Биовулканология

Как влияет вулканический пепел на растения и животных

Воздействие пеплопадов

Пеплопады — одно из самых распространенных явлений, сопровождающих извержения. Их влияние на живые организмы зависит от количества выпадающего пепла, его гранулометрического (зернистости) и химического состава, а это, в свою очередь, определяется типом извержения вулкана.

В результате сильных извержений пеплы выпадают на территориях площадью от сотен тысяч до нескольких миллионов квадратных километров. Самые крупные обломки (пользуясь сравнением Гаруна Тазиева — «превышающие размером яблоко») именуются вулканическими бомбами, несколько меньшие по размеру («равные ио величине рисовому зерну, бобу или ореху») — лапиллями, еще более мелкие — вулканическим песком, а уже совсем мельчайшие (вплоть до микрон) — пеплом. Все это вместе сейчас нередко объединяют названием «тефра».

При извержении Шивелуча в 1964 г. вблизи конуса выпало от 20 до 50 см довольно крупных обломков. Лес здесь полностью погиб: все мелкие, ветви и кора ободраны равномерно со всех сторон, так как материал из тучи падал вертикально. В 30— 40 км от кратера выпадал крупный вулканический песок, а в 80 км — уже настоящий пепел. При извержении Толбачика пеплы распространялись на расстояние свыше 1000 км, а на площади 400 км2 растительность была уничтожена. Конфигурация и размеры зоны пеплопада зависят еще от'направления и силы ветра. Пеплопад основного взрыва на Безымянном в 1956 г. прошел полосой шириной 50 км на протяжении более 400 км. При извержении Тамбора в 1815 г. даже в 1-50 км от кратера на острове Ламбок выпало 0,5 м пепла. Острова Сумбава и Ламбок в Индонезии были полностью опустошены.

А. Н. Сидельников выделил три • аспекта прямого влиянии в период извержений вулкана аэральной пирокластикй на растительность: уничтожение растительности, ее повреждение и запыление ассимиляционного аппарата. Первое происходит как при полном, так н при частичном погребении пеплами растительности. Гибель растений вызывают большое содержание в пепле токсических соединений, высокая температура пепла, поднятие уровня, мерзлоты в почве выше корнеобитаемого слоя. Повреждение растений — эта некроз листьев токсическими веществами, повреждение кутикулы абразией пепловых частиц, облом ветвей, изгиб ствола, а иногда его вывал из-за накапливания пепла в кронах деревьев.

Пеплы вулкана Ираз в Коста-Рике были столь кислыми, что буквально сжигали растения. Повреждение растительности зависит не только от особенностей самого пепла (скажем, вулканическое ли это стекло — обсидиан, частицы которого отличаются острыми краями, или базальтовый шлак), но и от характера его отложения, от метеорологических и сезонных условий, а также от типа растительности. Возвышенности, даже самые небольшие, в несколько десятков сантиметров, экранируют растительность, образуя своеобразные убежища, в которых и механическое воздействие, и мощность отложений пепла отличаются от тех, что имеются буквально в нескольких метрах. Отсюда — мозаичность и большое разнообразие в характере повреждения растительности.

Сухой пепел сам по себе легок, когда же он насыщен водой, его масса увеличивается многократно. А. Н. Си- дельников и В. А. Шафрановский показали, что при извержении Толбачика в 1975—1976 гг. от навалов мокрого пепла в первую очередь страдали подрос-т, подлесок и деревья второго яруса, диаметр стволов которых не превышает 12—15 см. У взрослых деревьев первого-яруса ломаются и ,изгиба!отся лишь вершины и ветви. Лиственные виды деревьев и кустарников с их более развитой кроной и большей листовой поверхностью повреждается значительно сильнее, чем хвойные. Кроме того, больше страдают деревца, растущие в, густых куртинах. Таким образом, здесь очевиден аспект некоторой избирательности воздействия навалов мокрого пепла на дре- весно-кустарниковую-фастительность.

Заметные механические повреждения у деревьев и кустарников наблюдались там, где мощность пепла колебалась от 4—5 до 15—20 см. При большей мощности пепловоро слоя начинается массовое отмирание деревьев и кустарников. Горйо-тундровые кустарнички, береза Миддендорфа, береза каменная, кедровый стланик гибнут, если слой шлака и пепла достигнет 20—-30 см, ольха камчатская — более 40 см, лиственница курильская — 50 см, тополь Комарова — 80 см.

Впрочем, оценивая влияние мощности пеплового слоя на деревья и кустарники, нужно учитывать еще и размеры пепловых частиц. На том же Толбачике П. А. Хо- ментовский установил, что граница зоны летального (смертельного) воздействия пепла на кедровый стланик примерно совпадает с границей выпадения частиц, превышающих в размере 2 мм. Растения, удаленные от вулкана еще более, зачастую выживали, хотя мощность пеплового слоя под ними превышала 40 см. По устойчивости к воздействию пеплов (от наибольшей — к мень^ шей) Хоментовский расположил древесные, породы следующим образом: тополь Комарова — ольховый стланик — лиственница камчатская — кедровый стланик — береза каменна[я. Лиственные породы и лиственница, способные возобновлять утраченную листву, в целом оказываются более стойкими (за исключением каменной березы), чем кедровый стланик. Интересно, что регенерация хвои лиственницы на следующий год после извержения напоминает таковую после объедания насекомыми. Японские ботаники заметили, что от навала пепла в основном страдают древостой лиственницы японской большого возраста,- тогда как молодые древостой сохраняются.

Степень запыленности листьев растений зависит от частоты и .продолжительности поступления пепла, от фазы развития растений. Даже присыпка слоем 0,01 мм снижает интенсивность фотосинтеза на 30%. Дождь и ветер способствуют удалению пепла с поверхности растений.

Умеренные пеплопады, как показали анализы, не уничтожают местную микрофлору. Что касается насекомых, то вулканический пепел в результате прямого контакта может быть губительным для них. Вместе с тем муравьи не только выжили в полностью засыпанных пеплом муравейниках на удалении всего 5—6 км от конуса извержения Толб^чика, но и сформировали дочерние поселения.

Издавна известно, что вулканический пепел способен вызывать у птиц конъюнктивит. Об этом сообщали американские ученые еще в 1913 г., наблюдая на Кодьяке последствия извержения Катмаи. То же самое было от- мёчено в 1975 г. в Кроноцком заповеднике на Камчатке': во время извержения Толбачика в одном из поздних гнезд пятнистого конька, расположенном в 180 км. от вулкана, у птенцов оказались воспаленными глаза и распухшими веки. В те дни пеплом были покрыты все траву и листья на деревьях.

Повреждение глаз американские орнитологи наблюдали и в 1980 г. у калифорнийских чаек, гнездившихся на озерах в 330 км (!) от извергавшегося Сент-Хелбнса: больше чем у половины наблюдавшихся птиц этого вида распухли веки, перья вокруг глаз склеились пеплом, птицы часто моргали. Признаки конъюнктивита появились на следующий день после пеплопада, а через сутки их не стало. Во время извержения Сент-Хеленса Джеймсу Гайварду с коллегами удалось провести очень интересные наблюдения за влиянием пеплопада на калифорнийских и кольцеклювых чаек. Было установлено, что во время пеплопада чайки покинули гнезда, что сказалось на успешности их размножения. Такое поведение чаек удивляет, так как птицы обычно плс?тно сидят на кладках и в сильный дождь, и в снег, и в. град. Быть может, причиной тому — неожиданно наступившая темнота?

Чайки не остались равнодушными к кладкам, засыпанным трехсантиметровым слоем пепла. Они активно раскапывали свои яйца и к утру раскопали от 27 до 45% гнезд. Через три дня эти показатели возросли до 39 и 69%. Обычно чайки раскапывали пепел лапками, реже — клювом. В эксперименте им хватило на это 30 мин. Конечно, покров из пепла повлиял на успешность размножения. Из яиц, оставшихся под пеплом и не откопанных, птенцы не вывелись. Не повезло и тем чайкам, гнезда которых были откопаны, но яйца частично оставались .в пепле. Большинство таких яиц оказалось со временем твердо вцементированными пеплом, увлажненным дождем или влажным оперением родителей. Из таких яиц тоже ничего не вывелось. В целом у калифорнийских чаек успешно появились на свет птенцы более чем из 40% раскопанных яиц, а у кольцеклювых чаек — примерно из 50%. Был случай, когда набившийся пепел своеобразной пробкой закрыл у пуховичка горло, и тот погиб. У другого птенца нога оказалась вцементированной в пепел. Но прямых болезненных эффектов, кроме конъюнктивита, у птенцов не было.

Большинство чаек, которые не сумели раскопать гнезда, приступили к кладкам вторично. Все эти наблюдения относятся к колонии, засыпанной - пеплом на 3,5 см. На другом озере, где выпало всего 0,5 см пепла, существенных изменений в поведении и размножении чаек не произошло.

Пепел, скопившийся в - неровностях коры деревьев, может стать причиной стирания рулевых перьев у дятлов. Так было в Мексике после извержения вулкана Парику- тин (1943 г.). При попадании с пищей в рот пепел может способствовать стиранию зубов у млекопитающих. Токсичность пеплов для млекопитающих иллюстрируют следующие примеры. При извержении Геклы (Исландия) в 1947 и 1974 гг. домашний скот погибал, отравившись фтором. Фтор был адсорбирован пеплом в виде фтористо-водородной (плавиковой) кислоты.

В литературе описан случай, когда в Новой Зеландии только после длительных исследований удалось установить причину непонятной болезни овец. Виной тому оказался кобальт, содержащийся в пепле. Пришлось весь скот перевезти на другие пастбища, пока дождь не смыл пепел с прежних пастбищ. На Камчатке , пепел Толбачика стал причиной гибели в 1975 г. оленей, выпасавшихся на тундрах вулканического дола. С 10 июля, т. е. "через несколько дней после начала извержения, и до 25 августа-погибло 635 оленей, хотя они находились в Десятках километров от вулкана. Причиной тому стало поражение крупными кристаллами пепла слизистой оболочки органов пищеварения, утончение слизистой, вздутие желудков. Важнейший отдел желудка — книжка — был буквально забит пеплом. -Был нанесен большой ущерб местному оленеводству, уцелевшие стада пришлось переводить за сотни километров в безопасные районы.

Пеплы приносят в водоемы разнообразные химические соединения, которые могут оказывать либо угнетающее, либо благоприятное воздействие на водных обитателей. Кроме того, пепловые частички сами по себе загрязняют водоемы. Известны случаи, когда вулканические пеплы, попадая в реки, ручьи, колодцы, надолго делали невозможным использование воды в качестве питьевой (Аляска, 1912 г; Камчатка, 1956 г.). .

Большую известность получили исследования И, И. Куренкова, установившего, что пепел Безымянного стимулировал развитие фитопланктона, главным образом диатомовых водорослей, в озере Азабачьем, на Восточном побережье Камчатки, но подействовал угнетающе на планктонных ракообразных. Это вызвало цепь важнейших изменений в биологическом сообществе. В тот год на бассейн Азабачьего выдало около 1 млн. т пепла, содержащего до 4 тыс. т легкорастворимых солей. Это явление повторилось и после пеплопадов Толбачика в -1975—1976 гг. При извержении Алаида 1в 1981 г. (Северные Курильские острова) пеплопад прошел и над озером Курильским, причем в первый год наблюдалось его ингибирующее воздействие на развитие водорослей, вызванное, видимо, значительной кислотностью пепло- вых экстрактов.

Так или иначе, но прямое влияние пеплопадов на живые организмы разнообразно И проявляется на больших территориях далеко за пределами вулканов. Этим они отличаются от других вулканогенных факторов прямого воздействия*.