Эколого-географическая оценка современного состояния Старозаводского сольфатарного поля (вулкан баранского, остров Итуруп)

Вестник ДВО РАН. 2017. № 1

Романюк Федор Александрович

В 2015 г. окончил естественнонаучный факультет Сахалинского государственного университета по специальности «экология». Работает в лаборатории вулканологии и вулканоопасности Института морской геологии и геофизики ДВО РАН, сотрудничать с которой начал будучи студентом 3-го курса университета. Является аспирантом ИМГиГ ДВО РАН по направлению «Экология». Научные интересы связаны с изучением экологии растительных сообществ вулканогенных ландшафтов Курильских островов. В настоящее время ведет исследования термальных полей активных вулканов Южных Курильских островов, в частности островов Итуруп и Кунашир. Регулярно принимает участие в конференциях регионального, всероссийского и международного уровня.

УДК 551.23 + 574.42

Ф.А. РОМАНЮК, А.В. КОРДЮКОВ, Р.В. ЖАРКОВ

Эколого-географическая оценка современного состояния Старозаводского сольфатарного поля

Дается описание фоновых ландшафтов хр. Грозный на о-ве Итуруп (Курильские острова). Приводятся результаты исследования современной ландшафтной структуры Старозаводского сольфатарного поля, расположенного на юго-западном склоне влк. Баранского (хр. Грозный) и характеризующегося мозаичностью слагающих его фаций. Сделаны выводы о вкладе современной поствулканической деятельности и антропогенного влияния на изменение структуры вулканогенных ландшафтов.

Ключевые слова: ландшафтная структура, Старозаводское сольфатарное поле, Курильские острова, о-в Итуруп.

Ecological and geographical assessment of the current state of Starozavodskoe solfataric field (Baransky Volcano, Iturup Island). F.A. ROMANYUK, A.V. KORDYUKOV, R.V. ZHARKOV (Institute of Marine Geology and Geophysics, FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk).

The paper describes the background landscape of the Grozny Ridge on the Iturup Island (Kuril Islands) and carried out a detailed description of the current landscape composition of Starozavodskoe solfataric field, located on the western slope of the Baransky volcano (Grozny Ridge, Iturup Island) and characterized by a mosaic structure of its constituent facies. Conclusions on the contribution of modern postvolcanic activity and human impact on the change in the structure of volcanic landscapes are made.

Key words: landscape composition, Starozavodskoe solfataric field, Kuril Islands, Iturup Island.

*РОМАНЮК Федор Александрович - аспирант, младший научный сотрудник, КОРДЮКОВ Александр Владимирович - кандидат биологических наук, научный сотрудник, ЖАРКОВ Рафаэль Владимирович - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник (Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск). *Е-таП: f.romanyuk2011@gmail.com

Итуруп - крупнейший остров Курильского архипелага, занимает площадь 3174,71 км2. На острове насчитывается 9 действующих, 7 потухших и 4 предполагаемых вулкана. В центральной его части расположен хр. Грозный, протянувшийся на 45 км от перешейка Ветрового до зал. Касатка. Хребет на всем своем протяжении представлен чередующимися вулканическими постройками, межгорными впадинами и равнинными участками [2]. Вследствие активных геотермических процессов, разнообразия рельефа и особенностей микроклимата ландшафтная структура хребта отличается многообразием.

В 2013-2014 гг. нами проведены исследования ландшафтов влк. Баранского - одного из наиболее активных вулканов хр. Грозный, выполняющего значительную ландшафто-образующую функцию. На юго-западном склоне вулкана расположено Старозаводское сольфатарное поле - популярный среди жителей и гостей острова туристический объект. Эта территория подверглась значительным нарушениям во время разработки геотермального месторождения, строительства и эксплуатации ГеоТЭС «Океанская».

Цель исследований - выявить особенности современной ландшафтной структуры Старозаводского сольфатарного поля в условиях сольфатарной и гидротермальной активности вулкана и антропогенной нагрузки. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

по результатам визуальной оценки растительного покрова выполнено деление центральной части Старозаводского сольфатарного поля на фации и сделано геоботаническое описание каждой фации;

составлена фациальная карта современной ландшафтной структуры центральной части сольфатарного поля;

дана оценка степени влияния антропогенной нагрузки на растительно-почвенные компоненты поля.

Район исследований

Ландшафтная структура хр. Грозный представлена 3 типами ландшафтов: ландшафтами крутых и средней крутизны склонов стратовулканических конусов; ландшафтами крутых и средней крутизны склонов лавовых потоков; ландшафтами склонов и днищ временных и постоянных водотоков [1] (рис. 1).

Исследования были проведены на юго-западном склоне влк. Баранского. На вершине и привершинных участках вулкана наблюдаются ландшафты крутых и средней крутизны склонов стратовулканических конусов. В зонах воздействия продуктов извержений формируются фрагментарные сообщества литоморфных лишайников. На более низких уровнях на сухоторфянистых, местами слоисто-пепловых, перегнойно-иллювиально-гу-мусовых почвах распространены заросли кедрового стланика. На нижних участках на стратовулканические купола проникают каменноберезовые леса с примесью ольховников на охристо-подзолистых, местами перегнойно-иллювиально-гумусовых почвах, а также каменноберезово-ольховые леса на типичных охристых и перегнойно-охристых, местами перегнойно-иллювиально-гумусовых почвах.

Ландшафты крутых и средней крутизны склонов лавовых потоков формируют всю площадь склонов за исключением стратовулканического конуса. В растительности прослеживается очень четкая дифференциация - продольная и высотная. На склонах, прилегающих к стратовулканическому конусу, преобладает кедровый стланик на сухоторфя-нистых почвах. На нижних склонах широкое распространение имеют каменноберезовые леса на охристо-подзолистых, местами перегнойно-иллювиально-гумусовых почвах, иногда с зарослями бамбучников.

Ландшафты склонов и днищ временных и постоянных водотоков характеризуются доминированием дубово-ольховых с ивой высокотравных лесов на буроземно-охри-стых почвах, реже встречаются каменноберезово-ольховые леса на типичных охристых

Рис. 1. Фрагмент ландшафтной карты хр. Грозный, о-в Итуруп [1]. I - ландшафты крутых и средней крутизны склонов стратовулканических конусов; II - ландшафты крутых и средней крутизны склонов древних вулканов с лавовыми потоками, сложенные андезитами, базальтами и туфами; III - пологие, холмисто-западинные поверхности моренных отложений; IV - ландшафты склонов и днищ временных и постоянных водотоков; V - субгоризонтальные поверхности вулканических плато, сложенные андезитами, базальтами и туфами; VI - ландшафты крутых и средней крутизны склонов лавовых потоков; VII - акватория озер

и перегнойно-охристых почвах и лиственничные с ивой леса на буроземах гумусово-ак-кумулятивных, подбурах охристых, местами буроземах глееватых.

Сам влк. Баранского, расположенный в северо-восточной части хр. Грозный, представляет собой довольно сложное сооружение. Он поднимается в виде изолированного, сильно усеченного конуса высотой 1132,7 м над ур. м., по морфогенетической классификации относится к «кустовым» (многовыходным) стратовулканам. Вулкан возник в позднем плейстоцене и проявил смешанную деятельность - с эксплозиями и излияниями лав. Лавовые потоки вулкана спускаются на 4-5 км к юго-востоку до берега океана; на такое же расстояние они протягиваются в противоположном направлении, занимая участок 6 х 9 км. Склоны конуса, за исключением северного сектора, сложенного молодыми лавами, сильно эродированы, и с южной стороны вулкан имеет довольно старый облик. Некоторые потоки образуют выступающие в море мысы, например, близ руч. Водопадного. Старый вершинный кратер сильно разрушен, в нем находится пологий пирокластический внутренний конус. Кратер последнего несколько сдвинут в северном направлении, его гребень в северной части полностью уничтожен, и кратер широко открыт к северо-северо-западу. Многочисленные лавовые потоки, связанные с внутренним кратером, покрывают

значительный сектор в северной и восточной частях конуса. На дне кратера в виде пологого щита поднимается экструзивный купол. Невысокие крутые склоны его переходят в широкую, слабовыпуклую вершину. Диаметр купола около 500 м, высота над дном кратера 40-50 м. Северная часть купола взорвана, здесь расположены цепочка из нескольких небольших эксплозивных воронок, образованных, по неподтвержденным данным, в 1951 г., и большой глубокий эксплозивный колодец. От этой взорванной части купола по северо-западному склону спускается самый молодой лавовый поток; его ширина в истоках достигает 500 м, в нижней части - около 1 км, длина до 2 км, мощность 50-60 м [2, 8].

На юго-западном склоне влк. Баранского на высоте около 750 м расположен «амфитеатр» эруптивного происхождения, на дне которого имеются пять крупных парогазовых выходов и термальные источники (Верхнее сольфатарное поле). Ниже по склону, в долинах руч. Старозаводского (территория ГеоТЭС «Океанская») и р. Кипящей, также сформированы сольфатарные поля с выходами газогидротерм разного химического состава и температурой более 100 °С. На этих участках идут связанные с сольфатарно-гидротер-мальной деятельностью процессы образования форм микрорельефа: рост сольфатарных построек, формирование грязевых котлов и воронок термальных источников, эрозионные процессы на поверхности гидротермально-измененных пород и т.д. [3, 4].

Методика работ

При детальном изучении центральной части Старозаводского сольфатарного поля была использована методика комплексного полевого изучения ландшафтов, описанная в работах [5, 6]. Изучалась каждая составляющая ландшафтной мозаики, что обусловлено хаотичным расположением мест выходов гидротерм и приуроченных к ним соответствующих растительных группировок.

Полевая часть исследования состояла из двух этапов. На первом этапе при обходе по всей площади обследуемой территории проводили визуальную разбивку ландшафта на фации, маркируя «узлы» при помощи GPS-навигатора. На втором этапе описывали растительный покров выделенных фаций с фиксацией проективного покрытия, средней высоты и жизненности произрастающих растений. Кроме того, осуществлялись картирование выходов газогидротерм и замеры их температур при помощи тепловизора SAT SDS Hotfind-LXS (диапазон измеряемых температур от -20 до +1000 °C, точность измерения ±2 °C, угловое поле 24 х 18°, пространственное разрешение 1,1 мрад, разрешение активной матрицы 384 х 288 точек) и электронного термометра Digitron-T200KC с термопреобразователем КТХА 01.02Р (диапазон рабочих температур термопары от -200 до +1350 °C, точность измерения ±0,1°C). Для измерения кислотности использовали портативный рН-метр HANNA HI 9025.

Ландшафтное картирование проводилось с использованием программ QGIS и GRASS по принципам, изложенным К.С. Ганзеем [1].

Результаты исследований

В пределах Старозаводского сольфатарного поля наблюдаются процессы образования форм микрорельефа, связанные с сольфатарно-гидротермальной деятельностью: формируются грязевые котлы и воронки термальных источников, исчезает растительный покров вследствие выбросов продуктов деятельности ГеоТЭС «Океанская», развиваются эрозионные процессы на поверхности гидротермально-измененных пород и т.д.

На территории сольфатарного поля выделено несколько групп термальных источников и грязевых котлов. Температура верхней группы составляет 92-96 °C, pH от 2,7 до 3,3; глинистый раствор в крупном грязевом котле нагрет до 100,1 °C. В местах сольфатарных

выходов в борту ручья температура достигает 95-100 °C. Это стало причиной того, что руч. Старозаводской, берущий начало с юго-западного склона влк. Баранского и впадающий в р. Серную, в верховьях холодный, с pH 5,4, но при прохождении по полю его температура увеличивается до 25 °C, а pH снижается до 3 [7]. Столь агрессивная среда и обусловила формирование ныне существующего вулканогенного ландшафта. Участки гидротермально-измененных грунтов заселились устойчивыми к условиям данной среды видами растений. Это стало причиной формирования мозаичной ландшафтной структуры местности (рис. 2, 3).

Начавшемуся в 1993 г. строительству ГеоТЭС «Океанская» предшествовали геологоразведочные работы, в ходе которых на территории поля было пробурено несколько десятков скважин. Впоследствии они образовали кипящие грязевые котлы. В местах их наибольшей концентрации в результате термохимической эрозии был нарушен растительно-почвенный покров, гидротермальным изменениям были подвергнуты здесь и материнские породы. Кроме того, немалую часть территории поля занимают подъездные дороги, а также каменистые отвалы, образовавшиеся в ходе отсыпания дорог. Все это существенно изменило первоначальный облик поля.

Центральная часть поля, где наблюдается наибольшее количество выходов гидротерм, отличается сильной дифференциацией ландшафтов. Это результат влияния как поствулканической активности влк. Баранского, так и антропогенной деятельности. В связи с этим при изучении ландшафтной структуры поля особое внимание было уделено именно центральной его части. Результаты исследования комплекса растительных группировок, сформировавшегося в условиях антропогенной нагрузки и протекающих в пределах поля вулканогенных процессов, были использованы при создании фациальной карты центральной части Старозаводского сольфатарного поля (рис. 4).

Окружающая поле растительность в основном представлена сменяющими друг друга злаково-разнотравными ассоциациями и зарослями бамбучка (Sasa spp.). Отмечаются также единичные особи древесных растений - березы Эрмана (Betula ermanii Cham.), кедрового стланика (Pinus Pumila Pall.), ивы (Salix spp.) и др. Само поле, на территории которого насчитывается несколько десятков выходов гидротерм, раздроблено на множество мелких растительных группировок, зачастую нетипичных для фоновой растительности. По периферии от грязевых котлов на расстоянии 1-2 м, а также на склонах с выходами термальных газов сосредоточены злаково-разнотравные, ситниково-злаковые, злаково-ситниково-разнотравные сообщества разной степени угнетения. Из злаков наиболее распространены вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorfii (Link) Trin.) и веероцветник китайский (Miscanthus sinensis Anderss.). На влажных участках распространены заболоченные злаковые и мохово-лишайниковые сообщества, местами - отдельные группировки мохообразных, образованные преимущественно соленостомой вулканической. Территории, приуроченные к повышенным формам рельефа, заняты бамбучковыми зарослями, а участки с пониженным рельефом - разнотравными и злаковыми группировками. На относительно хорошо дренированных и сохранивших почву участках доминируют багульниковые (Ledum hypoleucum Kom.) и багульниково-шикшевые заросли, а также кустарниково-злаковые и кустарниково-разнотравные сообщества. В центральной части обследованной территории поля единично встречаются представители древесных растений, характерных для фоновых сообществ юго-западного склона влк. Баранского: березы каменной, кедрового стланика, осины (Populus tremula L.), ив, лиственницы курильской (Larix kurilensis Mayr.) и пр.; в большинстве своем это мертвые, высохшие особи.

Визуальная оценка жизненности растительного покрова Старозаводского сольфатар-ного поля показала, что источники проявления гидротермальной активности вулкана оказывают угнетающее воздействие на окружающие их растительные сообщества, формируя условия для заселения устойчивыми к агрессивной высокотемпературной и сильнокислой среде видами (такими как соленостома вулканическая, веероцветник китайский, бамбуч-ники).

Рис. 2. Старозаводское сольфатарное поле

Рис. 3. Ландшафтная карта Старозаводского сольфатарного поля.

1 - травяно-кустарниковые сообщества; 2 - лесные сообщества; 3 - прирусловые сообщества; 4 - склоновые участки, лишенные растений или слабо заселенные растительностью; 5 - гидротермально-измененные породы, лишенные растений или слабо заселенные растительностью; 6 - антропогенно-измененные территории (дороги, территория ГеоТЭС «Океанская»); 7 - территория, лишенная растительного покрова вследствие антропогенного воздействия

Рис. 4. Фациальная карта центральной части Старозаводского сольфатарного поля. I — осоковые фации: 12 - редкий покров осок и шикши, 18 - осоковая на гидротермально-измененных породах, 21 - осоково-разнотравная на каменистом субстрате; II — разнотравные фации: 2 - разнотравно-злаковая, 3 - разнотравно-злаковая склоновая, 11 - разнотравная, 24 - разнотравно-злаковая прирусловая, 25 - разнотравно-злаковая на гидротермально-измененных породах; III — багульниковые фации: 15 - заросли багульника, 16 - багульниково-злаковая, 17 -багульниково-злаково-разнотравная, 19 - заросли багульника на гидротермально-измененных породах, 20 - ба-гульнико-осоково-шикшиевая на гидротермально-измененных породах; IV — бамбучниковые фации: 8 - заросли сазы; V — злаковые фации: 1 - злаково-разнотравная, 4 - злаково-разнотравная с единичными особями древесной растительности, 5 - злаковая на каменистом субстрате, 9 - злаково-разнотравно-бамбучниковая, 10 - злаковая, 13 - злаковая с единичными особями древесной растительности, 22 - злаковая на гидротермально-измененных породах; VI — угнетенные фации: 14 - участок, лишенный растительности

В работах [5, 6], посвященных перспективам развития рекреации на особо охраняемых природных территориях Камчатского края, были выработаны рекомендации по оптимизации рекреационного природопользования. К их числу относится прокладка маршрутных троп на активно посещаемых вулканогенных ландшафтах Кроноцкого государственного заповедника. Вследствие возрастающего влияния антропогенного фактора на ландшафт Старозаводского сольфатарного поля, а также в связи с развитием рекреационной деятельности на о-ве Итуруп здесь также существует необходимость формирования сети маршрутных троп. Тропы должны быть проложены по хорошо укрепленным участкам грунта и приподняты над уровнем почвы, чтобы способствовать восстановлению растительного покрова на оголенных и вытоптанных территориях. В перспективе такую же работу следует провести и на вулканогенных ландшафтах Южных Курильских островов.

Выводы

Современная сольфатарная и гидротермальная деятельность на вулканах приводит к термохимическому разрушению материнской породы и почвогрунтов,

формированию мозаичной ландшафтной структуры на уровне фаций и изменению по-чвенно-растительных компонентов. Результаты этих изменений выражаются в угнетении растительных сообществ (либо замещении фоновых комплексов менее продуктивными), формировании особого микроклимата, который способствует вторичной фрагментации ландшафта. В трансформации ландшафта Старозаводского сольфатарного поля значительную роль играют антропогенные факторы: проведенные в 1980-х годах геологоразведочные и буровые работы с пробными выбросами парогидротерм, поступление парогазовой смеси с ГеоТЭС «Океанская», вытаптывание туристами территории и, как следствие, уплотнение верхних слоев почвы, выпадение отдельных растительных группировок из наземного покрова и последующая ветровая и водная эрозия грунтов.

Созданная по результатам изучения растительности фациальная карта Старозаводского сольфатарного поля отражает современное состояние его ландшафта. В дальнейшем данная карта может быть использована для мониторинга состояния растительных группировок в его пределах. Кроме того, полученные здесь результаты термосъемки могут стать основой при создании термальной карты сольфатарного поля. Все это позволит сформулировать научно обоснованные рекомендации по регулированию рекреационной деятельности на территории поля с целью сохранения целостности уникального географического объекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ганзей К.С. Ландшафты и физико-географическое районирование Курильских островов. Владивосток: Дальнаука, 2010. 214 с.

2. Горшков Г.С. Вулканизм Курильской островной дуги. М.: Наука, 1967. 280 с.

3. Жарков Р.В. Современная сольфатарно-гидротермальная деятельность вулканов хребта Грозный (о. Итуруп, Курильские острова) // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: сб. материалов IV Сахалинской молодежной научной школы. Южно-Сахалинск, 2-5 июня 2009 г. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2010. С. 191-197.

4. Жарков Р.В. Термальные источники Южных Курильских островов. Владивосток: Дальнаука, 2014. 378 с.

5. Завадская А.В. Геоэкологические аспекты развития рекреационного природопользования на особо охраняемых природных территориях Камчатского края: автореф. дис. ... канд. геогр. наук / Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. М., 2012. 27 с.

6. Завадская А.В., Паничева Д.М. Особенности рекреационной дигрессии вулканических природных комплексов (на примере Камчатского края) // Вестн. ДВО РАН. 2013. Вып. № 5 (171). С. 113-121 с.

7. Побережная Т.М. Геохимия природных и техногенных ландшафтов Сахалина и Южных Курильских островов. Владивосток: Дальнаука, 2010. 125 с.

8. Федорченко В.И. Вулканизм Курильской островной дуги: геология и петрогенезис. М.: Наука, 1989. 237 с.