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.

---

Конечно, класс — это таксономическая единица невысокою ранга, и поэтому в тайге сернокислые ландшафты относятся к таежному типу, в тундре — к тундровому, в пустыне — к пустынному. Интересно, что самые кислые воды характерны именно для пустынь — там выпадает очень мало атмосферных осадков и серная кислота, образующаяся при окислении пирита и других сульфидов, почти не разбавляется.

Таким образом, все биокосные тела на участке окисляющегося сульфидного месторождения обогащены рудными элементами; здесь в почвах, водах, растениях образуются так называемые вторичные ореолы рассеяния, радиусы которых достигают многих сотен и даже тысяч метров. Поэтому определяя содержание рудных элементов в почвах, водах и растениях, можно искать месторождения полезных ископаемых. Теоретические основы подобных геохимических методов поисков хорошо разработаны, они применяются в СССР и за рубежом.

Сернокислые ландшафты возникают не только на участках окисления сульфидных руд, но и на пиритизированных глинах и сланцах, на серных месторождениях. В вулканических районах также встречаются сернокислые ландшафты, известны здесь и солянокислые.

Сернокислые ландшафты возникают и в результате хозяйственной деятельности. Например, в районах металлургических комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды, в атмосферу поступает сернистый газ, который, окисляясь до серного ангидрида и соединяясь с водяными парами, дает серную кислоту. Поэтому в таких районах идут «кислые дожди», понижается pH почв и вод, местами в реках гибнет рыба, изреживается растительный покров. Схему сернокислого ландшафта изобразил В. Г. Прохоров (рис. 26). Эффективная борьба с загрязнением окружающей среды позволяет рекультивировать искусственные сернокислые ландшафты, превратить их в ландшафты другого класса. При строительстве новых предприятий следует применять прогрессивную технологию, исключающую сернокислое загрязнение окружающей среды.

Кислые ландшафты господствуют в лесной и тундровой группах, но встречаются также в горных лугах и других типах ландшафта. Не характерны они только для степей, пустынь и сухих саванн.

В районах влажного климата при формировании ландшафта на бескарбонатных породах кислые продукты разложения растительных остатков в почвах не могут быть полностью нейтрализованы и верхние горизонты почв приобретают кислую реакцию, pH понижается до 6—5, иногда даже до 4. Это подзолистые, бурые лесные, латеритные, красноземные, горно-луговые и прочие почвы. Грунтовые и речные воды в таких ландшафтах могут быть и слабокислыми, и нейтральными, и даже слабощелочными.

В кислой среде хорошо мигрируют многие металлы, особенно в комплексе с органическими соединениями. Поэтому в элювиальных почвах развивается кислое выщелачивание, они обедняются подвижными элементами, которые становятся дефицитными для растений и животных. Особенно характерен дефицит кальция — этого важного элемента скелета многих животных. Дикие и домашние животные в кислых ландшафтах часто имеют малые размеры, хрупкий скелет (ломкость костей), болеют рахитом и т. д. Птицы здесь несут мало яиц, скорлупа их тонкая. В кислых ландшафтах наблюдается дефицит и других элементов, с чем связана характерная реакция флоры, фауны, а местами и человека. Недостатком фтора в водах объясняется широкое распространение кариеса зубов, недостатком кобальта — малокровие домашних животных, недостатком азота, фосфора, калия, магния — низкие урожаи и болезни растений. Особенно большой дефицит наблюдается в кислых ландшафтах влажных тропиков и тайги, занимающих огромные пространства на земном шаре. Эти ландшафты, вероятно, были важными центрами видообразования, в них формировались виды организмов, хорошо приспособленные к кислой среде и дефициту элементов (чай, ель, трава кислица и др.). В кислых ландшафтах наблюдается также избыток некоторых элементов, оказывающих вредное влияние на организмы (марганец, водородный ион и др.).

Рис 26. Схема сернокислого ландшафта (по В. Г. Прохорову).

Кальциевые ландшафты характерны почти для всех типов ландшафтов, но преобладают они в черноземных степях. Почвы в ландшафтах кальциевого класса содержат много подвижного кальция в виде CaCO3 или обменного кальция. Поэтому кислые продукты разложения органических остатков полностью нейтрализуются, почвы имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, кислое выщелачивание отсутствует и металлы малоподвижны. Организмы здесь, как правило, полностью обеспечены кальцием, и болезней, связанных с его дефицитом, не наблюдается. В таких ландшафтах воды богаты кальцием, они чистые и прозрачные, почти не содержат растворенных коллоидов, так как кальций сильный коагулятор. Многие металлы здесь мигрируют слабо, анионогенные элементы — сильно (например, молибден).

Рис. 27. Сернокислые, кальциевые и переходные от кислых к кальциевым ландшафты в широколиственных лесах.

В тайге и широколиственных лесах наряду с кислыми распространены и кальциевые ландшафты, например в районах распространения известняков, мергелей, красноцветов, карбонатной морены (рис. 27). Биологический круговорот атомов здесь всегда протекает интенсивнее, Б и П больше. Животные получают достаточное количество кальция — их размеры больше, скелет крепче, яйца имеют более толстую скорлупу, у улиток и других моллюсков более массивные раковины и т. д. Эти ландшафты характеризуются большим плодородием почв; с них начинались земледельческое освоение тайги, развитие культуры, рост населения (Пермское Приуралье, районы города Каргополя в Архангельской области и др.).

В сухих степях и пустынях кальциевые ландшафты характерны для мелкосопочника и гор, реже они встречаются на равнинах.

Весьма вероятно, что кальциевые ландшафты были центрами формирования кальциефильных видов и родов растений, которые давно уже выделены ботаниками.

Соленосные ландшафты распространены мало и только в пустынях, где в течение длительного времени может существовать соленосная кора выветривания. Организмы здесь поставлены в крайне неблагоприятные условия, так как безводье сочетается с сильным засолением почв. Поэтому принадлежащие к данному классу соленосные горы производят впечатление крайней пустынности. Один из таких хребтов в Ферганской долине называется даже Махаугаук, что в переводе означает «горы прокаженных».

Ландшафты содового класса типичны для лесостепи, степей и саванн, где они обычно встречаются на террасах рек, плоских равнинах, в озерных котловинах. Нередко это — пятна площадью в десятки и сотни квадратных метров, которые, как оспины, усеивают степные равнины. К этим ландшафтам относятся солонцы и содовые озера, воды которых имеют pH более 8,5 и содержат соду. В подобных условиях легко мигрируют анионогенные элементы (кремний, молибден, селен и др.), причем многие малоподвижные металлы входят в состав растворимых анионов (иттрий, бериллий, цинк, скандий и т. д.). С другой стороны, железо, кальций, магний, стронций, барий практически неподвижны. Поэтому организмы в содовых ландшафтах поставлены в исключительно своеобразные условия сильнощелочной среды, дефицита многих важнейших элементов (особенно железа, кальция, магния), повышенного содержания непривычных редких элементов. Все это определяет возможность энергичного отбора на химической основе, формирования особых видов. К сожалению, эта интереснейшая проблема почти не исследована.

Кислые глеевые ландшафты широко распространены в районах влажного климата, равнинного рельефа и бескарбонатных пород. К ним относится большая часть равнинной тундры, многие таежно-мерзлотные ландшафты Восточной Сибири, таежно-болотистые равнины Западной Сибири и европейской части СССР, лесисто-болотистые низменности влажных тропиков и в их числе значительная часть Амазонии. Во всех этих районах в почвах развито сильное оглеение, легко мигрируют железо и марганец, в водах много растворенных органических веществ, реки и озера имеют черную и коричневую воду. Прекрасное описание природы таких ландшафтов в Подмосковье дал К. Г. Паустовский в своей повести «Мещерская сторона». Главным дефицитным элементом здесь является свободный кислород, недостаток которого определяет низкие величины биомассы (Б) и продуктивности (П). Интересно, однако, что их соотношение в виде показателя K=lgП/lgБ остается постоянным, что и позволяет относить кислые и кислые глеевые таежные ландшафты к одному типу:

  Б, ц/га П, ц/га К = lgП / lgБ Кислая южная тайга и смешанные леса 3000 75 0,54 Заболоченная кислая глеевая южная тайга и смешанные леса 800 40 0,55

Помимо кислорода в ландшафтах кислого глеевого класса дефицитны и другие элементы, в них избыточны вода, водородный ион, вероятно, местами железо и марганец. Условия жизни для большинства организмов здесь менее благоприятны, чем в кислых ландшафтах. В хозяйственном отношении ландшафты кислого глеевого класса освоены слабо, население в них редкое. Только коренная мелиорация (осушение) способна повысить их продуктивность.