Газета профессионального сообщества изыскателей России «Вестник инженерных изысканий» публикует выдержки из весьма любопытной научной статьи, опубликованной в журнале «Известия Российской Академии наук. Серия географическая» по итогам научно-образовательной экспедиции «Арктический плавучий университет — 2015». Соавтором доклада выступает Стилияна Костовска, начальник отдела выполнения инженерно-геодезических работ от лица «Мособлгеотрест», выпускница Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).
В основе исследований находятся результаты высокодетальной топографической съемки, полученные в ходе 11 высадок на побережье Белого, Карского, Баренцева морей, а также на о. Большой Соловецкий, о. Долгий, о. Матвеев, о. Северный, арх. Новая Земля, о. Гукера, о. Нортбрука, арх. Земля Франца-Иосифа, о. Сосновец.

Приборная база

Топографическая съемка участков местности по маршруту от 65° с.ш. до 80° с.ш. выполнялась тахеометром Trimble 3305 DR как наиболее подходящим прибором для работы при любых погодных условиях независимо от степени освещенности мест ведения работ. Работы проводились в соответствии с требованиями нормативно-технических документов. На каждом месте определялись географические координаты точек стояния с использованием возможностей GPS-навигатора и приложения «Советские военные карты», что позволило точно привязать к плану местности местоположение закладки почвенных разрезов и отбора проб, зафиксировать площади распространения растительных сообществ относительно гипсометрических, почвенно-литологических и геоморфологических характеристик местности. Данные полевых измерений были обработаны в системе «CREDO_DAT 3.1». По результатам топографической съемки для всех 11 участков проведения работ составлен топографический план масштаба 1:500 с сечением рельефа горизонталями через 0,5 м. Цифровая обработка полученных данных выполнена в программном комплексе AutoCad Civil 3D. Выбор такого масштаба стал оптимальным для крупномасштабного картирования почвенно-растительного покрова и особенностей микрорельефа, а также фиксации местоположения закладки почвенных разрезов.

Результаты исследований и их обсуждение

Выбор модельных объектов исследования и их исследование. В качестве репрезентативных территорий проведения высокодетальной тахеометрической съемки в настоящей работе приводятся два участка зональных растительных сообществ: северных гипоарктических тундр на мысе Белый Нос (п-ов Югорский) и высоко арктических тундр на мысе Флора (о-в Юрия Кучиева). Выбранные участки представляют научно-практический интерес для выявления специфики пространственной организации ареалов почвенно-растительного покрова относительно геоморфологических и гипсометрических особенностей рельефа, сочетания условий увлажненности и дренированности территории, а также для установления ведущих и комплементарных факторов, лимитирующих дифференциацию типов растительных сообществ и интенсивность развития криогенных процессов в полярных экосистемах.

На мысе Белый Нос для проведения тахеометрической съемки нами был выбран участок с наиболее ярко выраженной сменой почвенно-растительного покрова на сравнительно небольшой по площади территории, где представлены разнообразные формы микрорельефа, чередуются склоны разной экспозиции и крутизны, формируются различные условия увлажнения. Работы производились в середине вегетационного периода в условиях хорошей видимости и открытости местности. Однако значительная расчлененность рельефа затрудняла их осуществление в полном объеме. Было принято решение о корректировки съемки относительно распространения ареалов растительных сообществ, что определило выбор и постановку реечных точек — преимущество отдавалось местоположениям подурочищ и урочищ. Было отснято 1,1 га с точек съемочного обоснования (станций). Контуры распространения растительных сообществ снимались полярным способом, рельеф — тригонометрическим нивелированием. Во время съемки на характерные точки устанавливался отражатель, а съемка производилась только при одном положении горизонтального круга. В качестве реечных точек выбирались изгибы контуров, их начало и конец, характерные точки рельефа — точки перегиба скатов, на отдельных объектах — микроформы рельефа, контуры растительных сообществ, подлежащие нанесению на топографический план. Высотная привязка точек осуществлялась от уровня моря на момент начала производства работ. Одновременно со съемкой велись абрисные журналы.

В результате проведенных работ с привлечением материалов в области биогеографии и почвоведения была составлена карта-схема дифференциации типов растительных сообществ.

Установлено, что на возвышенных участках территории проведения работ (высота 10,5 — 13,0 м) распространены дриадовые тундры (20,7 % от исследуемой площади). Роль эдификатора играет Drias octopetala. Преимущественно ареал дриадовой тундры совпадает с ареалом распространения перегнойных остаточно карбонатных почв на хорошо дренируемых участках и занимает склоны юго-западной экспозиции крутизной от 2,0 до 2,3°, где активно идут процессы солифлюкции и эрозии. Микрорельеф четко выражен, встречаются выходы коренных пород и незначительные расщелины.

На высоте 9,7 — 10,4 м выявлены ивково-осоково-моховые сообщества (доминирует Salix polaris, Carex rariflora), которые занимают 11,7 % от территории проведения работ. Они приурочены к торфяноглееземам мерзлотным, находящимся в условиях застоя влаги на склонах крутизной от 2,1 до 2,3°. Микрорельеф выражен слабо. Развит термокарст, способствующий образованию озер-блюдец.

Отметим, что на высотах 7,5 — 9,7 м эти сообщества вытесняются масштабной полосой осоково-моховых сообществ (роль доминатов принадлежит видам Carex aquatili и Bryum pseudotriguetrum), которые приурочены к склонам крутизной от 3,1 до 3,3° и занимают 37,0 % отснятой местности. Локальные условия дренированности оп­ре­деляют здесь сильное переувлажнение. Микрорельеф хорошо выражен, встречаются отдельные камни, ветошь и отмершие корни осоки водной. Примечательно, что на перегибах склона по правому берегу ручья доминируют многолетние травы с чемерицей на перегнойно-глеевых мерзлотных почвах (8,0 % от изучаемой площади). Склоны крутизной 3,0° с хорошо дренируемыми участками. На левом берегу ручья (на склонах крутизной от 3,0 до 6,0°) распространены преимущест­венно травянистые сообщества с преобладанием полыни, которые приурочены к торфяноглееземам мерзлотным и занимают 9,8 % территории.

На высоте от 7,5 до 4,5 м на перегнойно-глеевых иловато-песчаных почвах встречаются разнотравные луговины, окаймляемые осоково-моховыми сообществами. Микрорельеф образован валунами и галькой, встречаются щебнистые обломки разных размеров. Зафиксированы процессы термоэрозии, размывы, солифлюкция, мерзлотное сползание.

В низинных болотах на перегнойно-глеевых иловато-песчаных почвах встречаются осоково-гипновые сообщества (Carex aquatilis, Rubus chamaemoru). Крутизна склонов достигает 10,0° на 12,8 % отснятой местности. Прогрессирует солифлюкция.

К ведущим факторам мозаичности почвенно-растительного покрова на исследуемом участке относится: гранулометрический состав и структура почвообразующих пород, обусловливающих степень дренированности территории и условия увлажненности, а также высотный градиент и чередование экспозиции склонов, нежели их крутизна. Дополнительными фак­торами выступают: распределение освещенности и притока тепла н всем участке, характер микрорельефа, которые в сочетании с ведущими факторами определяют распространение, скорость и масштабность криогенных процессов.

На мысе Флора нами проводились работы по созданию топографической основы для анализа пространственного распространения ареалов растительных сообществ, отражающего влияние эколого-ландшафтных факторов. Погодные условия были благоприятными, но ограниченны во времени из-за опасности подхода белого медведя. Порядок проведения тахеометрической съемки был сохранен. Результатом работы стала карта-схема типов растительных сообществ, приуроченных к формам рельефа.

Установлено, что на исследуемом участнике синтез процессов, обусловливающих дифференциацию растительного покрова, отличается от выявленных ранее нами закономерностей на мысе Белый Нос.

Лимитирующую роль в распространении доминантных растительных сообществ и пространственном размещении их переходных ассоциаций между однотипными ареалами, играют гипсометрические характеристики, крутизна склонов. Возможными комплементарными факторами являются: почвенно-гранулометрический состав, влияющий на водно-физические свойства почв и степень увлажненности территории, а также ветровой режим.

Так, мохово-лишайниковые сообщества с участием различных видов камнелок (виды Saxifraga sp.), крупок (Draba), полярного мака (Papaver polaris) и смолевки бесстебельной (Silene acualis) занимают возвышенные, хорошо продуваемые участки западной части ведения работ (8,2 % от площади, на высотах от 8,5 м). Ареалы этих сообществ встречаются на каменистых хорошо дренируемых крутых склонах (от 13,0 до 15,0°). Отмечены активно текущие процессы водной эрозии и мерзлотное сползание. Широко распространен полигональный микрорельеф.

Повсеместно распространены моховые сообщества на торфяном субстрате (22,5 % от площади ведения тахеометрической съемки). На их фоне локально встречаются злаково-моховые сообщества (8,8 % от территории съемки) с участием напочвенных лишайников (доминантный вид Сetraria). Во влажных и сырых местообитаниях произрастают травянистые — Phippsia algida, Poa arctica на суглинистом субстрате (8,5 % от территории съемки). Моховые и злаково-моховые сообщества хорошо закрепляются на склонах крутизной от 3,0 до 9,0°, несмотря на действие склоновых процессов и наличие множества валунов.

Как правило, разнотравно-залково-моховые сооб­щест­ва (преобладают виды Deschampsia sp., Silene) также встречаются островками среди моховых сообществ и приурочены к камням или валунам на высотах 9,0 — 9,8 м. Ареалы разнотравно-залково-моховых сообществ занимают 1,0 % от исследуемой территории. Сообщества распространены на склонах крутизной от 5,8 до 6,2°, где развиты эрозия и солифлюкция, ограничивающие распространение растительных сообществ.

В полосе стока и в пререувлажненных микропонижениях на каменистом субстрате с цинобактериальными пленками формируются моховые растительные сообщества (Bryum arcticum), которые занимают 8,2 % от исследуемой местности. Крутизна склона здесь достигает 5,8°. Интенсивно развивается термоэрозия.

Заключение

Проведенные нами исследования позволили прийти к следующим выводам:

1. В полевых условиях Арктики при недостаточном освещении и часто меняющейся синоптической ситуации тахеометр Trimble 3305 DR зарекомендовал себя как надежный, прочный, легковесный, компактный в размере, удобный при переноске и транспортировки прибор, позволивший оперативно получить высокоточное изображение для дальнейшей обработки в камеральных условиях. Тахеометрическая съемка, сопряженная с почвенно-геоботаническими исследованиями на 11 участках стала детальной основой для отображения в синтезе пространственные характеристики изучаемых природных объектов. Полученные результаты имеют прикладное значение для познания локальных и региональных закономерностей дифференциации почвенно-растительного покрова с учетом влияния криогенных процессов. Методику проведения съемки можно рекомендовать для реализации работ, имеющих схожие задачи. Созданные топографические основы могут служить базой для составления специализированных карт. Они имеют и самостоятельную значимость для детализации географического пространства.

2. При продвижении к северу отмечается упрощение ярусной структуры зональных сообществ: от трех ярусов (кустарничковый, травяно-кустарничковый, мохово-лишайниковый) в южной тундре, до недифференцируемого яруса в зоне арктических тундр. Отмечено снижение средней высоты верхнего яруса (от 25-30 см до 2-3 см соответственно), уменьшение степени сомкнутости проективного покрытия (от сплошной сомкнутости до 20 % соответственно) и изменение видового разнообразия (в арктической тундре происходит увеличение разнообразия жизненных форм, при переходе от арктических тундр к высокоарктическим тундрам отмечен его резкий спад — исчезает до 11 основных типов). Наиболее заметное снижение зафиксировано для сосудистых растений (с 90 до 5 %), напочвенных мхов и лишайников (с 10 до 5 %), что отражено, в том числе на репрезентативных участках мыса Белый Нос (северные гипоарктические тундры) и мыса Флора (высоко арктические тундры).

3. В широтном градиенте от зоны арктических тундр до зоны высокоарктических тундр изменяется видовой состав доминантов в зональных сообществах: ведущими группами становятся злаки, гвоздичные, камнеломки, крестоцветные; полностью выпадают осоки, бобовые и сложноцветные. Сохраняется преобладание ивовых: от кустарничков — ива арктическая и ползучая (подзона типичных и арктических тундр) до карликовых и стелющихся форм — ива полярная (зона полярных пустынь).

4. Топографическая интерпретация полученных данных о фактической дифференциации почвенно-растительных ареалов позволяет в крупном масштабе на локальном уровне выявлять эколого-географические связи между компонентами ландшафта, устанавливать между ними характер пространственных связей; прогнозировать тренды в динамике ареалов растительных сообществ в условиях развития криогенных процессов. Полученные карты-схемы имеют научно-прикладное значение для изучения ведущих и лимитирующих факторов пространственной организации природных объектов и их динамики в полярных природно-климатических условиях.

5. В российском секторе Арктике отмечается отставание от приарктических стран и государств со статусом наблюдателя в техническом оснащении исследовании. В частности, для России малодоступна дистанционная информация о территории высокого уровня детализации, недостаточно задействован морской транспорт для проведения научных экспедиций, отмечается малое число сухопутных экспедиций, недостаточно развита сеть полярных станций и стационаров для ведения многолетних рядов наблюдений.

6. Устаревание приборной и аналитической базы, недостаточное количество комплексных многолетних отечественных наблюдений за территориальным и экологическим состоянием Арктики возможно преодолеть в рамках проведения совместных международных исследований. Однако доступ к полученным первичным результатам в ходе международных экспедиций для российской стороны ограничен в силу соглашений, где зачастую прописано, что результаты принадлежат зарубежной стороне. Данный факт существенно затрудняет подготовку публикаций по итогам исследования и ограничивает дальнейшие работы.            

Рис. 1. Карта-схема дифференциации типов растительных сообществ на плане местности мыса Белый Нос

Рис. 2. Профиль местности по линии А-Б на мысе Белый Нос с привязкой почвенных разрезов.
Цифрами обозначены почвенные разрезы:
1 — перегнойные остаточно карбонатные почвы,
2 — торфяноглеезем мерзлотный,
3 — торфяноглеезем мерзлотный,
4 — перегнойно-глеевая иловато-песчаная почва,
5 — перегнойно-глеевая мерзлотная почва

Рис. 3. Карта-схема типов растительных сообществ на мысе Флора