2. Общие черты водной и воздушной миграции в аридных ландшафтах --- степях и пустынях

Как и в ландшафтах лесной группы, в степях и пустынях биологический круговорот много контрастнее водной и воздушной миграции. Однако в отличие от гумидных лесных ландшафтов в аридных водная миграция элементов значительно меньше зависит от бика. Ведущее значение здесь часто приобретает миграция легко- и труднорастворимых солей --- хлоридов, сульфатов и карбонатов. Важное значение приобретают процессы засоления и рассоления ландшафтов, не характерные для гумидных ландшафтов.

В степях и пустынях по сравнению с лесными ландшафтами уменьшается интенсивность водной миграции большинства катионогенных элементов, изменяются формы их нахождения, в миграцию вовлекаются анионогенные элементы и элементы- комплексообразователи, слабоподвижные в кислой среде лесных ландшафтов. Ландшафтно- геохимические процессы органо-, хелато- и оксидогенеза сменяются кальцито-, гало- и сульфидогенезом (М. А. Глазовская). Существенно изменяется глеегенез: из кислого и нейтрального он становится преимущественно щелочным. В степях заметное влияние на миграцию начинает оказывать присутствие соды в атмосферных осадках, почвах, поверхностных и грунтовых водах, способствующее образованию растворимых комплексных соединений ряда химических элементов.

Из- за уменьшения подвижности органического вещества и закрепления многих элементов в слабоподвижных органо- минеральных комплексах в степях на первое место среди аддендов (лигандов), благоприятных для комплексообразования, выходят карбонаты и бикарбонаты щелочей. Способность некоторых элементов образовывать в щелочной среде растворимые анионные и комплексные соединения существенно расширяет диапазон их миграции. Особенно хорошо образуют растворимые анионные и карбонатные комплексы анионогенные элементы --- B, V, Mo, As, S, Cr. Начинают мигрировать элементы- комплексообразователи, относимые к гидролизатам --- Ti, La, Y, Zr, Sc, тяжелые редкие земли иттровой группы (Eu --- Lu) и др. Эти элементы подвижны в щелочной и сильнощелочной среде и малоподвижны в нейтральной и слабокислой ( А.И. Перельман, Н. С. Касимов, С.Р. Крайнов и др.). Ареал распространения данного типа химизма в почвах, атмосферных осадках и поверхностных водах, как это показали И. В. Иванов и Н . Ф . Глазовский на примере Казахстана, имеет более широкое распространение, чем это считалось ранее. Особенно он типичен для лесостепных, степных и частично сухостепных мелкосопочников Мугоджар, Кокчетавской возвышенности, Алтая, Забайкалья, некоторых районов Монголии, а также для внутриконтинентальных аккумулятивных равнин --- Кулунды, Барабы.

На геохимическую дифференциацию степных ландшафтов большое влияние оказывают коренные породы в мелкосопочниках и низкогорьях, а на денудационных и аккумулятивных равнинах --- континентальные отложения.

Засоление ландшафтов. Понятие "засоление" чаще всего употребляется по отношению к почвам и грунтам, однако растворимые соли накапливаются и в водах, атмосфере, организмах, т .е . во всех компонентах ландшафта, в связи с чем можно говорить о засолении ландшафта в целом, а также о его рассолении (А.И . Перельман). Засоленным называется ландшафт, для которого характерно накопление легкорастворимых солей, их активное участие в бике и водной миграции. Засоление подчиняется зональности, оно усиливается с засушливостью климата. Большое влияние на засоление оказывают и геологические условия.

Источники солей. Универсальным поставщиком солей служат выветривание и почвообразование, переводящее Na, Cl, S и другие подвижные элементы из горных пород в водный раствор. Этот процесс осуществляется путем непосредственного разложения минералов и через бик. Другой универсальный фактор засоления --- атмосферные осадки и пыль. В молодых ландшафтах принос солей из атмосферы, как правило, не приводит к засолению. В древних ландшафтах, формирование которых в аридных условиях продолжалось многие тысячи лет, соли постепенно накапливались в нижних горизонтах почв. В засолении некоторых территорий важную и даже основную роль играют соли осадочных пород. Так, пустыни Средней Азии и Казахстана в основном сложены осадочными породами. Соленакопление в прошлом происходило и в континентальных условиях. Например, в раннем миоцене озерно- пролювиальные отложения сульфат- карбонатной формации (аральская свита) покрывали почти всю территорию равнинного Казахстана.

На морских побережьях засоление связано с непосредственным влиянием морских солей. Классический пример такой солончаковой пустыни --- побережье Каспия, подпитываемое морскими водами.

По разломам в степях и пустынях происходит разгрузка глубинных холодных или термальных вод. Если разгружаются большие массы воды, возникает болото, озеро, река. Если разгрузка происходит медленно и воды успевают испариться, на поверхности над разломом формируется засоленный ландшафт --- разломный солончак. Узкие полосы засоленных почв местами пересекают речные долины, поднимаются на возвышенности, т . е . располагаются не в соответствии с современным рельефом.

Глубинные холодные и термальные напорные воды местами участвуют в питании грунтовых вод. В Голодной степи Узбекистана этот источник ежегодно поставляет в грунтовые воды 20---30% от общего притока. В Араратской долине Армении содовые напорные воды изменяют состав грунтовых вод и способствуют образованию содовых солончаков. Яркое выражение разгрузки подземных вод --- грязевулканические солончаковые ландшафты, геохимия которых детально изучена А. Ахмедовым в Азербайджане.

Соли в организмах. В результате длительной эволюции организмы засоленных ландшафтов приспособились к высокому содержанию солей в почвах и водах. Солелюбивые растения --- галофиты выносят такое содержание солей, которое для других семейств является губительным. Химическая специализация зашла так далеко, что многие галофиты в иных условиях погибают или плохо развиваются. Известны галофиты, концентрирующие хлориды и сульфаты, щелочные соли органических кислот. Организмы по- разному приспособились к засолению. Наряду с сочными солянками, содержащими много солей, имеются виды, выделяющие их избыток на поверхности листьев (например, тамариск).

По солеустойчивости В.А. Ковда выделил четыре группы растений.

1. Типичные галофиты --- мясистые мокрые солянки, произрастающие на влажных солончаках с близкозалегающими грунтовыми водами. Содержат до 40---50% золы, в которой преобладают хлор, сульфат- ионы и натрий.

2. Галофиты --- преимущественно полусухие, содержащие до 20---30% золы. Растут на сухих солончаках и сильно засоленных почвах.

3. Сухие солянки, ксерофиты и некоторые полыни на слабозасоленных почвах и солонцах. Зола 10---20%.

4. Злаки, бобовые и полыни на незасоленных или слабозасоленных почвах. Менее 10% золы.

Среди водных мигрантов в галофитах резко преобладают Cl, S и Na, повышено содержание и наиболее подвижных микроэлементов с высокими коэффициентами водной миграции --- B, Mo, Sr, иногда Li, Cu, Zn. По сравнению с сухими солянками на солонцах содержание многих микроэлементов в типичных галофитах (сарсазан, солерос и др.) понижено.

Растительность солончаков не играет важной роли в соленакоплении, т . к . в ней, по расчетам В . М . Боровского, содержится примерно в 1,5 тыс. раз меньше солей, чем в почвах и грунтовых водах. Однако за время почвообразования (сотни и тысячи лет) через растения проходят и ими преобразуются практически все соли, находящиеся в почвах. За четвертичный период в солончаковом ландшафте вся масса солей прошла через растения не менее 100 раз.

Животные засоленных ландшафтов также специфичны, в них повышено содержание легкоподвижных элементов (преимущественно у беспозвоночных).

Испарительная концентрация элементов. Засоление особенно распространено на аллювиальных равнинах, где пресные речные воды, фильтруясь в аллювиальные отложения, дают начало горизонту грунтовых вод. При близком залегании от поверхности воды поднимаются по капиллярам и испаряются, оставляя в почве легко- и труднорастворимые соли. Критическим уровнем залегания грунтовых вод называется тот, с которого возможно капиллярное поднятие вод к поверхности, их засоление (Б . Б. Полынов). Эта величина --- функция ландшафта и зависит, главным образом, от климата и почв. В песках она не превышает 1 м . По В .А. Ковде, при залегании глубже 10---12 м грунтовые воды обычно не участвуют в почвообразовании. По капиллярам они поднимаются до 3---7 м . Возможно движение и пленочных вод, которые также растворяют соли. В местах испарения эти воды мигрируют на 4---6 м .

По В .А. Ковде, существуют четыре стадии изменения минерализации пресных грунтовых вод при испарении: 1) силикатно- карбонатная, 2) сульфатно- карбонатная (до 3---5 г/л), 3) хлоридно- сульфатная (до 100 г/л и более), 4) сульфатно- хлоридная (не менее 5---20 и до 150---200 г/л).

В испарительной концентрации участвуют B, F, J, U, Mo, Li, Sr, Zn и другие редкие элементы, которые накапливаются в водах, почвах, солевых корках солончаков, организмах.

От каждого источника или области питания вод распространяется шлейф или язык грунтовых вод, в котором по мере удаления от области питания нарастает минерализация. Наиболее отчетливо зональное распределение наблюдается на субаэральных дельтах и подгорных конусах выноса. Верхняя часть субаэральных дельт и конусов выноса обычно имеет маломинерализованные сульфатно- карбонатнокальциевые воды. Далее по потоку эта зона сменяется хлоридносульфатной зоной, а по периферии в местах близкого залегания грунтовых вод --- сульфатно- хлоридной.

По мере испарения грунтовых вод происходит последовательное насыщение их различными солями, соли выпадают в осадок. Из менее соленых вод выпадают труднорастворимые соли (СаСО3 , гипс), а из более соленых --- легкорастворимые. Это определяет зональные закономерности в накоплении солей: чем менее растворима соль, тем шире ареал ее осаждения в процессе испарения. Аналогичная закономерность наблюдается в вертикальном профиле почв и грунтов: ближе к уровню грунтовых вод осаждаются наименее растворимые соли, выше --- более растворимые. Следовательно, несмотря на обратные связи, существующие между грунтовыми водами, почвами, организмами, состав солей, аккумулирующихся в каждой из этих систем, может быть различным.

Ярко выраженная солевая эпигенетическая зональность в почвах и грунтах возникает лишь при сравнительно глубоком залегании грунтовых вод. Если они залегают очень близко к поверхности (например, в пределах 1 м), то при сильном испарении происходит одновременная разгрузка и легко-, и труднорастворимых солей.

По В .А. Ковде, в сухой и жаркий летний период в Средней Азии из грунтовых вод осаждаются хлориды и сульфаты натрия. В холодный и дождливый зимне- весенний период вымываются преимущественно хлориды (растворимость Na2SО4 понижается при низкой температуре --- из раствора выпадает мирабилит --- Na2SO4 .10H2O). В результате в почвах сульфаты преобладают над хлоридами.

Соотношение засоления и рассоления различно. Известны ландшафты, в которых преобладает засоление (прогрессивное засоление), и ландшафты, где в годовом цикле засоление и рассоление примерно уравновешивают друг друга, и , наконец, ландшафты, рассоляющиеся (прогрессивное рассоление). Во всех трех случаях состав солей в солончаках различен. При засолении натриевыми солями изменяется поглощающий комплекс (ПК) почв и грунтов. Большинство четвертичных и других рыхлых отложений имеет континентальный тип ПК с Са и Mg.

При засолении натрий замещает в ПК Са и Mg, ПК приобретает морской характер. Са вытесняется энергичнее Mg, поэтому в засоленных почвах и грунтах ПК часто имеет натриево- магниевый состав с подчиненным значением Са.

Воздушная миграция. В степях с атмосферными осадками поступает около 1 ц/га солей (в луговых --- 1---1,2; типичных --- 0,75---1,0; сухих --- 0,6---0,9 ц/га). Это значительно меньше количества минеральных веществ, потребляемых растительностью, в связи с чем КА, по Глазовской, для луговых степей составляет 0,2--- 0,3, типичных --- 0,1---0,2 и сухих степей --- 0,4---0,6. В пустынях с атмосферными осадками поступает 0,63---1,05 ц/га солей, причем атмогенная составляющая очень мала --- 0,03---0,05 ц/ га. Поступление солей значительно больше, чем потребляется растительностью (КА --- 1,5---2,0). В пустынях Узбекистана, по А.С. Хасанову, дождевая вода имеет минерализацию от десятков до сотен миллиграмм на литр, рН --- 6---7. Это гидрокарбонатно- сульфатно- кальциевые воды.

В целом в степях и пустынях по воздуху переносится огромное количество силикатной пыли и солей. Песчаные и пыльные бури --- характерная особенность аридных ландшафтов. Во время таких бурь резко уменьшается видимость, иногда наступают сумерки, воздух насыщается тонкой пылью. Особенно легко развевается верхний горизонт сухих солончаков, состоящий из смеси пылеватых частиц и кристаллов соли. Выдувание верхнего горизонта приводит к разрыхлению и развеванию нижележащего, и так до тех пор, пока солончак не достигнет уровня грунтовой воды. Поэтому над солончаками наблюдается особенно запыленная атмосфера (даже в тихие дни). Благодаря этим процессам, по Б . А. Федоровичу, образовались крупные впадины пустынь, местами площадью в десятки квадратных километров и глубиной более 100 м .

Не менее важна аккумулятивная роль ветра, так многие лессы и лессовидные породы имеют эоловое происхождение. В аридных районах Казахстана широко распространены суглинистые покровные четвертичные отложения мощностью от нескольких сантиметров до нескольких метров. По В . В . Добровольскому, минеральный состав их глинистой фракции довольно однороден и не зависит от состава подстилающих пород (преобладают гидрослюды). Гипотеза Добровольского и других исследователей об эоловом происхождении покровных суглинков весьма вероятна. Этот вопрос имеет большое практическое значение, так как аллохтонные покровные отложения экранируют ореолы рассеяния рудных месторождений, что сильно затрудняет геохимические поиски. Для полноты картины следует напомнить и об эоловой миграции песчаного материала, о таких явлениях, как наступление песков на оазисы.

Рассоление ландшафтов. Рассоление ландшафта означает не только удаление солей из почв и грунтов, но и уменьшение минерализации вод, смену флоры (исчезновение галофитов), фауны, уменьшение засоленности атмосферы. Оно распространено так же широко, как засоление. Оба процесса характерны для всех аридных зон, нередко они сосуществуют в пределах одного геохимического ландшафта.

Рассоление развивается постепенно, образуя особую серию ландшафтов, начальным членом которой является засоленный ландшафт, а последним --- незасоленный. К промежуточным членам относятся ландшафты, в которых соли сохранились лишь в нижних горизонтах почв или в грунтах.

Универсальная причина рассоления --- тектонические поднятия, приводящие к развитию рельефа и понижению уровня грунтовых вод. Поэтому, например, на поймах рек степей и пустынь преобладает засоление, а на террасах --- рассоление.

В прошлом во многих аридных районах грунтовые воды залегали близко. С понижением их уровня засоление сменилось рассолением, ландшафты стали неоэлювиальными. В таких ландшафтах во флоре, фауне, почвах, грунтах сохранились геохимические реликты засоления. Подобную историю пережили многие районы европейской России, Украины, Западной Сибири, Средней Азии, Южного Урала, Казахстана, Кавказа.

Менее универсальная причина рассоления --- увлажнение климата, которое, как известно, неоднократно происходило в четвертичном периоде. При увеличении количества атмосферных осадков усиливается промывание почв, оживляется сток, начинается рассоление. Даже периодические одиннадцати- и тридцатитрехлетние колебания климата имеют в этом отношении определенное значение. Нередко оба фактора рассоления действуют одновременно: тектонические поднятия совпадают с увлажнением климата. Наконец, важное, но локальное участие в рассолении принимает ветер, который удаляет из ландшафта соли. По Е .В . Посохову, в Казахстане в сухие годы ветры местами полностью уносят соли с поверхности шоровых солончаков, и во влажные годы в таких котловинах возникает уже не соленое, а пресное озеро.