И регулятор газового состава атмосферы
Среди атмосферных функций почвы особо выделяется ее влияние на формирование газового состава атмосферы. Она проявляется в двух главных формах – опосредованном и прямом воздействии почвы на состав атмосферных газов. Опосредованное воздействие определяется зависимостью функционирования наземных биоценозов, контролирующих многие параметры атмосферы (содержание О2, СО2, микрогазов и др.), зависит от свойств почвы; прямое заключено в самом газообмене между почвой и атмосферой.
Долгое время считалось, что ощутимое воздействие организмов на состав атмосферы выражалось в фотосинтетической деятельности в начале одноклеточных организмов Мирового океана, а затем растительного покрова суши. В настоящее время признается, что вся геологическая история тесно переплетена с историей жизни на Земле. Существенное воздействие почв и процесса почвообразования на состав атмосферы началось намного раньше возникновения высшей растительности на суше.
В настоящее время в истории формирования атмосферы Земли выделяют три этапа [7]. Первый приурочен к началу докембрия, когда существовала первичная атмосфера и стала формироваться вторичная воздушная оболочка. По современным представлениям первичная атмосфера сформировалась из первичного газово-пылевого облака. Вторичная атмосфера возникла из газов, попавших в нее при дегазации верхней мантии и земной коры. Она состояла в основном из углекислого газа и паров воды, небольшого количества азота и водорода. В истории вторичной атмосферы выделяют бескислородный и кислородный периоды (начался 2 млрд лет назад). Переход к кислородной атмосфере связан с появлением и широким распространением автотрофных организмов (оксифотобактерий). Г. А. Заварзин подчеркивает [8], что кислородная атмосфера была сформирована до появления высшей наземной растительности. Второй этап включает основную часть докембрия – до начала фанерозоя. По-видимому, именно в это время проходило становление кислородной атмосферы. Третий этап относится к фанерозою – от кембрия до четвертичного периода включительно. Последний этап в развитии атмосферы связан с формированием континентальной биосферы и появления в ней сложноорганизованных биогеоценозов и почв.
Газовый состав современной атмосферы не находится в стабильном состоянии, он пребывает в состоянии непрерывного пространственно-временного изменения, особенно в нижних слоях тропосферы. Долгое время считали, что биогенное воздействие на атмосферу связано с растительностью суши и океана. Но в последнее время все больше исследователей подтверждают положение В. И. Вернадского о существенном воздействии почвы на состав атмосферы. Это воздействие многообразно, и далеко не все стороны этого сложного явления до конца выяснены. Остановимся на наиболее очевидных и исследованных аспектах влияния почвенных свойств и процессов на состав атмосферы.
Пористость почвы является важнейшим свойством, влияющим на газообмен: количество пор в почве составляет 10–60 % объема. Благодаря расположению почвы на стыке с атмосферой, пористому сложению и активному продуцированию газов почвенной биотой газообмен между воздухом и почвой происходит интенсивно (воздух полностью обновляется в верхнем 20-сантиметровом слое почвы от нескольких часов до часа). Скорость газообмена существенно зависит от температуры и влажности почвы и воздуха, интенсивности ветра, меняясь в тысячи раз.
Состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного, особенно по таким макрогазам, как углекислый газ и кислород: СО2 в почвенном воздухе в 10–100 раз больше, а О2 – в насколько раз меньше, чем в атмосферном. Колебания содержания этих газов в почвенном воздухе почти на 100 % определяются микроорганизмами. Кроме того, в результате деятельности бактерий в атмосферу поступает метан, сероводород, закись азота. Ландшафты Земли существенно различаются по составу и объему выделяемых газов: торфяно-глеевые почвы тундры выделяют около 0,3 т/га, а степные черноземы – 40–70 т/га СО2 в год. Существенны и сезонные колебания состава почвенного воздуха, которые, в конечном счете, влияют на внутригодичную изменчивость концентрации газов в атмосфере.
Антропогенное загрязнение атмосферы меняет ее газовый состав, а почва выступает как истинный регулятор, поглощая часть газообразных примесей. Установлено, что почвы, особенно лесные, активно участвуют в поглощении оксида углерода, в огромных объемах выделяемого промышленностью и транспортом. Поглощаются почвой также диоксид серы, сероводород, этилен, углеводороды и органические газы.
Почва как источник твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу
Значение поступления в атмосферу твердого вещества почв и коры выветривания весьма велико для биосферы и еще не вполне оценено. Из почвы в атмосферу в результате развевания поступают: мелкозем, соли с поверхности солончаков и почвенные микроорганизмы.
Ветровая эрозия, существенно усиливающаяся при антропогенном вмешательстве, поднимает с поверхности почвы огромное количество тонкодисперсного материала, особенно во время пыльных бурь. Попадающие в атмосферу частицы почвенного мелкозема оказывают разнообразное действие на происходящие в ней процессы: сильно снижается приток солнечной радиации к поверхности земли, ухудшается качество воздуха, увеличивается вероятность выпадения дождя. Ветровая эрозия усугубляет и общую эродированность почв, ухудшает качество жизни: выдувается плодородный слой почвы, переносимым мелкоземом засыпаются поселения, водоемы, снижается фотосинтетическая активность растительного покрова.
Особый интерес представляет проблема поступления в атмосферу микроорганизмов, основным источником которых служат почвы, а также брызги водной глади океанов и поверхность растений. Микроорганизмы поднимаются на значительную высоту – до 3 км, и переносятся на огромные расстояния – до нескольких тысяч км. Из-за такого переноса фактор географической изоляции для микроорганизмов не имеет значения.
Влияние почвы на энергетический режим
И влагооборот атмосферы
Воздействие почвенного покрова на тепловой режим атмосферы определяется, прежде всего, поглощением и отражением солнечной радиации. Установлено, что почвы в разных климатических поясах и в разные сезоны обладают неодинаковой способностью поглощать лучистую энергию солнца. Теплопоглотительная способность (альбедо) зависит от цвета почвы, ее влажности, структуры, рельефа и растительности. Чем меньше альбедо, тем больше солнечной радиации поглощает почва. Антропогенное вмешательство сильно меняет все перечисленные параметры и становится основным фактором в изменении радиационного баланса земной поверхности. Особенно сильно меняет альбедо массовая распашка территорий, сведение лесов, эрозионные процессы, опустынивание.
Многократный оборот водяного пара долгое время считался решающим фактором обеспечения суши влагой. Сейчас показано, что осадки за счет местного испарения на европейской территории России составляют не более 12 %, остальное формируется за счет испарения с поверхности океана. Однако местный влагоперенос сильно влияет на относительную влажность воздуха, а именно она определяет общее количество осадков. Так, при относительной влажности воздуха 40 % осадки незначительны, при возрастании ее до 50 % и более количество осадков быстро возрастает. Кроме того, значение осадков местного испарения велико и потому, что они могут предотвращать губительное действие засух или существенно ослаблять их влияние.
Роль почв в формировании влагооборота довольно существенна, т. к. она способствует увеличению количества водяного пара, выравнивая процесс влагообеспечения ландшафтов. Это имеет немаловажное значение, поскольку влагоперенос с океана на сушу подвержен частым перебоям и резким колебаниям.
Интенсивное использование почвенного покрова, приводящее к нарушению экосистем суши, вызвало аридизацию многих ее участков и учащение резких колебаний климата. В частности, участились экстремальные явления в воздушной оболочке: засухи, пыльные бури, резкое понижение температур зимой, ливни и наводнения.
Источник
Почва регулятор газового состава современной атмосферы
Проблема экологических функций почв представляется как синтез двух важнейших категорий почвенных функций – биогеоценотические (экосистемные) и глобальные (биосферные).
Почвенное звено во взаимоотношении геосфер Земли является одним из центральных, поскольку появляется все больше доказательств исключительного значения почвы в нормальном функционировании поверхностных оболочек Земли.
- 1.Гидросферные функции почв
1). Участие почвы в формировании речного стока и водного баланса.
- В зависимости от фильтрационной и водоудерживающей способности почв изменяется соотношение поверхностного и подземного стоков. Если эти показатели малы, то полный речной сток почти равен атмосферным осадкам и состоит из поверхностных вод, а питание подземными водами слабое. И наоборот.
- В зависимости от генетического типа почв изменяется поверхностный сток (минимум на черноземах, т. к. у них наибольшая водопроницаемость)
- От почвы зависит, какая часть атмосферных осадков поступит с водоразделов реки в виде поверхностного стока, а какая – в виде грунтового, что в значительной степени определяет равномерность питания рек.
2). Трансформация атмосферных осадков в почвенно-грунтовые и грунтовые воды
Грунтовые воды – подземные воды, расположенные ниже почвенной толщи и дренируемые реками.
Почвенно-грунтовые – если зеркало таких вод постоянно или временно располагается в пределах почвенного профиля.
v Изменение химического состава вод при прохождении А.О. через почвенный профиль
v Изменение газового состава А.О., так как окисление органики (расход О2 и выделение СО2) в итоге обогащение растворами карбонатов
v Обогащение А.О. химическими соединениями почв в зависимости от типа почв.
3). Почва как фактор биопродуктивности водоемов.
В результате привноса почвенных соединений водоемы получают большое количество биофильных элементов и гумуса – эвтрофирование.
4). Почвенный защитный барьер акваторий
Почвы благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное количество биофильных элементов.
НО! Возможности сорбционной функции почв не беспредельны – они снижаются возросшими антропогенными «нагрузками».
- 2.Атмосферные свойства почв
1) Почва как фактор формирования и эволюции газового состава атмосферы
v Опосредованное влияние – функционирование наземных биоценозов (которые контролируют многие параметры атмосферы – содержание О2, СО2, микрогазов и др.) зависит от свойств почв.
v Прямое – газообмен между почвой и воздушной оболочкой (В. И. Вернадский говорил: «газы биосферы те же, которые создаются при газовом обмене живых организмов»).
2) Почва – регулятор газового состава современной атмосферы
Существенное воздействие почвы на газовый состав атмосферы обусловлено также сильным различием их газовой фазы. Хотя почвенный воздух и отличается по составу в десятки и сотни раз от атмосферного; происходит высокоскоростной взаимообмен с ним.
3) Почва – источник и приемник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы
Двустороннее движение твердого вещества и микроорганизмов в системе почва – атмосфера (они попадают в воздушную оболочку с почвенной поверхности, а спустя некоторое время вновь возвращаются на нее, переместившись на большое расстояние) обусловлено потоками воздушных масс значительной силы, способных отрывать мелкозем.
4) Влияние почвы на энергетический обмен и влагооборот атмосферы
Воздействие почвы на тепловой режим атмосферы определяется поглощением и отражением почвенной солнечной радиации (динамика тепла и влаги в нижних слоях атмосферы).
Почва способствует увеличению общего количества водяного пара, поступающего в атмосферу и, посредством местного круговорота, выравнивает процесс водообеспечения ландшафтов.
3. Литосферные функции почв
1) Почва – защитный слой и фактор развития литосферы
Почвенно-растительный чехол защищает поверхность литосферы от мощного фронтального эрозионного воздействия текучих вод (в его отсутствие произошло бы). Почва уравновешивает процессы развития литосферы (эндо- и экзогенные факторы ее эволюции, внутренние и внешние источники энергии литосферы).
2) Биохимическое преобразование приповерхностной части литосферы
v Косвенная роль – без почвы (а она основная среда обитания организмов суши) активное биохимическое изменение литосферы было бы невозможно
v Непосредственное участие – почва – поставщик органических кислот, которые разлагают первичные минералы; продукты жизнедеятельности м/о мобилизуют химические элементы, законсервированные в кристаллических решетках (пример: микробиологическая деструкция минералов на ранних стадиях почвообразования).
3) Почва – источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых
Исходное накопление органогенного материала на поверхности Земли и последующая его трансформация в более глубоких слоях приводит к образованию органогенных полезных ископаемых – торфов, углей, нефти находящихся в тесной связи с почвообразованием и выветриванием находится формирование минеральных полезных ископаемых.
4) Передача аккумулятивной солнечной энергии и вещества атмосферы в недра Земли.
Почва участвует в передаче вещества атмосферы в недра Земли (в процессе почвообразования происходит поглощение газов, которые в составе почвенных соединений поступают в осадочные породы).
- 4.Общебиосферные функции почв
- Почва как среда обитания для организмов суши
v Биомасса живого вещества много больше биомассы океана
v Почвенная среда обитания – аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши
2) Роль почвенного покрова в дифференциации географической оболочки и биосферы
v Характер почвенного покрова определяет обособление зон, хотя основной фактор формирования географических зон
3) Почва – связующее звено биологического и геологического круговоротов
Биокруговорот направлен на аккумуляцию и удержание элементов на водоразделах, а в геологическом круговороте доминирует одно направление потока вещества – снос на плакорах и накопление в акваториях.
При нарушении почвенного покрова биокруговорот ослабляется, а геологический круговорот усиливается.
4) Почва как фактор биологической эволюции
v Почва – промежуточная среда (м/д водной и воздушной) через которую возможен постепенный переход от водного образа жизни к наземному без резкого изменения организации живого.
Функции почвы в наземных экосистемах
v Источник элементов питания
v Механическая опора растений
v Жизненное пространство, жилище и убежище
v Депо семян и других зачатков
v Почвенный мелкозем сорбирует м/о (больше те почвы, у которых более тяжелый мех. состав и более высокое содержание гумуса)
v Функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов (поступающие в почву разнообразные продукты метаболизма растений, м/о и животных могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность живых организмов).
Информационные функции почв
v Память биогеоценоза (ландшафта)
Почва является отражением изменения окружающей среды, так как она полностью зависит от условий среды
v Функция сигнала для сезонных и других биологических процессов
Параметры почвы – тепловой, водный, пищевой, солевой режимы – изменяются периодически. Определяет «включение» различных процессов.
Санитарная функция (переработка ежегодно попадающих отходов жизнедеятельности организмов, растительного опада, посмертных останков животных).
Источник