Шебеста Л 9,10,11 / Лекция 09-Тип_комплекс

Лекция 9. ЗАО

КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ

В основу классификации геохимических ландшафтов поло­жен характер геохимического сопряжения между автономными и подчиненными элементарными ландшафтами. Полное геохимиче­ское сопряжение включает в себя автономный, супераквальный и субаквальный ландшафты, а неполное не содержит одного из них.

Классификация геохимических ландшафтов с полным и основным гео­химическим сопряжением проводится по особенно­стям центра ландшафта, так как он однозначно оп­ределяет черты миграции в других частях геохими­ческого ландшафта.

Количество живого вещества. В живом веществе абсолютно преобладает фитомасса, меньше зоомассы и микроорганизмов.

К числу важнейших геохимических параметров ландшафта относятся общая масса живого вещества – биомасса (Б) и ежегодная продукция (П), измеряемые в центнерах сухого вещества на гектар. В биомассе и продукции преобла­дают растения, зоомасса обычно составляет менее 1–2%. Каждый из основных параметров – биомасса и ежегодная продукция – складывается из многих показателей. Общая биомасса, зеленая, надземная и т.д.

Общее количество биомассы на Земле равно 2,4∙10¹² т сухого вещества. Ежегодная продукция для Земли в целом составляет 2,3∙10¹¹ т. В океане живого вещества меньше, но оно образуется и разлагается быстрее. Важным параметром является соотношение между Б и П. По этому показателю ландшафты разделяются на группы: А – лесные ландшафты; В – степи, луга, саванны, травяные болота; С – тундры, лесотундры и верховые болота; D – пустыни; Е – примитивные пустыни.

Группа А – ландшафты с максимальной аккумуляцией солнечной энергии. Это леса, в которых биомасса в десятки и сотни раз превышает ежегодную продукцию (Б – тысячи, П – десятки и сотни центнеров на 1 га). Под пологом деревьев создается микроклимат, состав атмосфе­ры меняется. Преобладающая часть живого вещества, как правило, расположена над поверхностью почвы. В ландшафтах наиболее резко проявляется способность организмов создавать среду своего обита­ния.

Для ланд­шафтов группы А характерна высокая когерентность – интенсивные пря­мые совершенные водные связи между почвой, корой выветривания, грун­товыми водами, континентальными отложениями и поверхностными во­дами, ярко выражен водораздельный центр. Ландшафт отличается слож­ностью и устойчивостью.

Группа В – ландшафты со средним накоплением солнечной энергии, био­массой в сотни и десятки центнеров на 1 га, значительная часть которой ежегодно превра­щается в энергию геохимических процессов. Это ландшафты степей, лугов и, частич­но, саванн. Ежегодная продукция зна­чительна и местами аналогична таковой в группе А. Поэтому Б/П на порядок меньше, чем в лесах. Запасы гумуса в 10–20 раз превышают биомассу. Основная масса живого вещества часто сосредоточена под поверхностью почвы. Прямые водные связи менее совершенны, чем в группе А. Ярко выражена отрица­тельная обратная биокосная связь: почва–растительность. Роль водораз­дельного центра ослаблена, в речных долинах создается второй центр ланд­шафта, часто более важный (“бицентрическая система”). Самоорганизация и устойчивость ландшафтов ниже, чем в группе А.

Группа С – ландшафты тундр и особенно верховых болот со средним и малым накоплением солнечной энергии и медленным превращением ее в энергию геохимических процессов. Биомасса в них составляет десятки и сот­ни центнеров на гектар, ежегодная продукция низкая. По интенсивности прямых водных связей и величине Б/П тундры ближе к лесной группе, а по размерам биомассы, развитию обратных биокосных связей – к степям и лугам. Боль­шое значение имеют прямые воздушные связи. Разнообразие, самооргани­зация и устойчивость низкие и напоминают пустыни.

Группа D – ландшафты среднего и малого накопления солнечной энергии и слабого ее влияния на энергию геохимических процессов. Таковы многие ландшафты пустынь, для которых характерны небольшие Б и П, низкая ко­герентность. Прямые водные связи ослаблены, отдельные природные тела почти независимы друг от друга (почва–грунтовые воды). Резко выражены прямые воздушные связи. Это ландшафты с наиме­нее совершенной, наиболее расшатанной связью. Центр ландшафта выра­жен слабо. Пустыни характеризуются наименьшими разнообразием, самоор­ганизацией, устойчивостью.

Группа Е – ландшафты с крайне малым накоплением солнечной энергии – ничтожной биомассой. К этой группе относятся такыры, шоровые солончаки, скалы, покрытые лишайниками, и другие примитивные пустыни. Биомасса здесь местами меньше 1 ц/га, отношение Б/П различно. Организмы неглубоко прони­кают в толщу литосферы (мощность ландшафта минимальная среди всех групп). Разнообразие, самоор­ганизация и устойчивость низкие.

Формирование ландшафтов групп А, В, С и D в основном определяется климатом, в связи с чем важнейшая закономерность их размещения – зо­нальность (лесная, степная, тундровая и прочие зоны). Однако в ряде случаев развитие групп обусловлено другими факторами; наблюдается не зональное размещение (например, верховые болота в таежной зоне и др.). Группы ландшафтов состоят из типов с разной величиной Б и П.

Типоморфные комплексы геохимических процессов

Протекающие в ландшафтах геохимические процессы сопровожда­ются накоплением геохимической инфор­мации – формированием, перемещением и аккумуляцией раз­личного рода органических, органоминеральных и минеральных соединений – новообразований. Их элементный и химический составы, уровни концент­рации элементов и формы служат индикаторами определенных ландшафтно-геохимических процессов.

Многие ландшафтно-геохимические процессы приводят к концентрации органических и мине­ральных веществ в таких масштабах, что образуются вторичные, специфические ландшафтно-геохимические месторождения торфа, сапропеля, озерных и болотных руд, различных солей.

Большинство ландшафтно-геохимических процессов охватывает не одну, а несколько ландшафтных зон, но в отдельных зонах из­меняются их соотношение и формы проявления. Процессы, идущие в супераквальных ланд­шафтах, менее зависящие от степени атмосферного увлажнения, распространены в более широком диапазоне ландшафтных зон, чем процессы в субаэральных ландшафтах.

При всем многообразии процессов и их сочетаний в различных ландшафтных зонах могут быть выделены три главных типоморфных комплекса ландшафтно-геохимических процессов, ха­рактерных для ландшафтов: а) гумидных областей; б) аридных областей; в) промежуточных субаридных-субгумидных областей.

В соответствии с климатическим делением территорий к гумидным областям относятся территории с индек­сом сухости, т.е. отношением комплексной испаряемости к осадкам, меньше 1 (влажные и избыточно влажные), к аридным – с индексом сухости больше 3 (сухие и засушливые); соответственно к субаридным-субгумидным – с индексом сухости от 1 до 3.

Геохимические процессы в ландшаф­тах гумидных областей. Накопление в ландшафтах мертвого органического вещества в форме подстилок, торфов, сапропелей объединяется общим понятием – детритогенез. Формирование и накопление специфических органоминеральных комплексов и соединений называются гуматогенез и хелатогенез. В отличие от этого процессы образования и накопления минеральных веществ объединяются общим названием минералогенез. В него входят процессы оксидогенеза, опалогенеза, алюмосиликатогенеза, кальцитогенеза, глеегенеза, сульфидогенеза. Образующееся вещество дает название процессу.

В тундрах, лесотундрах и таежных равнин­ных или горных областях комплекс типоморфных процессов представлен пятью главными процессами, проявляющимися как в субаэральных, так и в супераквальных и аквальных ландшафтах: это хелатогенез, оксидогенез, детритогенез, глеегенез, опалогенез. Соотношение между процес­сами изменяется в различных ландшафтных зонах и существенно зависит от условий рельефа и водопроницаемости пород.

В лесотундре, северной и средней тайге максимально развиты процессы детритогенеза и хелатогенеза.

В ландшафтах широколиственных лесов преобладает выщелачивание, и автономный ландшафт с вертикальным и боковым стоком теряет многие подвижные элементы. Высокое содержание в растениях Са и его энергичное биологическое поглощение опреде­ляют кальциевый химизм БИКа в широколиственных лесах. Са – типоморфный элемент. Менее значим Н⁺ (не во всех ландшафтах).

В гумидных ландшафтах субарктического и умеренно холодного поясов развивается, кроме названных выше процессов, опалогенез. В этих ландшафтах среда благоприятна для жизни диатомовых водорослей в холодных, насыщенных кислородом водах преимущественно проточных озер.

В озерах таежно-лесной зоны процессы детритогенеза проявля­ются в накоплении мощных отложений сапропеля. На лучше дре­нированных равнинах процессы глее- и детритогенеза имеют мень­шее значение. Главное геохимическое отличие БИКа тайги от широколиственных лесов состоит в специфическом консервативном соотношснии Б/П, в меньшей скорости разложения органических веществ. По ряду показателей БИКа таежные ландшафты ближе к влажным тропикам, чем к широколиственным лесам.

В гумидных ландшафтах влажных субтропиков соотношение типоморфных процессов, свойственных гумидным областям, изменя­ется. Разложение и минерализация органических веществ осуществляются животными и микроорганизмами, главным образом бактериями и грибами, и протекают исключительно быстро. Потому в лесах практически нет лесной подстилки. По этой же причине гумуса накапливается не больше, чем в почвах умеренной полосы, получающих ежегодно значительно меньше опада. В отличие от ле­сов умеренного пояса в процессе разложения растительных остат­ков происходит быстрый вынос К, Si, Ca и относительное накопле­ние в мертвом органическом веществе Fe и Мn.

Важнейшими водными мигрантами БИКа считают Si и Ca, поэтому влажные тропические леса относят к крем­ниевому типу химизма. Ко второй группе относят К, Mg, A1, Fe, к третьей – Mn, S. Особенностью БИКа является вымывание N, Р, К, Ca, Mg, Na, Cl, S и других элементов дождевыми водами из листьев. Весьма усиливаются процессы остаточного и гидро­генного оксидогенеза и алюмосиликатогенеза. В современных супераквальных ландшафтах низких террас и речных дельт развиты процессы глеегенеза и детритогенеза.

Геохимические процессы в ландшафтах аридных областей. В полупустынях и пустынях повсеместно прояв­ляются два главных геохимических процесса: кальцитогенез и галогенез. Все ландшафты охвачены процессами обызвесткования и засоления.

В отличие от предыдущей ассоциации гумидных ландшафтов, где одним из основных информативных элементов является углерод органических остатков и органоминеральных комплексов, в арид­ных ландшафтах углерод входит преимущественно в состав ми­неральных соединений – карбонатов щелочных земель и щело­чей.

Аридность климата определяет более слабый сток, чем в лесных ландшафтах, меньшее значение центра и вод­ных связей, бóльшую роль обратных отрицательных биокосных связей в почвах, развитие испарительной концентрации эле­ментов.

В результате энергичной минерализации органических остат­ков содержание восстановителей в почвах и водах степей низкое. В автономных ландшафтах среда окислительная, в целом господству­ет окисление, и только в болотах и солончаках местами развивается щелочная и нейтральная восстановительная обстановка. Органические кислоты здесь полностью нейтрализу­ются Са, Na и другими катионами.

Отсюда незначительная роль Н⁺, преобладание нейтральной и щелочной среды. В щелочной среде степей и пустынь создаются благоприятные условия для миграции анионогенных элементов, которые малоподвижны в кислых лесных ландшафтах (Мо, Se, Сг, отчасти U). Наоборот, многие катионогенные элементы, которые легко мигрировали в кислых ландшафтах, здесь малоподвижны (Сu, Рb, Ва, Fe, Ca, Sr и др.). Степи и пустыни – это царство низковалентных, преимущественно крупных ионов, обладающих низкими энергетическими характеристиками.

В пус­тынях преобладает азотный тип химизма БИКа (N>Ca) при значи­тельном участии С1 и S; в солончаковых пустынях – хлоридный тип химизма (Cl>Na). Пустыня – это ландшафт с малой биологической информацией, ослабленными биотическими и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями. Все это уменьшает централиза­цию и устойчивость ландшафта.

В супераквальных ландшафтах: в дельтах рек, на низких мор­ских и озерных террасах, на дне соленых озер, соров, в такырах – галогенезу сопутствует сульфидогенез.

Аридные области представляют собой в значительной мере палеогеохимический “музей”, в котором сохранилась информация о древних ландшафтах. Реликты влаж­ного и жаркого климата мезозоя и палеогена – это широ­ко распространенные древние каолинитовые коры выветривания с горизонтами ожелезнения, омарганцевания, оглеения.

Ландшафтно-геохимические процессы в субгумидных и субаридных областях. Для лесо-луговостепных и степных ландшафтов (где индекс сухости от 1 до 3) характерны многообразные и сложные сочетания типоморфных ландшафтно-геохимических процессов. Их объединяет в одну геохимическую ас­социацию развитие в субаэральных условиях двух процессов – гумато- и кальцитогенеза. Углерод играет роль элемента-индикатора, который представлен и в органоминеральной, и в минеральной фор­мах.

Интенсивность гуматогенеза уменьшается от подзоны луговых степей к северу и югу, интенсивность кальцитогенеза нарастает в направлении с севера на юг.

Чем суше климат, тем ярче проявляются в современных ландшафтах древние солевые аккумуляции. В черноземах и каштановых почвах древний, реликтовый, галогенез проявляется в виде солонцеватых горизон­тов, скоплений гипса в нижней части профиля; на тер­расах рек распространены солонцы, а в поймах – луговые солончаки.

В супераквальных и аквальных ландшафтах низменных рав­нин и речных долин протекают геохимические процессы, свойственные как гумидным, так и аридным ландшафтам. С гумидными ландшафтами их сближает глеегенез, местами аккумуляция торфа, в озерах – наличие диатомитовых илов – индикаторов процессов опалогенеза. Как и в аридных ландшафтах, здесь широко развиты процессы засоления, осо­лонцевания, связанные с воздействием соленых грунтовых вод и развитием галогенеза в современных суперак­вальных ландшафтах. Таким образом, в супераквальных ландшафтах сглаживается контрастность типоморфных “гумидных” и “аридных” геохимических процессов.

6