Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Лихенометрический метод в изучении современных геоморфологических процессов на Северо-Востоке России

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Лихенометрический метод в изучении современных геоморфологических процессов на Северо-Востоке России"

На правах рукописи

л

г--"'

Галанин Алексей Александрович

Лихенометрический метод в изучении современных геоморфологических процессов на Северо-Востоке России

11.00.04 - геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Владивосток 19 97

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре "Чукотка" Северо-Восточного научного центра Дальневосточного отделения Российской Академии Наук

Научные руководители доктор географических наук

Смирнов В.Н.

доктор географических наук, профессор Титов Э.Э.

Официальные оппоненты - доктор географических наук, профессор

А.М. Короткий

кандидат географических наук, доцент Ю.К. Ивашинников

Ведущая организация -

Институт географии СО РАН

Защита состоится 25.04. 1997г. часов на заседании диссертационного совета Д 200.24.01 по защите ученой степени доктора географических наук в Тихоокеанском институте географии ДВО РАН по адресу: 690041, Владивосток, ул. Радио, д. 7 .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Тихоокеанского института географии ДВО РАН.

Автореферат разослан " " мзрта 1997г.

Ученый секретарь <г1(^>//'/

Диссертационного совета < 1 Скрыльник Г.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При изучении характера и интенсивности современных экзогенных ландшафтообразующих процессов часто возникает необходимость оценки возраста, стабильности или мобильности различных поверхностей. В горных странах к таким процессам относятся выветривание, перемещение обломочного материала вниз по склону, систематические и случайные паводки на водотоках, приводящие к размыву или перемыванию пойм, землетрясения, сопровождающиеся горными обвалами, тектоническими рвами и уступами, нивально-гляциальные и криогенные процессы пучения и сортировки, почвообразование, восстановление техногенно нарушенных ландшафтов. Изучение интенсивности и динамики этих процессов необходимо для оценки инженерно-геологических условий при строительстве, прокладке дорог и коммуникаций.

Традиционные методы определения возраста (радиоизотопный, реперный и др.) в интервале до 1000-1500 лет часто бывают недоступны либо из-за отсутствия представительных проб, низкой точности в данном диапазоне, или высокой трудоемкости и стоимости.

Цель и задачи исследований заключались в апробации лихенометрического метода в северо-восточном регионе и в усовершенствование методики лихенометрического датирования на основе имеющегося мирового опыта, а также в расширении области применения лихенометрического метода для индикации некоторых современных экзогенных процессов. Исследование базируется на решении следующих задач: а) анализе имеющегося мирового опыта в области применения лихенометрического метода; б) выявлении видов накипных лишайников, наиболее пригодных для лихено-метрической индикации на Северо-Востоке России; г) изучении экологических особенностей этих видов и выявлении их основных местообитаний; д) определение скоростей и параметров роста лишайников -индикаторов возраста; е) определении факторов окружающей среды влияющих на параметры роста; ж) обосновании и разработке методики датирования динамических объектов; з) оценке возраста объектов различного генезиса и динамики с использованием выбранных видов лишайников; и) сравнении оценок возраста с данными, полученными на основе других методов и другими авторами, выявление пределов ошибок и временного интервала применения лихенометрического метода; к) оценке интенсивности современных геоморфологических процессов, протекающих на различных объектах коллювиальной морфоскульптуры.

Основные результаты исследований и их научная новизна заключаются в следующем: а) определены виды лишайников, которые могут использоваться как индикаторы при проведении лихено-метрической оценки времени экспонирования каменных поверхностей в исследуемом регионе; б) обоснованы математические формулы для

приблизигелыюго расчета параметров роста лишайников-индикаторов и времени экспонирования каменных поверхностей; в) выявлены закономерности роста используемых видов на поверхностях различного ландшафтного положения, морфологии, петрографического состава; г) определены скорости обновления различных каменных поверхностей рельефа и интенсивность протекания некоторых современных геоморфологических процессов; д) предложен вариант методики лихенометрического датирования на Северо-Востоке России; е) предложены новые методические подходы к исследованию лишайниковых сукцессий, взаимоотношений между накипными лишайниками и литоосновой.

Практическая значимость работы. Проведено датирование различных геоморфологических объектов. Разработаны практические рекомендации для проведения лихенометрического датирования в исследуемом регионе. Оценена интенсивность динамики склонов, процессов криогенной сортировки, выветривания, противодену-дационной устойчивости различных пород. Проведено датирование палеосейсмодислокаций в Примагаданье. Результаты исследований могут использоваться при инженерно-техническом проектировании, датировании сейсмодислокаций, экологическом мониторинге.

Защищаемые положения. Для лихенометрических оценок возраста необходимо использовать вид лишайника-индикатора, который является эдификатором в популяции накипных лишайников, растущих на датируемой поверхности. Наиболее пригодными, широко распространенными индикаторами возраста на Северо-Востоке России являются лишайники рода ЯЫгосагроп секции ЛЫгосагроп и рода АврхсШа.

Скорости и параметры роста накипных лишайников в разных районах неодинаковы. В субарктической зоне (побережье Анадырского лимана) параметры ао (начальный годовой прирост) и Г (параметр замедления роста с возрастом) для среднего значения 100 максимальных особей соответственно составляют: секция Шшосагроп -0,14±0,01 мм/год и 526±95 лет, род АврюНа - 0,15±0,01 мм/год и 733± 115 лет. В лесотундровой зоне (центральная часть Корякского нагорья): секция Юпгосагроп - 0,18±0,03 мм/год и 452±88 лет, РагшеНа Бр. - 0,47±0,08 мм/год. В зоне северной тайги (Примагаданье) параметры роста лишайников рода ЯЫгосагроп секции ЛЫгосагроп составляют 0,23±0,03 мм/год и 419±86 лет соответственно.

Распределение диаметров слоевищ лишайников индикаторов в убывающем вариационном ряду с высокой достоверностью описывается логарифмическим трендом, коэффициенты которого закономерно изменяются по мере старения популяции лишайников. Выявленная зависимость может быть использована для проведения более точных лихенометрических датировок .

В ландшафтах Северо-Востока России наиболее интенсивно протекают процессы криогенного перемешивания, в результате чего

полное обновление экспонируемой поверхности протекаете интервале 10-250 лет. Примерно за это же время (10-200 лет) происходит полное обновление поверхности на щебнелокровных десерпционно-осыпных склонах. Наиболее медленно процессы обновления экспонируемой поверхности происходят на крупно-глыбовых курумах (400-800 лет и более), где лишайниковые популяции часто достигают своего предельного возраста. Время восстановления профилей криоземов и палевых почв, нарушенных в результате глубокого термического воздействия, на Чукотке составляет около 60-100 лет.

Личный вклад автора. Основу диссертационной работы составил фактический материал лихенометрических исследований, выполненных лично автором за период с 1993 по 1996 г. на территории Чукотки, Примагаданья и в районе бассейна р. Омолон. В указанном регионе автором было исследовано 6 ключевых участков в которых заложено 70 пробных площадок. На каждой из них измерялось до 300-400 особей лишайников-индикаторов. Автором были предложены новые формулы для расчета возраста поверхностей.

Основные положения диссертационной работы докладывались в Институте географии СО РАН на "Совещании географов Сибири и Дальнего Востока" (1995), Конференции молодых ученых и студентов в г. Магадане (1995), на Первой конференции геокриологов России в г. Москве (1996), на Ученом совете в Институте биологических проблем Севера в г. Магадане (1995), на Ученом совете и межлабораторных семинарах в Научно-исследовательском центре "Чукотка" (1995-1996). По теме диссертации опубликовано 8 работ и 3 находятся в печати.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований и приложения. Она изложена на 169 страницах машинописного текста, включая 53 рисунка и 21 таблицу.

Настоящая работа выполнена в рамках плановой темы НИР научно-исследовательского центра "Чукотка" ДВО РАН "Чукотка: разработка структуры и информационное обеспечение банка ресурсных, экологических и социально-демографических данных. Стратегия природопользования", номер госрегистрации 01.9.40005672. Сбор фактического материала проводился автором втечение 3-х полевых сезонов в составе экспедиций НИЦ "Чукотка" ДВО РАН в 1993-1995гг.

Автор благодарит Б. А. Павлова, В. Г. Кривошеева, А. В. Беликович, А. В. Галанина за оказанные консультации и ценные критические замечания при написании диссертации и выражает признательность К. Паркер, Д. Грегт.иЛ.Гуалтиери за возможность работы с зарубежными публикациями по лихенометрии. Автор благодарит своих научных руководителей В. Н. Смирнова и Э. Э. Титова за ценные замечания и помощь при написании работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Лихенометрический метод датирования

Использование лишайников для определения возраста голоценовых отложений получило весьма широкое распространение в мировой научной практике. Основным допущением, лежащим в основе метода, является то, что лишайники, растущие на поверхности горной породы или другого подходящего субстрата, могут быть использованы для оценки времени образования этой поверхности (Beschel, 1957,1958,1961; Мартин, 1970,1971; Worsley, 1981; Innés, 1992 ; Andrews, Webber, 1964; Галанин, 1995a, 19956 и др.). Если время между началом экспонирования субстрата и колонизацией его поверхности лишайниками и скорость роста используемых видов на данном участке известны, то можно оценить минимальное время посредством измерения максимального диаметра слоевища на исследуемом участке или других характеристик, относящихся к размеру особей лишайников используемого вида (Никонов, Шебалина, 1986; Innés, 1992; Галанин, 1995в).

Получаемые на основе метода датировки могут быть абсолютными и относительными (Innés, 1992; Галанин, 1995, 1996). Относительные оценки позволяют дифференцировать отдельные участки исследуемой площади и сравнивать их с таковыми, уже имеющими абсолютную возрастную оценку, что позволяет приблизительно определять время отложения субстрата или его экспонирования.

В большинстве случаев лихенометрический метод наиболее пригоден в интервале до 500-600 лет (Innés, 1992; Галанин, 1995), хотя продолжительность жизни отдельных слоевищ некоторых видов чешуйчатых и накипных лишайников может достигать нескольких тысяч лет (Beschel, 1961).

Основанием для использования лихенометрического метода является предположение о том, что слоевище лишайника-индикатора растет от центра к периферии и поддерживает в течение своей жизни более или менее округлую форму. Существует целый комплекс ландшафтно-экологических факторов, определяющих величину годовых приростов в каждой локальной популяции (Benedict, 1991; 1980; Innés, 1985; Галанин, 1996 и др.). Среди них наиболее важными являются климатические, структурно-вещественные и популяционно-ценотические, определяющие внутренние взаимоотношения между особями в локальных популяциях (Галанин, 1996). Наиболее часто в мировой практике используются лишайники из рода Rhizocarpon.

Как правило, в лихенометрии в качестве индекса возраста используется значение диаметра самой большой особи или среднее арифметическое нескольких наиболее крупных. Однако самые крупные особи могут быть наиболее быстро растущими.

Ji ваам и Чирынай;

Рис. 1. Схема размещения районов исследований:

1 - побережье Анадырского лимана;

2 - бассейн р. Тамват-

3 - истоки р. Омолон;

4 -Примагаданье;

5 - бассейн р. Ташо-рер

Вопрос о том, сколько слоевищ необходимо измерить, чтобы оценить возраст исследуемого участка, пока не определен. П. Веббер и Дж. Андрюс (Webber, Andrews, 1973) считают, что только диаметр самой крупной особи характеризует возраст экспонируемого субстрата. Дж. Матхюс (Matthews, 1977) отдает предпочтение получению осредненной величины из нескольких наиболее крупных слоевищ. А. А. Никонов и Т. Ю. Шебалина (1986) предлагают использовать несколько выборочных характеристик, измеряя от 100 до 300 наиболее крупных особей. Дж. Гордон и М. Шарп (Gordon, Sharp, 1983) считают, что осреднением можно пользоваться при достаточной устойчивости экспонируемого субстрата. В противном случае для оценки возраста может быть использовано лишь значение максимального диаметра. По мнению Дж. Иннес (Innés, 19852в), оба указанных способа с тем или иным предпочтением могут использоваться в каждом конкретном случае.

Все каменные поверхности, подверженные заселению накип-ными лишайниками условно можно разделить на растущие, площадь которых увеличивается (они имеют относительно фиксированный и одинаковый возраст на всей исследуемой площади: тектонические уступы, морены отступающих современных ледников, техногенные насыпи, элювиальные развалы) и мобильные, испытывающие постоянное значительное обновление за счет различных аккумулятивных или денудационных процессов (обломочные склоны, криогенно сортированные медальоны, аккумулирующиеся конусы выноса, пойменные террасы, эоловые наносы). В связи с процессами обновления экспонируемой поверхности старый лишайниковый покров будет полностью или частично уничтожаться и будет возникать новое поколение лишайников.

Если каменистая поверхность, например поверхность осыпи, имеет наклон и испытывает периодическое обновление в результате

переворачивания или перемещения слагающих ее обломков, то распределение и возраст растущих на ней лишайников будут отражать скорость и характер этих процессов во временном интервале жизни используемого лишайника-индикатора на уровне его ценопопуляции.

Таким образом, если предельный для лихенометрического датирования возраст составляет примерно 1,5-3 тыс. лет (Ве5сЬе1,1965), то распределение и размеры слоевищ лишайников, растущих на исследуемом объекте, очевидно, будут отражать динамику преобразования его поверхности в пределах этого времени.

При использовании лихенометрического метода важно учитывать индивидуальные особенности каждой поверхности, так как полученные оценки возраста в одних случаях могут характеризовать возраст всей м о р ф о ску л ь птуры, в других - время экспонирования ее поверхности, а в третьих возраст последнего поколения лишайников.

Для проведения оценок возраста в достаточно широком временном диапазоне необходимо определить зависимость ежегодных приростов используемого вида лишайника от его возраста, так как она неодинакова на протяжении жизни конкретной особи лишайника-индикатора. Важно выбрать такие виды лишайников, особи которых имеют округлую форму слоевищ, широко распространены, легко определяются в полевых условиях и имеют достаточно большой период жизни. Такими лишайниками на Северо-Востоке России являются виды подрода Шихосагроп, АэркШа БиЫаррошса и Настаютта уеп^ит. В некоторых случаях нами проводились также измерения слоевищ и ХапПюпа е^ат.

Глава 2. Методика лихенометрического датирования

Пробные площади закладывались на различных морфо-скульптурных элементах ландшафта. Перед проведением замеров слоевищ лишайника-индикатора каждая пробная площадь подвергалась предварительному обследованию: выявление закономерностей распределения лишайников на исследуемом участке; выявление наиболее крупных особей; оценка ведущих современных процессов. Замеры слоевищ лишайников проводились штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. В зависимости от морфологии, площади и генезиса поверхности замеры производились сериями, с учетом, например, размеров обломков или экспозиции и морфологии отдельных частей поверхности. На каждой пробной площади учитывались главные процессы, приводящие к спорадическому (например, обвал) или систематическому (выветривание, осыпание, криогенное перемешивание) обновлению экспонируемой поверхности.

Слоевища лишайников измерялись в направлении их среднего диаметра, определявшегося визуально. Точки измерений выбирали таким образом, чтобы исключить возможность попадания в них лишайников, имеющих сильно вытянутую или изометричную форму

слоевища. Для оценки времени экспонирования из эмпирических выборок отбиралось 100 наиболее крупных особей, по которым проводились расчеты среднего арифметического, среднего выборочного квадрата, дисперсии и других общих статистических показателей. Если объем эмпирической выборки был менее 100, то для расчетов использовались все полученные значения.

Для каждой пробной площади составлялось подробное описание, в котором отмечались: экспозиция и уклон поверхности, петрографический состав, морфология, генезис и др.

В результате анализа разновозрастных популяций лишайников секции Р.1шосагроп рода Юцгосагроп было отмечено, что среднее арифметическое значение связано со временем экспонирования поверхности исследуемых площадок (рис. 2).

По закону Мальтуса замедление прироста отдельного слоевища и прироста среднего значения некоторого количества измеряемых лишайников на ограниченной поверхности происходят по экспоненциальному закону. Пусть в первый год после заселения какой-либо "свежей" каменной поверхности средний прирост некоторого количества измеренных слоевищ лишайников одного вида составил а0 мм/год. Тогда средний выборочный прирост а.{ в год 1 с учетом экспоненциального замедления будет: а;=а0. е"", где Г - некий параметр замедления. Средний выборочный диаметр с!, на поверхности возраста I лет будет равен сумме средних годовых приростов:

(1, = а0 . Ее-Н .

¡=1

Переходя к приближенным вычислениям, имеем:

I

с!1 * а0 ■ [с 1/г(&) а/-(е1/г- е -,л) .

1

Величина е Ап уже при Г >>10 приближается к 1, следовательно, для приближенных расчетов можно использовать формулу:

<1, а0Г(1 - с-«).

На поверхности с небольшим временем экспонирования замедление роста слоевищ существенно не проявится, поэтому:

Можно показать, что при большом возрасте каменной поверхности (I ->оо) величина с -> 0, следовательно, в этих случаях будет верна формула « а0 Г, где <1 >оо - средний выборочный диаметр на поверхности большого (условно бесконечного) времени экспонирования. Последняя формула отражает то, что спустя определенный период времени экспонируемая поверхность и обитающие на ней лишайники "стареют". Наступает фаза равновесия, когда прирост среднего значения диаметров слоевищ лишайника-индикатора не происходит. Наблюдения показали, что

среднее значение на таких поверхностях может даже убывать (Галанин, 1996). Это объясняется постепенными сукцессионными сменами по мере изменения морфологических и химических свойств субстрата.

Таким образом, начальный годовой прирост и параметр замедления роста можно приближенно вычислить, используя результаты измерений на поверхности молодого известного возраста и на древней поверхности. Старые поверхности большого времени экспонирования хорошо определяются по степени выветрелости обломков, характеру склоновых процессов, лишайниковым сукцес-сиям, а также другим признакам.

Обращая внимание на левую асимметрию распределений диаметров лишайников, некоторые исследователи предлагают исключать из выборки слоевища меньше некоторого заданного значения, например диаметром менее 25% от максимального.

Зная параметр начального прироста (а0) и параметр его замедления (О в районе исследований, можно оценивать время экспонирования различных поверхности.

Существует определенный временной интервал между началом экспонирования какой-либо новообразованной каменной поверхности и началом ее колонизации накипными лишайниками. Кроме того,

20

5 15

£

а.

ь

<Ц

I 10

(О

С*

□ -

/ л

» А

У У

/О

10 30 50

Время экспонирования, лет

т 100

80

60

40

20

70

ш о а.

X

о с

>3

3" ю О

□ 1 о 2 А 3

Рис. 2. Эмпирическая зависимость между временем экспонирования и выборочными значениями диаметров слоевищ для разновозрастных популяций лишайников секции Штосагроп рода ЛЫгосагроп в Примагаданском районе: 1 - диаметр максимальной особи; 2 -среднее значение из ста максимальных особей; 3 - общий процентный покров лишайников на экспонируемой поверхности

в

слоевища диаметром менее 1 мм в выборку попадают не пропорционально их количеству. Из этого следует, что при проведении возрастных оценок следует увеличивать полученное значение возраста на время, необходимое для того, чтобы на "свежей" поверхности поселились лишайники и достигли размеров хотя бы 1 мм.

Время экспонирования поверхности до начала колонизации ее накипными лишайниками сильно варьируете зависимости от многих факторов. В среднем (при одинаковых микроморфологических свойствах поверхности) оно составляет от 5 до 10 лет на средних и кислых породах, от 10 до 30 лет на основных и от 50 до 100 лет и более на ультраосновных (Галанин, 1996).

Ошибки вычисления исходных параметров и возраста связаны с неточностью определения среднего арифметического и возраста реперной поверхности, а также в связи со смещенностью используемых выборочных статистик вследствие их асимметричного распределения. Ошибку вычисления среднего арифметического можно найти по формуле:

Ad = V 1/N ( 2 cLTN - d) , где N - количество измерений, d¡ - диаметр итого слоевища в выборке на экспонируемой поверхности, d - среднее выборочное значение.

Ошибка вычисления параметра ао будет равна:

Дао= V (Adt /t)2 + (dtao/t2)2 , где dt - среднее выборочное значение диаметров слоевищ на поверхности возраста t.

Ошибка вычисления параметра f будет равна:

Af = V(Ad^/t)2 + (d_áa/ao2)2 , где dt_ -среднее значение диаметров слоевищ на поверхности большого, условно бесконечного возраста. Ошибка вычисления возраста на датируемой поверхности будет равна

d= V (dtAd/Sd)2+(dAao/Sao )2+(d, Af /Sf)2 .

Глава 3. Лихенометрические данные по разным физико-географическим районам исследуемого репюна

В главе приведены геоморфологические характеристики районов исследований, описания пробных площадей. Для каждой площади даются лихенометрические характеристики и рассчитывается время экспонирования.

Глава 4. Определение параметров роста лишайников

Для определения начального годового прироста лишайников-индикаторов в районе побережья Анадырского лимана нами использовались выборки, полученные на каменистых техногенных насыпях в основаниях триангуляционных пунктов (пробные площади 1 и 6). Путем наблюдения подобных насыпей и карьеров, где на поверхностях обломков начали поселяться накипные лишайники, а некоторые из них достигли диаметра более 1 мм, было установлено начальное время колонизации, составившее около 15 -20 лет. Для определения параметра ао в Корякском нагорье (бассейн р. Чирынай) нами была исследована популяция лишайников на каменных кольцах кострищ и яранг на старой чукотской стоянке. Возрастным репером для определения годового прироста послужили срезы стволов кедрового стланника, поселившегося на месте яранги и в кострищах, после того как они были оставлены людьми. Определение параметров начального прироста в Примагаданском районе проводилось на основе дендрохронологических данных по спилам стволов кедрового стланника, поселившегося на исследуемых участках после пожаров, которые в районе исследований происходят периодически. Наблюдение следов крупных "свежих" пожаров в районе Дукчинского горного узла показало, что на делювиально-коллювиальных склонах, заросших курумах при сильных пожарах происходит полное уничтожение лишайникового покрова.

Использование нескольких выборок диаметров слоевищ Шигосагроп эр. известного возраста позволило выявить зависимость некоторых выборочных характеристик от возраста. Из графика на рис. 2. видно, что статистика арифметического среднего 100 максимальных особей, использованная нами в качестве индекса возраста, хорошо описывается линией тренда. Изменение значения максимального выборочного диаметра также подчиняется прямолинейной зависимости, хотя отклонение от тренда существенно выше. Следовательно, среднее значение 100 максимальных особей является более точным показателем времени экспонирования датируемой поверхности. Примечательно, что линии обоих трендов пересекают ось X в одной точке и предсказывают время начала колонизации "свежей" поверхности (при значении X около 10-15 лет). Это согласуется с возрастом, установленном по спилам чозении 11±2лет. Анализ графика показывает невозможность применения общего проективного покрытия лишайников в качестве индекса возраста, хотя попытки такого лихенометрического датирования предпринимались (¡гшеБ, 19866).

Примерно через 40-50 лет общий лишайниковый покров на исследуемых поверхностях достигает проективного покрытия 50% и более, в результате чего начинается конкуренция между отдельными особями и параметр годового прироста изменяется.

Скорости роста исследуемых лишайников в разных физико-географических районах существенно различны. Наиболее низкие годовые приросты и, соответственно, более медленный рост и развитие популяций накипных лишайников характерны для побережья Анадырского лимана, что в общем не противоречит условиям субарктического климата. Параметры роста накипных лишайников в Северной Корякин и Примагаданье близки по значениям, что, по-видимому, можно объяснить сходными климатическими характеристиками этих районов. На основе полученных параметров, были построены теоретические кривые для разных районов исследуемого региона (рис. 3). По этим графикам, зная среднее значение диаметров 100 наиболее крупных особей лишайника-индикатора, можно приближенно оценить время экспонирования какой-либо каменной поверхности.

Глава 5. Особенности роста накипных лишайников

Частотные распределения разновозрастных выборок, а также выборок, полученных на различных морфоскульптурных поверхностях, отражают определенную стадию развития как вещественно-морфологических характеристик поверхности, так и популяционно-ценотических и сукцессионных отношений между особями лишайников. Для изучения этих процессов и отношений необходимо строить неусеченные гистограммы, по возможности используя выборки, близкие к генеральным совокупностям, или выборки очень большого объема. На рис. 4 приведены наиболее типичные виды распределений диаметров слоевищ на разновозрастных поверхностях. Многие

3000

| 1500 «

о т

1000

с

2500

2000

500

0

о Анадырский

лиман д Корякское

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

нагорье р Примагаданье

Среднее ста максимальных диаметров, мм

Рис. 3. Теоретические кривые роста Шмгосагроп эр. для разных районов исследованого региона. Верхние и нижние планки показывают возможную ошибку оценки возраста

гистограммы имеют по 2 и более модальных класса. Анализ отклонений отдельных модальных классов (деформаций) , проведенный методом х-квадрат, показывает высокую вероятность их неслучайного происхождения. Было выделено два типа деформаций.

Деформации первого типа являются следствием популя-ционно-ценотических отношений как между отдельными особями одного вида, так и особями разных видов. Конкуренция между особями происходит сначала за наиболее "благоприятные" участки поверхности, а потом за свободное пространство вообще. Деформации частотных распределений вследствие конкурентных отношений начинают значительно проявляться, когда общий покров накипных лишайников на исследуемой поверхности достигает 40 % и более. Однако они редко проявляются на старых поверхностях большого времени экспонирования. По-видимому, поселения лишайников здесь разновозрастные и эффект дифференциации особей "смазывается".

Деформаций второго типа могут возникать при спорадическом обновлении отдельных участков экспонируемой поверхности, отражая, таким образом характер, интенсивность и дискретность протекаемого современного геоморфологического процесса. Например, на пробной площади 12 в бассейне р. Тамватваам на зеркале скольжения тектонического уступа в популяции 1Шгосагроп Бр. с высокой вероятностью выделяется несколько разновозрастных генераций, что связано с разным временем экспонирования отдельных участков поверхности (рис. 4). Другим примером данного вида деформаций является распределение диаметров Шнгосагроп Бр. на щебнисто-покровном склоне в районе побережья Анадырского

п.п.Чб.ЯЫгосагропво. 4° т п.п.И.Шгосагроп ер.

§

са ГГ

с^ ю о ч со с» (о п.п.12.ОД1госагроп ер.

50 40 30

20 -

1.П.15. ЯЫюсагроп ер.

20 -- I

V, ) , | , [ -1 |I | | ]

СО Ю О £М

интервал группирования, мм Рис, 4. Частотные распределения диаметров слоевищ лишайников индикаторов на каменных поверхностях разного возраста.

лимана. Здесь на десерпционно-делювиальном склоне более крупные уплощенные обломки более устойчивы на фоне общей поверхности склона и передвигаются в результате сползания (десерпции), в то время как перемещение мелкоземистого субстрата происходит в результате осыпания и поверхностного смыва. На гистограмме в первый модальный класс от 2 до 8 мм входит более 50% выборки, что характеризует преобладание на данном участке склона осыпного процесса над десерпцией. Наличие модальных классов более высоких значений в интервале от 14 до 50 мм отражает характер перемещения более крупных обломков - второго ведущего склонового процесса.

Таким образом, полимодальность и деформированность распределений диаметров слоевищ накипных лишайников отражает вещественно-морфологический характер экспонируемого субстрата, стадию развития популяционно-ценотических отношений и ланд-шафтно-экологическое положение исследуемой площади.

Если исследуемая "свежая" поверхность расположена далеко от источника спор и соредий лишайников, то ее колонизация будет происходить намного медленнее. Наиболее старые особи могут достигать значительных размеров, не испытывая при этом конкуренции. В таких случаях распределение диаметров слоевищ наиболее близко к нормальному. Другим наиболее весомым фактором, определяющим скорость и эффективность заселения, является шереховатость поверхности. Например, с гладких окатанных валунов споры и соредии легко сдуваются ветром и смываются водой. Таким образом, этот фактор ограничивает в локальной популяции численность мелких и наиболее молодых особей, смещая моду распределения в правую часть.

На неокатанных и шероховатых поверхностях обломков курумов и осыпей споры и соредии хорошо прикрепляются и прорастают. Находящиеся поблизости материнские колонии лишайников обеспечивают интенсивный "дождь" диазачатков, и уже на начальных этапах колонизации "свежей" поверхности на ней наблюдается большое количество мелких точечных особей. Здесь молодые популяции лишайников имеют максимальную и намного большую численность, чем старые.

Через 30-50 лет от начала колонизации поверхности общий проективный покров лишайников уже достигает 60% и более. Начинается жесткая конкуренция и уменьшение числа особей на каждом локальном участке. Стремясь обеспечить себе необходимое жизненное пространство, особи лишайников как бы "разгоняются" в вершины сетки из более или менее равносторонних треугольников. По-видимому, в результате нарастания на соседние слоевища, доминантная особь частично использует вещество угнетаемого таломма, в результате чего скорость ее роста несколько убыстряется. При этом особи-доминанты чаще всего оказываются в центре шестигранников, сложенных из первоначальных треугольников.

Начинает формироваться новый модальный класс особей лидеров, которые также "стремятся разойтись" в вершины треугольников, но уже большего порядка - треугольников, составленных особями, расположенными в центрах первоначальных шестигранников. Впервые данную модель дифференциации особей при конкуренции для популяций высших сосудистых растений предложил А. В. Галанин (1989), хотя би- и тримодальные распределения особей по мощности в плотных ценопопуляциях древесных растений были открыты В. С. Ипатовым (1970).

Как правило, распределения особей лишайников с более чем двумя модальными классами редки и могут отражать не только результаты жесткой конкуренции и подвижность субстрата, но и процессы "омоложения" отдельных участков поверхности самих обломков. Любая поверхность со временем выветривается, подвергается разрушению и денудации. Вероятность возникновения таких участков под старыми слоевищами значительно выше, чем под молодыми, благодаря их большей площади. При этом, если старые слоевища не погибают полностью, то они могут распадаться на более мелкие, которые при этом продолжают самостоятельно расти. На поверхностях, сложенных легко выветриваемыми породами, крупные слоевища могут распадаться на более мелкие под действием ветра, выбивающего частички породы и кусочки растущего на них лишайника. Это особенно отчетливо проявляется на вершинах и поверхностях, обращенных навстречу господствующим ветрам.

Для сравнительного анализа разновозрастных выборок мы предлагаем использовать вариационные ряды, где все выборочные значения расположены в порядке убывания от максимального до минимального. Получаемые вариационные ряды хорошо описываются логарифмическими трендами с уравнениями типа У=а1п(Х) + Ь, где X - порядковый номер выборочного диаметра в вариационном ряду, У -значение диаметра, а и Ь - коэффициенты(рис. 5, 6). Коэффициенты логарифмических трендов закономерно изменяются с возрастом поверхности (рис. 7). Эта зависимость может использоваться при лихенометрическом датировании.

Уравнения логарифмических регрессий порядкового номера слоевища в вариационном ряду на значение диаметра слоевища является дополнительной лихенометрической характеристикой исследуемой поверхности. Например с помощью данных уравнений можно предсказать общее количество особей лишайника-индикатора, обитающих на исследуемой поверхности диаметром более некоторого заданного значения. Можно также оценивать частотные отношения между разновозрастными генерациями. Первое значение порядкового номера (Х=1) предсказывает теоретическое значение диаметра (У=Ь) самой крупной особи в данной популяции.Существенные отклонения эмпирических значений от теоретического тренда говорят о гетерогенности ценопопуляции лишайника. Теоретическое значение максимального

л л 38, 56 пет.

■7,¡Э7Я.п(хН 37.174

Рис. 5. Вариационные ряды диаметров слоевищ ЛЫгосагроп ер. и соответствующие им логарифмические регрессии порядкового номера (ось X) на значение диаметра (ось У, мм) на поверхностях различного времени экспонирования.

Порядковый номер

диаметра (коэффициент Ь, при Х=1), предсказанного логарифмической регрессией является более точным индексом возраста поверхности и точнее характеризует скорость перемещения обломочного материала. Показательным параметром при изучении возрастной структуры популяций лишайника-индикатора является величина, равная разности между максимальным выборочным диаметром и диаметром, предсказанным логарифмической регрессией.

Лихенометрическое датирование старых поверхностей, время экспонирования которых существенно больше, чем продолжительность жизни отдельных особей, требует изучения сукцессионных смен и популяционно-ценотических отношений между видами эдифика-торами и требует дальнейших исследований. Предельное время лихенометрического датирования в исследуемом регионе зависит не столько от климатических характеристик района, сколько от денудационной устойчивости субстрата датируемой поверхности.

В бассейне р. Танюрер на вершинных поверхностях, сглаженных ледниками зырянской эпохи ( примерно 100 - 70 тыс. лет назад), мы обнаружили, что лишайники Шйгосагроп эр., АБр1сШа эр. и НаешаЮшша усп^ит являются эдификаторами. Особи И-Ыгосагроп

у = -28,5641_п(х) + 176,78

Я2 = 0,9957 у =-9,21321_п(х) + 55,166

Я2 =0,9963 у = -5,40631.п(х) + 29,508 Я2 = 0,9915

1 10

Порядковый номер

100

1000

Рис. 6. Вариационные ряды диаметров слоевищ и соответствующие им логарифмические регрессии. Время экспонирования составляет: 1 - более 2000 лет, 2 - 188 лег, 3 - 76 лет

50 т 45 • 40 -35 • 30 25 + 20 • 15 10 -

у = -2,90231п(х)+8,281

'-•К.

X

х/' у = 25,3471_п(х) - 76,135

-10

10

20 30 40 50 60 70

80

Время экспонирования, лет

X параметр Ь + параметр а

Рис. 7. Зависимость коэффициентов логарифмических регрессий вариационных рядов диаметров слоевищ от времени экспонирования поверхности. Время экспонирования определено по спилам РШш ршпНа (Примагаданье)

эр. на данных площадках сильно угнетаются особями Азр^сШа Бр. и Наета1ошша уеШовиш, поэтому лихенометрические характеристики по ИЫгосагроп Бр. намного ниже из-за этого угнетения. Анализ частотных распределений показывает, что модальные значения разных видов не совпадают и занимают определенные участки по оси интервалов группирования. Модальный класс КЫгосагроп Бр. на обоих графиках лежит в интервале от 20 до 80 мм (рис. 8). В этом же интервале им соответствуют "депрессии" в распределении Наеша-(:отта усгЦобшп и модальное значение Азр1сШа Бр. Для суммарного полигона также характерно несколько модальных значений, что говорит о наличие по крайней мере двух возрастных генераций в лишайниковом покрове на данной площади.

Таким образом, суммарные распределения нескольких видов лишайников, обитающих на локальном участке, показывают, что лихенометрические характеристики данных видов лишайников отражают как время экспонирования поверхности, так и стадию ее выветривания. На плотных "свежих" сколах Шшосагроп эр. вытесняет АврюНа Бр. и НастаШтта усп^ит. По мере выветривания тонкие слоевища ЛЫгосагроп зр., не способные скреплять выпадающие частицы породы, начинают замещаться более толстыми слоевищами АвргсШа Бр., которые имеют более длинные и глубоко проникающие гифы. На стадии глубокого выветривания происходит постепенная замена слоевищ АврюНа Бр. еще более толстым корковым лишайником НасшаЮшта уетиозит. Гифы его слоевища способны сдерживать выпадение песчано-дресвяного материала с выветриваемой поверхности, поэтому в самом слоевище всегда присутствуют песок и мелкие обломки породы.

Глава 6. Оценка времени экспонирования и скоростей

возобновления каменных поверхностей

Время полного обновления поверхностей каменистых склонов варьирует в широком диапазоне от первых десятков до нескольких сотен лет (см. табл.).Главными факторами, определяющими характер ведущего современного процесса на каменистых склонах, являются петрографический состав материнской горной породы, ее текстура, характер терщиноватости и денудационная устойчивость.

По степени возрастания противоденудационной устойчивости горные породы в исследуемом регионе располагаются в следующем ряду, известняки; крупно- и среднезернистые песчаники, аргиллиты, слабо метаморфизованные сланцы; серпентиниты и перидотиты; габбро; базальты и их туфы; андезиты и их туфы; липариты и их туфы; гранитоиды, роговики, яшмы и кварциты.

Установлено, что в течение 80-90 лет в Северной Корякин на нарушенной кострищем поверхности кустарничково-лишайниковой тундры успевает сформироваться почва, характерная для ненарушенных

Диаметр слоевища, мм

Рис. 8. Распределения лишайников КЫгосагроп ер. (1), Наета1:отта усп^ит (2) и Азр1с1На $иЫарротса (3) на древней поверхности (бассейн р. Танзорер); 4 - суммарное распределение

участков. За этот период времени между восстанавливающейся почвой и окружающей средой устанавливается относительное равновесие, о чем свидетельствуют ее морфогенетические черты и стратификация генетического профиля на морфоны, характерные для типа палевых почв. Полученные данные о скорости восстановления полнопрофильной палевой почвы не противоречат существующим эволюционным концепциям в отечественном почвоведении (Арманд, Таргульян, 1975; Караваева, 1982).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных исследований показано, что лихено-метрический метод может использоваться не только для определения возраста стабильных элементов экзогенной морфоскульптуры, но и для оценки интенсивности и скорости ведущих современных процессов, скорости восстановления техногенно нарушенных участков и др. В результате исследований был разработан ряд новых методических приемов лихенометрического анализа. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы.

На экспонируемых каменных поверхностях ландшафта происходит интенсивное взаимодействие между накипными лишайниками и литоосновой. Изменения в литооснове отражаются в лихенометрических характеристиках поверхности, частотных распределениях накипных лишайников, популяционно-ценотических отношениях и сукцессиях.

Для лихенометрических оценок возраста необходимо использовать вид лишайника-индикатора, который является эдификатором

Интенсивность некоторых современных геоморфологических процессов динамики каменных поверхностей рельефа на Северо-Востоке России

Тип поверхности Ведущий Сопутствующие Крутиз- Средний Среднее время Возрастная

современный процессы на лишайни- полного неоднород-

геоморфологический поверх- ковый обновления ность в

процесс ности, град. покров экспонируемой поверхности, лет пределах поверхности. лет

Элювиальные развалы Температурное и Суффозия, крио- 0 60-95 >2000 >1000

на пологих вершковых ыорошое генное пучение и

поверхностях и выветривание сортировка.

нагорных террасах выморажнвшве

Скальные останцы. Дескваыация. 0-90 75-95 650-1000 до 500

кекуры корразия в дефляции

Мерзлотные котлы Криогенная Почвообразование, 0 0-30 30 20-100

*кнпевня' сортировка пучение, дефляция

Аххунулятввные конусы Обрушение Осьшанве, сползание, 10-50 10-50 50 до 100

>ш х кахнепадов суффозия

Щебнистые н шебрнсто- Осыпание Сползание, суффозия 25-50 10-50 70 60-150

гзшбовые участки

Среднеглыбовые участки Сползание Криогенная сор- 15-45 50-80 250 140-400

курунных склонов (полягенгпгческое) твровка, суффозии 5-25 80-95 800 400-1500

Крутшоглыбовые Сползание Суффозия, поч- 25-25 80-95 >1000 >1000

курумы (политеистическое) вообразование

Низкие по Ьш Паводковая акку- Эоловая аккумуляция, 0 0-5 50 незначителен

муляция, размыв н дефляция да

почвообразование

Высокие поймы 0 0-30 1D0 тоже

Наледиые долины Наледная плавания 0 5-50 80 40-170

в популяции накипных лишайников, растущих на датируемой поверхности. Наиболее пригодными, широко распространенными индикаторами возраста на Северо-Востоке России являются лишайники рода ЛЫгосагроп секции ЛЫгосагроп и рода АБргаНа.

Для лихенометрических оценок предлагается использовать формулу 1 = -Г 1п(1-(3/ ао/0- где (1 - размерная характеристика исследуемой выборки, являющаяся индексом возраста (средний или максимальный диаметр или диаметр, предсказанный логарифмическим трендом), ао - начальный годовой прирост, { -параметр замедления роста с возрастом.

В качестве индекса возраста на периодически обновляющихся поверхностях предлагается использовать среднее значение 100 максимальных особей и максимальное значение диаметра, предсказанное логарифмической регрессией, наложенной на убывающий вариационный ряд. Для датирования старых объектов необходимо использовать значение максимального диаметра или диаметра, предсказанного логарифмическим трендом вариационного ряда.

Параметры роста в разных районах неодинаковы и зависят от физико-географического положения последних. В районе побережья

Анадырского лимана параметры аои Г для среднего значения 100 максимальных особей соответственно составляют: секция ¡Ш/осагроп - 0,14±0,01 мм/год и 526195 лет, род Аэр^сШа - 0,15±0,01 мм/год и 733± 115 лет. В центральной части Корякского нагорья: секция Шнгосагроп - 0,1810,03 мм/год и 452188 лет, РаппеНа ер. - 0,4710,08 мм/год. В Примагаданье параметры роста лишайников рода 1ШгосагропсекцииЕШгосагроцсоставляют0,23±0,03мм/годи 419+86 лет.

Распределение диаметров слоевищ лишайников индикаторов в убывающем вариационном ряду с высокой достоверностью описывается логарифмическим трендом, коэффициенты которого закономерно изменяются по мере старения популяции лишайников. Выявленная зависимость может быть использована для проведения более точных лихенометрических датировок .

Лихенометрическйй анализ процессов перемещения каменного материала показал, что скорость движения зависит, главным образом, от характера материнской горной породы, формы и размеров обломков и мало определяется крутизной склона. Наиболее интенсивно протекают процессы криогенного перемешивания, в результате чего полное обновление экспонируемой поверхности протекает в интервале 10-250 лет. Примерно за это же время (10-200 лет) происходит полное обновление поверхности на щебнепокровных десерпционно-осыпных склонах. Наиболее медленно процессы обновления экспонируемой поверхности происходят на крупноглыбовых курумах (400-800 лет и более), где лишайниковые популяции часто достигают своего предельного возраста.

На основе предлагаемой методики было определено время восстановления профилей криоземов и палевых почв, нарушенных в результате глубокого термического воздействия, которое составляет на Чукотке около 80-90 лет.

В результате анализа распределения популяции накипных лишайников на зеркале скольжения современного разлома в Корякском нагорье была определена скорость смещения вдоль плоскости, которая составила 5,4 мм/год. Исследование популяций накипных лишайников на зеркалах скольжения и тектонических уступах в зонах активных разломов могут дать дополнительную информацию о скорости и характере современных тектонических процессов.

При проведении дальнейших исследований можно рекомендовать следующие направления: выявление взаимодействия между накипными лишайниками и литоосновой на микроэлементном уровне; оценка влияния лишайникового покрова на количество поглощаемой и отражаемой радиации, влажность, интенсивность испарения и другие физические характеристики экспонируемой поверхности; изучение популяционных и сукцессионных взаимоотношений накипных лишайников с использованием гистограмм суммарных распределений й вариационных рядов диаметров слоевищ.