Миграционная способность химических элементов и их соединений (по б.Б. Полынову)

Порядок миграций	Элементы и их соединения	Средний состав	Средний состав	Относительная
		массивных	минерального	подвижность
		пород	остатка вод	элементов
IV	А12O3	15,35	0,90	0,02
		7,29 59,09	0,40 12,80	0,04 0,20
III	Fe2 O3 SiO2
	Са	3,60	14,70	3,00
II	Mg	2,11	4,90	1,30
	К	2,57	4,40	1,25
	Na	2,97	9,50	2,40
		0,05 0,15	6,75 11,60	100,00 57,00
I	CI
	SO4

Таким образом, если из выветривающейся толщи почв или по­род за некоторое время будет вынесен весь хлор, она потеряет при­мерно половину (57 %) от первоначального содержания S0₄. За это же время будет вынесено всего лишь 2—3 % от первоначального содержания натрия и кальция и около 1,2—1,3 % магния и калия; еще в меньшей степени выветривающаяся толща будет обеднена кремнеземом, а оксиды железа и алюминия практически останутся на месте. Если продолжительность выветривания велика и из тол­щи вынесены не только хлор и сульфаты, но и весь кальций и на­трий, то в ней сохранится еще около 50 % первоначальных запасов калия и магния (так как относительная подвижность этих элемен­тов в два раза меньше). При полном выносе всех оснований вынос кремнезема составляет 15—20 % его исходного содержания, т. е. ос­таточные продукты выветривания будут обогащены наименее под­вижными оксидами железа и алюминия, относительное содержание которых к этому моменту окажется в 1,5—2 раза больше их перво­начального содержания.

Следовательно, при длительно идущем процессе выветривания и выносе веществ остающаяся толща последовательно обедняется элементами с высокой миграционной способностью и относитель­но обогащается менее подвижными. В природе наблюдаются все последовательные стадии остаточной коры выветривания — обло­мочной, обломочной обызвесткованной, сиаллитной, аллитной (или ферраллитной).

Химические элементы и их соединения, которые выносятся из остаточной зоны выветривания (из геохимически автономных почв), перемещаются с подземными и поверхностными водами на боль­шее или меньшее расстояние от места своего освобождения. Поря­док выпадения элементов из растворов и накопления в различных почвах и рыхлых наносах обратный порядку их подвижности, т. е. элементы с наиболее высокой миграционной способностью уносят­ся наиболее далеко и аккумулируются в более пониженных облас­тях — внутри континентов, в речных дельтах или попадают в моря и океаны. Менее подвижные продукты задерживаются в значитель­ной части по пути, причем чем менее подвижны элементы, тем бли­же зона их аккумуляции располагается к области сноса.

В результате в пределах данного водосборного бассейна форми­руются в соответствии с геоморфологическими условиями последо­вательно сменяющие одна другую зоны с различными типами гео­химических аккумуляций. Они геохимически связаны с областями, где идет формирование остаточных продуктов выветривания и почвообразования того или иного типа.

Аккумуляция вещества в почвах и рыхлых наносах геохимичес­ки подчиненных ландшафтов происходит из-за наличия ландшафтно-геохимических барьеров, т. е. зон, где существенно изменяются условия миграции элементов и их соединений, что приводит к по­нижению их миграционной способности. Выделяются следующие основные группы ландшафтно-геохимических барьеров:

1. биогеохимические;

2. физико-химические (окислительные, восстановительные, суль­фидные, восстановительные глеевые, сульфатно-карбонатные, ще­лочные, кислые, испарительные и адсорбционные);

3. термодинамические;

4. механические.

Детальный анализ различных типов геохимических барьеров и их сложных сочетаний, которые могут сменять друг друга в почвах и почвенном покрове, проведен Н.С. Касимовым и А.И. Перельманом (1992).

На геохимических барьерах в почвах и корах выветривания зон аккумуляций может накапливаться сиаллитный, карбонатный или хлоридно-сульфатный материал. В аридных областях, где испаряе­мость превышает количество осадков, широко распространены ис­парительные барьеры, с которыми связано образование засоленных почв. С испарительным и температурным барьерами связано обра­зование в гидроморфных почвах горизонтов «лугового мергеля» или сцементированных известью плотных горизонтов — хардпэнов. С окислительным барьером связано накопление гидроксидов желе­за и формирование плотных конкреционных горизонтов в гидро­морфных почвах субтропиков и тропиков и ожелезненных лугово- болотных и болотных почв в гумидных областях умеренных поясов. На резко выраженных окислительно-восстановительных барьерах в пределах низменных морских побережий и открытых дельт рек воз­никают сульфидно-хлоридные аккумуляции.

Почвенный покров ландшафтно-геохимических арен. Геохимичес­ки сопряженные почвы располагаются в пределах ландшафтно- геохимических арен. Ландщафтно-геохимические арены — это тер­ритории, лежащие на различных гипсометрических уровнях, но находящиеся в общем водосбросном и солесборном бассейне и связанные механическим и химическим стоком в одну общую (наи­более крупную) ландшафтно-литолого-геохимическую территори­альную единицу. Протяженность ландшафтно-геохимических арен составляет часто сотни и тысячи километров, а их возраст как гео­химически сопряженных территорий измеряется геологическим временем.

При рассмотрении закономерностей геохимической сопряжен­ности почв в пределах арены необходимо принимать во внимание не только водную, но и воздушную миграцию веществ, причем как в твердой, так и в жидкой фазе. Так, развеивание солей с поверхно­сти солончаков и перенос их на большие пространства — весьма широко распространенное явление, вызывающее засоление почв прилегающих повышенных равнин. Особенно отчетливо этот про­цесс проявляется в случае субаэрального засоления древней сильно выщелоченной коры выветривания на территориях, лежащих вбли­зи морей или океанов. Большое значение приобретает воздушный перенос солей с акватории на сушу.

Сложность, состав и контрастность почвенно-геохимических зон внутри арен определяются как геоморфологическими, так и био­климатическими условиями в ее отдельных частях. Наиболее пол­ная и контрастная зональность наблюдается в том случае, если в области формирования гидрохимического стока и распространения автономных почв (элювиальных ландшафтов) климатические усло­вия характеризуются повышенной влажностью, а геохимически под­чиненные почвы лежат в понижениях с относительно засушливым климатом. Наименее контрастны арены, находящиеся целиком в условиях влажного или очень сухого климата (см. рис. 6.4).

Почвенно-геохимические катены. Ландшафтно-геохимические арены включают в себя более частные территориальные единицы — геохимические ландшафты. Напомним, что, по Б.Б. Полынову, гео­химический ландшафт представляет собой совокупность элементар­ных ландшафтов (элювиальных, супераквальных, субаквальных), сменяющих друг друга по элементам рельефа от местного водораз­дела к местной депрессии и связанных друг с другом миграцией веществ. Именно в пределах геохимических ландшафтов формиру­ются ряды почв, связанные между собой боковой ми фацией ве­ществ. Эти парагенетические ассоциации почв называют почвенно- геохимическими сопряжениями или почвенно-геохимическими катенами (рис. 22.2).

Почвенно-геохимические катены весьма разнообразны и тесно связаны со всей совокупностью физико-географических условий. Существенное значение имеет характер выветривания и почвообра­зования в элювиальных и трансэлювиальных членах геохимически сопряженного ряда почв, так как именно этот фактор обусловлива­ет состав и количество подвижных компонентов, которые могут уча­ствовать в местных миграциях. Большое значение имеет также хи­мический состав наземного растительного опада, потому что в слу­чае поверхностного стока вод в первую очередь выщелачиваются и

Рис. 22.2. Схема элементарных ландшафтов (по Б.Б. Полынову)

перераспределяются в пределах катены те элементы, которые из­влекаются из почвы растениями.

Столь же существенное значение имеет тип рельефа, в преде­лах которого формируется почвенно-геохимическая катена. В ус­ловиях молодого аккумулятивного (например, молодой моренной или эолово-аккумулятивной равнины), а также молодого эрозион­ного рельефа (горные склоны, где преобладает механический снос) почвенно-геохимические катены выражены слабо. Наоборот, на территориях с древним континентальным рельефом они развиты хорошо. Исключение представляют катены, обусловленные диф­ференциацией легкорастворимых солей, где формирование элю­виальных и аккумулятивных членов сопряженного ряда идет очень быстро.

Катены формируются как в пределах литохимически однород­ных почвообразующих пород, так и в условиях пестрого состава исходных пород. В последнем случае подчиненные члены сопря­женного ряда формируются под совокупным влиянием подвижных продуктов выветривания и почвообразования различных пород и особенно тех, продукты выветривания которых обладают наиболь­шей растворимостью.

Если повышенные элементы рельефа сложены хорошо водопро­ницаемыми породами и почвами, то на склонах боковой сток отсут­ствует и все почвы принадлежат к группе геохимически автономных. Связь между почвами повышенных и пониженных участков осуще­ствляется в этом случае через сток фунтовых вод (грунтово-водное сопряжение).

Если же почвообразующие породы и особенно почвы склонов плохо водопроницаемы, то воды стекают по поверхности почвы или над плотными иллювиальными (или постоянно мерзлыми) гори­зонтами. Этот тип сопряжения почв можно назвать водным поверх­ностно-почвенным, или водным внутрипочвенным.

На земной поверхности существует большое разнообразие почвенно-геохимических катен, которые характеризуют определенные сочетания биоклиматических, геоморфологических и литологических условий в пределах той или иной территории.

Так, в пределах древнеледниковых равнин Евразии и Северной Америки, сложенных карбонатной мореной или карбонатными покровными суглинками, карбонаты кальция выносятся из почв элювиального ряда (дерново-карбонатных, бурых лесных и дерново-подзолистых остаточно-карбонатных, серых лесных и др.) и на­капливаются в почвах депрессий, находящихся под воздействием жестких грунтовых вод. Здесь образуются в условиях супераквального режима перегнойно-карбонатные или черноземовидные лу­говые почвы со значительным накоплением лугового мергеля, а в случае водозастойного режима — карбонатные торфяно-болотные почвы.

На плоских слабодренированных древнеаллювиальных и древнеозерных равнинах, в областях распространения лесо-лугово-степных ландшафтов (Западная Сибирь, Дальний Восток, Северо-Вос­точный Китай) в формировании почвенно-геохимических сопряже­ний участвуют, кроме карбонатов кальция, более легкорастворимые соли: сода, кремнекислый натрий, сульфаты и хлориды натрия, а иногда и магния. Элювиальные и трансэлювиальные члены таких катен могут быть представлены лугово-черноземными солонцева­тыми, местами осолоделыми почвами, с небольшим содержанием солей и карбонатным горизонтом. Супераквальные позиции зани­мают содовые солонцы и солончаки. В замкнутых бессточных впа­динах встречаются лугово- и торфяно-болотные слабозасоленные почвы.

Для равнин гумидных бореальных областей (Скандинавия, Ка­релия) характерны почвенно-геохимические катены, которые мож­но назвать ферри-ферро-гумусовыми. Молодость территории обус­ловливает присутствие здесь слаборазвитых почвенно-геохимических сопряжений в элювиальном и трансэлювиальном ландшафтах. Лишь при переходе к нижним частям склонов и заболоченным деп­рессиям возникают контрастные образования. В ряду транссупераквальных подзолисто- и торфяно-болотных почв, находящихся в ус­ловиях восстановительной среды, приобретают подвижность железо и марганец, которые в форме углекислых солей и восстанов­ленных органо-железистых комплексов выносятся в почвы местных депрессий и там, где восстановительный режим сменяется окисли­тельным, выпадают в осадок в виде гидроксидов. Таким образом, формируются болотные и озерные руды.