Восточная Антарктида характеризуется отсутствием мощных растительных покровов, здесь нет растений с корневыми системами, а почвы лишены не только протяженных органогенных горизонтов, но и ризосферы – небольшой и очень активной подземной части, важной для круговорота элементов и органоминеральных взаимодействий в верхнем ярусе экосистем на других континентах. В таких условиях особую роль играют тонкие прослои микробных и криптогамных автотрофных и сопутствующих гетеротрофных организмов в приповерхностной части почв, которые образуют своеобразные микроэкосистемы, широко известные в международной литературе как «biological soil crusts» – биогенные почвенные корки или корочки. В недружелюбных климатических условиях Антарктиды они иногда прячутся под каменными мостовыми – россыпями мелких обломков плотных пород.
В журнале Scientific Reports опубликована статья группы российских исследователей под руководством сотрудника отдела географии и эволюции почв Института географии РАН Никиты Мергелова, в которой предпринята первая попытка оценить количество и характер органического вещества, содержащегося непосредственно под каменными мостовыми в почвах Холмов Ларсеманн – одного из самых теплых оазисов Восточной Антарктиды.
«Биогенные почвенные корки присутствуют на всех континентах, накапливают углерод, фиксируют атмосферный азот, но в крайне бедных биогенными ресурсами ландшафтах Антарктиды их значение существенно возрастает, – говорит Никита Мергелов. – Биогенная почвенная корка может принимать как открытые поверхностные формы, так и скрытые, например, под каменными мостовыми, где цианобактерии, водоросли, лишайники и даже мхи находят убежище от неблагоприятных условий на поверхности (иссушение, УФ-излучение, коррадирующий ветер и др.). В таком случае говорят о гиполитных (от греч. гипо — под, литос — камень) сообществах. Для их существования важно присутствие в породе пропускающих свет минералов, например, кварца, а также неплотное сложение материала на поверхности, что характерно для каменных мостовых, широко распространенных в оазисах Антарктиды».
В наиболее экстремальных обитаниях Восточной Антарктиды – например, в Сухих долинах – проективное покрытие гиполитных сообществ составляет около 1%, но на них приходится существенная часть всей биомассы организмов в почвах и грунтах. «Сейчас активно накапливаются новые знания о гиполитных сообществах, растет понимание их экологического значения, и это поможет нам не только оценить, стоит ли отражать гиполитные органогенные горизонты в почвенных классификациях, но и дать ответ на один из важных фундаментальных вопросов, – говорит Никита Мергелов. – Дело в том, что те гиполитные системы, которые формируются при участии цианобактерий, представляют собой возможные аналоги почвенных образований раннего докембрия, когда неблагоприятные условия на поверхности (например, из-за отсутствия или несовершенства озонового экрана) делали скрытые ниши внутри плотных и рыхлых пород более вероятными местообитаниями микроорганизмов».
Работа ученых включала как полевые наблюдения и аэрофотосъемку в Восточной Антарктиде, так и большой комплекс исследований на приборной базе лаборатории радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии Института географии РАН: массовые определения органического углерода и азота, соотношений стабильных изотопов углерода, радиоуглеродное датирование с применением ускорительной масс-спектрометрии, микробиологические исследования. Новые результаты получены благодаря тесному сотрудничеству почвоведов и картографов Института географии РАН, а также сотрудников факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, ИФХиБПП РАН (Пущино) и ААНИИ (Санкт-Петербург).
В гиполитных экологических нишах были задокументированы кластеры непрерывных органогенных горизонтов площадью не менее 100 м2. В зависимости от того, какие организмы преобладают среди гиполитных сообществ, такие горизонты могут накапливать от 40 до 429 г органического углерода на м2. Большая часть органического вещества гиполитных горизонтов имеет современный возраст. Однако даже при неглубоком погребении – например, в трещинах между мерзлотными полигонами – органическое вещество в условиях Антарктиды может сохраняться более 1000 лет. «В Антарктиде источники органического вещества очень лимитированы, а движущие силы почвообразования слабы, – говорит Никита Мергелов. – Оказалось, что гиполитные сообщества вносят заметный вклад в формирование почв в экстремальных условиях «ледяного материка», а гиполитные горизонты в ряде случаев могут являться единственными органогенными горизонтами в профиле почв, пусть и скрытыми от глаз наблюдателя».
Основная часть работ выполнена в рамках государственного задания; исследования радиоуглеродного возраста проводились при поддержке проекта РФФИ №17-04-01475. Полевые работы выполнены при логистической поддержке Российской антарктической экспедиции.
