 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 11 ТУНДРОВЫЕ ЛАНДШАФТЫ
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
По биомассе и ежегодной продукции эта группа близка к степям, по соотношению Б и П — к тайге, по некоторым информационным показателям — к пустыням.
Тундровый тип ландшафта
Тундра — продукт холодного климата, точнее — холодного лета со средней температурой самого теплого месяца не более +10°С. На равнинах Евразии и Северной Америки она образует самостоятельную ландшафтную зону, в горах — особый высотный пояс.
Тундровая деградация
Это такое развитие таежного и прочих ландшафтов, в ходе которого уменьшается биомасса и ежегодная продукция живого вещества, замедляется скорость разложения остатков организмов, уменьшается самоорганизация, возникает тундровый бик. О формировании тундр в результате деградации северных лесов писал Б.Н. Городков, а Б.А. Келлер считал, что тайгу можно рассматривать с известной условностью, как сочетание тундры с хвойным лесом. Действительно, для тундры и северной тайги характерны напочвенные ярусы мхов и лишайников, те же кустарники, кустарнички и травы, сходные почвенные процессы и водная миграция.
На равнинах тундровая зона сформировалась в четвертичном периоде. Сообщества горнотундрового типа, по В.Б. Сочаве и Б.Н. Городкову, могли возникнуть в верхнем мелу, в эпоху ларамийской складчатости, в горных системах Тихоокеанского кольца. Тундровый тип ландшафта зародился на северо-востоке Сибири и распространился оттуда на запад. Во время днепровского оледенения тундра была на юге Русской равнины. В межледниковые эпохи она отступала, а при последующем оледенении завоевывала новые пространства. В послеледниковую эпоху был период, когда тайга распространялась в Евразии севернее современной границы. Об этом говорят остатки деревьев в тундре, ископаемые подзолистые почвы. Однако тундровая деградация связана не только с похолоданием климата. Она возможна и на основе положительной обратной связи в результате процессов саморазвития ландшафтов в условиях постоянного климата. Так, заболачивание лесов ухудшает условия жизни деревьев и благоприятствует развитию мхов, которые в свою очередь усиливают заболачивание и дальнейшее вытеснение деревьев. В результате формируется ландшафт тундровой группы — верховое болото.
Биологический круговорот
В равнинной тундре бик развивается в условиях длинного полярного дня: летом для энергичного фотосинтеза света достаточно и растения к этому приспособились. "Растения длинного дня" плохо развиваются в низких широтах с их коротким днем. Благодаря длинному дню сумма солнечной радиации в равнинной тундре такая же, как в южной тайге, но температура воздуха летом значительно ниже. Низкие температуры воздуха и почвы лимитируют бик, являются причиной многих его особенностей и, в частности, ксероморфизма растений. С дефицитом тепла связаны и "волны жизни": в годы с более теплым летом возрастает ежегодная продукция живого вещества. Некоторые растения цветут только в благоприятные годы, как, например, иван-чай в арктической тундре. Таблица 11.1 Район Ряды биологического поглощения микроэлементов Растения
10п n 0,n Урал Высшие растения Ti, Ni, Cu, Zn V, Cr, Mn, Co Mo As Таймыр Лишайники Zn, Cu, Pb Ni, Mo, Co, Mn - Высшие растения Zn, Cu, Mo, Pb, Mn Ni, Co Гольцы Лишайники Zn, Pb, Мо, Ва,
La, Ni, Южной (ягель) Au, Ag, Cu, Sn, Co, Ti Сибири Be, Sr
Биомасса в тундре колеблется в широких пределах — от 40 до 300 ц/га (примерно как в пустынях), большая ее часть сосредоточена в корнях (70—80%). Растения растут медленно: лишайники за год вырастают на 1 —10 мм, можжевельник на Кольском полуострове с диаметром ствола 83 мм имел 544 годичных кольца. Однако здесь сказывается не только неблагоприятное влияние низких температур, но и бедность среды элементами питания. Ежегодный прирост (П) составляет 10 ц/га для арктической тундры и 25 — для кустарничковой, т.е. по величине близок к сухим степям и пустыням.
Число видов высших растений в тундре невелико, в Сибири, например, оно составляет лишь 476. Большую роль играют мхи и лишайники. Флора тундры содержит меньше водных мигрантов, чем аналогичные роды и виды в тайге и других зонах. Особенно мало золы в лишайниках (1,3—4%), в которой преобладают Si02 и R203. Несколько богаче золой мхи, в некоторых травах (хвощи) до 10—15% золы. У большинства растений зольность 1,5—2%. Полярная ива, астрагал арктический, морошка, лишайники и другие растения содержат повышенные количества А1 (А^ местами больше 1). Мхи, как и в других зонах, богаты Fe, местами Мп и А1. Кустарничковая береза активно поглощает Мп, по некоторым данным и Ва (Ах1 = п). В золе отдельных растений повышено содержание S, при минерализации которой образуется небольшое количество серной кислоты — способствующей миграции А1 и других металлов. Ряды биологического поглощения микроэлементов в общем аналогичны тайге (по А^: CI, S и Р — п. 100; Са, Mg, К — п; Na — 0,п; Al, Fe — 0,п— О,On. По В.Д. Васильевской и Л.Г. Богатыреву, в тундрах Западного Таймыра наиболее богаты микроэлементами лишайники, мхи и кустарники, разнотравье и осоки содержат их значительно меньше. Ряды биологического поглощения такие: Мп > Ni > Си > Со > Cr > V. М.А. Глазовская для горной тундры Урала и Ф.М. Подкорытов для одного из районов Таймыра, Т.Т. Тайсаев для гольцов Южной Сибири приводят средние коэффициенты биологического поглощения микроэлементов (табл. 11.1). Характерна большая вариабельность значений: на Таймыре АМп колеблется от 0,09 до 7, AZn — 2—102, АСц — 0,30—34, Арь — 0,10—47 и т.д.
Для тундры характерна сезонная миграция фауны, особенно летние прилеты птиц. Гуси, утки, гагары, чайки и другие птицы прилетают за тысячи километров и выводят здесь птенцов. Эта их родина, где они проводят 2—2,5 месяца, сильно отличается от мест зимовки — тропиков и субтропиков. Данный грандиозный геохимический процесс еще не полностью объяснен и осмыслен. Каково его влияние на эволюцию птиц, филогению и онтогению, чем в этом отношении птицы отличаются от других позвоночных? Вопросы эти имеют фундаментальное значение для биологии и медицины, так как и современный человек с его широкой миграцией периодически попадает в резко различные геохимические условия.
Из-за низкой температуры разложение остатков организмов в тундре протекает медленно, многие группы микроорганизмов не функционируют или же работают очень слабо (бактерии, разлагающие клетчатку и др.). Это ведет к накоплению органических веществ на поверхности и в почве. В подстилке накапливается 25—835 ц/га при ежегодном опаде 0,п—50 ц/га. Отношение подстилки к опаду, характеризующее интенсивность разложения растительных остатков, колеблется от 100 до 17. По этому показателю тундра ближе к тайге (п), чем к степям и пустыням (0,п) (таблица 11.2). По биомассе, ежегодной продукции, соотношению подземной и надземной частей тундра ближе к аридным ландшафтам. Но малая биомасса степей и пустынь связана с недостатком воды (реже — избытком солей), в тундре — недостатком тепла. В тундрах, сухих степях и пустынях произрастают близкие жизненные формы — кустарники и кустарнички. Разложение органических веществ в тундре, напротив, резко отличается от аридных ландшафтов и аналогично северной тайге. Об этом говорит накопление большого количества подстилки, важное участие в бике Al, Fe, Мп. Генетическая близость тундры и тайги определяет их сходство по соотношению Б и П величине К (табл. 11.2).
Низкая интенсивность бика и связанная с этим низкая самоорганизация определяют малую устойчивость ландшафта к антропогенному воздействию. Тундровый ландшафт трудно и медленно восстанавливается. Поэтому в тундре роль ландшафтно-геохимического анализа при решении экологических задач резко возрастает.
Систематика
На территории России в тундровом типе выделяется 5 отделов: A. Умеренно-континентальные тундры без многолетней мерзлоты (запад Кольского полуострова). Б. Умеренно-континентальные и континентальные тундры с многолетней мерзлотой (европейская Россия и Западная Сибирь). B. Резкоконтинентальные тундры с многолетней мерзлотой (Восточная Сибирь). Г. Приокеанические и океанические мерзлотные тундры (Чукотка, Охотское побережье, часть Камчатки и др.). Д. Приокеанические тундры без многолетней мерзлоты (Командоры, юг Камчатки, Курилы и др.). Таблица 11.2 Показатели бика Северная тайга (ельники) Тундра кустарничковая Аридные ландшафты (сухие степи, пустыни) А. Показатели, сближающи е тундру со степями и пустынями Биомасса Бр ц/га 1000 280 10-100 Корни в % от биомассы Б4 22 83 80-90 Ежегодный прирост Пр ц/га 40 25 5-42 Опад, О, ц/га 35 25 10-42 Б. Показатели, сближающие тундру с северной тайгой Подстилка 03, ц/га 300 835 15
В этих отделах выделяются три основных семейства. В наиболее северных и холодных условиях развивается арктическая тундра, среднее положение занимает мохово-лишайниковая и южное — кустарниковая тундра. Эти семейства можно именовать северной, средней и южной тундрой. В горах они разграничиваются менее четко, чем на равнинах, и чаще называются горной тундрой.
В пределах семейств выделяются те же классы, роды и виды, что и в северной тайге. В равнинной тундре преобладают ландшафты кислого глеевого класса, в горной — кислого. В европейской России южно-тундровое семейство занимает особую подзону с сравнительно теплым летом (температура самого теплого месяца 10—11°С). Кроме трав, мхов и лишайников здесь растут кустарники — ерники (березки), ивы и т.д. Геоботаники выделяют зональную формацию растительности — ерниковую тундру.
Южнотундровые ландшафты кислого класса формируются на скальных породах в условиях расчлененного рельефа, частично на песках, т.е. примерно в тех же местах, что и кислая северная тайга. По В.О. Таргульяну, выветривание и почвообразование здесь также аналогичны северной тайге. Отличие состоит в меньшей скорости выветривания и меньшей мощности почв, в еще большей "сжатости", "карликовости" почвенного профиля (тундровые подбуры). Как и в северной тайге, в кислой южной тундре воды ультрапресные, резко неравновесные (и О, и РОВ).
Хорошо изучена южная тундра Кольского п-ва, для которой характерны мурманские ландшафты (группа видов). Это кислая южная тундра в области ледникового сноса, активной неотектоники и широкого распространения изверженных и метаморфических пород. Последние лишь кое-где покрыты маломощной и грубой мореной. Рельеф расчлененный с многочисленными реками и озерами (11.1). Это молодые ландшафты, ледники растаяли около 10 тыс. лет назад. Освободившись ото льда, Балтийский щит стал подниматься, что определило специфические особенности ландшафтов — молодость эрозионного рельефа, порожистость и быстрое течение рек, малую мощность коры выветривания, выход скальных пород на поверхность. Первыми видимыми поселенцами на скалах являются лишайники, лишайниковые тундры распространены очень широко. Вероятно, и здесь формирование мелкозема происходит "по Полынову" — за счет разложения остатков лишайников. В местах скопления мелкозема растительность богаче, автономный ландшафт представлен кустарниковой (ерниковой) или кустарничковой тундрой на щебнистых подбурах. По H.JI. Чепурко, в кустарничково-ерниково-вороничной тундре Хибин биомасса равна 170,3 ц/га, из которых 72% приходится на подземную часть. Ежегодный прирост (П^ составляет 23,5 ц/га (Ж1 — 13,8%, К = 0,61), а ежегодный опад (О,) — 21,9 ц/га. Таким образом, истинный прирост, равный разности между приростом и опадом, очень мал — 1,6 ц/га (в северной тайге — 10, южной — 30, во влажных тропиках — 75 ц/га). По В.В. Добровольскому, растения тундр Кольского полуострова накапливают в золе Ni, Си, Zn, Mn, Ва, Sr (А^ > 1). Вторую группу с Аг < 1 ИЛИ немного более 1 образуют Ti, Со, Ga, Be, Zr.
Скорость химического выветривания в тундре значительно меньше, чем в других зонах. По А.Е. Ферсману, пески на Кольском полуострове нередко состоят из невыветрелых зерен первичных минералов, имеют окраску, присущую исходным породам (серые, зеленые и прочие пески). Те минералы, которые энергично разрушаются в более теплом климате (например, ортоклаз, слюда), сравнительно устойчивы в тундре, адсорбция металлов глинами выражена слабее. Однако это имеет значение только для фоновых условий, в рыхлых породах над никелевым месторождением обнаружена значительная концентрация Ni в тонкодисперсной массе (Н.Ф. Майоров).
Трещинно-грунтовые воды в автономных ландшафтах гидрокарбонатно- кремнеземные и мало минерализованы (менее 100 мг/л, в Хибинах 25—40 мг/л). Среди катионов преобладают Са или Na. Как источники минерализации вод большое значение имеют атмосферные осадки, роль которых увеличивается при приближении к морскому побережью (особенно для CI, S, Na и J).
Подчиненные ландшафты представлены различными классами. В условиях менее расчлененного рельефа на мелкоземистых отложениях развиты болота, в том числе торфяники. Супераквальный ландшафт относится к кислому глеевому классу, воды имеют бурую окраску. По Ферсману, в болотах часто встречается ярко-синий вивианит, гидроксиды Fe и Мп содержат особенно много воды. Озера сравнительно богаты РОВ.
В условиях более расчлененного рельефа вода озер очень чистая и прозрачная, богата кислородом, с относительно высоким содержанием Si02. Реакция воды нейтральная и слабощелочная. В таких озерах живут диатомовые водоросли, вообще характерные для холодного климата, после смерти которых на дне отлагается диатомовый ил, содержащий до 95% Si02. Диатомит беден Fe203 (не более 3%) и является ценным полезным ископаемым.
Реки имеют ультрапресную воду, местами со значительным содержанием РОВ. В минеральном питании, вероятно, большую роль играют атмосферные соли. Так, показатель ионного стока реки Териберки в приокеанической части Кольского п-ова составляет для С1 2,71 (Рс1) и для S04 — 1,40, а река Поной, протекающей по более глубинным районам, — соответственно 0,66 и 0,44. Большая минерализация вод Териберки (23,4 мг/л против 14,9) объясняется, вероятно, влиянием океана. В Хибинах минерализация рек составляет 15—30 мг/л.
Особые виды мурманских ландшафтов приурочены к щелочным породам Хибинских и Ловозерских тундр. Нефелин, содалит, эвдиалит, ферсманит, ловчоррит, апатит и другие минералы щелочных пород сравнительно легко поддаются выветриванию слабокислыми водами. Поэтому здесь повышается роль А1, который энергично участвует в бике и водной миграции. Уникальные щелочные и сильнощелочные подземные воды массивов нефелиновых сиенитов, по С.Р. Крайнову, по сравнению с водами в средних и основных породах содержат в десятки и сотни раз больше фтора, ниобия, титана, редкоземельных элементов. По А.С. Дудыкиной и Е.И. Семенову, черника, мятлик, береза и почвы на нефелиновых сиенитах содержат значительное количество Ti, Zr, Nb, La, Y, Be, Sr, которые здесь входят в состав легко выветриваемых минералов и поэтому доступны растениям. Ландшафты щелочных массивов Хибин — особая биогеохимическая провинция.
По Т.Т. Тайсаеву, в горных тундрах Саян на участках, сложенных черными углеродистыми сланцами, на рудных полях развивается более пышная растительность, формируются "зверовые солонцы", обильна фауна травоядных, реки богаты рыбой крупных размеров и т.д. Это ландшафты улучшенного минерального питания организмов.
Южнотундровые ландшафты кислого глеевого класса развиты на бескарбонатных мелкоземистых отложениях в условиях равнинного или расчлененного рельефа. Особенно типичен Н—Fe-класс для равнинной тундры, сложенной суглинистыми и глинистыми четвертичными отложениями. Кислая глеевая южная тундра простирается сплошной полосой в европейской России (п-в Канин, Большеземельская тундра). Это преимущественно мерзлотные ландшафты.
Многолетняя мерзлота в автономном ландшафте является важным геохимическим фактором
Даже в наиболее теплую погоду тундровая глеевая почва просыхает лишь на 5—10 см. Как и в северной тайге, глеевые процессы несколько ослаблены по сравнению с более южными зонами, почва с рН, близким к 4, содержит подвижные фульвокислоты. Характерна высокая подвижность не только Fe, но и А1. Многолетняя мерзлота благоприятствует криогенному перемешиванию почвенной массы, ее вымораживанию и выпучиванию, солифлюкции. Это ослабляет дифференциацию почвы на горизонты. Местами почвы оподзолены.
Медленное разложение органических остатков определяет очень слабую минерализацию вод, богатых РОВ. Почвенные воды автономных ландшафтов — кислые глеевые ультрапресные гидрокарбонатно-кремнеземные, бурые от РОВ. Отсюда резкий дефицит многих элементов в почве, особенно доступного N (минеральное голодание растений). Низкая минерализация вод в значительной степени обусловлена биком: растения активно поглощают из почвы растворимые формы К, Са, Р, S и др., которые очень медленно возвращаются в почву, задерживаясь в оторфованном верхнем горизонте. В этом, вероятно, одна из причин относительно малой зольности тундровых растений и широкого распространения среди мхов и лишайников. Следствием ослабленного бика является минеральное голодание животных, особенно весной, когда олени начинают поедать мелких грызунов, птиц, яйца, рыбу, глодать кости, пить морскую воду.
Супераквальные ландшафты близки к автономным. Это болота с более мощным торфом, под которым залегает глеевый горизонт.
Автономные и супераквальные ландшафты кислой глеевой тундры получают одинаковое количество тепла, увлажнение в обоих случаях высокое, в связи с чем геохимическая контрастность ландшафтов невелика. Этим объясняется их внешнее однообразие и монотонность, слабая централизация. Механическая миграция крайне мала, так как влагоемкая моховая дернина предохраняет почву от размыва.
В кислой глеевой равнинной тундре много рек и озер. Их мутность минимальна — 20 мг/л. Сильная заболоченность определяет преобладание озер с коричневой водой, богатой РОВ. Вода имеет низкий рН (местами ниже 4). Низкая температура воды обусловливает высокую растворимость кислорода, резкую неравновесность среды. По этому показателю тундровые воды аналогичны кислым болотным водам тайги и влажных тропиков.
Там, где в ландшафты поступают извне растворимые минеральные соединения, бик усиливается, растительность становится пышнее, в ней возрастает роль цветковых растений и уменьшается роль мхов и лишайников. Подобные условия создаются в поймах некоторых рек, обогащающихся в половодье плодородным илом, на птичьих базарах, в местах стойбищ, на днищах спущенных озер, вокруг песцовых нор и т.д. По В.Н. Андрееву, в Болыпеземельской тундре высокие заросли поемных трав создают впечатление далекого юга. В Малоземельской тундре заливные пойменные луга также имеют высокий травостой, для них характерно изобилие злаков, наличие бобовых, отсутствующих в автономном ландшафте. Луговинные тундры развиваются также вдоль ручьев и речек, на дне былых озер и т.д. На Камчатке густым травяным покровом отличаются тундры, периодически засыпаемые вулканическим пеплом. Следовательно, не климат является непосредственной причиной широкого развития мхов и лишайников в кислой глеевой южной тундре — основная причина в низком содержании элементов питания растений в почве, консервативный бик.
Геохимические особенности определяют многие стороны сельскохозяйственной и гигиенической оценки ландшафтов. Главная черта — дефицит макро- (N, Р, К, Са и др.) и микроэлементов. В животноводстве, в частности, в оленеводстве требуется минеральная подкормка. Для полного обеспечения культурных растений необходимы более высокие концентрации питательных веществ в почвенном растворе, чем в умеренном поясе. Земледелие в южной тундре возможно, но оно требует значительно больших доз минеральных удобрений.
Южнотундровые ландшафты кальциевого и переходного (от кальциевого к кислому и кислому глеевому) классов. Эти ландшафты распространены в районах развития известняков, доломитов, карбонатной морены и других карбонатных пород. Как и в тайге, здесь увеличивается емкость и скорость бика, растительный покров пышнее, в нем меньше мхов и лишайников. Бик во многих случаях определяет кислую реакцию верхнего горизонта почв, причем в одном горизонте присутствуют и кислые органические вещества, и обломки известняков (Н—Са-класс). Книзу реакция становится нейтральной и слабощелочной, водная миграция протекает по тому же типу, что и в северной Са-тайге. Известны ландшафты и с нейтральными почвами (Са-класс).
Тундры с сернокислым классом водной миграции азональны и встречаются во всех семействах. Окисление сульфидов в холодном климате протекает здесь еще медленнее, чем в северной тайге, сернокислая миграция выражена слабее. Мощность зоны окисления сульфидных месторождений часто крайне мала. Это особенно относится к Кольскому полуострову, где современные процессы окисления начались не ранее 10 тыс. лет назад. По Ферсману, в сульфидных жилах Монче-Тундры окисление проникло лишь на глубину первых метров, а в прибрежных районах — сантиметров. Тем не менее воды зоны окисления кислые сульфатные, обогащены металлами. Как и в тайге, в зоне окисления накапливаются легкорастворимые сульфаты тяжелых металлов. В условиях активной неотектоники окисление нередко не поспевает за эрозией, и неокисленные сульфиды залегают на поверхности. Энергичный размыв приводит к переотложению сульфидов в аллювии, что установлено Н.И. Сафроновым в горных тундрах Северо-Востока России.
В палеогене и миоцене в Субарктике климат был теплее современного, росли леса, и химические процессы в почвах и коре выветривания протекали интенсивнее. Формировались выщелоченные коры выветривания и глубоко проработанные зоны окисления. В дальнейшем, с похолоданием и развитием многолетней мерзлоты эти образования законсервировались. Распространение таких кор выветривания можно ожидать на участках пенепленизированного рельефа. Районы с сильно расчлененным молодым рельефом неблагоприятны для сохранения реликтовой зоны окисления.
На участках сульфидных месторождений образуются сернокислые ландшафты, формируются вторичные ореолы рассеяния в почвах, водах, растениях. Все это позволяет использовать литохимические, гидрогеохимические и биогеохимические методы поисков, методика которых разрабатывается с учетом особенностей ландшафтов (В.В. Добровольский, A.M. Иванова, Н.Ф. Майоров, И.А. Морозова, В.М. Питулько, Н.И. Сафронов, Т.Т. Тайсаев, Н.П. Чибисов, C.JI. Шварцев и др.).
Тундры с соленосно-сульфидным классом водной миграции (тундровые солончаки) распространены по берегам морей, где морские воды во время приливов участвуют в формировании грунтовых вод. Во влажном климате испарительная концентрация элементов не характерна, поэтому развивается энергичный бик, в растительном покрове много луговых и болотных трав и мало мхов. Биомасса значительно больше, чем на морских побережьях пустынь. Здесь растут и солянки, в том числе солерос (Salicornia herbacea), распространенный и в пустынях Средней Азии. В торфянистых почвах развивается десульфуризация, образуются H,S и сульфиды Fe. В районе Мезенской губы такие ландшафты называются "лайдами", в Малоземельной тундре — "тампами". Хорошие пастбища, они представляют большую хозяйственную ценность. Лесотундровые и тундрово-таежные ландшафты
В Хибинах, на Урале, в горах Сибири нередко одна и та же возвышенность в верхней части представляет собой тундру, а в нижней — тайгу. Подобные возвышенности и склоны мы рассматриваем как единый геохимический ландшафт, объединенный стоком. Это особый тундрово-таежный тип, специфика которого определяется сочетанием тундры и тайги.
|
|
|
|
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