§ 7.2. Косная материя

Изучение неорганической природы имеет для ланд- шафтоведа большое значение. Географы теряют почву под но­гами, если проявляется недостаточное внимание к изучению косной материи. Между тем у экологов наблюдается известное пренебрежение к абиотическим компонентам ландшафта. Одна «з задач географов при включении в экологическую тематику— восстановить в правах физические процессы.

Основа всех физических процессов — их энергетика. На рис. ^>0 я не показал процессов передачи энергии, потому что передача энергии и передача вещества совершаются совместно. Ни один процесс из показанных на схеме не обходится без пе­редачи энергии в какой-либо форме: или кинетической, как при перевевании снега, или молекулярной, как при испарении, или химической, как при процессах почвообразования. Единствен­ными чисто энергетическими процессами являются приход сол­нечной радиации и поступление тепла из недр Земли. ^

На рис. 51 показан круговорот энергии в ландшафтной сфере. Баланс принципиальный, цифры на стрелках не даны, толщина их только приблизительно соответствует действительным отношениям. Но руководителям каждого стационара надо хоть приблизительно знать цифры прихода и расхода энергии на единицу площади в их зоне, так сказать, энергетическое со­кровище, которым они обладают, а затем приступать к актино­метрическим и метеорологическим наблюдениям с целью со­ставления диаграммы, подобной изображенной на рис. 26.

Рассмотрим бегло процессы взаимодействия между косными компонентами ландшафта.

Воздух на рис. 50 разделен на газ и на najg. Компоненты сухого воздуха: азот, кислород, аргон и т. д. являются идеаль­ными газами, подчиняющимися известному закону Клапейрона.

Отсюда в воздухе появляются адиабатические процессы, воз­никают такие важные явления, как радиационные температур­ные инверсии. Основные параметры воздуха: температура, дав­ление, скорость ветра — оказывают сильнейшее влияние на ланд­шафт и потому подлежат постоянному измерению. Ветер являет­ся прямым рельефообразующим фактором: вызывая дефляцию, он создает при наличии песчаного субстрата барханы, дюны, песчаные гривы, а при на­личии легких почв — вы­зывает пыльные бури, оставляющие за собой выдуй и отложение почв у препятствий. Зимой он же служит причиной ме­телей, приводящих иногда к иссушению полей на во­доразделах, вымерзанию посевов и переувлажне­нию склонов оврагов и ба­лок. ^

Микроклиматические и актинометрические на­блюдения на стационаре хорошо описаны в книге Ю. Л. Раунера (1972 а), к которой я и отсылаю читателей.

Содержание водяного пара в воздухе еще более усложняет его участие в ландшафтообразовапии. Деление па газы и пары условно, между ними нет резкого перехода. Я выделил пары в отдельный компо­нент главным образом благодаря их свойству переходить в на­сыщенное состояние, при котором пар в воздухе может находить­ся d равновесии с капельно-жидкой и дисперсно-твердой фазой. В зависимости от температуры фазы все время переходят друг в друга; отсюда образование облаков, туманов, росы, инея, и т. II.

К парам, строго говоря, относится и углекислый газ, хотя он называется газом, а не паром, так как в воздухе всегда на­ходится в ненасыщенном состоянии. В свободной атмосфере его процент в результате перемешивания везде одинаков, но в при­земном слое его бывает больше или меньше, так как, с одной стороны, он поглощается растениями при фотосинтезе, с дру­гой — выделяется из почвы при дыхании почвенных организмов, гниении и минерализации опада. Количество углекислого газа не безразлично для продуктивности растений и, кроме того, служит показателем интенсивности метаболизма. Поэтому изме­рение процентного содержания его в почве и над почвой служит на стационарах предметом постоянных забот. Измерение коли­чества углекислого газа, выделяемого почвой, помогает высчи­тать количество энергии, затрачиваемой на процесс разложения опада.

Вода не только пребывает в ландшафтной сфере в трех агре- гатныЗГ'состояниях, но и в своем главном, т. е. жидком, состоя­нии входит в состав трех геосфер (см. рис. 50). Между ними происходит энергичный обмен. Дожди, фильтрация воды через почву и образование грунтовых вод — самые яркие, чреватые наибольшими последствиями проявления жизни вод. Нисходя­щий переход воды по ступеням геосфер — закономерный про­цесс, сделавший возможным жизнь на суше.

Свойство воды занимать в рельефе возможно более низкое положение служит причиной ее геоморфологической активности. При стекании ее по поверхности и в каналах грунта возникает целый ряд процессов: эрозия в форме смыва и размыва почв и грунтов, оползни, солифлюкция, суффозия. Эти процессы объединяются общим понятием — денудации. В противополож­ность силам, вызывающим орогенические и эпейрогенические процессы, вода всегда работает в направлении силы тяжести и сводит на нет их усилия вздыбить земную кору. Ход геологи­чески длительных и потому трудно уловимых процессов дену­дации можно обнаружить путем периодического определения мутности реки, стекающей из района стационара, а при отсутст­вии таковой — путем постройки стоковых площадок и измере­ния на них твердого стока. Сток помимо собственной энергии, заключающейся в превышении массы воды над базисом эрозии, освобождает еще потенциальную энергию, заключенную в гор­ных породах, поднятых над дном долины. Приблизительное представление о ее величине можно получить путем умножения массы переносимых за год наносов на превышение центра тя­жести бассейна над устьем выносящей реки.

Мало измерить суммарный расход воды. Надо зафиксиро­вать ее течение и работу на отдельных этапах, на участках по­верхностного стока, на различных глубинах погружения в почву. Для этого пользуются разнообразной аппаратурой: для улавли­вания осадков — различными дождемерами и плювиографами, для измерения части воды, задерживаемой кронами деревьев и затем стекающей по стволам, — приствольными воронками, для поверхностного стока — стоковыми площадками с самописцами и гидрометрическими постами на малых водосборах (Чернышев, 1972), для улавливания инфильтрации воды в почву и фильтра­ции в грунт — вкопанными на разную глубину лизиметрами («Программа и методика...», 1966, стр. 80). Обратный путь воды из почвы в атмосферу в парообразном состоянии измеряется на испарительных площадках путем определения разности весов лочвенных монолитов за определенный период высыхания почв.

Интенсивность испарения, зависящего в конечном счете от кли­мата, в свою очередь определяет солевой режим почв. От того, будет ли он промывным, т. е. проходит ли влага осадков до горизонта грунтовых вод, или непромывным, т. е. целиком испа­ряется, временно погрузившись лишь на небольшую глубину, зависит выщелачивание или засоление почв, а от этого — весь характер ландшафта.

Наконец, следует упомянуть, что вода кроме физического оказывает на горные породы химическое действие, растворяя их и унося в море. От этого на суше зависят карстовые процессы, я в морях — их солевой состав.

Каждая деталь беспокойного поведения вод подлежит тща­тельному изучению сотрудниками ландшафтного отряда и скры­вает в себе не меньшее количество тем, чем было показано на примере эрозионного процесса.

Вода в твердом состоянии, т. е. лед и снег, находящиеся и относительном покое, являются частью литосферы. В полярных широтах, в зонах вечной мерзлоты, они не только покрывают землю, но и цементируют ее на значительную глубину, заполняя все поры. В этих зонах лед оказывает решающее влияние на ландшафт, не пропуская грунтовые воды, препятствуя проник­новению в почву (кроме самого верхнего слоя) землероев и кор­ней растений. Льды играют рельефообразующую роль в ниваль- пой зоне гор, глетчерами спускаясь в долины. Снег прочищает гі горных лесах лавинные трассы, а языки лавин, перелетовы- вая, вызывают явления нивации. В обычных условиях средней полосы гидрологический год делится на периоды своими наибо­лее выдающимися событиями: ледоставом и ледоходом.

Несмотря на грандиозность всех этих явлений, нас больше всего интересует снежный покров, образующийся на равнинах, и сезонное промерзание почв, зависящее от его толщины. Пере- вевапие снега, подчиняющееся неровностям рельефа и расти­тельности, создает большую пестроту в его мощности, чреватую самыми серьезными последствиями для будущей весны. Поэтому на стационарах работа должна вестись круглогодично; зимние периоды ее посвящаются снегомерным наблюдениям по профи­лям и площадкам. При этом площадки служат для проверки статистическим методом равномерности снежного покрова и, сле­довательно, репрезентативности профилей. Измеряется не толь­ко глубина снега, по также и его плотность и структура. На Курском стационаре Института географии АН СССР разрабо­тана классификация зим по степени снежности, их периодиза­ции на сезоны, высчитывался коэффициент снежности каждого угодья:

^сн — ^' 1 (7-1)

где F — наибольшая величина снегозапасов за зиму, определяе­мая по данным снегосъемки, R_T — сумма твердых осадков, вы­павших с начала зимы (Иверонова и Яшина, 1972, стр. 78, 88 и др.).

В течение всей зимы нужно делать замеры глубины промер­зания почв и его влияния на водопроницаемость. Наконец, край­не важно следить за ходом снеготаяния: образованием прист­вольных кругов, оседанием и перекристаллизацией снега, набу­ханием его влагой, поведением ледяных корок, подснежным сто­ком, формированием ручейков, протаиванием, образованием под­снежных наносов почвы на склонах, слиянием ручьев в древо­видную сеть и впадением в овраги и балки. Эти наблюдения крайне поучительны и могут помочь внимательному ландшафто- веду постичь ряд процессов, совершающихся в наиболее дина­мичный период жизни неорганической природы.

Следующим компонентом, который я отношу к группе не­органических, являются почвы. Собственно, они состоят из сме­си неорганических и оргаТТитеских веществ. Но последние вхо­дят в них только в состоянии мертвой массы. Кроме того, ске­лет почвенной толщи состоит из минералов. Мертвая органика является его наполнителем. В нижних горизонтах почва посте­пенно переходит в горную породу. Так что по совокупности свойств она ближе стоит к неорганическому веществу, чем к органическому.

В. В. Докучаев назвал почвы зеркалом ландшафта. Это своеобразное зеркало, оно отражает события, происходящие в ландшафте, со значительной выдержкой времени: в нем часто не видно событий, происходящих в ландшафте сейчас, но поч­вовед может ясно увидеть в них отражение того, что происхо­дило 10 и 100 лет назад. Известно, что, например, в зоне лесо­степи на месте лесов, вырубленных 150 лет назад, еще сохра­няются серые лесные почвы и, наоборот, под лесами двух-трех- векового возраста залегают типичные черноземы. Мне больше импонирует высказывание, что почвы — это память ланд­шафта.

Некоторые свойства почв являются весьма консерватив­ными, меняясь только в течение десятков и сотен лет. Сюда относятся: изменения гра пулам етриічеакаго состава, струк­тура по горизонтам, влагоемкость, оглииение и т. п. Сравни­тельно быстро реагируют почвы на изменение среды лишь неко­торыми сво'ими свойствами: газовым режимом, составом гумуса, распределением обменных катионов и др. («Программа и мето­дика...», 1966, стр. 244—245). Быстрее всего, прямо-таки мгно­венно, изменяется влажность горизонта А после дождей. Одна­ко влага очень медленно распространяется вглубь; на глубине около метра можно восстановить картину дождей, прошедших месяц назад (см. рис. 13). Вслед за влагой перемещается верх­няя граница легкорастворимого кальция (Афанасьева, 1966, стр. 80, 181—182). Но эти сезонные подвижки оставляют в почве лишь легкий след, коренные изменения в нее вносят только на­стойчивые длительные влияния вроде капитальной смены расти­тельности или климата (Роде, 1942).

Процессы выщелачивания или оподзоливания почв при про­мывном режиме и образования солонцов при непромывном смяг­чаются или компенсируются деятельностью землероев, перено­сящих кальций и гумус в выщелоченные горизонты (Ходашева и Злотин, 1972, стр. 187). Следить за процессом выщелачивания можно при помощи поглотительных колонок, устанавливаемых па границах горизонтов.

В целом на стационаре по отношению к почвам должны изучаться два комплекса изменений.

1. Сезонные изменения, влияющие на другие компоненты, прежде всего на биоту, а также происходящие в самой почве под влиянием других компонентов.

2. Долговременный трэнд почв под влиянием меняющихся условий среды или подтягивание их к уже изменившимся ус­ловиям.

Малейшие изменения рельефа: ложбины, западины и т. п. — отзываются на составе и состоянии почв. На них наклады- вают^ отпечаток и сказываются на рисунке почвенного покрова даже давно бывшие события; например, почвы лесостепи до сих пор хранят следы сурчин сотни лет назад исчезнувших сурков. Таким образом, даже па малом пространстве возмож­ны изменения почв масштаба нескольких классификациоиных рангов. Поэтому на стационаре нельзя удовлетвориться изуче­нием одного почвенного шурфа.

Надо изучать также горизонтальную структуру почвенного покрова. Это поможет многое раскрыть в генезисе ландшафта (Фридланд, 1972).

Почвы переходят в горные породы, которые также небез­различны для ландшафтоведа. Даже будучи защищены почвен­ным покровом, именно они ответственны за формирование рельефа. Пластовое, моноклинальное, складчатое строение гор­ных пород отзывается на поверхности, в значительной степени предопределяя течение ландшафтообразующих процессов. Ко­нечно, наибольшее значение имеет структура четвертичного плаща, но не всегда он достаточно мощен, чтобы замаскиро­вать морфоструктуру коренных пород.

Кроме рельефа горные породы определяют характер и оби­лие подземных вод. Будут ли они порово-пластовыми или тре­щинно-жильными, безнапорными или артезианскими, пресны­ми, солеными или минерализованными — все это важно для ландшафтоведа, без знания этого не может быть построен вер­тикальный разрез ландшафта, и, следовательно, картина его пе будет завершена. Поэтому по крайней мере одна скважина колонкового бурения для определения геологического разреза п несколько более мелких гидрогеологических скважин при стационарном изучении ключа крайне желательны.

Горные породы в некоторых местах выходят на поверх­ность. Тогда они подлежат изучению как непосредственные участники жизни ландшафта, влияющие на другие компонен­ты и сами подвергающиеся их влиянию. Достаточно сказать про выветривание и корразию, продукты которых в горных районах образуют огромные скопления в виде осыпей, россы­пей, камнепадов... В горные породы врезаются овраги, и от пород, при данном количестве воды, зависит их продольный и поперечный профиль.

Самые низшие и нетребовательные растения, поселяясь на горных породах, шаг за шагом разрушают их и подготавли­вают почву для более высоких форм жизни. Растения d ходе биологического выветривания изменяют состав горных пород. Но сам этот состав предопределяет активность растений. В чи­сло жизненно важных входят легкие элементы до цинка (по таблице Менделеева № 30). В качестве микроэлементов неко­торые организмы привлекают их вплоть до бария (№ 56). Большинство более тяжелых, как золото, ртуть, свинец, не го­воря уже о радиоактивных металлах, ядовиты, противопоказа­ны для жизни (Диви мл., 1972, стр. 120). Я говорю об этом ради того, чтобы подчеркнуть важность для ландшафтоведов еще одной работы — в области химии ландшафтов.