| 16. |
Аннотация |
География почв и гляциология всегда считались комплементарными дисциплинами географического цикла. На первый взгляд, действительно, почвенный покров начинается там, где нет покровных и горных оледенений. Между тем в настоящее время после завершения инвентаризационного этапа изучения как почвенных, так и ледниковых ресурсов, происходит расширение фронта общественно-значимых научно-практических задач, связанных, прежде всего, с изучением последствий климатических изменений. Оказывается, что взаимодействие почвенно-мелкоземного материала (эолового, моренного) с поверхностью ледника, о котором было известно уже давно, несмотря на весьма незначительный общий вклад массы этого материала в тело ледника, оказывает существенное влияние на процессы его таяния, а микробиологические процессы, происходящие в зонах скопления минеральных частиц на ледниках, весьма значимы для оценок потоков углерода в системе «супрагляциальные экосистемы - атмосфера». Однако в настоящее время исследования процессов в органо-минеральных образованиях, формирующихся на поверхности ледников, сильно разобщены – гляциологов более всего интересует происхождение и источник минеральных примесей в ледниковых разрезах и кернах, микробиологов – состав и функционирование микробоценозов в экстремальных условиях, биогеохимиков – процессы трансформации вещества в условиях дефицита питательных элементов, экологов – особенности функционирования примитивных экосистем супрагляциальных образований. Почвоведы, за очень редким исключением, вообще не считают эти объекты своими, несмотря на явное проявление в них процессов почвообразования, причем не только на микроуровне.
Сведения о строении супрагляциальных органо-минеральных систем разобщены и не систематизированы. Известно только, что набор их довольно широк – от 1) разноцветных органогенных (без минерального мелкозема?) водорослевых пленок и продуктов их разложения гетеротрофными организмами («ледовые почвы»), с одной стороны, и тонких минеральных прослоек (абиогенных?) в полярных и высокогорных ледниках и многолетних морских льдах, с другой, до 2) криоконитов (аккумуляций эолового и гравитационного материала на поверхности ледников), обогащенных биогенными элементами и обладающих специфической структурой, и 3) «гляциальных» почв под развитой растительностью вплоть до лесной на метровом слое мелкозема, подстилаемом толщей мертвого льда (Glacic Cryosols).
Между тем познание всех этих почвоподобных образований имеет большое фундаментальное значение, выходящее за рамки гляциологии и почвоведения и имеющее значение для наук о Земле в целом. Дело в том, что на протяжении большой части геологической истории, начиная с палеопротерозоя, на Земле периодически создавались условия широкого распространения ледников даже в условиях низких широт «Земля-снежный ком» (Snowball Earth), когда не было высшей растительности и могли только существовать органо-минеральные образования в супра- и перигляциальных условиях, подобные тем, что мы можем наблюдать и сегодня. Поэтому их можно рассматривать как современные аналоги биокосных тел далекого прошлого. Познавая их, мы подходим к тайнам органо-минеральных взаимодействий древних эпох. Подобные тела в почвенном покрове Земли возникали и много позже во время плейстоценовых оледенений. Изучение состава и функционирования этих образований позволяет также перекинуть мост к подобным внеземным телам, формирующимся на ледниковых шапках Марса, других холодных планет и их спутников. В недавно опубликованном обзоре (Rivkina et al, 2018) было показано, что в гляциосфере, как в части криосферы, сохраняются жизнеспособные микроорганизмы, делая криосферу Земли уникальной моделью для астробиологии.
Помимо фундаментально-научного значения, исследование экстремальных почв и их географического разнообразия имеет большое социально-экономическое значение.
Согласно Прогнозу научно-технологического развития Российской Федерации до 2030 года одной из ключевых проблем является развитие Арктического региона, а изучение Мирового океана и Антарктиды также находится среди приоритетов нашей страны, не говоря уже о динамике высокогорных ледников, регулирующих речной сток в населенных областях нашей страны. Решение этих задач невозможно без гляциологического и эколого-почвенно-географического обеспечения.
Актуальность проекта имеет и некоторое научно-политическое значение. Пока российские исследования криоконитов и других супрагляциальных систем немногочисленны по сравнению с тем, что уже сделано в мире. Однако развиваемое в последнее время в нашей стране направление «экстремального почвоведения» и выполнение в его рамках крупного обобщения по супрагляциальным органо-минеральным образованиям, основанного, в том числе, и на уже полученных данных, но интерпретированных на основе новых подходов может обеспечить осязаемый прорыв в этой сфере знаний, имеющий международное значение.
Предлагаемый проект сможет объединить усилия отечественных географов-почвоведов и гляциологов, а также экологов и микробиологов с целью изучения супрагляциальных органо-минеральных образований в полярных и высокогорных областях, их разнообразия, географии, возраста, потоков и запасов углерода в них, их микробиологических характеристик, а также биосферной роли, особенно при формировании инициального почвенного покрова после отступания ледников, обусловленных климатическими изменениями. Предполагается выполнение проекта на базе коллектива специалистов из Института географии РАН с привлечением коллег в области микробиологии из других организаций.
Новизна постановки центральной задачи проекта заключается как в вовлечении в исследование новых для географии почв объектов, так и в ее холистическом (целостном, всеобъемлющем) характере, что обеспечивается привлечением наиболее релевантных специалистов – почвоведов, гляциологов, специалистов по дистанционным методам и изображениям, экологов и микробиологов.
Объектами исследований предполагаются ледники, многолетние снежники и приледниковые хроноряды почвенно-моренного материала на архипелагах Высокой Арктики (Шпицберген, Земля Франца-Иосифа), в Восточной Антарктиде, а также в высокогорьях Кавказа и Алтая. В качестве дополнительных объектов рассматриваются органо-минеральные образования на многолетних морских льдах Арктики и ледниках Камчатки. Исследование этих объектов будет осуществлено на основе анализа их географического распространения, наземной и дистанционной съемки разного масштаба и глубокого изучения вещества. Оно будет произведено на основе разработанного в коллективе иерархического морфо-генетического исследования, принцип которого заключается в последовательном изучении явлений и признаков на каждом уровне структурной организации объекта: макро- (n*102-n*10-1 м), мезо- (n*100-n*10-4 м), микро- (n*10-2-n*10-5 м) и субмикроморфологическом (n*10-3-n*10-8 м).
Высокая технологичность и современный мировой уровень исследований будет обеспечен также «точечным» определением химического состава каждого микроучастка профиля и его возраста на основе энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, радиоуглеродного датирования разных фракций органического вещества с применением ускорительной масс-спектрометрии(AMS), исследования стабильных изотопов углерода и азота. Экологические исследования предусматривают полевые и лабораторные газометрические оценки валового экосистемного дыхания, первичной и вторичной продукции, а также нетто-баланса С(СО2) супра- и перигляциальных образований с последующим перенесением пространственного нано- и микромасштаба потоков углерода на мезо- и макромасштаб. Кроме того, планируется провести количественную оценку запасов СО2 в разных фазах и на разных стадиях формирования почв и почвоподобных тел этих объектов, и с помощью изотопных методов установить относительный возраст углерода выделяющегося из почвы в составе СО2 в пределах аналоговой хроносерии после отступления ледника. Микробиологические характеристики будут изучены методами люминесцентной и светооптической микроскопией, количественной ПЦР, учета активности микробной биомассы и азотфиксаторов и денитрификаторов и др. (см. п.4.6).
Запланированные результаты могут быть получены на основе уже собранных, но не обработанных материалов, а также на основе сбора материала по новым объектам, необходимым для выявления полноты пространственно-временных закономерностей супрагляциальных органо-минеральных образований. |