 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 8. МИГРАЦИЯ В АРИДНЫХ ЛАНДШАФТАХ — СТЕПЯХ И ПУСТЫНЯХ. Рассоление ландшафтов
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
Рассоление ландшафта означает не только удаление солей из почв и грунтов, но и уменьшение минерализации вод, смену флоры (исчезновение галофитов), фауны, уменьшение засоленности атмосферы. Оно распространено так же широко, как засоление. Оба процесса характерны для всех аридных зон, нередко они сосуществуют в пределах одного геохимического ландшафта.
Рассоление развивается постепенно, образуя особую серию ландшафтов, начальным членом которой является засоленный ландшафт, а последним — незаселенный. К промежуточным членам относятся ландшафты, в которых соли сохранились лишь в нижних горизонтах почв или в грунтах.
Универсальная причина рассоления — тектонические поднятия, приводящие к развитию рельефа и понижению уровня грунтовых вод.
Поэтому, например, на поймах рек степей и пустынь преобладает засоление, а на террасах — рассоление.
В прошлом во многих аридных районах грунтовые воды залегали близко. С понижением их уровня засоление сменилось рассолением, ландшафты стали неоэлювиальными. В таких ландшафтах во флоре, фауне, почвах, грунтах сохранились геохимические реликты засоления. Подобную историю пережили многие районы европейской России, Украины, Западной Сибири, Средней Азии, Южного Урала, Казахстана, Кавказа.
Менее универсальная причина рассоления — увлажнение климата, которое, как известно, неоднократно происходило в четвертичном периоде. При увеличении количества атмосферных осадков усиливается промывание почв, оживляется сток, начинается рассоление. Даже периодические одиннадцати- и тридцатитрехлетние колебания климата имеют в этом отношении определенное значение. Нередко оба фактора рассоления действуют одновременно: тектонические поднятия совпадают с увлажнением климата. Наконец, важное, но локальное участие в рассолении принимает ветер, который удаляет из ландшафта соли. По Е.В. Посохову, в Казахстане в сухие годы ветры местами полностью уносят соли с поверхности шоровых солончаков, и во влажные годы в таких котловинах возникает уже не соленое, а пресное озеро.
Существует два основных геохимических типа рассоления: кальциевое и натриевое. В зависимости от климата эти процессы протекают по-разному.
Кальциевое рассоление характерно для солончаков, содержащих много солей Са. При рассолении Са вытесняет Na из поглощающего комплекса и в рассоленной почве образуется кальциево-магниевый поглощающий комплекс. Рассоленная почва и ландшафт в целом относятся к кальциевому классу.
Неоэлювиальные (рассоленные) кальциевые ландшафты характерны для степей и пустынь, почвы в них содержат реликтовый гипсовый горизонт. В пустынях он обычно залегает близко от поверхности. Такой ландшафт получил наименование гипсовой пустыни. В степях кальциевое рассоление приводит к смене засоленного ландшафта черноземной и каштановой степью. Эти процессы могут быть названы соответственно остепнением и опустынением (8.6). При кальциевом рассолении на границе гипсового горизонта в почвах возникает гипсовый барьер, на котором концентрируется Sr, на границе солевого горизонта — солевой барьер. Соли, выщелоченные из солончаков, нередко накапливаются в депрессиях рельефа. Поэтому гипсоносные почвы на террасах часто сопрягаются с солевыми аккумуляциями в поймах рек и озерных котловинах.
Натриевое рассоление — образование солонцов. Если в солончаках преобладают натриевые соли и гипса мало, то поглощающий комплекс в основном насыщен Na (иногда на 70—80%). При рассолении таких солончаков образуется почва с существенно натриевым поглощающим комплексом — солонец. Для нее характерна своеобразная растительность, особый бик, в связи с чем можно говорить не только о солонцовых почвах, но и о солонцовых ландшафтах. Слабые солонцовые свойства в почвах и растительности начинают проявляться уже при содержании в ПК 5% обменного Na. К промежуточным ландшафтам относятся в разной степени солонцеватые степи и пустыни — сильно солонцеватые, слабо солонцеватые и т.д.
Солонцовым ландшафтам принадлежит особая роль в степных и сухостепных областях — они служат природной лабораторией, где можно изучать процессы миграции и концентрации химических элементов, протекающие в сильнощелочной среде. Многие геохимические особенности этих ландшафтов зависят от окислительно- восстановительных и щелочно-кислотных условий, солевого состава почв и грунтовых вод, биогеохимической специализации растений, состава почвообразующих пород, положения в рельефе и других факторов. Поэтому они отличаются значительной геохимической вариабельностью.
В автоморфных степных солонцах с глубоким уровнем грунтовых вод наиболее велико конвергирующее влияние биопедогенного фактора и на различных породах почвы имеют близкое морфологическое строение, химические свойства и геохимическую специализацию генетических горизонтов.
Первая геохимическая теория происхождения солонцов была разработана К.К. Гедройцем в 1912—1928 гг. Он доказал, что солонцы образуются в результате рассоления солончаков. Эта теория хорошо объяснила приуроченность солонцов к террасам рек, на поймах которых развито засоление. Солонцы также характерны для участков разломов, испытывающих неотектонические поднятия. В этом случае они образуются в результате выщелачивания солей из разломных солончаков, "оторванных" от трещинно-грунтовых вод. Подобные зоны разломов отмечены своеобразной растительностью и солонцовыми почвами с гипсовым горизонтом. Солонцы характерны и для железных шляп некоторых сульфидных месторождений, приуроченных к зонам разломов.
Однако солонцы образуются не только в результате рассоления натриевых солончаков. Они, несомненно, полигенетичны и формируются при перемежающемся засолении и рассолении под действием сравнительно слабоминерализованных сульфатно-натриевых вод, в результате элювиального почвообразования на морских глинах с натриевым поглощающим комплексом, на склонах при фильтрации натриевых вод и т.д.
Физические и химические свойства солонцов обусловлены высоким содержанием натрия в ПК. Коллоиды, насыщенные натрием, легко переходят в раствор, с чем связано выщелачивание наиболее тонкодисперсной части из верхнего горизонта почвы А. В результате миграции ила и полуторных окислов из верхней части профиля возникает резкая элювиально-иллювиальная дифференциация солонцов. Самая верхняя часть профиля под влиянием щелочного гидролиза осолодевает, формируется надсолонцовый гумусово-элювиальный осветленный горизонт А1А2 с фульватным гумусом. Ниже залегает иллювиальный солонцовый горизонт BtNa — плотный, бурый, столбчатый или призматический, с максимумом содержания ила и физической глины, сильнощелочной реакцией среды, т.е. формируется сорбционный геохимический барьер G3—G4, на котором осаждаются микроэлементы (8.7). Но сравнительно подвижные анионогенные элементы и комплексообразователи на этом барьере накапливаются слабо (кроме Мо), что указывает на незначительное влияние сорбции на концентрацию этих элементов в щелочной среде. По-видимому, большое значение в солонцах имеет содовое выщелачивание элементов, обеспечивающее их миграцию за пределы солонцовых ландшафтов. На барьерах G3-G4 более типично накопление некоторых катионогенных элементов — Си, Ni, Pb, Ag (В.В. Добровольский, Н.С. Касимов). Особенно контрастные аномалии металлов образуются в рудных районах, например, в Северном Прибалхашье с медной металлогенической специализацией.
Роль сорбционных барьеров повышается в солончаковатых солонцах на древних корах выветривания, где валовое содержание этих элементов в горизонтах BtNa в 3—5 раз выше, чем в гумусовых горизонтах и почвообразующих породах. Содержание подвижных форм металлов при этом уменьшается, что указывает на их переход в более прочные сорбированные формы. В подсолонцовых горизонтах (ВСа, BCs, Bs) реакция среды уменьшается до 8—8,5, засоление сульфатно-хлоридное и хлоридно- сульфатное, здесь присутствуют реликтовые испарительные барьеры с накоплением элементов испарительной концентрации. В луговых и лугово-степных солонцах наряду с резкой текстурной и щелочно-кислотной радиальной дифференциацией профиля приобретают значение периодически возникающая в нижней части профиля восстановительная обстановка (глеевый барьер) и биогенная аккумуляция элементов в гумусовом горизонте.
Таким образом, профиль солонца имеет черты сходства с дерново-подзолистыми почвами: в обеих почвах интенсивно проявляется выщелачивание (в частности Al, Fe) и образование иллювиального горизонта. Характерная особенность профиля солонцов — ярко выраженная щелочно-кислотная зональность, менее контрастна окислительно- восстановительная зональность. В почвенном растворе иллювиального горизонта солонцов содержится сода, что определяет его высокий рН (до 10—11). По Гедройцу, образование соды происходит в результате обменных процессов между поглощающим комплексом (ПК) и раствором: ПК = 2Na+ + Са2+ + 2НС03- X ПК = Са2+ + 2Na+ + 2НС03- . ПК = Na+ + Н+ + НС03- X ПК = Н+ + Na+ + НС03-. Образование соды возможно и по реакции Гилгардта за счет взаимодействия сульфатно-натриевых вод с карбонатом кальция: Na2S04 + СаС03 X Na2C03 + CaS04.
В обычных условиях эта реакция идет справа налево, для ее реализации необходим постоянный отток вод. Накоплению соды благоприятствует высокое содержание СО, в водах, повышающее растворимость СаС03.
Десульфуризация сульфатно-натриевых вод также может служить источником серы, однако о ее роли в солонцах высказывались противоположные мнения и вопрос нельзя считать выясненным.
В грунтовых водах степей сода возникает и в результате выветривания полевых шпатов (если водоносные горизонты состоят из полимиктовых песков и не содержат гипса).
Некоторые виды полыней, саксаул, камфоросма и другие травы и кустарники степей и пустынь богаты Na, количество которого (в эквивалентной форме) превышает сумму сильных анионов — С1- и S042". После минерализации остатков таких растений в верхние горизонты почв поступает Na, не связанный с С1- и S042", в почвенном растворе образуется сода.
Накоплению соды в солонцах препятствует гипс: CaS04 + Na,C03 X СаС03 + Na,S04. Однако если в почвах содержится немного гипса, то на взаимодействие с ним расходуется лишь часть соды и содовый характер почвенных вод сохраняется. В этом случае в почвах возникают псевдоморфозы кальцита по гипсу.
Как отмечалось, в содовых водах мигрируют многие элементы — Si, Al, Мо, Ag, Se, U, Y, Sc, Cu, Be, Zr и т.д. Легко растворяется и гумус. Кремнекислота в нейтральной и слабощелочной среде (рН 8—8,5) присутствует в виде коллоидов с очень слабыми кислотными свойствами. При возрастании рН от 8,5 до 10,5 менее подвижные коллоидные растворы переходят в молекулярные, а при рН выше 10,5 кремнекислота находится в полимерной наиболее подвижной форме. Щелочные реагенты (сода, щелочи) не осаждают полимерные силикаты, что обеспечивает миграцию соединений кремния, в основном силикатов натрия в солонцовых почвах (В.Н. Михайличенко). В сильнощелочной среде в виде комплексных анионов (алюминатов, ферритов) способны мигрировать Fe и А1, что наряду с контрастностью механического состава усиливает дифференциацию профиля и влияет на миграцию и концентрацию элементов. Содержание подвижных Fe и А1 в верхней части профиля солонцов составляет соответственно 7—8 и 3—5%. Под воздействием содовых растворов происходит пептизация и диспергация глинистых минералов
Высокое содержание обменного натрия и сильно щелочная реакция неблагоприятны для жизни и бик на солонцах ослаблен. Поэтому в сухих степях для солонцов характерна не злаковая, а чернополынная ассоциация, близкая к пустыням. Жизненные формы растений (кустарнички и т.д.) и бик (Б, П и К) на солонцах в сухих степях типично пустынные. Это позволяет относить данные солонцы к пустыням. В черноземных степях солонцы имеют сухостепной облик.
Находясь в своеобразных условиях высокого содержания обменного Na, Mg, растворимого Si, щелочной среды, флора и фауна солонцов, вероятно, подвергается отбору на химической основе (центры видообразования). Поэтому для солонцов характерна биогеохимическая специализация растений. Здесь доминируют семейства маревых (Chenopodiaceae) и сложноцветных (Asteraceae), в основном полыни. В.А. Ковда установил обогащенность этих растений натрием, содержание которого в золе некоторых видов сухих солянок достигает 20—30%, что является одним из факторов поступления соды в солонцовые ландшафты. Только среди растений, доминирующих на солонцах, встречаются виды-концентраторы элементов "содовой миграции", в основном слабо поглощаемых (кроме Мо) большинством растений.
Исследованиями М.А. Глазовской, М.М. Ермолаева, В.В. Добровольского, В.П. Иванчикова, А.Д. Айвазян, Н.Н. Васильевой, Н.С. Касимова и др. на Южном Урале, в Казахстане, Алтае и Монголии установлена селективная концентрация анионогенных элементов и комплексообразователей (Мо, Си, Zr, Ga, Al, Ti, Cr, V п др.) многими растениями семейств маревых (биюргун, камфоросма, прутняк и др.) и сложноцветных (полыни мелкоцветковая, белоземельная, холодная и др.). Коэффициенты биологического поглощения (AJ элементов "содовой" миграции в этих растениях для таких биофилов, как Мо, колеблются от 5 до 20, а для элементов слабого биологического захвата (Cr, V, Zr) достигают 2—3, что почти на порядок выше, чем в других степных растениях (8.8). В солонцовых ландшафтах обнаружены концентраторы даже такого инертного в нейтральной и слабощелочной среде элемента, как Ti. Так, по Н.С. Касимову, в Мугоджарах Ат. в 50—100 раз выше в различных видах маревых и сложноцветных на солонцах, чем в злаках, степных кустарниках и деревьях. По М.Д. Скарлыгиной-Уфимцевой, содержание титана в золе полыней Южного Урала достигает 2,6% (Ат. = 4,5).
Катионогенные элементы (Sr, Мп, Ва) малоподвижны в щелочной среде солонцовых почв и слабо поглощаются растениями. Только Sr обычно имеет коэффициент биологического поглощения больше единицы (1—5), но это в несколько раз меньше, чем у кустарниковых и древесных видов гидроморфных ландшафтов. Из маревых только биюргун энергично поглощает Sr. Некоторые катионогенные элементы (Ag, Си), образующие в содовой среде растворимые анионные комплексы, также могут активно поглощаться маревыми и сложноцветными. Так, AAg в этих растениях достигает 5—7.
Занимая в катенах транзитные и транзитно-аккумулятивные позиции, солонцы служат зоной содовой мобилизации химических элементов, поступающих далее в более подчиненные элементы рельефа. В степных солонцах при отсутствии их связи с грунтовыми водами особенно велико влияние биогенного фактора на геохимию почв.
В элювиально-аккумулятивных позициях солонцовые ландшафты (Na — ОН, Na — НС03 классы) — это арена биогеохимической и почвенно-геохимической мобилизации преимущественно анионогенных элементов и комплексообразователей, ведущей к их дальнейшей латеральной миграции. Интенсивность содового выщелачивания из почв зависит от их положения в катене и степени гидроморфности. Лучше оно развито в степных солонцах, занимающих более автономные позиции. В более подчиненных лугово-солонцовых ландшафтах депрессий оно обычно подавляется био- и гидрогенной аккумуляцией и латеральным привносом элементов "содового" комплекса.
Солонцовые ландшафты — это модель миграции химических элементов в содовой среде литосферы, биосферы и техносферы. В этом большое теоретическое значение геохимического изучения солонцовых ландшафтов.
В сухих степях солонцы часто образуют пятна диаметром в несколько десятков метров и входят в качестве подчиненного члена в степной геохимический ландшафт. На местности они резко выделяются разреженной растительностью. Встречаются и крупные массивы солонцов, занимающих автономное положение. В этом случае в микропонижениях рельефа нередко развиты солончаки, а весь геохимический ландшафт представлен солонцово-солончаковым комплексом. По выражению В.М. Боровского, степи и сухие степи — это царство солонцов. В этих зонах они занимают до 30—50% площади, составляя 80—90% от площади всех засоленных почв. В Азии основные ареалы солонцовых ландшафтов приурочены к денудационным и аккумулятивным равнинам Казахстана, юга Западной Сибири, Прикаспия и Закавказья, менее широко они развиты в Забайкалье и Монголии.
В степях солонцы в основном используются как пастбища. Химическая мелиорация содовых солонцов заключается в их гипсовании: внесенный в почву гипс способствует удалению натрия из поглощающего комплекса. Через 10—12 лет даже "злостные" солонцы утрачивают отрицательные свойства. Гипсование солонцов — одна из важных задач земледелия в степной зоне. Необходимо учитывать и биогеохимический аспект животноводства в солонцовых ландшафтах — возможность дефицита и избытка ряда элементов.
Оторвавшись от грунтовых вод, под влиянием бика солонцы постепенно превращаются в Na-Ca или Ca-Na, Н-Са — ландшафты. По Гедройцу, в лесостепи эволюция солонцов направлена в сторону осолодения, хотя осолодение, как показала Н.И. Базилевич, возможно не только в результате развития солонцов. В.А. Ковда установил, что в степях происходит остепнение солонцов, т.е. превращение их в каштановые или черноземные почвы. А.И. Перельман показал, что в Средней Азии эволюция солонцов направлена в сторону опустынивания.
Перемежаемость засоления и рассоления
Засоление и рассоление нередко многократно сменяют друг друга. Это связано, например, с периодическими тектоническими поднятиями и опусканиями, изменяющими глубину залегания грунтовых вод. Так, северное побережье Сиваша опускается и развитые там солонцы подвергаются засолению (реградация солонцов). Большое значение для перемежаемости засоления и рассоления имеет изменение уровня грунтовых вод, обусловленное сезонными или годовыми колебаниями количества атмосферных осадков. При небольшом повышении уровня грунтовых вод происходит засоление и Na входит в ПК, при понижении — рассоление и формирование солонцовых свойств. Наиболее резко выраженные солонцовые свойства развиваются при периодическом увлажнении нижней части почвы за счет грунтовых вод. Такие солонцы формируются на ранних стадиях засоления до образования солончака, они характерны для пойм Дона, Волги, Урала и других степных рек. Понятно, что подобные солонцы с супераквальным режимом резко отличаются от неоэлювиальных солонцов террас. Сода в этом случае образуется по реакции Гилгарда или в ходе десульфуризации.
Контрольные вопросы
1. Каковы источники солей в аридных ландшафтах? 2. Охарактеризуйте испарительную концентрацию элементов, чем барьер F1 отличается от F3 и F4? 3. Охарактеризуйте окислительно-восстановительные условия засоления? 4. Какие вы знаете геохимические типы процессов рассоления? 5. Каковы биогеохимические особенности растений засоленных ландшафтов?
|
|
|
|
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