Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология почв. Учение об экологических функциях почв. Учебник
.pdf
Гл. 8. Литосферные функции
121
наиболее деятельной субколлоидальной и коллоидальной фаз, отличающихся наибольшей удельной поверхностью. Чисто физическое выветривание, связанное с измельчением породы в результате
повторяющегося ее нагревания и охлаждения, может, по-видимому, диспергировать субстрат преимущественно до пылеватой
фракции (Чижиков, 1968).
Резкое возрастание активной поверхности имеет исключительное значение для процессов, происходящих в верхних слоях литосферы. Б.Б. Полынов (1956) подчеркивает, что громадное количество молекулярных сил, которые до раздробления твердого тела
уравновешивались между собой, после раздробления вступает во
взаимодействие с новой средой. Естественно, чем больше поверхность, тем успешнее протекают эти взаимодействия.
Благодаря сильной диспергации материала возникает новый
мощный фактор взаимодействия — поверхностные силы, которые
обусловливают проявление ряда природных процессов: поглощение газов, паров жидкости, адсорбцию элементов и соединений
из растворов и др.
К числу важнейших изменений, происходящих в литосфере
под воздействием или при участии мобильных продуктов почвообразования, относятся синтез в зоне гипергенеза различных минералов и соединений и концентрация ряда элементов (табл. 42).
В качестве одного из основных результатов биохимического и химического преобразования литосферы следует назвать обособление в ее поверхностной части коры выветривания, формирование
которой тесно связано с почвообразовательным процессом и в
значительной мере является его следствием (Добровольский, Никитин, 1990, 2006).
Таблица 42
Концентрация железа и марганца в объектах литосферы
и биосферы (Глазовская, Добровольская, 1984)
Объект
Объекты литосферы
Литосфера
Кислые породы
Основные породы
Ультраосновные породы
Коэффициент концентрации
Fe M n
1
0,53
1,68
1,93
1
0,54
1,50
1,62
122
Объект
Производные биосферы
Глины, сланцы
Песчаники
Карбонатные породы
Почвы
Конкреции в почвах
Конкреции морские
Латериты
Осадочные железные руды
Бокситы
Живое вещество
Ч. III. Глобальные функции почв
Окончание табл. 42
Коэффициент концентрации
Fe M n
0,65
0,20
0,07
0,74
3—10
—
5—10
5—15
2—10
0—0,04
0,85
0,00
1,1
0,9
10—150
10—500
5—10
2—200
1—4
0,08
Почва — источник вещества для формирования пород
и полезных ископаемых
Почвенная оболочка, облекая литосферу Земли, оказывается
важнейшим источником для формирования в ней минералов, пород и полезных ископаемых. Вся осадочная и метаморфическая
оболочки образовались при участии в той или иной степени вещества, испытавшего отчетливое воздействие почвообразовательного процесса. Н.М. Страхов в фундаментальном труде “Основы
теории литогенеза” (1960) подчеркивал, что важнейшим условием
образования осадочных пород является мобилизация вещества на
водосборах. Причем в случае гумидного породообразования, широко распространенного на земном шаре, особое значение приобретает выветривание (в том числе внутрипочвенное) в результате
сильного развития химических и химико-биологических процессов, которые обычно оттесняют далеко назад процессы чисто физического разрушения пород.
Мобилизация вещества, основу которой составляет переход
соединений, законсервированных в кристаллических решетках, в
подвижное состояние, наиболее эффективно осуществляется на
территории с развитым почвенным покровом, который при наличии достаточного атмосферного увлажнения оказывается мощной
фабрикой по производству исходного материала для пород и полезных ископаемых, как органогенных, так и минеральных.
Если ознакомиться с доминирующими гипотезами и теориями
образования органогенных полезных ископаемых (торфов, углей, неф-
Гл. 8. Литосферные функции
123
ти), то большинство из них прямо указывает на важность процессов исходного накопления органогенного материала на поверхности Земли с последующей его трансформацией в более глубоких
слоях.
Наиболее очевидно участие почвообразования при формировании торфов. Исследования последних лет показали, что вклад
почвообразовательных процессов в торфонакопление в действительности оказывается еще большим, чем это можно было считать
до недавнего времени. Полагали, что предпосылки торфообразования климатические и геоморфологические — значительная атмосферная увлажненность территории в сочетании с ее слабой
дренированностью. Не отрицая значимости этих факторов, следует, однако, подчеркнуть, что в число ведущих торфообразователей
должна быть обязательно включена и почва.
Влияние почвообразовательных процессов на торфонакопление может обнаруживаться в нескольких формах. Важнейшая из
них — стимуляция процесса заболачивания самой почвой вследствие изменения ее свойств, при котором создаются предпосылки
для накопления избыточных запасов влаги, достаточных для начала болотообразовательных процессов. Данный тип заболачивания — автохтонный — считается реальным для обширных гумидных
территорий. Автохтонное заболачивание, согласно почвенной гипотезе, развивается вследствие переувлажнения над уплотненными
иллювиальными генетическими горизонтами, формирующимися
в результате саморазвития почв. Увеличение уплотнения этих горизонтов во времени вызывает и прогрессирующее нарастание
переувлажнения автохтонной влагой, что в конце концов создает
условия для торфонакопления (Караваева, 1982).
Богатый фактический материал, показывающий непосредственное влияние почвообразования на формирование торфов, дают
исследования заболоченных почв и ландшафтов Западной Сибири
(Орлов, 1975; Никитин, 1980, 1985; Добровольский и др., 1981;
Караваева, 1982; Добровольский, Никитин, 1990, 2006; и др.). Показано, что торфяные горизонты часто подстилаются минеральными почвенными генетическими горизонтами с пониженной
водопропускной способностью. Наглядно это проявляется при
формировании болот на массивах, сложенных легкими породами.
Почвы этих массивов в результате развития генетического профиля приобретают иллювиальные прослойки и целые горизонты
с пониженной водопроницаемостью, что включает процесс торфонакопления. В результате происходит взаимоусиление торфои иллювиообразования, поскольку при возникновении торфяных
124
Ч. III. Глобальные функции почв
подстилок и горизонтов в минеральной части профиля активизируется глеевый процесс (Зайдельман, 1992, 2010), приводящий
к мобилизации железа, глинистой плазмы и других компонентов,
их миграции вниз с последующим частичным осаждением, приводящим к снижению фильтрационной способности почвогрунтов и дальнейшему усилению заболачивания.
Необходимо обратить внимание на участие в формировании
иллювиальных горизонтов легких пород не только соединений
железа, которое ранее считалось главным их типоморфным элементом. Основным и существенным компонентом этих горизонтов во
многих случаях является глинистая плазма (Никитин, Федоров,
1977; Никитин, 1980, 2009). Разнообразие материала, способного
к миграции в почвенном профиле при его заболачивании, и формирование слабоводопроницаемых иллювиальных горизонтов,
несомненно, облегчают процесс торфообразования. Существенно
и то обстоятельство, что возникновение иллювиальных прослоек
и горизонтов, являющихся предпосылкой торфонакопления, может происходить достаточно быстро. Так, специальные эксперименты в полевых условиях (Никитин, 1980, 2009; Добровольский
и др., 1981; Добровольский, Никитин, 1990, 2000; и др.) позволяют полагать, что заметные иллювиальные аккумуляции железа и
глинистой плазмы при определенных условиях могут отмечаться
уже в первые годы формирования почвенного профиля.
Кроме материалов, позволяющих с определенностью говорить,
что почва является одним из факторов, “запускающих” процесс
торфонакопления, существуют факты и суждения, дающие основание считать, что почвенный профиль, даже будучи покрытым
торфяным материалом той или иной мощности, продолжает влиять на скорость роста и состав торфяных горизонтов. Это влияние
происходит в нескольких направлениях и осуществляется в результате нескольких причин. Во-первых, скорость роста торфа
в значительной мере зависит от степени затрудненности вертикальной фильтрации влаги через иллювиальные горизонты почвы. Вовторых, состав торфа во многом определяется богатством минеральных горизонтов почвы химическими элементами, идущими
на построение биомассы растений-торфообразователей.
К сожалению, эти виды влияния подстилающей минеральной
почвенно-грунтовой толщи на кроющие их торфяные горизонты
пока не принимаются в расчет, подтверждением чему является
широко распространенное деление болот на верховые и низинные
по принципу их связи с типом водного питания. Как правило, полагают, что верховые болота имеют атмосферное питание и дают
бедный по составу торф, а низинные формируются под влиянием
Гл. 8. Литосферные функции
125
грунтовых вод и содержат богатый по зольному составу торфяный
материал.
В действительности же достаточно много случаев, когда болота
имеют грунтовое или смешанное питание, а торфяная масса отличается бедным составом. Это наблюдается, например, в Западной
Сибири при заболачивании песчаных почв, формирующихся на
бедных олигомиктовых кварцевых песках, когда грунтовые воды
оказываются слабоминерализованными, а болотные биоценозы —
олиготрофными. В то же время при заболачивании богатых почвогрунтов зольность образующегося торфа может соответствовать
зольности торфа типично низинного болота, хотя грунтового питания у него может и не быть. Поэтому не случайно некоторые исследователи предлагают разделять торфы на низинные и верховые
не по типу водного питания болот, а по реальному зольному составу
самих торфов, в принципе полигенетичных по своей природе.
Говоря о существенном влиянии почвообразования на формирование торфов, разумеется, необходимо отдавать себе отчет, что
почва одна не определяет развитие процессов заболачивания и
торфонакопления. Кроме отмеченного автохтонного заболачивания, тесно связанного с саморазвитием почв, существует и другая
опосредованная форма — аллохтонное заболачивание, по-видимому, доминирующее в условиях равнинного рельефа. Аллохтонное
заболачивание возникает и развивается благодаря поступлению
на суходол дополнительной влаги от болота при его горизонтальном росте. Происходящее при этом заболачивание суходольных
почв является их метаморфозом (а не саморазвитием, как при автохтонном течении процесса), так как причина эволюции — дополнительная влага, поступающая извне (Kapaвaeвa, 1982).
Несмотря на неоднозначность конкретных путей заболачивания, связь его с почвообразованием в той или иной форме существует. Поэтому отсутствие специального комплексного анализа
влияния не торфонакопление процессов почвообразования наряду
с другими факторами тормозит развитие теории формирования
болот и торфов и облегчает одностороннее их хозяйственное использование без учета всех экологических последствий освоения
заболоченных ландшафтов.
В настоящее время мировые запасы торфа составляют более
чем 300 млрд т. Около 95% запасов торфа сосредоточено в странах
умеренного пояса Северного полушария — в России, Финляндии,
Канаде, США, Швеции, Великобритании, Германии, Ирландии и
др. Около 80% торфяных запасов сосредоточено в Европе и Азии,
при этом более 50% приходится на Россию и ближнее зарубежье.
126
Ч. III. Глобальные функции почв
Почвообразование оказывает существенное влияние на торфонакопление и генетически связанное с ним углеобразование. На
это обратил внимание еще М.В. Ломоносов: “Горные уголья с турфом сродны и... они из турфа родились, и промышляют их для такой же потребы”.
Взаимосвязь торфо- и угленакопления обусловлена прежде
всего тем, что и торф и многие виды ископаемых углей — результат консервации растительных остатков, образовавшихся при совместном влиянии климата, растительности, геологической обстановки и, конечно, почвообразования. Почвенный фактор во
многих работах, однако, не упоминается, что также указывает на
явный недоучет многообразия роли почв в природных процессах.
Конкретные условия углеобразования еще точно не установлены. При анализе этих условий в основном уделяется внимание палеоклиматическим и палеоботаническим данным. О характере
почвенного покрова эпох угленакопления можно судить ориентировочно и косвенно. Принято считать, что климат периодов формирования каменных углей был теплым и влажным, создавшим
оптимальные условия для развития наземной растительности (Давиташвили, 1971; Оленин, Марков, 1983; и др.).
Сходство и различие торфо- и углеобразования были в основных чертаx подмечены уже М.В. Ломоносовым. Если процессы
торфонакопления происходят в виде неполного распада растений
при участии микроорганизмов в условиях обилия влаги, низких
температур и давления за короткое время (4—12 тыс. лет), то при
углеобразовании растительные элементы претерпевают воздействие более высокого давления и температуры в течение многих
миллионов лет.
Необходимо также отметить стадийность превращения торфа в
различные виды твердых горючих ископаемых: торф — бурый
уголь — каменные угли — антрацит — шунгит — графит. Последняя
стадия — наиболее высокая степень преобразования углей, которую
иногда выделяют в качестве самостоятельной, названная “ультраметаморфизмом” (Основы геологии горючих ископаемых, 1987).
Есть основания говорить также и об определенном значении
почвенной оболочки Земли для формирования нефти и газа, находящихся в “родственных” связях с углем, на что, в частности,
обращает внимание А.М. Акрамходжаев (1985). В химическом составе угля, нефти и природного газа много общего. Прежде всего
преобладает углерод и присутствуют водород, кислород, азот, т.е.
те элементы, которые являются основой жизни на Земле.
Гл. 8. Литосферные функции
127
Долгая дискуссия о неорганическом и органическом происхождении нефти и газа завершилась признанием гипотезы органического генезиса нефти, получившей не только необходимое экспериментальное подтверждение, но и блестящую проверку практикой.
Из 40 тыс. месторождений нефти и газа во всем мире ни одно не
открыто на основании прогноза, исходящего из гипотезы неорганического происхождения нефти.
Согласно теории органического происхождения нефти и газа,
получившей убедительное развитие в трудах И.М. Губкина, Н.Б. Вассоевича, Н.Ф. Двали, А.Э. Конторовича, В.А. Соколова, А.А. Трофимука и других, основным источником нефти и газа является
рассеянное органическое вещество в осадочных толщах. Именно
из этого вещества в результате десорбции сорбированных углеводородов после их миграции в пористые коллекторы и концентрации в ловушках образуются залежи нефти.
Генезис рассеянного органического вещества, доминирующего
в составе суммарного органического вещества Земли, достаточно
сложен и неоднозначен. Установлены факты генетической связи
типов нефтегазовых месторождений с типами рассеянного органического вещества. Так, установлено, что в толще пород, где развита в основном сапропелевая органика, обычно имеются залежи
жидких углеводородов (нефти), а там, где преобладает гумусовая
органика, формируются преимущественно газовые месторождения
(Акрамходжаев, 1985).
Сейчас трудно говорить о количественном вкладе почвообразования в формирование нефтегазовых месторождений, но ясно
одно: этот вклад достаточно заметен. Ведь почва, особенно в гумидных ландшафтах, которые доминировали в истории Земли,
постоянно отдавала и отдает с почвенными водами колоссальные
количества подвижных органических, в том числе гумусовых, веществ в озера, реки, моря, океаны и континентальные отложения.
Нет сомнения, что органическое вещество почвенного происхождения составляет заметную долю в рассеянном органическом веществе осадочных пород, послужившем источником нефти и газа.
Кроме того, не следует забывать и об опосредованном влиянии
почвы на формирование нефтегазовых месторождений. Ведь если
следовать наиболее разработанному положению И.М. Губкина
о том, что “матерью” нефти являются прежде всего мелководные
части былых бассейнов с их пышно развитым растительным и животным миром, то приходится признать существенное влияние на
накопление исходного для нефтегазообразования биогенного материала почвенных соединений, приносимых с континентов. Эти
128
Ч. III. Глобальные функции почв
соединения во многом определяют повышенную биологическую
продуктивность (Страхов, 1960; и др.) и накопление материнского
для нефтегазообразования осадочного материала в морях.
Таким образом, оценивая вклад почвообразования в формирование горючих полезных ископаемых Земли, необходимо констатировать, что этот вклад не только представителен, но для ряда
ископаемых является определяющим. Ведь большинство твердых
горючих ископаемых (торф, бурый уголь, каменные угли и др.) не
что иное, как трансформированные органогенные горизонты былых торфяных почв. В связи с этим заслуживает поддержки высказывание Р.Э. Вески об особой почвенной стадии преобразования исходного органогенного вещества осадочной оболочки.
Предложение о выделении особой почвенной стадии в единой
цепи преобразования изначального органогенного осадочного вещества перекликается с положением академика И.М. Губкина
о каустобиолитах как общем исходном материале для различных
горючих ископаемых (нефти, углей, сланцев и др.), развитым в его
фундаментальном труде “Учение о нефти” (1932). И.М. Губкин
обращал внимание на то, что, хотя характер первичного материала
для образования нефти был несколько иной, чем для формирования твердых горючих ископаемых, эти полезные ископаемые
имеют много общего как в отношении исходного субстрата, так
и условий его преобразования. “Исходный материал для нефти
и условие его положения и превращения были близки и связаны
непрерывными переходами с таковыми же для углей. Вот почему
безусловно правильным является утверждение, что и уголь и
нефть — члены одного и того же генетического ряда каустобиолитов, на что мы все время настойчиво указываем... Таким образом
получается сплошной ряд каустобиолитов от антрацита, представляющего собой крайний член ископаемых углей, до жидкой нефти
и углеводородных газов”.
Рассматривая формирование исходного материала для нефти,
он подчеркивал его сложную природу и накопление из нескольких источников. Отмечая важное значение для образования нефти
биогенных илов морских мелководий, И.М. Губкин указывал, что
к органическому материалу биогенных илов присоединялся еще
органический материал, сносимый впадающими в него реками,
который смешивался с биогенными илами. На значительный же
вклад почвообразования в органический материал, сносимый реками, неоднократно обращалось внимание.
Рассмотренные вопросы вклада почвообразования в формирование горючих полезных ископаемых свидетельствуют о сущест-
Гл. 8. Литосферные функции
129
венном значении еще одного результата взаимодействия почвы
с литосферой Земли. Становится ясным, что область влияния почвенной оболочки не исчерпывается той маломощной пленкой
земной коры, в которой она расположена в настоящее время. Если
рассматривать гeoлогические масштабы времени в размере эпох и
периодов, то перед нами со всей убедительностью предстает грандиозное распространение влияния почвенной оболочки на значительную, а возможно, и большую часть литосферы.
Закон всеобщей связи предметов и явлений в данном случае
получает еще одно убедительное подтверждение и для почвы —
объекта, которому пока что в подавляющем большинстве случаев
продолжают приписывать сугубо утилитарную, агрономическую
роль. Насколько это несостоятельно, свидетельствует рассмотренная выше теснейшая зависимость образования запасов горючих
ископаемых от почвы.
Изложенный материал и обобщения заставляют обратить внимание на явную недостаточность внимания к почве и почвоведению со стороны дисциплин и специалистов, занимающихся теорией формирования твердых, жидких и газообразных горючих
ископаемых и практикой их добычи.
Недостаточен интерес самих почвоведов к смежным и родственным наукам. В результате реальные контакты и связи родственных
дисциплин нередко оказываются слабыми, что замедляет своевременное взаимообогащение новыми подходами, методами и теоретическими обобщениями. Так, очевидно, многое может дать усиление
связи классического почвоведения с болотоведением. В почвоведении ряд экспериментальных полевых и лабораторных разработок получили углубленное развитие и могли бы с успехом применяться при изучении болот и торфяных почв. Не сбрасывая со
счетов специфику объектов исследования, хотелось бы видеть более широкую реализацию комплексных междисциплинарных
почвенно-болотоведческих исследований, намеченных по единой
программе. Ясно, что более углубленное изучение механизма
и результатов болотообразования помогает всесторонне решать и
вопросы торфонакопления и углеобразования, которые имеют
исключительную практическую значимость.
В этих вопросах еще много неопределенного, и возможно более широкий подход к их решению с учетом всех процессов и факторов торфо- и углеобразования (в том числе почвенного фактора) поможет найти ответы там, где они раньше не находились. Так,
установлено, что в природе не всегда бурый уголь переходит в каменный, несмотря на повышение температуры и давления. Не ис-
130
Ч. III. Глобальные функции почв
ключено, что данное явление в определенной мере связано и со
спецификой почвенно-биологических условий, в которых формировался исходный для бурых углей торфяной органогенный
материал. Одной из конкретных причин этого может оказаться
доминирование в составе гумусовых кислот бурых углей гуминовых фракций. Этот вывод следует из заключений специалистов
в области углеобразования. Так, В.Е. Раковский считает, что при
высокой термоустойчивости гуминовых кислот бурые угли сохраняются на этой стадии и не всегда переходят в каменные (Основы
геологии горючих ископаемых, 1987).
На исключительную важность комплексных междисциплинарных исследований в решении проблем генезиса и механизма
образования горючих ископаемых неоднократно указывали крупнейшие авторитеты в данной области. Так, И.М. Губкин (1932),
с удовлетворением отмечая подключение к работам геологовнефтяников, специалистов в области химии, ратовал одновременно
за более действенное участие в этих исследованиях микробиологов.
Необходим тесный контакт современных исследователей горючих ископаемых с почвоведением, которое уже внесло определенный вклад в практику поисков нефтегазоносных месторождений.
В тесной связи с почвообразованием и выветриванием находится формирование минеральных полезных ископаемых, образова-
ние которых в качестве одного из важнейших звеньев включает
мобилизацию вещества выветриванием материнских пород.
Б.Б. Полынов (1956) при рассмотрении генезиса коры выветривания обращал внимание на то, что к ней и почвам приурочены
определенные виды рудных месторождений: болотная, озерная,
руды, обогащенные железом, марганцем и другими элементами.
В коре выветривания, тесно связанной с почвообразованием,
представлены месторождения полезных ископаемых, которые
могут образоваться различными путями. В одних случаях происходит высвобождение в результате разрушения породы самородных металлов и устойчивых минералов (золото, платина, серебро,
титанистый жезезняк, касситерит, гранат, алмаз и др.). В других
случаях накапливаются вторичные образования (каолины, бентониты, охры и др.) в результате процессов окисления, гидролиза,
синтеза и других геохимических реакций. Кроме того, полезные
ископаемые могут образовываться при выпадении соединений из
насыщенных растворов, путем метасоматоза, карстовых явлений
и т.п.
На тесную связь образования полезных ископаемых в поверхностной части литосферы с ее геохимическим изменением в ходе
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]