 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 7. ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ. Влажные тропики
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
Эта группа включает десятки типов ландшафтов. Ниже рассмотрены влажные тропики, ландшафты широколиственных лесов и таежные ландшафты.
Они распространены на всех материках, кроме Европы, но особенно широко в Южной Америке и Юго-Восточной Азии. Еще шире были распространены влажные тропические леса в прошлые геологические эпохи, начиная с верхнего девона (максимально — в конце триаса и нижней юре).
Биологический круговорот
Обилие тепла и влаги определяет большую ежегодную продукцию живого вещества П, которая в 2—3 раза больше, чем в широколиственных лесах и тайге, достигая 300—500 ц/га. Огромна скорость роста растений — бамбук за сутки вырастает на 1 м (лишайник в тундре за год — на 10 мм). По биомассе (Б) влажные тропики не очень сильно отличаются от других лесных ландшафтов, хотя и превосходят их по данному показателю. По соотношениям Б:П, надземной и подземной, зеленой и незеленой биомассы и многим другим параметрам влажные тропики также существенно не отличаются от других влажных лесных ландшафтов. Однако величина К (0,64—0,66) в них выше, чем в широколиственных лесах и тайге. По В.А. Ковде, зоомасса (главным образом термиты, муравьи и другие беспозвоночные) здесь составляет около 1% от биомассы (45 ц/га), что резко отличает влажные тропики от тайги, в которой накапливается лишь 3,6 ц/га зоомассы (0,01% от биомассы).
Для влажных тропиков характерно обилие видов: если во всей Европе произрастает около 250 видов деревьев, то на о. Ява — более 1500, в африканской гилее — 3000, Амазонии — 4000. Видовое разнообразие определило намного большую площадь выявления ландшафтов, чем в лесах умеренного пояса. Колоссальное количество биологической информации в тропическом лесу связано не только с благоприятными климатическими условиями, но и историческими причинами — эти ландшафты приурочены к областям древней суши, где эволюция непрерывно продолжается многие миллионы лет, начиная с палеогена и даже мезозоя.
В тропическом лесу растения максимально используют пространство, все возможности для поселения и усвоения элементов питания. Отсюда исключительная густота леса, многочисленные эпифиты. Весьма специфичен и химический состав флоры. Так, углеводов накапливается больше, чем в умеренном поясе, а белков меньше. Огромная растительная масса выделяет много фитонцидов, с чем связаны сильные "ароматы тропиков". Минеральных веществ растения автономных ландшафтов содержат мало, зольность прироста колеблется от 2,5 до 5%, но все же она больше, чем в тайге (1,6—2,5%).
Ежегодно во влажных тропиках отмирает большая масса растений, опад (0) достигает первых сотен ц/га, т.е. в несколько раз больше, чем в умеренном поясе (дубравы — 65, средняя тайга — 50 ц/га). Разложение органических веществ тоже протекает быстрее, и в ландшафте практически нет лесной подстилки. Поэтому опадо-подстилочный коэффициент — отношение количества подстилки к ежегодному опаду исключительно мал — менее 0,1 (в заболоченной тайге и тундре — более 50). По этой же причине гумуса накапливается не больше, чем в почвах умеренной полосы, получающих ежегодно значительно меньше опада. В отличие от лесов умеренного пояса при разложении растительных остатков К, Са, Si быстро выносятся и в мортмассе относительно накапливаются железо и марганец. По Н.И. Базилевич, важнейшие водные мигранты бика — кремний и кальций, ко второй группе относятся калий, магний, алюминий, железо, к третьей — марганец, сера. В листьях тропических деревьев среди водных мигрантов первое место часто принадлежит кремнию (у бамбуков до 90% Si02 в золе), поэтому влажные тропические леса имеют кремниевый тип химизма бика. Важной особенностью бика является вымывание дождевыми водами из листьев азота, фосфора, калия, кальция, магния, натрия, хлора, серы и других элементов.
По М.А. Глазовской, с атмосферными осадками поступает 2—3 ц/га солей. Это в 7—10 раз меньше водных мигрантов, потребляемых растениями, т.е. КА = 0,1—0,15. Частые грозы обогащают атмосферные осадки азотной кислотой, которая служит дополнительными источниками питания растений. Если в Ротамстеде (Англия) 1 л атмосферной воды содержит в среднем 0,42 мг HN02, то в тропиках — 2—3 мг. При этом надо учитывать и большее количество осадков в тропиках. Надземные части растений способны поглощать NH3 и оксиды азота, выделяемые надземной растительностью и поступающие в приземную атмосферу. Под пологом тропического леса, таким образом, создается почти замкнутый круговорот газообразных соединений азота.
Систематика
Современные влажные тропики образуют особую кайнофитную ландшафтную формацию, возникшую в начале верхнего мела в связи с широким распространением покрытосеменных растений. Ранее были мезофитные влажные тропики с господством голосеменных растений (верхняя пермь — нижний мел), а им предшествовали палеофитные влажные тропики с папортникообразными (верхний девон — нижняя пермь). Таким образом, из 3-х формаций влажных тропиков две — вымершие.
Систематика семейств влажных тропиков пока не разработана, возможно, здесь применим исторический критерий — состав и степень разнообразия флоры, отраженные в особенностях бика. С этих позиций, например, влажные тропики Южной Америки и Азии следует относить к разным семействам. Чрезвычайно резко выражены различия на уровне классов, среди которых преобладают кислые (Н+) и кислые глеевые (Н+ — Fe2+). Менее распространены кальциевые, переходные (Н+ — Са2+), сернокислые, соленосно-сульфидные и другие классы.
Кислые влажные тропики
Такие ландшафты формируются на бескарбонатных породах, бедных кальцием. Разложение большой массы органических веществ обогащает почвенные растворы С02 и органическими кислотами, причем катионов для их нейтрализации не хватает. Поэтому растворы имеют кислую реакцию и энергично выщелачивают из горных пород подвижные соединения на большую глубину. В первую очередь выносятся Са — местами его менее 0,1% (при кларке литосферы около 3%), Na, Mg, К. Сравнительно быстро выщелачиваются Si02 силикатов, Sr, Ва, многие редкие элементы, особенно редкие щелочи (Li, Rb, Cs). При этом почва и кора выветривания относительно обогащаются инертными элементами — Fe в форме гидроксидов, А1, входящим в состав гидроксидов или глинистых минералов, остаточным кварцем и некоторыми инертными редкими элементами — Та, TR и др. Содержание Fe203 может достигать 20—30 и более процентов, А1203 — 40— 50% (против 6—15 и 15—20% в исходных породах). Богатство почв и коры выветривания гидроксидами Fe придает им красную, оранжевую, желтую окраску. Минералогически это разные формы гидрогетита (HFe0,.H,0) и гидрогематита (Fe,03.H,0). При выветривании резко возрастает также количество химически связанной воды, входящей в состав минералов.
Минеральный состав почв и коры выветривания однообразен и в общем слабо зависит от типа пород. Для всех кор характерны гидроксиды Fe, глинистые минералы (каолинит, галлуазит и др.), для некоторых — гидроксиды А1, кварц. Глинистые минералы, гидроксиды железа и алюминия находятся в коллоидном или метаколлоидном состоянии. Несмотря на это, способность поглощать катионы у почв и кор выветривания невелика, так как каолинит обладает низкой емкостью поглощения. Среди обменных катионов преобладают А13+ и Н+, количество двух- и одновалентных катионов ничтожно. Положительно заряженные гидроксиды Fe и А1 способны поглощать анионы. Это определяет существование во влажных тропиках двух разновидностей сорбционных барьеров G2: 1) анионофильной, в которой положительно заряженные коллоиды гидроксидов Fe и А1 сорбируют С1-, S042", Р043", AS043",V043", МО042" И Т.Д.; 2) катионофильной, в которой отрицательно заряженные коллоиды гумуса и глинистых минералов сорбируют К+, Rb+, Cs+, Са2+, Mg2+ и т.д. (менее эффективный барьер). Нередко наблюдаются совмещенные барьеры, так как продукты выветривания содержат и глинистые минералы, и гидроксиды Fe и А1.
Формирование выщелоченных тропических почв и кор выветривания происходит не только в результате физико-химических реакций разрушения силикатов и других минералов, в этом процессе принимают участие и микроорганизмы. Еще в 1903 г. Г. Холланд высказал гипотезу о бактериальном происхождении коры, рассматривая ее как своеобразную "тропическую болезнь", которой подвержены горные породы.
Хотя во влажных тропиках и происходит интенсивный вынос подвижных соединений, особенно катионов, полный их вынос не достигается, так как ему противодействует биологический захват — биогеохимический барьер. Все же суммарный эффект обоих процессов резко сдвинут в сторону выноса, и кислое выщелачивание — характерная черта данного класса ландшафтов.
Растения влажных тропиков потребляют за год почти в 5 раз больше химических элементов, чем их выносится с ионным стоком (KB = 4— 4,5). Следовательно, значительная часть подвижных элементов постоянно "вращается" в бике, что и предохраняет их от выщелачивания, а организмы — от абсолютного минерального голодания: в условиях интенсивного выщелачивания единственная форма нахождения многих химических элементов, надежно защищающая их от выноса, — нахождение в живом веществе. Это важная геохимическая особенность кислых влажных тропиков, резко отличающая их от ландшафтов умеренного пояса.
В отличие от катионогенных элементов, которые почти не задерживаются коллоидами, анионогенные элементы легко сорбируются положительно заряженными гидроксидами Fe и А1. В этой связи в почвах повышено содержание С1- и S042" (особенно в приморских районах), труднорастворимых фосфатов Fe и А1. Вероятно уменьшение миграционной способности Мо (Мо042), V (V043_), As (AS04 ) И других анионогенных элементов. Следовательно, в кислых влажных тропиках катионогенные элементы мигрируют энергичнее анионогенных (конечно, при сравнении ионов близких зарядов и радиусов — Na+ и С1-, Са2+ и S042" и т.д.).
Элювиальные почвы влажных тропиков М.А. Глазовская отнесла к семейству фульвоферраллитов, включая в них фульватно-каолинитовые, ферраллитовые, аллитные и феррисиаллитно-аллитные почвы. В литературе эти почвы именуются также оксисолями, латосолями, хромосолями, латеритными, красноземными и др. По сравнению с корой выветривания почвы имеют более кислую реакцию, их рН может понижаться до 3—3,5 (в коре 5—8). В почвах много растворимых фульвокислот, с которыми мигрируют Fe и А1, поэтому горизонт А обеднен этими металлами.
Формирование почв и коры выветривания зависит от состава пород и интенсивности водообмена. В условиях сильно расчлененного горного или холмистого рельефа в коре выветривания преобладает окислительная среда и красная (желтая) окраска. В нижних горизонтах коры происходит энергичное выветривание минералов, в воды из разрушающейся кристаллической решетки первичных силикатов поступают щелочные и щелочно-земельные катионы, создается нейтральная или слабощелочная среда, выветривание протекает по гидрослюдистому типу, образуется зона гидрослюд. В верхних горизонтах коры и в почвах в условиях кислой среды синтезируется каолинит и вверх по разрезу нейтральная гидрослюдистая зона сменяется кислой каолинитовой (каолинит + гидроксиды Fe). По верхнему горизонту подобная кора выветривания получила наименование каолиновой. Она развита преимущественно на кислых и средних породах — гранитоидах, диоритах и близких к ним по составу осадочных и метаморфических породах — сланцах, песчаниках и т.д. На основных, богатых Са и Mg породах, например, на базальтах, коры выветривания также относятся к кислому типу и сильно выщелочены. Кроме гидроксидов Fe в них накапливаются и гидроксиды А1 — минерал гиббсит — А1 (ОН)3. В некоторых горизонтах глинистые минералы практически отсутствуют.
Такие существенно гидроксидные породы получили наименование аллитов. Н.А. Лисицына, изучая коры выветривания основных пород в различных районах тропиков, установила, что в профиле "вьетнамского типа" верхняя гиббсит-каолинитовая зона книзу сменяется каолинитовой (метагаллуазитовой). В профиле "гвинейского типа" аллиты книзу сменяются аллитами с примесью каолинита. Во всех случаях и на кислых, и на основных породах кора выветривания имеет единую щелочно-кислотную зональность: кислая реакция в верхней части профиля сменяется нейтральной или даже слабощелочной в нижней. На основе "метода абсолютных масс" и учета объемных масс Н.А. Лисицына установила следующие ряды подвижности элементов при тропическом выветривании основных пород: просачиваются медленно, и в нижней части коры возможно развитие оглеения. В итоге возникает характерная окислительно-восстановительная зональность: окислительная зона красного цвета (почва + верхние горизонты коры выветривания) сменяется книзу глеевой зоной белого или пестрого цвета. Там происходит неосинтез каолинита за счет SiO,, принесенного сверху. Fe из глеевой зоны выносится вниз или вбок, но не исключена и диффузионная миграция вверх с осаждением на кислородном барьере А6 на границе с окислительной зоной. Поэтому в профиле коры выветривания возможно перераспределение Fe и его частичная концентрация в отдельных горизонтах (7.1; 7.2).
Щелочно-кислотная зональность совпадает или не совпадает с окислительно- восстановительной. Так, глеевая зона может совпадать с гидрослюдистой, и последняя в связи с этим приобретает белесую окраску, но наблюдаются и другие соотношения.
Геохимия грунтовых вод связана с просачиванием больших масс атмосферных осадков через почву и кору выветривания, которые почти не содержат легкорастворимых веществ. Содержание Са, Mg, Na, К чрезвычайно мало, воды ультрапресные (менее 100 мг/л) гидрокарбонатные или кремнеземные. Грунтовые воды часто относятся к глеевому классу, они обогащены Fe, Мп, мигрирующими в форме бикарбонатов или органических комплексов. В местах выхода таких вод на поверхность или их встречи с кислородными водами возникает кислородный геохимический барьер А6, на котором осаждаются гидроксиды Fe в виде бурых железняков, слоев железистых конкреций, песчаников с железистым цементом и т.д. (7.3). По Ф.В. Чухрову и др., при быстром окислении глеевых вод образуется минерал эфемер ферригидрит (2,5Fe,03.4,5 Н,0), по кристаллической структуре сходный с гематитом. В этих процессах принимают участие железобактерии. В дальнейшем ферригидрит может превратиться в гематит или в гетит (aFeOOH). При медленном окислении на барьере А6 сразу образуется гетит. Согласно В.М. Фридланду, во Вьетнаме подобные образования распространены в нижних частях склонов холмов. В свежем состоянии железистые породы обычно мягкие, но при высыхании становятся твердыми, как кирпич, что позволяет использовать их в строительстве. Г. Бьюкенен (Buchanan) в 1807 г. описал такие породы в Индии и назвал их латеритом, имея в виду строительные качества (later — лат. кирпич). В дальнейшем термин "латерит" стали использовать в ином смысле, придавая ему генетическое содержание. В частности, латеритом стали называть почвы и коры выветривания, обогащенные гидроксидами Fe и А1. Однако не исключалось и старое употребление термина, а также отнесение к латеритам железистых аккумуляций, связанных с грунтовыми водами. При понижении базиса эрозии такие латериты оказываются на плоских возвышенностях (например, на останцах террас). Если верхний рыхлый покров удален эрозией, то на поверхности образуется плотная железистая кора — кираса (7.4). Вследствие этого возникла путаница в понятиях и терминологии, создались значительные трудности в изучении литературы. По Д. Прескотту и Р. Пендльтону, в большинстве случаев латерит образуется в связи с деятельностью грунтовых вод. Они вполне обоснованно предложили оставить за термином "латерит" его первоначальное содержание, т.е. считать латерит особым грунтом.
По C.JI. Шварцеву, в Гвинее минерализация грунтовых вод в районах развития железистых латеритов, нефелиновых сиенитов, кварцевых песчаников и гранито-гнейсов в среднем 64 мг/л (минимум 20,9), рН вод не превышает 6,0, часто менее 5,0, т.е. воды кислые (средний рН — 5,4). Для Кот-Д-Ивуар даже отмечен рН — 3,5.
Среди анионов в водах Гвинеи преобладает НС03- (в среднем 31,3 мг/л), меньше С1- (19,7) и SiO, (3,7 мг/л). Сульфат-иона совсем мало — 0,27. Среди катионов преобладает Na (Na + К = 7,9). Относительно высокое содержание С1- и Na+, вероятно, связано с привносом их морскими ветрами. В водах некоторых ручьев содержание С1- падает до 0,Na+ — до 1,9 мг/л. Среднее содержание других металлов в грунтовых водах следующее (в 10"6 г/л): Си — 1,26; Zn — 29,9; Ag — 0,1; Ni — 1,4; Ва — 6,8; Мо — 2,7; Ti — 2,5; Mn — 1,8.
В НИЖНИХ частях склонов, речных долинах и озерных котловинах, где грунтовые воды залегают близко от поверхности, формируются лесные болота с кислым оглеением (H-Fe — класс) и низким рН (менее 4, до 2). На щелочных барьерах D6 здесь концентрируется сидерит (FeC03), вивианит (Fe3(P04),.8 Н,0), родохрозит (МпС03). В районах развития кислых пород возможен синтез каолинита. Для заболоченных супераквальных ландшафтов характерны грунтово-водные подзолы с мощными белесыми (оглеенными) органо-железистыми горизонтами.
Хотя при оглеении переходят в подвижное состояние Fe и Мп, миграция этих металлов не одинакова, Мп более подвижен, его восстановление возможно еще в окислительной зоне, там, где Fe находится в трехвалентной форме. Такая обстановка именуется слабоокислительной. В коре выветривания слабоокислительная зона (с подвижным Мп и неподвижным Fe) залегает над глеевой зоной. Возможно, что слабоокислительная зона характерна и для почв, и для неоглеенной красной коры. На кислородном барьере А6 осаждения Мп часто не происходит, и многие латериты обеднены этим металлом (Мп осаждается только в резкоокислительных условиях как вместе с Fe, так и самостоятельно).
Механическая денудация во влажных тропиках интенсивна, особенно в холмистых и горных районах. По С.С. Воскресенскому, на склонах вероятна тропическая солифлюкция, многие авторы отмечают и энергичный внутрипочвенный боковой сток.
Поэтому для континентальных отложений здесь характерен неосинтез глинистых минералов, образующихся в результате взаимодействия продуктов механической денудации — гидроксидов Fe и А1 с растворенным кремнеземом, привнесенным почвенными и грунтовыми водами. Аллитные и ферраллитные элювиальные почвы и коры выветривания часто сопрягаются с каолинитовыми континентальными отложениями — продуктами переотложения и дифференциации вещества почв и кор выветривания. Меньшую роль играет аутигенное осадкообразование в водоемах. Все эти отложения относятся к кислому или кислому глеевому классу, среди них преобладают каолинитовые глины, кварцевые пески, бокситы, ожелезненные породы. Такой комплекс иногда объединяют в сидеролитовую формацию (Ж. Милло). Илы озер содержат местами сидерит (FeC03), хлориты, в них, как и в супераквальных ландшафтах, преобладает глеевая обстановка.
Реки и озера влажных тропиков также характеризуются слабоминерализованными водами, в которых среди растворенных минеральных веществ видное место занимает кремнекислота (воды часто относятся к гидрокарбонатно-кремнеземному классу).
Геохимические особенности кислых влажных тропиков накладывают резкий отпечаток на флору, фауну, сельское хозяйство, здоровье человека. В течение длительной эволюции растения приспособились к низкому содержанию катионов в окружающей среде, в частности Са, стали "кальциефобами" (например, чай) и довольствуются ничтожным количеством этого элемента, избегая почвы, богатые известью. Большинство культурных растений влажных тропиков испытывают дефицит P, N, К, Са, Mg, В, S, Mn, Zn, Fe, J, Br.
Организмы надводных и подводных ландшафтов особенно обильно снабжаются растворимой кремнекислотой, вынесенной из элювия водоразделов. Поэтому, например, в узлах полых стволов бамбука содержится опал (Si02.n Н20), в озерах пышно развиваются диатомовые водоросли с кремнеземным скелетом. Особенно следует отметить поглощение растительностью А1, содержание которого в золе многих растений превышает 10%. А1 постоянно поступает в верхние горизонты почвы за счет разложения растительного опада. Сравнительно высокая миграционная способность А1 и, в частности, его значительное поглощение растительностью также являются геохимической особенностью кислых тропиков.
Хотя растения влажных тропиков и содержат много Fe, этот элемент плохо усваивается человеческим организмом из растительной пищи. Основным источником Fe, как указывал Жозуэ де Кастро, является мясо, которого население тропиков потребляет мало. Поэтому широко распространено малокровие, вызванное недостатком Fe в пище. Недостаток Са сказывается, по-видимому, на росте животных. Так, окапи в экваториальной Африке имеет рост 1,5—2 м, а родственные ему жирафы саванн (много Са!) — около 6 м. Гиппопотам тропических лесов имеет 1,5 м в длину, а гиппопотам саванн — 4 м. Малые размеры характерны и для шимпанзе, кур, собак и других домашних и диких животных кислых экваториальных лесов. Таким образом, животные в кислых ландшафтах приспосабливаются к дефициту элементов уменьшением размеров. Вместе с тем заболевания, обусловленные дефицитом Са (рахит), встречаются редко, так как яркое солнце благоприятствует образованию витамина D, который закрепляет Са и Р в организме. Содержание Na в водах и продуктах питания местами настолько мало, что население испытывает в нем острый недостаток. В тропиках человек выделяет до 12 л пота в день, и падение содержания Na в крови (при сильном потении) вызывает истощение нервной системы, снижение трудоспособности (быстрая утомляемость при физической работе). Особенно бедны Na ландшафты, удаленные от моря, в них высоко ценится поваренная соль (например, у пигмеев Экваториальной Африки).В кислом классе выделяются все три рода ландшафта.
Роль горных пород в формировании ландшафтов во влажных тропиках в общем меньше, чем в умеренных зонах: и на гранитах, и на базальтах, и на песчаниках, и даже на известняках образуется сильнокислый глинистый элювий красного цвета, содержащий очень мало катионов. Все же по составу пород можно выделить несколько видов ландшафтов.
Особый вид характерен для ландшафтов на ультраосновных породах, обогащенных Fe, Mg, Ni, Cr, Co (перидотиты, змеевики и т.д.). Кора выветривания здесь особенно богата Fe, что позволяет ее эксплуатировать в качестве железной руды, которая нередко содержит также Сг и Со (Куба, Гвинея, Филиппины). Ni частично входит в состав гидроксидов Fe, однако основная масса этого металла выносится из верхних горизонтов коры вместе с Si02 и накапливается в нижних слоях в форме различных силикатов. Так образуются силикатные руды Ni, имеющие большое промышленное значение (на о. Новая Каледония, Кубе, на Южном Урале, где они связаны с древними процессами выветривания). Вблизи массивов ультраосновных пород Ni концентрируется и в озерных осадках. Известны подобные руды Ni, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. В связи с бедностью пород питательными для растений веществами ландшафты на ультраосновных породах малопродуктивны.
Фоновые содержания хрома и никеля в почвах здесь составляют 15—25 КК. Растения существуют в условиях избытка этих элементов и накапливают их по сравнению с кларками растений континентов. По М. Больо, в растениях на ультрабазитах Северо-Восточной Кубы коэффициенты концентрации относительно кларков растений (по В.В. Добровольскому) имеют вид (цифры — КК): Nilg Cr13 Ti9 Со3... В районах с хром-никелевой рудной минерализацией эти коэффициенты выше еще в 1,5—2 раза. Особенно высокие содержания хрома и никеля установлены в эндемичных для Северо-Восточной Кубы видах растений.
На сиенитах образуется другой вид геохимического ландшафта, в котором накапливается Al в виде гидроксидов (элювиальные бокситы — богатые алюминиевые руды Гвинеи, Гайаны).
Так как щелочные породы нередко содержат повышенные количества редких земель, обладающих низким коэффициентом водной миграции, то при выветривании этих пород происходит накопление в коре выветривания Се, La и других элементов их группы.
Очень своеобразны геохимические ландшафты на кварцевых песках — паданги. Почвы здесь особенно бедны питательными веществами, растительный покров флористически беден, бик протекает менее интенсивно, биомасса понижена, почва сильно оглеена и оподзолена (тропические глеевые подзолы). Это ландшафты резкого минерального голодания. Паданги известны на о-вах Калимантан, Суматра, п-ове Малакка, в Таиланде, где для них характерны хвойные деревья или заросли кустарников. Некоторые паданги напоминают верещатники Европы. В геохимическом отношении они имеют сходство с полесскими ландшафтами таежного типа.
Главные геохимические особенности кислых влажных тропиков
В первую очередь это огромная ежегодная продукция растительности П, что определяет и максимальную самоорганизацию и саморегулирование, устойчивость. Этому же способствуют большая биомасса Б и видовое разнообразие. Однако представление об исключительной благоприятности влажных тропиков для жизни ("круглый год лето") не точен. Кислое выщелачивание определяет минеральное голодание растений и животных. Дефицит биоэлементов водных мигрантов — другая характерная особенность большинства ландшафтов. Именно поэтому наиболее интенсивный бик характерен для ландшафтов, относительно богатых подвижными водными мигрантами—долин и дельт рек.
Высокая скорость бика определяет наряду с образованием ежегодно огромного количества живого вещества (П) и быструю минерализацию остатков организмов. Разложение большой их массы насыщает воды чрезвычайно активными химическими соединениями (С02, органические кислоты), т.е. обогащает воды свободной энергией. Это определяет исключительную неравновесность физико-химических систем влажных тропиков, присутствие в воде веществ с противоположными свойствами (свободный 02 и органические соединения и т.д.). Воды обладают грандиозной разрушительной силой, которой не может противостоять ни одна горная порода, почти ни один минерал. Все они разлагаются с образованием различных вторичных соединений. Интенсивная водная миграция, богатство вод свободной энергией (их агрессивность) определяют совершенный характер геохимического сопряжения, преобладание прямых нисходящих водных связей в ландшафте (выщелачивание).
Обратные водные и биокосные связи выражены сравнительно слабо, и их роль в самоорганизации невелика. Чрезвычайно распространены обратные биотические связи—между растениями, животными, микроорганизмами. Огромное количество видов организмов, их сложные взаимоотношения способствуют исключительной устойчивости ландшафта, его высокой самоорганизации. Резко выражена во влажных тропиках и централизация — ведущее геохимическое значение биоценоза и почв автономного ландшафта. Важнейшая особенность водной миграции заключается в слабой минерализации вод и кислом выщелачивании подвижных элементов, особенно металлов, чем и вызывается дефицит большой группы элементов. Геохимическая формула для автономного ландшафта имеет следующий вид: N, Р, К, Са, Na, (Си, Mo, Zn, Со, J, S)?
Для многих подчиненных ландшафтов характерна аналогичная формула, и только для болотных ландшафтов типоморфным элементом, кроме Н+, является Fe2+. Органические кислоты легко образуют комплексы с металлами, в связи с чем особенности ионов (радиус, заряд и т.д.) почти не влияют на интенсивность миграции: различные в химическом отношении элементы мигрируют с близкой интенсивностью, зависящей от скорости миграции органических веществ и скорости разрушения минералов. Переработка горных пород кислыми водами (кислое выщелачивание) нивелирует первоначальное различие в составе пород, придавая кислым почвам и корам выветривания черты однообразия, монотонности, минералогической бедности. Это же относится и к водам тропиков. Следовательно, во влажных тропиках количество биологической информации велико, а неорганической — мало.
Главные физико-химические барьеры кислых влажных тропиков — кислородный (А6), сорбционный (G2, G6) и глеевый (С2, С6). Для всех элементарных ландшафтов характерно высокое содержание Fe в почвах и коре выветривания как за счет остаточного накопления (в результате выноса более подвижных элементов), так и за счет его концентрации на кислородных барьерах.
Изобилие тепла, света, влаги создает предпосылки огромной продуктивности растениеводства и животноводства во влажных тропиках. Вместе с тем интенсивный бик обуславливает кислое выщелачивание почв, их исключительную бедность элементами минерального питания. Минеральное голодание характерно как для растений, так и для животных. Поэтому химизация сельского хозяйства во влажных тропиках не менее актуальна, чем в умеренном поясе. Земледелие нуждается в применении N, Р, К удобрений, местами Mg, Са и микроудобрений. Огромное значение имеет также совместное внесение минеральных и органических удобрений. Эффективна и химизация животноводства. В пище населения непропорционально большое место занимают углеводы, наблюдается острый дефицит белков — "белковое голодание". Распространено в тропиках и минеральное голодание. Поэтому медико- геохимические исследования в кислых влажных тропиках очень актуальны. Хотя самоорганизация и саморегулирование в ландшафтах характеризуются высоким уровнем, все же хозяйственная деятельность приводит ко многим нежелательным последствиям и, в частности, к эрозии почв, лишающей их верхнего плодородного горизонта. В целом экологические аспекты геохимии влажных тропиков и разнообразны, и актуальны.
Влажные тропики кислого глеевого (Н+ — Fe2+) класса — лесные кислые болота — лапаки. Лесные болота, занимающие подчиненное положение (нижние части склонов, долины рек и т.д.), охарактеризованы в предыдущем разделе. Здесь же речь идет о болотах, занимающих огромные пространства, часто и автономные, и подчиненные позиции. Ландшафты данного класса занимают большие пространства на аккумулятивных равнинах Амазонии, бассейна Конго, п-ова Малакка, о-вах Калимантан, Суматра, Новая Гвинея. В Амазонии подобные ландшафты называют "игапо", на п-ове Малакка — "лапак". Последний термин можно использовать для наименования класса. Типоморфные ионы лапака — Н+ и Fe2+ (кислые воды, обогащенные Fe). Геохимическая формула следующая: О, N, Р, К, Са
Лапаки — это ландшафты со значительно меньшим разнообразием растительности и меньшей биологической продуктивностью, чем кислые влажные тропики. Для них характерен резкий недостаток кислорода в почве, накопление черных гумусовых веществ и сильно кислая реакция вод. Под гумусовым горизонтом, мощность которого не превышает, как правило, 1 м, интенсивно протекает оглеение. Местами развиваются тропические торфяники мощностью в несколько метров (например, на восточном побережье Суматры). "Черные тропические реки", связанные с такими болотами, содержат особенно много органических веществ.
Влажные тропики сернокислого класса (Н+ — S042 ). Существуют две основные обстановки формирования данного класса ландшафтов: 1) рудные поля сульфидных месторождений, где ландшафт обогащен Pb, Zn, Ag, Си, As, Sb, Hg п другими халькофильными элементами и 2) участки распространения сильно пиритизированных глин и сланцев.
При окислении сульфидных руд образуется серная кислота, растворы становятся сильно кислыми (рН < 3, часто 1—2), в них легко мигрируют Zn, Fe, Си и другие металлы, образующие легкорастворимые сульфаты. В результате с поверхности руды сильно обедняются, теряют Си, Zn и другие металлы. Сульфаты Fe, напротив, мигрируют на небольшие расстояния, легко гидролизуются, образуя гидроксиды, накапливающиеся в верхней части коры выветривания в виде бурой массы — "железной шляпы". Так как ведущим химическим процессом является окисление сульфидов, данная форма коры выветривания получила наименование зоны окисления сульфидных месторождений.
Наряду с окислением сульфидных руд происходит их частичный размыв поверхностными водами. Делювий, аллювий и другие континентальные отложения обогащаются металлами, которые легко адсорбируются глинистыми частицами. Воды источников в таких ландшафтах имеют аномально кислую реакцию, содержат повышенное количество тяжелых металлов и S042". Воды ручьев и небольших рек также обогащаются данными компонентами. Растительный покров и животный мир сернокислых ландшафтов отмечены геохимическим своеобразием: растения обычно содержат повышенные количества металлов.
Геохимические ландшафты этого класса встречаются во многих районах влажных тропиков, но не занимают больших площадей. Изучены они односторонне: хорошо известны геохимические особенности зоны окисления и значительно слабее геохимия растений, животных, почв. В условиях влажного и жаркого климата окисление сульфидов протекает быстро и на большую глубину, образуются мощные (местами более 100 м), глубоко выщелоченные зоны окисления, часто почти лишенные металлов. Интенсивно мигрируют даже некоторые инертные элементы (например, выходы вольфрамовых руд местами выщелочены от вольфрама).
Геохимические особенности данного класса ландшафтов сильно зависят от стадии его развития. Для первого этапа, когда окисление сульфидов только начинается, характерно широкое развитие сернокислой среды, резкое обогащение почв и вод тяжелыми металлами. По мере развития окисления и выщелачивания кислотность вод понижается, содержание металлов в них падает, ландшафт переходит в кислый класс.
Геохимически сернокислые ландшафты резко отличаются от других ландшафтов влажных тропиков. Вероятно, они были важными центрами видообразования — отбора на химической основе. Велико значение ландшафтно-геохимических исследований данного класса ландшафтов для разработки геохимических методов поисков рудных месторождений и решения экологических задач.
В России сильно выщелоченные зоны окисления встречаются на Алтае, Урале и в других рудных районах. Они формировались в прошлые геологические эпохи, отличавшиеся влажным и жарким климатом.
Влажные тропики кальциевого (Са+) и переходного (Н+ — Са+) классов (маргалитные ландшафты)
В районах распространения мергелей, известковистых песчаников, мергелистых известняков, вулканических туфов и других легковыветривающихся пород с подвижным Са формируются своеобразные маргалитные ландшафты. Если скорость выветривания соизмерима со скоростью выщелачивания, кислые органические вещества почв нейтрализуются, и хотя почвы и кора выветривания сильно выветрелы, реакция их нейтральная. Они содержат монтмориллонит (а не каолинит) и обладают значительной емкостью поглощения. Поглощающий комплекс насыщен Са и Mg, почвы окрашены в темный, иногда черный цвет. Биологическая продуктивность маргалитных ландшафтов высокая, особенно у подчиненных ландшафтов.
Сходные ландшафты формируются и в дельтах некоторых рек, а также в районах современного вулканизма, где почвы при очередном извержении вулканов обогащаются подвижными элементами за счет вулканических пеплов. Это районы с высоким плодородием почв, развитым сельским хозяйством, высокой плотностью населения (дельта Меконга, вулканические ландшафты о. Ява и т.д.). Именно маргалитные и близкие к ним ландшафты сыграли большую роль в истории цивилизации влажных тропиков, формировании в древности государств на их территории.
Влажные тропики соленосно-сульфидного класса — мангры (Na+ — S042" — H2S). Приморские солоноватоводные лесные болота — мангры, распространены в дельтах рек, прибрежных лагунах, вдоль низменных побережий Южной Америки, Африки, Индостана, Индокитая, Индонезии. Геохимическая характеристика мангров дана М.А. Глазовской и В.В. Добровольским.
Мангры затопляются или подпитываются морской водой. Разложение растительных остатков происходит здесь в среде, быстро теряющей свободный кислород. В результате развивается десульфуризация (за счет сульфатов морской воды), в илах появляется H2S, избыток которого насыщает воду и выделяется в атмосферу. Fe3+ красноземных илов, принесенных реками в виде мути, восстанавливается до Fe2+, которое, реагируя с H2S, образует марказит (FeS2). Поэтому илистая почва мангров имеет черную окраску не только за счет гумуса, но и за счет сульфидов Fe.
Дефицит кислорода — основная причина низкой биологической продуктивности мангров. Биомасса здесь составляет около 1300 ц/га, П — 100 ц/га, но такой же, как в других классах влажных тропиков — 0,64. Число видов намного меньше, чем в гилее, высота деревьев ниже (не более 30, часто ниже 10 м). Самоорганизация и саморегулирование также ниже, чем во влажных тропиках других классов.
Воды суши, питающие мангры, богаты Si02, в илах и почвах накапливаются опал и халцедон. Это определяет массовое развитие диатомовых водорослей. В золе деревьев много кремнезема: корни и стволы часто окремнены. При взаимодействии морских вод, богатых Na, с кремнеземом образуется Na2Si03, который накапливается в илах и почвах. На повышенных участках формируются особые кремне-натриевые солончаки.
В геохимическом отношении мангры во многом противоположны другим ландшафтам влажных тропиков. Это ландшафты, богатые катионами, поступающими из морской воды (Mg, Na и др.). Характерно высокое содержание H2S в почве и атмосфере. Геохимическая формула следующая: Na, Si02, H2S О Н20, H2S В зоне приливов восстановительная среда в почвах при отливе сменяется окислительной. В результате сульфиды периодически окисляются, образуются серная кислота, квасцы, рН становится менее 2. Так возникают мангры сернокисло- соленосно-сульфидного класса (Na — H2S04 —H2S).
Геохимические поиски рудных месторождений во влажных тропиках
Здесь эффективны все основные виды этих поисков. Методика поисков в ландшафтах разных классов, родов и видов имеет особенности, в связи с чем большое значение приобретает ландшафтно-геохимическое районирование территории по условиям поисков. Кислое выщелачивание сильно ослабляет литохимические аномалии, к латеритам местами приурочены безрудные аномалии. Оценка аномалий должна основываться на геохимии ландшафта, особенно на теории геохимических барьеров.
|
|
|
|
К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов
|
Последние добавления:
Шаубергер Виктор – Энергия воды
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы