Геохимические условия.

Классификация геохимических ландшафтов. Геохимический ландшафт– совокупность сопряженных элементарных ландшафтов, связанных определенными условиями миграции химических соединений. В геохимическом отношении элементарному ареалу агроландшафта соответствует элементарный геохимический ландшафт (ЭГЛ) – пространство с одинаковой или регулярно чередующейся разной интенсивностью миграции и аккумуляции соединений, обусловленной действием одинаковых (или регулярно чередующихся) геохимических барьеров (по типу, силе и локализации).

По характеру миграции и аккумуляции веществ выделяются три основные категории ЭГЛ (рисунок 2.3.):

1. Элювиальные (автономные, автоморфные) – геохимически независимые ландшафты, характеризующиеся выносом наиболее растворимых и подвижных соединений. Это повышенные водораздельные территории, где почвообразование не зависит от грун­товых вод, боковой приток материала отсутствует, а его расход происходит путем стока и просачивания.

На общем фоне элювиального геохимического ландшафта по микро- и мезопонижениям, в которых создаются условия для концентрации продуктов миграции, выделяются аккумулятивно-элювиальные ЭГЛ.

С Акв ТЭ Э ЭА Э ТЭ ТЭА ТС ТАкв

Рис. 2.3. Схема классификации элементарных геохимических ландшафтов по Полынову – Глазовской

2. Транзитные ландшафты – геохимически подчиненные, в них частично аккумулируются некоторые соединения, а наиболее растворимые и подвижные выносятся. В зависимости от условий стока М. А. Глазовская выделяет трансэлювиальные и трансэлювиально-аккумулятивные ландшафты. К первым относятся верхние части склонов, где вынос веществ по профилю сочетается с поверхностным переносом, ко вторым – нижние части и шлейфы склонов, где перенос веществ сочетается с аккумуляцией, в которой могут участвовать грунтовые воды.

3. Аккумулятивные ландшафты – это прилегающие к склонам территории, аккумулирующие поверхностный и грунтовый сток. Для них характерно накопление наиболее подвижных продуктов выветривания и почвообразования.

По Б. Б. Полынову эти ландшафты разделяются на супераквальные (гидроморфные) и субаквальные.

Супераквальные ландшафты формируются в поймах, надпойменных террасах, котловинах с близкими грунтовыми водами. Они подвергаются влиянию стока с водоразделов, нередко затоплению. М. А. Глазовская выделяет транссупераквальные ландшафты частично дренированные с интенсивным водообменом и собственно супераквальные ландшафты замкнутых понижений со слабым водообменом.

Субаквальные ландшафты подразделяются на трансаквальные (реки, проточные озера) и аквальные (непроточные озера).

Сопряженные ЭГЛ, связанные определенными условиями миграции химических соединений, образуют элементарные геохимические системы, которые объединяются в более сложные структуры, называемые М. А. Глазовской каскадными ландшафтно-геохимическими системами. По условиям сброса они могут быть открытыми с конечным сбросом веществ в моря и океаны или закрытыми с конечными звеньями каскадной цепи в бессточных впадинах; по форме - линейными, рассеивающими или концентрирующими, по числу звеньев - I-го, II-го, III-го и более высоких порядков.

В каждой зоне формируются характерные типы сочетаний почвенно-геохимических ландшафтов.

Классификация элементарных геохимических ландшафтов служит объективной основой для формирования системы агроэкологических ограничений техногенно-химических нагрузок, для предотвращения эрозии, загрязнения почв и вод токсикантами. Степени свободы применения химических средств значительно уменьшаются от элювиальных ландшафтов к супераквальным. В элювиальных ландшафтах можно применять высокоинтенсивные технологии с использованием средств химизации при соблюдении общепринятых норм и правил безопасности; в аккумулятивных должно быть исключено применение опасных пестицидов и резко ограничено использование азот­ных удобрений, а потребности азота должны удовлетворяться преимущественно за счет повышения доли бобовых культур. На трансэлюви­альных элементах необходима регламентация уровней применения азотных удобрений, пестицидов и технологий их внесения в зависимости от интенсивности смыва, в частности, должно быть исключено поверхностное внесение.

Геохимические барьеры. Миграция веществ осуществляется в миграционных потоках: гравитационных (под влиянием силы тяжести), эоловых, водных, биологических, биогенных (перемещение организмов по территории), антропогенных. Преобладающую роль в геохимической дифференциации территории играют водные потоки.

Характер и интенсивность миграции зависят от свойств веществ, условий накопления и передвижения воды, химического, минералогического и гранулометрического состава почво-грунтов, свойств и режимов почв. Эти условия очень изменчивы. В результате возникают участки, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности мигра­ции, приводящее к концентрированию химических элементов. Они названы А.И. Перельманом геохимическими барьерами.

Выделяются три типа геохимических барьеров: биогеохимические, физико-химические и механические.

I. Биогеохимические барьеры являются участками биогенной аккумуляции элементов, необходимых для организмов. Примерами таких барьеров могут служить растительный покров суши, гумусовые горизонты почв, колонии микроорганизмов и др.

II. Физико-химические барьеры. Тип делится на несколько классов.

Окислительные барьеры возникают на участках резкого повышения окислительно-восстановительного потенциала. В зависимости от аккумулируемых элементов выделяют следующие виды окислительных барьеров:

а) железистый или железисто-марганцевый барьер возникает на контакте глеевых вод с кислородными водами или воздухом, приводящем к выпадению гидроксидов Fe и Mn.

б) марганцевый барьер возникает преимущественно в легкопроницаемых породах и в бо­лотных степных и полупустынных почвах в условиях миграции слабощелоч­ных (лишенных Fe) вод.

в) серный барьер возникает в результате окисления сероводорода подземных или почвенно-грунтовых вод.

Восстановительные барьеры возникают при резком падении окислительно-восстановительного потенциала. В зависимости от среды выде­ляют сульфидный и глеевый восстановительные барьеры.

Сульфидный (сероводородный) барьер возникает в почвах и водонос­ных горизонтах при контакте вод, характеризующихся окислительными или глее­выми условиями, с сероводородом. Из растворов ряд металлов (Fe, V, Zn, Co, Pb, U, Ni, As, Cd, Hg, Ag, Se) выпадает в виде нерастворимых сульфидов.

Глеевый барьер возникает при резком усиления глеевой обстановки. На нем не осаждаются Fe, Mn, P и многие элементы с постоянной ва­лентностью, осаждаемые в сероводородной среде; воз­можно осаждение U, Se, V, Cu, Ag.

Сульфатный и карбонатный барьеры возникают в местах встречи суль­фатных и карбонатных вод с водами, содержащими растворенные Ca, Sr и Ва, которые и осаждаются в форме суль­фатов и карбонатов.

Щелочной барьер возникает на участках резкого повышения рН, чаще всего на контакте бескарбонатных пород с кар­бонатными. Осаждает большинство тяжелых металлов, загрязняющих почвенную среду (Fe, Al, Ca, Mg, Mn, Sr, V, Cr, Zn, Ni, Co, Pb, Cd).

Испарительный барьер возникает на участках сильного испарения подземных и почвенно-грунтовых вод, из которых осаждаются растворенные соли. Так образуются солевые горизонты в со­лончаках и солончаковых почвах. Водорастворимые органоминеральные комплексы могут выпадать при испарении в почве и закрепляться на раз­личной глубине. С испарительным барьером может быть связано концентрирование Ca, Na, K, Mg, F, S, Sr, Cl, Rb, Zn, Li, Ni, V, Mo.

Адсорбционные барьеры возникают на контакте пород и почв, богатых адсорбентами (глин, торфов, углей), с ионными растворами. В форме катионов и анионов на адсор­бентах возможно накопление Ca, K, Mg, P, S, Rb, V, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, Pb, V, As, Mo, Hg, Ra.

Термодинамические барьеры возникают на участках резкого изменения температуры или давления, с которыми тесно связан газовый режим вод. Примером может служить выпадение из растворов гидрокарбоната кальция при перемещении из более холодных слоев в теплые (потеря СО₂).

III. Механические барьеры образуются на участках изменения ско­рости движения вод или воздуха.

Часто выпадение и концентрация веществ являет­ся следствием одновременного действия нескольких геохимических барь­еров, накладывающихся друг на друга. Геохимические барьеры сменяют друг друга в пространстве, что обусловливает сложное распределение ландшафт­но-геохимических полей со свойственными им геохимическими ассоциациями элементов. Понимание этих связей необходимо для прогнозирования техно­генного геохимического воздействия на ландшафты и его регулирования.

Оценка геохимических условий ЭАА. Определяется тип элементарного геохимического ландшафта каждого ЭАА, действующие геохимические барьеры (тип, интенсивность действия, локализация), возможность накопления или выноса соединений (прежде всего природных и искуственных токсикантов, элементов минерального питания, пестицидов), локализация горизонтов аккумуляции тех или иных веществ. Самая большая сложность заключается в оценке интенсивности действия геохимических барьеров и соответственно интенсивности накопления тех или иных соединений, поскольку количественных шкал здесь не существует и возможна оценка только на качественном уровне, да и то весьма приблизительная.

В соответствии с категорией ЭГЛ устанавливаются ограничения на использование средств химизации.