Топогенно - геохимическая сопряженность почв

В отечественном почвоведении издавна существует понятие о рядах почвообразования, связанных с расположением почв по рель­ефу, и как следствие — с различиями в условиях локального увлаж­нения и миграции веществ. Еще В.В. Докучаев и Н.А. Сибирцев (1890) выделяли почвы водораздельных равнинных поверхностей как зональные, нормально растительные наземные почвы и почвы пони­жений, испытывающие воздействие грунтовых вод, как почвы интразональные.

Б.А. Коссович (1906), развивая идеи В.В. Докучаева, разделил все почвы на генетически самостоятельные (почвы плакоров — ров­ных водораздельных поверхностей) и генетически подчиненные (по­чвы понижений). С.С. Неуструев (1931) первые называл «автоморфными» почвами, а вторые — «гидроморфными» И.П. Герасимов, Е.Н. Иванова и А.А. Завалишин выделили серию рядов почвообра­зования в зависимости от характера увлажнения. Кроме элювиаль­ного (или автоморфного) и гидроморфного рядов почв ими были выделены промежуточные: элювиально-гидроморфныйряд, объединя­ющий почвы, получающие дополнительное количество влаги за счет притока поверхностных делювиальных вод, и элювиально-ксероморфный ряд, включающий почвы, развивающиеся в условиях более сухих, чем это могло бы быть при данных климатических условиях, например, на хорошо обогреваемых склонах, где происходит быст­рое испарение влаги.

Степень контрастности почвенного покрова, обусловленная пе­рераспределением влаги по элементам рельефа, наиболее низка или вообще отсутствует, если почвы и почвообразующие породы имеют легкий гранулометрический состав и отличаются хорошей водопро­ницаемостью. На породах более тяжелого состава, или при наличии в самом профиле почв горизонтов с плохой водопроницаемостью контрастность увеличивается за счет поверхностного или внутри- почвенного стока влаги с относительно повышенных элементов рельефа. Большое значение имеет также и форма выпадения осадков — ливневые осадки, бурное снеготаяние способствуют стоку, а следо­вательно, увеличению контрастности почвенного покрова.

Латеральная миграция и пространственная дифференциация про­дуктов выветривания и почвообразования. Существенным фактором дифференциации почвенного покрова, обусловливающим опреде­ленные особенности его строения, является перераспределение по элементам рельефа продуктов выветривания и почвообразования и накопление их в водах, наносах и почвах «генетически подчинен­ных» позиций. Эти явления подчиняются определенным географи­ческим, а точнее ландшафтно-геохимическим закономерностям. Как уже отмечалось ранее (см. гл. 4), основоположником геохимии ланд­шафтов был Б.Б. Полынов, который создал целостную теорию вы­ветривания и миграции его подвижных продуктов, изложенную в монографии «Кора выветривания» (1934).

На основе сопоставления среднего химического состава мас­сивных пород и среднего состава минерального остатка поверхно­стных речных вод он установил относительную миграционную спо­собность химических элементов и их соединений. Выяснилось, что наибольшей миграционной способностью обладает хлор, несколь­ко меньшей — сера, далее идут кальций, натрий, магний, калий, затем кремнезем и наименее подвижны оксиды железа и алюми­ния (табл. 22.1).

Таблица 22.1

Миграционная способность химических элементов и их соединений (по Б.Б. Полынову)

Таким образом, если из выветривающейся толщи почв или по­род за некоторое время будет вынесен весь хлор, она потеряет при­мерно половину (57 %) от первоначального содержания S0₄. За это же время будет вынесено всего лишь 2—3 % от первоначального содержания натрия и кальция и около 1,2—1,3 % магния и калия; еще в меньшей степени выветривающаяся толща будет обеднена кремнеземом, а оксиды железа и алюминия практически останутся на месте. Если продолжительность выветривания велика и из тол­щи вынесены не только хлор и сульфаты, но и весь кальций и на­трий, то в ней сохранится еще около 50 % первоначальных запасов калия и магния (так как относительная подвижность этих элемен­тов в два раза меньше). При полном выносе всех оснований вынос кремнезема составляет 15—20 % его исходного содержания, т. е. ос­таточные продукты выветривания будут обогащены наименее под­вижными оксидами железа и алюминия, относительное содержание которых к этому моменту окажется в 1,5—2 раза больше их перво­начального содержания.

Следовательно, при длительно идущем процессе выветривания и выносе веществ остающаяся толща последовательно обедняется элементами с высокой миграционной способностью и относитель­но обогащается менее подвижными. В природе наблюдаются все последовательные стадии остаточной коры выветривания — обло­мочной, обломочной обызвесткованной, сиаллитной, аллитной (или ферраллитной).

Химические элементы и их соединения, которые выносятся из остаточной зоны выветривания (из геохимически автономных почв), перемещаются с подземными и поверхностными водами на боль­шее или меньшее расстояние от места своего освобождения. Поря­док выпадения элементов из растворов и накопления в различных почвах и рыхлых наносах обратный порядку их подвижности, т. е. элементы с наиболее высокой миграционной способностью уносят­ся наиболее далеко и аккумулируются в более пониженных облас­тях — внутри континентов, в речных дельтах или попадают в моря и океаны. Менее подвижные продукты задерживаются в значитель­ной части по пути, причем чем менее подвижны элементы, тем бли­же зона их аккумуляции располагается к области сноса.

В результате в пределах данного водосборного бассейна форми­руются в соответствии с геоморфологическими условиями последо­вательно сменяющие одна другую зоны с различными типами гео­химических аккумуляций. Они геохимически связаны с областями, где идет формирование остаточных продуктов выветривания и почвообразования того или иного типа.

Аккумуляция вещества в почвах и рыхлых наносах геохимичес­ки подчиненных ландшафтов происходит из-за наличия ландшафтно-геохимических барьеров, т. е. зон, где существенно изменяются условия миграции элементов и их соединений, что приводит к по­нижению их миграционной способности. Выделяются следующие основные группы ландшафтно-геохимических барьеров:

1) биогеохимические;

2) физико-химические (окислительные, восстановительные, суль­фидные, восстановительные глеевые, сульфатно-карбонатные, ще­лочные, кислые, испарительные и адсорбционные);

3) термодинамические;

4) механические.

Детальный анализ различных типов геохимических барьеров и их сложных сочетаний, которые могут сменять друг друга в почвах и почвенном покрове, проведен Н.С. Касимовым и А.И. Перельманом (1992).

На геохимических барьерах в почвах и корах выветривания зон аккумуляций может накапливаться сиаллитный, карбонатный или хлоридно-сульфатный материал. В аридных областях, где испаряе­мость превышает количество осадков, широко распространены ис­парительные барьеры, с которыми связано образование засоленных почв. С испарительным и температурным барьерами связано обра­зование в гидроморфных почвах горизонтов «лугового мергеля» или сцементированных известью плотных горизонтов — хардпэнов. С окислительным барьером связано накопление гидроксидов желе­за и формирование плотных конкреционных горизонтов в гидро­морфных почвах субтропиков и тропиков и ожелезненных лугово- болотных и болотных почв в гумидных областях умеренных поясов. На резко выраженных окислительно-восстановительных барьерах в пределах низменных морских побережий и открытых дельт рек воз­никают сульфидно-хлоридные аккумуляции.

Почвенный покров ландшафтно-геохимических арен. Геохимичес­ки сопряженные почвы располагаются в пределах ландшафтно- геохимических арен. Ландщафтно-геохимические арены — это тер­ритории, лежащие на различных гипсометрических уровнях, но находящиеся в общем водосбросном и солесборном бассейне и связанные механическим и химическим стоком в одну общую (наи­более крупную) ландшафтно-литолого-геохимическую территори­альную единицу. Протяженность ландшафтно-геохимических арен составляет часто сотни и тысячи километров, а их возраст как гео­химически сопряженных территорий измеряется геологическим временем.

При рассмотрении закономерностей геохимической сопряжен­ности почв в пределах арены необходимо принимать во внимание не только водную, но и воздушную миграцию веществ, причем как в твердой, так и в жидкой фазе. Так, развеивание солей с поверхно­сти солончаков и перенос их на большие пространства — весьма широко распространенное явление, вызывающее засоление почв прилегающих повышенных равнин. Особенно отчетливо этот про­цесс проявляется в случае субаэрального засоления древней сильно выщелоченной коры выветривания на территориях, лежащих вбли­зи морей или океанов. Большое значение приобретает воздушный перенос солей с акватории на сушу.

Сложность, состав и контрастность почвенно-геохимических зон внутри арен определяются как геоморфологическими, так и био­климатическими условиями в ее отдельных частях. Наиболее пол­ная и контрастная зональность наблюдается в том случае, если в области формирования гидрохимического стока и распространения автономных почв (элювиальных ландшафтов) климатические усло­вия характеризуются повышенной влажностью, а геохимически под­чиненные почвы лежат в понижениях с относительно засушливым климатом. Наименее контрастны арены, находящиеся целиком в условиях влажного или очень сухого климата (см. рис. 6.4).

Почвенно-геохимические катены. Ландшафтно-геохимические арены включают в себя более частные территориальные единицы — геохимические ландшафты. Напомним, что, по Б.Б. Полынову, гео­химический ландшафт представляет собой совокупность элементар­ных ландшафтов (элювиальных, супераквальных, субаквальных), сменяющих друг друга по элементам рельефа от местного водораз­дела к местной депрессии и связанных друг с другом миграцией веществ. Именно в пределах геохимических ландшафтов формиру­ются ряды почв, связанные между собой боковой ми фацией ве­ществ. Эти парагенетические ассоциации почв называют почвенно- геохимическими сопряжениями или почвенно-геохимическими катенами (рис. 22.2).

Почвенно-геохимические катены весьма разнообразны и тесно связаны со всей совокупностью физико-географических условий. Существенное значение имеет характер выветривания и почвообра­зования в элювиальных и трансэлювиальных членах геохимически сопряженного ряда почв, так как именно этот фактор обусловлива­ет состав и количество подвижных компонентов, которые могут уча­ствовать в местных миграциях. Большое значение имеет также хи­мический состав наземного растительного опада, потому что в слу­чае поверхностного стока вод в первую очередь выщелачиваются и

Рис. 22.2. Схема элементарных ландшафтов (по Б.Б. Полынову)

перераспределяются в пределах катены те элементы, которые из­влекаются из почвы растениями.

Столь же существенное значение имеет тип рельефа, в преде­лах которого формируется почвенно-геохимическая катена. В ус­ловиях молодого аккумулятивного (например, молодой моренной или эолово-аккумулятивной равнины), а также молодого эрозион­ного рельефа (горные склоны, где преобладает механический снос) почвенно-геохимические катены выражены слабо. Наоборот, на территориях с древним континентальным рельефом они развиты хорошо. Исключение представляют катены, обусловленные диф­ференциацией легкорастворимых солей, где формирование элю­виальных и аккумулятивных членов сопряженного ряда идет очень быстро.

Катены формируются как в пределах литохимически однород­ных почвообразующих пород, так и в условиях пестрого состава исходных пород. В последнем 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.

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 участков осуще­ствляется в этом случае через сток фунтовых вод (грунтово-водное сопряжение).

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

На земной поверхности существует большое разнообразие почвенно-геохимических катен, которые характеризуют определенные сочетания биоклиматических, геоморфологических и литологических условий в пределах той или иной территории.

Так, в пределах древнеледниковых равнин Евразии и Северной Америки, сложенных карбонатной мореной или карбонатными покровными суглинками, карбонаты кальция выносятся из почв элювиального ряда (дерново-карбонатных, бурых лесных и дерново-подзолистых остаточно-карбонатных, серых лесных и др.) и на­капливаются в почвах депрессий, находящихся под воздействием жестких грунтовых вод. Здесь образуются в условиях супераквального режима перегнойно-карбонатные или черноземовидные лу­говые почвы со значительным накоплением лугового мергеля, а в случае водозастойного режима — карбонатные торфяно-болотные почвы.

На плоских слабодренированных древнеаллювиальных и древнеозерных равнинах, в областях распространения лесо-лугово-степных ландшафтов (Западная Сибирь, Дальний Восток, Северо-Вос­точный Китай) в формировании почвенно-геохимических сопряже­ний участвуют, кроме карбонатов кальция, более легкорастворимые соли: сода, кремнекислый натрий, сульфаты и хлориды натрия, а иногда и магния. Элювиальные и трансэлювиальные члены таких катен могут быть представлены лугово-черноземными солонцева­тыми, местами осолоделыми почвами, с небольшим содержанием солей и карбонатным горизонтом. Супераквальные позиции зани­мают содовые солонцы и солончаки. В замкнутых бессточных впа­динах встречаются лугово- и торфяно-болотные слабозасоленные почвы.

Для равнин гумидных бореальных областей (Скандинавия, Ка­релия) характерны почвенно-геохимические катены, которые мож­но назвать ферри-ферро-гумусовыми. Молодость территории обус­ловливает присутствие здесь слаборазвитых почвенно-геохимических сопряжений в элювиальном и трансэлювиальном ландшафтах. Лишь при переходе к нижним частям склонов и заболоченным деп­рессиям возникают контрастные образования. В ряду транссупераквальных подзолисто- и торфяно-болотных почв, находящихся в ус­ловиях восстановительной среды, приобретают подвижность железо и марганец, которые в форме углекислых солей и восстанов­ленных органо-железистых комплексов выносятся в почвы местных депрессий и там, где восстановительный режим сменяется окисли­тельным, выпадают в осадок в виде гидроксидов. Таким образом, формируются болотные и озерные руды.