 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 15. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ И ЛАНДШАФТОВ
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
Необратимая эволюция земной коры, биосферы и ландшафтов
В ходе геологической истории увеличивалась мощность гранитного слоя, разрастались платформы, уменьшался объем и мощность вулканогенных формаций, возрастала относительная роль поднятий, континентального осадконакопления, наземного вулканизма, кислых интрузий и, соответственно, уменьшилось значение опусканий, морского осадкообразования, подводного вулканизма и основных интрузий. Наиболее резкие изменения произошли в биосфере. Так, в докембрии не было высших растений, только в девоне появились лесные ландшафты, в неогене— степи, в четвертичном периоде — тундры.
По Д.В. Рундквисту, эволюция систем земной коры направлена в сторону увеличения сложности и разнообразия. Он показал это на примере эндогенного рудообразования, но та же закономерность характерна и для биосферы. Так, в современную эпоху известны месторождения солей, известняков, железных руд и других осадочных полезных ископаемых, сформировавшиеся в мезозое. Естественно, что в палеозое их не было, дифференциация биосферы была меньше. По Е.В. Посохову, в ходе геологической истории росло разнообразие химических типов природных вод. В наибольшей степени увеличение разнообразия и сложности характерны для эволюции жизни: организмы становились сложнее, число видов увеличивалось (водоросли — покротосеменные, одноклеточные животные — млекопитающие). Разнообразнее и сложнее становились почвы, илы, ландшафты.
Развитие земной коры и биосферы в сторону увеличения сложности и разнообразия, т.е. роста негэнтропии (уменьшения энтропии), естественно, не происходило самопроизвольно. Для этого был необходим непрерывный приток энергии — в первую очередь солнечной, но также радиоактивной и другой. Это определило неравновесность биосферы, ее богатство свободной энергией. Напомним, что главный механизм превращения солнечной энергии в химическую—биологический круговорот атомов — бик.
Увеличение сложности и разнообразия биосферы не было монотонным — в отдельные эпохи происходили скачки в накоплении неорганической и биологической информации. В "критические эпохи" вымирали большие систематические группы растений и животных, существовавшие в течение десятков миллионов лет, быстро развивались отдельные систематические группы. Так, в начале кембрия в морях резко возросло число видов беспозвоночных, в конце мезозоя вымерли крупные ящеры, в начале палеогена бурно развились млекопитающие.
Периодичность развития земной коры, биосферы и ландшафтов.
Повторение в геологической истории складчатости, горообразования, влажного и сухого климата придавало геохимическим процессам разных эпох общие черты. Однако эти процессы развивались на фоне общего необратимого прогрессивного развития земной коры и биосферы, в связи с чем полной повторяемости не было. Поэтому символом периодичности служит не круг, а, как подчеркнул Б.Б. Полынов, циклоида — линия, описываемая точкой, находящейся на ободе движущегося колеса.
Продолжительность каледонского, герцинского и альпийского тектоно-магматических циклов в общем отвечает галактическому году — времени обращения Солнца вокруг центра Галактики, равному примерно 180—220 млн. лет.
С этими циклами коррелирует и периодичность в биосфере. Выделяют и более короткие тектонические циклы продолжительностью 88 млн. лет 22; 44 млн. лет 11; 22 млн. лет; 5,5 млн. лет 2 и т.д. Установлены и периодические изменения климата 400 ООО 50 000; 200 000 50 000; 45 000 25 000; 11 000 8 000 лет.
Каждый крупный цикл развития биосферы в фанерозое характеризовался в начальных и завершающих стадиях регрессиями морей, горообразованием, широким развитием аридных и семиаридных ландшафтов, сокращением биомассы, количества органического углерода в осадках, а также карбонатонакопления в морях (А.Б. Ронов) (15.1). Это нижний кембрий, силур — нижний девон, верхняя пермь — средний триас, неоген-четвертичный. В такие эпохи усиливалась динамика подземных вод, увеличивалась мощность зоны активного водообмена, роль окислительных нейтральных и щелочных процессов. Роль живого вещества уменьшалась (А.П. Перельман). При тектонических поднятиях кора выветривания смывалась и на земную поверхность выходили коренные породы, богатые Са, Mg и Na, руды, содержащие тяжелые и радиоактивные металлы. Сухой климат не способствовал выносу подвижных элементов, и организмы находили в почвах и водах значительное количество металлов, подвергались более сильному радиоактивному облучению. Условия минерального питания резко менялись, и это не могло не отразиться на эволюционном процессе. Высокое содержание Са, Р, К благоприятствовало жизни, повышенное содержание в районах рудных месторождений Си, Pb, Zn и других металлов могло быть вредным. Роды и виды, приспособившиеся в условиях предшествующей влажной эпохи к бедному минеральному питанию, частично вымирали, частично приспосабливались к новым условиям. Эпохи горообразования, развития карбонатной коры выветривания, вероятно, были эпохами качественных изменений эволюционного процесса, "взрыва видообразования", возникновения новых видов, родов, семейств. Это были эпохи хорошего минерального питания животных и растений, хорошего развития скелета. Вместе с тем это были эпохи резкого недостатка влаги, что также оказывало влияние на эволюцию.
Срединные стадии биосферных циклов, по А.Б. Ронову, отмечены крупными трансгрессиями морей, пенепленизацией рельефа, смягчением и увлажнением климата, ростом биомассы, накоплением органического углерода в осадках, энергичным вулканизмом и поступлением СО2 в атмосферу (ордовик, верхний девон — карбон, мел-палеоген). Это эпохи уменьшения мощности зоны активного водообмена, усиления роли кислых и кислых глеевых процессов. Организмы слабо обеспечивались Са, К и Na, встречали в окружающей среде мало тяжелых металлов и радиоактивных элементов. Эволюция в срединные стадии, очевидно, происходила качественно по-иному, чем в эпохи горообразования.
Проблема "вулканизм и жизнь" издавна привлекала внимание. Еще в XIX в. С. Аррениус писал, что прекращение вулканизма означало бы конец жизни, а Г. Шухерт связывал обилие жизни с количеством СО2 в атмосфере. В начале XX в. Д.Н. Соболев утверждал, что энергичное поступление СО2 в атмосферу в эпохи вулканизма вело к развитию растительности (усилению фотосинтеза) и накоплению углей. Между вулканизмом и геохимией биосферы существует следующая связь: поступление СО2 в атмосферу при извержениях — усиление фотосинтеза и энергичное разложение органических остатков — формирование мощной коры выветривания и вынос из нее металлов — углеобразование в болотах — интенсивное оглеение в болотах и миграции Fe — осаждение сидеритов и образование белых каолиновых глин — накопление карбонатных осадков в морях (А.И. Перельман).
М.И. Будыко, А.Б. Ронов и A.J1. Яншин рассмотрели историю СО2 и О2 в атмосфере фанерозоя. Изучение литологических формаций мира показало связь между объемом вулканитов и массой карбонатных осадков, с которой связано количество СО2 в атмосфере. Авторы построили кривую изменения содержания СО2, которое преимущественно колебалось от 0,1 до 0,4%. С этим связывают преобладание теплых климатов — "парниковый эффект". В неогене содержание СО2 резко уменьшилось и началось похолодание. Знание количества органического углерода в осадочных породах континентов позволило рассчитать и содержание О2 в былых атмосферах. периодичность в содержании СО2 и О2: в каледонском цикле максимальное содержание обоих газов было в ордовике, в герцинском — в нижнем карбоне, в альпийском — верхней юре и нижнем мелу; минимальные содержания приходятся на нижний кембрий, нижний девон и средний триас. С изменением химического состава атмосферы авторы связывают эволюцию организмов.
|
|
|
|
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