Имя материала: Основы биогеохимии

Автор: В.В.ДОБРОВОЛЬСКИЙ

13.4. взаимосвязь биогеохимических процессов с водной и атмосферной миграцией элементов в аридных условиях

 

Часть химических элементов, мобилизованных в результате процессов, протекающих в почве, поступает в поверхностные и грунтовые воды. Известно, что минерализация природных вод возрастает с усилением засушливости. Концентрация одних рассеянных элементов коррелирует с ростом общей минерализации, других — нет. Сопоставление содержания рассеянных элементов в поверхностных водах на территории Украинского кристаллического щита при переходе от лесных ландшафтов к степным показало, что концентрация некоторых элементов закономерно меняется (табл. 13.7).

Таблица 13.7

Концентрация рассеянных элементов в поверхностных водах

краинского кристаллического щита

(составлено автором по данным Б.Ф.Мицкевича, 1971)

 

 

 

Химический элемент

Ландшафты

лесные

лесостепные

степные

1

2

1

2

1

2

Sr

36,0

0,5

68,0

0,9

128

1,6

Ti

40,0

13,3

94,0

31,3

106,0

35,3

V

2,7

з,о

6,0

6,7

4,0

4,4

Cr

5,4

5,4

8,0

8,0

9,0

9,0

Сu

2,4

0,3

12,0

1,7

10,0

1,4

Pb

4,8

4,8

3,0

3,0

3,0

3,0

Zn

11,0

0,6

28,0

1,4

36,0

1,8

Sn

3,5

7,0

4,0

8,0

1,5

3,0

Zr

4,2

1,6

9,0

3,5

2,0

0,8

Mn

158,0

16,0

94,0

9,4

126,0

13,0

 

Условные обозначения: 1 — концентрация (мкг/л); 2 — отношение данной концентрации элемента к его средней концентрации в реках мира.

 

Средняя концентрация цинка составляет (мкг/л): в воде лесных ландшафтов —11, лесостепных — 28, степных — 36. Для стронция соответственно: 36; 68; 128. Вместе с тем концентрация некоторых элементов (например, циркония) изменяется незакономерно, а концентрация марганца в воде лесной зоны выше, чем в степной.

Коэффициент водной миграции Кк некоторых химических элементов в поверхностных и грунтовых водах аридных регионов ниже, чем в воде лесной зоны. Очевидно, это обусловлено двумя причинами. Во-первых, в лесных почвах в процессе жизнедеятельности микроорганизмов синтезируется большое количество растворимых гумусовых кислот, которые образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами и некоторыми другими рассеянными элементами и являются главным фактором их водной миграции. Во-вторых, в аридных ландшафтах из-за недостаточного атмосферного увлажнения значительная часть водорастворимых форм элементов, сосредоточенных в верхнем горизонте почв, не вовлекается в водную миграцию.

Отсутствие древесной растительности, слабое покрытие почвы травянистой и полукустарничковой растительностью способствуют захвату значительных масс почвенных частиц в атмосферную миграцию. То обстоятельство, что в поверхностном горизонте почв сухих степей и пустынь сосредоточено значительное количество водорастворимых форм элементов, обусловливает их активное поступление в атмосферу.

Слабая интенсивность водной миграции некоторых химических элементов в аридной зоне и накопление их в составе водорастворимых солей и дисперсных частиц на поверхности почвы имеет важное значение для геохимии аэрозолей. Развитие растительности и биогеохимические процессы, протекающие в почве, в значительной мере определяют геохимию континентальных аэрозолей. Средняя минерализация атмосферных осадков, выпадающих в зоне бореальных лесов Восточно-Европейской равнины, — около 17 — 20 мг/л, на территории степей — 45 — 50 мг/л, а в пустынях — более 150 мг/л.

Несмотря на уменьшение количества атмосферных осадков на аридной территории по сравнению с лесной зоной, засушливые ландшафты получают из атмосферы больше солей, чем районы избыточного увлажнения.

На основании данных В. П. Зверева и В. 3. Рубейкина (1973) можно считать, что в бореальные леса поступает с атмосферными осадками солей в среднем от 7 до 10 т/км2, в степях — около 18 т/км2, в пустынях — 22 т/км2 в год.

Минерализация атмосферных осадков сложно связана с содержанием рассеянных элементов. Концентрация многих элементов в осадках сильно колеблется без видимых закономерностей, но содержание таких элементов, как кальций, натрий, стронций, отчетливо возрастает по мере увеличения общей минерализации. Учитывая, что содержание водорастворимых форм рассеянных элементов составляет в среднем около 50\%, очевидно, что общая масса рассеянных элементов в приземном слое тропосферы над аридными регионами значительно больше, чем над лесной зоной.

Большая часть континентальных аэрозолей захватывается ветром с поверхности почв и растений и многократно выпадает и поступает в атмосферу аридного региона. В связи с этим имеет смысл оценить глобальную миграцию масс пыли, главным источником которой являются сухие степи и пустыни. Результаты систематических наблюдений за переносом и осаждением пыли на всех континентах пока отсутствуют. Имеются сведения лишь для отдельных, преимущественно аридных регионов. Более полные данные есть для океана.

Среднее значение осаждения минеральной пыли над пелагической частью Мирового океана составляет около 3 т/км2 в год. Пелагиаль занимает примерно 90\% всей акватории (324×106 км2), циркумконтинентальная зона шельфа — 10\% (36×106 км2). Площадь материковых ледников (главным образом Антарктиды) равна 15×106 км2. Следовательно, на поверхность пелагиали океана и ледников выпадает 1,1×109 т континентальной пыли, на поверхность океана в зоне шельфа — 0,540×109 т, всего около 1,7×109 т/год.

За пределы Мировой суши выносится около '/з массы пыле-ватых частиц, поступающих на протяжении года в тропосферу. Главным источником пыли, областями развеивания являются аридные регионы, поверхность которых лишена покрова растительности, предохраняющей от выдувания тонких частиц ветром. Масса пыли, ежегодно захватываемая в тропосферу с поверхности суши, близка к 5,5×109 т. Если эту массу полностью отнести к территории аридных регионов, площадь которых равна примерно 60×106 км2, то среднее значение захвата пыли с единицы площади аридных ландшафтов составляет около 90 т/км2 в год. В действительности этот показатель несколько меньше в силу того, что некоторое количество пыли захватывается также с поверхности регионов с гумидным климатом. С учетом имеющихся данных можно предположить, что значение модуля ежегодного захвата пыли с единицы площади аридной территории должно быть не менее 70 т/км2.

Среднее значение осаждения пыли на суше вне областей развеивания на поверхность гумидных ландшафтов, не нарушенных человеком, составляет 18 — 20 т/км2 в год, а общая масса равна (1,3— 1,5)×109 т в год. Как отмечено выше, с суши в океан выносится около 1,7×109 т пыли в год. Следовательно, на поверхность аридных регионов возвращается не менее 2,5×109 т пыли, или около 40 т/км2 в год. Движение таких огромных масс дисперсного минерального вещества не может не отразиться на биогеохимических процессах. Постоянное присутствие значительного количества включений высокодисперсных минеральных частиц в наружных тканях растений сухих степей и пустынь является важным, но неизученным фактором биогеохимических циклов маcсообмена химических элементов. Особо важное значение этот фактор имеет для рассеянных элементов.

 

Рекомендуемая литература

 

Глазовский Н. Ф. Современное соленакопление в аридных областях. — М.: Изд-во МГУ, 1987. - 192 с.

Добровольский В. В. Характерные черты биологического круговорота химических элементов в пустынях Южной Монголии // Вестник МГУ. — Сер. почв., 1992. - №4.— С. 3-17.

Казанцева Т.Н. Распределение и динамика продуктивности подземной фитомассы // Пустыни Заалтайской Гоби. Природные условия, экосистемы и районирование. — М.; Наука, 1986. — С. 106— 114.

Касимов Н. С. Геохимия степных и пустынных ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1988.-С. 254.

Родин Л.Е., Базилевич Н.И., Градусов Б. П., Ярилова Е.А. Засушливая саванна Раджпутана (пустыня Тар) // Аридные почвы их, генезис, геохимия, использование. — М.: Наука, 1977. — С. 196 — 225.

Скарлыгина-Уфимцева М.Д., Черняков В.Б., Березкина Г.А. Биогеохимические особенности медно-колчеданных месторождений Южного Урала. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. - 151 с.

Снытко В. А. Геохимические исследования метаболизма в геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1978. — 148 с.

 

Контрольные вопросы

 

1. Охарактеризуйте структуру живого вещества аридного внетропи-ческого пояса.

2. Каковы крайние значения биомассы внетропических аридных экосистем?

3. Какие химические элементы являются типоморфными для экосистем аридного пояса?

4. Какие рассеянные элементы имеют важное биогеохимическое значение в аридных экогеосистемах?

5. В каком из поясов — аридном или гумидном внетропической суши атмосферная миграция элементов оказывает большее влияние на биогеохимические процессы? Аргументируйте заключение данными об атмосферной миграции масс.

6. Каково соотношение наиболее распространенных форм водной миграции металлов в природных водах аридного пояса: простых ионов, неорганических и органических комплексов?

 

Темы для самостоятельной работы

 

1. Составьте схему геохимического сопряжения элементарных экосистем степной зоны.

2. На основании данных, приведенных в разделе 13.4, сравните циклическую атмосферную миграцию масс твердых дисперсных частиц пыли и водорастворимых соединений в степной зоне в т/км2- год.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 |