Структурные особенности древесных растений и геоморфологические условия восстановления растительности в кальдере Ксудач (Южная Камчатка) после эксплозивного извержения 1907 года.

Kopanina A.V., Lebedeva E.V., Vlasova I.I., Talskikh A.V. 2020. Structural traits of woody plants and geomorphological conditions to the vegetation recovery at Ksudach caldera, (Southern Kamchatka) since the explosive eruption in 1907. Journal of Mountain science. (2020) 17(7): 1613-1635рр. 23 p. https://doi.org/10.1007/s11629-019-5583-8

Вулканы – сложные, опасные, «долгоживущие» геологические образования на Земле. Они заселяются, обживаются и изменяются живыми организмами, в том числе древесными растениями на протяжении столетий и тысячелетий. В этом процессе совместной работы живого и неживого еще очень много неясного и необъяснимого. Какую роль в трансформации вулканических ландшафтов играют древесные растения? Можно ли считать их пионерами вулканических отложений? Как и за счет каких структурных особенностей им удается адаптироваться к агрессивной вулканической среде фумарольных и сольфатарных полей, лавовых потоков, иссушенных пирокластических отложений? Эти вопросы пока еще далеки от своего решения. Работая на разных вулканах нашего региона – Северо-западной Тихоокеанской окраины, мы наблюдаем, обследуем, анализируем разные обстановки, в которых удается выживать и адаптироваться древесным растениям.

Еще по одному исследованию на вулканической земле Камчатки мы получили результаты, которые отражены в нашей последней публикации.

В составе международной комплексной экспедиции нашего института ИМГиГ ДВО РАН в 2016 году в рамках научной программы НИИ космических систем им. А.А. Максимова, (Роскосмос) на вулканы Центральной и Южной Камчатки, мы работали в кальдере вулкана Ксудач.

На фотографии обложки журнала Journal of Mountain science (2020) 17 (7), в котором опубликованы результаты наших исследований, представлен один из самых крупных и сложно устроенных вулканических центров полуострова Камчатка со своеобразной и длительной историей развития – кальдера вулкана Ксудач (Ksudach caldera), расположенного в южной части Восточного вулканического пояса Камчатки.

Ксудач включает две позднеплейстоценовые кальдеры, три голоценовые кальдеры, молодой посткальдерный стратовулкан – конус Штюбеля (Shtyubel cone) и два внутрикальдерных озера – Ключевое и Штюбеля. Последнее мощное эксплозивное извержение в кальдере произошло 28 марта 1907 г. При этом извержении было выброшено до 2 куб.км пирокластического материала, в результате в кальдере и к северу от нее сформировался обширный покров дацитовых пемз мощностью в несколько метров. Это извержение более 110 лет назад существенно изменило ландшафт и имело катастрофические последствия для растительности. Каменноберезовые леса, заросли ольховника, горнотундровая и нивальная растительность были уничтожены в кальдере и за ее пределами на площади более 600 кв.км, а ее повреждение произошло на территории втрое больше.

Удаленность и труднодоступность этого интереснейшего природного объекта обусловили тот факт, что первые исследования растительности в кальдере были проведены только спустя 84 года после извержения русскими ботаниками.

Анализируя результаты экспедиционного обследования кальдеры спустя 109 лет после этого катастрофического извержения мы установили, что восстановлене растительности проходит крайне неравномерно. Это во многом обусловлено геоморфологическими процессами, которые протекают в кальдере десятилетиями. Е.В. Лебедева, наш соавтор из лаборатории геоморфологии Института географии РАН определила эти рельефообразующие процессы, замедляющие поселение и приживание растений на пирокластическом чехле кальдеры (эрозия, дефляция, лахарообразование, оплывание, осыпание дефицит влаги и др.). Такая обстановка сложилась в западной части кальдеры, где до сих пор проходит начальная стадия первичной сукцессии: эта территория занятапемзовой пустыней, слабо заселенной пионерными видами растений и некоторыми кустарничками. Другие части кальдеры, в особенности южные склоны вулкана Штюбеля покрыты горно-тундровыми ерикоидными сообществами.

Итогом аналитических лабораторных исследований 2016-2020 гг. древесных растений, образцы которых мы привезли из экспедиции в кальдеру вулкана Ксудач в 2016 г. стала наша статья.

В этой работе представлены результаты детального обследования роли древесных растений в восстановлении растительности внутри кальдеры Ксудач. Охарактеризованы геоморфологические процессы в кальдере, которые как способствуют, так и препятствуют расселению и закреплению растений на пемзовых отложениях вулкана. Нам удалось дать оценки увеличения площади, занятой растительностью в разных частях кальдеры. Так, за последние 25 лет площадь горно-тундровых сообществ увеличилась в 13 раза, а ольховника в 1,9 раза. Это очень небольшие скорости восстановления растительности после извержения вулкана. Мы обнаружили, что кустарничковые и стланничковые формы древесных растений кальдеры имеют целый комплекс структурных особенностей коры и древесины их стеблей (стволиков), позволяющих этим растениям быть пионерными колонизаторами вулканических ювенильных субстратов. Продемонстрировано, что ряд особенностей коры древесных растений, в том числе ее толщина, могут быть успешно использованы в качестве функциональных признаков растений (functional plant traits) для оценки экологического благополучия (уровня стресса) различных природных систем. Результаты нашего исследования, позволили нам выдвинуть гипотезу о том, что тонкокорые кустарники, кустарнички и стланнички (Loiseleuria procumbens, Vaccinium uliginosum, Empetrum nigrum и др.) адаптированы к стрессовым условиям (недостатку влаги, высоким концентрациям широкого спектра химических элементов субстрата, значительным суточным перепадам температур и др.) вулканических ландшафтов. Древесные растения с широкой корой (Betula ermanii, Sorbus sambucifolia, Alnus fruticose или Duschekia fruticose и др.) становятся поселенцами в таких условиях значительно позже. Т.е. «приходят» уже на подготовленную почву.