Геофизика и геохимия ландшафта. Конспекты лекций

цепочка экосистем представляет собой экологический градиент, по которому сверху вниз увеличивается количество влаги, уменьшается количество тепла, в почвенном поглощающем комплексе кальций постепенно замещается натрием, ксерофильные растения и животные сменяются мезофилами, а затем – и гигрофилами.

Степная катена как полное геохимическое сопряжение может включать в себя четыре типа экосистем (рис. 5), выстроенных в строгой последовательности: самый верхний – элювиальный, промежуточные – трансэлювиальный и трансэлювиально-аккумулятивный (у подножья склона), а таже самый нижний (в депрессии) – аккумулятивный. Названия звеньев катены отражают суть явлений на катенарном градиенте.

Рис. 5. Экосистемы-звенья степной катены (по В.Г. Мордкович, 1982): 1 – элювиальная, 2 – трансэлювиальная, 3 – трансэлювиальноаккумулятивная, 4 – аккумулятивная (пунктирные линии – грунтовые воды, стрелки указывают направления движения вод)

Элювиальные экосистемы – первое (верхнее) звено катенной цепи. Фундамент такой экосистемы сложен элювием, т. е. остающими-

111

ся на месте продуктами разрушения подстилающей почву горной породы. Другие названия с эпитетами «автономный» и «автоморфный», применяемые к ландшафтам этого звена, указывает на самостоятельность их развития в условиях отсутствия поступления веществ извне, кроме атмосферных осадков. Выпадающие атмосферные осадки растворяют многие органические и минеральные соединения в почве и с поверхностным или внутрипочвенным латеральным гравитационным стоком выносят их из элювиального участка вниз по катене (см. рис. 5). По сравнению с последующими звеньями цепи это наиболее сухой участок катены, обычно приуроченный к водоразделу и определяющий облик соответствующей природной зоны, в данном случае – степи. Здесь развивается наиболее типичный для степи собственно степной ландшафт.

Трансэлювиальные экосистемы включают экосистемы, распо-

лагающиеся ниже по геоморфологическому профилю, в середине склона, и тоже являются элювиальными, но не автоморфными. Через них проносятся растворы из верхних участков катены. Отсюда название – «трансэлювиальные». Сюда, кроме выпадающей атмосферной влаги, сверху со стоком поступает дополнительная вода. С водой здесь акку-

мулируются гумус и частично легкорастворимые минеральные соеди-

нения. В такой довольно благоприятной обстановке развиваются луговые варианты степей, настоящие луга, богатые разнотравьем и животными мезофилами.

Трансэлювиально-аккумулятивные экосистемы обычно раз-

мещаются в нижней части склона, у его подножья. Здесь процесс аккумуляции веществ занимает ведущие позиции по сравнению с процессами выноса и транспорта, хотя это еще не конечная станция. Часть веществ, в основном легкорастворимые соли, сносимых сверху, откладывается в почве. В этом процессе накопления солей главную роль играют залегающие близко к поверхности грунтовые воды (см. рис. 5).

Поднятие по капиллярам и сильное испарение минерализованных грунтовых вод способствуют обогащению верхних слоев почвы выпираемыми снизу хлоридами и сульфатами натрия и соответствующими ионами. Это ведет к замещению в почвенном поглощающем комплексе

112

кальция на натрий, который, соединяясь с гумусом, образует золи гумуса. Последние перемещаются с водой вниз по почвенному профилю и осаждаются в верхней части нижележащего подгумусового карбонатного горизонта, образуя особый солонцовый горизонт.

При наличии воды этот горизонт быстро набухает, превращаясь в плотное образование, и выполняет функцию своеобразного геохимического барьера. Такой барьер не дает влаге уйти вниз из корнеобитаемого горизонта, а, с другой стороны, предотвращает засоление почвы, преграждая путь подтягивающимся кверху из грунтовых вод хлоридам и сульфатам натрия.

Одновременно в верхнем почвенном слое создаются условия для накопления гумуса за счет разложения растительного опада, которому способствует задерживаемая от просачивания вниз вода.

При дефиците влаги образовавшийся солонцовый горизонт высыхает, превращаясь в камнеподобную массу, которая, растрескиваясь, колоннообразно подпирает гумусовый горизонт почвенного профиля. Он утрачивает те свойства, обеспечивавшие образование гумуса и защиту от засоления.

Таким образом, в зависимости от условий увлажнения-высыхания солонцового горизонта на рассматриваемом участке катены происходит чередование контрастных экосистем с большой амплитудой качественных состояний. Это своеобразная пограничная полоса на катенном градиенте с резко сменяемым разнообразием видов растений и животных различного экологического облика, включая резерв движения к зональной экосистеме.

Аккумулятивные экосистемы, занимая самые низкие депрес-

сии местности, находятся под «посторонним» влиянием и являются для сносимых гравитационным потоком веществ «конечными станциями» на катенном градиенте. Вследствие избытка воды, стекающей сюда со всей катены, они всегда переувлажнены. Здесь постоянно наблюдается застой воды на поверхности почвы или в ее верхнем 5-сантиметровом слое. Причиной застоя воды являются низкая проницаемость почвы и близкое залегание грунтовых вод, которые не толь-

113

ко задерживают попадающую в нее сверху влагу, но и сами снизу дают в почву большое ее дополнительное количество. Из-за застойных явлений процесс выветривания нарушен, нет «вентиляции» – выноса продуктов выветривания.

Под влиянием застойных вод с дефицитом кислорода на поверхности таких почв отмирающие растения разлагаются очень медленно и накапливаются. В минеральной части почвы происходят изменения вещественного состава, формируются новые минералы. Переувлажнение, большое количество органики, низкие температуры и анаэробный режим обусловливают развитие почвенных процессов торфонакопления и оглеения. В таких аккумулятивных экосистемах могут выживать только растения, приспособленные к жизни в условиях переувлажнения. Это может быть пышная, но однообразная болотная растительность.

Парагенетический катеногенез как явление всеобщей организа-

ции ландшафтной сферы находит разнообразное приложение. Модель катены служит наиболее значительным показателем интеграции геоморфологии и почвоведения при формировании педогеоморфологии. Концепция катены используется при выборе соответствующих критериев для оценки функции рельефа. Она объясняет разнообразие почв, сформированных, на первый взгляд, сходными почвообразовательными факторами.

Действительно, в одних и тех же климатических условиях и на одних и тех же почвообразующих горных породах может образоваться последовательность почвенных разновидностей, если условия рельефа разные. При этом даже незначительная разница в 30–40 см между повышениями и понижениями микрорельефа может определять четкую приуроченность разных почв к элементам микрорельефа. Такое наблюдается, например, в полупустынном комплексе из солонцов в Прикаспийской низменности: собственно солонцы располагаются на микроповышениях рельефа, лугово-каштановые почвы – в микропонижениях, а светло-каштановые почвы – на переходных элементах микрорельефа. Эта цепочка обусловлена взаимоотношением почвенного покрова

114

свлагой, а через нее – с уносимыми (или, наоборот, приносимыми) веществами. Изучение таких связей показало, что, чем они интенсивнее, чем энергичнее идет перенос веществ, тем резче различаются между собой почвы, тем контрастнее почвенный покров.

Заслуживает внимания взгляд на катену как отражение эволюционной летописи ландшафта природной зоны. По В.Г. Мордковичу, цепочка экосистем степной катены, если ее рассматривать в обратном порядке – от болота к степи, представляет собой путь, который прошли в своем развитии степные экосистемы в эпохи межледниковий, когда талые воды отступающих ледников постепенно освобождали бывшую территорию степей. Осуществившийся катенарный парагенезис – закономерное следствие постгляциального развития. Он отразил полный спектр стадийного развития ландшафтов, начиная с палеогидроморфного состояния и кончая современным автономно-зональным состоянием.

При таком эволюционном взгляде на катенный ряд самая верхняя экосистема водораздельных равнинных территорий – это и есть та зональная климаксная («зрелая») экосистема в современных термодинамических условиях. Остальные экосистемы предстают как серийные,

сперспективой перейти со временем через последовательные сукцессии в зональную климаксную стадию. Получается, сегодняшняя степная катена – это обращенная назад история (рекапитуляция) становления степного ландшафта. Такой взгляд на катену делает уместным, как в случае с периодическим законом географической зональности и периодической системой химических элементов, аналогию с биогенетическим законом Геккеля – Мюллера – одним из доказательств эволюции органического мира: «каждое живое существо в своём индивидуальном развитии повторяет, в известной степени, исторические этапы, пройденные его предками или его видом».

Впрактическом плане концепция катены подводит научную основу под мелиоративные мероприятия, связанные с оптимизацией состояния почв путем создания механизмов для сброса излишних вод или накаливающихся солей, а в конечном итоге нейтрализации неблагоприятного геохимического фона. Учет контрастности почвенного по-

115

крова способствует наиболее рациональному использованию каждой из ее форм, оптимальному размещению угодий – пашен, лугов, пастбищ и подбору наиболее подходящих культур.

Контрольные вопросы

1.Понятие о катенарном градиенте.

2.Роль мезо- и микрорельефа в латеральной миграции веществ и формировании катенарного сопряженного ряда экосистем.

3.Роль почвенного покрова в ионной миграции. Понятие об об- менно-поглотительной способности почвы, ее роль в формировании катенного градиента.

4.Общая схема динамики геофизических и геохимических параметров на катенном градиенте.

5.Обзор катенарного ряда экосистем.

6.Катенарный ряд экосистем как летопись стадийной эволюции ландшафта. Аналогия с биогенетическим законом.

116

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Перельман А.И. Геохимия.– М.: Высшая школа, 1975. – 342 с.

2.Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. – 3-е изд. –

М.: Астрея, 1999. – 768 с.

3. Алексеенко В.А. Геохимическая экология: учебник для вузов по естественнонаучным специальностям. – М.: Логос, 2000. – 627 с.

4.Берест А.В. Катенарный парагенезис в ландшафтоведении: проблемы исследования // Вестник ТГУ, т. 15, вып.1, 2010. – С. 175–178.

5.Мордкович В.Г., Шатохина Н.Г., Титлянова А.А. Степные катены. – Новосибирск: Наука, 1985. – 117 с.

Дополнительная

1. Войткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли.– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1983. – 168 с.

2.Геохимия ландшафтов (к 100-летию А.И. Перельмана): доклады Всероссийской научной конференции. Москва, 18–20 октября 2016 г. – М.: Географический факультет МГУ, 2016. – 673 с.

3.Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. – М.: Высшая школа, 1988. – 324 с.

4.Глазовская М.А. Геохимические барьеры в почвах равнин, их типология, функциональные особенности и экологическое значение // Вестн. Моск. ун-та, сер. 5 География, 2012. – С. 8–13.

5.Геохимические барьеры в зоне гипергенеза / под ред. И.С. Касимова и А.Е. Воробьева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. – 395 с.

6.Добровольский В.В. Химия Земли. – 2-е изд. – М.: Просвеще-

ние, 1988. – 174 с.

7.Добровольский В.В. Основы биогеохимии. – М.: Высшая школа, 1998. – 413 с.

8.Касимов Н.С., Власов В.Д. Технофильность химических элементов в начале XXI века // Вестник Московского университета. Сер. 5.

География. – 2012. – № 1. – С. 15–22.

117

9.Лисицкий Ф.Н. Почвенные катены в археологических ландшаф-

тах // Почвоведение, 1999, № 10. – С. 1213–1223.

10.Мордкович В.Г. Степные экосистемы. – Новосибирск: Наука, 1982. – 207 с.

11.Перельман А.И. Биокосные системы.– М.: Наука,1977.– 160 с.

12.Полынов Б.Б. Геохимические ландшафты // Географические работы. – М., 1952. – С. 381–393.

13.Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества

ибиологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. – М.–Л.: Наука, 1965. – 215 с.

14.Фридман В.М., Буяновский Г.А. Просто земля. – М.: Просве-

щение, 1977. – 143 с.

118

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Геофизика и геохимия ландшафта – комплексная дисциплина, направленная на изучение геофизических и геохимических основ формирования, функционирования и динамики ландшафтного покрова Земли. Методологической основой этих относительно молодых направлений ландшафтоведения является системный подход, предполагающий целостное восприятие природы. Отсюда вытекает, что изменчивость ландшафтного покрова не хаотична, а носит упорядоченный характер и подчинена строгим закономерностям в системе геофизических и геохимических градиентов на Земле.

Геофизика ландшафта изучает физические процессы и явления, характерные для природно-территориальных комплексов, устанавливает закономерности их взаимосвязей и взаимодействий. Геохимия ландшафта, установив циклический характер движения атомов химических элементов, отслеживает обмен веществ и энергии между земной корой, гидросферой и атмосферой, отдавая приоритет в этом круговороте биологическому звену.

В наши дни, когда воздействие хозяйственной деятельности человека на природу становится соизмеримым по силе с естественными процессами, возникает опасность деформации биосферных циклов с последующими негативными изменениями окружающей среды. Отсюда познание геофизических и геохимических закономерностей функционирования ландшафта, подводя к необходимости должным образом отнестись к законам, лежащим в основе экономики природы, приобретает особую актуальность.

119

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Хатухов Аубекир Михайлович

ГЕОФИЗИКА И ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

Конспекты лекций

Рекомендовано Редакционно-издательским советом КБГУ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки 06.03.01 Биология

Нальчик, «Каб.-Балк. ун-т», 2023

Редактор Л.М. Хакулова

Компьютерная верстка Е.Л. Шериевой

Корректор Л.А. Скачкова

Впечать 13.03.2023. Формат 60х84 1/16. 6,0 уч.-изд.л. 6,97 усл.-п.л. 50 экз.

Кабардино-Балкарский государственный университет. 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.

Печать трафаретная. Бумага офсетная. Заказ № 402.

Производственно-техническое управление Полиграфический участок

3600004, г. Нальчик ул. Чернышевского, 173.

120