|
Неоднородность биосферы проявляется не только в неодинаковом распределении химических элементов в почве. Чем подробнее ученые познают поверхность нашей планеты, тем ярче вырисовывается неравномерность ее состава и строения. Неоднородно строение океана и суши. Африка непохожа на Евразию, Северная Америка — на Южную. Внутри континента можно выделить большие области и зоны, различающиеся между собой. Все более дробно разделяя территорию, мы наконец выделим участки, в пределах которых все будет однородно: одинаковые рельеф и горная порода, один и тот же микроклимат, однотипные почвы и растительность.
Это и будет пространственной единицей биосферы на суше. Назовем эту единицу элементарным ландшафтом.
Как капля морской воды отражает состав океана, так элементарный ландшафт отражает структуру всей биосферы. Он состоит из многих частей (компонентов): из горной породы, почвы, насыщающих ее микроорганизмов, растений, животных. Он связан с атмосферой, откуда приходят живительные дожди, вода которых омывает почву и выносит растворимые соединения. Растения выделяют в атмосферу кислород и захватывают из нее оксид углерода (IV), а из почвы — зольные элементы. Микроорганизмы разлагают мертвое органическое вещество, выделяют в атмосферу оксид углерода (IV) и освобождают зольные элементы, которые вновь вовлекаются в биологический круговорот. Все происходит как во всей биосфере. Разница в том, что биосфера огромна и ее компоненты не остаются постоянными: меняются климатические условия, леса сменяют степи, одни типы почв — другие, а в элементарном ландшафте компоненты сохраняют свое постоянство. Связь всех компонентов в единую систему осуществляется путем обмена вещества и энергии. Это проявляется в виде миграции химических элементов.
Существование ландшафта, иными словами, функционирование системы, возможно только благодаря обмену, перераспределению химических элементов. Следовательно, сущность этой системы можно выразить, если измерить внутри ландшафтный обмен вещества, т. е. количественно определить интенсивность перераспределения химических элементов между компонентами ландшафта.
Ландшафт как система имеет исходный запас химических элементов, содержащихся в почвообразующей породе. Исходное содержание каждого элемента может быть охарактеризовано кларком концентрации. В результате процессов, протекающих в почве, часть химических элементов приобретает подвижность и вовлекается в миграцию. Основными ее формами являются биологический круговорот и водная миграция. Поэтому необходимо количественно оценить перераспределение химических элементов, во-первых, между исходной почвообразующей породой и растительностью и, во-вторых, между исходной почвообразующей породой и природной водой. Это достигается определением коэффициентов водной миграции (с. 59) и биологического поглощения.
К настоящему времени собрано много данных по взаимодействию горных пород и поверхностных вод в разных географических условиях. В целом подтвердились закономерности, установленные академиком Б. Б. Полыновым. Коэффициент водной миграции (К„) кальция имеет значение в несколько единиц (обычно не более 9), магния — несколько меньше. Значение «Кв» натрия и калия колеблется около 1, часто для калия отмечается десятыми долями. Кремний имеет равный 0,1—0,2 и меньше, железо и марганец — около 0,5. Очень большое значение «Ка» для хлора, сульфатной серы, йода, бора объясняется их приносом с океаническими воздушными массами. Каждому элементарному ландшафту отвечает определенная комбинация значений для разных химических элементов. Многие рассеянные металлы обладают высокой миграционной способностью и «Кв» более 1. К ним относятся цинк, молибден, марганец, медь и др. В то же время некоторые металлы имеют низкую миграционную способность. Коэффициент водной миграции железа, никеля, кобальта, ванадия, титана, циркония измеряется десятыми и сотыми долями.
Очень интересные данные обнаружены при определении коэффициентов биологического поглощения (/Q рассеянных элементов. Все типы растительности усиленно поглощают марганец, цинк, молибден, медь, никель, серебро, возможно, барий и стронций, Кб которых составляет от нескольких единиц до нескольких сотен. Другая группа рассеянных элементов так слабо поглощается растениями, что Кб составляет десятые или сотые доли. Таковы цирконий, титан, ванадий и некоторые другие. Наконец, есть элементы, содержащиеся в золе растений примерно в таком же количестве, что и в почве. Отмеченные закономерности биологической аккумуляции рассеянных элементов, по-видимому, имеют глубокое физиологическое и эволюционное обоснование.
На фоне этих общих закономерностей проявляется влияние местных условий. Для таежной растительности характерен резкий контраст между накоплением разных групп рассеянных элементов, достигающий 10 ООО — 100 ООО. В других ландшафтах разница коэффициентов Щ разных элементов не превышает 10—100. Некоторые элементы сильно поглощаются растительностью в одних ландшафтах, но слабо — в других.
Для распределения вещества внутри ландшафта важное значение имеют элементы, в большом количестве растворяющиеся в поверхностных и почвенных водах и создающие кислотно-щелочные условия. Это влияет на растворение или выпадение в осадок других элементов, определяет тип миграции. Такие элементы называют типоморфными. Поясним их значение примером. В степях, где типоморфным элементом является кальций, в воде растворено много его ионов. Поэтому воды здесь жесткие, имеют слабощелочную реакцию (рН 7—8,5). В такой среде катионы металлов малоподвижны. Поверхность крупных гумусовых молекул и глинистых частиц насыщена сорбированными ионами кальция, в результате чего образуются прочные агрегаты. Это препятствует процессам вымывания. В таких условиях почва содержит много рассеянных элементов и обладает высоким плодородием, в растениях много кальция и микроэлементов, а травоядные животные не ощущают недостатка в минеральных солях. А. И. Перельман удачно назвал типо-морфные элементы геохимическими диктаторами, так как они определяют поведение других элементов.
Чтобы элемент мог быть типоморфным, прежде всего его должно быть много. Поэтому типоморфными обычно являются главные химические элементы, имеющие большой кларк. Кроме того, элемент должен находиться в такой форме, которая допускает его переход в растворимое состояние. В некоторых ландшафтах очень много кварца. Но кремний, входящий в прочную и устойчивую структуру этого минерала, с трудом освобождается, поступает в воду в небольшом количестве и не может оказывать сильного воздействия на состав вод и растений.
|