1. Виды и типы миграции

А.И. Перельман (1979) выделил четыре основных вида миграции ХЭ:

1) механическую;

2) физико-химическую;

3) биогенную;

4) техногенную.

Механическая миграция (механогенез) подразумевает механическое перемещение ХЭ без изменения форм их нахождения. Так, например, перемещаются обломки минералов в поверхностных водах и атмосфере, воды рек, газы атмосферы и т.д.

Физико-химическая миграция включает миграцию и сопровождение ее химические реакции для таких форм нахождения ХЭ, как водные растворы, газовые смеси. Кней же отнесены диффузия, процессы радиоактивного распада, явление изоморфизма, процессы сорбции.

Биогенная миграция объединяет всю миграцию ХЭ, связанную с жизнедеятельностью организмов (растительных и животных).

Техногенная миграция ХЭ вызвана деятельностью людей. Ее роль непрерывно возрастает, и во многом она контролирует поведение ХЭ в биосфере.

Типы миграции ХЭ.

Владимир Алексеевич Алексеенко (1989) выделяет три основных типа миграции.

Первый тип миграции представляет собой изменение форм нахождения ХЭ без их значительного перемещения, например, переход элемента из минеральной формы в водные растворы. Для характеристики этого типа миграции можно использовать коэффициенты перехода элементов из одной формы в другую. Впервые такой коэффициент был приведен Б.Б. Полыновым для биогенной формы:

КПБ = Р / П,

где КПБ –коэффициент биологического поглощения; Р – содержание элемента в золе растения; П – содержание этого же элемента в почвах (породах) на которых произрастает растение.

• Однако при изучении геохимических ландшафтов крайне редко применяются довольно информативное «чисто экологические методы, обычно используемые при изучении экосистем.

Геохимическое сопряжение представляет собой закономерное сочетание образующих его элементарных ландшафтов.

Местный ландшафт – совокупность элементарных ландшафтов, свойственных определенной геоморфологической структуре. Такой структурой могут быть водораздел, склон, долина реки, терраса и др.

Площадь выявления ландшафта – наименьшая площадь, на которой представлены все части данного ландшафта.

Вертикальные профили ландшафтов неоднородны и расчленяются на отдельные составляющие: надземная часть, почва, подстилающая кора выветривания с материнскими горными породами, водоносный горизонт.

Геохимические барьеры – это участки земной коры, на которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции ХЭ и, как следствие, их концентрация.

2. Экогеохимия природных ландшафтов

Влажные тропики.

Это самая мощная растительная формация. Обилие тепла и влаги обуславливает самую большую биомассу среди биоценозов Мировой суши – в среднем 50 000 т/км² сухого вещества, а в отдельных случаях до 170 000 т/км². Фактором, лимитирующим рост биомассы, является необходимая для фотосинтеза энергия Солнца. С целью ее максимального использования под покровом деревьев высотой 3—40 м расположено еще несколько ярусов деревьев, приспособленных к рассеянному свету. Значительная часть отмирающих и опадающих листьев высоких деревьев перехватывается многочисленными эпифитами. По этой причине ХЭ, содержащиеся в листьях, вновь захватываются в биологический круговорот, не достигая почвы. Во влажных тропиках вегетация продолжается весь год. Годовая продукция в среднем равна 2 500 т/км².

Биогеохимическая специфика влажных тропиков заключается в том, что почти все количество ХЭ, необходимое для питания огромной массы растительности, содержится в самих растениях. Биогеохимический цикл массообмена сильно замкнут. Концентрация ХЭ в древесине стволов и ветвей тропических деревьев более низкая, чем в листьях, которые образуют основную массу опада. Концентрация азота в древесине редко достигает 0,5% массы сухого вещества, а в листьях – около 2%. В листьях выше концентрация кальция, калия, магния, натрия, кремния, фосфора.

На основании имеющихся данных, среднее значение суммы зольных элементов в биомассе принимается 800 т/км² в год.

Уровни концентрации рассеянных элементов в почвообразующем субстрате разных районов тропической суши неодинаковы.

Широколиственные леса.

Широколиственные леса обладают большей биомассой и годовой продукцией среди лесных сообществ бореальных лесов Евразии. В то же время масса мертвого органического вещества, находящегося на поверхности почвы, уменьшается по сравнению с хвойными лесами в 2-3 раза.

Изменения в химическом составе растительности сводятся к следующему. Содержание азота в главном компоненте опада – листьях – примерно вдвое больше, чем в хвое таежных лесов. Сумма массы сухого вещества – около 4,0%, концентрация кальция от 0,5 до 4,0%, калия от 0,15 до 2%.

Содержание азота в биомассе дубовых лесов достигает 90-120 т/км², сумма зольных элементов значительно превышает количество азота и составляет 200-300 т/км². В приросте содержится 8-10 т/км² азота и 20-25 т/км² зольных элементов.

В листьях сосредотачивается 70-80% массы поглощаемых элементов, а в опадающих листьях – 80-90% массы элементов, выводимых из биологического круговорота.

Степи (прерии) и пустыни.

На внетропической территории, расположенной в условиях недостаточного увлажнения с коэффициентом К < 1,0 – 1,2, сформированы разнообразные экосистемы степей и пустынь. Аридный внетропический пояс включает в себя суббореальные зоны общей площадью 9,23 ×10⁶ км², а также субтропические кустарниково-степную и пустынную зоны, площадь которых равна 7,04 ×10⁶ км². Таким образом, внетропический аридный пояс занимает около 20% Мировой суши. Основную часть этой территории составляют внутриконтинентальные регионы Евразии и отчасти Северной Америки.

Растительность аридных ландшафтов представлена преимущественно травами, кустарничками и кустарниками, в которых по мере усиления засушливости увеличивается количество ксерофитных и эфемерных видов. На территории аридного пояса преобладают травянистые фитоценозы. Степи Евразии частично уничтожены в результате хозяйственной деятельности населения. Годовому количеству атмосферных осадков около 350 мм и меньше соответствуют сухие степи: полынно-типчаково-ковыльные и полынно-типчаковые. В полупустынях и пустынях к ним добавляется солянковая растительность.

Величина фитомассы аридных ландшафтов значительно уступает лесным и составляет в степях от 1000 до 2 500 т/км² сухого органического вещества, а в пустынях от400 до 2-3 т/ км². Суммарная масса растительности аридной территории в десятки раз меньше лесной.

Зольность растений засушливых ландшафтов примерно в 2 раза выше, чем гумидных. Хотя фитомасса на 1-2 раза меньше лесных.

Характерная биогеохимическая особенность степей и пустынь – значительно более интенсивный массообмен по сравнению с типами растений леса. Суммарная масса ежегодного прироста достигает значения биомассы в степях за 2-3 года, в то время как в лесных сообществах – за 25-50 лет. При этом интенсивность массообмена максимальна в северных степях и постепенно уменьшается по мере усиления аридности.

Количество ежегодно вовлекаемых в биологический круговорот ХЭ (включая азот) в северных степях составляет 55-58% от количества элементов в биомассе, в сухих степях – 45-47%, в пустынях – менее 35%.

Содержание зольных элементов в биомассе умеренно засушливых степей равна 60 т/км², в биомассе засушливых степей Казахстана и Алтая – 25, в биомассе полукустарничковой пустыни плато Устюрт – 10 т/км². Годовой захват зольных элементов растительностью засушливых степей в среднем составляет от10 до 30 т/км², в пустыне – около 4 т/км². Средняя зольность прироста засушливых степей – 3,5-4,0%, продукция растительности полукустарничковых пустынь – около 4%.

Концентрация многих рассеянных элементов в корнях и надземной части травянистой растительности неодинакова. В корнях – больше ТМ, чем в надземных. В условиях ореолов рассеяния рудных месторождений, наоборот.

По мере усиления аридности в растительном покрове степей постепенно сокращается и исчезают представители разнотравья, в сухих степях уменьшается количество злаков и возрастает удельное значение ксерофильных полукустарничков, появляются растения-солянки. Одновременно увеличивается зольность.

В частности, зольность в степях Южного Урала и Северного Казахстана около 7-10%, а в Закаспийских пустынях надземная масса имеет зольность 12-16, корни – 8-9% У солянок эта разница еще более контрастна.