Провинция тропиков и субтропиков

Тропические и субтропические провинции занимаю обширные приэкваториальные участки суши в Африке, Америке, Азии, Австралии и Океании. Они отличаются очень влажным климатом при высокой температуре воздуха. Среднегодовая температура достигает 27-29⁰ С, а количество осадков - 750-2000 мм/год в зоне саванн и 200-750 мм/год в зоне степей. На территории этих провинций развиты либо влажные тропические леса (гилеи), либо тропические саванны с сухим и дождливым сезонами года.

Грунтовые воды рассматриваемых территорий являются ультропресными, гидрокарбонатными, кальциево-натриево-магниевыми слабокислыми с высоким содержанием двуокиси углерода и кремниевой кислоты.

Низкая минерализация этих грунтовых вод вызвана высокой влажностью климата и интенсивным водообменом. Снижение водообмена заметно сказывается на повышении минерализации грунтовых вод. Эта закономерность хорошо прослеживается на территории Западной Африки, Кубы и южных районов США. Рост минерализации обусловлен преимущественно увеличением содержания гидрокарбоната и связанного с этим эквивалентным ростом концентраций катионов. При этом состав катионов определяется преимущественно типом вмещающих пород. Низкая минерализация сопровождается повышенными значениями отношения калия к натрию. Это особенно характерно для влажных саванн и свидетельствует о высокой миграционной подвижности калия в условиях грунтовых вод тропиков и субтропиков. Увеличение солености вод сопровождается резким падением отношения калия к натрию.

Естественно предположить, что в грунтовых водах тропических и субтропических провинций содержится много растворенного органического вещества. Однако, содержание его не велико. Среднее содержание органического углерода составляет около 3 мг/л и редко достигает 15 мг/л. Наибольшие концентрации органического вещества характерны для грунтовых вод тропических и экваториальных лесов, наименьшие - для сухих саванн и степей. Почти все органическое вещество, образующееся в тропических и субтропических условиях континента полностью минерализуется еще на поверхности и в почвенном слое. Скорость разложения зеленого опада в условиях высоких температур и влажности почти в 5-7 раз выше, чем в лесах умеренных широт. В итоге местные почвы обладают очень низким содержанием гумуса. Заторфованные почвы встречаются очень редко, в районах крайне затрудненного водообмена. Большая часть разложившегося органического вещества представлена в грунтовых водах в виде двуокиси углерода и гидрокарбонатного иона. Анализ имеющихся данных показывает, что большая часть химического стока в составе рассматриваемых вод приходится именно на их биогенную составляющую. В условиях влажных саванн величина этой биогенной составляющей химического стока оценивается С.А. Шварцевым (1) равной 176 т/год км² , а в условиях сухих саванн и степей - 15 т/год км² .

Важной особенностью рассматриваемых грунтовых вод является повышенное содержание двуокиси углерода. Парциальное давление ее достигает 10⁴ или даже 10^4,5 Па. Это объясняет повышенное содержание гидрокарбонатного иона. Двуокись углерода имеет преимущественно органогенную природу. Часть этой двуокиси углерода возвращается в зону аэрации и вновь участвует в биогенном синтезе органического вещества. Существуют данные, что до 90% двуокиси углерода, потребляемого растительностью рассматриваемых территорий, поступает из почв, и только 10% - из атмосферы.

Грунтовые воды тропических и субтропических провинций обладают достаточно высокой кислотностью. Значения pH в них не превышают 6,0, а часто опускаются ниже 5,0 и даже 4,5. Исключением являются карбонатные породы, в которых величина pH часто поднимается выше 7,0. Столь низкие значения щелочности обусловлены повышенным содержание двуокиси углерода. С увеличением минерализации грунтовых вод их щелочность увеличивается. Наиболее низкие значения pH, как и минерализации, связаны с районами активного водообмена. С уменьшением интенсивности водообмена щелочность этих вод растет. Таким образом, щелочность грунтовых вод отражает интенсивность водообмена.

Характерной особенностью рассматриваемых грунтовых вод явля­ет­ся высокое содержание кремния. При этом ее содержание увеличива­ется вместе с ростом щелочности, особенно в интервале pH от 5,0 до 7,0. Исключением являются только карбонатные породы, грунтовые воды которых даже при высоких значениях щелочности содержат мало кремневой кислоты.

Процессы химического выветривания пород горных пород в этих условиях характеризуются разложением их алюмосиликатов и силикатов, выносом щелочей, щелочных земель и кремнекислоты. При низких значениях pH наибольшей подвижностью обладает ион Fe(OH)⁺². Большая часть свободного кислорода тратится на окисление органического вещества. Это мешает выносу железа из пород выветривания и способствует окрашиванию их в красный цвет. Основ­ной формой накопления железа в латеритовой коре выветривания является гематит (до 20% веса), гетит и гидрогетит.

Вследствие этого в верхней зоне коры выветривания накапливаются окислы и гидроокислы алюминия, железа, титана и других металлов. В итоге образуется зонально построенная латеритная кора выветривания, достигающая мощности в несколько десятков метров. Мощность коры выветривания зависит от влажности, температуры и высоты зоны аэрации и состава материнских пород. Результатом такого выветривания во многих районах является латерит, своеобразная элювиальная порода, которая состоит в основном из каолинита, окислов железа, двуокиси титана, обычно гибб­сита, магнетита и галлуазита. Для латерита характерно отсутствие в его составе растворимых солей, сульфатов, карбонатов, гидрослюд и глин группы монтмориллонита.