Гейзеры, муравейники, подводный мир и царство льда

В День науки  сотрудники заповедных территорий поделились секретами изучения природы.

Природа – неисчерпаемый ресурс для научных исследований. А наука невозможна без вдохновения, нестандартных идей, поиска, озарений и горящих глаз. Ежегодно в заповедниках и национальных парках проводится несколько сотен научно-исследовательских мероприятий: экспериментов, учетов, мониторинговых работ и других проектов. По данным, полученным в результате изучения природной среды, можно отследить причины и степень воздействия как естественных, так и антропогенных факторов на различные экосистемы. Именно на это и направлен кропотливый труд каждого из наших героев, о которых Росзаповедцентр Минприроды России рассказывает сегодня, в День российской науки.

Мирмеколог Татьяна Кругова и Тигирекский заповедник

Муравьёв изучают мирмекологи. Но что же можно изучать у этих небольших насекомых? И учёных, и любителей природы поражает высокое видовое разнообразие муравьёв – даже в умеренных широтах в каждом биотопе можно найти по 5-20 видов, а в каждом регионе нашей страны – по 50-100 видов.

Не менее интересна для изучения и сложная социальная структура муравьев – семьи с чётким разделением функций между особями, гнёзда и охраняемые кормовые участки, разделение территории и времени активности между разными видами, иерархия в межвидовых сообществах, симбиоз с тлями и другими насекомыми и многое другое.

Гнёзда-капсулы рыжих лесных муравьёв – удобный для изучения и весьма информативный объект, они растут либо уменьшаются в размерах в соответствии с развитием либо деградацией муравьиной семьи, а её состояние, в свою очередь, откликается на изменение состояния окружающей среды. Это можно использовать в качестве инструмента для мониторинга окружающей среды. Нередко можно наблюдать даже скопления таких гнёзд – комплексы. Они представляют собой важный компонент биологической защиты леса от вредителей.

С 2010 года реализуется программа «Мониторинг муравьёв Formica», цель которой – собрать информацию обо всех комплексах гнёзд рыжих лесных муравьёв в стране и создать информационную базу, необходимую для исследований, мониторинга, рационального использования и сохранения лесных муравьёв. И именно в заповедниках изучать муравьёв особенно интересно!

Например, в Тигирекском заповеднике (Алтайский край) на данный момент известно 37 видов муравьёв. Большинство из них предпочитают низкогорную лесостепь – здесь больше всего видов и больше всего гнёзд на единицу площади. Здесь живут и изящные медлительные Myrmica c морщинистым хитиновым покровом, с длинными шипами на спине; и чёрные Lasius, почти такие же, как на грядках у садоводов. Жёлтые Lasius ведут подземный образ жизни и поэтому лишены пигментации, а некоторые из них имеют особенный терпкий запах. Двуцветные Formica быстрые и агрессивные, в отличие от обаятельных и огромных чёрных древоточцев Camponotus. Семьи маленьких Leptothorax насчитывают всего по несколько сотен особей и живут в палочках, а совсем крошечные, но чрезвычайно агрессивные и многочисленные Tetramorium заселяют степные ландшафты. Живут в заповеднике даже облигатные рабовладельцы Polyergus, у которых жвалы не имеют расширения на конце и приспособлены только для сражений с другими муравьями, а ни для какой работы не пригодны.

Изучение фауны и ландшафтного распределения муравьёв в Тигирекском заповеднике ведётся с 2005 года, а с 2008 года этой работой занимается научный сотрудник заповедника Татьяна Кругова.

«Муравьи – перспективный объект исследования в силу их видового и экологического разнообразия, чётких изменений параметров поселений и сообществ в соответствии с условиями окружающей среды, наличия обширной методической базы для их изучения в разных аспектах. Кроме того, они настолько обаятельны, что каждый, кто имеет с ними дело, отдаёт им сердце навсегда! Именно поэтому среди зоологов так много мирмекологов», – рассказывает Татьяна.

Учитывая высокое ландшафтное разнообразие территории заповедника, работы ещё много. Тем более что учёт численности гнёзд муравьёв – довольно трудоёмкая задача: необходимо заложить в пределах местообитания 5-10 площадок по 25 кв. м. и просмотреть подстилку и поверхность почвы, чтобы обнаружить все имеющиеся гнёзда муравьёв.

«Из каждого гнезда отбирается проба для определения видовой принадлежности, эта работа выполняется уже в лаборатории с помощью увеличительных приборов. В результате получаем число гнёзд каждого вида на единицу площади. Зато учёт гнёзд муравьёв хотя и трудоёмкий, но более надёжен, чем другие методы учёта беспозвоночных, результаты которых часто зависят от погодных условий, активности разных видов и других факторов, искажающих результат. А гнёзда муравьёв – объекты постоянные. Это, кстати, делает их удобным объектом для анализа распределения в разных масштабах, такая работа в Тигирекском заповеднике также проводится», – поясняет Татьяна Кругова.

В верхней части таёжного пояса Тигирекского заповедника – самое высокое видовое богатство рыжих лесных муравьёв, а гнёзда одного из них – северного лесного муравья Formica aquilonia – образуют крупный комплекс. На данный момент известно 49 гнёзд этого комплекса. Для каждого гнезда определены линейные размеры и число кормовых дорог; со временем эти измерения будут выполнены повторно, и мы узнаем, растёт или деградирует наш комплекс и свяжем это с изменением состояния окружающей среды. Более того, выше границы леса отмечено 30 гнёзд ещё одного вида – волосистого лесного муравья; они в большей мере разобщены в пространстве и не образуют единого комплекса, но для сравнительно небольшой площади, охваченной исследованием, это довольно много.

Для этих гнёзд, разумеется, также проведены все необходимые измерения. Эту работу под руководством Татьяны Круговой выполняет студент Алтайского государственного университета Максим Зарубич: это он обшаривает закустаренные склоны гор, покрытые высокотравьем и испещеренные огромными валунами, в поисках новых гнёзд. Сотрудничество с университетом – большое подспорье в работе Тигирекского заповедника!

Ихтиолог Кирилл Литвинов и Астраханский заповедник

Профессия ихтиолога заключается в изучении рыб, и самое примечательное в этой профессии то, что в ней всегда есть некая загадка. Если орнитологи могут изучать птиц издалека, спокойно наблюдать за ними, сфотографировать, подсчитать на маршруте, то ихтиолог должен поймать объект изучения, что невольно порождает азарт.

«Всегда интересно, какие виды рыб обнаружатся в контрольном лове, сколько рыб того или иного вида, а вдруг попадётся новый вид или очень редкий для этого водоёма? Наверное, каждый ихтиолог всё же в душе рыбак, только энтузиазм направлен в другое русло. Это рыбалка не ради пропитания или извлечения выгоды, она, как ни парадоксально звучит, ради спасения или приумножения рыбного населения. Да и контрольные ловы – это капля в море по сравнению с промысловым ловом», – рассказывает Кирилл Литвинов, ихтиолог, кандидат биологических наук, заместитель директора Астраханского заповедника по научной работе.

Ихтиология – это одно из базовых направлений исследований для Астраханского заповедника. Дельта Волги всегда была районом усиленного рыбного промысла, рыбные ресурсы Астраханского края знамениты на всю Россию. Однако миллионы рыбаков приезжают в Астраханскую область отдыхать на рыбалку. К сожалению, всё это оказывает сильное давление на рыбные ресурсы региона, и они год от года сокращаются. Помимо этого, на ихтиофауну влияет гидрологический режим Астраханского региона и в целом колебания уровня Каспийского моря, а также пожарная обстановка, которая в регионе сейчас напряжённая.

Как выяснили ихтиологи Астраханского заповедника, вода с примесью золы негативно влияет на инкубацию икры, а эффективность нереста снижается на 40%. Астраханский заповедник является той территорией, которая не подвергается рыбному промыслу, рыбалка для туристов здесь также запрещена, именно за счёт этого контраста можно отследить, насколько сильно деятельность человека влияет на рыбное население дельты Волги.

Гордостью Астраханского заповедника стали многолетние ряды данных по системному мониторингу ихтиофауны заповедника, который ведётся с 1954 года. Это уникальные данные, которые позволяют сравнивать современную ситуацию с различными периодами за последние 70 лет. За это время произошло множество событий, которые существенно повлияли на ихтиофауну дельты Волги. Это и понижения и повышения уровня Каспийского моря, и строительство Волжско-Камского каскада ГЭС, и строительство вододелителя в городе Нариманов. И все изменения в ихтиофауне Астраханского заповедника были зафиксированы, что позволяет учёным давать прогнозы того, какие изменения могут произойти дальше.

Ведение многолетних рядов данных – это плановая традиционная работа, но ихтиологи заповедника используют и современные средства для изучения ихтиофауны, которые позволяют изучать рыб без изъятия из водоёма. Например, используются в работе эхолокационные приборы или эхолоты. Можно узнать, сколько рыб находятся в толще воды, направление и характер движения, места концентрации, но вот вид рыб определить пока невозможно. Эти исследования существенно дополняют те работы, которые проводили предшественники. Но отказаться от старых методов, например, от метода контрольного лова, пока не представляется возможно. Для того, чтобы иметь сопоставимые данные, нужно сохранять методики изучения.

Гидрогеолог Алексей Кирюхин и Кроноцкий заповедник

Доктор геолого-минералогических наук Алексей Кирюхин – гидрогеолог, главный научный сотрудник Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, а также старший научный сотрудник Кроноцкого заповедника (Камчатский край). Ежегодно он ведёт мониторинг режима и состояния эталонных гейзеров в Долине гейзеров и кальдере Узон с целью исследования механизмов работы термоминеральных источников и гейзеров. Каждый из них уникален по режиму извержений, внешнему виду и мощности фонтана, гейзеритовым постройкам.

«В работе сейчас несколько задач, в том числе в связи оценкой перспектив "возрождения", то есть реабилитации повреждённых гейзеров и прогнозом событий, явившихся триггерами природных катастроф. Речь об оползне 2007 года, а также селевом потоке, который в 2014 году после очередного обвала горных пород прошёл по руслу реки Гейзерной. Мониторинг гейзерной активности необходим для повышения предсказуемости катастрофических природных процессов в областях активного вулканизма – гидротермальных взрывов, обвалов, извержений вулканов и землетрясений», – рассказал Алексей Кирюхин.

Тогда, 3 июня 2007 года 20 миллионов кубометров обломков горных пород за несколько минут обвалилось в долину реки Гейзерной. Треть гейзеров была погребена под завалами и оказалась на дне сформировавшегося Подпрудного озера. Триггером катастрофы стал гидротермальный взрыв на склоне ущелья горной реки. Это событие побудило научное сообщество разобраться в механизмах работы горячих природных фонтанов и ответить на вопросы – что же представляют собой гейзеры и почему они извергаются?

Следить за гейзерами стали с помощью температурных датчиков – логгеров. Эти устройства позволяют регистрировать температуру воды на дне каналов гейзеров. Первые записи с приборов со дна гейзера Великан в 2008 году сразу поставили перед учёными вопрос – почему температура воды на дне на 5-6 градусов ниже температуры кипения, которая наблюдается на поверхности. Оказалось, что гейзерам помогает извергаться газ, то есть извержение происходит в режиме так называемого газлифта. Результаты работы были опубликовали в 2016 году в журнале Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Гляциологи и национальный парк «Русская Арктика»

Изучением природных льдов на поверхности Земли занимается гляциология. Учёные исследуют процессы появления ледников, их поведение и причины таяния ледниковых масс. Более 85 процентов территории национального парка «Русская Арктика» покрыто льдом, поэтому гляциологи – постоянные участники научных экспедиций.

В 2023 году в ходе работы комплексной экспедиции на острове Земля Александры, архипелага Земля Франца Иосифа, были проведены разносторонние гляциологические исследования. В мае учёные Арктического и Антарктического научно-исследовательского института совместно с учёными Парка провели ледомерную съёмку на припае, близком к берегу и неподвижном участке льда.

Толщина морского льда является важной характеристикой, а её изменения –чувствительным индикатором колебания климата. Учёные оценивают толщину льда в основном с помощью спутникового дистанционного зондирования и численного моделирования. Но любые дистанционные измерения требуют подтверждения значений, полученных контактным методом.

Были произведены и другие замеры различных характеристик льда, в том числе профили температуры и солёности. Взяты ледяные керны для последующего измерения количества хлорофилла. Информация о его концентрации служит критерием при оценке запасов биомассы фитопланктона, а также показателем загрязнения водного пространства.

В августе, во время проведения второго этапа, гляциологи Института географии РАН также работали на Земле Александры, изучая ледниковые купола: Кропоткина и Лунный. Были взяты пробы из разных слоев для изотопного анализа, чтобы установить, при каких условиях произошло формирование льда. Также при помощи изотопов учёные определяют, какую часть в стоке рек составляют грунтовые воды, сколько воды попадает в них за счёт осадков и в результате таяния мерзлоты и ледников.

Интересны исследования криоконита – пылевого материала, который накапливается на поверхности ледника. Пыль приносит ветер, она может быть как местной, так и занесённой издалека. Гляциологи отобрали пробы на склонах обоих ледниковых куполов острова. Химический анализ материала поможет ответить на вопросы: насколько этот криоконит отличается от криоконита с других островов архипелага Земля Франца-Иосифа и других полярных ледников.

«Исследование ледников архипелага Земля Франца-Иосифа интересно, как и изучение льдов Антарктиды для реконструкции климата Земли в прошлом. Изучение криоконитов не менее важно, потому что оно играет важнейшую роль в формировании почв у кромки ледника», – отметил директор национального парка «Русская Арктика» Александр Кирилов.

По материалам пресс-службы Росзаповедцентра Минприроды России. Фото предоставлены Росзаповедцентром.