Вулканизм как определяющий фактор формирования геохимии экосистем Камчатки
Volcanism as a determining factor in the formation of Geochemistry ecosystems of Kamchatka
На формирование современных почв, растительного покрова, природных вод и донных отложений водотоков Камчатского полуострова существенное влияние оказывает активная деятельность вулканических центров. В голоцене вулканы Камчатки, находясь в разных стадиях своего развития, поставляли на поверхность Земли продукты извержений, отличающиеся составом, объемами и периодичностью выпадения. Ранее нами установлено, что почвы, развивающиеся под влиянием разного вулканизма, отличаются по геохимическим характеристикам. С учетом специфических условий почвообразования и их геохимических особенностей проведено районирование территории Камчатского полуострова с выделением Южной и Северной провинций почв и пяти районов внутри них. Для каждого района установлены геохимические особенности почв, обусловленные в первую очередь составом вулканических пеплов на которых они образованы. Предварительные данные указывают на то, что эти особенности отражаются также и в растениях, природных водах и донных отложениях водотоков. Вероятно, именно почва является основным депонирующим связующим звеном между вулканическими пеплами и другими компонентами природной среды.
Основной задачей проекта является исследование геохимических свойств компонентов среды в условиях активного вулканизма путем изучения геохимических связей в рядах – вулканические пеплы – почвы – растения; вулканические пеплы – почвы – донные отложения – природные воды.
Новизна подхода состоит в том, что геохимические особенности компонентов среды рассматриваются в первую очередь в связи с почвами Камчатки, образованными на разных по петрохимическому составу вулканических пеплах. Соответственно намечаемые комплексные геохимические исследования всех компонентов среды планируется выполнять и систематизировать в пределах выделенных ранее почвенных провинций и районов полуострова. Предполагается, что именно почва является основным депонирующим связующим звеном между вулканическими пеплами и другими компонентами природной среды. Геохимия пеплов, на которых образованы вулканические почвы полуострова, влияет как на состав почв, так и на состав растений на них произрастающих. Пеплы и почвы региона, кроме того, определяют геохимический состав донных отложений водотоков, фактически из них (пеплов и почв) формирующихся, и влияющих в свою очередь на особенности геохимического состава природных вод Камчатки. Источником питания природных вод полуострова являются атмосферные осадки, которые формируют геохимический состав, проходя через мощный почвенно-пирокластический чехол, а в зимнее время обогащаются элементами от регулярно поступающих на снежный покров свежих вулканических пеплов, богатых, как известно, растворимыми легкоподвижными формами элементов, легко переходящими в природные растворы. Для выявления особенностей миграции и трансформации элементов в ряду – вулканические пеплы – почвы – растения – донные отложения – природные воды, имеющиеся данные о геохимии вулканических пеплов и почв региона, полученные в ходе выполнения предыдущего проекта, планируется дополнить сведениями о содержании элементов в растениях, природных водах и донных отложениях водотоков.
Влияние вулканизма на формирование почв достаточно подробно изучено (Ливеровский, 1959, 1971; Герасимов, Ильин 1960; Зонн и др., 1963; Соколов, 1972, 1973; Соколов, Таргульян, 1964а, 1964б; Малинин, 1981; Кочерьян, 1991; Маречек, 2007; McDaniel et al., 1993; Parfitt et al., 1983; Parfitt et al., 1884; Ugolini et al., 1988). Исследовано преимущественно механическое воздействие современных извержений на рельеф, водоемы, морфологию растительности в зонах современных пеплопадов, химическое воздействие газовых выбросов вулканов на атмосферу (Ловелиус, 1970; Мархини, 1980; Тупикин, 1983; Сидельников, Шафрановский, 1985; Карпов, Андреев, Магуськин, Мирошников, 2003; Дирксен, 2007; Гришин, 2009). В то же время, целенаправленных научных исследований, посвященных изучению влияния вулканической деятельности на геохимические особенности всех компонентов окружающей среды в комплексе, до настоящего времени фактически не проводилось, равно как и нет данных о региональном геохимическом фоне элементов в вулканических пеплах, растениях и природных водах Камчатки. Данные об особенностях геохимии почв, растений, донных отложений и природных вод, формирующихся в районах распространения известных по составу и принадлежности к конкретным источникам (вулканам) пеплов, позволят не только оценить роль вулканических пеплов в формировании геохимических свойств компонентов окружающей среды, но и провести детальное биогеохимическое районирование полуострова, которое на сегодня отсутствует.
Анализ имеющихся данных о голоценовом вулканизме на Камчатке и изучение обусловленных им специфических условий почвообразования позволил нам выделить на территории полуострова Южную и Северную провинции почв, формирование которых проходило под влиянием извержений вулканов, находящихся в разных стадиях развития, различающихся составом, объемом и периодичностью пеплопадов. По типичному строению почвенных профилей, составу, возрасту и принадлежности к конкретным извержениям их пепловых горизонтов в пределах Южной провинции выделено три района, в Северной – два. Почвы Южной провинции, развитые на кислых пеплах вулканов, находящихся в зрелой кальдерообразующей стадии развития, характеризуются более низким содержанием большинства химических элементов, слабой степенью насыщенности основаниями, более кислой реакцией среды, при относительно большем содержании гумуса и хорошо выраженных иллювиальных процессах. Почвы Северной провинции, образованные на пеплах современных извержений вулканов, находящихся в ранней базальтоидной стадии развития, имеют более богатый элементный состав, относительно повышенную степень насыщенности основаниями и более основную реакцию среды. Содержание гумуса в них пониженное, иллювиальные процессы не выражены. В целом вулканические почвы Камчатки, формирующиеся на слабовыветрелых, инертных и геохимически обедненных вулканических пеплах, характеризуются низкими фоновыми содержаниями большинства химических элементов относительно их общей распространенности в почвах континентов. В число элементов, встречающихся в надкларковых концентрациях в разных районах почвенных провинций Камчатки, входят – Sc, V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Ag и P. Наиболее низкие содержания в почвах характерны для B, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Ba, Pb. Более высокие фоновые содержания большинства элементов характерны для вулканических почв, образованных на основных и средних пеплах, в сравнении с почвами, развитыми на кислых пирокластических отложениях, что согласуется с особенностями геохимического состава вулканических пеплов Камчатки и кларками элементов в аналогичных типах магматических горных пород. Общую геохимическую специализацию вулканических почв Камчатки определяют P, Cu и Se, что выражается в их устойчивых надкларковых фоновых содержаниях для всех выделенных почвенных районов. Это обусловлено наличием сходных геохимических особенностей для почвоподстилающих вулканических пеплов различного петрохимического состава. Низкий геохимический потенциал вулканических почв Камчатки обусловлен их «оторванностью» от выветривающихся пород геологического основания, бедностью элементного состава вулканических пеплов, выполняющих роль почвообразующих пород, природно-климатическими условиями, не способствующими выветриванию пеплов, и физико-химическими свойствами почв, мало благоприятными для накопления легкоподвижных форм элементов, поступающих со свежими пеплами в процессе вулканических извержений. В почвах вблизи действующих вулканов, находящихся в фазе эксплозивной активности с регулярным выпадением свежих вулканических пеплов, существенно повышены содержания подвижных форм элементов относительно почв, развитых на пеплах аналогичного состава, в схожих природно-климатических условиях, но вне зон постоянных пеплопадов. Относительно высокие содержания подвижных форм элементов в почвах зон современных пеплопадов обусловливают богатый элементный состав живой массы растений. Для большинства микроэлементов, входящих в состав растений, характерны превышения над кларком живого вещества и существенно более высокие значения содержаний, чем в растительности, произрастающей в схожих природно-климатических условиях Камчатки, но вне зон активных пеплопадов. Наиболее сильное биологическое накопление в условиях пеплопадов испытывают Ag и V.
Публикации по теме:
1. Захарихина Л.В. Некоторые вопросы преобразования вулканических пеплов в процессе почвообразования // Вулканология и сейсмология. 2004. № 2. C. 79–86.
2. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Роль вулканических пеплов в формировании почвенно-растительного покрова в зоне современного эксплозивного вулканизма // Вулканология и сейсмология. № 1. 2008. С. 19-34.
3. Захарихина Л.В. Особенности почвообразования, связанные с разными фазами активности вулканизма (на примере Камчатки) // Бюллетень Почвенного института РАН. 2008. № 62. С. 50–63.
4. Захарихина Л.В. Роль вулканических пеплов в формировании геохимических свойств почв и растений в условиях современного вулканизма (на примере Камчатки) // Вестник Томского государственного университета. 2009. № 321. С. 188–195.
5. Захарихина Л.В. Особенности почвообразования в условиях активного вулканизма (на примере Камчатки) // Вестник Томского государственного университета, серия биология. – 2009. – № 3. С. 85–94.
8. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Генетические и геохимические особенности почв Камчатки. М.: Наука, 2011 г. 245 с.