9.4. Типы элементарных геохимических ландшафтов (эгхл)

Тип геохимического ландшафта определяется зависимостью последнего от преобладающего геохимического процесса. По условиям миграции химических элементов Б.Б.Полынов выделил три основных элементарных ландшафта: элювиальный, супераквальный и субаквальный. М.А.Глазовская и А.И.Перельман дополнили их видами: трансэлювиальный (между элювиальным и супераквальным), субаэральным, аллювиальным и трансэлювиальным.

Элювиальный ЭГХЛ приурочен к плоским водоразделам с глубоким уровнем грунтовых вод. А.И.Перельман предлагает его называть автономным элементарным ландшафтом. Вещество и энергия в этом ЭГХЛ поступают из атмосферы и через атмосферу. Слагающие породы по вертикальному профилю могут быть как однородными, так и разнородными. Почвы автоморфные (атмосферного увлажнения), в них происходит вмывание растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов. Миграция химических элементов по профилю почвы связана с движением почвенной влаги в соответствии с типом водного режима.

Здесь идёт преимущественный вынос вещества с нисходящими токами влаги. Выносу противостоит активный биологический захват элементов растениями и удержание их в биологическом круговороте. Происходит отбор растительных форм, которые способны существовать в данных условиях. При аридном климате легкоподвижные химические элементы аккумулируются в почве, что приводит к избыточному накоплению солей. По всему вертикальному профилю элювиального ЭГХЛ идёт процесс окисления, который способствует миграции ванадия, молибдена, селена, урана, рения и аккумуляции железа, марганца, кобальта.

Все другие геохимические ландшафты называются подчинёнными. Они существуют за счёт однонаправленной миграции вещества от элювиального ландшафта.

Супераквальный (надводный) ЭГХЛ тяготеет к пониженным элементам рельефа. Грунтовые воды в нём лежат близко от поверхности (как правило, в пределах корнеобитаемого слова). Они влияют на почвы и растительность. Здесь формируются полугидроморфные и гидроморфные почвы, в которых содержание элементов выше, чем в автоморфных. Здесь поселяются растения, приспособленные к избытку влаги и часто – к избытку определённых химических элементов, привносимых грунтовыми водами например, галофиты. По содержанию химических элементов супераквальный ЭГХЛ богаче за счёт частичного привноса с поверхностным и внутрипочвенным стоком из элювиального ландшафта. В тоже время, из супераквального ЭГХЛ химические элементы выносятся грунтовыми и поверхностными водами в субаквальный. Избыток влаги создаёт ухудшенный воздушный режим, недостаток кислорода и условия для восстановления химических элементов и соединений, что способствует миграции железа, марганца, кобальта и аккумуляции ванадия, селена, молибдена, урана. Поступление извне ряда химических соединений оказывает глубокое влияние на интенсивность и направление химических реакций, на внешние формы, анатомию и физиологию организмов, их общую массу.

Субаквальный (подводный) ЭГХЛ формируется на различных по составу подводных отложениях рек, озёр, шельфовой зоны морей и океанов. Для этих ландшафтов характерен привнос материала с твёрдым и жидким боковым стоком. В отличие от элювиального ЭГХЛ, где происходит постепенное разрушение пород, в субаквальном ландшафте идёт отложение и накопление наносов и осадков, которые превращаются в породу. В субаквальных ЭГХЛ подводные растения усваивают химические элементы, накапливающиеся в донных отложениях, а при отмирании преобразуются в сапропели – органо-минеральные отложения с высоким содержанием битумов. В этих условиях протекает восстановление химических элементов и соединений, накапливается сероводород. Для субаквальных ЭГХЛ характерна аккумуляция тяжёлых металлов и синтетических органических соединений – результата производственной деятельности человека.

Наряду с основными ЭГХЛ, существуют многочисленные переходные формы, приуроченные к склонам, поймам рек и т.д. Поэтому М.А.Глазовская дополнила классификацию элементарных ландшафтов. Замкнутое понижение водораздела с глубоким уровнем грунтовых вод ею было названо аккумулятивно-элювиальным ЭГХЛ. Верхняя часть пологого и крутого склона или выпуклая вершина относены к трансэлювиальным ЭГХЛ. В нижней части склона, на делювиальных и пролювиальных отложениях, формируется трансаккумулятивный (элювиально-аккумулятивный) ЭГХЛ. Супераквальные ЭГХЛ она разделила на транссупераквальный ЭГХЛ, с проточными грунтовыми водами и активным водообменном, и собственно супераквальный ЭГХЛ – с застойными грунтовыми водами замкнутых понижений. Субаквальные ЭГХЛ с проточной водой (река, проточное озеро, море) называются трансаквальными, а с непроточной водой (непроточное озеро) – аквальными.

В поймах равнинных рек выражено сезонное изменение водного режима. В межень он осуществляется по типу транссупераквальных ландшафтов, а в половодье – по типу трансаквальных ЭГХЛ.

Продукты выветривания и почвообразования элювиального ЭГХЛ поступают с поверхностным и подземным стоком в пониженные элементы рельефа и влияют на формирование супераквальных и субаквальных ЭГХЛ. Поэтому, последние называются подчинёнными. Напротив, элювиальные ЭГХЛ менее зависят от субаквальных и супераквальных ландшафтов, так как не получают от них химических элементов с жидким и твёрдым стоком. Поэтому элювиальные ЭГХЛ называются также автономными, их почвы и растительность образуют центр всего ландшафта.

Независимость ландшафтов автономных от надводных и подводных довольно условна. Поймы и водоёмы оказывают определённое влияние на ландшафты водоразделов через циркуляцию водяного пара, распространение туманов, перенос ветром различных соединений, содержащихся в воздухе, миграцию флоры и фауны с прибрежных на водораздельные участки и т.д. Поэтому автономность водоразделов понимается только в смысле отсутствия поступления жидкого и твёрдого стока от надводных и подводных ландшафтов. Таким образом, различия между автономными, надводными и подводными ландшафтами заключается в характере аккумулятивных процессов и водных связей:

- в автономных элементарных геохимических ландшафтах аккумуляция связана с поступлением веществ из горных пород и атмосферы,

- в надводных и подводных элементарных геохимических ландшафтах ещё имеет место поступление из грунтовых и поверхностных вод.

Для автономных ландшафтов характерны прямые нисходящие водные связи, для подчинённых – обратные.

ЭГХЛ образуют связанные между собой образования (ассоциации). По определению А.И. Перельмана, геохимический ландшафт – это парагенетическая ассоциация сопряжённых элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов.

Совокупность элементарных ландшафтов, свойственных определённому геоморфологическому элементу (водоразделу, склону, террасе и т.д.) Б.Б.Полынов предложил именовать местным ландшафтом. Разнообразие литологического состава пород, сочетаний почв, форм рельефа, растительных сообществ усложняет принципы классификации местных ландшафтов.

Геохимический ландшафт может не включать некоторые подчинённые элементарные ландшафты, например, субаквальный, транссупераквальный, трансэлювиальный. Ярусы коры выветривания и почв могут слагать породы монолитные (однородные по составу и генезису) и гетеролитные (разнородные). Примером геохимического ландшафта может служить степной мелкосопочник в субаридном географическом ландшафте с солёным озером в понижении и солончаками по берегам этого озера, или участок моренного рельефа в лесной зоне, составными частями которого служат холмы, покрытые хвойным лесом, заболоченные понижения, озера и реки. Наибольшее значение для осуществления связей между элементарными ландшафтами, составляющими единый геохимический ландшафт, имеет поверхностный и подземный сток.

Геохимическое сопряжение - закономерное для каждого геохимического ландшафта сочетание образующих его элементарных ландшафтов. Или, другими словами, – это присущий геохимическому ландшафту тип обмена веществ, энергии и информации между элементарными ландшафтами.

Те части ландшафтно-геохимических систем, в которых на коротком расстоянии изменение условий миграции вызывает концентрацию определённых химических элементов, называются ландшафтными геохимическими барьерами.

По форме геохимические барьеры делятся на линейные и площадные. Перельман выделяет следующие группы ландшафтно-геохимических барьеров:

1) биогеохимические (с удержанием большого ряда макро- и микроэлементов);

2) физико-химические – окислительные, восстановительные глеевые, восстановительные сульфидные, сульфатно-карбонатные, щелочные, кислые, испарительные, адсорбционные, термодинамические;

3) механические.

4) техногенные барьеры.

Механические барьеры образуются в местах резкого уменьшения скорости механической миграции. Примерами таких барьеров могут служить золотые, платиновые, оловянные, алмазные, титановые и прочие россыпи.

Живое вещество, особенно растительный покров, является биогеохимическим барьером, на котором концентрируются воздушные мигранты – С, О, Н, N, I. В некоторых ландшафтах концентрируются и водные мигранты, а если считать накопление на золу, то на биогеохимическом барьере накапливается Р, S, Cl, Br, B, в отдельных ландшафтах также Ca, Mg, Na, Zn, Cu, Mo и многие другие элементы.

В местах, где на коротком расстоянии кислая среда сменяется щелочной, возникает щелочной барьер, для которого особенно характерна концентрация Fe, Ca, Mg, Mn, Ba, Sr, Cr, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd и других металлов. Особенно контрастные щелочные барьеры возникают на контактах силикатных и карбонатных пород. Характерны щелочные барьеры в зонах окисления сульфидных руд в известняках. Менее характерны для ландшафтов кислые барьеры, возникающие при резком уменьшении рН.

С изменением окислительно-восстановительных условий также связано формирование барьеров. На участках резкой смены восстановительной среды на окислительную возникает окислительный барьер, который, как правило, является кислородным (например, в местах выхода на поверхность глеевых вод, обогащённых железом и марганцем, где их гидроксиды осаждаются, образуя конкреции, болотные и озёрные руды). Там, где кислородные или глеевые воды контактируют с сероводородной средой, возникает восстановительный сероводородный барьер, на котором осаждаются многие металлы, образующие нерастворимые сульфиды железа, меди, свинца, цинка.

При встрече кислородных вод с глеевой средой формируется глеевой барьер, где концентрируются уран, селен, ванадий, местами медь; железо, марганец, свинец и цинк в этих условиях энергично мигрируют.

В аридных ландшафтах с испарением связано формирование испарительного геохимического барьера в шоровых солончаках, солёных озёрах, засоленных почвах и т.д. На нём концентрируются Ca, Na, K, Mg, F, S, Sr, Cl, Rb, Zn, Li, N, U, Mo.

Ландшафтно-геохимические системы. Компоненты ландшафта представляют собой блоки элементарной ландшафтно-геохимической системы (ЭЛГС). Функционирование ЭЛГС осуществляется путём обмена веществом, энергией и информацией между блоками и субблоками при многократном изменении химического и фазового состояния веществ. Каналами связи между блоками ЭЛГС являются миграционные потоки.

Серия элементарных ландшафтов, сменяющих друг друга от местного водораздела к местной депрессии рельефа и связанных латеральными направленными миграционными потоками, образует каскадную ландшафтно-геохимическую систему (КЛГС), где каждый элементарный геохимический ландшафт (ЭГХЛ) – звено, или блок общей системы.