Литература(1) / Зверев В.Л. -Экология России проблемы природопользования и среды обитания , краеведение и учебные

91

химические элементы, которые накапливаются в океане представляющем грандиозный аккумулятивный ландшафт, где более всего отлагается кальциевых,

фосфорных и кремниевых соединений.

Вода осуществляет грандиозную работу, по транспортировке химических элементов и соединений. Среднее содержание органического углерода С орг. в

подземных водах составляет 50мг/л. По расчетам В. М. Швеца количество

органических веществ в подземных водах земного шара составляет 2,5 1012т, что в 10 раз больше мировых запасов нефти.

Высокая теплоемкость воды /выше, чем у любого природного соединения,

кроме аммиака/ создает большую инерцию температурных характеристик океанов и морей, которые действуют как тепловые машины, определяющие климат на всех континентах. Нарушение водного баланса, имеет самые неблагоприятные экологические. последствия. Уничтожение Аральского моря вызвало целый комплекс катастрофических явлений: соляные бури, гибель рыбных ресурсов,

засоление и загрязнение почв и пресных вод, ухудшение здоровья населения. На берегах усыхающего Арала изменился климат - лето стало, короче и холоднее

.

3/ Биогеохимические круговороты основных биофильных элементов /углерода,

кислорода, азота, фосфора, серы, кальция/.

Элементы биофилы / углерод, кислород, азот, фосфор, сера, кальций /

образуют главную массу живого вещества, а их глобальные круговороты определяют динамику и функциональную сущность биосферы. Биогеохимическая миграция основных структурных элементов живого вещества является всеобщим

92

планетарным обязательным процессом, охватывающим все уровни биосферы от отдельных организмов и популяций до Мирового океана, который представляет собой грандиозный аккумулятивный геохимический ландшафт, где накапливается углерод, фосфор, кальций (Рис. 6). Природная биогеохимическая миграция

элементов в биосфере характеризуется цикличностью, благодаря которой

поддерживается стабильность биосферы. Техногенные потоки химических элементов, создаваемые человеком, отличает линейный характер. Поэтому промышленная деятельность, техногенез разрушает биосферу.

Большое влияние на круговороты ряда биофильных элементов имеет вулканическая деятельность и процесс газового дыхания Земли. Выделение СО2,

соединений. Круговороты биофильных элементов пронизывают все звенья биосферной миграции, включая малые и большой круговорот, соединяя все подсистемы биосферы, взаимодействуя между собой. Основным резервуаром кислорода является литосфера, где он занимает 1-е место по распространенности и присутствует в силикатных минералах (.Рис.7.). Резервуар свободного кислорода, находится в атмосфере, а в морских карбонатах происходит его минерализация при взаимодействии кальция морской воды и углекислоты при участии живого вещества, т.е. углерода. Например, высокое содержание СО2 в

рифейских морях определяло ненасыщенность воды кальцием, который находился в растворимой форме Са/НСО3/2. Соответственно морским животным было трудно строить карбонатный скелет, пока на границе кембрия не произошло резкое понижение концентрации СО2 в атмосфере, что привело к нарушению

93

сложившегося карбонатного равновесия, СаСО3 стал насыщать морскую воду, и

известковые и фосфатные скелеты стали устойчивыми. При этом одновременно интенсифицировалось осаждение ванадия, урана и других металлов, что отразилось на химическом составе осадочных пород в конце венда. Снижения концентрации СО2 привело также к накоплению органического вещества и возникновению сероводородного геохимического барьера, благоприятного для осаждения многих металлов.

Рассмотрим в качестве примера круговорот углерода. Это один из самых интенсивных биогеохимических круговоротов. Углерод присутствует в природе в двух основных минеральных фазах - это карбонатные осадки биогенного происхождения и углекислый газ/СО2/, который представляет подвижную форму неорганического углерода (Рис. 8).

Атмосфера содержит всего 0,03% СО2, но именно благодаря углекислому газу происходит образование первичной продукции биосферы. Поскольку концентрация СО2 в атмосфере достаточно стабильна, несмотря на поглощение СО2 на образование органического вещества, то очевидно, что ее стабильность поддерживается динамическим равновесием в системе: атмоофера-гидросфера-

литосфера:

СО2/атм/

СО2/раствор/ СО2 + H20 H2СO3

Причем океан содержит в 50 раз больше растворенного С02,чем атмосфера.

Благодаря реакции фотосинтеза идет усвоение углерода зелеными растениями из углекислоты воздуха. Часть органического вещества после

94

отмирания разлагается бактериями с выделением метана и углекислоты. Другая часть органического вещества минерализуется, и углерод входит в состав минералов, например, кальцита СаСО3. В условиях метаморфизма, при высокой температуре в недрах происходит разложение минеральных соединений и углерод в виде метана и СО2 вновь возвращается в атмосферу:

CO2 + H20 + CaCO3 Са/HCO3/.

Растворение CaCО3 сопровождается связыванием части СО2 в бикарбонат.

Превращение бикарбоната в карбонат сопровождается возвращением части СО2 в

атмосферу.

Постоянный приток СО2 в атмосферу является необходимым условием фотосинтетической биопродуктивности. В то же время увеличение биопродуктивности служит источником кислорода, регулирует круговорот углерода в биосфере и служит потенциальным средством снижения прироста антропогенной углекислоты в атмосфере. Так высокопродуктивное земледелие,

лесное, пастбищное и парковое хозяйство могут не только решать проблему продовольствия, но стабилизировать биогеохимию биосферы.

Вопросы и задания.

1.Дайте определение биосферы соответственно научной концепции В.И.Вернадского.

2.Что такое живое вещество?

3.Назовите функции живого вещества.

4.Назовите основные компоненты биосферы.

95

5.В чем состоит планетарная уникальность Земли относительно других планет? 6.Какие макроэлементы образуют живое вещество Земли?

7.Назовите функциональные и структурные элементы экосистем.

8.Назовите подсистемы биосферного геологического круговорота вещества.

9.Где взаимодействуют большой и малые круговороты веществе? 10.Как В.И. Вернадский определил роль воды в биосфере? 11.Нарисуйте схему круговорота углерода в биосфере.

4. ЭКОЛОГИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА .

4.1. Почва, как биокосная система.

Характерным свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого - косного вещества. Естественные образования, состоящие из живых и косных тел одновременно, называются биокосными системами. Биокосные системы различаются по степени организации: к более низкому уровню относятся почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты; к более высокому - ландшафты, к еще более высокому - артезианские бассейны, океаны с морями и к самому высокому - биосфера в целом. Во всех биокосных системах при участии живого вещества происходит взаимодействие горных пород с природными водами в близких термодинамических условиях.

Важнейшей биокосной системой биосферы В.И. Вернадский назвал почву - поверхностный слой литосферы, несущий растительность суши и обладающий плодородием. Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей.

96

В твердой части почвы преобладают минеральные образования из первичных минералов - кварца, полевых шпатов, слюд, а также вторичных минералов - монтморилонита, каолинита, гидрослюд.

Минеральная основа почв создается при выветривании силикатных горных пород согласно уравнению:

К2Аl2Si6016 + CO2 + 2H2O = K2CO3 + H4Al2Si2O9 + 4SiO2

каолинит-глина кварц-песок Минеральный субстрат образует подпочву, рыхлый слой горных пород,

где идет процесс преобразования и накопления органического вещества.

Минеральные образования создают твердую фазу почвы вместе с почвенной органикой, которая состоит из гумуса-перегноя и почвенных коллоидов,

имеющих органическое органо-минеральное или минеральное происхождение.

Почвенный покров /гумусосфера/ Земли содержит благодаря

органическому веществу 1,5 1011 тонн азота, который практически отсутствует в осадочных и магматических горных породах. Горные породы содержат те же самые элементы /кроме азота/, которые нужны растениям. Но эти элементы недоступны растениям, они запечатаны в горной породе в кристаллических решетках минералов.

Наиболее важный компонент почвы, определяющий ее плодородие -это гумус или органическое вещество почвы. Наиболее богаты органическим веществом черноземные почвы, где содержание гумуса достигает 10-12% при мощности гумусированного слоя около 1м. Гумус накапливается в почве при разложении растительных остатков почвенными бактериями и грибами. При этом большая часть растительного органического вещества минерализуется до простых

97

минеральных соединений /CO2, СН4, H2О, NН3 /, поступающих в почвенный раствор и воздух, а также в поверхностные воды и атмосферу. Меньшая часть / 20-40/% растительной органики подвергается сложным химическим превращениям, которые приводят к созданию специфического органического вещества почвы - гумуса, состоящего из

многокомпонентной смеси высокополимерных азотсодержащих органических соединений с молекулярной массой в десятки тысяч единиц, как у белковых и других сложных органических веществ.

Жидкую фазу почв - "почвенный раствор" представляет вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями, а также газами.

Газообразную фазу почв образует "почвенный воздух", включающий газы,

заполняющие свободные от воды поры, а также газы абсорбированные коллоидными частицами и растворенные в почвенном растворе.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов /инфузорий,

бактерий, водорослей, грибов/, дождевых червей, насекомых и корней растений.

Состав и свойства органического вещества, почвенных коллоидов,

почвенного раствора и почвенного воздуха создают основные важнейших свойства почвы, и , прежде всего, ее плодородие.

Низшие растения - лишайники, мхи, водоросли, поселяясь на горных породах начинают процесс их превращения в почву. Подобно живому организму почва рождается живет и умирает. И также как живой организм почва имеет возраст, поэтому ее называют историческим телом.

Особенно быстро, за несколько лет, формируются почвы на речных:

98

поймах. В среднем, скорость почвообразования составляет 10-100 лет, а

современный почвенный покров имеет возраст порядка 4 тысяч лет. Поскольку в почвах не удалось найти гумус старше 12 тыс. лет, это свидетельствует о скорости круговорота углерода в почве. Наиболее интенсивно процесс преобразования органического вещества в гумус идет во влажных тропиках и исключительно слабо в тундре и пустынях.

Благодаря неодинаковому сочетанию природных условий, почвы могут отличаться большим разнообразием даже на небольших территориях.

Совокупность почв данной территории называется ее почвенным покровом.

Почвенный профиль обычно состоит из нескольких горизонтов,

залегающих выше слоя подпочвы, образующегося на поверхности горных пород.

Для большинства почв характерно накопление гумуса и многих химических элементов в верхней части разреза. В подзолистых почвах Центральной России под гумусовым горизонтом А1 находится горизонт А2, из которого вымыты более подвижные соединения. Ниже может находиться иллювиальный горизонт В, где собираются почвенные коллоиды, которые хорошо сорбируют металлы.

Таким образом, в почвенном профиле существуют зоны выщелачивания и геохимические барьеры о характерными для них парагенетическими ассоциациями элементов. Например для горизонта В наблюдается повышенное содержание меди, никеля, цинка, свинца и др. металлов.

Структурная неоднородность или дифференцированность почвенного профиля создает неравновесность почвы как геобиологической подсистемы биосферы. Почва сочетает динамику и стабильность, являясь самым консервативным компонентом экосистем суши и наиболее динамичным

99

элементом твердофазных геологических систем суши. Аналогичным образом по чувствительности к параметрам среды почва характеризуется изменчивостью /

влажность, температура, активная реакция, биохимическая активность/ и

постоянством /минералогический состав, концентрация и свойства гумуса/

свойств.

4.2. Функции почв в биосфере.

Среди геосфер планеты почвенная оболочка - педосфера самая тонкая.

Мощность гумусированного слоя даже в черноземах, редко превышает 1м, а в большинстве почв составляет 15-20 см. Почвенная кожа Земли служит своеобразной мембраной, через которую происходит минеральный и энергетический обмен между живым веществом и биосферой. Почвенный покров выполняет в биосфере, следующие глобальные. функции:

1/ Обеспечение жизни на Земле. Из почвы растения, а через них животные и человек получают необходимые, элементы минерального питания. Почва выполняет свою функцию благодаря плодородию, которым она отличается от всех других подсистем биосферы.

2/ Поддержание постоянного взаимодействия большого/геологического/ и

множества малых /биологических/ круговоротов вещества в биосфере.

3/ Почва регулирует химический состав атмосферы и гидросферы. Почва дышит,

поглощая кислород и выделяя в атмосферу углекислый газ, метан, аммиак,

водород, сероводород. Особо много метана производят болотные почвы, а

сероводорода - рисовые поля ночью. Химический состав грунтовых, речных,

озерных вод - также зависит от почвенных процессов.

100

4/ Почва регулирует биосферные процессы, например, плотность живых организмов на Земле. Свойства почвы могут быть неблагоприятны для развития тех или иных растений, поэтому география растений определяется географией типов почв / кислых, щелочных, сухих, влажных/.

5/ Почва обеспечивает накопления на земной поверхности активного органического вещества /гумуса/ и связанной с ним химической энергии. Живое вещество разрушается быстро, минерализуясь после отмирания организмов. Часть органического вещества превращается в гумус, обеспечивая почвенное плодородие, которое позволяет длительно сохранять элементы питания в доступной для растений форме, или попросту говоря кормить растения.

4.3. В.В.Докучаев и русский чернозем.

Наука о почве начинается с работ В.В.Докучаева, который создал генетическое почвоведение и открыл почву для науки. Ученый родился в селе Милюкове Сычевского уезда Смоленской губернии 1 марта 1846 года в семье священника и, соответственно, получил религиозное образование и воспитание.

Однако В.В. Докучаев не стал богословом, потому что милостью божией родился ученым, который верил себе и природе.

В 1871 г. В.В. Докучаев окончил естественное отделение физико-

математического факультета Петербургского университета и стал магистром минералогии и геогнозии, так тогда звалась геология. Свои геологические исследования В.В. Докучаев начал о изучения форм рельефа четвертичных отложений и гидрологии рек и болот Волго-Днепровского водораздела. Через