Растительный покров и криолитозона Земли

Растительный покров образует своеобразную переходную зону между литосферой, почвой и атмосферой. Наличие растительности обусловливает новые условия тепло- и влагообмена между почвой и атмосферой, различные для разных видов растительного покрова и отличные от тех, которые характерны для участков, где его нет. Растительность отражает и поглощает солнечную радиацию, испаряет и конденсирует влагу, замедляет скорость ветра, повышает влажность воздуха, задерживает и аккумулирует снег. Мерзлые толщи и растительные покровы, как правило, развиваются в тесной взаимосвязи, реагируя на изменения друг друга. Это обстоятельство используется как для построения палеогеографических реконструкций, так и является основой для суждения о соответствии между мерзлотными и геоботаническими условиями и широко применяется при проведении площадных геокриологических исследований. К настоящему времени в отечественной литературе достаточно полно, включая натурные наблюдения и комплекс расчетных методов, изучено влияние растительности на формирование и динамику глубины сезонного промерзания и протаивания, температурный режим верхних горизонтов многолетнемерзлых пород (Кудрявцев, 1954, 1961, 1978; Тыртиков, 1963, 1969; и др.). Множество работ посвящено динамике растительного покрова и развитию мерзлотных ландшафтов и мерзлотных форм рельефа (Городков, 1935, 1946; Сочава, 1944; лртиков, 1979; Crocker and Major, 1955; Tisdale et. al., 1966; Brown, 1968; и др.).

Палеогеографическая обстановка на протяжении плейстоцена благоприятствовала возникновению многолетней мерзлоты. Ее появление имело важное ландшафтообразующее значение. Вместе с другими компонентами природной среды многолетняя мерзлота окаазывала сильное влияние и на процесс формирования сообществ холодоустойчивых растений. Формирование холодовыносливой флоры и тундровых ландшафтов сводилось к постепенному вымиранию во второй половине кайнозоя термофильных форм и появлению форм, более приспособленных сначала к умеренным, а затем и арктическим условиям обитания (Лазуков, 1977). В Северном полушарии аркто-третичные лесные флоры с богатством родового и видового состава постепенно замещаются новыми в экологическом отношении флорами и растительными группировками. Главной их особенностью является безлесие и преобладание растений, хорошо приспособленных к суровым климатическим условиям, сформировавшимся в зоне ледовитого бассейна, низких температур и высокой континенталъности климата. В Южном полушарии, в полярных районах развитие растительных сообществ имеет свою специфику, одной из главных причин второй является изолированность Антарктиды от других континентов. Подобно иным формам жизни в Антарктике, многие виды растений здесь являются эндемичными. Доподлинно неизвестно, как попали в Антарктиду растения: остались ли они от древних более теплых времен или их семена были занесены океанскими течениями, ветрами, птицами. Южной (антарктической) границей флоры служит антарктическая конвергенция. Лежащая дальше на север субтропическая конвергенция находится приблизительно на широте южной границы леса.

Распространение мерзлых толщ и растительных покровов подчинено широтной зональности и высотной поясности теплообмена. Широтная зональность выражается в закономерной смене типов растителъности от арктических и антарктических пустынь на севере и юге до лесостепной и степной зон в северном полушарии, где зафиксировано распространение многолетнемерзлых пород. В южном полушарии в пределах материковой части Южной Америки многолетнемерзлые породы имеют локальное распространение лишь в высокогорной части Анд, а также на ряде островов в приантарктической части Атлантического и Тихого океанов. Каждая из природных зон (рис. 4.2) обнаруживает внутри себя изменения, по которым выделяются две, а чаще три широтные подзоны, большей частью различные в меридиональных секторах. В горных районах на фоне широтно-зональных закономерностей распространения растительности и мерзлых толщ прослеживается высотная геоботаническая и геокриологическая поясность. В область распространения многолетнемерзлых пород включаются также высокогорные участки в Азии и Африке, расположенные в тропическом и экваториальном поясах и характеризующиеся спецификой растительных покровов.

Арктические пустыни распространены на крайнем севере Арктики (северное побережье Гренландии, север Канадского Арктического архипелага, острова Ледовитого океана, северные окраины материковой суши Азии). Арктические пустыни отличаются преобладанием пространств, лишенный растительности. Вопрос происхождения и развития пятнистых тундр арктических пустынь остается дискуссионным. Большинство исследователей признают, что причины образования пятен различны в различных условиях (морозобойное трещинообразование, ветровая корразия и др.), отводя решающую роль процессу так называемого морозного кипения. Существует также точка зрения, что естественная динамика растительного покрова — главнейший фактор формирования полигональных пятнистых тундр и их развития (Тыртиков, 1979).

К югу от арктических пустынь в северном полушарии распространен тундровый тип растительности. В его покрове ведущая роль принадлежит мхам, лишайникам, кустарничкам и кустарникам, при полном отсутствии древесной растительности. Полнота и сложность растительного покрова тундр возрастает с севера на юг. Выделяется несколько поясов тундр — северные, средние и южные, а также несколько провинций — Восточно-Европейская, Западно- Сибирская, Восточно-Сибирская, Чукотско-Аляскинская, Канадская и Гренландская, различающиеся видовым составом тундр (Александрова, 1977). Так, в западных районах тундровой зоны России плакоры заняты крупноерниковыми тундрами с хорошо развитым ярусом карликовой березки. В районах Восточной Сибири на плакорах появляются мелкоерниковые тундры, на Чукотке и Аляске господствуют кочкарные тундры с примесью карликовой березки и ив. В канадской Арктике преобладают тундры с доминированием гипоарктических кустарничков.

Северные, или арктические тундры характеризуются разреженными травяно-моховыми и кустарничковыми группировками с лишайниками, чередующимися с гипново-травяными болотами. Почвенный профиль маломощен — мощность гумусового горизонта не превышает 7 см.

Арктические тундры переходят южнее в типичные тундры, представленные моховыми, лишайниковыми и кустарничковыми группировками, иногда замещающимися осоково-пушицевыми коч- карными тундрами. Тундровые глеевые почвы (типичные и оподзо- ленные) отличаются небольшой мощностью, малым содержанием гумуса, повышенной кислотностью и оглеенностью.

На юге тундровой зоны преобладают кустарниковые тундры, главными компонентами которых являются низкорослые виды берез и ив. Помимо травяно-гипновых болот в подзоне кустарниковых тундр появляются сфагновые болота. В видовом отношении северо-американские тундры мало отличаются от евразиатских. В северной части преобладает арктическая тундра с мохово-лишайниковой растительностью, в южной — травяные покровы из осок и злаков, карликовые древесные породы (береза, ива, ольха). Характерно обилие заболоченных участков.

Из трех тундровых подзон, которые принято различать в Арктике, южная — относительно теплая, влажная с хорошо развитым растительным покровом. Южная и средняя арктические тундровые зоны в пять раз богаче видами растений, чем северная.

Мохово-лишайниковые, лишайниковые и мохово-торфяные покровы тундр, являясь теплоизоляторами, препятствуют летнему прогреву почвы. Вместе с тем они уменьшают теплоотдачу с поверхности почвы в холодный период. Отличительная особенность увлажненных естественных напочвенных покровов — существенное изменение их теплопроводности при переходе из талого состояния в мерзлое. По данным натурных наблюдений (Павлов, 1965), коэффициент теплопроводности мохово-лишайниковых покровов в талом состоянии составляет 0,1—0,7 Вт/(мК), что в 1,5—2 раза меньше, чем в мерзлом. Слой мха мощностью 2—3 см сокращает сумму летних температур в 1,5 раза и более. Зимой моховой покров вследствие резкого увеличения коэффициента теплопроводности в меньшей степени влияет на температурный режим грунтов. Чем больше толщина мохового покрова и чем меньше его влажность, тем большее влияние он оказывает на среднегодовую температуру грунта. В зависимости от разницы коэффициентов теплопроводности моховых покровов в талом и мерзлом состоянии, продолжительности летнего и зимнего периодов, мощности снега, моховые покровы могут оказывать как охлаждающее, так и отепляющее влияние. В пределах южной тундры и большей части лесотундры развитие растительности уменьшает, а уничтожение растительности увеличивает глубину протаивания. После уничтожения растительного покрова на льдонасыщенных участках здесь нередко усиливается термокарст, со- лифлюкционные и оползневые процессы. Развитие растительности в водоемах способствует промерзанию таликов. Рисунок растительных покровов в тундровой и лесотундровой зонах дешифрирует и подчеркивает мерзлотные формы микро- и мезорельефа (полигональные формы, солифлюкционные образования, делли, термокарст и др.).

Южная полярная область характеризуется крайне суровыми климатическими условиями. По распространению растений делится на прибрежную часть, где господствуют мхи, Антарктический склон с преобладанием лишайников и ледниковое плато, на котором среди снега и льда встречаются только красные и зеленые водоросли. Всего на доступных участках суши и в озерах Антарктиды выявлены два вида цветковых растений, около 75 видов мхов, 9 родов печеночников, около 400 видов лишайников, 360 видов водорослей — значительно меньше, чем в Арктике. Антарктические растения очень редко образуют покров, хотя бы отдаленно напоминающий тундровый. Только на западном берегу Антарктического полуострова (Земля Грейама) климатические условия благоприятствуют существованию сплошного растительного покрова. Почвенный слой Антарктиды, там где он вообще существует, крайне маломощный и представлен небольшими карманами кислого перегноя. На западном берегу Антарктического полуострова и на ближайших островах тянутся гряды мшистого торфа, мощность которого достигает 2 м, а возраст торфяных отложений 2000 лет (Карлтон Рэй, Маккормик-Рэй, 1988). Севернее располагается область субантарктических травяных подушечников (Александрова, 1977), в которую входят некоторые прилегающие к Антарктиде острова (Южная Георгия, Кергелен, Эмеральд, Принс- Эдуард и др.).

В северном полушарии между тундровым и лесным типами растительности размещается лесотундра (предтундровые редколесья). В лесотундре встречаются одновременно лесные и тундровые (мохово-лишайниковые и кустарничковые сообщества) растительные группировки. Древесная растительность, растущая на севере преимущественно в долинах, — это светлые редколесья, криволесья и редины, в которых угнетенные деревья отстоят друг от друга на большом расстоянии. Корневая система их сосредоточена в верхнем лучше всего прогреваемом слое почвы. Тундровые сообщества занимают меньшую площадь, чем на севере, и приурочены к участкам, отличающимся наиболее суровыми условиями. Широко распространены в лесотундре мерзлые плоские торфяники в сочетании с осоково-гипновыми и пушицево-осоково-сфагновыми болотами. Луговая растительность развита в поймах рек и днищах осушенных озер. Флористический состав лугов лесотундры несколько богаче, чем в тундре, добавляются различные виды осок и разнотравья. Заросли крупных кустарников занимают не только долины малых рек и ручьев, но и нижние участки склонов.

Взаимоотношения тундры и леса отличаются большой сложностью и динамичностью. Помимо климатических факторов на динамику границы леса оказывают воздействие мерзлотные условия, рельеф, эрозионная расчлененность, неотектоника, а также ряд экологических причин. У хвойных пород, например, в течение короткого лета хвоя не успевает полностью развиться: она засыхает и вымерзает, если нет защищающего ее снежного покрова. Большое количество снега ветер приносит прежде всего в речные долины, поэтому деревья сохраняются здесь лучше, чем в других местах. Вопрос о взаимоотношении тундры и леса до сих пор остается дискуссионным. Наблюдаются естественные сдвиги границы: например, на Аляске и террасах р. Маккензи выявлено продвижение леса на север, а в дельте этой реки и на п-ове Лабрадор — отступание лесотундры на юг. Северная граница лесотундры совпадает с полярной границей распространения деревьев. Самый северный реликтовый участок леса расположен на полуострове Таймыр — урочище Ары-Мас (72° с.ш.). Самые южные точки распространения тундры находятся на восточном побережье Лабрадора и па южном берегу Гудзонова залива (53—54° с.ш.). Границу распространения деревьев в различных регионах определяют разные виды древесных пород: в Скандинавии береза извилистая, от Белого моря до Урала — ель сибирская, от Урала до Енисея и далее на восток — даурская и сибирская лиственница, в Северной Америке чаще всего канадская и черная ель и лиственница американская.

Переход от лесотундры к зоне северной тайги постепенный, граница во многом условная. Само распределение таежных ландшафтов ограничено ресурсами тепла и влаги (Пармузин, 1985). Деревья практически не растут севернее июльской изотермы 10°С. Зона хвойных лесов (тайга) характеризуется теплым летом со среднегодовой температурой воздуха не более +18°С, средняя температура воздуха самого холодного месяца не поднимается выше — 10°С. Продолжительность вегетационного периода не более 180 дней. Важную роль играет также режим увлажнения — при среднегодовых осадках 400 мм без дополнительного почвенного увлажнения хвойные деревья становятся угнетенными. Тем не менее, например, в Восточной Сибири леса растут и при осадках 150 мм в год. Этому способствует развитие многолетнемерзлых пород, компенсирующих влагу (Пармузин, 1985).

Во внутриконтинентальных районах Евразии, где развиты многолетнемерзлые породы, доминируют светлохвойные леса. До Енисейского кряжа, в зоне прерывистого и островного распространения многолетнемерзлых пород преобладает темнохвойная тайга с подзолистыми и болотными почвами. Восточнее, в зоне преимущественно сплошного и прерывистого распространения многолетнемерзлых пород, темнохвойные породы деревьев заменяются лиственницей, тайга в целом редеет, появляются мерзлотно-таежные почвы. Светлохвойная тайна господствует вплоть до бассейна р. Зеи. С увеличением площади таликов и нарастанием мощности сезонно-талого слоя древостой становится гуще с включением в него темнохвойных деревьев. Лиственничные леса самые распространенные в тайге, они крайне нетребовательны к почвам и режиму увлажнения. Широко распространены также сосновые, кедровые, кедрово-еловые, кедрово-пихтовые, кедрово- елово-пихтовые леса. Основной фон образуют подзолистые почвы. Ельники приурочены к суглинистым почвам с достаточным дренажем. К хвойным породам в тайге примешиваются породы мелколиственные, преимущественно береза и осина. Существенное значение в полосе сухих лиственничных лесов Центральной Якутии имеют безлесные открытые луговые пространства. Они встречаются в поймах рек, но особенно характерны для днищ термокарстовых котловин — аласов.

Распространение типов растительного покрова в Северной Америке в зоне тайги имеет некоторые особенности. Для восточной части континента характерно распространение эндемичных американских видов хвойных деревьев: канадская ель, американская лиственница, сосна Банкса, бальзамическая пихта. Поверхность почвы в лесах покрыта мхами и лишайниками. Почвы изменяются от типично подзолистых на юге до мерзлотно-таежных на севере зоны. Хвойные леса тихоокеанского побережья имеют также своеобразный облик, они богаты по видовому составу как деревьев, так кустарников и трав. Постоянно насыщенный влагой воздух благоприятствует развитию высокоствольных деревьев. Гор- но-таежные темнохвойные леса Западного побережья характеризуются развитием ситхинской ели, дугласовой пихты, тсуги. Подлесок почти отсутствует, в наземном покрове изобилуют мхи и папоротники.

Как и в других широтных зонах, в тайге различают три подзоны: северную, среднюю и южную. Они весьма разнородны в зависимости от изменений континентальное™ климата и геологогеоморфологического строения. В тайге господствуют лесные ландшафты. Во многих районах низменно-западинный рельеф в сочетании с избыточной влажностью порождает болота как самостоятельный тип ландшафта в таежной зоне.

Динамика растительности в зоне северной тайги существенно влияет на протаивание многолетнемерзлых грунтов. Так, после лесных пожаров, уничтожающих торфяно-моховый слой, глубина протаивания увеличивается на 75—95 см (Тыртиков, 1969). Лесная и кустарниковая растительность в связи с затеняющим эффектом снижает приток солнечной энергии к поверхности почвы, что способствует уменьшению летнего прогрева поверхности по сравнению с открытыми участками, задерживает снеготаяние. Степень влияния лесной растительности на температурный режим пород тесно связана с геоботанической зональностью. Чем больше поверхность фитомассы леса, зависящая от высоты, густоты и сомкнутости основных его ярусов, тем меньше проникает солнечных лучей к поверхности почвы. Поэтому с увеличением сомкнутости крон в направлении с севера на юг роль лесов в формировании среднегодовой температуры пород меняется. В редколесьях лесотундры, редкостойных лесах и кустарниках северной тайги сокращение притока солнечной радиации к поверхности почвы компенсируется уменьшением турбулентного теплообмена, а в условиях сильных ветров в них накапливается более высокий и рыхлый снежный покров. В результате среднегодовая температура пород в лесах превышает температуру пород на безлесных участках. С увеличением сомкнутости сокращение прихода радиации столь существенно, что уменьшение турбулентного обмена не может его компенсировать. Растительный покров помимо прямого влияния оказывает косвенное влияние на температурный режим пород, воздействуя на интенсивность метелевого переноса и на величину поверхностного испарения снега. В ельнике высота снежного покрова на 40% меньше, чем в лиственничнике. Ель и сосна в отличие от лиственницы не сбрасывают хвою на зиму, что существенно увеличивает их экранирующее влияние при выпадении снега. При слабых ветрах в густых темнохвойных лесах высота снежного покрова значительно меньше, чем на безлесных участках. Поэтому в средней, южной тайге и в области развития талых пород лес является охлаждающим фактором.

Значение смены одних видов растительности другими в формировании многолетнемерзлых толщ возрастает при движении с севера на юг и особенно велико в районах, примыкающих к южной границе криолитозоны. В этом же направлении увеличивается степень приуроченности растительных сообществ к типам сезонного промерзания и протаивания и возрастает индикационное значение растительного покрова (Кудрявцев, 1978). У южной границы распространения многолетнемерзлых пород мерзлота очень неустойчива и под влиянием изменений природных факторов, в том числе и растительного покрова, быстро изменяется. В южной части криолитозоны динамика растительного покрова является одним из ведущих индикаторов развития и деградации мерзлых толщ. Возникновение многолетнемерзлых пород соответствует определенной стадии развития растительности — лесов со сплошным моховым покровом, темнохвойных сомкнутых лесов, кустар ничково-сфагноых и осоково-сфагновых болот (Тыртиков, 1969). Процессу развития подобных типов растительного покрова сопутствует понижение температуры воздуха и пород, увеличение мощности многолетней мерзлоты и уменьшение глубины сезонного протаивания пород. Главную роль в динамике многолетнемерзлых пород играет развитие мхов и обусловленное этим накопление торфа. После уничтожения мохового покрова и торфа в темнохвойных лесах начинается деградация мерзлых толщ.

Ряд областей центральноазиатских степей и лесостепей характеризуется развитием многолетнемерзлых толщ (прежде всего в Монголии и на севере Китая). Полоса подтаежных и лесостепных ландшафтов с развитием многолетнемерзлых пород протягивается в Забайкалье до подошвы Восточного Саяна. Безлесные лугово-степ- ные участки распространены на Центральноякутской равнине и в пределах Лено-Алданского плато.

К сибирской горной тайге на севере Монголии примыкает зона лесостепи — она представляет собой горную лесостепь, расположенную на высоте 1000—3000 м над уровнем моря (Гобийский Алтай). Здесь распространены злаковые степи. Южнее к ним примыкает опустыненная степь, переходящая в пустыню Гоби. Степи Центральной Азии характеризуются резкоконтинентальным климатом, при котором снежный покров зимой практически не образуется — осадки выпадают лишь в июне. Самое теплое время года совпадает с максимумом выпадения осадков, поэтому происходит бурное летнее развитие растений. Особенно большое флористическое многообразие обнаруживается в горной лесостепной зоне. В горных районах прохладные и влажные северные склоны, покрытые лесами, характеризуются наличием многолетне- мерзлых пород. Участки многолетнемерзлых пород способствуют значительно лучшему увлажнению горных склонов. На сухих восточных и западных склонах и в долинах на черноземах развиваются луговые степи. На сухих щебнистых почвах южных склонов — щебнистые степи. Каштановые почвы на склонах долин и высоких террас покрыты злаковыми степями. В увлажненных заболоченных низинах развиты мерзлые бугристые торфяники. Таким образом, в горной степи последовательная смена растительных сообществ и почв от северного склона к южному характеризуется и сменой мерзлотных условий.

Дата добавления: 2014-01-20