Атмосфера и климатические условия как фактор почвообразования

В результате неравномерности поступления солнечной радиации от экватора в сторону южного и северного полюсов происходят закономерные, хотя и не вполне последовательные, изменения температуры и количества выпадающих осадков. Непоследовательность широтных изменений определяется различиями в геоморфологии континентов, удаленностью или близостью территории от океана, высотой местности над уровнем моря и другими факторами.

Климатические условия проявляются как поступление на поверхность Земли световой и тепловой энергии, а также воды, без которых не мыслимы жизненные процессы и экзогенное преобразование поверхности континентов. Климат связан с атмосферой Земли, которая, как и другие сферы, образующие нашу планету, функционирует по своим законам, в то же время во взаимосвязи с океаном, литосферой, корой выветривания, почвами, живым веществом биосферы. Функционирование атмосферы отражается на всех оболочках Земли, в частности на почвах при их образовании и эволюции.

Из всего многообразия климатических и погодных показаний, которыми оперирует метеорология как наука, почвоведы прежде всего используют данные температуры, выражаемые в градусах Цельсия (°С), и атмосферных осадков в миллиметрах слоя воды, выпадающих на поверхность конкретной территории.

Температурные показатели климата анализируются в их временном конкретно усредненном или экстремальном выражении: годовая, сезонная, теплого или холодного месяца, абсолютный минимум или максимум, температурная контрастность и континентальность и т. д.

В формировании климата важнейшим процессом является поступление солнечной радиации в атмосферу Земли и на её поверхность. Этот процесс имеет четко зональный характер, так как количество достигающей земной поверхности радиации зависит от угла падения лучей, т. е. от широты местности, а также от альбедо – отражающей способности поверхности.

Наиболее объективной, удобной мерой потенциальной биологической и агрономической оценки термического режима территории являются величины суммы активных годовых температур выше 10 °С. Постоянная среднесуточная температура 10 °С во внетропических условиях считается биологическим началом весны, расцвета жизненных процессов. Отметим здесь же биологическое начало и конец лета – последний и первый заморозки.

По годовой сумме среднесуточных температур выше 10 °С сушу Земли разделяют на биоклиматические пояса: полярный (полярный и субполярный), бореальный (умеренный), суббореальный (умеренно-тёплый), субтропический и тропический.

Количество солнечной энергии, поступающей от Солнца, и расход её на нагревание, испарение, транспирацию, фотосинтез и т. д. весьма различны в природных зонах Земли. Причем затраты на термические процессы составляют 99,9%, а на биологические – всего 0,1%. Среднегодовая температура в тропиках составляет 32-35 °С, а в полярных областях -30 + -35 °С. В тропических пустынях максимальная температура воздуха может достигать 50-60 °С, а минимальные температуры Антарктиды или района Верхоянска опускаются до -70 и -88 °С. Разница в среднегодовой температуре на земном шаре составляет 60-70 °С, а между максимумом и минимумом 130-145 °С.

Значение температурного фактора в процессах выветривания и почвообразования исключительно велико. По правилу Вант-Гоффа с возрастанием температуры на 10 °С скорость химических реакций увеличивается в среднем в 2-4 раза, а при изменении температуры от 0 до 50° степень диссоциации химических веществ в воде возрастает в 8 раз. Учитывая разрыв минимальных и максимальных температур в тропических областях в сравнении с холодными, интенсивность различных реакций может быть в тысячи раз больше.

Температура воздуха или приземного слоя атмосферы преломляется в термических условиях почвы и коры выветривания. Однако временное варьирование температуры, столь характерное для приземного слоя воздуха, ослабевает и затухает в коре выветривания на глубине 2,5-3,5 м. Здесь устанавливается постоянная температура, типичная для данной территории и совпадающая со среднегодовой температурой атмосферы. При минусовых среднегодовых температурах воздуха характерно распространение вечной мерзлоты. Индикатором среднегодовых температурных условий могут служить температуры подземелий и погребов или родниковые источники. Вода родников в тропиках такая же, как и поверхностная около 30 °С, а жарким летом в умеренных широтах – плюс 5-8 °С.

Важнейшими показателями генезиса, плодородия и классификации почв всегда были их температурные условия, такие как глубина промерзания почвы, длительность мерзлотного покоя, средние температуры холодного и теплого периодов и др.

Определенное значение в направлении почвообразования имеет континентальность климата или амплитуда температур холодного и теплого периодов года термическая контрастность сезонов. По степени континентальности различают климаты океанический, слабо континентальный, умеренно континентальный, средне континентальный, очень континентальный, резко континентальный. Например, климат Лондона, Исландии и Владивостока – океанический, стран Балтии – слабо континентальный, Москвы – умеренно континентальный, Ростова н/Д – средне континентальный, Верхоянска. Красноярска, Магадана – очень и резко континентальный.

Континентальность климата во многом определяет выделение на Земле особых почвенно-географических провинций или фаций в пределах зонального распространения почв, а также учитывается в классификационных системах почвенной систематики.

Энергетическое воздействие на почвообразование притока солнечной энергии оказывает не только непосредственное воздействие через температурные условия, но и опосредованно через накопление энергии солнечных лучей путём фотосинтеза зелёных растений в многообразной гамме органических веществ. Затем энергетическая компонента климатических условий консервируется в гумусовом веществе почвенного покрова Земли и обеспечивает регулярность протекания многих явлений почвообразования и плодородия почв. По предложению академика Волобуева, потенциальная энергия почвы, главным образом её органического вещества, часто как генетический признак почвы выражается в калориях на определенную массу почвы.

Атмосферные осадки. Потенциальный биологический эффект тепла и света проявляется при поступлении на поверхность суши атмосферных осадков, причём количественно-качественный природный эффект зависит от степени увлажненности территории и сезонного распределения влаги. Атмосферные осадки выпадают в виде дождя, снега и росы. Это пресная фракция водных масс планеты, которая в месте с водами рек, озёр, болот, грунтовыми и артезианскими водами составляет лишь 2-3% общего запаса воды. На Земле преобладают высокоминерализованные морские и подземные воды.

Количество выпадающих осадков во всех странах выражается в миллиметрах (мм). Один мм эквивалентен 10 м³ воды на гектар. Среднегодовое количество осадков варьирует следующим образом (мм): пустыни – 20-50-100; засушливый климат – 300-400; леса умеренно-холодные – 500-800; леса влажные субтропические – 1500-2500; леса влажные тропические – 7000-10000; абсолютный максимум наблюдается в дельтах Ганга и Брахмапутры около 14000; Ростов н/Д – 460; Краснодар – 660; Москва – 800.

Для образного представления о громадных массах воды, под воздействием которых находятся почвы, профессор М.Н. Глазовская пересчитала миллиметры выпадающих осадков в метры за последний период развития почв, т. е. за 2 тыс. лет. Оказалось, в тундре слой воды составлял бы 500, в зоне подзолистых почв – 700-1200, в черноземной полосе – 500-800, в красноземах Черноморского побережья – 2000-3200 м. Вся эта влага в естественных условиях без поверхностного стока проходила через почвенные горизонты, определяя разные водные режимы почвенного покрова (промывной, периодически промывной, и т. д.). В глобальном плане атмосфера – единственный фактор поступления пресной воды в процессы почвообразования.

Влага атмосферы – не только физический или химический фактор почвообразовательных процессов. Это обязательный вещественный компонент биологического круговорота, практически вся биомасса состоит из химических элементов атмосферного происхождения, содержащихся в веществах ее газов (Н₂О, О₂, СО₂, N₂). В единую систему связаны атмосфера с её погодными и климатическими условиями, океан, почвы, растительный и животный мир.

Количество выпадающих осадков не всегда свидетельствует об уровне увлажнения территорий. Важны температурные условия. Например, в тундре выпадает 200-300 мм, а ландшафты переувлажнённые, а в юго-восточных районах Ростовской области – 300-360 мм, но это уже сухая степь. Поэтому используются различные коэффициенты, учитывающие температурные условия. Наиболее распространенным является коэффициент увлажнения по Иванову (К):

К = А / Б,

где А – количество выпадающих осадков; Б – расход влаги на испарение и транспирацию (эвапотранспирация).

Приняты следующие градации фаций по увлажнению: супергумидная – 1,5-2–3; гумидная – 1,2-1,5; нормальная – 1,0; семиаридная – 0,7-0,5; аридная – 0,5-0,3; экстрааридная – 0,2-0,1.

С изолиниями среднегодовых коэффициентов увлажнения совпадают средние положения границ распространения природных явлений и природных комплексов. На европейской территории южная граница зоны подзолистых почв проходит по изолинии увлажнения 1,6, далее южные границы распространения почв проходят по следующим изолиниям: у дерново-подзолистых – 0,95; типичных чернозёмов – 0,71; обыкновенных чернозёмов – 0,63; южных чернозёмов – 0,53. Последняя граница служит в тоже время северной для темно-каштановых почв.