Биокосная система почвы это

Биокосная система почвы это

Почва — верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:

— минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

— детрит — отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

— множество живых организмов от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.

Таким образом, почва — биокосная система, основанная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех ее составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков разнообразных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса определяет плодородие почвы.

Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после смерти и разложения растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву. Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки. Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот веществ в почве.

В искусственных агроценрзах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится бесплодной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения.

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко его нарушает вмешательство человека. В результате развития его хозяйственной деятельности происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение.

Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к возникновению эрозии почвы — разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром.

Плодородие почвы считают возобновимым ресурсом, но время, необходимое для его восстановления, может исчисляться многими сотнями и даже тысячами лет. На земном шаре ежегодно теряются миллиарды тонн плодородного почвенного слоя, что превышает объем вновь образующихся почв. Поэтому эрозия в настоящее время стала всемирным злом.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

Загрязнение почвы приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере. Кроме того, вредные вещества включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

Смотрите также

Мед и медоносная база
Великие и удивительные свойства мёда по достоинству оценил уже древний человек. Как продукт питания эта сладость занимала видное место у всех народов. Но не только пищевые свойства обусловили славу .

Расширение гнезд, когда в природе нет взятка. Побудительная подкормка
Некоторые пчеловоды для увеличения расплода в безвзяточное время применяют подкормку семей небольшими порциями разведенного меда (на 1 кг меда два стакана воды) или жидкого сахарного сиропа (на 1 .

Собираем урожай
Мед на пасеках летом откачивают на месте. Для этого на отдаленном расстоянии от ульев ставят палатку или сооружают временную будку. Перед тем, как приступить к выемке сот, наполненных медом из улья .

Источник

Биокосные системы (коры выветривания, почвы, природные воды, илы)

В соответствии с системным принципом организации биосферы, а также с тем, что в основе ее функционирования лежат круговороты веществ и энергии, современной наукой сформулированы биохимическая, термодинамическая, био-геоценотическая, кибернетическая концепции биосферы.

Согласно В.И. Вернадскому, биосфера — это такая обо­лочка, в которой существует и существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась и подвергается воздействию живых организмов.

Эта оболочка включает в себя:

· живое вещество, образованное совокупностью организ­мов;

· биогенное вещество, которое создается и перерабатыва­ется в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмо­сферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);

· костное вещество, которое образуется без участия жи­вых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты);

· биокостное вещество, представляющее собой совмест­ный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Биокосные системы Земли разных уровней организации (почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты, артезианские бассейны, моря, океаны и др.) являются естественно-историческими образованиями, сформировавшимися в конкретной геохимической обстановке при участии живого вещества в процессе развития физико-географической оболочки.

Как и все другие объекты Природы, биокосные системы обладают энергоинформационной и физической структурами.

Энергоинформационная структура, в силу специфических ее свойств, несет информацию о развитии биокосных систем; находится в непрерывном взаимообмене на уровне энергии и информации с конкретно-материальной физической структурой и способна оказывать на нее влияние путем передачи информации по голографическому принципу.

Изменение энергоинформационной программы развития биокосных систем может быть обусловлено внутренними, в результате аутоэволюции, и внешними факторами, обусловленными действием активных химических веществ, повышенного радиоактивного фона, магнитных и гравитационных полей, космических излучений, энергоинформационных и информационных воздействий и др.

Изменение энергоинформационной структуры биокосных систем ведет к адекватным изменениям их физической структуры.

Энергоинформационные структуры биокосных систем находятся во взаимосвязи с аналогичными структурами своего окружения, изменяясь и оказывая влияние на другие системы.

Под биокосными понимаются системы, для которых характерно взаимопроникновение живых организмов и неорганической (косной) материи. В ходе кругооборота биокосные системы не возвращаются в прежнее состояние, для них характерно поступательное развитие. В результате кругооборота формируется окислительно-восстановительная зональность биокосных систем. Например, в верхней зоне озер, где развит фотосинтез и О₂выделяется растениями, формируется окислительная обстановка, в глубоких частях, где происходит разложение органического вещества, растет содержание в воде СО₂, а в илах может сложится восстановительная (глеевая или сероводородная) среда.

Так в озерах формируется окислительно-восстановительная зональность, тоже происходит и в других биокосных системах и биосфере в целом. Следовательно, работа живого вещества создает резко окислительные условия на земной поверхности и резко восстановительные в болотах, илах и особенно подземных водах.

Геохимическое своеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной, физико-химической и механической миграции. По уровням организации среди них выделяются низкоорганизованные (почвы, илы, коры выветривания) и более высокоорганизованные (ландшафты, моря, океаны и т.д.).

Во всех биокосных системах происходит взаимодействие горных пород с природными водами и организмами. Характерны два противоположных процесса: выветривание и цементация. Для первого (выветривания) типичен вынос из пород элементов – водных мигрантов (Ca, Mg, K, Na) и присоединение воздушных мигрантов (О₂, Н₂О, СО₂). Для цементации наиболее характерны аккумуляция водных мигрантов на геохимических барьерах, уменьшении пористости. Выветривание и цементация – разные стороны одного процесса, но в конкретных системах соотношение между ними неодинаково. Выветривание особенно широко развито в почвах и коре выветривания, хотя происходит и цементация; в водоносных горизонтах доминирует цементация.

Все биокосные системы литосферы богаты свободной энергией и неравновесны, дифференцированы в пространстве, и в них формируется окислительно-восстановительная и кислотно-щелочная зональность.

Почва – это верхний горизонт литосферы, вовлеченный в биологический кругооборот при участии растений, животных и микроорганизмов; это область наивысшей геохимической энергии живого вещества. Геохимическая сущность почвообразования заключается в разложении органических веществ микроорганизмами. Эти процессы интенсивны во влажных тропиках и угнетены в тундре. В почвах происходит биогенная аккумуляция веществ, направленная снизу вверх, а также нисходящая миграция водных растворов, вызывающих выщелачивание. Почвообразование приводит к дифференциации элементов, то есть, однородная горная порода превращается в неоднородный зональный почвенный профиль со многими горизонтами. И с геохимической точки зрения сущность почвообразования состоит в окислительно-восстановительных реакциях; для всех почв характерна окислительно-восстановительная зональность, которая отражает процессы разложения органических веществ.

Выделяют почвы окислительные (сухопутные растительные), в том числе черноземы, буроземы, каштановые почвы равнин) и восстановительные: глеевые (почвы заболоченных равнин влажного климата) и сероводородные (солончаки и некоторые другие).

Ил – природное тело, аналогичное почве, где роль атмосферы занимает гидросфера. Для илов также характерен профиль, расчленяющийся на горизонты, окислительно-восстановительная зональность, геохимические барьеры. Характерно постоянное увлажнение, при образовании ила не принимают участия высшие растения, он более однороден, чем почва.

Систематизируются илы по окислительно-восстановительной обстановке. Окислительные илы образуются в океанах, морях, реках, где господствуют кислородные воды, преимущественно на небольших глубинах в прибрежных частях океанов и морей или на больших глубинах, но там где в холодной воде растворено много О₂ и мало органики (например, красные глубоководные глины Тихого океана). Глеевые илы – в озерах влажного климата, где разлагается много органического вещества. В озерах лесной зоны формируются глеевые илы – сапропели. Сероводородные илышироко развиты в морях, океанах, озерах степей и пустынь.

Источник

Почва как биокосная система 2 глава

Кроме щелочно-кислотных условий в некоторых почвах важное значение приобретает степень минерализации вод. Так, нейтральные и слабощелочные воды можно разделить на маломинерализованные (пресные кальциевые) и сильноминерализованные — хлоридно-сульфатные натриевые.

Каждая среда водной миграции в почве характеризуется определенным сочетанием окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, а также степенью минерализации вод, как это показано в табл. 1.

Таблица 1. Основные геохимические классы почв, илов, коры выветривания, водоносных горизонтов, ландшафтов

Всего по этим параметрам выделяется 15 основных геохимических обстановок миграции. Для каждого класса характерна, с одной стороны, определенная ассоциация элементов, а с другой — «запрещенная ассоциация элементов», малоподвижная в данных условиях. Так, например, в содовых кислородных водах легко мигрируют натрий, литий, фтор, молибден, уран, ванадий, натрий, бор и многие другие элементы, но эти воды «запрещены» для железа, кальция, магния, бария, стронция.

Сочетание окислительно-восстановительных и щелочнокислотных условий, а также степень минерализации вод определяют основные классы водной миграции. Каждый класс характеризуется вполне определенными химическими особенностями, типоморфными элементами.

В почве может быть один или несколько классов миграции: в горизонте А — один, в В₁ — другой, в В₂ — третий и т. д. Пятнадцатью классами не исчерпывается все разнообразие водной миграции, однако они, несомненно, наиболее распространены. По профилю почв наблюдается закономерная смена классов водной миграции. Так образуется геохимическая зональность почв. Например, в подзолах тайги, в солонцах сухих степей на расстоянии 20—50 см сменяется несколько геохимических обстановок.

В дальнейшем мы будем говорить о почвах кислого класса, кальциевого, кислого глеевого, обозначая их символами типоморфных элементов: Н-класс, Са-класс, Н—Fe-класс и т. д. Имеются и промежуточные классы: Н—Са, Са—Na и т. д. Нетрудно убедиться, что эти построения представляют собой дальнейшее развитие идей Гедройца о типах почвообразования, выделенных по обменным катионам. Но имеются и различия: классы, выделяемые автором, в отличие от построений Гедройца не являются самыми крупными таксонами, т. е. по типоморфным элементам выделяются не самые крупные единицы классификации. Типоморфный элемент не всегда обменный катион. Если для черноземов и подзолистых почв это имеет место, то для солончаков типоморфными элементами являются не обменные катионы, а элементы растворимых солей.

Рассмотрим на нескольких примерах применение геохимических принципов классификации. В первом ряду почв с преобладанием окислительной среды особенно много типов. Как уже отмечалось, компасом здесь служит докучаевская зональность.

Самостоятельным типом являются тундровые почвы, которые в качестве единицы разного таксономического ранга выделяются во многих современных почвенных классификациях. В этом типе существуют почвы кислого класса (тундровые подбуры — по В. О. Таргульяну), кальциевого класса (в горах на карбонатных породах), кислого глеевого класса (на равнинах) и карбонатного глеевого (на равнинах, сложенных карбонатными породами).

Рис. 5. Дерново-подзолистые почвы кислого класса (А ), широко распространенные в таежной зоне, и дерново-карбонатные почвы кальциевого класса (Б )

1 — кислое выщелачивание Fe, Al, Са, Mg, Mn, Na, Cu, Zn, Cl, S и т. д.; 2 — нейтральное и слабокислое выщелачивание Са, Mg, Na, Mo, Mn, Cl, S; 3 — биогенная аккумуляция; 4 — горизонты энергичного выщелачивания; 5 — иллювиальные горизонты (вмывания); 6 — карбонатная кора выветривания известняков; 7 — коренные породы

К особому типу относятся и таежные немерзлотные почвы , среди которых преобладают кислые почвы (классические подзолистые и дерново-подзолистые), но есть и кальциевые (перегнойно-карбонатные на известняках), кислые глеевые (подзолистые глеевые), карбонатные глеевые (рис. 5). В типе буроземных почв также выделяются все указанные классы.

Для сравнения приведем классы, характерные для типа пустынных бореальных почв (пустынь «казахстанского типа»). Здесь имеются почвы кальциевого класса (в горах и мелкосопочнике на скальных породах), кальциево-натриевого (наиболее распространенные почвы полынных пустынь), соленосного (на засоленных породах при глубоких грунтовых водах), содового (солонцы сухих степей). Встречаются в пустынях и почвы сернокислого класса, например на участках окисления сульфидных руд или пиритоносных глин.

Аналогично можно расчленить на классы сероземы, коричневые, красноземы и другие типы почв.

Ко второму ряду почв с восстановительной глеевой обстановкой относятся в основном различные болотные почвы, характеризующиеся близким залеганием грунтовых вод. Нет сомнения, что тундровые болота отличаются от таежных, лесостепных, степных и тропических по температурному режиму. Эти различия автор расценивает на уровне типа и предлагает выделять тундровые, таежные, лесостепные, влажные тропические и прочие болотные почвы. В каждом типе имеются по крайней мере два класса — кислый глеевый (на мягких водах) и карбонатный глеевый (на жестких водах). В лесостепи и степи известны болотные почвы содового глеевого класса, например в Барабинской низменности, где они ассоциируются с солонцами. Значительно менее распространены почвы сернокислого глеевого и соленосного глеевого классов.

Почвы третьего ряда с восстановительной сероводородной (сульфидной) обстановкой также включают преимущественно болотные и частично засоленные почвы. Среди типов отметим тундровый (тундровые солончаки с H₂S по побережью Ледовитого океана), маршевые приморские почвы лесной зоны, почвы тропических мангровых зарослей, шоровые солончаки пустынь и сухих степей, почвы осолоненных болот пустынь и др. Число классов в этом ряду особенно ограниченно — преобладает сульфидно-соленосный класс.

Приведенный краткий и далеко не полный обзор все же позволяет установить, что число основных классов невелико и не превышает первого десятка. Как видно, в разных типах устанавливаются одни и те же классы, что, с позиций автора, представляет не только практические удобства при пользовании классификацией, но имеет и глубокий генетический смысл.

Необходимо дать разъяснение еще по одному вопросу. Как известно, почва состоит из различных горизонтов, причем нередко в одной и той же почве верхний горизонт — окислительный, нижний — глеевый и т. д. Как же в таком случае определить ряд и класс почв?

Это затруднение преодолимо с помощью введенного автором понятия о центре почвы. Известно, что в общей теории систем различают «централизованные системы», для которых характерен «структурный центр», играющий ведущую роль в данной системе (например, Солнце в солнечной системе). Структурный центр определяет связь и единство всей системы. К централизованным системам относятся высшие животные (центр — мозг), атом (ядро), клетка (ядро), предприятие (дирекция), армия (командующий) и т. д. Почвы в большинстве случаев принадлежат к централизованным системам, причем центром почвы, как правило, служит ее верхний горизонт А, где наиболее энергично идет разложение органических веществ, а следовательно, и выделение энергии, происходят наибольшие преобразования минеральной части и т. д. Поэтому при классификации почв — отнесении их к определенному ряду и классу — за основу следует брать геохимические особенности ее центра, т. е. горизонта А . Этот критерий позволяет в большинстве случаев при наличии в почве геохимической зональности, в том числе и окислительно-восстановительной, правильно оценить роль каждого горизонта и классифицировать почву. Однако выделение центра не должно быть формальным. Например, в солонцах в качестве центра фигурирует уже не горизонт А, а солонцовый горизонт В с обменным натрием.

Классификация, как известно, является одной из самых сложных проблем многих естественных наук. Это та проблема, по которой наиболее часто мнения ученых расходятся. Не избежало этой участи и почвоведение (советская, американская, французская и прочие классификации).

Приведенные выше рассуждения на эту тему не претендуют на разработку новой классификации почв, так как они не охватывают всего материала, не дают системы таксономических единиц. Скорее, это — некоторые принципы, которые, по мнению автора, следует использовать при построении геохимической классификации почв. Эти принципы позволяют с единых позиций рассматривать почвы и другие биокосные системы, о чем будет подробно рассказано в последующих разделах книги.

Илы — подводные почвы

Во многом аналогичны почвам речные, озерные и морские илы. «Ил. является природным телом, у которого существует очень глубокая аналогия с почвой. Это подводные почвы, где гидросфера занимает место атмосферы», — писал в 1936 г. В. И. Вернадский[7]. Как и почвы, илы зависят от климатических (главным образом термических) условий и в своем размещении подчиняются закону зональности. Они содержат коллоидную фракцию, в них протекают обменные реакции, по вертикали илы расчленяются на горизонты (рис. 6). Однако в отличие от почв илы — это двухфазные системы (твердая + жидкая фаза), они растут снизу вверх и, следовательно, не имеют материнской породы. В образовании илов, как правило, не принимают участия высшие растения, илы характеризуются постоянным увлажнением. Все это определяет меньшее разнообразие илов по сравнению с почвами, их большую однородность в пространстве. (Вспомним, как сильно различаются почвы по условиям увлажнения — от крайне сухих почв пустынь до постоянно влажных болотных почв тайги и тундры, как различаются почвы в одном и том же районе, на гранитах, известняках, базальтах, кварцевых песках, сланцах и других горных породах.)

Рис. 6. Расчленение ила по вертикали под влиянием микробиологической деятельности, диффузии и других процессов на горизонты (I, II, III, IV) — аналоги почвенных горизонтов (по Н. М. Страхову, 1954).

1 — формирование минеральных новообразований; 2 — интенсивность деятельности бактерий и их ферментов; 3 — перераспределение вещества в осадках с образованием цемента и конкреций; 4 — уплотнение осадка (литификация); 5 — дегидратация водных минералов и перекристаллизация

Николай Михайлович СТРАХОВ (род. в 1900 г.)

Изучение илов составляет важную задачу геологии, которая видит в них первую стадию формирования осадочных горных пород. Особенно большое значение в этом отношении имеют труды акад. Н. М. Страхова.

Илы — биокосные системы, так как они содержат органические остатки, являются ареной деятельности многочисленных роющих животных (илоедов и др.) и, наконец, что самое главное, содержат огромное количество микроорганизмов, разлагающих органические остатки. Поэтому илы, как и почвы, это — неравновесные динамические биокосные системы, богатые свободной энергией. Сущность илообразования заключается в разложении органических веществ, в окислительно-восстановительных реакциях. И для илов характерна окислительно-восстановительная зональность (рис. 7).

В соответствии с принципом централизации при геохимической классификации илов автор главное значение придает составу верхнего горизонта ила. Среди илов отчетливо выделяются три ряда: окислительный, глеевый и сульфидный (сероводородный).

Рис. 7. Зональность илов океана (вверху) и озера Байкал (внизу) (по Н. М. Страхову, 1960, упрощено).

О — окислительная зона; В — восстановительная зона: слабовыраженная (вертикальная штриховка) и сильновыраженная (клетка); 1 — окислы железа, окрашивающие окислительную зону в бурый цвет; 2 — участки, обогащенные железом и марганцем; 3 — железомарганцевые конкреции; 4 — равномерно окрашенные слабожелезистые ржавые пятна; 5 — марганцевые (черные) пятна; 6 — вивианитовые пятна

Окислительные, глеевые и сероводородные илы. Окислительные илы образуются в океанах, морях, озерах и реках — всюду, где в илах господствуют кислородные воды, создаются условия для перемешивания вод. Окислительная среда характерна для прибрежных песков, зоны волнений, но она также распространена и на больших глубинах, где мало органических остатков, а холодная вода богата растворенным кислородом. Так, например, около 50% площади дна Тихого океана покрыто «красной глубоководной глиной». Этот ил осаждается на глубинах более 4500 м с очень малой скоростью — за 1000 лет образуется лишь несколько миллиметров ила.

Окислительные илы преимущественно имеют желтую, бурую, красную окраску, обязанную гидроокислам трехвалентного железа.

Глеевые илы характерны для озер, расположенных во влажном климате, например в тундре, тайге, влажных тропиках. В этих ландшафтах продуцируется много органического вещества, а сульфатов в водах мало. Здесь развивается восстановительная обстановка без сероводорода (глеевая). Железо и марганец восстанавливаются, илы приобретают сизую, зеленоватую, серую, охристо-сизую окраску. В глеевых илах накапливается много органического вещества; к таким илам относятся типичные сапропели (гнилые озерные илы).

Сероводородные (сульфидные) илы широко распространены в морях и океанах, озерах степей и пустынь, где преобладают сульфатные воды, развивается десульфуризация, продуцируется H₂S, образуются сульфиды железа. Эти илы имеют серый, черный и синеватый цвет (за счет гидротроилита — FeS · n H₂O).

К сульфидному ряду относится синий ил океанов и морей, открытый еще в XIX в. экспедицией Челленджера. Он распространен на глубине от 200 до 5000 м, содержит рассеянное органическое вещество, пирит и гидротроилит.

Геохимические типы илов. Несомненно, что на илы оказывает влияние термическая зональность климатов. Например, окислительные илы мелководных полярных бассейнов отличаются от окислительных илов мелководий тропиков с их теплыми водами. Здесь различны и скорость микробиологических процессов разложения органических остатков, и состав самих остатков (иные флора и фауна). Аналогично глеевые илы тундры отличаются от глеевых илов влажных тропиков. Все это позволяет говорить о типах илов, различающихся по интенсивности биологического круговорота атомов, о зональности илов. Но зоны илов существенно отличаются от почвенно-растительных зон. Так, хотя тундровой зоне соответствует особый тундровый тип почв, один и тот же тип илов распространен и в тундре и в тайге. В качестве первого приближения можно выделить тины илов по географическим поясам (илы холодного, умеренного и жаркого поясов). К типу холодного пояса относятся также глубоководные илы морей и океанов, районов многолетней мерзлоты. Однако таксономическое значение широтной поясности для геохимической классификации илов недостаточно ясно. Возможно, ее роль проявляется не на уровне типа, а слабее.

Классы илов. Эта таксономическая единица выделяется на основе представлений о типоморфных элементах и ионах, т. е. так же как геохимические классы почв (см. табл. 1). Основное значение здесь имеют щелочно-кислотные условия илов, в связи с чем в каждом ряду можно выделить: 1) сильнокислые, 2) кислые и слабокислые, 3) нейтральные и слабощелочные, 4) сильнощелочные (содовые) илы. По солености выделяются маломинерализованные (кальциевые) и сильноминерализованные соленосные (натриевые) илы.

Распространение рядов и классов озерных и речных илов СССР показано на схематической карте (типы илов не выделены). В озерах преобладают глеевые и сульфидные илы, в реках — окислительные (рис. 8). Рассмотрим несколько примеров.

Илы глеевого ряда особенно характерны для озер тундры и тайги. Здесь господствуют слабокислые и нейтральные глеевые илы. Тундровые и лесные озера богаты жизнью. В них для окисления остатков растений и животных не хватает кислорода. В результате разложение органических веществ замедляется, чему способствует и холодный климат. Постепенно на дне озера накапливается сапропель. Он богат органическими соединениями (в тихих лесных озерах — до 99%), среди которых обнаружены белки, витамины (например, В₁₂) и другие биологически активные вещества. Образование сапропеля в северной половине европейской части СССР началось после отступления ледника, т. е. более 10 000 лет назад (местами намного раньше). За это время накопился слой ила мощностью в несколько метров (максимум до 30). Сапропель представляет большую хозяйственную ценность как прекрасное местное удобрение для полей, подкормка для свиней и других домашних животных, наконец, лечебная грязь. На берегах некоторых озер с сапропелем организованы бальнеологические лечебницы.

Вместе с тем за счет накопления сапропеля происходит заиливание некоторых озер, вода их становится непригодной для водоснабжения. Поэтому очень выгодно использование сапропеля в народном хозяйстве, так как одновременно производится очистка озер. Запасы сапропеля в озерах лесной зоны очень велики. Его использование — хороший пример мобилизации внутренних ресурсов ландшафта для улучшения окружающей среды.

Среди нейтральных и слабощелочных глеевых илов преобладают карбонатные илы. Они особенно характерны для лесостепной и северной частей степной зоны. В таежной и тундровой зонах карбонатные глеевые илы образуются на участках развития известняков, доломитов, карбонатной морены и других пород, содержащих карбонаты. Это илы озер Заонежья, районов развития пермских красноцветов Приуралья и т. д. Подобные «карбонатные сапропели» еще более ценны в хозяйственном отношении, чем ранее описанные.

Рис. 8. Геохимические ряды и классы илов.

1 — окислительные, реже глеевые илы (нейтральные, слабокислые); 2 — окислительные и глеевые илы (кислые, нейтральные); 3 — окислительные и глеевые илы (нейтральные и слабощелочные); 4 — глеевые, реже окислительные илы (кислые, нейтральные); 5 — глеевые, реже окислительные и сульфидные илы (содовые, нейтральные, слабощелочные); 6 — сульфидные илы (нейтральные и слабощелочные), реже окислительные и глеевые

Сероводородные (сульфидные) илы распространены в соленых и солоноватых озерах степей и пустынь. Содержание органических веществ в сульфидных илах различное, местами очень небольшое, но его все же достаточно для восстановления сульфатов иловой воды, образования H₂S и его производного — гидротроилита. Илы имеют черный цвет (цвет гидротроилита). Сульфидные илы представляют большую ценность в бальнеологическом отношении (их свойства те же, что и черных соленых грязей солончаков). Именно черные сульфидные, богатые органическими веществами илы составили славу Сакского озера в Крыму (около Евпатории), Одесских лиманов, Тамбуканского озера под Пятигорском и многих других знаменитых грязевых курортов.

Загадки ископаемых илов. Большинство осадочных горных пород образовалось из былых озерных, морских и речных илов. Изучая породы, нетрудно восстановить и облик исходных илов. Как правило, это те же илы, что и известные нам по современным водоемам. Однако в древних водоемах были и неизвестные в нашу эпоху («вымершие») илы.

Особенно интересны в этом отношении черные металлоносные углеродистые сланцы венд-нижнепалеозойского возраста (680—410 млн. лет назад). Черным цветом сланцы обязаны органическим соединениям и графиту, сланцы содержат пирит. Исходные морские илы, несомненно, относились к сульфидному ряду, и в них развивалась десульфуризация, продуцировался сероводород. В дальнейшем илы преобразовались в черные глины, а эти последние при процессах горообразования были метаморфизованы и превращены в сланцы. В отличие от современных сульфидных илов сланцы значительно обогащены никелем, ванадием, молибденом, ураном, серебром, медью, свинцом и другими металлами. Правда, содержания металлов не столь велики, как в рудных месторождениях, и обычно не превышают 0,01%, но все же в 10 раз и более выше, чем в обычных морских глинах.

Черные металлоносные сланцы широко распространены на материках, и суммарные запасы металлов в них громадны. Поэтому нетрудно предположить, что человечество, исчерпав запасы богатых руд, приступит к эксплуатации сланцев. Недаром наш крупнейший специалист по рудным месторождениям С. С. Смирнов (1895—1947) называл сланцы рудами будущего.

Но в чем же заключается загадка черных сланцев, если установлено, что морские илы формировались в сероводородной среде? Ведь такие илы известны и в современных морях. Неясен до сих пор источник редких металлов, хотя кое-что ученым удалось установить. Изучая сланцы, многие исследователи пришли к выводу, что накопление осадков в морях прошлого происходило очень медленно, значительно медленнее, чем накопление обычных глинистых илов. Например, американский геолог В. Мак-Келви полагает, что исходный материал черных сланцев накапливался со скоростью 1 м за 600 тыс.—3 млн. лет, а обычных морских глин — 1 м за 2 тыс. лет. Рудные элементы, возможно, приносились с прилегающей суши или поставлялись подводными вулканами.

Интересно, что и после нижнего палеозоя в морях осаждались металлоносные илы, например в верхнепермских морях Западной Европы (тип «мансфельдских сланцев»), миоценовых морях США и т. д. Однако распространение их было значительно менее широким и в целом после силура (около 400 млн. лет назад) накопление металлоносных илов в морях уменьшалось.

С изучением черных сланцев связана еще одна важная научная проблема. Как полагает член-корр. АН СССР А. И. Тугаринов, такие сланцы в ходе дальнейшей истории местами подвергались воздействию магматических процессов, и металлы из них переходили в горячие газоводные растворы. Поднимаясь к земной поверхности, эти растворы отлагали в трещинах земной коры богатые металлические руды.

Так, по Тугаринову, могли образоваться рудные гидротермальные месторождения в местах, где раньше были широко распространены черные металлоносные сланцы.

Немало загадок таят в себе и красноцветные осадочные породы, цвет которых обусловлен тонкими пленками окислов и гидроокислов железа, облекающих, как рубашкой, глинистые, пылеватые и песчаные частицы. Геологические исследования показали, что красноцветы формировались в условиях сухого климата и представляют собой преимущественно осадки былых озер, речных долин, склонов.

Возраст этих пород очень различен. Известны красноцветы, образовавшиеся более 1 млрд. лет назад, но есть и «совсем молодые», неогеновые красноцветы, с возрастом в несколько миллионов лет. Неизвестны только современные красноцветы: в четвертичном периоде, начавшемся около 1 млн. лет назад, накопление красноцветов прекратилось. Как и черные сланцы, красноцветы — это вымершие породы.

Красный цвет пород говорит о том, что они образовались из красноцветных илов с окислительной средой. Очевидно, в водоемах было мало живых организмов, так как в противном случае их остатки привели бы к развитию восстановительной обстановки в илах. Действительно, в красноцветных породах обычно находят мало следов растительных и животных организмов. Многие красноцветные илы осаждались в содовых озерах. Это, например, было доказано нашими исследованиями в Каракумах, где осадки неогеновых озер содержат минерал доломит и имеют другие признаки былого содового состава вод.

Аналогичны наблюдения и по другим районам распространения красноцветов — неогеновым красноцветам Казахстана, пермским — Приуралья (в Приуралье в красноцветах был даже обнаружен минерал термонатрит — Na₂CO₃H₂O, являющийся прямым признаком содовой среды).

В физической химии доказывается, что, чем щелочнее среда, тем труднее восстанавливаются химические элементы, в том числе и трехвалентное железо. Поэтому содовый состав озерной воды должен был затруднять восстановление железа, способствовать сохранению окислительной среды в илах. С другой стороны, сильнощелочная среда, вероятно, не благоприятствовала жизни, в связи с чем содовые озера неогена были бедны организмами. Все это могло благоприятствовать сохранению окислительной среды, накоплению в озерах красноцветных илов.

Итак, возможно, что многие красноцветные илы в неогене накапливались в содовых озерах, хотя не исключается и иной состав воды. В более ранние геологические эпохи жизнь в засушливых районах была развита слабее, чем в неогене, здесь илы могли быть бедны остатками организмов при любом составе вод.

Все же причины осаждения красноцветных илов в озерах геологического прошлого и причины отсутствия четвертичных красноцветов еще во многом не разгаданы. Можно не сомневаться, что дальнейшие геохимические исследования доставят много новых фактов, необходимых для решения этого вопроса.

Кора выветривания

Граниты, базальты, известняки и другие скальные горные породы на земной поверхности разрушаются с образованием рыхлых продуктов. Этот процесс получил наименование выветривания, а образующаяся рыхлая толща — коры выветривания.

При благоприятных условиях, как, например, во влажном и жарком климате тропиков, выветривание охватывает толщу пород мощностью в десятки и даже сотни метров.

Изучение выветривания сделало большие успехи еще в XIX в., однако в то время часто не отличали почву от коры выветривания. Докучаев первым, как уже говорилось, обосновал понятие о почве как об особой природной системе. После его работ в русской, а позднее и в зарубежной науке стали четко разграничивать эти два образования.

Большинство геологов и почвоведов в настоящее время понимает под корой выветривания рыхлые продукты разрушения горных пород, образующиеся под почвой за счет поступающих из нее растворов. И для элювиальной почвы, и для залегающей под ней коры выветривания характерны инфильтрация атмосферных осадков, выщелачивание растворенных соединений, выветривание первичных силикатов с образованием глинистых минералов, формирование профиля, расчленяющегося на горизонты.

Поэтому надо отличать процесс выветривания, который протекает и в почвах, и в илах, и в других системах земной коры, от коры выветривания — особой природной системы.

Что же в таком случае отличает кору выветривания от почвы?

Для почвы характерна биогенная аккумуляция химических элементов под влиянием растительности, которая отсутствует в коре выветривания. Подвижность ряда элементов фосфора, калия, кремния и др. в процессах выветривания и биогенной аккумуляции различна (рис. 9).

В районах теплого и влажного климата под почвой часто образуется мощная, хорошо выраженная кора выветривания, в то время как в полярных районах, пустынях, районах развития многолетней мерзлоты, на крутых склонах гор кора выветривания как особая система маломощна или даже отсутствует.

Термин «кора выветривания» иногда употребляют в широком смысле, понимая под ним также и перемещенные рыхлые продукты, т. е. отложения склонов, речных долин, озер и т. д. Б. Б. Полынов в связи с этим различал остаточную (элювий) и аккумулятивную кору выветривания (делювий, аллювий и т. д.). В аналогичном смысле употреблял термин «кора выветривания» В. И. Вернадский.

Из современных ученых такую терминологию применяют акад. АН БССР К. И. Лукашев и его школа. Однако подавляющее большинство геологов понимает под корой выветривания остаточные продукты, залегающие на месте выветривания, т. е. элювий. В этом смысле термин «кора выветривания» используется и в данной книге.

Рис. 9. Миграция химических элементов в элювиальной почве (П ) и залегающей под ней коре выветривания (КВ ).

На горизонталях помещены обобщенные ряды элементов по убыванию интенсивности миграции. 1 — выветривание минералов, выщелачивание растворимых соединений; 2 — биогенная аккумуляция химических элементов под влиянием растительности

Источник