Вопросы ко второй контрольной работе " Глобальные функции почв" .

Литосферные функции почв. Почва – защитный слой и факто развития литосферы. Биохимические преобразования приповерхностной части литосферы. Почва – источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых. Передача аккумулированной солнечной энергии и вещества атмосферы в недра Земли. Антропогенные нарушения литосферной функции почвы.

Гидросферные функции почв. Особенности гидросферы как фактора почвообразования. Оценка роли почв в круговороте воды. Участие почвы в формировании речного стока и водного баланса. Трансформация атмосферных осадков в почвенногрунтовые и грунтовые воды. Почва как фактор биопродуктивности водоемов. Почвенный защитный барьер акваторий. Использование гидросферы и гилрологических функций почв.

Влияние почв на атмосферу. Почва как фактор формирования и эволюции газового состава атмосферы. Почва- регулятор газового состава современной атмосферы. Почва- источник и приемник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы. Влияние почвы на энергетический режим и влагооборот атмосферы. Антропогенные изменения атмосферных функций почв.

Общебиосферные и этносферные функции. Почва как среда обитания для организмов суши. Роль почвенного покрова в дифференциации географической оболочки и биосферы. Почва как связующее звено биологического и геологического круговоротов. Почва как фактор биологической эволюции. Антропогенные изменения общебиосферных функций почвенной оболочки. Этносферные функции почв

Литосферные функции почв

1. Почва – защитный слой литосферы и фактор развития литосферы

Верхняя часть литосферы, граничащая с гидросферой и воз­душной оболочкой, находится в особых термодинамических и геохимических условиях. Поверхностные горизонты литосферы испытывают постоянное разрушающее воздействие ряда агентов. На континентах особую разрушающую силу несут с собой движу­щиеся воды и ветер, наиболее интенсивно воздействующие на незащищенные почвенным и растительным покровом дневные го­ризонты геологических пород.

Без почвенного слоя поверхность литосферы была бы подвержена мощному фронталь­ному эрозионному воздействию текучих вод. Не менее тяжелые потери возникают от дефляции, приобретающей бурный, затяжной характер при уничтожении почвенно-защитного чехла (Вернадский В.И., 1960).

На Земле в силу мощного проявления экзогенеза каче­ственно иное структурно-динамическое состояние литосферы, которая оказалась гораздо более продвинутой в эволюционном плане. Одна из важнейших причин этого — наличие на нашей планете развитого почвенного покрова.

Благодаря гидросферным функциям почвы реализуются в течение многих миллионов лет влагообороты на Земле, имеющие столь существенное значе­ние в глубоком экзогенном преобразовании каменной оболочки. С циркуляцией воды во внешней области Земли связано функцио­нирование на нашей планете мощного комплекса экзогенных процессов, оказывающих огромное влияние на другие компонен­ты – литосферу, органический мир, вовлечение их в глобальные круговороты.

Значительный вклад вносит почва в эффект сбалансированности развития литосферы – уравновешенность эндогенных и экзогенных факторов, внутренних и внешних источников энергии литосферы и существование процессов возврата в каменную оболочку теряемого ею вещества

Биохимические преобразования приповерхностной части литосферы

В биохимическом преобразовании верхнего слоя литосферы почва принимает косвенное и непосредственное участие. Косвенная роль заключается в том, что без почвы, являющейся основной средой обитания организмов суши, активное биохимическое изменение литосферы живые организмы и их метаболиты без почвы не представляли бы серьезного фактора глобального преобразования лика Земли.

Почва выступает как поставщик органических кислот специфической и неспецифической природы, возникающих в процессе гумусообразования. При взаимодействии растворов фульвокислот с минералами выявлена их значительная растворяющая способность

Гуминовые кислоты чернозема могут оказывать на минералы такое же разлагающее действие, как и фульвокислоты. Однако гуминовые кислоты совершенно не поглощались порошками первичных минералов и из их растворов не осаждался Аl, как это имело место в случае фульвокислот.

Преобразование поверхностного слоя литосферы под действием микроорганизмов почвы включает два противоположно направленных процесса: 1)разрушение минералов породы, 2)новообразование минералов при участии микроорганизмов.

Первый процесс может включать как прямое, так и косвенное воздействие микроорганизмов на кристаллические решетки минералов, приводящее к переходу в подвижное состояние содержащихся в породе элементов.

• а) прямое воздействие может быть двух типов -- разрушение с помощью ферментов и с помощью микробных слизей

• б)косвенное заключается в разрушении породы с помощью сильных химических реагентов, продуцируемых почвенными микроорганизмами в процессе обмена веществ. Эти реагенты представлены разнообразными минеральными и органическими кислотами, биогенными щелочами, хелатообразователями и, по-видимому, веществами, обладающими сильными редуцирующими свойствами.

Среди кислотных продуктов микробного происхождения в процессах выветривания большую роль играют не минеральные, а органические кислоты (щавелевую, лимонную, глюконовую муравьиную, уксусную, масляную, молочную, винную и др. К числу реагентов, образуемых с помощью микробов, относятся также сильные восстановители: водород, сероводород, метан и др., которые в определенных условиях могут также участвовать в процессах преобразования минерального субстрата.

Одна из важнейших форм мобилизации вещества поверхностных слоев литосферы -- перевод значительной его части в коллоидальные и истинные растворы, обладающие высокой миграционной активностью и способные перемещаться с водными потоками через континентальные пространства до глубинных зон Мирового океана. Это приводит к образованию фонда лабильных соединений и элементов, создающего необходимые предпосылки для различного типа миграции веществ и круговоротов.

Почвенное выветривание способствует возрастанию удельной поверхности преобразованных почвообразованием исходных массивно-кристаллических пород. Резкое возрастание активной поверхности активизирует поверхностные силы, которые обусловливают проявление ряда природных процессов: поглощение газов, паров жидкости, адсорбцию элементов и соединений из растворов и др.

Передача аккумулированной солнечной энергии и вещества атмосферы в недра земли

Почва участвует в передаче вещества атмосферы в недра Земли. Суть этой функции заключается в том, что в процессе почвообразования происходит поглощение газов, которые в составе почвенных соединений поступают в осадочные породы. Поступление азота в состав органических соединений происходит преимущественно в почве. Но особенно важное значение имеет связывание почвенно-растительным покровом диоксида углерода с последующим погребением в осадочной оболочке.

Масштабы аккумуляции углерода в стратисфере достигают колоссальных величин. Только органического углерода в фанерозойских отложениях накоплено более 9Ч10²¹т. Карбонатного углерода содержится в несколько раз больше.

Жизнь на Земле и других планетах, при прочих равных условиях, возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью. С энергетической смертью планет неизбежно должна прекратиться и жизнь.

3. Почва – источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых

Почва является источником для формирования в ней минералов, пород и полезных ископаемых. Осадочная и метафорфическая оболочки образовались при участии вещества, испытавшего воздействие почвообразовательного процесса.

Почвообразование оказывает существенное влияние на торфонакопление и генетически связанное с ним углеобразование. Взаимосвязь торфо- и угленакопления обусловлена прежде всего тем, что и торф и многие виды ископаемых углей — резуль­тат консервации растительных остатков, образовавшихся при совместном влиянии климата, растительности, геологической об­становки и, конечно, почвообразования. Почвенный фактор во многих работах, однако, не упоминается, что также указывает на явный недоучет многообразия роли почв в природных процессах.

Есть основания говорить также и об определенном значении почвенной оболочки Земли для формирования нефти и газа, на­ходящихся в "родственных" связях с углем. В химическом составе угля, нефти и природного газа много общего. Прежде все­го, преобладает углерод и присутствуют водород, кислород, азот, т.е. те элементы, которые являются основой жизни на Земле.

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.

Антропогенные нарушения литосферных функций почвы

Среди видов деградации функции почвенно-биохимического преобразования верхнего слоя литосферы выделяются:

• 1) глобальное ослабление биохимического преобразования литосферы,

• 2) локальное и региональное изменение естественно сложившихся направлений биохимического преобразования литосферы

• 3) появление очагов с новым типом почвенно-биохимической трансформации ее поверхностного слоя и др.

Отмечается локальное и региональное прекращение участия почвы в формировании каустобиолитов.

Имеет место общее глобальное ослабление вклада почвы в современные процессы формирования ряда органогенных и минеральных полезных ископаемых.

Современное человечество ответственно перед будущими поколениями за ту экологическую среду, которую оно им оставляет. Нельзя допустить, чтобы деградация почвенного покрова и его литосферных функций уничтожила бы "кожу" литосферы (защитную почвенную оболочку) и превратила бы нашу планету в оскальпированную Землю.

Гидросферные функции почв

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).

Современные почвы регионов интенсивного антропогенного воздействия стали во многих случаях иначе или даже принципи­ально по-другому влиять на продукционный процесс в водоемах. Если в доиндустриальный период почвы выступали в основном как фактор положительного воздействия на продукционный про­цесс в аквасистемах, то в техногенный этап развития общества ситуация изменилась. Соединения, поступающие в водоемы из почв, в первую очередь освоенных, стали весьма часто негативно воздействовать на биологическую продуктивность гидросферы.

Почва как защитный барьер акваторий

Основное проявление защитной функции почв заключается в том, что почва благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов. Эта роль почв оказывается исключительно важной, поскольку, например, радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами гораздо ак­тивнее, чем из почвы, что может привести к быстрому наруше­нию в них обмена веществ. Коэффициенты накопления боль­шинства изучавшихся радиоизотопов у пресноводных растений достигают десятка тысяч, тогда как у наземных растений они обычно меньше единицы.

Такое резкое снижение поступления элементов в растения из почвы — наглядный пример того, что она представляет собой сильный природный сорбент, благодаря чему оказывается мощ­ным барьером для многих элементов и соединений на пути их миграции в водоемы стока. Сорбционная сила почв настолько ве­лика, что химические элементы могут поглощаться из недонасы-щенных растворов, из которых самостоятельные минералы мно­гих элементов образоваться не могут. Поэтому для ряда редких элементов (рубидия, цезия и др.) сорбция фактически единствен­ный механизм концентрации.

Возможности сорбционной функции почв, к сожалению, не беспредельны. В настоящее время в связи с резко возросшими антропогенными нагрузками она уже во многих случаях не справ­ляется со своими задачами. В результате в речные воды и водо­емы поступают избыточные количества многих соединений (Ковда В.А., 1989).

Почва выполняет также важную роль сорбционного защитного экрана от загрязнения подземных вод. Известны случаи, когда при фильтрации сточных вод и детергентов (очистителей) до 95 % загрязнителей задерживалось в верхнем 15-30-сантиметровом слое почвы, отличающейся зна­чительной величиной удельной поверхности.

Трансформация атмосферных осадков в почвенно-грунтовые и грунтовые воды

К грунтовым водам относят подземные воды, расположенные ниже почвенной толщи и дренируемые реками или эрозионной сетью. Если УГВ таких вод постоянно или временно располагается в пределах почвенного профиля, то такие воды выделяют в отдельную категорию почвенно-грунтовых вод.

При прохождении осадков через почву меняется:

- их химический состав (торфяно-тундровые почвы и подзолы обогащают грунтовые воды органическим веществом, чернозёмы и каштановые - солями, особенно нитратами, не говоря уже о солончаковатых),

- изменяется газовый состав атмосферных осадков за счёт окисления органического вещества и выделения углекислого газа, при этом снижается содержание кислорода,

- значительное обогащение грунтовой воды ионами происходит за счёт материнских осадочных пород: известняки, мергели, доломиты, гипс, галит и др.

- подкисление атмосферных осадков газообразными промышленными отходами (с рН 5, 6 до4, 0) усиливает вымывание Са, Мg, К и др. химических элементов, а так же активизирует мобилизацию Al, Fe, Mn и связывание Р.

- влияние процессов взаимодействия осадков и почвогрунтов на изотопный состав подземных вод: установлено увеличение дейтерия на пашне, обогащение грунтовых вод ¹⁸О_2.