Почва – регулятор газового состава современной атмосферы

Современная атмосфера, возникшая в ходе длительного развития Земли, не находится в стабильном состоянии по газовому составу. Длительное время господствовало представление о том, что биогенное воздействие на атмосферу исходит со стороны растительности суши и океана. Однако в последнее время, всё большее число исследователей подтверждают высказанное ранее теоретическое положение В.И. Вернадского о существенном воздействии почвы на состав атмосферы (табл. 55). Экспериментальные наблюдения показали, что почва выступает как мощный регулятор газового состава атмосферы (Звягинцев, 1987).

Значительное воздействие на состав атмосферы во многом обусловлено особыми свойствами почвы, определяющими её влияние на воздушную оболочку и в первую очередь пористостью почв: количество пор в ней может составлять от 10 до 60 % объёма. Благодаря расположению почвы на стыке с атмосферой, пористому сложению и активному продуцированию газов почвенной биотой газообмен между воздухом и почвой происходит интенсивно (Добровольский, Никитин, 2006).

Масштабы потребления и выделения газов почвой характеризуются исключительным размахом. За 1 час потребляется кислорода 1000-4000 л/га, в таких же примерно количествах выделяется углекислый газ. Если бы не было постоянного воздухообмена с атмосферой, запасов кислорода в почве хватило бы всего на 12 – 48 ч, в некоторых разностях – на 100 ч (Звягинцев, 1987).

Существенное воздействие почвы на состав атмосферы обусловлено также сильным различием их газовой фазы. По сравнению с атмосферным почвенный воздух содержит в 10-100 раз больше углекислоты и во много раз меньше кислорода. Различия по азоту не существенны. Почвенный воздух, кроме того, постоянно содержит пары воды (насыщенность влагой близка к 100%) и ряд микрогазов. В нём также имеются летучие органические соединения в небольших количествах.

Значимость влияния почвы на динамику состава приземного слоя атмосферы определяется также значительными различиями газовой фазы почв разных ландшафтных зон планеты. Например, торфяно-глеевые почвы тундры выделяют около 0,3 т/га углекислого газа в год, подзолистые хвойных лесов - 3,5 – 30 т/га, бурые и серые широколиственных лесов – 20-60 т/га, степные чернозёмы – 40-70 т/га, красные, ферраллитные субтропиков и тропиков – 50-90 т/га (Заварзин и др., 1985).

В результате внутригодичной изменчивости почвенного воздуха и деятельности наземных растений отмечаются сезонные изменения концентраций различных газов в атмосфере, например СО2 (Бютнер, 1986). Но, благодаря постоянному перемешиванию воздушных масс изменения концентраций компонентов атмосферы в глобальном масштабе в целом снивелированы.

В проблеме взаимодействия почвы и атмосферы важное место занимает не только выделение газов почвенными системами, но и противоположный процесс – поглощение почвами атмосферных газов. Данная проблема разработана недостаточно. Наиболее значительные достижения получены в исследовании фиксации атмосферного азота почвенными микроорганизмами. Микробиологическая фиксация атмосферного азота почвами оказывается экологически безвредной для окружающей среды, в отличии от применения минеральных удобрений, и одновременно позволяет избежать огромных энергозатрат, так как осуществляется за счёт солнечной энергии.

Необходимо особо отметить поглощение почвой газов, выделяющихся из недр Земли. «Наша обычная воздушная атмосфера, так называемая тропосфера, не заканчивается на земной поверхности, она проникает внутрь Земли по всем пустотам и трещинам. Эта подземная тропосфера, начинается в коре выветривания, идёт глубоко внутрь земной коры, на несколько километров, по крайней мере, в стратисферу, проявляясь во всех пустотах, трещинах, пустых промежутках и непрерывно закономерно меняясь в своём химическом составе. … Обмен между атмосферой в обычном понимании и между подземными атмосферами заторможен» (Вернадский, 1960).

Из данного принципиального для рассматриваемого нами вопроса положения Вернадского вытекает ряд следствий: 1) атмосфера в обычном понимании и подземная атмосфера стыкуются через коры выветривания, почвы, а также через почвенную атмосферу; 2) несмотря на существенно иной химический состав подземной атмосферы, многие содержащиеся в ней газы не попадают в воздушную оболочку, так как они поглощаются в процессе взаимодействия с подземными слоями и особенно почвой; 3) взаимодействие почвы с подземной атмосферой представляет важную область исследований.

Современные исследования убедительно доказывают продуктивность идей В.И. Вернадского. Получены новые материалы, свидетельствующие об интенсивном использовании почвенными микроорганизмами водорода – как энергетического субстрата. Водород, какого бы происхождения он не был, активно поглощается бактериальным фильтром (Заварзин, 1984).