Почвы района станции Русская, западная Антарктика

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

УДК 631.48 Е. В. Абакумов

почвы района станции русская, западная Антарктика

введение

Почвы Антарктиды изучаются в основном в районах, где расположены полярные станции иностранных государств [1-6]. С особым вниманием исследователи отнеслись к почвам сухих долин в районе станции Мак-Мердо и к почвам субантарктики, широко представленным на территории Южно-Шетландских островов. Гораздо меньше исследований по почвам отдельных нунатаков и оазисов, среди которых наиболее изучены в биологическом отношении оазис Ширмахера (станция Новолазаревская) и холмы Ларсеманн (станция Прогресс). Изучены также почвы и других участков суши, в основном в Восточной Антарктике, и эти данные частично опубликованы. Но до сих пор антарктическое почвоведение находится на стадии инвентаризации разнообразия почв, что связано с труднодоступностью объектов исследования, трудностями с финансированием и логистическим обеспечением, а также распространением в научном сообществе стереотипного мнения, что в Антарктиде почвы отсутствуют. Существование подобного аргумента безосновательно, так как современное мировое почвоведение давно уже вышло за пределы нашей планеты, изучая почвы Луны, Марса и других планет. Неслучайно возникло учение об астропедологии [7]. В связи с этим слабый интерес, который проявляют российские почвоведы к почвам Антарктики, вряд ли стоит считать оправданным.

Российские исследования почв Антарктики были впервые проведены М. А. Глазов-ской по полевым материалам К. К. Маркова [8]. Автор настоящей статьи — первый российский почвовед, который ступил на землю Антарктиды лишь в 2008 г. в составе 53-й сезонной Российской Антарктической экспедиции (РАЭ). Результатом этой экспедиции стала публикация серии статей и тезисов по почвам Западной Антарктики [9-15]. Часть данных о почвах станции Русская была опубликована ранее [11]. 53-я РАЭ на станции Русская проходила в очень суровых климатических условиях, почвы и грунты на по-

© Е. В. Абакумов, 2011

верхности находились в мерзлом состоянии. Было проведено описание скелетных пет-роземов и щебнистого материала курумов, эпилитных образований в виде железистого загара, а также отмечено интенсивное физическое выветривание пород в районе станции.

В результате многолетних наблюдений установлено, что один раз в четыре-пять лет обширные площади припайного льда отрываются от берега и уносятся в море. Если в ходе 53-й РАЭ НЭС «Академик Федоров» подошел к станции на 40 км и встал у припая, то во время 55-й РАЭ припайный лед вовсе отсутствовал, это не только облегчило логистические возможности экспедиции, но существенным образом повлияло на эффективность исследований. Дело в том, что в отсутствии припайного льда на близлежащей суше резко улучшаются климатические условия. Действительно, большая часть изученных холмов и долин в период исследования была свободна от снега и находилась в оттаявшем состоянии, что позволило выявить существенно больше типов почв, приуроченных к различным элементам рельефа.

физико-географическое описание района

Станция Русская расположена в Западной Антарктике на побережье Земли Мэри Бэрд (Берег Хобса) в точке с координатами 74,45о ю. ш., 136,48о з. д. Высота станции над уровнем моря — 124 м. Район, в котором расположена станция, является одним из наименее изученных в географическом и биологическом отношениях [17]. Обширный участок антарктического побережья от моря Росса до западных берегов Антарктического полуострова протяженностью около 3000 км долго оставался «белым пятном». Станция расположена на побережье Земли Мэри Бэрд в пределах мыса Беркс, который представляет собой скалистый мелкосопочник, полого поднимающийся от берега моря до высот 140-150 м (рис. 1). Вершины гор в районе станции почти полностью обнажены от снега. Между горами к морю спускаются небольшие ледники, усеянные трещинами, имеют место ледопады. Западные склоны гор покрыты ледниками, восточные чисты от снега. Коренные породы сложены биотит-рогообманковыми гнейсами палеозоя. Нунатак с естественными понижениями в виде оврагов простирается с северо-северо-запада на юго-юго-запад около 4 км при ширине 1 км (рис. 2).

Мерзлый грунт начинается на глубине около 20 см. В районе станции расположено 4 озера, глубиной до 2 м, промерзающих в течение зимы до дна. Это обстоятельство позволяет относить исследуемый район к оазисам [16].

Станция характеризуется чрезвычайно суровыми условиями погоды, формирующейся под влиянием интенсивной циклонической деятельности. Основным фактором, определяющим суровость климата, являются сильные ветры. Они же способствуют формированию отчетливо выраженного криоаридного климата и благоприятствуют интенсивному физическому выветриванию [17].

Многолетние средние величины климатических характеристик района станции Русская следующие: средняя годовая температура воздуха -12,4 5оС; абсолютный максимум температуры +7,4 5оС; абсолютный минимум температуры -46,4 5 оС; среднегодовая скорость ветра 12,9 м/с; максимальная скорость ветра 61 м/с; продолжительность солнечного сияния 1191,3 ч.

Рельеф района представлен глубокими оврагами или долинами, в которых действуют сухие и очень сильные ветры. Суровость климата, скудность наземной растительно-

Рис. 2. Ландшафт станции Русская

сти и почвенного покрова свидетельствуют о том, что обсуждаемый район относится, скорее, к континентальной Антарктике, чем ее береговому экоклиматическому району.

Растительность района, прилегающего к станции, скудная. Кое-где на скалистом грунте видны черные пятна мхов и лишайников. В Атлас Антарктиды [17] занесен лишь один вид лишайника — Umbrilicaria decussate. М. П. Андреев и Л. Е. Курбатова [18] отмечают гораздо большее разнообразие лишайников и мхов в тихоокеанском секторе Антарктики, в частности в районе станции Русская. Животный мир района беден. На припайном льду имеются лежки тюленей Уэдделла, на скалах — две-три немногочисленные колонии пингвинов Адели. Этот факт способствует развитию орнитокопрогенного почвообразования на ограниченных участках. Среди микромицетов в почвах станции Русская обнаружены представители Geomyces pannorum и Penicillium frequentans [12]. Бактериологические исследования позволили выявить следующие роды, связанные с ландшафтами, претерпевшими антропогенное воздействие — Ralstonia, Sphingomonas, Solobium, bacillus, Micrococcus [12]. Эти бактерии обнаружены только в пределах территории станции.

Ландшафт нунатака в районе станции Русской представлен обширным скалисто-овражным комплексом (см. рис. 2). Кроме выраженных днищ оврагов-долин и скалистых обнажений, здесь распространены пологие склоны, покрытые крупнощебнистым элювием, террасы склонов с буграми пучения и замкнутые межгребневые понижения, заполненные в настоящее время мелководными озерами. На склонах попадаются структурные грунты.

морфология и диагностика почв

Для характеристики морфологической организации почв 23 и 24 января 2010 г. нами был заложен почвенно-топографический профиль, начиная от северо-восточной при-ледниковой части и заканчивая прибрежной юго-западной территорией, где распространены места линьки пингвинов. Схема почвенно-топографического профиля представлена на рис. 3, характерные макроморфологические особенности почв — на рис. 4.

Рис. 3. Расположение разрезов в районе станции Русская Цифрами указаны номера разрезов. Светлой линией обозначены участки распространения курумов.

Рис. 4. Морфология почв в районе станции Русская:

1 — разрез № 9; локалитет Prasiola crispa, 2 — разрез № 8, обломок породы, подверженный десквамационному выветриванию; 3 — разрез № 7, петрозем грубогумусовый; 4 — поверхность реголита у разреза № 6; 5 — разрез № 5, поверхность петрозема скального; 6 — разрез № 4, профиль реголита в долине; 7 — разрез № 3; 8 — разрез № 2.

Ниже приведено краткое описание почв по ходу профиля с северо-востока на юго-запад.

Разрез № 8 заложен на вершине останца высотой около 150 м у аэродрома станции, в приледниковой части. Отмечено обилие низших растений по сравнению с другими участками изученного района. Почвенный покров представлен комплексом безжизненного и безгумусного реголита и грубощебнистых петроземов, покрытых густым покровом лишайника и$пеа зр. Очень широко распространены десквамационные коры — плитки толщиной 0,5-2,0 см, откалывающиеся от породы в субгоризонтальном направлении (см. рис. 4). Поверхности десквамационных кор, находящиеся на солнце, покрыты темно-красным лаком, в то время как внутренние поверхности — ржавой или желто-палевой коркой.

Почвы — петрозем эндолитный в комплексе с петроземами скальным и реголитом.

Разрез № 7 заложен на северо-западном склоне останца, в районе разреза хорошо выражены наскальные подушки черного мха на мелкоземистом материале.

О 0-2 см — слой черного накипного мха, образующего рыхлую влажную подушку.

С 2-7 см — буровато-серый, влажный, супесчаный с включением грубозернистых песчаных зерен, без щебня.

М 7см .[ плита массивно-кристаллической породы.

Почва — петрозем щебнистый на элювии гнейса.

Разрез № 6 заложен на юго-восточном склоне останца, в верхней его части, на выпо-ложенной небольшой террасе, лишенной растительного покрова.

С 0-10 см — желтовато-палевый элювий, щебнистый, с диаметром щебня до 5 см, между обломков щебня мелкозем желтовато-серой окраски.

Почва — реголит (петрозем безгумусный).

Разрез № 5 заложен в верхней части водораздельного склона холма северо-западной экспозиции; в долине, находящейся на уровне 110 м, расположены два небольших озера, площадью по 30 м2 каждое.

ОС 0-3 см — скальный материал без мелкозема, отобрана проба щебня с и$пеа зр.

Почва — петрозем щебнистый на элювии гнейса.

При движении от разреза № 5 к разрезу № 2 на склоне обнаружена коллювиальная осыпь типа курума.

Разрез № 2 заложен на склоне северо-западной экспозиции, 10 % площади склона занято лишайником, остальная площадь представлена поверхностью элювия.

ОС 0-2 см — скальный материал, в трещинах щебня поселяется лишайник и накапливается детритное органическое вещество.

Почва — петрозем скальный на элювии гнейса.

Разрез № 3 заложен в 20 м вниз по склону от разреза № 2, в мезопонижении с обильными накипными лишайниками.

О 0-1 см — слой накипных и кустистых лишайников.

ОС 1-4 см — грубозернисто-песчаный мелкозем с обильным мелким щебнем, перемешан с детритным органическим веществом, бесструктурный, рыхлый, свежий, рас-сыпчтый.

М 4см| плита андезита.

Почва — петрозем скальный грубогумусовый.

Разрез № 4 заложен в 50 м ниже по склону от разреза № 3, на дне долины, в замкнутом понижении площадью около 50 м2, склоны долины сложены структурными грунтами, местами — курумами, дно долины представлено полигонами площадью около 70 см2. Растительный покров на дне долины отсутствует в связи с тем, что она обычно дольше всего остается под снегом в мерзлом состоянии.

С1 0-5 см — обломки щебня диаметром до 7 см, в основном 2-3 см, очень немного мелкозема, типичный вариант пустынных мостовых, серый, влажноватый, граница волнистая, переход резкий по гранулометрическому составу скелета и окраске.

С2 5-15 см — грубозернисто-песчаный, с мелким щебнем (максимальный диаметр до 1 см), мелкозема гораздо больше, желтовато-серый, уплотнен, влажный, граница ровная, переход ясный по гранулометрическому составу.

С3 15-30 см — легкосуглинистый с примесью грубозернистого песка, отсутствуют включения щебня, желто-палевый, уплотнен, сырой, сочится вода.

С 30 см .[ начинается льдистая мерзлота.

Почва — реголит (литозем безгумусный).

Разрез № 10 заложен в самой западной денудационной долине.

ОС 0-8 см — грубый угловатый щебень, покрытый РгаэюЫ спэра, между обломками щебня — песчаный мелкозем, ассоциированный с остаточным гуано.

М 8 см| скальная порода.

Почва — петрозем посторнитокопрогенный щебнистый на элювии гнейса.

Разрез № 9 заложен в 70 м к северу от предыдущего разреза. Строение профиля точно такое же, единственным отличием является наличие свежего гуано и отсутствие каких-либо растений.

Почва — петрозем орнитокопрогенный щебнистый на элювии гнейса.

Характерной особенностью изученной части ландшафта является отмеченное ботаниками почти полное отсутствие низших растений. Связано это с очень хорошей продуваемостью юго-западной части территории ветрами.

Макроморфологические исследования позволили выявить следующие характерные черты почвообразования. В условиях вершин останцовых холмов или верхних частей склонов, в особенности на террасах и в мезопонижениях распространены пет-

роземы скальные, в которых органическое вещество отмерших низших растений аккумулируется в пространстве между обломками породы, в мелких трещинах и порах. Такой горизонт можно условно обозначить символом ОС. Несмотря на то, что органическое вещество накапливается внутри камня, эту почву еще нельзя назвать эндо-литной, поскольку растрескавшийся щебень, обогащенный органическим веществом, формирует хотя и маломощный, но регулярный горизонт на поверхности плотной скальной породы — М. Иногда формируются самостоятельные органогенные горизонты — О, представленные среднеразложившейся массой отмерших мхов и лишайников. В данном случае — это петроземы грубогумусовые. Настоящие эндолитные почвы обнаруживаются когда на поверхности грунта есть десквамационные плитки, при откалывании которых от основной массы породы появляется мелкозем. Характерной особенностью эндолитного слоя таких почв является его желтая или палевая окраска по сравнению с красной или бурой окраской наружных загаров или лаков на поверхности породы. Интересно, что формирование почв, содержащих в том или ином количестве органическое вещество, ограничивается несколькими сантиметрами, т. е. петроземным типом организации профиля. При этом в почве содержится очень немного мелкозема — чаще всего не более 10%. Данные почвы представлены в основном на северных или северо-западных склонах. Частая встречаемость почв на северных склонах в Антарктиде была отмечена нами ранее [11], что объясняется наибольшей инсолированностью именно этих участков. В пользу этой гипотезы свидетельствует наличие выцветов солей на поверхности некоторых литоземов. Учитывая существенную высоту над уровнем моря, можно предположить, что накопление солей здесь автохтонное и связано с подтягиванием солей к поверхности почвы, а это характерно как раз для сухих долин [19]. Гораздо более мощные профили представлены реголитами — литоземными образованиями, не имеющими видимых признаков аккумуляции органического вещества. Данные почвы характерны как для выполо-женных вершин и террас останцов, так и долин. В первом случае — это автоморфные гипергенные образования, с характерной дифференциацией гранулометрического состава по типу каменных мостовых. Кстати, реголиты обнаружены нами в основном на южных склонах. Во втором случае — это не совсем реголиты, так как они аккумулируют склоновый материал помимо автохтонных продуктов разрушения пород. Это одновременно и кора выветривания, представленная криогенным элювием, и делю-виально-коллювиальный материал. Долинные реголиты нередко подстилаются льдистой мерзлотой. Образование каменных мостовых происходит и в случае долинных реголитов. Особый тип почвообразования свойственен долинам прибрежной части. Подобные участки ввиду максимально сурового климата характеризуются почти полным отсутствием низших растений. Тем не менее на участках, где недавно располагались линьки пингвинов Pygoscelis айеНае, поселяется водоросль РгаэюЫ спэра и они оказываются занятыми петроземами орнитокопрогенными и посторнитокопро-генными.

Таким образом, почвенный покров в районе станции Русская представлен следующими типами почв:

• петроземы (скальные и скальные грубогумусовые);

• петроземы эндолитные десквамационные;

• литоземы (реголиты);

• орнитосоли (петроземы орнитокопрогенные и посторнитокопрогенные).

Среди важнейших почвенных процессов, находящих подтверждение не только на макроморфологическом, но и на мезоморфологическом уровнях (рис. 5, 6), следует отметить следующие:

• грубогумусовый органоаккумулятивный;

• формирование органо-минеральных агрегатов;

• формирование железистого загара;

• десквамационное выветривание и мелкоземообразование;

• орнитокопрогенный процесс.

Рис. 5. Мезоморфологические признаки почв и реголитов района станции Русская:

1 — ассоциация минеральных зерен с органическими остатками, разрез № 3; 2 — железистый загар на поверхности обломка породы, разрез № 3; 3 — водоросли на поверхности горизонта С1, разрез № 4; 4 — щебень, слагающий горизонт С1, разрез №4; 5 — обломки породы в горизонте С2, разрез №4; 6 — надмерзлотная толща, горизонт С3, разрез № 4.

Рис. 6. Мезоморфологические признаки почв и реголитов района станции Русская:

1 — угловатые неокатанные зерна реголита, разрез №6; 2 — ассоциация минеральных зерен с растительными остатками, разрез № 7; 3 — наружная поверхность десквамационной корки, разрез № 8; 4 — внутренняя поверхность десквамационной корки, разрез № 8; 5 — почва под Ргаао1а спзра, разрез № 9; 6 — почва под гуано Pygoscelis айеИае.

Сильно выражен почвообразовательный процесс в наиболее высоких частях ландшафта, особенно в прилегающих к ледниковому куполу. Здесь почвенно-растительный покров в максимальной степени защищен от действия сильных ветров. В прибрежной долине почвообразование выражено в меньшей степени, для нее характерны курумы, реголиты и прочие гипергенные образования без растительного покрова. Это явление можно объяснить продуваемостью долины насквозь, так как она обоими устьями выходит к океану.

выводы

Данные исследования подтвердили правильность ранее проведенных нами почвенных исследований, показавших, что в районе станции Русская доминируют петроземы и эндолитные почвенные образования. Среди криогенных непочвенных образований в пределах станции описаны структурные грунты и многочисленные курумы, а также один из самых южных в Тихоокеанском секторе ареал орнитокопрогенных почв. При этом показано, что такие почвы в высоких широтах Западной Антарктики формируются не только на островах, как это было отмечено ранее [11, 20], но и на склонах континентальных скал. Образование реголита (ahumic soil) с существенной вертикальной и горизонтальной анизотропией отмечено в долинах и на южных склонах останцовых возвышенностей, что подтверждает правильность отнесения изученного типа ландшафта к сухим долинам. В районе станции Ленинградская (береговой экоклиматиче-ский регион) ранее нами были обнаружены литоземы под лишайниками с выраженным серогумусовым горизонтом. В районе станции Русская подобных почв не найдено. Поэтому можно сделать вывод об очень суровых условиях почвообразования в описанном районе и отнести его к области петроземов грубогумусовых, скальных, эндолитных и безгумусных реголитных почв экстрааридных холодно-ветровых сухих долин.

Работа выполнена при поддержке РФФИ

Литература

1. Власов Д. Ю., Абакумов Е. В., Надпорожская М. А. и др. Литоземы острова Кинг-Джордж, Западная Антарктика // Почвоведение, 2005, № 7. С. 773-781.

2. Blakemore, L. C., Swindale, L. D. Chemistry and clay mineralogy of a soil sample from Antarctica // Nature. 1958. Vol. 182. P. 47-48.

3. Campbell I. B., Claridge G. G. C. Antarctica: Soils, Weathering Processes and Environment. Elsevier; Amsterdam, 1987. 368 p.

4. Beyer L., Pingpank K., Wriedt G, Bolter M. Properties, formation, and geo-ecological significance of organic soils in the coastal region of East Antarctica (Wilkes Land) // Catena, 2000. Vol. 39. P. 79-93.

5. Bockheim J. G., Hall K. Permafrost, active-layer dynamics and periglacial environments of continental Antarctica // South-African J. Sci. 2002. Vol. 98. P. 82-90.

6. ShaeferC.E. G.R., SimasF.N.B, GilkesR. J.,Mathison C. et al. Micromorphology and microchemistry of selected Cryosoils from maritime Antarctica // Geoderma. 2008. Vol. 144. P. 104-115.

7. Mahaney, W. C., Dohm, J. M., Baker, V. R. et al. Morphogenesis of Antarctic paleosols: Martian analogue // Icarus. 2001. Vol. 154. P. 113-130.

8. Глазовская М. А. Выветривание и первичное почвообразование в Антарктиде // Научные доклады Высшей Школы. Серия: Геолого-Географические науки. 1958. № 1. С. 63-76.

9. Абакумов Е. В. Гранулометрический состав почв Западной Антарктики // Почвоведение. 2010, № 3. С. 610-613.

10. Абакумов Е. В. Характеристика веществ-гумусообразователей и состав гумуса некоторых почв Западной Антарктики // Почвоведение, 2010, № 2. С. 538-547.

11. Абакумов Е. В., Помелов В. Н., Власов Д. Ю., Крыленков В. А. Морфологическая организация почв Западной Антарктики // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2008. Вып. 3. С. 102-115.

12. Абакумов Е. В., Власов Д. Ю., Горбунов Г. А. и др. Научно-технический отчет группы мониторинга Российской антарктической экспедиции по Программе сезонных экспедиционных работ (ноябрь 2007 г. — июнь 2008 г.): «Мониторинг сообществ микроорганизмов, населяющих

жилые и рабочие зоны полярных станций, транспортные средства и естественные биогеоценозы с целью оценки антропогенного воздействия на экосистемы в Антарктике (53-я РАЭ)».: СПб., ААНИИ, 2009. 30 с.

13. Abakumov E. V. Microbial Biomass and Potentially Minerilizable Carbon in Continental and Maritime Soils from Western Antarctica // 12th Nordic-Baltic Symposium on Matural Organic Matter in Environment and Technology. Tallin, Estonia, 13-19 June 2009. Р. 4-6.

14. Abakumov E. V. Humus in soils from Western Antarctica // Geophysical research abstracts. General Assembly of Geosciences Union. 2009. Vol . 11. on CD.

15. AbakumovE. V., Sapega V. F. Mineralogy of two Cryosols from Western Antarctica // Geophysical research abstracts. General Assembly of Geosciences Union. Vol . 11. on CD.

16. Атлас Антарктики. М.; Л.: Гидрометеоиздат, 1969. Т. 2. 598 с.

17. Саватюгин Л. М., Преображенская М. А., Помелов В. Н. Научно-техническое описание природных условий и материально-технических структур станций Российской Антарктической экспедиции с оценкой воздействия на окружающую среду. Станция Ленинградская. СПб.: ААНИИ, 1995-а. Т. 6. 76 с.

18. Андреев М. П., Курбатова Л. Е. Новые данные о мхах и лишайниках Тихоокеанского сектора Антарктиды // Новости сист. низш. раст. 2009. Т. 42. С. 142-152.

19. Bockheim J. G., McLeod M. Soil formation in Wright Valley, Antarctica since the late Neogene // Geoderma. 2006. Vol. 137. P. 109-116.

20. Ramsay A. J. Bacterial biomass in Ornitogenic soils of Antarctica // J. Polar Biol. 1983. Vol. 1. P. 221-225.

Статья поступила в редакцию 14 октября 2010 г.