Биогеохимическая зональность суши.

      Круговорот углекислого газа  и степень выделения углерода  из этого цикла в различных  растительных формациях мира  можно характеризовать коэффициентом  аккумуляции углерода,который равен отношению углерода , связанного на единице площади в процессе годового фотосинтеза, к количеству углерода, выделившегося в составе СО₂ за год из почвы в атмосферу за счёт разрушения мёртвого органического вещества. Ориентировочно можно считать,что крайние значения этого коэффициента  относятся к влажным тропическим лесам и пустыням (1), с одной стороны, и к тундрам (около 4 - 5) – с другой. Остальным формациям отвечают промежуточные значения.

      Некоторое представление о сооотношении  СО₂, связанного в процессе фотосинтеза в растительности и выделенного из почвы, даёт коэффициент аккумуляции органического вещества К₀, который численно равен отношению массы мёртвого органического вещества к массе опада. Чем энергичнее протекает процесс разрушения органического вещества и выделения СО₂, тем меньше значение этого коэффициента:

      В процессе синтеза органического  вещества растения выделяют О₂. Наибольшая продукция О₂ соответствует тропическим и субтропическим лесам, наименьшая – пустынной и арктической растительности. Абсолютная величина продуцирования О₂ не даёт истинного представления о вкладе той или иной растительной формации в обогащение атмосферы О₂. Если в течение года вся маса  опада разлагается, то соответственно расходуется весь выделенный при фотосинтезе прирост О₂, который сохраняется в атмосфере только при условии систематического накопления в педосфере мёртвого органического вещества. Следовательно, атмосфера обеспечивается О₂ не за счёт деятельности самых продуктивных формаций типа тропических лесов. Основные «поставщики» свободного кислорода на суше – ландшафты умеренного и бореальных поясов, где вследствие подавленности микробиологических процессов происходит накопление мёртвого органического вещества.

      Вовлечение масс химических элементов  в биологический круговорот из  почвы в разных ландшафтах  столь же неодинаково, как массообмен  газов. Так, например, в луговых  чернозёмных степях до вмешательства  человека в биологическом круговороте  участвовало более 2 ц/га зольных  элементов ежегодно, а в южно-таёжных  лесах – в 5раз меньше.

3. Геохимическая неоднородность биосферы и природных зон.

      При рассмотрении биосферы как целостной системы необходимо оперировать значениями, характеризующими состав отдельных её  компонентов: земной коры, океана, педосферы и т.д. В то же время состав каждого конкретного, реально существующего природного объекта (горной породы, речной воды, почвы в определённом месте) обязательно имеет отличия от состава аналогичных объектов в другом месте. Геохимическая неоднородность пространства биосферы является её характерным свойством, тесно связанным с биологическим разнообразием. Очевидно, что природные зоны и пояса также геохимически неоднородны, хотя их пространство объединено системой биогеохимических циклов массообмена, обусловленной определёнными гидротермическими условиями.

      Геохимическая неоднородность биосферы  обусловлена двуми группами факторов. Первая группа связана с  колебаниями концентрации химических элементов и форм их нахождения в составных частях биосферы: земной коре, гидросфере, газовой оболочке. Даже в мобильной, постоянно перемешивающейся среде тропосферы содержание химических элементов на разных участках меняется в десятки и сотни раз. Ещё менее выражена неоднородность состава среды Мирового океана. Области разной солёности и факелы высоких концентраций тяжёлых металлов  в морской воде над глубоководными гидротермами настолько устойчивы, что возможно их детальное картирование.

      Геохимическая неоднородность более  чётко представлена на поверхности  земной коры в связи с неодинаковым  составом горных пород. Контрасты  пород разного состава отчасти  нивелируются толщей рыхлых отложений,  на которых образованы почвы.  Эти отложения сформированы за  счёт денудации и переотложения продуктов выветривания как местных горных пород, так и обломков, принесённых издалека. В зависимости от соотношения местных и принесённых обломков и особенностей их состава содержание химических элементов в толще рыхлого покрова закономерно меняется.

      Большая часть переотложенных  продуктов выветривания состоит  из мелких обломков величиной  от 0,01 до 1 мм,принесённых из разных  районов. Как видно на рисунке  1 в северной половине Восточно-Европейской  равнины преобладают обломки  минералов, принесённых из области  Балтийского кристаллического щита (Карелия, Финляндия, Кольский  полуостров). В Заволжье и Приуралье  обломочный материал поступил  с Уральских гор.

Рис. 1.” Минералогические провинции покровных четвертичных отложений Восточно- Европейской равнины (по В.В. Добровольскому, 1964)”.

1 –  Кольско-Карельская; 2 – Прибалтийско-Архангельская; 3 – Центрально-русская; 4 – Украинская; 5 – Волжско-Донская; 6 – Приуральская; 7 – Затиманская; 8 – Предкавказская; 9 – Предкарпатская.

        В почвах Украины много обломков минералов, слагающих породы Украинского кристаллического массива. Особенности минералогического и химического состава горных пород областей сноса сильно влияют на состав почв. Так, среди обломков, принесённых с  территории Карелии, много кварца, а в массе обломков, поступивших с хребтов Средней Азии, больше гипогенных силикатов (полевых шпатов, слюд и др.), чем кварца. На Урале очень распространены так называемые зеленокаменные горные породы,содержащие много эпидота, актинолита, хлорита. Среди них наиболее устойчив эпидот, поэтому им обогащены наносы, на которых образованы почвы Приуралья.

      Изменение в составе почвообразующих  пород сказывается на составе  почв, поверхностных и грунтовых  вод, а также растений. Например, на территории Эстонского плато  рыхлые почвообразующие породы  насыщены обломками известняков  ордовикского возраста, слагающих  цоколь плато. Обилие карбонатов  кальция способствует образованию  тёмных дерново-карбонатных почв, а не подзолистых, как в соседних  районах. В естественной растительности  распространены нуждающиеся в  большом количестве кальция широколиственные  деревья и травянистая растительность, а не хвойные леса, доминирующие  в соседних с востока районах.

      Местные отклонения концентрации химического элемента в почвообразующих породах от общепланетарных величин характеризуется значениями кларка концентрации – К_к.

      Концентрация большей части рассеянных  элементов,особенно металлов, в рыхлых  покровных отложениях ниже, чем  в гранитном слое земной коры. Это вполне закономерно, так  как покровные отложения образованы  многократно переотлагавшимися  продуктами выветривания, из которых  часть химических элементов вынесена. В то же время существуют  региональные геохимические особенности,  обусловленные составом горных  пород, обломки которых слагают  покровные отложения. Так, в  почвообразующих породах Северного  Кавказа относительно повышена  концентрация титана, свинца и  меди, на Устюрте – стронция, на  Восточно-Европейской равнине –  циркония, в Приуралье – меди  и кобальта.

      По данным Х. Шаклетта, почвы  и рыхлые отложения западных  штатов США отличаются более  высокой концентрацией тяжёлых  металлов, а расположенные к востоку  от 96⁰ з.д. – более высокой концентрацией элементов, характерных для кристаллических пород докембрийского фундамента (Nb, Zr и др.). Таким образом, покров рыхлых отложений и сформированные на нём почвы делятся на обширные минералого-геохимические провинции. В качестве примера на рисунке 1 показана карта минералого-геохимических провинций почвообразующих пород Восточно-Европейской равнины.

      Внутри провинций выделяются  площади распространения отложений,  и площади, покрытые песчаными  отложениями. Каждый минерал –  носитель рассеянных элементов с определенными уровнями их концентрации. В песках Восточно-Европейской равнины преобладают обломки кварца, в которых концентрации всех химических элементов, кроме кремния, очень низкие. В глинистых минералах, слагающих фракцию частиц величиной менее 0,001 мм, концентрация многих рассеянных элементов повышена. На территории европейской части России в суглинистых отложениях больше, чем в песках: ванадия – от 1,0 до 1,5 раз; меди – от 1,5 до 3,2; никеля – от 1,3 до 2,2; галлия – от 1,4 до 2,5; титана – от 1,2 до 2,2; кобальта – от 1,9 до 2,0. Кроме того, в суглинистых почвах и почвообразующих породах значительно больше элементов, находящихся в сорбированном состоянии, что очень важно для участия этих элементов в биологическом круговороте.

       Колебания концентрации элементов  в коренных горных породах  и рыхлых покровных отложениях детерминируют геохимическую неоднородность биосферы суши независимо от деятельности живых организмов. В то же время геохимическая мозаичность педосферы и рыхлого покрова континентов  является важным фактором развития органического мира. В какую бы сторону не было направлено отклонение концентрации химического элемента – в сторону повышения или понижения от кларкового значения – оно должно отражаться на биологическом круговороте элементов и составе местных живых организмов. В первую очередь это относится к растениям, которые непосредственно связаны с минеральным веществом почв и отражают колебания его состава.

      Вторая группа факторов, способствующих геохимической неоднородности биосферы, связана с неодинаковой интенсивностью вовлечения химических элементов в миграционные процессы в разных экогеохимических системах. Степень интенсивности вовлечения элемента в миграцию характеризуется числовым значением специальных безразмерных коэффициентов – ландшафтно-геохимических показателей. К ним относятся коэффициент водной миграции (равный отношению концентрации элемента в сухом остатке воды к его концентрации в почвообразующей породе данного района) и коэффициент биологического поглощения (равный отношению концентрации элемента в золе растений к его концентрации в почвообразующей породе).

4. Элементарный ландшафт (элементарная экогеосистема) как основная хорологическая единица биосферы Мировой суши.

      Изложенные факта 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. Всё 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 и воздух) связаны циклическими процессами обмена вещества. Главная черта всех циклических процессов массообмена химических элементов в биосфере – их незамкнутость. Вынесенные из автономных ландшафтов массы химических элементов включаются в биогеохимические процессы, происходящие в геохимически подчинённых экогеосистемах. Связь массопотоком серии элементарных ландшафтов, находящихся на разных уровнях рельефа, получила название геохимического сопряжения, которое оказывает огромное влияние на круговорот. В растительности подчинённых 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.Стекающие речные и грунтовые воды интенсивно испаряются, в результате чего концентрация фтора сильно возростает, превышает допустимый уровень и вызывает многочисленные заболевания: от разрушения эмали зубов до острых форм флюороза у населения низких приморских равнин. 
 
 
 
 
 

Заключение