Добавлено 20-1-2006 

Муравейник как уникальный геолого-геофизический объект

Ф.Б. Бакшт Email: baksht@yandex.ru Томский политехнический университет (ТПУ) Муравейник как уникальный геолого-геофизический объект

Ant-hill as a unique geologic-geofisical objekt F Baksht Tomsk Polytechnical University

"Муравьи и защита леса", (Материалы XII Всероссийского мирмекологического симпозиума), 2005, Новосибирск: 196-201

      Купола гнезд рыжих лесных муравьев Formiсa rufa играют большую роль в формировании и развитии Земной геологической окружающей среды. Купол как система исследован с разных точек зрения: геологически, геофизически, экологически, этологически и точки зрения его развития. Рассматриваются новые познавательные, образовательные и прикладные перспективы и открывшиеся возможности.
Подробности читайте ниже.

Мирмекологический симпозиум 2005 года (Новосибирск) ОГЛАВЛЕНИЕ >>>

Мирмекологи России (СПИСКИ СТАТЕЙ и т.д.) >>> Библиография-РУ (Зрянин-2005) >>>  

"ANTS AND FOREST PROTECTION. Materials of the XII All-Russian Myrmecological Symposium", Novosibirsk, August 2005  

      Domes of red wood ants Formika rufa play a large role in formation and evolutions of Earth geological environment. The system is examined from the geologic, geophysical, ecological, engineering, ethological and evolution point of view. New cognitive, educational and application opportunities are opening.



      Цель сообщения - представить предварительную обобщенную геолого-геофизическую модель наземной части (купола) гнезда рыжих лесных муравьев Formica rufa. Использованы результаты геофизических, минералогических и топографических исследований около 50 куполов в разных районах Западной и Восточной Сибири. В высокогорье для сравнения обследованы единичные гнезда земляных муравьев Formica cinerea и Lasius flavus. Большое количество измерений и унифицированная технология обеспечивают статистическую достоверность результатов и обоснованность выводов. Последние касаются методологии и технологии общих и прикладных исследований.

      1. Пограничное положение на поверхности Земли. Купол муравейника гнезда рыжих лесных муравьев (далее - К) располагается на границе литосферы (косная материя по В.И.Вернадскому) и биосферы (живая материя). Это самоорганизующаяся динамическая биосистема, состоящая из живого и неживого вещества. Первое - собственно локальный биоценоз гнезда, включая симбиотические организмы, второе - как аморфный стройматериал (органика), так и кристаллический (минеральная фракция).
      Поскольку К существует и эволюционирует, в основном, благодаря биологической энергии, в целом, его можно рассматривать как открытый живой организм. Но возможность его воспроизведения ограничена. По этому признаку К является структурным элементом верхнего геологического слоя литосферы - почвы, то есть геологическим телом. По ряду признаков (биологических, экологических, геохимических и архитектурных) К близок к другим органогенным геологическим образованиям (коралловым рифам, постройкам термитов и др.). Из этой особенности К вытекает методология его исследования.
      Как физическое тело К обладает определенными системными признаками и свойствами - геометрической формой, геохимическим и минеральным составом, физическими свойствами и полями геологического и, вероятно, биологического генезиса.

      2. Геометрия. Форма К лишь в деталях индивидуальна. Она определяется в первую очередь, видовой принадлежностью насекомых и многими другими экологическими и биологическими факторами (Форель, 1874; Длусский, 1967; Захаров, 1968 и др.). Постройки обычно имеют форму усеченного конуса, с более или менее уплощенной вершиной. Основание круговое, иногда эллиптическое. Часто поверхность близка к параболоидальной. Встречаются К, поверхность которых образует довольно сложную фигуру. Индивидуальное и среднее по городищу отношение высоты к диаметру основания подчиняется фундаментальному закону гармонии природы - известной пропорции "золотого сечения", то есть близко к 1:1.618.

      При общей параболоидальной форме К иногда отмечается их пяти-лучевая симметрия. От вершины спускаются пять хребтиков, визуально плохо заметных. Выявляются они с помощью специальных, точных топографических измерений. Это показательно: пятилучевая симметрия, распространенная в живой природе, для неживой нехарактерна.

      3. Внутренняя архитектура. Устройство К детально описано (Длусский, 1967; Сейма, 1967; Захаров, 1968 и др.). Традиционная статическая модель предполагает двухъярусное его строение с внутренним конусом, осложненное множеством полостей-ходов. С помощью неразрушающих дистанционных геофизических измерений нами была подтверждена известная ячеистая структура купола, которая подчиняется общему спиральному плану. Последний напоминает строение земляных курганов древних погребений. Можно предполагать, что процедуры строительства этих построек во многом подобны. Сложность устройства куполов сугубо функционально и связано с составом их вещества. Можно предполагать, что оно динамично, изменчиво в реальном времени, что целесообразно проверить с помощью неразрушающих геофизических методов исследования.

      4. Состав стройматериала. В весовом отношении материал К (выше земляного вала) на 95% состоит из органического вещества. Растительные детали, заготавливаемые насекомыми, почти всегда стандартны (Дмитриенко, Петренко, 1976 и др.). Они подобраны по размеру и по массе, то есть, подвержены входному метрическому контролю. Этим обеспечивается типовое строительство К по заданной программе.
      Неорганическая минеральная фракция представлена частичками размером до 1 миллиметра. Она состоит из обломков пород, подстилающих почвенный покров, а также из отдельных зерен многочисленных минералов, набор которых различен в рудных районах горных областей и на равнине. Там, где покров рыхлых четверичных отложений маломощен, в К устанавливаются лимонит, гетит, гидрогетит, магнетит, кварц, глинистые минералы, а также эпидот, гранат, циркон и другие. Характерно присутствие мелких (десятки микрон) магнетитовых шариков, блестящих, слабо- или совершенно не окисленных. Это космическая пыль, распределение которой по поверхности Земли не изучено.
      Минеральный состав земляного вала тот же, что и в верхней части купола. Органика присутствует в нем до 10 весовых процентов. В определенных условиях содержания минералов-окислов железа здесь оказывается доминирующим (более 50 %). Профессор ТПУ А.Ф. Коробейников (устное сообщение) наблюдал в одном из золотоносных горных районов Хакасии земляной вал, который почти целиком состоял из магнетитового песка.
      В рудных районах горных областей минералы с двухвалентным железом (пирит, лимонит) преобладают над минералами с трехвалентным железом (магнетит). Последний практически отсутствует там, где мощность рыхлых отложений велика (Западно-Сибирская низменность). Там К сложены почти чистым кварцем, с небольшой примесью полевых шпатов и глинистых частиц.
      Примечательно, что весь материал в объеме К обогащен намагниченными минералами в 5-10 раз по сравнению с местной почвой. Та же тенденция отмечалась даже и в небольших по объему выбросах гнезд земляных муравьев Formica cinerea и Lasius flavus, встреченных нами в каменистой полупустыне Тувы выше границы леса.
      Химический состав купольного вещества "магнитных муравейников" из рудных районов типичен для местных подпочвенных образований. По существу, в таких К отмечаются фрагменты (краевые части) вторичных геохимических (биогеохимических) ореолов рассеивания. В них присутствуют свинец (до 0.01 %), медь (до 0.003%), мышьяк (до 0.01 %), молибден, цинк, сурьма и др. Во всех пробах в слабо повышенных количествах отмечается золото до 0.04 г/т. В "немагнитных" пробах золото анализами не обнаруживается.
      В муравейниках, удаленных от рудных районов, примеси рудных элементов присутствуют только в небольших концентрациях, близких к кларковым. Однако и здесь муравьи Formica rufa неравнодушны к металлам, содержание которых в наземных частях гнезд нередко значимо повышено относительно окружающей почвы.
      С целью выяснения новых возможностей использования минералого-этологических способностей муравьев в качестве индикатора состояния окружающей среды нами была предпринята попытка исследования литофильности муравьев с использованием специальной минеральной приманки. Эксперимент проводился в сосновом бору Академгородка г. Красноярска. Использовались измельченные минералы: магнетит, пирит, гематит, сульфидная золотоносная руда с халькопиритом и малахитом, металлическая латунь. Контейнеры с ними помещались на 8 дней в 1 метре от двух гнезд Formica rufa. Затем вычислялось изменение начальной массы приманки в граммах и в процентах.
      Оказалось, что муравьи целенаправленно вносят минеральные частицы в муравейник; наибольший интерес у муравьев вызвал порошок латуни. Это подтверждает, что они обладают чувствительностью (рецепцией) к определенным физическим (электромагнитным) свойствам минеральных частиц. Эксперимент предполагается продолжить. Реализация опытных исследований и ожидаемые от них результаты могут быть с успехом использованы в процессе школьного образования и воспитания. Они могут иметь и прикладное значение для экологов, геологов и горняков-биотехнологов.

      5. Физические свойства. Цвет большинства К светлобурый, рыжий, определяемый видом опада и способствующий мимикрии насекомых. Основание темно-бурое, иногда охристое или черно-бурое, редко сероземное (при малых количествах железа в почве).
      Плотность (объемный вес) меняется от 0.2-0.3 г/см³ у вершины до 1.8-2.0 г/см³ земляном вале, что определяется структурой постройки и концентрацией в ней минералов "тяжелой фракции".
      Механическая прочность на сжатие (до 200 г/см²) и сравнительно большая упругость постройки достигается ее оригинальной внутренней конструкцией, состоящей из системы перегородок с устойчивыми арочными перекрытиями. Прочные сочленения конструкционных деталей с использованием глинистых минеральных веществ являются своеобразной крепью. Возможно, именно использование тяжелых минералов с повышенной плотностью способствует упрочнению всей строительной конструкции.
      Внутренняя архитектура К подобна "романскому" стилю карстовых пещер в карбонатных породах. Текстура похожа на волокнистое строение минерала асбеста. Механические свойства К обеспечивают противодействие сооружения ветровым нагрузкам, повреждениям от падения ветвей и давления небольших животных. С этим же связана высокая сейсмоустойчивость ажурных построек, а также их повышенная чувствительность к микросейсмическим колебаниям почвы, воспринимаемым как предупредительный сигнал об опасности.
      Водопроницаемость постройки - важное системное свойство К. Верхний слой как гидроизолирующая поверхность выполняет функции его несмачиваемой крыши благодаря подбору деталей, рациональной конструкции и геометрии купола. Последствия большой гигроскопичности внутренних частей устраняются вентиляцией и периодической просушкой деталей, выносимых на поверхность.
      Наземный комплекс гнезда выполняет роль термостата и, одновременно, терморегулятора для всего гнезда. Известно, что в целом К теплопроводен, как твердое каменное тело (Брайен, 1986 и др.). Это достигается конструкцией сооружения, его органоминеральным материалом, выполняющим роль окисляющегося топливного элемента, а также рациональной регулируемой системой вентиляции, мобильно реагирующей на изменения внешних условий.
      Магнетизм К изучался с помощью измерений магнитной восприимчивости и магнитного поля непосредственно в лесу, затем аналитически по пробам в петрофизической и минералогической лабораториях. Магнитная восприимчивость меняется в слабомагнитных К от 5*10^-4 ед. СИ до 25*10^-4 ед. СИ, а в сильно намагниченных К от 36*10^-4 ед. СИ до 200*10^-4 ед. СИ. Это объясняется изменениями концентраций пара- и ферромагнитных минералов в минеральной фракции материала К, восприимчивость которых равна от 8.8 до 25 ед. СИ. Общее содержание таких минералов и в околоповерхностных частях К, и во внутреннем конусе достигает 20% массы минеральной фракции пробы, или 1% массы всей пробы в целом. Это вполне обеспечивает наблюдаемую намагниченность. Последняя всегда увеличивается от центра К к его подножию. Для изучения восприимчивости во всем объеме К имеющейся у нас информации недостаточно, но заметных отклонений по результатам изучения 10 проб отмечено не было.
      Намагниченность К повышается не только сверху вниз, но и с СЗ на ЮВ. Как правило, северные склоны К оказываются более намагниченными, чем южные. Все К обладают ячеистой упорядоченной структурой, проявляющейся на поверхности в концентрическом и спиралевидном расположении отельных магнитных зон. Это отражает и строение К, и, вероятно, связано с технологией строительства. Любопытно, что похожая магнитная картина отмечается на поверхности земляных холмов степных курганов-погребений.
      Подчеркнем, что в природе, кроме муравьев, только термиты сооружают себе намагниченные жилища. Роль и значение этой эксклюзивной особенности данных биосистем не изучена. Есть основания предполагать, что такое системное свойство гнезд служит для обеспечения навигационных и коммуникативных потребностей насекомых.
      Радиоактивность К практически не отличается от фоновой для окружающей почвы. То есть, естественно радиоактивные минералы сюда муравьями не заносятся, в отличие от намагниченных. Примечательно, что даже в пределах антропогенной аэрозольной аномалии, где мощность дозы гамма-излучения достигала 5000 мкР/час, внутренние части К оказались нормальной активности. За последующие три года активность уменьшилась на порядок; жизнь гнезда не прекратилась, его рост продолжался.

      6. Купол муравейника как объект для инженерного и познавательно-гносеологического исследования. Перспективно проведение полевых и лабораторных исследований с привлечением как известных, так и новых нетрадиционных идей и технологий. Целесообразно применение неразрушающих методов геофизического (магнитометрического, радиометрического) воздействия и контроля. Возможны следующие основные направления:
      6.1. Экологический подход.
Описание и анализ геометрической формы К и состава их минеральной фракции в статике и динамике для исследования связей этих параметрических характеристик с состоянием природных экосистем и их отдельных элементов. Объекты изучения - естественные геохимические и геофизические аномалии, природные и техногенные аэрозольные загрязнения тяжелыми металлами, проблема рассеивания космической пыли и др. Предмет изучения - свойства К, физические и химические поля, их взаимная корреляция в пространстве и во времени.
      6.2. Инженерно-этологический подход.
Исследование и статистический анализ строительных конструкций гнезд и строительных технологий насекомых с точки зрения их энергоемкости, сейсмоустойчивости, археологии (строительство курганов) и др.
      6.3. Горно-геологический подход.
Изучение возможностей использования мирмекологии для создания биотехнологических способов поисков и добычи полезных ископаемых, в первую очередь золота. Разработка проекта и создание золотоизвлекательного завода, действующего аналогично пчелиной пасеке, представляется отнюдь не фантастической задачей.
      6.4. Сейсмологический подход.
Необходимо и чрезвычайно актуально продолжение исследований ряда российских и зарубежных ученых для разработки строгих аппаратурных (инструментальных) методов краткосрочного прогноза землетрясений (особенно в районах, опасных в отношении цунами) на мирмекологической основе. Наряду с традиционными этологическими исследованиями целесообразно выполнение натурных экспериментов в интерактивном режиме с привлечением геофизических методов.

      Заключение. Изменение свойств и формы К как уникальных и эволюционно устойчивых биогеосистем является ответом насекомых на изменение параметров среды; реакция насекомых может быть изучена корректно и инструментально (Захаров, 1978; Саблин-Яворский, 1991; Сидорин, 1991 и др.). Динамика состояния купола как одного из пограничных элементов косной биосферы, описанная с помощью специального физико-математического аппарата, может быть использована для составления прогностических моделей окружающей среды. При этом целесообразно использование неразрушающих геофизических методов исследования с привлечением электронных технологий сбора, анализа, хранения и интерпретации информации.

      Познание названных и других малоизученных сторон жизни муравьев откроет новые возможности для развития горно-геологических биотехнологий и для корректного решения целого ряда гносеологических и прикладных вопросов биомониторинга среды и экологии вообще. Немаловажно, что реализация предлагаемых экспериментов может быть использована в процессе школьного образования и активного воспитания экологического мировоззрения молодежи.

©2006, Vladislav Krasilnikov  

Всякое использование без согласования с автором и без активной гиперссылки на наш сайт преследуется в соответствии с Российским законодательством об охране авторских прав.