Геохімічні бар'єри та ареали акумуляції

Швидкість руху речовин в глобальних, регіональних і локальних технобіогеохімічних потоках залежить від: 1) фізико-хімічних характеристик речовин (активність, розчинність); 2) характеру середовищ, через яке переміщується цей потік.

У зв'язку з тим, що на шляху руху потоку речовини середовище мінливе, виникають ділянки, де умови міграції інші, що призводить до зменшення рухливості деяких речовин, їх накопичення, тобто до виникнення геохімічних бар'єрів. Бар'єрами можуть бути: окиснення, випаровування, відновлення, кислотність, лужність, адсорбція. За формою бар'єри можуть бути лінійними і площинними.

 

Ареал акумуляції визначається територією, яка містить декілька ландшафтів і природних областей, де утворюються однотипові вторинні грунтові сполуки, їх переміщення, осадження, накопичення в грунтах, грунтових водах. Ареали акумуляції поділяються на:

1) дуже широкі – R₂О₃, SiО₂;

2) помірно широкі – CaMg(СО₃)₂, СаСО₃, MgСО₃;

3) вузькі – Na₂SО₄, MgSО₄, NaCl, Na₂СО₃;

4) дуже вузькі – NaNO₃, KNO₃, CaCl₂, MgCl₂.

 

Біогеохімічні процеси диференціюють земну поверхню. Водний міграційний потік речовин формує на земній поверхні три головні геохімічні пояси: а) пояс виносу; б) пояс транзиту; в) пояс акумуляції. Це проявляється як в масштабі окремо взятого підвищення, прилеглого до нього схилу, підніжжя аж до річкового басейну; так і в зв'язці гірської системи і низини чи в зв'язці суші і океану в цілому. Ці три типи земної поверхні геохімічно з'єднані в каскадні ландшафтно-геохімічні системи. Вони включають конкретні екосистеми і поєднані одним водноміграційним потоком речовин від вищого рівня до нижчого. Міграція речовин у каскадних ландшафтно-геохімічних системах регулюється характером потоку і геохімічними бар'єрами, в результаті чого відбувається диференціація суші. При цьому формуються такі місця: 1) виносу – автономні (елювіальні) геохімічні незалежні ландшафти, де розчинні сполуки виносяться, а акумулюються SiO, R₂0₃; 2) область транзиту – геохімічні підлеглі транзитні ландшафти, у яких частково акумулюються СаСО₃, Na₂СО₃, CaSО₄, Na₂SО₄, MgSО₄, NaCl, CaCl₂, NaNО₃; 3) пояси акумуляції, в яких

формуються геохімічні підлеглі акумулятивні ландшафти, де накопичуються найбільш розчинні і високодисперсні продукти вивітрювання та грунтоутворення (рис. 30).

 

Рис. 30. Схема диференціації та ареал акумуляції сполук у грунтах у безстічній (А) та дренованій (Б) частині континенту

 

Вертикальні внутрішньогрунтові міграційні потоки мають як низхідний, так і висхідний характер упродовж року. Дані потоки формують генетичні горизонти грунтового профілю. Суттєве значення при цьому мають біогенні потоки речовин, які утворюються життєдіяльністю організмів.

Баланс грунтоутворення

Грунтоутворюючий процес складається з 4-х компонентів речовинно-енергетичного балансу:

1) притоку речовини й енергії в грунт;

2) перетворення речовин і енергії в грунті;

3) переміщення речовин і енергії в грунті;

4) відтоку речовин і енергії з грунту.

 

Всі ці складові утворюють єдність, визначають направленість грунтоутворюючого процесу, будову, склад і властивості грунту. Баланс речовин при грунтоутворенні – це співвідношення між приходом речовин в грунт та їх відтоком з нього за певний відрізок часу.

 

В.А. Ковда визначив декілька форм балансу речовин залежно від довжини охопленого ним часу: 1) віковий, який має геологічний відрізок часу і зв'язаний з формуванням геоморфології місцевості; 2) періодичний (циклічний), який охоплює відрізок часу приблизно 11-22 років, очевидно, пов'язаний з періодичною активністю Сонця; 3) річний, який вкладається в річний гідрологічний цикл території; 4) на зрошуваній території виділяють міжполивний баланс речовин, який складається з коротких відрізків часу між поливами.

 

Можна виділити окремо баланс органічної речовини, азоту, води, мінеральних елементів, легкорозчинних солей.

У процесі грунтоутворення розрізняються прибуткові і видаткові статті балансу.

 

До прибуткових статей балансу належать:

1) прихід С, N, зольних елементів з опадом і рештками рослин і тварин;

2) прихід тих самих елементів з кореневими виділеннями;

3) прихід N з атмосфери за рахунок азотфіксаторів;

4) прихід N з опадами;

5) прихід речовин з вітровим пилом;

6) прихід з твердим поверхневим стоком;

7) прихід з рідким поверхневим стоком;

8) прихід з капілярною каймою грунтових вод;

9) прихід з боковим (внутрішнім грунтовим) стоком;

10) прихід з добривами, меліорантами, зрошуваною водою.

 

Видаткові статті балансу грунту:

1) захоплення рослинами N і зольних елементів для утворення щорічного приросту;

2) втрати азоту за рахунок денітрифікації;

3) втрати С при мінералізації рослинного опаду і гумусу;

4) вимивання речовин низхідним током води за границю грунтового профілю – у грунтові води;

5) винос речовин всередині грунтовим стоком;

6) винос речовин поверхневим твердим стоком;

7) винос речовин поверхневим рідким стоком;

8) втрата речовин за рахунок дефляції;

9) винос N, С, мінеральних елементів з урожаєм сільськогосподарських культур, сіном, деревиною.

 

Різні речовини в одному і тому ж грунті можуть мати різний баланс: позитивний, від'ємний, нульовий.

 

Позитивний баланс характеризується акумуляцією речовин у грунті, яка може бути абсолютною, відносною і залишковою. Глобальне значення має абсолютна акумуляція вуглецю і азоту атмосфери, що відбувається в процесі життєдіяльності зелених рослин і азотофіксуючих мікроорганізмів. Ці елементи накопичуються у лісовій підстилці, степовій повсті, в гумусовому горизонті. Акумуляція може бути зумовлена надходженням речовин в грунт із грунтових вод, поверхневого і бокового стоків води. Це характерно для аридного клімату: вода випаровується, а речовини залишаються в грунті. В гумідному кліматі зазвичай речовини не накопичуються, оскільки винос перевищує прихід речовин. Однак можуть накопичуватися кремній, алюміній, залізо, кальцій у вигляді СаСО₃, що спричинене привнесенням твердих частинок заплавними водами, делювіальним стоком, вітром. Формуються грунти абсолютного акумуляційного балансу речовин: заплавні, намиті, навіяні.

 

Відносна акумуляція речовин – збагачення верхньої частини профілю грунту мінеральними біофільними елементами внаслідок перекачування цих елементів рослинами з нижніх горизонтів або з нижньої частини товщі у поверхневі горизонти, хоч грунт в цілому їх не накопичує.

 

Вона залежить від вибіркової здатності рослин поглинати поживні речовини. Про ступінь відносної акумуляції різних хімічних елементів судять за коефіцієнтом біологічного поглинання А:

 

Ах = lх/nх,

 

де lх – вміст елемента х у золі рослин; nх – вміст елемента х у грунті, на якому росте рослина: для Р і S дорівнює 100n; Са, Mg, K дорівнює 10n; Mn, Cu, Mo дорівнює n; Si, Al, Fe, Ті, V дорівнює 0,1-0,001n.

 

Як визначив О.І.Перельман, залишкова акумуляція – це відносне накопичення в грунті речовин, які залишаються на місці при виносі інших, більш рухливих компонентів.

 

Від'ємний баланс спостерігається, коли винос речовин перевищує їх привнесення. Це відбувається в гумідних областях та ще на гірських еродованих схилах: привнесення речовин не компенсує виносу їх поверхневим чи внутрігрунтовим низхідним током. Збіднення грунтів може бути загальнопрофільне і погоризонтне. Наприклад, профіль підзолистого грунту збіднений на катіони; в аридних грунтах відбувається винос легкорозчинних солей тільки на деяку глибину.

 

Нульовий баланс характеризується тим, що винос і притік речовин скомпенсовані.

 

Водний баланс і водний режим грунтів є регуляторами балансу речовин. В.А. Ковда виділив такі типи балансу речовин: різко від'ємний, від'ємний, зрівноважений, змінний, позитивний, накопичувальний.

 

Різко від'ємний – характерний для схилів рівнинних територій з ерозійно-промивним водним режимом, для розораних схилів рівнинних територій:

 

S = So + R – FSs – FSm – FL,

 

де S – кількість речовин у кінці балансового періоду; So – на початку балансового періоду; R – кількість речовини атмосферних опадів; FSs – поверхневого стоку (розчинний матеріал); FSm – поверхневого стоку (твердий матеріал); FL – внутрігрунтовий боковий стік.

 

Від'ємний баланс – властивий для територій з промивним водним режимом, формується на дренованих плато і рівнинах з глибокими грунтовими водами; опади переважають над випаровуванням:

 

S = So + R – FSs – FSm – FL – ln,

 

де ln – інфільтрація (низхідний стік). У таких умовах формуються грунти під лісом.

 

Зрівноважений баланс спостерігається при непромивному водному режимі, характерний для територій аридного і напіваридного

клімату, де глибина грунтових вод більша 7 м. У таких умовах речовини з грунту виносяться шляхом поверхневого і бокового токів води:

 

S = So + R + FSs + FSm + FL.

Формуються грунти: степові чорноземи, каштанові, бурі напівпустельні, сіроземи.

 

Змінний баланс спостерігається при вологому кліматі, на рівнинах або зниженнях рельєфу, з рівнем грунтових вод 1-3 м, слабовід-тічних грунтових водах. Може бути позитивним, від'ємним і нульовим. Формуються чорноземно-лучні, напівболотні, болотні грунти лісостепу.

 

S = So + R + GW + FSs + FL – ln

 

де GW – надходження речовин з капілярною каймою грунтових вод.

 

Позитивний баланс забезпечуються намивним водним режимом. Він формується у заплавах і дельтах річок, що періодично пересихають:

 

S = So + R + FSm + FSs + FL + GW + FW + ln

 

де FW – надходження речовин, які приносяться намивними водами.

 

Накопичувальний баланс формується при випітному водному режимі; характерний для солончаків з глибиною грунтових вод 1-3 м:

 

S = So + R + FLm + FLs + GW.

 

У цій формулі GW > R > FLm > FLs.