Александр Перельман - Биокосные системы Земли

• Название: Биокосные системы Земли
• Автор: Александр Перельман
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1977

Живые организмы и неорганическая (косная) материя на Земле тесно связаны между собой и образуют в совокупности различные сложные природные системы, которые В. И. Вернадский назвал биокосными. В книге биокосные системы рассмотрены с позиций геохимии.

Характеризуя почвы, подземные воды, биосферу и другие биокосные системы, автор рассказывает не только о том, как перемещаются атомы в этих системах, но и как происходит при этом превращение энергии, изменение информации. В последнее десятилетие изучение биокосных систем приобрело особенно большое значение в связи с проблемой охраны природы и загрязнения окружающей среды. Этим вопросам также уделено внимание.

---

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

Изучение современной коры выветривания сделало за последние десятилетия большие успехи, главным образом в связи с решением практических вопросов — поисками полезных ископаемых, строительством дорог, каналов, зданий.

Некоторые виды коры выветривания содержат руды алюминия, никеля, железа, редких элементов, представляют интерес как сырье для керамической промышленности (каолин) и т. д.

Древняя кора выветривания. Выветривание протекает на земной поверхности уже несколько миллиардов лет — с момента формирования литосферы, атмосферы и гидросферы.

В отдельные геологические периоды условия для выветривания были особенно благоприятны, и мощная хорошо разложенная кора выветривания существовала на огромных пространствах. К таким периодам, например, относится промежуток времени в несколько десятков миллионов лет с конца триасового периода до начала юрского (Т3—J1). В это время, около 180 млн. лет назад, во многих районах Земли господствовал влажный и теплый тропический климат, преобладал равнинный рельеф. На месте современного великого пояса азиатских степей и пустынь в верхнем триасе и нижней юре росли тропические леса, текли полноводные реки, было много озер и болот.

В этих ландшафтах нижнего мезозоя формировалась мощная кора выветривания, остатки которой обнаружены во многих районах Урала, Казахстана, Западной Сибири. Местами она перекрыта молодыми отложениями, но часто выходит и на земную поверхность. Подобные образования получили наименование древней коры выветривания. Помимо триас-юрской коры известны и более молодые и более древние коры — докембрийские, палеозойские, меловые и т. д. (рис. 10, 11).

На древние коры выветривания обращали внимание еще ученики Докучаева К. Д. Глинка и П. А. Земятченский, известный немецкий географ Ф. Рихтгофен, однако создание особого раздела геологии — учения о древней коре выветривания — связано с именем выдающегося советского ученого И. И. Гинзбурга (1882—1965). В 1912 г. вышла из печати его книга «Каолин и его генезис», которая столь обстоятельно трактовала вопрос, что трудно было поверить, что ее автор студент Петербургского политехнического института. В дальнейшем изучение древней коры выветривания становится главным делом жизни ученого.

Энтузиаст и труженик пауки, Гинзбург изучал Древнюю кору выветривания на Урале, Украине, в Казахстане и других районах СССР. Он привлек к этой работе молодых геологов, создал группу по изучению древней коры в Академии наук СССР, организовал выпуск специальных сборников «Кора выветривания», выходящих и в настоящее время, лично опубликовал более 260 работ.

Благодаря работам И. И. Гинзбурга и его школы учение о древней коре выветривания оформилось в СССР в самостоятельный и важный раздел геологии. В 1967 г. В. П. Петровым была опубликована первая в мировой литературе монография, излагающая основы этого учения.

Рис. 10. Геоморфологические условия распространения древней коры выветривания в Казахстане (по В. Н. Разумовой, 1952).

Рис. 11. Древние коры выветривания в степях и пустынях Австралии (по М. А. Глазовской, 1973).

а — Центральная Австралия, горы Макдоннелл в районе Алис-Спрингс; б — Центральная Австралия, окраина пустыни Симпсона; в — Южная Австралия, между заливом Спенсера и котловиной озера Торренс

Геохимические идеи в изучении коры выветривания. В XX в. методология геохимии оказала большое влияние на изучение процессов выветривания и коры выветривания.

Возникло особое научное направление — геохимия коры выветривания, основателем которого был Б. Б. Полынов (1877—1952). Он начинал свою деятельность в качестве почвоведа-географа, проводя обследование почв Черниговской губернии и совершенно в то время не изученной Тырминской горной тайги на Дальнем Востоке (район нынешней трассы БАМа).

В 1917 г. в журнале «Природа» была напечатана статья ученого «Кора выветривания и почва», а в 1934 г. Академия наук опубликовала широко известную монографию «Кора выветривания», в которой была изложена новая геохимическая концепция развития этой биокосной системы. Геохимические подходы к выветриванию наблюдались и в более ранних работах — в трудах основателей геохимии Вернадского и Ферсмана, Коссовича, немецких ученых Гаррасовитца и Бланка, американцев Ван-Хайза и Смита. Но только в работе Полынова эта концепция была разработана глубоко и детально, как самостоятельное направление науки.