Одной из наиболее характерных особенностей тундровых ландшафтов является широкое распространение криогенного микрорельефа. В полярных пустынях и высокогорных районах формируются разнообразные сортированные (каменные) структурные грунты; обломки щебня образуют многоугольники или круги, трансформируясь на склонах в полосы или ступени.

По мере продвижения на юг возрастает «жизненная сила» [Гумбольдт, 1959], растительность играет все более важную роль и тундры приобретают специфический облик, отраженный в их названии - «пятнистые тундры». Особый характер криогенного микрорельефа выражается в широком распространении разнообразных форм пятен-медальонов (П-М) - участков оголенного грунта обычно округлой формы, обрамленных растительным бордюром и межпятенным понижением. Как целостные структуры, П-М объединяют все варианты тундровой поверхности: оголенный грунт, заросший растительностью бордюр и увлажненное мохово-лишайниковое понижение. Функционирование как П-М, так и их структурных элементов осуществляется в противоборстве двух мощных сил. Это криогенные процессы, создающие комплекс необходимых условий для криоморфогенеза, и биогенные процессы, препятствующие криогенной переработке грунтов за счет формирования мощного дерново-растительного покрова.

Микрорельеф тундр издавна привлекает пристальное внимание исследователей Севера - мерзлотоведов, геоморфологов, ботаников, почвоведов. Существует несколько десятков гипотез происхождения П-М и ни одна из них не получила всеобщего признания. Основные проблемы изучения криогенного микрорельефа, на наш взгляд, заключаются в следующем: 1. Существующие классификации форм тундрового микрорельефа [Уошберн, 1958; Шарапова, 1983; Пукемо, 1987 и др.] являются описательными или отражают в основном локальные особенности микрорельефа. 2. Происхождение П-М, несмотря на обилие интересных гипотез [Мудров, 1958; Попов, 1967; Куницкий, 1972; Чигир, 1979 и др.] достоверно не установлено, также как и механизм их функционирования, разработанный преимущественно теоретически. 3. Совершенно не проработан вопрос о возрасте пятенных структур. 4. Слабо изучены закономерности географического распространения различных типов микрорельефа (исключение - [Уошберн, 1988]). Между тем перспективность такого подхода достаточно очевидна.

Все это стимулирует проведение новых исследований. В настоящей статье изложены результаты изучения пятнистого криогенного микрорельефа на севере Западной Сибири и полуострове Таймыр в 1983-92 гг. (рис. 1). На ключевых участках площадью 5-25 км² выделялись различные морфологические типы микрорельефа, составлялись схемы их распространения, проводились натурные эксперименты.

Ключевые участки «Усть-Порт», «Южно-Соленое» и «остров Свердруп» располагаются на субгоризонтальных позднеплейстоценовых поверхностях абсолютной высотой 20- 35 м , сложенных суглинисто-супесчаными осадками с прослоями галечников. Ландшафтный фон - типичная и южная тундры.

Окрестности ключевого участка «озеро Прончищева» (Восточный Таймыр) представляют собой террасированную равнину, располагающуюся на трех гипсометрических уровнях (130-200, 90-130 и 70- 90 м ) и примыкающую к передовым хребтам нагорья Бырранга. Поверхности сложены в основном верхнеплейстоценовыми ледниковыми и водно-ледниковыми суглинками с различным содержанием щебня, гальки и валунов, которые перекрывают кристаллические породы палеозоя. Ландшафт - арктические тундры.

Совершенно иным рельефом обладают ключевые участки «Диксон» и «острова Известий ЦИК». Здесь широко развиты выходы на поверхность коренных пород, мощность чехла рыхлых отложений не превышает 2- 3 м , в составе отложений много щебня, глыб. Максимальные высоты не более 50- 60 м . В окрестностях Диксона развиты ландшафты арктических тундр, на островах Известий ЦИК - переходные к арктическим пустыням.

Наиболее суровый климат - на островах Известий ЦИК и на Восточном Таймыре, наименее суровый, с достаточно теплым летом - в окрестностях ключевого участка «Южно-Соленое» (табл. 1).

Сначала рассмотрим результаты экспериментальных исследований механизма пятнообразования и возраста пятен-медальонов. Изучение замкнутой системы П-М и ее функционирования при промерзании проводилось в поселке Южно-Соленом. Две металлические бочки высотой 0,85 м и диаметром 0,6 м (что примерно соответствует размерам естественных П-М этого района: глубина протаивания 0,6- 1,2 м ; диаметр П-М 0,4- 0,8 м ) были заполнены суглинком из естественных П-М. Грунт закладывается слоями мощностью 10- 15 см , разделенными прослоями песка мощностью 1- 2 см (рис. 2). Влажность грунта в бочках задавалась искусственно завышенной, так как его естественная влажность в предзимний период невелика. Грунт в бочках подвергался промерзанию - протаиванию сверху и с боков в естественных условиях. Стенки одной из бочек были утеплены промышленным теплоизоляционным материалом.

Эксперимент продолжался в течение двух годовых циклов промерзания - протаивания с 30 сентября 1990 г . по 29 сентября 1992 г . Зимние температуры достигали -40°, летние - +20°С. При вскрытии верхней части грунтовой толщи следов каких-либо перемещений грунта вверх не обнаружено, маркирующие песчаные прослои не нарушены. Следовательно, при промерзании в замкнутой системе не возникло криостатического давления, являющегося, по мнению многих исследователей, основной причиной возникновения П-М.

Одним из дискуссионных вопросов при изучении криогенного микрорельефа является причина существования оголенного (лишенного растительности) центрального пятна в пятенных структурах. Имеющиеся представления, на наш взгляд, опираются больше на теорию, чем на факты. С целью изучения процессов, протекающих в центральной части П-М различных типов, в 1988-90 гг. нами был проведен эксперимент по выращиванию многолетних трав в пятенных структурах южной тундры. На четырех опытных площадках с несколькими типами П-М (медальонно-валиковым, валиково-медальонным, бугорково-кочковато-медальонным и кочковато-валиково-медальонным), были высеяны семена многолетних морозоустойчивых трав (волоснец сибирский Eiymus sibiricus L., регнерия Roegneria) из расчета 30-40 кг/га, доставленные из семеноводческого совхоза «Нюрбинский» (Якутия). На каждой из площадок применялись минеральные удобрения (азотные, калийные и фосфатные в равных дозах) из расчета 200 кг/га. Площадки располагались к северо-востоку от п. Южно-Соленое на левобережье р. Мессояхи, №№ 1 и 2 - в автоморфных условиях, №№ 3 и 4 - в гидроморфных.

Посев был проведен 3-5 июля 1988 г . при глубине протаивания в центрах структур на 1-й и 2-й площадках 20- 25 см , на 3-й и 4-й площадках - 10- 15 см . Удобрения вносились только при посеве. Лучшие всходы в первом году были на площадке № 1, что можно объяснить более благоприятным гидротермическим режимом.

На следующий год наибольшие проективное покрытие (32-33%) и средняя высота всходов (11- 13 см ) наблюдались на площадках №№ 3-4. На наш взгляд, это объясняется смягчающим воздействием снежного покрова, лежащего на них более длительное время. На третий год посевы практически погибли на трех площадках, а на 4-й находились в угнетенном состоянии (табл. 2).

Анализируя результаты трехлетнего эксперимента, можно сказать, что главными причинами существования центрального оголенного пятна в структурах являются, прежде всего, отсутствие питательных веществ, выносимых водой вниз по почвенному профилю, и избыточное льдовыделение при промерзании приповерхностных горизонтов грунта. Единственным условием сохранения поселившейся в центре структур растительности может быть наличие мощного снежного покрова, защищающего поверхность от жесткого промерзания и, как следствие, от гибели корневой системы.

Прежде чем переходить к анализу распространения различных типов микрорельефа, необходимо определить основные понятия, так как имеются значительные разногласия в терминологии. Разработанная А.П. Хольновым и дополненная авторами совместно морфологическая классификация криогенного пятнистого микрорельефа (рис. 3) служила основой для наших исследований географии микрорельефа.

В районе поселка Усть-Порт от 1-й и 3-й пробной площади (табл. 3) прослеживается постепенное уменьшение распространения мелкобугорковых и валиково-медальонных типов микрорельефа, а также увеличение площадей с медальонными структурами. Одновременно происходит заметное уменьшение размеров преобладающих структур П-М к северу.

В условиях типичной тундры ключевого участка «Южно-Соленое» при перепадах высоты поверхности всего в несколько десятков метров наблюдается своеобразная изменчивость типов микрорельефа. Так, в пределах рассматриваемого участка площадью 3 км² на междуречьях распространены медальонно-валиковые структуры диаметром 0,8- 1,2 м ; на пологом (около 2°) склоне - бугорково-медальонные, бугорково-кочковато-медальонные, бугорково-кочковатые. В нижней части склона преобладают валиково-медальонные, кочковатые и кочкарные участки.

На ключевом участке «озеро Прончищева» наблюдается достаточно четкая приуроченность типов микрорельефа к гипсометрическим уровням. Большую роль играют различия в литологии подстилающих пород. На более высоких участках со значительной долей щебня и дресвы в грунте развивается медальонный рельеф, на наиболее низких в условиях максимального увлажнения - кочкарный. Криогенный фактор доминирует на возвышенных участках, биогенный - на пониженных. На остальной территории влияние этих факторов сильно меняется. Наибольшее разнообразие форм микрорельефа характерно для наиболее низких участков.

Интересным и малоразработанным вопросом является выяснение продолжительности существования различных типов П-М. Одним из косвенных методов его решения может явиться лихенометрический. Измерением диаметров пятен накипных лишайников на щебне и гальке в центральной оголенной части П-М было установлено время нахождения обломков на поверхности П-М (ключевой участок «Южно-Соленое»). Полученные материалы (рис. 4) свидетельствуют о том, что П-М различных типов можно расположить по возрасту относительно друг друга в таком порядке (от более молодых к более старым): медальонный - бугорковый - кочковатый. Этот вывод в какой-то степени опровергает концепцию стадийного развития пятнистого криогенного микрорельефа, так как более древними оказались мелкобугорковые и кочковатые структуры, а не медальонные.

Выводы

1. Экспериментально установлено, что роль криостатического давления, возникающего осенью при промерзании в замкнутой системе и определяющего, по мнению многих исследователей, функционирование пятенных систем, сомнительна. На наш взгляд, основные процессы пятнообразования протекают не в осенний, а в весенний период, в начале сезона протаивания. Переход температуры через 0°, сход снежного покрова, оттаивание приповерхностного слоя грунта - основные факторы пятнообразования. Ежегодно повторяющиеся возвратные заморозки приводят к промерзанию 1-, 2-сантиметрового слоя переувлажненного грунта в чаше протаивания на оголенном пятне. В этом случае появляется избыточное давление между поверхностной, относительно тонкой мерзлой коркой и подстилающим, неоттаявшим мерзлым массивом снизу. Возникшее и растущее по мере промерзания сверху давление в переувлажненном зажатом слое грунта направлено во все стороны, но лишь в единственном направлении - вверх может прорвать тонкую льдо-грунтовую корочку. Происходит излияние грунта на поверхность, и он обновляет оголенное пятно в центре структуры. Ежегодное повторение описанного процесса приводит к формированию современного облика медальонных и бугорковых пятенных структур.

2. Эксперимент по выращиванию многолетних трав на пятенных структурах подтвердил существующие представления о бедности питательными веществами грунта оголенных пятен. При промерзании в случае отсутствия растительности льдовыделение особенно обильно.

3. Формирование и функционирование различных типов микрорельефа подчиняется географической зональности и определяется степенью увлажнения подстилающей поверхности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 Summary