Преобразование приповерхностной части литосферы

В биохимическом преобразовании верхнего слоя литосферы почва принимает прямое и косвенное участие. Косвенное влияние заключается в том, что без почвы не было бы активного биохимического преобразования литосферы, потому что в почве обитают организмы, осуществляющие

Здесь почва выступает источником органических кислот. При взаимодействии фульвокислот с первичными минералами наряду с разложением последних мог происходить и синтез глиняных минералов, при котором частично фиксируется мобильный магний (см приложение 1).

Кроме кислот, возникающих при гумусообразовании, важными агентами разрушения и изменения минералов литосферы являются попадающие в почву продукты жизнедеятельности обитающих в ней микроорганизмов. В результате совместного действия эти агенты оказываются важнейшими факторами мобилизации химических элементов, законсервированных в кристаллических решетках, которые идут на питание

различных живых существ биосферы (см. приложение 2).

Освобождение SiO₂ из минералов под влиянием кислотно-щелочеобразующих микроорганизмов (Аристовская, 1980)

Процесс микробиологической деструкции минералов материн­ских пород наглядно проявляется на ранних стадиях почвообразования, когда в исходном субстрате еще не накопилось зольных веществ и минералы породы оказываются почти единственным источником питания живых организмов. Среди агентов преобразования минералов заметную роль могут играть биогенные щелочи, вклад которых в процессы выветривания остается пока слабо изученным.

В то же время образование биогенных щелочей – широко распространенный в природе процесс, который в отдельных микроочагах может протекать даже в кислых подзолистых почвах. Основным источником биогенных щелочных соединений могут быть соли слабых органических кис­лот и сильных оснований, образующихся при разложении расти­тельных остатков, среди продуктов минерализации которых оказываются карбонаты и бикарбонаты.

Щелочи образуются также при аммонификации белковых веществ. Они могут накапливаться в почве после внесения навоза и других азотсодержащих соединений, а также при разложении богатых основаниями пород.
В процессах выветривания в щелочных почвах большое значение имеет биогенная сода. Образование микроорганизмами карбона­тов и бикарбонатов при минерализации богатого опада приводит к сильному повышению рН почвенных растворов, что вызывает разрушение алюмосиликатов.

 К числу реагентов, образуемых с помощью микробов, относят­ся также сильные восстановители: водород, сероводород, метан и другие, которые, по-видимому, в определенных условиях могут также участвовать в процессах преобразования минерального суб­страта.

Таким образом, биохимический аппарат, которым располагает микрофлора почвы для деструкции минералов, в высшей степени гибок и разнообразен. В зависимости от условий среды может быть использовано то или иное из имеющихся средств для освобождения химических элементов из породы.

 В результате длительного действия почвенных агентов выветривания и мобилизации вещества земной коры достигается одно из главнейших условий динамического развития и функционирования зоны гипергенеза – образование фонда лабильных соеди­нений и элементов, создающего необходимые предпосылки для различного типа миграции веществ и круговоротов.

 Благодаря разрушению литосферных пород возникает оболочка, способствующая поглощению паров, газов, адсорбции элементов и соединений из растворов.

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.

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.

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

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 * 10²¹г; карбонатного углерода содер­жится в несколько раз больше. Аккумуляция СО₂атмосферы 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.

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.

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).

Приложение 3 Глобальные функции почв

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.