Текст книги "Мир зеленого безмолвия"

Автор книги: Наталья Березина

Соавторы: Станислав Самсонов,Ольга Лисс
сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц)

ПРОШЛОЕ БОЛОТ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Познакомившись с основами классификации, а также с методами, позволяющими восстановить историю постепенного формирования болот до современного облика, можно с полным правом совершить экскурс в прошлое. Цель путешествия во времени – еще раз убедиться в необычайной сложности и длительности эволюционного развития заболоченных территорий, закономерности которого необходимо знать при современном освоении природных ресурсов. В своих изысканиях будем в основном придерживаться границ антропогена – последнего в истории Земли геологического периода, названного так в честь появления человека. До недавних пор он считался неизмеримо короче других периодов геологической истории нашей планеты. На его долю отводился «всего» один миллион лет. Таков был возраст наиболее древних слоев с остатками первых человеческих существ. Но в последние годы такие остатки обнаружили в горизонтах, которые значительно старше – как минимум втрое. Возможны и более древние находки. Соответственно увеличилась и продолжительность антропогена за счет сокращения предыдущего периода – плиоцена.

Изучение антропогена представляет большой научный интерес. Даже в рамках последнего миллиона лет климат земли несколько раз резко менялся. Северное полушарие пережило многократные ледниковые нашествия. Последний ледник отступил примерно 12 тысяч лет назад, после чего началось послеледниковое время, которое и называют голоценом.

Работы последних лет подтвердили, что повсеместное заболачивание началось около 10 тысяч лет назад. Одновременно анализ имеющихся палеоботанических, палеогеографических и других данных свидетельствует о заметных изменениях природных условий и в течение послеледниковой эпохи.

Сейчас известны циклические колебания климата различной протяженности – внутривековые, вековые, многовековые.

Изменения климата влияли на речной сток, полноводность озер, экологические условия, растительный и животный мир. От этого зависел и гидрологический режим болот. Повышение температуры всего лишь на десятые доли градуса способно вызвать существенные изменения природных условий: сократить площадь полярных льдов, отодвинуть многолетнюю мерзлоту и в более высокие широты, продвинуть к северу границы лесов и тундры. Внутривековые колебания климата особенно сказываются на той растительности, для которой какой-нибудь экологический или климатический фактор находится на пределе. Меняются среднегодовые температуры или количество осадков – от этого больше страдают растения степей, заливных лугов, горных склонов. Гораздо устойчивее сообщества, существующие долго, характерные для лесов или крупных болотных массивов.

В результате многолетнего изучения строения торфяников севера Европы и ботанического состава торфа скандинавским ученым Блиттом была выдвинута гипотеза о тесной связи растительности болот с изменениями климата. Одновременно схему климатических изменений разработал другой скандинавский ученый – Мунте. Она была основана на исследовании стадий развития Балтийского моря, выделенных после изучения ископаемых моллюсков в морских отложениях и остатков растений в отложениях суши.

В 1910 г. шведский геолог Р. Сернандер, используя собственные материалы, а также работы Блитта, Мунте и других, составил таблицу колебаний климата в голоцене. Ее называют схемой Блитта – Сернандера. Схема эта получила широкое распространение. Она издавна применяется в нашей стране при изучении отложений голоцена Русской равнины и Урала. Правда, подавляющее большинство исследователей сейчас использует модифицированную схему Блитта – Сернандера в комплексе с радиоуглеродным методом определения абсолютного возраста.

За шестьдесят лет существования метода спорово-пыльцевого анализа он нашел применение на очень многих торфяных болотах разных стран. Изучен состав ископаемых пыльцы и спор в последовательных слоях торфа, для многих из них установлен абсолютный возраст. Результаты отдельных работ обобщались, поэтому можно иметь представление об истории развития природы во все этапы послеледникового времени, вплоть до наших дней, и для разных регионов планеты.

Такую же работу проделали советские исследователи М. И. Нейштадт, воссоздавший картину природы прошлого для разных районов Советского Союза, и Н. А. Хотинский – для всей северной Евразии. Теперь известно, что заболачивание обширной Западно-Сибирской равнины началось еще до окончания ледникового периода, в пору глубокой температурной депрессии.

Первые болота возникли в наиболее выраженных понижениях рельефа, и их было немало. Древнейшие центры заболачивания обнаружены сейчас в подзонах северной, средней и южной тайги. Конечно, самыми древними оказываются лишь придонные слои торфа. Изучение их подтверждает, что ландшафт в ту эпоху формировался в условиях резко континентального климата. Лесов было мало. Господствовала травянистая растительность. Повсюду в этих районах существовала многолетняя мерзлота.

Заметное потепление и смягчение природных условий означало конец ледникового периода. Стали определяться современные ботанико-географические зоны: тундровая, таежная, степная. В первую очередь это происходило за счет расширения зоны лесов. Они сплошь покрыли обширные территории, продвинулись далеко на север и в значительно меньшей степени на юг.

Для полного перехода от почти безлесных пространств конца ледникового периода к послеледниковым лесным ландшафтам понадобилось около двух тысячелетий.

Следующий этап ознаменовался массовым распространением болот, которое еще более растянулось во времени. Менялась и окружающая их растительность. В частности, остатки пыльцы, отложившиеся в начале голоцена, убедительно свидетельствуют о преобладании темнохвойных, преимущественно еловых лесов, росших на прилегающих к болотам суходолах и в пределах современной тайги.

Массовое образование крупнобугристых болот началось в середине и в конце так называемого атлантического периода (7000—4500 лет тому назад). Озерково-грядово-мочажинный тип болот повсеместно стал формироваться еще раньше – в конце бореального (8000—7500) и в начале атлантического периода. В южной тайге массовое заболачивание шло в бореальном периоде. Чем дальше к югу лесной зоны, тем отложения торфа оказываются древнее. Это закономерно – южные районы раньше освобождались от влияния ледника.

Но массовое заболачивание лесостепи наступило значительно позднее, чем в таежной зоне. Можно предположить, что современные болотистые пространства Барабинской степи, упорно существующие вопреки климату, сохраняются лишь благодаря мощным болотным массивам, расположенным севернее. Гигантское Васюганское болото (уникальное по своим размерам даже для Западной Сибири), имеющее ныне площадь более чем в 5 млн. га, в атлантическом, а тем более позднее, в суббореальном (4500—2500 лет назад) периоде, могло оказывать значительное влияние на весьма обширные прилегающие с юга территории. Очевидно, это продолжается и в настоящее время.

Нижние слои торфяных залежей, мощность которых достигает 6 м и более, начинали отлагаться не позднее чем 8 тыс. лет назад. Соответственно при меньшей толщине горизонтов их низы датируются атлантическим, суббореальным и, наконец, (когда залежь только двухметровая) субатлантическим периодами.

Практически в течение всего голоцена существовали условия, благоприятные для появления и развития болот. В результате они захватывают огромные пространства на Западно-Сибирской равнине.

Теперь давайте более детально рассмотрим, какими же были природные условия, обеспечившие повсеместное заболачивание в Западной Сибири. Это интересно и важно, поскольку только таким путем становятся понятными современные факторы болотообразования в обширном регионе. Очевидно, вначале возникал комплекс каких-то причин, способствующих возникновению процесса, а дальше, как только болото достигало определенного критического размера, происходил качественный скачок. Развитие болотного массива приобретает относительную независимость, и он сам оказывает влияние на окружающий ландшафт.

Как уже говорилось выше, характерный для равнины замедленный поверхностный сток, близкое залегание грунтовых вод, даже выход их на поверхность – вот основные причины, которые привели на первой стадии к появлению ранних очагов заболачивания в пониженных частях рельефа. Постепенно торф заполнял ложбины, а затем начиналось заболачивание прилегающих участков. Растительность, характерная для переувлажненных местообитаний, захватывала все новые территории. Небольшие, сначала изолированные болота сливались в сплошные массивы, а слои торфа увеличивались в толщину. Так продолжалось тысячелетиями.

К середине послеледниковой эпохи процессы интенсивного болотообразования уже господствуют на солидной части равнины. Формируются столь мощные и обширные болотные массивы, что бывшие за последние тысячелетия колебания климата уже не оказывают существенного влияния на их центральную часть. Болотная растительность в центре крупных болот остается неизмененной в течение тысячелетий. Сохраняются не только ботанический состав торфа, но и степень разложения, влажность, зольность и иные признаки. Подобная закономерность наблюдается и для огромных болот Белоруссии, Карелии и других заболоченных районов.

В относительной автономности развития болотных массивов собственно нет ничего уникального. Известный советский географ А. В. Шнитников при изучении формирования озер, ледников, торфяников и подобных им естественных образований неоднократно убеждался (и убедил других), что влияние изменений, возникающих в окружающей среде, тем меньше, чем больше масса исследуемого объекта. Поэтому совсем не случайно центральные части крупнейших болот Западной Сибири площадью в десятки и сотни тысяч гектаров, обладающие торфяной залежью глубиной в четыре и более метров, успешно противостоят даже заметным колебаниям климата. На них чутко реагируют лишь небольшие по своим размерам болота и окраины старых солидных болотных массивов.

Эти закономерности сохраняют свою силу и в настоящее время. И несмотря на прогрессирующую аридизацию климата северного полушария, развитие западносибирских болот продолжается. Занимаемая ими площадь колоссальна.

ЛЬВЫ, ШАКАЛЫ И ВЕРБЛЮДЫ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА

Благодаря своей способности сохранять в слоях торфа остатки живших когда-то растений, болота стали идеальной природной летописью. Послойное изучение залежи дает четкую картину замены одних видов другими в полном соответствии с изменениями природных условий.

Болота Западной Сибири сравнительно молоды, но покрывающая их растительность появилась неизмеримо раньше – в прошлые геологические эпохи. Отпечатки тростника или рогоза обнаруживаются в отложениях плиоцена и даже миоцена. Уже тогда происходило и накопление торфа, дошедшего до нас в виде залежей бурого угля. На болотах северного полушария в изобилии рос болотный кипарис (таксодиум), черный кипарис (нисса), кипарис ложный (хамеципарис).

Различные виды болотного, черного кипариса по своему облику типичны для постоянно переувлажненной местности: основания деревьев вздуты, помимо центрального ствола они образуют массу побегов, идущих вертикально вверх от корней, особенно в тех местах, где они близко подходят к поверхности почвы. Такие побеги называются коленьями. Поднимаясь над поверхностью воды, они снабжают затопленные части растения необходимым количеством воздуха, и хорошо укоренившийся кипарис может долго существовать в подобных условиях.

Виды болотного и черного кипариса – хвойные растения, типичные для сравнительно недавних геологических эпох. Отложения бурого угля этого возраста в различных угольных месторождениях Евразии образовались, как показали исследования, из болотных отложений с большим количеством древесины болотного кипариса.

В настоящее время эти древние древесные породы сохранились на заболоченных участках юго-восточной части США, а также в Центральной Америке, мирно соседствуя с осоками, мхами и другими растениями, характерными для подобных сообществ.

В. И. Вернадский писал об этих реликтах древней флоры: «Быть может, при благоприятных геологических условиях болотистые таксодиевые леса Флориды могли бы через долгие тысячелетия дать пласты каменного угля» (1967).

К началу антропогена эти гиганты болотного царства оказались не в состоянии перенести резкие изменения климата, которые были связаны с наступлением ледникового периода. Область их распространения стала быстро сокращаться. Болотная растительность постепенно приобретала все более современный облик. Господство перешло к травянистым формам и мхам. В процессе эволюции в растительных сообществах время от времени происходило ослабление способности к конкуренции у одних видов и соответственно усиление ее у других. С течением времени деревья оказались менее жизненными, и на болотах стали преобладать мхи и травы.

Среди растений бывают виоленты, т. е. виды, которые энергично развиваются, захватывая все большую территорию и прочно удерживая ее за собой. Известный ботаник Л. Г. Раменский предложил этот термин, образно называя такие растения «львами растительного мира». Примером такого «льва» может служить ель. Это – порода-победительница, вытесняющая все другие древесные породы на умеренно влажных водораздельных пространствах нашей средней полосы. Если по какой-либо причине мощная порода («растительный лев») исчезнет, свободное место тут же начнут заполнять «шакалы растительного мира», так называемые эксплеренты (например, осина и береза).

Болотные кустарнички могли бы расти везде, но в природных условиях их теснят другие растения. Поэтому они вынуждены терпеть подобное отношение и влачить нищенское существование на верховых болотах. Их можно образно назвать «терпеливцами», или «верблюдами растительного мира». Сфагнум не является «львом» растительного мира, но там, где отсутствуют настоящие «львы», он способен формировать среду. Это – «ложный лев», или псевдовиолент.

Существует определенный взгляд на происхождение болотных кустарничков. Исследователи неоднократно отмечают их анатомо-морфологическое и биологическое сходство с субтропическими вечнозелеными жестколистными породами. Их предки несомненно входили в состав теплолюбивой флоры. Не случайно в оранжерейных условиях они весь год растут и образуют листья, резко увеличиваясь в размерах. Известны и палеоботанические данные, свидетельствующие о том, что наши северные клюква и черника появились еще в верхнемеловую эпоху и были широко распространены на поверхности древних материков как равноправные члены тропических и субтропических растительных сообществ.

Вторая половина мелового периода интересна тем, что тогда на Земле не существовало полярной и даже умеренной климатической зоны. Остатки древних магнолий, а иногда и пальм находят в Гренландии, на Шпицбергене. Такой мягкий климат существовал на Земле десятки миллионов лет. Ничто не мешало проникать далеко на север и предкам наших болотных кустарничков. А потом, когда начали формироваться современные климатические пояса, теплолюбивым растениям волей-неволей пришлось приспосабливаться к значительно более суровым условиям обитания: стать в несколько раз меньше, изменить цикл плодоношения. Одним словом, как говорят ученые, кустарнички прошли криофильный (морозный) путь развития.

Все усиливающееся похолодание климата, наступившее в начале неогена на равнинах северного полушария, обычно связывают с последней, альпийской эпохой горообразования. Мощная непрерывная стена горных хребтов, протянувшаяся с запада на восток, отгородила огромные пространства Европы и Северной Азии от теплых южных ветров. Заметно уменьшилось и годовое количество осадков.

Близких родственников наших болотных кустарничков, только сохранивших свой первоначальный древний облик, можно сейчас увидеть в тропической зоне, где они обитают в горных районах, поднимаясь до 3 км над уровнем моря. Здесь растительность представлена мелколистным, вечнозеленым криволесьем, где немало древовидной черники с такими же привычными для нас ягодами, но только они растут на деревьях и кустарниках до 15 м в высоту и плодоносят круглый год. А их родичи, обитатели болот умеренной и холодной зоны постепенно превратились в типичных «терпеливцев». Переселенцы из теплых краев не только должны были смириться с морозной зимой и сравнительно низкими температурами в остальное время года. Как более слабых, их к тому же вытеснили на самые неплодородные участки.

Существование какого-нибудь вереска в условиях верхового болота никак не назовешь оптимальным. Растения несут явные следы угнетенности, выраженные в большей или меньшей степени. Но это не мешает им быть удивительно живучими, сохранившими вот уже в течение миллионов лет способность быстро возвращаться к прежнему облику и циклу развития, попадая в более благоприятные условия. Заметно улучшается рост и цветение того же вереска просто при осушении болота. Но благоприятные условия длятся для него недолго. Бывшее болото быстро заселяется травами, вырастают молодые березки, и вереск снова вытесняется на заболоченные участки. Болотные кустарнички, как уже говорилось, отличаются очень низкой конкурентной способностью.

Что же дало в итоге возможность выходцам из тропических лесов приспособиться к предельно жестким условиям жизни на олиготрофных болотах, переносить высокое увлажнение, чрезмерное количество света? Чтобы основательно разобраться в этом, начнем немного издалека.

Многолетние данные по изучению физиологии растений подтверждают тесную связь водного, теплового, светового и минерального режимов, обусловливающих в комплексе рост и развитие организма. Наличие ряда химических элементов способствует протеканию процесса фотосинтеза. Нужны калий, азот, фосфор, сера, магний, очень немного железа. Для нормального обмена веществ особенно важен азот, который расходуется на построение белков, входящих в каждую клетку. Поэтому растению для его существования необходимы все новые и новые порции азота.

Но не только азот обеспечивает нормальную жизнедеятельность растительного организма. Одновременно идет не менее активное усвоение углерода. Ассимиляция двух важнейших элементов представляет собой единый процесс, протекающий при непосредственном участии света. Таким образом, продуктами фотосинтеза являются не только углеводы (как считали до недавнего времени), но также белки, аминокислоты и другие органические соединения. Известно, что синтез белка, а следовательно, и расход азота и других элементов увеличивается при повышении интенсивности света, проникающего в зеленый лист.

Очень своеобразно эти процессы протекают у болотных кустарничков, живущих на голодном минеральном пайке. Синтез белка идет у них предельно экономно, поскольку и азота в их распоряжении очень мало. Это достигается целым рядом приспособлений, значительно уменьшающих приток света, а следовательно, и интенсивность фотосинтеза. Растение очень медленно наращивает свою массу, но зато оно обходится минимумом минерального питания. И это еще не все.

Органические соединения, получаемые в процессе фотосинтеза, образуются в строго определенной пропорции. Среди них аминокислоты и белки составляют до 35%. При резком недостатке азота у растений олиготрофных болот их, конечно, образуется меньше, чем, скажем, у растений лугов. Соответственно должно уменьшиться и образование углеводов. Необходимый результат достигается болотными растениями также путем регулирования поглощаемого света.

Одна из основных ступеней фотосинтеза – фотохимическое разложение воды. Освобождающийся водород используется для образования углеводов; он входит также в состав белков и аминокислот. Ослабевает освещенность листа – меньше вырабатывается водорода, ограничивается и количество углеводов. Но растение вынуждено при этом потреблять минимум воды, хотя оно обитает в условиях избыточного увлажнения. Физиологически растительный организм вынужден быть засухоустойчив и это – результат острого дефицита минерального питания.

Только благодаря тому, что в процессе длительной эволюции выработался ряд сложных приспособлений для балансирования обмена веществ, пришельцы из теплых краев смогли сохраниться в новой непривычной природной обстановке. Но обошлось им это очень дорого. Выжили далеко не все, а выжившие стали карликами, скупцами, учитывающими каждую жалкую кроху минерального питания.

Но болотные кустарнички не одиноки в своем нищенском существовании. Исследования, проведенные учеными во влажных тропических лесах Австралии, показали, что и там, на почвах, бедных питательными веществами, живут многочисленные виды, которые тоже вынуждены были стать физиологически засухоустойчивыми. В данном случае они страдают от недостатка фосфора. По-видимому, светозащитные образования у растений могут возникать при недостатке любого необходимого химического элемента. Притормаживание процесса фотосинтеза становится обязательным для сохранения баланса обмена веществ.

В антропогене впервые в истории Земли возникла болотная растительность, когда господство от деревьев перешло к травам и мхам. Соответственно в этот период произошли резкие изменения в водно-минеральном режиме. Если накопление растительных остатков в прошлом происходило в щелочной среде, то торф голоцена образовался в кислой.

Эволюция растительности болот и накопление торфа тесно связаны, однако присутствие торфяной залежи для каждого болота необязательно. Заболоченные пространства без торфа существуют сейчас близ экватора в Африке и в других районах Земли. Не имеют отложений торфа и многие пойменные болота.

Особенно динамичны болотные растительные сообщества в первые периоды своего существования. Затем они стабилизируются и могут существовать без заметных перемен уже сотни и даже тысячи лет. О том, что в первые периоды болотообразования смена растительности происходит сравнительно быстро, можно судить по пестроте нижних слоев торфяной залежи. Сходная картина наблюдается на окраинах крупных и в торфяных залежах небольших болот. Далее, при достижении болотным массивом определенного объема наступает относительно устойчивое состояние фитоценоза. Особенно четко оно выражено в центральных частях крупных болот.

Сложны и противоречивы взаимосвязи между болотом и окружающими его другими типами растительности (лугов, лесов). В северной части таежной зоны болота весьма агрессивно наступают на леса. Особенно на участках, используемых людьми в своей хозяйственной деятельности. В первую очередь заболачиваются вырубки, гари, где почти полностью уничтожен первоначальный растительный покров.

Существует роковая закономерность. Стоит процессу заболачивания охватить достаточно большую территорию, как определяющим фактором дальнейшего его развития становятся сами болота (конечно, люди в состоянии прервать его). Рост торфяной залежи вызывает подпор и повышение уровня грунтовых вод на окружающей территории. Подтапливание почвенного горизонта создает благоприятную среду для расселения болотной растительности.