Комплексное геолого-геофизическое и ботаническое исследование…

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2018. T. 17, № 1. С. 45–76. DOI 10.21455/GPB2018.1-3

КОМПЛЕКСНОЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ
И БОТАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНЫ ТЕКТОНИЧЕСКОГО СОЧЛЕНЕНИЯ КАТУНСКОГО ХРЕБТА
И УЙМОНСКОЙ ВПАДИНЫ (ГОРНЫЙ АЛТАЙ)

1 Центральный Сибирский ботанический сад СО РАН, г. Новосибирск, Россия

2 Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, г. Новосибирск, Россия

3 Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия

4 Горно-Алтайский государственный университет, г. Горно-Алтайск, Россия

5 Алтайский государственный университет, г. Барнаул, Россия

6 Государственный научно-исследовательский институт «Центр исследования природы»,
г. Вильнюс, Литва

В сейсмически активной зоне сочленения Уймонской впадины и Катунского хребта (Горный Алтай), в пределах северо-западного подножия последнего выявлены и закартированы участки с высокими градиентами и аномальными вариациями геомагнитного и радиационного полей. На участках с контрастными геофизическими характеристиками выделено шесть микропопуляций L. caerulea (жимолости синей). Получены данные о влиянии комплекса недифференцированных геолого-геофизических факторов, связанных с сейсмотектонической активностью, на усиление интенсивности мутационного процесса, выраженного увеличением вариабельности размера генома, митотической активности и частоты встречаемости патологий митоза семенного потомства произрастающей здесь жимолости синей. Между микропопуляциями этого вида установлена достоверная разница по размеру генома, а также по репродуктивным характеристикам (фертильность и морфометрия пыльцы, масса плодов, число семян, их всхожесть и энергия прорастания). В зоне сгущения разломной сети, закартированной в ходе магнитометрической и радоновой съемки, выделена тератная форма L. caerulea с массовыми нарушениями микроспорогенеза, ведущими к образованию стерильной пыльцы. У большинства произрастающих здесь растений формировались семена, не способные к прорастанию или с очень низкой энергией прорастания.

Ключевые слова: Lonicera caerulea, зоны разломов, сейсмическая активность, геомагнитные аномалии, радионуклиды, радон, биологические эффекты.

Цитируйте эту статью как: Боярских И.Г., Агатова А.Р., Куликова А.И., Бакиянов А.И., Скапцов М.В., Мажейка Й. Комплексное геолого-геофизическое и ботаническое исследование зоны тектонического сочленения Катунского хребта и Уймонской впадины (Горный Алтай) // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17, № 1. С. 45–76. DOI: 10.21455/GPB2018.1-3

Агатова А.Р., Непоп Р.К., Баринов В.В., Назаров А.Н., Мыглан В.С. Первый опыт датирования сильных голоценовых землетрясений Горного Алтая с использованием длительных древесно-кольцевых хронологий // Геология и геофизика. 2014. Т. 55, № 9. С. 1344–1355. (Agatova A.R., Nepop R.K., Barinov V.V., Nazarov A.N., Myglan V.S. The first dating of strong Holocene earthquakes in Gorny Altai using long-term tree-ring chronologies // Rus. Geol. and Geoph. 2014. N 9. P. 1059–1067. DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2014.08.002).

Агатова А.Р., Платонова С.Г., Боярских И.Г., Лучшева Л.Н., Шитов А.В., Бакиянов А.И. Комплексное гео- и биоиндикационное изучение зон глубинных разломов на территории Горного Алтая // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2012. С. 15–17.

Барабошкина Т.А. Феномен эколого-геологического риска // Земля и Вселенная. 2002. № 1. С. 18–26.

Бгатов В.И., Лизалек Н.А., Кужельный Н.М., Шаламов И.В. Геологическая среда и наземная растительность. Новосибирск: СНИИГГИМС, 2007. 174 с.

Биологический контроль окружающей среды: генетический мониторинг / Под ред. С.А. Гераськина, Е.С. Сарапульцевой. М.: Академия, 2010. 208 с.

Боярских И.Г. Особенности репродуктивной биологии жимолости синей Lonicera caerulea L. // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52, № 1. С. 200–210. DOI 10.15389/agrobiology.2017.1.200rus.

Боярских И.Г., Куликова А.И. Изменчивость цитогенетических характеристик в популяции Lonicera caerulea (жимолости синей) в зоне активных разломов // Экологическая генетика. 2017. Т. 15, № 2. С. 62–70. DOI 10.17816/ecogen15262–70.

Боярских И.Г. Васильев В.Г., Кукушкина Т.А. Содержание флавоноидов и гидроксикоричных кислот в Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) в популяциях Горного Алтая // Раст. ресурсы. 2014. В. 1. С. 105–121.

Боярских И.Г., Худяев С.А., Платонова С.Г., Колотухин С.П., Шитов А.В., Кукушкина Т.А., Чанкина О.В. Изменение биохимических и морфологических характеристик Lonicera caerulea в тектонически активной зоне долины р. Джазатор (Горный Алтай) // Геофизические процессы и биосфера. 2011. T. 10, № 4. С. 44–65. (Boyarskikh I.G., Khudyaev S.A., Platonova S.G., Kolotukhin S.P., Shitov A.V., Kukushkina T.A., Chankina O.V. Change in biochemical and morphological characteristics of Lonicera caerulea in tectonically active zone of the Dzhazator River Valley (Altai Mountains) // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2012. V. 48, N 7. P. 747–760. DOI 10.1134/S000143381207002X.).

Боярских И.Г., Сысо А.И., Худяев С.А., Бакиянов А.И., Колотухин С.П., Васильев В.Г., Чанкина О.В. Особенности элементного и биохимического состава Lonicera caerulea L. в локальной геологически активной зоне Катунского хребта (Горный Алтай) // Геофизические процессы и биосфера. 2012а. Т. 11, № 3. С. 70–84.

Боярских И.Г., Сысо А.И., Лучшева Л.Н., Агатова А.Р., Худяев С.А., Бакиянов А.И. Распределение элементов в почвах и метаболизм растений в зонах сейсмоактивных разломов (Курайский хребет Горного Алтая) // Система «Планета Земля». М.: ЛЕНАНД, 2012б. С. 330–339.

Бутвиловский В.В. Палеогеография последнего оледенения и голоцена Алтая: Событийно-катастрофическая модель. Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1993. 253 c.

Вавилов Н.И. Учение о происхождении культурных растений после Дарвина // Сов. наука. 1940. № 2. С. 55–75.

Виноградов Б.В. Примеры связи растительности и почв с новейшей тектоникой // Ботанический журн. 1955. Т. 40, № 6. С. 837–844.

Вьюхина А.А., Омельченко Е.И., Шиманская Е.И., Чохели В.А., Вардуни Т.В. Применение методов биотестирования для индикации закономерностей варьирования фенотипических и цитогенетических изменений растений-индикторов в зависимости от степени тектонической нарушенности зоны произрастания // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2013. № 1. С. 45–51.

Гвоздарев А.Ю., Бетёв А.А., Бакиянов А.И., Учайкин Е.О. Регистрация геомагнитных вариаций на станции Байгазан (Телецкое озеро, Горный Алтай) // Физика окружающей среды: Материалы Всерос. конф. с междунар. участием, посвященной 50-летию первого полета человека в космос и 75-летию регулярных исследований ионосферы в России. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2011. С. 240–243.

Гольдин С.В., Селезнёв В.С., Еманов А.Ф. Филина А.Г., Еманов А.А., Новиков И.С., Высоцкий Е.М., Фатеев А.В., Колесников Ю.И., Подкорытова В.Г., Лескова Е.В., Ярыгина М.А. Чуйское землетрясение и его афтершоки // Докл. РАН. 2004. Т. 395, № 4. С. 534–536.

Горбушина Л.В., Зимин Д.Ф., Сердюкова А.С. Радиометрические и ядерногеофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых: Учеб. пос. М.: Атомиздат, 1970. 376 с.

Гродзинский Д.М. Радиобиология растений / Отв. ред. И.Н. Гудков. Киев: Наук. думка, 1989. 384 с.

Гусев А.И. Карта полезных ископаемых и закономерностей их размещения (Республика Алтай). М. 1 : 500 000. Горно-Алтайск: ФГУП «Горно-Алтайская ПСЭ», 2004.

Деев Е.В., Зольников И.Д., Гольцова С.В., Русанов Г.Г., Еманов А.А. Следы древних землетрясений в четвертичных отложениях межгорных впадин центральной части Горного Алтая // Геология и геофизика. 2013. Т. 54, № 3. С. 410–423 (Deev E.V., Goltsova S.V., Emanov A.A., Zolnikov I.D., Rusanov G.G. Traces of paleoearthquakes in the Quaternary deposits of intermontane basins in central Gorny Altai // Rus. Geol. and Geoph. 2013. V. 54, N 3. P. 312–323. DOI 10.1016/j.rgg.2013.02.006.).

Дмитриев А.Н., Буслов М.М. Электромагнитные признаки активизации глубинных разломов // Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов. Иркутск, 1989. С. 82–83.

Дмитриев А.Н., Новиков Г.Н., Скавинский В.П. Локальные геолого-геофизические и геохимические исследования тектонофизических зон Горного Алтая. Новосибирск: Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР, 1989. 40 с. (Препр. № 20).

Еманов А.Ф., Еманов А.А., Филина А.Г., Лескова Е.В. Пространственно-временные особенности сейсмичности Алтае-Саянской складчатой зоны // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8, № 1. С. 49–64.

Жалковский Н.Д., Кучай О.А., Мучная В.И. Сейсмичность и некоторые характеристики напряженного состояния земной коры Алтае-Саянской области // Геология и геофизика. 1995. Т. 36, № 10. C. 20–30.

Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. М.: Наука, 1996. 45 с.

Злобин Ю.А. Реальная семенная продуктивность // Эмбриология цветковых растений: Терминология и концепции. Т. 3. Системы репродукции. СПб.: Мир и семья, 2000. С. 260–262.

Кузин A.M. Идеи радиационного гормезиса в атомном веке. М.: Наука, 1995. 158 с.

Куликова А.И., Боярских И.Г. Особенности формирования репродуктивных структур у тератной формы Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) // Бот. журн. 2014. Т. 99, № 2. С. 193–205.

Куликова А.И., Боярских И.Г. Репродуктивная способность Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) в локальной зоне геолого-геофизической неоднородности Горного Алтая // Сиб. экол.
журн. 2015. № 4. С. 608–616. (Kulikova A.I., Boyarskikh I.G. Reproductive ability of Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) in the local area of geological and geophysical heterogeneity in the Altai Mountains // Contemp. Probl. of Ecol. 2015. V. 8, N 4. P. 484–492. DOI 10.1134/S1995425515040101.).

Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Беляев В.В., Бурлаков П.С. Влияние тектонических нарушений (дегазация, наведенные токи, вариации геомагнитного поля) севера Русской плиты на окружающую среду (на примере Архангельской области) // Вестн. КРАУНЦ. 2009. № 2, вып. 14. С. 77–89.

Левина Р.Е. Репродуктивная биология семенных растений. М.: Наука, 1981. 96 с.

Лукина Н.В. Активные разломы и сейсмичность Алтая // Геология и геофизика. 1996. Т. 37, № 11. С. 71–74.

Магниторазведка: Справочник геофизика / Под ред. В.Е. Никитского, Ю.С. Глебовского. М.: Недра, 1980. 367 с.

Методические указания по семеноведению интродуцентов. М.: Наука, 1980. 64 с.

Рогожин Е.А., Платонова С.Г. Очаговые зоны сильных землетрясений Горного Алтая в голоцене. М.: ОИФЗ РАН, 2002. 130 с.

Рогожин Е.А., Овсюченко А.Н., Мараханов А.В. Сильнейшие землетрясения на юге Горного Алтая в голоцене // Физика Земли. 2008. № 6. C. 31–51.

Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 277 с.

Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Формирование экологических функций литосферы. СПб., 2005. 190 с.

Филина А.Г., Подкорытова В.Г., Подлипская Л.А. Тюнгурское землетрясение 18 сентября 1997 года c Mc = 4.4, I0 = 6 (Горный Алтай) // Землетрясения Северной Евразии в 1997 г. Обнинск: ГС РАН, 2003. С. 236–239.

Экология человека в изменяющемся мире / Под ред. В.А. Черешнева. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 570 с.

Agatova A., Nepop R. Dating strong prehistoric earthquakes and estimating their recurrence interval applying radiocarbon analysis and dendroseismological approach: Case study from SE Altai (Russia) // Intern. J. of Geohazards and Environment. 2016. V. 2, N 3. P. 131–149.

Boyarskikh I.G., Shitov A.V. Intraspecific variability of plants: The impact of active local faults // Man and the Geosphere / I.V. Florinsky (Ed.). N.Y.: Nova Sci., 2010. P. 145–167.

Boyarskikh I.G., Chankina O.V., Syso A.I. SR XRF used to study the content of chemical elements in the leaves of Lonicera caerulea (Caprifoliaceae), depending on the change in seismic activity // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 275–279. DOI 10.1016/j.phpro.2016.11.047.

Grant W.F. Chromosome aberrations in plants as a monitoring system // Environ. Health Perspectives. 1978. V. 27. P. 37–43.

Grant W.F. Higher plant assays for the detection of genotoxicity in air polluted environments // Ecosystem Health. 1998. V. 4, N 4. P. 210–229. DOI 10.1046/j.1526-0992.1998.98097.x.

Handy M.R., Hirth G., Hovius N. (Eds). Tectonic faults: Agents of change on a dynamic Earth. Cambridge: MIT Press, 2007. 446 p.

Heads M. A biogeographic review of Parahebe (Scrophulariaceae) // Botan. J. of the Lin. Soc. 1994. V. 115, N 1. P. 65–89. DOI 10.1111/j.1095-8339.1994.tb01769.x.

Heads M. Biogeographic disjunction along the Alpine fault, New Zealand // Biol. J. of the Lin. Soc. 1998. V. 63, N 2. P. 161–176. DOI 10.1006/bijl.1997.0177.

Heads M. Biological disjunction along the West Caledonian fault, New Caledonia: A synthesis of molecular phylogenetics and panbiogeography // Botan. J. of the Lin. Soc. 2008. V. 158, N 3. P. 470–488. DOI 10.1111/j.1095-8339.2008.00866.x.

Janssen A.W.B., Hermsen J.G.Th. Estimating pollen fertility in Solanum species and haploids // Euphytica. 1976. V. 25. P. 577–586. DOI 10.1007/BF00041595.

Kalaev V.N., Butorina A.K. Cytogenetic effect of radiation in seed of oak (Quercus robur L.) trees growing on sites contaminated by Chernobyl fallout // Silvae Genetica. 2006. V. 55, N 3. P. 93–101.

Morgan D.O. The cell cycle: Principles of control. London: New Sci. Press, 2007. 297 p.

Pollycove M., Feinendegen L.E. Radiation-induced versus endogenous DNA damage: Possible effect of inducible protective responses in mitigating endogenous damage // Human and Experimental Toxicology. 2003. V. 22, N 6. P. 290–306.

Spivak A.A. Manifestation of fault zones in geophysical fields // Geodynamics & Tectonophysics. 2014. V. 5, N 2. P. 507–525.

Syvorotkin V.L. Hydrogen degassing of the Earth: Natural disasters and the biosphere // Man and the Geosphere / Ed. I.V. Florinsky. N.Y.: Nova Sci. Publ., 2010. P. 307–347.

Trifonov V.G., Karakhanian A.S. Active faulting and human environment // Tectonophysics. 2004. V. 380, N 3–4. P. 287–294. DOI 10.1016/j.tecto.2003.09.025.

Vostrikova T.V., Butorina A.K. Cytogenetic responses of birch to stress factors // Biol. Bull. 2006. V. 33, N 2. P. 185–190. DOI 10.1134/S1062359006020142.

БОЯРСКИХ Ирина Георгиевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Центральный Сибирский ботанический сад СО РАН. 630090, г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, д. 101. Тел.: +7 (383) 339-97-58. E-mail: irina_2302@mail.ru

АГАТОВА Анна Раульевна – кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН. 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3; старший научный сотрудник, Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина. 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19. Тел.: +7 (383) 330-83-63. E-mail: agatr@mail.ru

КУЛИКОВА Алена Игоревна – младший научный сотрудник, Центральный Сибирский ботанический сад СО РАН. 630090, г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, д. 101. Тел.:
+7 (383) 339-97-39. E-mail: kulikovaai@ngs.ru

БАКИЯНОВ Алексей Иванович – лаборант, Горно-Алтайский государственный университет. 649000, Республика Алтай, г. Горно-Алтайск, ул. Ленкина, д. 1г. Тел.:
+7 (38822) 2-64-39. E-mail: absh_04@list.ru

СКАПЦОВ Михаил Викторович – научный сотрудник, Алтайский государственный университет. 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, д. 61. Тел.: +7 (962) 808-41-75. E-mail: mr.skaptsov@mail.ru

МАЖЕЙКА Йонас – доктор физических наук, профессор, главный научный сотрудник, Государственный научно-исследовательский институт «Центр исследования природы». LT-08412, Литва, г. Вильнюс, ул. Академическая, д. 2. Тел.: (+370-5) 210-47-03. E-mail: mazeika@geo.lt

INTEGRATED GEOLOGICAL, GEOPHYSICAL AND BOTANIC INVESTIGATIONS OF TECTONIC CONJUNCTION ZONE BETWEEN KATUN RANGE AND UYMON DEPRESSION
(GORNY ALTAI)

I.G. Boyarskikh1, A.R. Agatova2,3, A.I. Kulikova1, A.I. Bakiyanov4,
M.V. Skaptsov5, J. Mazeika6

1 Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

2 Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences,
Novosibirsk, Russia

Abstract. Areas with extremely large gradients and anomalous variations of geomagnetic field and radiation were detected and mapped within NW foothill of the Katun range (Gorny Altai). This is
a seismically active zone which includes the conjunction area between the range and the Ujmon depression. Six populations of Lonicera caerulea were recognized within areas, which are characterized by contrast geophysical parameters. New data, which indicate an influence of some undifferentiated geological and geophysical factors associated with seismotectonic activity onto intensification of mutation process of blue honeysuckle, was obtained. Such intensification is expressed in increasing variability of the genome size, mitotic activity and the number of abnormal mitoses in the meristematic cells. A significant difference in genome size, as well as in reproductive characteristics (pollen fertility and morphometry, weight of fruits, seed production, their germinating capacity, and germination readiness) was established for different populations. The abnormal form of L. caerulea was described in the places of more dense fault network, which were mapped during the magnetometric and radon survey. This abnormal form is characterized by numerous abnormalities of meiosis leading to pollen sterility. Most of plants, growing in such places, produced seeds that were not able to germinating capacity or characterized by extremely low germination readiness.

Keywords: Lonicera caerulea, fault zone, seismic activity, geomagnetic anomalies, radionuclides, radon, biological effects.

BOYARSKIKH Irina G. – Ph. D. (biol.), senior researcher, Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Novosibirsk, Russia. Tel.: +7 (383) 339-97-58. E-mail: irina_2302@mail.ru

AGATOVA Anna R. – Ph. D. (geol.-min.), senior researcher, Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia; associate professor, Eltsyn Ural Federal University. Yekaterinburg, Russia. Tel.: +7 (383) 330-83-63.
E-mail: agatr@mail.ru

KULIKOVA Alena I. – junior science researcher, Central Siberian botanical garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Novosibirsk, Russia. Tel.: +7 (383) 339-97-39. E-mail: kulikovaai@ngs.ru

BAKIYANOV Aleksey I. – laboratory technician, Gorno-Altaisk State University. Gorno-Altaisk, Russia. Tel.: +7 (38822) 2-64-39. E-mail: absh_04@list.ru

SKAPTSOV Mikhail V. – science researcher, Altai State University. Barnaul, Russia.
Tel.: +7 (962) 808-41-75. E-mail: mr.skaptsov@mail.ru

MAZEIKA Jonas – Ph. D. (phys.), professor, chief researcher, State Science Institute «Nature
Research Centre». Vilnius, Lithuania. Tel.: (+370-5) 210-47-03. E-mail: mazeika@geo.lt

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА 2018 Т. 17 № 1