Лекция 8. ЗАО (013400)

Общая геохимия ландшафта

Ландшафты в своей совокупности образу­ют особую сферу географической оболочки Земли, в которой про­цессы взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы, живого вещества, а по мере развития человеческого общества и процессы техногенеза наиболее разнообразны, динамичны и подчинены в сво­ем проявлении географическим закономерностям.

Своеобразие геохимических процессов, протекающих в ланд­шафтной сфере, обусловлено тем, что они идут при низких темпе­ратурах поверхности Земли, нормальном атмосферном давлении, участии воды и свободного кислорода. Но главное, что отли­чает ландшафтную сферу от более глубоких частей географической оболочки, это высокая плотность живого вещества, фотосинтетиче­ская деятельность наземных растений, с которой связано накопле­ние в ландшафтах солнечной энергии. Последняя консервируется в биомассе живых растений, массе органических остатков и ново­образованных органоминеральных веществ. По мере разложения органических веществ солнечная энергия освобождается и в форме химической и тепловой энергии обусловливает многообразие протекающих в ландшафтах геохими­ческих процессов.

Миграция химических элементов в ландшафте определяется противоположными и взаимосвязанными процессами: 1) об­разованием живого вещества из элементов окружающей среды; 2) разложением органических веществ. В совокупности они образуют биологический круговорот атомов (БИК).

Чтобы получить целостное представление о миграции и концентра­ции химических элементов в ландшафте, необходим системный подход.

По уровню организации материи системы располагаются в ряд от бо­лее простых к более сложным, причем критерием сложности могут быть формы движения материи. В результате системы, изу­чаемые в геохимии, разделяются на следующие основные типы:

1. Абиогенные системы, в которых протекают только процессы механиче­ской и физико-химической миграции. Это магматические очаги в земной коре и мантии, гидротермальные системы, многолетнемерзлые толщи по­род, отдельные минералы и многие другие.

2. Биокосные системы, для кото­рых характерны биогенная миграция, тесное взаимопроникновение живых организмов и неорганической (“кос­ной”) материи. В них разви­ваются явления механической и физи­ко-химической миграции, но определя­ющее значение имеет биогенная миг­рация. Примерами биокосных систем служат почва, кора выветривания, природный ландшафт, Мировой океан, река и т. д. Самая крупная биокосная система – биосфера, т.е. вся область, населенная живыми организмами. Она включает тропосферу, Мировой океан, ландшафты суши и верхнюю часть литосферы мощностью в сотни и тысячи метров.

3. Техногенные системы с ведущим значением техногенной миграции. К ним относятся промышлен­ные и сельскохозяйственные предприятия, города, транспорт­ные артерии с закрепленной за ними землей.

Ландшафтно-геохимические системы

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

Изучение земной поверхности привело к представ­лению о единицах, из которых построена эта поверхность. Разные ученые давали им различные назва­ния: Б.Б. Полынов – элементарный ландшафт, И.В. Ла­рин – микроландшафт, В.Н. Сукачев – биогеоценоз. М.А. Глазовская такие единицы называет “элементарными ландшафтно-геохимическими системами” (ЭЛГС). В качестве главного критерия выделения элементарного ландшафта Б.Б. Полынов предложил однородность почвы.

Наименьшую площадь, на которой размещаются все части элементарного ландшафта, называют площадью выявления. Чем сложнее элементарный ландшафт, чем интенсивнее в нем протекает миграция химических элементов, чем больше видовое и иное 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 – это важная константа, имеющая огромное значение для классификации элементарных ландшафтов.

Под мощностью элементарного ландшафта понимается расстояние от его верхней границы до нижней (рис. 2). Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения или 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.

Вследствие миграции химических элементов элементарный ландшафт неоднороден в вертикальном направлении, что создает радиальную (субвертикальную) геохимическую структуру – ярусность или зональность. Каждый ярус отличается от другого химическим составом. Более того, вертикальная дифференциация свойственна и для отдельных ярусов. Так, горизонты одной и той же почвы обладают различными составом и 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 ЭЛГС дифференциация подвижных форм химических элементов. Поэтому резкая дифференциа­ция вещества и физико-химических условий по вертикали составляет характерную особенность элементарного ландшафта, его структуру.

По условиям миграции химических элементов Б.Б. Полынов выделил 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. Beщество и энергия в этом случае поступают из атмосферы и через атмосферу. Преобладают прямые нисходящие водные связи. В элювиальных почвах происходят вымывание растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов. 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.

Супераквальный (надводный) ландшафт отличается близким­ залеганием грунтовых вод. Последние существенно влияют на ландшафт, так как поставляют различные вещества, вымытые из коры вывет­ривания и почв водоразделов. В супераквальных ландшафтах возможно зна­чительное накопление химических элементов, обладающих наибольшей миг­рационной способностью. Постоянное поступление ряда химических соединений оказывает сильное воздействие на интенсивность и направление химических реакций, на внешние формы и анатомию организмов. В суперак­вальных ландшафтах преобладают обратные водные связи.

Для субаквальных (подводных) ландшафтов свойственен при­нос материала с боковым стоком. В водоемы поступают химические элементы с прилегающих водосборов, в первую очередь наибо­лее подвижные элементы, накопление которых типично для таких ландшафтов. Местами поступает избыточное количество растворимых соеди­нений, с которыми организмам приходится вести борьбу. Условия разложе­ния остатков растений и животных отличаются в элювиальных и подводных ландшафтах; различны и получающиеся продукты (например, гумус и сапро­пель). Характерны обратные водные связи (положительные и отрицатель­ные).

Элювиальные ландшафты водоразделов называются также автономны­ми, их почвы и растительность образуют центр всего ландшафта. 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 именуются подчиненными. Различия между 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. Для автономных ландшафтов характерны прямые нисходящие водные связи, для подчиненных – обратные (см. рис. 2).

Наряду с основными элементарными ландшафтами существуют многочисленные переходные формы, приуроченные к склонам, поймам рек и т.д.