4.6 Комплексные геохимические барьеры

Комплексные геохимические барьеры образуются за счет на­ложения друг на друга нескольких различных барьеров. По распространенности занимают одно из первых мест среди при­родных барьеров. Так, широко рас­пространены, особенно в горных районах, кислородные барьеры - родники с выходом на поверхность глеевых вод. Осаждающиеся из них гидроксиды Fe³⁺ явля­ются хорошими сорбентами ряда металлов, и процесс осаждения этих коллоидов является началом формиро­вания нового геохимического барьера — сорбционного. По­этому опробование «ржавой мути», осевшей на дне источни­ков, дает информацию о концентрации металлов в родниковой во­де, т.е.о гидрогеохимической обстановке в райо­не распространения этих глеевых вод.

О массе веществ, концентрирующихся на комплексных барьерах, об их распространенности в пространстве и во времени можно судить хотя бы потому, что подавляющее большинство месторождений полезных ископаемых образовалось именно на комплексных геохимических барьерах.

В природных условиях часто по­явление одного геохимического барьера вызывает возникно­вение второго, а их совместное положение — третьего и т.д. Такая геохимическая особенность существует в районах создаваемых техногенных и социальных геохимических барьеров. Ее необходи­мо учитывать, формируя новые барьеры. Делается это далеко не всегда. Так, при создании водохранилища обычно учитывает­ся только возникновение механического барьера, на котором за­держивается обломочный материал, переносимый реками. С этим связано «заиливание водохранилищ», а следовательно, срок их ис­пользования. Однако у плотин происходит задерживание многих планктонных и бентосных организмов. Их усиленному росту обычно способствуют повышенная температура хорошо прогре­ваемых вод водохранилища и поступление удобрений. В резуль­тате у плотины возникает биогеохимический барьер.

5. Геохимия ландшафтов

1. 5.1 Ландшафтно-геохимические системы

По уровням организации и тесноте связей среди ландшафтно-геохимических систем выделяются элементарные и сложные (каскадные) системы.

I. Элементарные ландшафтно-геохимические системы (элементарные ланд­шафты) По Б,Б. Полынову (1953) — элементарный ландшафт в своем типичном проявлении должен представлять один определенный тип рельефа, сложенный одной поро­дой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определен­ным растительным сообществом. Все эти условия создают определенную раз­ность почвы и свидетельствуют об одинаковом на протяжении элементарного ландшафта развитии взаимодействия между горными породами и организмами. Характерная особенность элементарного ландшафта – в нем нет каких-либо внутренних причин, ограничивающих его размеры. Отсюда кри­терий выделения элементарного ландшафта: при отнесении какого-либо участка земной поверхности к элементарному ландшафту необходимо учитывать возмож­ность (хотя бы мысленную) распространения данного элементарного ландшафта на значительно большей территории. Поэтому пятно солончака площадью 10 м² является элементарным ландшафтом, т.к. известны солончаки размером в десятки и сотни раз больше. Элементарными ландшафтами являются такыр, ельник-зеленомошник на валунных суглинках, луговая степь на лёссах и т.д., размеры которых могут колебаться от квадратных метров до сотен и тысяч квадратных километров. Однако на земной поверхности встречаются образования, размеры которых ограничены самой их природой. Так, кочку на болоте нельзя представить увеличенной в сотни и тысячи раз. Это относится и к муравейнику, дереву, норе землероя - деталям ландшафта, входящим в состав элементарного ландшафта.

Наименьшая площадь, на которой размещаются все части элементарного ланд­шафта - площадь выявления. Чем сложнее элементарный ландшафт, чем интенсивнее в нем протекает миграция химических элементов, чем больше видовое и прочее разнообразие, т.е. чем больше в нем информации, тем больше и площадь выявления. Поэтому наименьшие площади выявления характерны для пустынь без высшей растительности (шоровые солончаки, такыры), а наибольшие — для лесных ландшафтов влажных тропиков с их огромным видовым разнообразием (биологической информацией). Площадь выявления — важная константа, имеющая большое значение для классификации элементарных ландшафтов. Мощность элементарного ландшафта - расстояние от его верх­ней до нижней границы. Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения (из данного или соседнего ландшафта), обитания организмов. Нижней границей в ряде случаев является горизонт грунтовых вод (включительно). Мощность элементарного ландшафта колеблется в значительных пределах и в общем подчиняется тем же закономерностям, что и площадь выявления: чем разнообразнее элементарный ландшафт, т.е. чем больше в нем информации и чем она сложнее, тем больше и мощность (мощность мала на такыре и велика в экваториальном лесу).

Вследствие миграции химических элементов элементарный ландшафт неодно­роден в вертикальном направлении, что создает радиальную геохимическую структуру (ярусы). Не все ярусы имеются в каждом элементарном ландшафте. В некоторых из них отсутствует водоносный горизонт (он находится за пре­делами ландшафта), в других он совмещен с почвой (поймы, некоторые болота), в третьих кора выветривания совмещена с почвой и т.д. Каждый ярус отличается от другого химическим составом. Вертикальная дифференциация харак­терна и для отдельных ярусов. Так, горизонты одной и той же почвы обладают различным составом и различными физико-химическими условиями. Не менее дифференцирован и растительный покров, состоящий из ярусов (например, ярус мхов и ярус деревьев в тайге). Наиболее контрастна в вертикальном профиле элементарного ландшафта дифференциация подвижных форм химических элементов. Поэтому резкая дифференциация вещества и физико-химических условий по вертикали составляет характерную особенность элементарного ландшафта, его структуру. Чем сложнее структура ландшафта, чем больше в нем ярусов, горизонтов, природных тел, тем он разнообразнее, т.е. обладает большим количеством информации.

По условиям миграции химических элементов выделяют три ос­новных элементарных ландшафта: элювиальный, супераквальный (над­водный) и субаквальный (подводный).

Элювиальный ландшафт приурочен к плоским водоразделам с глубоким залега­нием грунтовых вод, не оказывающих заметного влияния на БИК. Вещество и энергия поступают из атмосферы и через атмосферу. Характерны прямые нисходящие водные связи. В элювиальных почвах происходит вмывание растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов. Каким бы пло­ским ни был водораздел, все же с него возможен смыв, поэтому в ходе своей истории почва постепенно теряет верхнюю часть горизонта А, и почвообразовательные процессы глубже проникают в подстилающую породу. По образному выражению Полынова, «водораздельные почвы как бы разъедают эти водоразделы и снижают их превышение над базисом эрозии». Если формирование ландшафтов продолжается в течение геологически длительного времени, и вынос протекает непрерывно, то под почвой образуется мощная кора выветривания различного типа (латеритная, красноземная, каолиновая и т.д.). Элювиальные условия определяют жизненные формы организмов и их видовой состав.

Для субаквальных (подводных) элементарных ландшафтов характерен принос материала с твердым и жидким боковым стоком: речной или озерный ил растет снизу вверх и может быть не связан с подстилающей породой. В водоемы поступают химические элементы с прилегающих водосборов, в первую очередь наиболее подвижные элементы, накопление которых типично для субаквальных ландшафтов. Местами поступает избыточное количество растворимых соединений, с которыми организ­мам приходится вести борьбу. Условия разложения органических остатков в элювиальных и надводных ландшафтах различны, как и получающиеся продукты (например, гумус и сапропель).

Надводные (супераквальные) элементарные ландшафты отличаются близким залеганием грунтовых вод. Последние оказывают существенное влияние на ланд­шафт, т.к. поставляют различные вещества, вымытые из коры выветривания и почв водоразделов. В супераквальных ландшафтах возможно значительное накоп­ление химических элементов, обладающих наибольшей миграционной способно­стью. Пример супер-аквальных ландшафтов - солончаки с аккумуляциями сульфатов, соды, хлоридов, нитратов и других солей.

Продукты выветривания и почвообразования элювиального ландшафта посту­пают с поверхностным и подземным стоком в пониженные элементы рельефа и влияют на формирование надводных и подводных ландшафтов. Поэтому послед­ние называются подчиненными. Ландшафты водоразделов, напротив, менее зависят от надводных и подводных ландшафтов, т.к. не получают от них химических элементов с жидким или твердым стоком. Поэтому элювиальные ландшафты водоразделов называются также автономными. Независимость автономных ландшафтов от надводных и подводных весьма ус­ловна, т.к. поймы и водоемы оказывают определенное влияние на ландшафты водоразделов через циркуляцию водяных паров, распространение туманов, пере­нос ветром различных соединений, содержащихся в воздухе, миграцию флоры и фауны с прибрежных участков на водораздельные и т.д. Поэтому автономность водоразделов понимается именно в смысле отсутствия поступления жидкого и твердого стока от надводных и подводных ландшафтов. Т.о., различия между автономными (элювиальными), надводными и подводными ландшафтами заключаются в характере аккумулятивных процессов и водных связей: в автоном­ных аккумуляция связана с поступлением веществ из горных пород и атмосферы, а в надводных и подводных еще имеет место поступление из грунтовых и поверх­ностных вод.

Наряду с основными элементарными ландшафтами существуют многочислен­ные переходные формы, приуроченные к склонам, поймам рек и т.д. Помимо элювиальных (автономных) различают трансэлювиальные (ланд­шафты верхних частей склонов), элювиально-аккумулятивные (нижних частей склонов и сухих ложбин), аккумулятивно-элювиальные (местных замкнутых по­нижений с глубоким уровнем грунтовых вод). Супераквальные ландшафты делят на транссупераквальные и собственно супераквальные (замкнутых пониже­ний со слабым водообменом), а субаквальные — на трансаквальные (реки, про­точные озера) и аквальные (непроточные озера).