Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1441


 

Изложенные факты показывают, как сильно меняется концентрация химических элементов в горных породах и почвах, насколько различны массы элементов, мигрирующих в поверхностных водах разных территорий и захватываемых в биологический круговорот в разных типах растительности. Неоднородность состава и строения биосферы особенно характерна для природной среды суши: всей Мировой суши, каждого континента и региона. Все более дробно разделяя территорию, можно выделить участки, в пределах которых выдерживается относительная однородность: одинаковые рельеф и горная порода, сходный микроклимат, однотипные почвы и растительность. Такой участок, являющийся хорологической (пространственной) единицей биосферы суши, был назван Б. Б. Полыновым (1956) элементарным ландшафтом. Для целей биогеохимии его можно рассматривать как самую мелкую хорологическую единицу биосферы Мировой суши и одновременно как элементарную экогеохимическую систему.

Элементарный ландшафт — самый мелкий природно-территориальный комплекс, в котором все компоненты (почвообразующие породы, почвы, поверхностные и грунтовые воды, живые организмы, воздух) связаны циклическими процессами обмена вещества. Селективная мобилизация химических элементов происходит благодаря биогеохимической деятельности организмов. Элементарные ландшафты (элементарные экогеосистемы) в свою очередь связаны между собой потоками масс элементов, переносящихся через атмосферу или посредствомводной миграции по поверхности суши. По характеру межландшафтных связей выделяются две группы элементарных ландшафтов.

Внутриландшафтный массообмен между компонентами элементарной экогеосистемы, расположенной на возвышенных участках рельефа, происходит относительно независимо от соседних элементарных ландшафтов. Массообмен с окружающей территорией поддерживается только посредством переноса масс через тропосферу. Такие элементарные ландшафты называются геохимически автономными.

Главная черта всех циклических процессов массообмена химических элементов в биосфере — от глобальных до происходящих внутри элементарной эколого-геохимической системы — их незамкнутость. Поэтому массы элементов, выходящие из того или иного цикла массообмена в автономном ландшафте, переносятся поверхностными или грунтовыми водами в соседние ландшафты, находящиеся на более низких уровнях рельефа. Эта связь имеет лишь одно направление и осуществляется посредством миграционного потока масс. Элементарные ландшафты, систематически получающие с водным стоком дополнительное количество элементов, называются геохимически подчиненными.

Вынесенные из автономных ландшафтов массы химических элементов включаются в биогеохимические процессы, происходящие в геохимически подчиненных экогеосистемах. Связь массопо-током серии элементарных ландшафтов, находящихся на разных уровнях рельефа, получила название геохимического сопряжения. Это явление очень широко распространено. Примером может служить геохимическая связь низинных и верховых торфяников, рассмотренная в разд. 4.3. В результате геохимического сопряжения в поймы рек лесной зоны поступают дополнительные массы доступных для растений соединений азота, фосфора, калия, кальция, многие рассеянные элементы, вынесенные с площади водосбора реки. В степях на дне мелких депрессий рельефа формируются небольшие округлые конкреции оксидов железа и марганца, образованные за счет выноса этих элементов из окружающих ландшафтов. В тропиках, на низких, заболачиваемых в период дождей равнинах аналогичным путем формируются мощные латеритные плиты.

Огромное влияние оказывает геохимическое сопряжение на биологический круговорот. В растительности подчиненных ландшафтов содержание зольных элементов в несколько раз больше, чем в автономных. В некоторых случаях концентрация поступающих в результате геохимического сопряжения химических элементов настолько повышается, что это имеет отрицательные последствия. Во Вьетнаме обильные атмосферные осадки, выпадающие в горных районах, способствуют активному выщелачиванию фтора из горных пород. Этот элемент поступает в поверхностные воды, причем концентрация его небольшая и не влияет на здоровье населения горных районов. Стекающие на приморские равнины речные и грунтовые воды интенсивно испаряются, в результате чего концентрация фтора сильно возрастает, превышает допустимый уровень и вызывает многочисленные заболевания: от разрушения эмали зубов до острых форм флюороза у населения низких приморских равнин.

Типоморфные и индикаторные элементы. Геохимическое сопряжение осуществляется благодаря водной миграции и разные химические элементы оказывают неодинаковое влияние на этот процесс. Наиболее важную роль играют газообразные соединения элементов — углекислый газ, кислород, сероводород, — образующиеся в процессе жизнедеятельности организмов. Растворяясь в природных водах, газы определяют окислительно-восстановительные условия, которые контролируют растворимость многих химических элементов, главным образом металлов. В поймах рек, заболоченных депрессиях рельефа и других подобных геохимически подчиненных ландшафтах в восстановительной среде, при наличии в воде сероводорода происходит образование нерастворимых сульфидов железа и некоторых других металлов. В бескислородной среде, не содержащей сероводорода, но богатой углекислотой, большая часть этих металлов активно мигрирует. В кислородсодержащей окислительной среде металлы переходят в предельно окисленные формы, которые для железа, марганца, кобальта и некоторых других элементов также нерастворимы.

Весьма важное значение имеют элементы, в большом количестве растворяющиеся в поверхностных и почвенных водах и обусловливающие кислотно-щелочные условия. Это влияет на растворение или выпадение в осадок других элементов. Такие элементы называют типоморфными.

Чтобы элемент мог быть типоморфным, во-первых, его должно быть много. Поэтому типоморфными обычно являются главные химические элементы. Во-вторых, элемент должен находиться в такой форме, которая допускает его переход в растворимое состояние. Например, в некоторых ландшафтах очень много кварца. Кремний, входящий в прочную и устойчивую структуру этого минерала, с трудом освобождается, поступает в водный раствор в небольшом количестве и не может оказывать сильного воздействия на состав вод и растений, хотя его в ландшафте очень много. В-третьих, типоморфный элемент должен обладать способностью накапливаться в подчиненном ландшафте. Если элемент транзитно мигрирует, то его участие в геохимическом сопряжении весьма ограниченно. Например, значительные массы ионов хлора весьма активно мигрируют как в автономных, так и в подчиненных ландшафтах таежно-лесной зоны, не оказывая существенного влияния на геохимическое сопряжение. Но в пустынях в результате сильной испарительной концентрации ионы этого элемента часто играют ведущую роль в геохимическом сопряжении ландшафтов.


Оцените книгу: 1 2 3 4 5