Почвенно-геохимические сопряжения, или почвенно-геохимические катены

При рассмотрении закономерностей сочетаний почв по элемен­там микро- и мезорельефа большинство исследователей главное внимание обращают на перераспределение по рельефу влаги, а в условиях мезорельефа — и тепла.

Не меньшее значение имеет перераспределение по элементам рельефа подвижных (в данных условиях) продуктов выветрива­ния и почвообразования и накопление их в водах, наносах и почвах нижней части склонов и депрессий. Закономерности миг­рации элементов от местных повышений к местным депрессиям рельефа — предмет изучения геохимии ландшафтов.

Б. Б. Полынов — основоположник геохимии ландшафтов, раз­вивая учение о геохимической взаимосвязи отдельных компонен­тов ландшафта (пород, почв, растительных и животных организ­мов, атмосферных, поверхностных и грунтовых вод), пришел к представлению об «элементарных ландшафтах» и их закономер­ных взаимообусловленных сочетаниях — «геохимических ланд­шафтах».

Элементарным ландшафтом Б. Б. Полынов называл «опреде­ленный элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый отдельный момент своего существования определенным растительным сообществом. Все эти условия созда­ют определенную разность почвы и свидетельствуют об одинако­вом на протяжении элементарного ландшафта развития взаимо­действия между горными породами и организмами» (Полынов, 1953).

Все разнообразия элементарных ландшафтов на земной по­верхности и связанных с ними почв Б. Б. Полынов по условиям миграции элементов объединял в три группы: ландшафты элю­виальные, супераквальные и субаквальные.

1. Элювиальные ландшафты и свойственные им почвы форми­руются на повышенных элементах рельефа, при глубоком зале­гании уровня грунтовых вод, не оказывающих влияния на почвы и растительность. В почвы элювиальных ландшафтов извне ве­щества поступают преимущественно из атмосферы; боковой при­ток с поверхностными водами отсутствует. Нормальная денуда­ция, захватывающая поверхность почв, вовлекает в почвообразо­вание все более глубокие слои почвообразующей породы, но про­ходит так медленно, что результаты ее могут быть заметны лишь в геологические промежутки времени. В этих условиях генетиче­ский профиль почвы дифференцируется за счет двух противопо­ложных процессов: 1 — поступления и вымывания веществ с атмосферными осадками из верхних горизонтов в нижние и формирования на глубине различных по составу иллювиальных горизонтов; 2 — возврата и аккумуляции органических и мине­ральных веществ в верхних горизонтах почв, благодаря биологи­ческому поглощению.

2. Супераквальные, или надводные, ландшафты и свойствен­ные им почвы формируются на пониженных элементах рельефа, в условиях, где грунтовые воды подходят близко к поверхности, влияют на почвы и растительность. Для этих почв, кроме по­ступления веществ из атмосферы, характерен приток различных элементов с поверхностными и грунтовыми водами. Поэтому в почвах супераквальных ландшафтов особенности почвообразова­ния и характер генетического профиля обусловлены не только почвообразующими породами, но и главным образом химическим составом и режимом вод.

При смене окислительно-восстановительных условий, испаре­нии и поглощении растительностью некоторые химические эле­менты и их соединения накапливаются в супераквальных почвах, здесь формируются особые горизонты абсолютной гидрогенной аккумуляции.

2. Субаквальные ландшафты — это местные водоемы, со свой­ственными им донными почвами. Привнос вещества с твердым и жидким стоком в субаквальных ландшафтах становится основ­ным процессом: донные почвы захороняются все новыми и новыми наносами. В водоемы поступают все новые порции химических элементов, реагирующих с донными отложениями, на дно водое­мов попадают остатки водных растений и животных. Часть вод­ной растительности непосредственно связана с донным суб­стратом.

Первые две группы наземных элементарных ландшафтов: элювиальные и супераквальные разделяются на подгруппы по степени геохимической автономности и транзитности мигрирую­щих элементов, обусловленных положением данного ландшафта в рельефе и его геохимической историей, связанной с развитием рельефа (Глазовская, 1964).

Элювиальные, или, как мы их называем, субаэральные эле­ментарные ландшафты подразделяются: 1) первичные элювиаль­ные, не проходившие супераквальной стадии; 2) вторичные, или неоэлювиальные, прошедшие в прошлом супераквальную стадию, сменившуюся по мере развития рельефа и его более глубокого расчленения элювиальной; 3) вторичные супераквальные, про­шедшие в прошлом элювиальную стадию, а затем, по мере повы­шения уровня грунтовых вод, сменившуюся супераквальной. Вто­ричные элювиальные ландшафты характерны для древних озер­ных, аллювиальных равнин, приморских низменностей, речных террас.

В группе супераквальных ландшафтов также можно разли­чать первичные, не проходившие ранее элювиальной стадии, и вторичные.

В естественных условиях подобные смены свойственны, как уже говорилось, слабодренированным озерно-аллювиальным рав­нинам, в пределах которых даже незначительные изменения климата в сторону увлажнения вызывают подъем уровня озер, грунтовых вод и расширения площадей субаквальных и супераквальных ландшафтов. В настоящее время значительные площади вторичных супераквальных ландшафтов связаны с орошением земель, строительством плотин и водоемов.

По степени геохимической автономности и по положению к Потоку мигрирующих химических элементов и их соединений как элювиальные, так и супераквальные ландшафты делятся на подгруппы.

В группе элювиальных ландшафтов выделяются: 1) элюви­альные геохимические автономные плоских повышенных элемен­тов рельефа; 2) трансэлювиальные геохимически подчиненные склонов; 3) трансэлювиально-аккумулятивные нижних частей склонов, делювиальных шлейфов, депрессий, с глубоким залега­нием грунтовых вод.

В группе супераквальных ландшафтов выделяются: 1) супер­аквальные автономные плоских слабодренированных водоразде­лов (ландшафты верховых болот); 2) транссупераквальные гео­химически слабоподчиненные долин крупных транзитных, по отношению данной территории, рек; 3) транссупераквальные гео­химически подчиненные долин малых рек и ручьев; 4) супер­аквальные геохимически подчиненные бессточных депрессий (рис. 20).

Рис. 20. Схема элементаряых ландшафтов, по Б. Б Полынову

Совокупность элементарных ландшафтов, сменяющих друг друга по элементам рельефа от местного водораздела к местной депрессии и связанных друг с другом миграций веществ (как в твердом, так и в жидком виде), представляет собой геохимиче­ски сопряженный ряд элементарных ландшафтов или, как его назвал Б. Б. Полынов, геохимический ландшафт. Следовательно, геохимические ландшафты — именно те территориаль­ные единицы, в пределах которых формируются ряды почв, свя­занные между собой боковой миграцией веществ. Эти парагенетические ассоциации почв можно назвать «почвенно-геохимическими сопряжениями», или «почвенно-геохимическими катенами».

Почвенно-геохимические катены весьма разнообразны и тесно связаны со всей совокупностью физико-географических условий.

Существенное значение имеют характер выветривания и поч­вообразования в элювиальных и трансэлювиальных членах гео­химически сопряженного ряда, так как именно этот фактор обус­ловливает состав и количество подвижных компонентов, которые могут участвовать в местных миграциях. Очень большое значение имеет также химический состав наземного растительного опада, потому что в случае поверхностного стока вод в первую очередь выщелачиваются и перераспределяются в пределах катены те элементы, которые извлекаются из почвы растениями. В гумидных условиях аккумуляция биогенно-важных элементов в поч­вах геохимически подчиненных ландшафтов обусловливает их более высокую продуктивность.

Столь же существенное значение имеет тип рельефа, в преде­лах которого формируется почвенно-геохимическая катена. С ти­пом рельефа связаны: а) степень расчленения и дренированности территории, а следовательно, и соотношения различных типов элементарных ландшафтов: элювиальных автономных, трансэлю­виальных, трансупераквальных и др.; б) возраст данного почвенно-геохимического сопряжения, а следовательно, и степень дифференциации веществ в геохимически сопряженном ряду почв.

В условиях молодого аккумулятивного рельефа (например, молодой моренной или эолово-аккумулятивной равнины), а также молодого эрозионного рельефа (горные склоны, где преобладает механический снос) почвенно-геохимические катены выражены слабо или отсутствуют. Наоборот, в условиях древнего стабиль­ного рельефа почвенно-геохимические они хорошо развиты. Иск­лючение представляют катены, обусловленные дифференциацией легкорастворимых солей, где формирование элювиальных и акку­мулятивных членов сопряженного ряда очень быстрое.

Катены формируются как в пределах литохимически одно­родных почвообразующих пород, так и в условиях пестрого со­става исходных пород (что особенно характерно для горных территорий). В этом случае подчиненные члены сопряженного ряда формируются под совокупным влиянием подвижных про­дуктов выветривания и почвообразования различных пород и особенно тех, продукты выветривания которых обладают наи­большей растворимостью.

Не меньшее значение имеет механический состав и связан­ная с ним водопроницаемость почв и почвообразующих пород. Об этом факторе уже говорилось выше, при рассмотрении роли рельефа как перераспределителя влаги.

Если повышенные элементы рельефа сложены хорошо водо­проницаемыми породами и почвами, то на склонах боковой сток отсутствует и все почвы принадлежат к группе геохимически автономных. Связь между почвами повышенных и пониженных элементов рельефа осуществляется через сток грунтовых вод — это «грунтово-водное сопряжение».

Если же почвообразующие породы и особенно почвы склонов плохо водопроницаемы, то воды стекают по поверхности почвы или над плотными иллювиальными (или постоянномерзлыми) горизонтами. Этот тип сопряжения можно назвать «водным поверхностно-почвенным», или «водным внутри- почвенным».

Закономерности формирования химического состава вод по­верхностно-склонового, почвенно-поверхностного и почвенно-грунтового стока изучены П. П. Воронковым (1960). На основании исследований, проведенных в различных ландшафтных и почвен­ных зонах СССР (в Карелии, на юго-востоке европейской части СССР, в Казахстане, на Алтае), П. П. Воронков установил тес­ную связь химического состава различных названных выше кате­горий вод с составом дренируемых ими частей почвенного про­филя. Им выявлены закономерности изменения химического состава вод местного стока по сезонам года в зависимости от того, из каких горизонтов поступают воды.

В результате совокупного воздействия биоклиматических, гео­морфологических, литологических факторов на пути миграции элементов от местных водоразделов к местным понижениям из­меняются условия миграции. Это в свою очередь уменьшает или увеличивает подвижность отдельных групп элементов и их сое­динений, что ведет к дифференциации вещества в пределах гео­химически сопряженного ряда почв. Задержки тех или иных групп элементов в условиях общего транзита связаны с опреде­ленного рода «геохимическими барьерами», как их назвал А. П. Перельман (1965).

Различают следующие геохимические барьеры: 1—испари­тельный, аккумуляция элементов связана с испарительной кон­центрацией растворов и последовательным выпадением наименее растворимых компонентов в осадок; 2 — сорбционный, задержка элементов обусловлена их адсорбцией; 3 — биологический, за­держка элементов обусловлена их извлечением из растворов организмами и длительной консервацией в форме органического вещества (например, в грубогумусных, торфянистых горизонтах); 4 — восстановительный, связанный с близким нахождением к поверхности застойных и слабопроточных вод и осаждением эле­ментов, растворимость которых в восстановительных условиях понижается (например, соединений серы, многих микроэлемен- тов); 5 — окислительный, образующийся при смене восстанови- тельных условий окислительными (например, при заболачивании водораздельных поверхностей окислительные барьеры располага- ются вдоль эрозионной сети, дренирующей территорию).

Рис. 21. Типы почвенно-геохимических сопряжений гумидных областей:

1 — остаточная относительная аккумуляция. Геохимические барьеры; 2 — минера­лизация органической составляющей органоминеральных комплексов; 3 — окисли тельные; 4 — биологические; 5 — направление движения веществ

Характер барьеров и их взаимное расположение и сочетание обусловливают дифференциацию и местную аккумуляцию определенных групп элементов в наносах и почвах.

На земной поверхности существует большое разнообразие почвенно-геохимических катен. Но основные типы катен связаны с определенными почвенно-геохимическими полями, располагающимися в соответствии с зонами увлажнения материков. В пределах полей характер катен связан с определенными почвенно-генетическими регионами, а в пределах одного почвенно-генетического региона — с почвенно-геоморфологическими районами. Таким образом, определенные типы сочетаний почв по рельефу представляют и определенные типы почвенно-геохимических катен.

На диаграммах (рис. 21, 22) показаны некоторые наиболее распространенные и изученные типы почвенно-геохимических катен.

Рис. 22. Типы почвеино-геохимических сопряжений семиаридных и арид­ных областей.

Геохимические барьеры: 1 — кислотно-щелочные; 2 — кристаллизация глинных минералов; 3 — испарительные; 4 — восстановительные; 5 —направление дви­жения веществ