Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Выполняемый проект объединяет усилия географов-почвоведов, экологов и микробиологов с целью изучения супрагляциальных органо-минеральных образований в полярных и высокогорных областях. Проект выполняется как на основе анализа материала, полученного в предыдущие годы, так и на основе запланированных (ледник ИГАН на Полярном Урале) и ВНЕПЛАНОВЫХ работ (на Земле Франца-Иосифа) в 2023 году. Опубликована обзорная работа (Мергелов и др., 2023) по разнообразию, генезису и функционированию супрагляциальных почв и почвоподобных тел. Среди супрагляциальных образований предложено выделять предпочвы, в том числе эфемерные образования, почвоподобные тела и почвы во льду и снеге, метастабильные почвоподобные тела на криоконите и почвы с микропрофилями под моховыми сообществами на льду, а также относительно стабильные почвы с макропрофилями на мелкоземисто-обломочных отложениях с подстиланием ледников и льда, уже прекратившего движение. Однако эволюционные траектории супрагляциальных систем могут быть сложнее, чем предполагалось ранее. Эфемерные предпочвы могут быть смыты и не эволюционировать в криокониты, а почвы во льду и почвы с микропрофилями под моховыми сообществами – боковые ветви эволюции супрагляциальных систем. В то же время полнопрофильные почвы на мертвом льду могут образоваться при обильном выпадении тефры без стадии криоконитов. Проведенный статистический анализ показал, что отмеченные нами ранее закономерности обмена парниковых газов (ПГ) на ледниках, подтверждаются на новых данных, полученных на леднике ИГАН. В частности, различные поверхности ледника могут служить как стоками, так и источниками СО2, при этом криокониты, если занимают более 50% поверхности, обычно приводят к эмиссии СО2, а при меньшем участии отмечается физико-химическое поглощение газа талой водой. Дневные ледяные поверхности без мелкозема или водорослей служат физико-химическими поглотителями СО2 и паров воды. Визуальное наличие водорослей на поверхности служит признаком нетто-стока С. При сравнении наблюдений на различных ледниках отмечается снижение скорости поглощения СО2 в ходе альгофотосинтеза на поверхности снега с увеличением абсолютной высоты (дисперсионный анализ, p <0.01). Дисперсионный анализ выявил также сильную значимость валового потока СО2 от типа экосистемы (р <0.0001) и гранулометрического состава верхнего слоя почвы (p <0.0001). Фактор абсолютной высоты также очень важен для валовых потоков СО2 (корреляционный анализ, rp= –0.881, р=0.01), для которых высота определяет как температуру воздуха (rs= +0.688, р=0.01), так и парциальное давление СО2. Значимыми факторами величины потоков СО2 также является проективное покрытие криоконитов на оцениваемой площади (rs= +0.449 р=0.01), и уклон поверхности ледника (rs= –0.502, р=0.01). В последнем случае обратная связь обязана смыву мелкозема на более крутых склонах. Для валовых потоков СО2 наиболее значимой оказалась регрессионная модель, построенная на двух переменных – абсолютной высоте и величине уклона (R2=0.33). Наибольший вклад дает первая переменная. Нетто-поток метана также сильнее всего связан с абсолютной высотой, проективным покрытием криоконитов и температурой воздуха. Регрессионная модель, построенная для нетто-потоков метана (R2=0.47), включает абсолютную высоту и проективное покрытие растений. При помощи рамановской микроспектрометрии в органоминеральном материале с поверхности двух ледников Северного Кавказа (Гарабаши и Малый Азау) идентифицированы три типа микропластика: полипропилен (PP), полиэтилен (PE) и полистирол (PS) с размером частиц от 20 до 280 мкм. Микропластик имел признаки физического и химического выветривания, что затрудняло идентификацию полимера для некоторых частиц. Учитывая достаточно большой размер частиц и высокую антропогенную нагрузку на два исследованных ледника, мы не исключаем существенный вклад локальных источников микропластика. Частицы диоксида титана (TiO2) были обнаружены в гранулах криоконита только на леднике Гарабаши. Они представлены анатазом – полиморфной модификацией TiO2. Самый очевидный локальный источник – это панели солнечных батарей, которые используются на объектах туристической инфраструктуры рядом с абляционной зоной ледника Гарабаши. Новые данные о микростроении криоконита на леднике Купол Кропоткина (остров Земля Александры, архипелаг Земля Франца-Иосифа) и на леднике ИГАН (Полярный Урал) демонстрируют два контрастных варианта самоорганизации супрагляциального органоминерального материала. В первом случае, несмотря на расположение ледника (80.74° с.ш.), на его относительно стабильной поверхности образовались хорошо оформленные гранулы криоконита с выраженными зонами первичной продукции органического вещества. Например, биопленками зеленых водорослей мощностью 100 мкм на периферии гранул. В условиях небольшого и быстро отступающего карово-долинного ледника ИГАН с наклонной абляционной поверхностью гранулы криоконита были несовершенными и, несмотря на высокое содержание органического вещества (вероятно, геологического генезиса), супрагляциальный материал часто оставался дезинтегрированным. Обобщая данные по 9 ледникам Высокой Арктики, Антарктиды, Кавказа и Алтая, на которых изучали микростроение криоконита, мы делаем вывод, что механизм формирования гранул повсеместен и универсален, однако выражен в разной степени. Разнообразие гранул представлено четырьмя основными морфотипами: (1) гранулы с концентрическими слоями, (2) гранулы с несколькими субгранулами внутри, (3) гранулы без специфической внутренней структуры и (4) гранулы с одной или несколькими крупными минеральными частицами внутри – зародышевыми зернами. Это подтверждает глобальный механизм образования гранул на поверхности ледников, что важно для экстраполяции данных, в том числе во времени. Биологическая активность объектов на Земле Франца-Иосифа (ЗФИ) в разы выше, чем на Полярном Урале (ПУ), несмотря на гораздо более южное расположение последнего. Таким образом, подтверждено, что негативное влияние ледников на микробиоту оказывает большее значение, чем широтная зональность. Это явление в полярных широтах мы ранее назвали ГЛЯЦИОГЕННОЙ ИНВЕРСИЕЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ И ПРОЦЕССОВ. Большее количество генетического материала грибов на ПУ, чем на ЗФИ предполагает доминирование микобиоты по сравнению с прокариот в наиболее экстремальных экосистемах. Численность и биомасса микроорганизмов ниже на периферии, чем в самой супрагляциальной зоне. Все параметры биологической активности ЗФИ и ПУ резко снижаются вниз по профилям, однако в надмерзлотном горизонте отмечается повышение биомассы прокариот, грибов, базального и субстрат-индуцированного дыхания, что может быть связано с накоплением ОВ и вымыванием клеток микроорганизмов на границу многолетнемерзлых пород (эффект ретинизации). Сравнение данных, полученных нами для ледников Кавказа, ледника Актру и ИГАН показывает, что криоконитовый материл ледника ИГАН заметно отличается как по содержанию органического углерода, так и по радиоуглеродному возрасту. Обращает внимание тот факт, что проанализированные нами образцы с ледника ИГАН в большинстве своем содержат от 12 до 21,5 % органического углерода, а образцы ранее изученных криоконитов содержат в среднем от 1 до 5% органического углерода и соответственно 14С возраста от первых сотен до 1500 лет тому назад. Самые молодой возраст на леднике ИГАН имеют образцы с наименьшим содержанием ОВ. Это сравнение наглядно показывает нам, что на леднике ИГАН есть пул углерода, который оказывает существенный вклад как в количество, так и в “качество” ОВ криконитового материала, который отсутствует на ранее изученных ледниках. Исходя из этих результатов мы можем предположить, что в составе криоконитового материала проанализированных нами образцов с ледника ИГАН входит большая доля «старого», возможно «мертвого» органического вещества геологического происхождения, что предварительно подтверждается данными морфологических исследований.