ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 195
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
химических элементов в земной коре
Особенности распределения химических
2.3. Биологический круговорот химических
2.4. Природные вариации концентраций
химических элементов в организмах
БИОГЕОХИМИЯ ГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
3.1. Биогеохимическая эволюция состава
организмов в массообмене газов
3.2. Геохимия и биогеохимия аэрозолей
3.3. Значение атмосферного массопереноса
водорастворимых форм химических
4.1. Состав Мирового океана — результат
4.3. Трансформация геохимического состава
природных растворов на контакте речных и
5.1. Планетарное значение педосферы
5.2. Органическое вещество педосферы
5.3. Роль почвы в регулировании
углерод-кислородного массообмена
5.4. Биогеохимическая трансформация
минерального вещества педосферы
5.5. Проблема возникновения почв и
эволюция почвообразования в истории
5.6. Распределение рассеянных элементов
биогеохимических циклов тяжелых
ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
7.2. Влияние живого вещества на
геохимию кислорода и водорода в биосфере
7.5. Общие черты циклов и распределения
В БИОСФЕРУ В РЕЗУЛЬТАТЕ МОБИЛИЗАЦИИ ИЗ ЗЕМНОЙ КОРЫ
8.5. Общие черты циклов и распределения
9.3. Общие черты циклов и распределения
масс тяжелых металлов в биосфере
10.1. Биогеохимическая зональность
10.2. Геохимическая неоднородность
10.3. Элементарный ландшафт (элементарная
хорологическая единица биосферы Мировой
11.1. Биогеохимия арктических ландшафтов
12.1. Биологический круговорот элементов
12.3. Водная миграция элементов в зоне
бореальных и суббореальных лесов
13.1. Биологический круговорот элементов
в аридных растительных сообществах
13.2. Особенности биологического
круговорота в экстрааридных пустынях
13.3. Биогеохимические особенности
13.4. Взаимосвязь биогеохимических
процессов с водной и атмосферной
миграцией элементов в аридных условиях
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА
14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
14.2. Биогеохимические особенности
15.2. Поступление тяжелых металлов
в экогеосистемы островов из атмосферы
биогеохимических циклов хозяйственной
деятельностью человеческого общества
16.2. Локальные (импактные) антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов
Отношение спада к фитомассе показывает, насколько прочно данный тип растительности удерживает синтезированное органическое вещество. Очевидно, что в наибольшей мере оно удерживается в лесах умеренного климата. В таежных еловых лесах на опад расходуется от 2 до 4 % органического вещества фитомассы, в дубравах — около 1,5 %. Во влажных тропических лесах в опад уходит значительно больше — 5 %, в растительности степей ежегодно отмирает почти все органическое вещество фитомассы.
Дальнейшая эволюция отмершего растительного материала в разных биоценозах неодинакова. Опад в тропических лесах быстро разрушается, а в лесах умеренного климата не успевает полностью перерабатываться. Поэтому под покровом умеренных лесов на почве лежит значительное количество (3000-—3500 т/км2) мертвого органического вещества, так называемая лесная подстилка. В тропиках это количество в десятки раз меньше. В степях количество мертвого органического вещества незначительное и уменьшается с увеличением аридности климата.
Круговорот углекислого газа и степень выведения углерода из этого цикла в различных растительных формациях мира можно характеризовать коэффициентом аккумуляции углерода, который равен отношению углерода, связанного на единице площади в процессе годового фотосинтеза, к количеству углерода, выделившегося в составе СО2 за год из почвы в атмосферу за счет разрушения мертвого органического вещества. Ориентировочно можно считать, что крайние значения этого коэффициента относятся к влажным тропическим лесам и пустыням (1), с одной стороны, и к тундрам (около 4 — 5) — с другой. Остальным формациям отвечают промежуточные значения.
Некоторое представление о соотношении углекислого газа, связанного в процессе фотосинтеза в растительности и выделенного из почвы, дает коэффициент аккумуляции органического вещества К0, который численно равен отношению массы мертвого органического вещества к массе опада. Чем энергичнее протекает процесс разрушения органического вещества и выделения СО2, тем меньше значение этого коэффициента:
Природная зона К0
Северная тайга и тундра ................................................... > 10
Южная тайга......................................................................5—10
Широколиственные леса умеренного пояса.................. 2 — 5
Степи умеренного пояса.................................................. 1 — 2
Пустыни, влажные тропические леса................................ < 1
В процессе синтеза органического вещества растения выделяют кислород. Наибольшая продукция кислорода соответствует тропическим и субтропическим лесам, наименьшая — пустынной и арктической растительности. Абсолютная величина продуцирования кислорода не дает истинного представления о вкладе той или иной растительной формации в обогащение атмосферы кислородом. Если в течение года вся масса опада разлагается, то соответственно расходуется весь выделенный при фотосинтезе прирост кислорода, который сохраняется в атмосфере только при условии систематического накопления в педосфере мертвого органического вещества. Следовательно, атмосфера обеспечивается кислородом не за счет деятельности самых продуктивных формаций типа тропических лесов. Основные «поставщики» свободного кислорода на суше — ландшафты умеренного и бореального поясов, где вследствие подавленности микробиологических процессов происходит накопление мертвого органического вещества.
Вовлечение масс химических элементов в биологический круговорот из почвы в разных ландшафтах столь же неодинаково, как и массообмен газов. Так, например, в луговых черноземных степях до вмешательства человека в биологическом круговороте участвовало более 2 ц/га зольных элементов ежегодно, а в южнотаежных лесах — в 5 раз меньше.
10.2. Геохимическая неоднородность
биосферы и природных зон
При рассмотрении биосферы как целостной системы необходимо оперировать статистически допустимыми усредненными значениями, характеризующими состав отдельных компонентов биосферы: земной коры, океана, педосферы и др. В то же время состав каждого конкретного, реально существующего природного объекта (горной породы, речной воды, почвы в определенном месте) обязательно имеет отличия от состава аналогичных объектов в другом месте. Геохимическая неоднородность пространства биосферы является ее характерным свойством, тесно связанным с биологическим разнообразием. Очевидно, что природные зоны и пояса также геохимически неоднородны, хотя их пространство объединено системой биогеохимических циклов массообмена, обусловленной определенными гидротермическими условиями.
Геохимическая неоднородность биосферы обусловлена двумя группами факторов. Первая группа связана с колебаниями концентрации химических элементов и форм их нахождения в составных частях биосферы: земной коре, гидросфере, газовой оболочке. Даже в мобильной, постоянно перемешивающейся среде тропосферы содержание химических элементов на разных участках меняется в десятки и сотни раз. Достаточно вспомнить рассмотренный в разд. 3.2 феномен повышенных концентраций биогенных летучих соединений металлов в приземном слое воздуха над залежами руд или устойчивые ореолы газовых эманации над центрами вулканизма. Еще заметнее выражена неоднородность состава среды Мирового океана. Области разной солености и факелы высоких концентраций тяжелых металлов в морской воде над глубоководными гидротермами настолько устойчивы, что возможно их детальное картирование.
Геохимическая неоднородность наиболее отчетливо представлена на поверхности земной коры в связи с неодинаковым составом горных пород. Контрасты пород разного состава отчасти нивелируются толщей рыхлых отложений, на которых образованы почвы. Эти отложения сформированы за счет денудации и переотложения продуктов выветривания как местных горных пород, так и обломков, принесенных издалека. В зависимости от соотношения местных и принесенных обломков и особенностей их состава содержание химических элементов в толще рыхлого покрова закономерно меняется.
Большая часть переотложенных продуктов выветривания состоит из мелких обломков величиной от 0,01 до 1 мм, принесенных из разных районов Как видно на рис. 10.1 в северной половине Восточно-Европейской равнины преобладают обломки минералов, принесенные из области Балтийского кристаллического щита (Карелия, Финляндия, Кольский полуостров) В Заволжье и Приуралье обломочный материал поступил с Уральских гор В почвах Украины много обломков минералов, слагающих породы Украинского кристаллического массива Особенности минералогического и химического состава горных пород областей сноса сильно влияют на состав почв Так, среди обломков,
принесенных с территории Карелии, много кварца, а в массе обломков, поступивших с хребтов Средней Азии, больше галогенных силикатов (полевых шпатов, слюд и др ), чем кварца На Урале очень распространены так называемые зеленокаменные горные породы, содержащие много эпидота, актинолита, хлорита Среди них наиболее устойчив эпидот Поэтому им обогащены наносы, на которых образованы почвы Приуралья
Рис 10 1 Минералогические провинции покровных четвертичных отложений Восточно-Европейской равнины (по В В Добровольскому, 1964)
I— Кольско Карельская, II — Прибалтийско-Архангельская, /// — Центрально-русская, IV — Украинская, V— Волжско-Донская, VI — Приуральская, VII — Затиманская, VIII — Предкавказская, IX— Предкарпатская, 1 — границы провинций, 2 — граница максимального оледенения, 3 — граница первого верхне четвертичного оледенения, 4 — северная граница сплошного распространения третичных отложений, 5 — плошади близкого расположения кристаллических пород, 6 — площади концентрации кварца и пониженного содержания рассеянных химических элементов, 7 — горы
Изменение в составе почвообразующих пород сказывается на составе почв, поверхностных и грунтовых вод, а также растений Например, на территории Эстонского плато рыхлые почвообра-зующие породы насыщены обломками известняков ордовикского возраста, слагающих цоколь плато Обилие карбонатов кальция способствует образованию темных дерново-карбонатных почв, а не подзолистых, как в соседних районах В естественной растительности распространены нуждающиеся в большом количестве кальция широколиственные деревья и травянистая растительность, а не хвойные леса, доминирующие в соседних с востока районах
Местные отклонения концентрации химического элемента в почвообразующих породах от общепланетарных величин характеризуются значениями кларка концентрации — Кк(см разд 1.3)
Концентрация большей части рассеянных элементов, особенно металлов, в рыхлых покровных отложениях ниже, чем в гранитном слое земной коры Это вполне закономерно, так как покровные отложения образованы многократно переотлагавшимися продуктами выветривания, из которых часть химических элементов вынесена В то же время существуют региональные геохимические особенности, обусловленные составом горных пород, обломки
которых слагают покровные отложения Так, в почвообразующих породах Северного Казахстана относительно повышена концентрация титана, свинца и меди, на Устюрте — стронция, на Восточно-Европейской равнине — циркония, в Приуралье — меди и кобальта
В разд 5.5 упоминались данные X Шаклетта, согласно которым почвы и рыхлые отложения западных штатов США отличаются более высокой концентрацией тяжелых металлов, а расположенные к востоку от 96° з д — более высокой концентрацией элементов, характерных для кристаллических пород докембрийского фундамента (Nb, Zr и др ) Таким образом, покров рыхлых отложений и сформированные на нем почвы делятся на обширные минерала-го-геохимические провинции. В качестве примера на рис. 10.1 показана карта минералого-геохимических провинций почвообразующих пород Восточно-Европейской равнины.
Внутри провинций выделяются площади распространения отложений, обогащенных высокодисперсными глинистыми минералами, и площади, покрытые песчаными отложениями. Каждый минерал — это носитель рассеянных элементов с определенными уровнями их концентрации. В песках Восточно-Европейской равнины преобладают обломки кварца, в которых концентрации всех химических элементов, кроме кремния, очень низкие. В глинистых минералах, слагающих фракцию частиц величиной менее 0,001 мм, концентрация многих рассеянных элементов повышена. Наши исследования показали, что на территории европейской части России в суглинистых отложениях больше, чем в песках: ванадия — от 1,0 до 1,5 раз; меди — от 1,5 до 3,2; никеля — от 1,3 до 2,2; галлия — от 1,4 до 2,5; титана — от 1,2 до 2,2; кобальта — от 1,9 до 2,0 раз. Кроме того, в суглинистых почвах и почвообразующих породах значительно больше элементов, находящихся в сорбированном состоянии, что очень важно для участия этих элементов в биологическом круговороте.
Колебания концентрации элементов в коренных горных породах и рыхлых покровных отложениях детерминируют геохимическую неоднородность биосферы суши независимо от деятельности живых организмов. В то же время геохимическая мозаич-ность педосферы и рыхлого покрова континентов является важным фактором развития органического мира. В какую бы сторону ни было направлено отклонение концентрации химического элемента — в сторону повышения или понижения от кларкового значения — оно должно отражаться на биологическом круговороте элементов и составе местных живых организмов. В первую очередь это относится к растениям, которые непосредственно связаны с минеральным веществом почв и отражают колебания его состава.