Мёрзлый В. Н. Леса Пинежского заповедника, их история и современное состояние // Итоговый отчет по теме: «Изучение динамики и структуры природных комплексов заповедников и формирование баз данных о состоянии природно-заповедного фонда на Севере Русской Равнины». Пинега, 1998. С. 66-76.

Отчет о выполнении научно-исследовательских работ по изучению природных комплексов Соянско-го государственного биологического заказника регионального значения. Архангельск, 2007. 110 с.

Пономарев Е. И., Иванов В. А., Коршунов Н. А. Спутниковые данные TOVS при решении задачи прогнозирования грозовой пожарной опасности в лесу // География и природные ресурсы. 2006. № 1. С. 147-150.

Сабуров Д. Н. Результаты комплексного картографирования Пинежского заповедника // Флора Севера и растительные ресурсы Европейской части СССР (Тез. докл. науч. сессии, посвященной 50-летию издания книги И. А. Перфильева «Флора северного края»). Архангельск, 1987. С. 33-35.

Санников С. Н., Санникова Н. С. Эволюционные аспекты пироэкологии светлохвойных видов // Лесоведение. 2009. № 3. С. 3-10.

Соколов С. Я., Куликов В. С., Снегуров В. С., Сне-гуров А. В. Новый этап в изучении связи грозовой активности с особенностями геологического строения территории Карелии // Связь поверхностных структур земной коры с глубинными. Материалы четырнадцатой Международной конференции. Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2 часть, 2008. С. 208-211.

Сукачев В. Н. Дендрология с основами лесной геоботаники. Л., 1938. 574 с.

Ткаченко М. Е. Леса Севера. «Труды по лесному опытному делу в России», вып. XXV. П., 1911.

Торхов С. В., Трубин Д. В. Лиственница в лесах Архангельской области: состояние, динамика, использование // Лиственничные леса Архангельской области, их использование и воспроизводство: Материалы регионального рабочего совещания. Архангельск, 2002. С. 5-22.

Шварцман Ю. Г., Болотов И. Н. Пространственно-временная неоднородность таежного биома в области плейстоценовых материковых оледенений. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 302 с.

Шиманюк А. П. Естественное лесовозобновление на концентрированных вырубках в сосновых лесах таежной зоны Европейской части СССР и пути его улучшения // Сборник статей по результатам исследований в области лесного хозяйства и лесной промышленности в таежной зоне СССР. М.; Л., 1957. С. 2-39.

Цветков П. А. Исследование природы пожаров в северной тайге Средней Сибири // Хвойные боре-альной зоны.2006. № 2.С.186-195.

Kasischke E. S., Turetsky M. R. Recent changes in the fire regime across the North American boreal region - Spatial and temporal patterns of burning across Canada and Alaska, Geophys. Res. Lett., 33, L09703, doi: 10.1029/2006GL025677, 2006.

Stocks B. J., Mason J. A., Todd J. B. et al. Large forest fires in Canada, 1959-1997, J. Geophys. Res., 108(D1), 8149, doi: 10.1029/2001JD000484, 2002.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Бурлаков Павел Сергеевич

младший научный сотрудник,

Институт экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук, лаб. глубинного геологического строения и динамики литосферы ул. Наб. Сев. Двины, 23, Архангельск, Архангельская область, Россия, 163000 эл. почта: asmat21@mail.ru тел.: (8182) 211559

Хмара Константин Алексеевич

научный сотрудник, к. б. н.

Институт экологических проблем Севера Уральского

отделения Российской академии наук, лаб. глубинного

геологического строения и динамики литосферы

ул. Наб. Сев. Двины, 23, Архангельск, Архангельская

область, Россия, 163000

эл. почта: KAX1961@yandex.ru

тел.: (8182) 211559

Burlakov, Pavel

Institute for Ecological Problems in the North, Ural Branch, Russian Academy of Science

23 Nabereznaya Severnoy Dviny, 163000 Arkhangelsk, Arkhangelsk Region, Russia e-mail: asmat21@mail.ru tel.: (8182) 211559

Khmara, Konstantin

Institute for Ecological Problems in the North, Ural Branch, Russian Academy of Science

23 Nabereznaya Severnoy Dviny, 163000 Arkhangelsk, Arkhangelsk Region, Russia e-mail: KAX1961@yandex.ru tel.: (8182) 211559