Глобальные функции почв

    Рассмотренные вопросы вклада почвообразования в  формирование горючих полезных ископаемых свидетельствуют о существенном значении еще одного результата взаимодействия почвы с литосферой Земли. Становится ясным, что область влияния почвенной оболочки не исчерпывается той маломощной пленкой земной коры, в которой она расположена в настоящее время. Если рассматривать геологические масштабы времени в размере эпох и периодов, то перед нами со всей убедительностью предстает грандиозное распространение влияния почвенной оболочки на значительную, а возможно и большую, часть литосферы.

    В коре выветривания, тесно связанной  с почвообразованием, представлены месторождения полезных ископаемых, которые могут образоваться различными путями. В одних случаях происходит высвобождение в результате разрушения породы самородных металлов и устойчивых минералов (золото, платина, серебро, титанистый жезезняк, касситерит, гранат, алмаз и др.). В других случаях накапливаются вторичные образования (каолины, бентониты, охры и др.) в результате процессов окисления, гидролиза, синтеза и других геохимических реакций. Кроме того, полезные ископаемые могут образовываться при выпадении соединений из насыщенных растворов, путем метасоматоза, карстовых явлений и т.п.

    Почвообразовательные процессы задействованы в том или ином виде в разной степени в создании всех групп осадочных пород: обломочных, глинистых, аллитных, железистых, марганцевых, фосфатных, карбонатных, кремнистых, солей, каустобиолитов. Это проникновение почвообразования в осадочный литогенез обусловлено прежде всего теснейшей прямой или опосредованной связью почвы с живым веществом Земли.

    Оценивая  общий вклад почвы в континентальный  литогенез, необходимо отметить очевидное влияние тесно взаимосвязанных процессов почво- и корообразования не только на формирование мощных толщ осадочных пород, которые прорабатываются почвообразованием по мере их накопления, но и не менее сильное воздействие данных процессов на плотные породы. Эти породы претерпевают интенсивное воздействие почво- и корообразования, одним из важнейших результатов которого оказываются диспергация и растворение вещества, законсервированного в кристаллических решетках, с последующим поступлением значительной части мобилизованного консервативного материала в геохимические потоки в системе континент – океан. 

    1.4. Аккумуляция энергии Солнца

    Участие почв в данном процессе изучено недостаточно, хотя реальность этого участия в настоящее время не вызывает сомнения. Особого внимания заслуживает обмен энергией и веществами между разными слоями литосферы. В.И. Вернадский считал, что гранитная оболочка – метаморфизованная и переплавленная, когда-то была на поверхности биосферой суши.

    Атомные структуры основных минералов зоны гипергенеза по сравнению с главными минералами изверженных пород характеризуются повышенными запасами энергии, поскольку они образуются в процессе выветривания (и почвообразования) при эндотермических реакциях с поглощением солнечной энергии. Это важно, поскольку данные минералы составляют основную массу осадочных пород, которые в областях опускания земной коры попадают в глубокие горизонты планеты. Для этих горизонтов характерны высокие температуры и давление, поэтому вещество, образовавшееся при почвообразовании и выветривании, перестраивается в атомные системы с меньшей энергоемкостью. Выделяемое при этом тепло стимулирует внутриземные процессы.

    Почва также участвует в передаче вещества атмосферы в недра Земли. В процессе почвообразования происходит поглощение газов, которые в составе почвенных соединений поступают в осадочные породы. Вместе с органическим веществом осадочные породы уносят с собой добавочные количества кислорода за счет окислов.

    Важна роль почв в фиксации атмосферного азота в его глобальном круговороте, отмечая, что поступление азота в состав органических соединений происходит преимущественно в почве. Особенно важное значение имеет связывание почвенно-растительным покровом диоксида углерода с последующим погребением в осадочной оболочке.

    Аккумуляция углерода в стратосфере достигает  колоссальных величин. Только органического углерода в фанерозойских отложениях накоплено более 9 * 10²¹ г; карбонатного углерода содержится в несколько раз больше. Аккумуляция СО₂ атмосферы при формировании органического осадочного вещества Земли и карбонатных осадочных пород имеет принципиальное значение для поддержания геологической активности планеты и постоянного выделения из недр диоксида углерода и других газов в воздушную оболочку. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Гидросферные функции

    В настоящее время отсутствует  единая общепринятая трактовка понятия гидросферы. Связано это в значительной мере с разнообразием форм нахождения воды в природе и вычленением в водной оболочке Земли существенно разных составляющих: океана, жидких наземных континентальных вод и льда, атмосферных и подземных вод и др. Хотя различные типы вод находятся между собой в генетическом родстве, реальная функциональная связь между ними в каждый момент времени не может рассматриваться как однопорядковая.

    То, что мегагидросфера, или планетарная водная оболочка, проникает своей верхней границей в атмосферу, не противоречит классическим представлениям о соотношении геосфер Земли рассматривались как взаимопроникающие друг в друга.

    2.1. Роль в круговороте воды

    Перед атмосферными осадками, питающими реки, все другие факторы, за исключением температуры, представляются более чем второстепенными. Однако постепенно стало выясняться существенное значение и других гидрологических факторов: почвы, литологии, рельефа, живого вещества, антропогенных влияний.

    Огромно значение в истории воды почвенных  растворов, являющихся основным субстратом жизни. Рассматривая связи различных форм природной воды, изучение почвенных растворов вскрывает в истории воды грандиозное явление, связывающее разные воды (морские, речные и дождевые). Ниже дана схема зависимости почвенных и других вод.

    Почва играет роль посредника между климатом, речным и подземным стоками. Ни одно явление водного баланса не минует почву. Поэтому необходимо самое пристальное внимание уделять гидрологической роли почвы, без чего не могут быть правильно поняты многие гидрологические явления и процессы.

    Говоря  о важности учета почвенных гидрологических  функций в современных исследованиях, следует прежде всего иметь в виду разнообразие свойств реальных почв и сильное антропогенное изменение многих из них, приводящее к значительной изменчивости гидрологических процессов, контролируемых почвой. Особую актуальность приобретают детализация многих гидрологических исследований с учетом данных по динамике почв и дальнейшее развитие гидрологии почв в целом (см приложение 3).

    Участие почвы в формировании речного  стока и водного баланса имеет  многоплановое проявление и определяется рядом факторов, среди которых первостепенное значение имеют водно-физические свойства почвы (Ковда В.А., 1989).

    Так, есть случаи, когда инфильтрационная и водоудерживающая способности почв изменяются параллельно (одновременно возрастают или уменьшаются). При малых значениях фильтрационных и водоудерживающих показателей основная масса осадков расходуется на поверхностный сток; питание подземных вод очень слабое, а испарение с поверхности почв отсутствует или незначительно (практически нечему испаряться). Полный речной сток почти равен величине атмосферных осадков, но он состоит главным образом из поверхностных (паводочных) вод. В период между паводками реки сильно пересыхают, поскольку питание за счет подземных вод оказывается незначительным. При больших значениях фильтрационных и водоудерживающих показателей почв величины и соотношения элементов водного баланса сильно изменяются. Поверхностный сток уменьшается, испарение увеличивается за счет образовавшихся ресурсов почвенной влаги, питание рек подземными водами возрастает.

    Более широко в природе распространено иное соотношение основных водно-физических свойств почв: при увеличении ин-фильтрационных показателей почв происходит уменьшение их водоудерживающей способности. В этом случае поверхностный сток резко уменьшается, а подземный, напротив, сильно возрастает. Испарение достигает максимума при средних (оптимальных) значениях водно-физических свойств почв и мало при их крайних значениях. Полный речной сток изменяется наоборот: он снижается до минимума при средних значениях водно-физических свойств почв и возрастает при крайних значениях. Указанные изменения водного баланса рассмотрены для вариантов с одинаковыми атмосферными осадками.

    При выявлении основных форм участия  почвы в формировании общего речного стока выясняется, что главная форма этого участия – влияние почвы на соотношение грунтового и поверхностного питания рек. Именно от почвы зависит, какая часть атмосферных осадков поступит с водоразделов в реки в виде поверхностного стока, а какая – в виде грунтового, что в значительной мере определяет равномерность питания рек.

    Если  почвы отличаются хорошей водопроницаемостью и в подстилающей толще имеются рыхлые и трещиноватые породы, являющиеся аккумуляторами влаги, создаются благоприятные условия для равномерного питания рек. При слабовыраженной впитывающей способности почв активизируется поверхностный сток, что может приводить ко многим нежелательным последствиям: длительным паводкам в поймах весной и пересыханию рек в засушливый период, недостаточной влагозарядке почв, активизации эрозии и др.

    На  характер стока заметно влияет режим  промерзания почв. Сухая промерзшая почва по водопроницаемости мало чем отличается от непромерзшей. В сильно увлажненной промерзшей почве фильтрация снижается из-за закупорки пор кристаллами льда.

    Водорегулирующая  способность почв также существенно  зависит от характера произрастающей на ней растительности. Так, структура стока в лесу и на поле очень сильно различается. В лесу он значительно меньше. Это связано прежде всего с тем, что инфильтрация влаги в лесных почвах благодаря их благоприятным физическим свойствам в 2-3 раза выше, чем на полях. Поэтому снеговые и дождевые воды хорошо усваиваются почвой в лесу.

    Почва в значительной мере определяет и  баланс подземных вод. По условиям образования различаются следующие основные типы подземных вод: инфильтрационные, седиментационные (образующиеся в процессе отложения морских осадков), возрожденные и магматические. От почвы зависит образование не только инфильтрационных, но и других вод.

    Рассматривая влияние почв на формирование грунтовых вод, необходимо обратить внимание на изменение химического состава атмосферных осадков при прохождении их через почвенный профиль. Почвенный покров, тесно соприкасающийся с водой, играет значительную роль в трансформации состава выпадающих атмосферных осадков. Воздействие почвы на химический состав природной воды имеет двоякий характер: во-первых, формирующий первичный состав фильтрующихся через нее атмосферных осадков; во-вторых, метаморфизирующий, при котором происходит качественное изменение ионного и газового состава воды, взаимодействующей в дальнейшем с почвой. При этом в обоих случаях химический состав воды полностью зависит от характера почвы. Если вода фильтруется через бедные солями торфянисто-тундровые почвы, то она обогащается большим количеством органических веществ и лишь в очень малом — солями. Близкая к этому картина у подзолистых и супесчаных почв. Значительно больше обогащают солями воду черноземные и каштановые почвы, не говоря уже о солонцеватых (Ковда В.А., 1989).

    Изменение газового состава атмосферных осадков  при прохождении их через почву связано прежде всего с тем, что в ней идут процессы окисления органических веществ, вызывающих расход кислорода и выделение углекислого газа, содержание которого в почвенном воздухе может достигать нескольких процентов. 

    2.2. Почва – фактор биопродуктивности  водоемов

    Эта функция является логическим следствием воздействия почвенного покрова на химический состав поверхностных и грунтовых вод, питающих реки, а через них и на другие акватории, в том числе моря и океаны.

    В результате привноса почвенных соединений водоемы получают большие количества биофильных макро- и микроэлементов, а также гумуса (см. приложение 4).

    Соединения, поступившие с континентов в конечные водоемы стока, активно вовлекаются в продукционный процесс водных экосистем и в биохимические циклы. По подсчетам до 95% кальция, 50% магния и 30% калия, мобилизованных в почвах и корах выветривания при разрушении первичных пород на водоразделах, извлекаются из растворов при их попадании в моря и океаны, причем это извлечение происходит главным образом при участии организмов. Активно извлекаются, кроме того, кремний, фосфор и другие элементы.

    Говоря  о важном значении соединений, поступающих  с водоразделов, в формировании биологической продукции водоемов, необходимо отметить следующее. В условиях слабо измененных человеческой деятельностью регионов большая часть веществ, растворенных в водах, в основном прошла через почво- и корообразование до того, как влилась в геохимическую миграцию в направлении к океану или внутриматериковым впадинам, т.е. эти вещества поступили в водоемы из природных геохимических потоков и формы этих соединений сформировались в результате естественных процессов (Ковда В.А., 1989).