Статья: Абиотическая миграция вещества литосферы
Абиотические потоки вещества в ландшафте в значительной мере
подчинены воздействию силы тяжести и в основном осуществляют
внешние связи ландшафта. В отличие от биологического метаболиз-
ма абиотическая миграция не имеет характера круговоротов, по-
скольку гравитационные потоки однонаправленны, т. е. необратимы.
Точнее, в данном случае можно говорить лишь о больших геологиче-
ских циклах, выходящих далеко за пределы характерного времени
ландшафта, длительность которых измеряется многими миллионами
лет и в ходе которых вещество, вынесенное с поверхности суши,
может вновь туда вернуться, пройдя через многократные и сложные
преобразования. Ландшафтно-географическая сущность абиотиче-
ской миграции вещества литосферы состоит в том, что с нею осуще-
ствляется латеральный перенос материала между ландшафтами
и между их морфологическими частями и безвозвратный вынос ве-
щества в Мировой океан. Значительно меньше (в сравнении с био-
генным обменом) участие абиотических потоков в системе внутрен-
них (вертикальных, межкомпонентных) связей в ландшафте.
Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных
формах: 1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов дену-
Дации — обломочного материала, перемещаемого под действием си-
лы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде (влекомые
И взвешенные наносы) и воздухе (пыль); 2) в виде водораствори-
мых веществ, т. е. ионов, подверженных перемещению с водными
Потоками и участвующих в геохимических (и биохимических) ре-
акциях.
По отношению к каждой конкретной геосистеме различаются
Входные и выходные абиогенные потоки. В суммарном итоге — для
всей совокупности ландшафтов суши — перевес оказывается на сто-
роне последних, но в каждом отдельном ландшафте баланс вещества
складывается по-своему в зависимости от специфики его внешних
условий и внутренней структуры.
Обратимся сначала к основным выходным абиогенным потокам.
Механический перенос твердого материала не всегда поддается
более или менее точному учету. Основной интегральный показатель
механического выходного потока — твердый сток, точнее сток взве-
шенных наносов. Однако в нем не учитывается внутриландшафтное
перераспределение обломочного материала и прежде всего склоно-
вый (делювиальный) перенос крупных обломков, а также наносы,
влекомые русловыми потоками (составляющие, впрочем, небольшую
часть твердого стока). Интенсивность денудации сильно варьирует
по ландшафтам в зависимости от степени расчлененности рельефа
и глубины местных базисов денудации, податливости горных пород
к выветриванию и размыву, величины стока, развитости раститель
ного покрова, препятствующего сносу и смыву. В распределении
твердого стока обнаруживаются определенные черты широтной зо-
нальности. В тундре и тайге типичная величина модуля твердого
стока (Мт) не превышает 5—10 т/км2 *год, а средний слой ежегодно
го смыва — не более 0,002—0,004 мм1, но внутризональные разли-
чия достаточно велики. Так, для бассейна Невы, значительная часть
которого относится к Балтийскому кристаллическому щиту, МТсо-
ставляет всего лишь 1,6 т/км2 • год, а для вулканических ландшафтов
Камчатки — 60—80.
В зоне широколиственных лесов МТобычно равен 10
20 т/км2 *год, в лесостепи достигает 150 (в возвышенных лёссовых
ландшафтах), в степи — 50—100. В пустынях твердый сток резко
сокращается из-за практического отсутствия жидкого стока. В эква
ториальных ландшафтах МТотносительно невелик (в бассейне Кон
го— 18—37, в бассейне Амазонки — 67—87 т/км2*год), несмотря
на обильный речной сток; сдерживающим фактором служит мощный
лесной покров.
Механический вынос твердого материала достигает своего макси-
мума в горах, особенно сложенных рыхлыми горными породами
Только часть, учитываемая в стоке взвешенных наносов, может
составлять 2000 т/км2 * год и более (в некоторых горах Средней
Азии — до 2500, на северном склоне Апеннин — до 3000—3700
в горных сухих субтропиках юго-восточного Кавказа — до 4000 -
5000, что эквивалентно слою более 2 мм/год). Для многих горных
ландшафтов характерны селевые потоки; объем единовременном
селевого выноса обломочного материала достигает сотен тысяч
и даже миллионов кубических метров.
Уничтожение естественного растительного покрова может приве-
сти к развитию денудации на равнинах, масштабы которой сораз-
мерны с аналогичными процессами в горах. На обрабатываемых
1 Принимая, что 1 т/км2 соответствует слою 4*10 -4 мм.
землях экваториальной зоны, влажных муссонных тропиков, Лёссо-
вого плато (Китай) величина МТдостигает 2000—3000 т/км2*год.
Со стоком взвешенных наносов ландшафты суши теряют ежегод-
но примерно 22—28 млрд. т вещества, что составляет 150—
180 т/км2, или слой толщиной около 0,1 мм. Такой скорости выноса
достаточно, чтобы полностью «смыть» всю сушу до уровня Мирово-
го океана за 10—15 млн. лет.
Другим мощным фактором удаления твердого материала из
ландшафтов служит дефляция. Выходные эоловые потоки наиболее
интенсивны в аридных областях, а также на распаханных территори-
ях. Единичная пыльная буря в Средней Азии и Казахстане выносит
из плакорных почв 10—100 т/км2 вещества, из песчаных массивов —
5—10 т/км2, а из солончаков — 100—1000 т/км2. Знаменитая пыль-
ная буря, случившаяся в США в 1934 г., унесла за сутки
300 млн. т почвенных частиц с площади 3 млн. км2 (главным образом
с сельскохозяйственных земель), т. е. в среднем по 100 т с каждого
квадратного километра.
Глобальные масштабы дефляции и эоловой миграции вещества
в целом оценить чрезвычайно трудно. По разным оценкам количест-
во поступающего в атмосферу твердого вещества определяется
в n*1010 — n*1011 т/год. Эти величины соизмеримы со стоком взве-
шенных наносов или даже превосходят его. Однако в отличие от
твердого стока эоловая миграция не представляет собой полностью
необратимого потока. Частицы пыли удерживаются в атмосфере
в среднем от 1 до 10 сут. За это время, находясь в обороте, они могут
осесть частью в том же ландшафте, частью — в соседних или даже
более отдаленных ландшафтах и, наконец, частью — за пределами
суши, т. е. в Мировом океане. В настоящее время не представляется
возможным дать количественную характеристику всех составляю-
щих эоловой миграции вещества для всей ландшафтной оболочки
и разных типов ландшафтов. Имеются лишь приблизительные расче-
ты для некоторых регионов. Так, по Н. Ф. Глазовскому, в Средней
Азии и Казахстане область эолового выноса занимает площадь
в 3 млн. км2. Из нее ежегодно выдувается 0,3—3,0 млрд. т пыли,
т. е. 100—1000 т/км2.
Выходные потоки водорастворимых веществ заслуживают от-
дельного рассмотрения. Фильтруясь под действием гравитации в по-
чво-грунты и горные породы, атмосферные осадки обогащаются
растворимыми солями (в том числе органического происхождения),
которые вовлекаются в биологический круговорот, частью выносятся
за пределы геосистемы с речным и глубинным стоком. Наиболее
изучен речной ионный сток. Масса растворенных веществ, выноси-
мых мировым речным стоком, почти на порядок меньше стока взве-
шенных наносов и определяется в 2,5—5,5 млрд. т. Согласно
М. И. Львовичу, средний глобальный модуль ионного стока равен
20,7 т/км2, что соответствует слою химической денудации
в 008 мм. В аридных ландшафтах речные воды сильно минерализо-
ваны, но в силу слабого развития речного стока вынос ионов неве-
лик. В гумидных ландшафтах, напротив, речные воды обильны, но
слабо минерализованы. Поэтому зональные различия ионного стока
относительно невелики. Для тундры, тайги и пустыни типичны
близкие значения модуля ионного стока (Ми, как правило, не выше
10—15 т/км2*год). В зонах широколиственных лесов и лесостепи Ми
достигает 20—30 т/км2-год, а в зоне экваториальных лесов он
близок к 35 т/км2*год. Более существенны азональные контрасты,
связанные с распространением карбонатных и гипсоносных, а также
вулканических пород. В таких условиях даже в тайге Ми может
составлять 50—80 т/км2*год, а слой химической денудации достига-
ет 0,03—0,05 мм. Наиболее интенсивной химической денудации
подвергаются горные карстовые ландшафты, где годовой вынос
растворимых солей достигает 100—200 т/км2 и более, аслой денуда-
ции — свыше 0,05 мм (в Динарском нагорье — около 0,1 мм, в кар-
стовых ландшафтах Большого Кавказа — до 0,2—0,3 мм).
Второй важный выходной ионно-солевой поток связан с глубин-
ным подземным стоком, который образуется в результате инфильтра-
ции растворов в глубокие водоносные горизонты, залегающие ниже
уровня местных базисов речного стока. В областях питания артези-
анских бассейнов таким путем происходит интенсивный вынос солей
из ландшафта. В аридных областях, где практически отсутствует
речной сток, глубинный сток служит важнейшим фактором удаления
растворимых веществ из ландшафта. Согласно Н. Ф. Глазовскому,
в аридном регионе Средней Азии и Казахстана область глубинного
выноса солей занимает 1,4 млн. км2, т. е. треть всей территории.
Модуль ионного глубинного стока колеблется в пределах этой
области (куда входят в основном горы и предгорья) от 0,1 до
800 т/км2*год (средняя — 11,4 т/км2*год). Наиболее высокие вели-
чины характерны для конусов выноса предгорной полосы.
Существенную роль в миграции водорастворимых солей играют
воздушные потоки. С поверхности суши соли попадают в атмосферу
с пылью, а также при испарении и транспирации. Главными постав-
щиками атмосферных ионов служат аридные ландшафты. По расче-
там Н. Ф. Глазовского, из аридной области Казахстана и Средней
Азии путем испарения и транспирации в атмосферу поступает
7 млн. т солей в год (средний модуль выноса составляет
1,64 т/км2*год), а с пылью (без учета дефляции солончаков) за
пределы области выноса, составляющей около 3 млн. км2, уходит
около 5 млн. т. Но больше всего солей (12—120 млн. т в год) выдува-
ется с поверхности солончаков (модуль выноса — 100-
1000 т/км2*год).
Потеря вещества из ландшафта может частично компенсировать-
ся за счет входных потоков, причем на фоне общей для суши убыли
существуют ландшафты с положительным балансом твердого мате-
риала в результате его гравитационного и эолового перераспределе-
ния или выноса из глубинных толщ земной коры. Взвешенные нано-
сы не полностью выносятся в океан, часть их откладывается в русле,
а многие реки при впадении в океан образуют дельты. У некоторых
крупных рек (Миссисипи, Хуанхэ, Меконг, Иравади и др.) дельты
растут со скоростью 50—100 м в год. Во внутриконтинентальных
областях разгрузка потоков механического переноса обломочного
материала приводит к образованию предгорных шлейфов, конусов
выноса, слепых дельт и т. п.
Для некоторых ландшафтов имеет значение эоловый привнес
материала. В Казахстане и Средней Азии область положительного
баланса атмосферной пыли занимает, согласно Н. Ф. Глазовскому,
1,2 млн. км2, а модуль осаждения пыли составляет 5—10 т/км2*год.
В горах по мере нарастания высот поступление пыли увеличивается;
в высокогорьях, по некоторым данным, оно достигает около
150 т/км2*год.
Один из главных факторов поступления вещества в ландшафт-
ную оболочку — вулканизм. При извержении одного из вулканов
Исландии в 1783 г. излилось 12 км3 лавы, покрывшей территорию
в 56 км2. Во время других сильных извержений лава покрывала
площади в сотни км2, ее отдельные потоки достигали длины 50—
60 км. Если излияния лав имеют преимущественно локальное (реже
региональное) значение, то выбросы обломочного магматического
материала — пирокластов, особенно вулканического пепла, могут
оказывать глобальный эффект. Правда, этот эффект проявляется не
столько в аккумуляции твердого материала, сколько в запыленности
атмосферы и тем самым влиянии на тепловой баланс. Тем не менее
осаждение пепла чувствительно сказывается на обширных простран-
ствах. В той же Исландии при сильных извержениях слой пепла
покрывает всю площадь острова. Объем пирокластов, извергаемых
современными вулканами, примерно в 6 раз больше объема лав.
Излияния лав и отложение пирокластического материала приводят
к уничтожению почвенно-растительного покрова и нарушению нор-
мального функционирования ландшафта. После такого воздействия
формирование геосистем как бы начинается заново. Одно из нагляд-
ных проявлений подобных процессов — сложный профиль почв вул-
канических ландшафтов Камчатки, с несколькими погребенными
гумусовыми горизонтами.
В глобальном балансе вещества некоторую роль играет поступле-
ние метеоритов и космической пыли, приблизительно оцениваемое
в 10 млн. т в год.
Если обратиться к источникам поступления в ландшафты наибо-
лее активной, водорастворимой части твердого вещества, то основ-
ным из них следует считать атмосферные осадки. Соли атмосферных
осадков, выпадающих над сушей, имеют различное происхожде-
ние — как внешнее (океаническое, вулканическое), так и внутреннее
(поступают при испарении и транспирации, а также путем вымыва-
ния из пылевых частиц, выноса из солончаков). Выделить долю
солей, образующихся в атмосферных осадках за счет местного
круговорота веществ, в отличие от привнесенных извне, практически
не представляется возможным. Бесспорно то, что по мере удаления
от морских побережий в глубь суши минерализация осадков увели-
чивается — от 10 г/л и менее до 20—30 и более (в Средней Азии —
до 40—70 г/л). Одновременно изменяется состав ионов: в приокеа-
нических районах преобладают С1- и Nа+, в континентальных —
НСОз- SО2-4, Са2+, Мg2+. Впрочем, возрастание участия SО2-4
связывается главным образом с влиянием техногенных выбросов.
В вулканических районах наблюдаются дожди с минерализацией до
250 мг/л и высоким содержанием SО42-, С1-, Nа+ .
Количество солей, выпадающих на земную поверхность с атмос-
ферными осадками, зависит от количества и минерализации послед-
них. Хорошо прослеживаются как зональные, так и секторные
и высотно-поясные закономерности. Для тундры и тайги характерны
величины порядка 5—10 т/км2*год (но в Восточной Сибири — менее
5 т/км2*год), широколиственной зоны Западной Европы — около 10,
степей и полупустынь — 10—20, пустынь умеренного пояса и эквато-
риальной лесной зоны — 20—30 т/км2*год. С высотой в горах
выпадение солей возрастает вследствие увеличения количества осад-
ков. Заметное повышение наблюдается в вулканических районах.
Пути дальнейшей миграции ионов, поступающих в ландшафт
с атмосферными осадками, разнообразны. Частично (а при слабых
дождях — почти полностью) они задерживаются на земной повер-
хности, откуда ветром могут быть снова вынесены в атмосферу и,
таким образом, образовать локальный круговорот. Из просочивших-
ся в почву водных растворов некоторая часть ионов возвращается по
капиллярам к поверхности и также участвует в локальном абиотиче-
ском круговороте солей (этот случай особенно типичен для аридных
ландшафтов). Но большая или меньшая доля солей, содержащихся
в почвенных растворах (в том числе атмосферного происхождения),
перехватывается корнями растений и вовлекается в биологический
круговорот. Наконец, некоторое количество солей выбывает из ланд-
шафтного круговорота и формирует выходные потоки — ионный
речной и глубинный сток. Надо заметить, что поступление солей
с осадками, как правило, не компенсирует их потери со стоком.
Наиболее значительна относительная роль этого источника в ланд-
шафтах, формирующихся на кристаллических породах и на много-
летней мерзлоте, где влияние горных пород на минерализацию
поверхностных и подземных вод несущественно.
В аридных условиях привнес солей извне может происходить
и путем непосредственного осаждения в виде пылевых частиц. По
расчетам Н. Ф. Глазовского, в Средней Азии и Казахстане область
эоловой аккумуляции солей занимает 1,2 млн. км2. За год здесь
осаждается 0,003—0,10 т/км2 водорастворимых компонентов в со-
ставе пыли и 1 —100 т/км2 солевых частиц из солончаков. Сущеc-
твенным источником поступления солей, главным образом хлоридов,
служат Каспийское и Аральское моря; ветровой вынос солей из них
составляет 2,6 млн. т в год, через 1 км береговой линии Каспия
ежегодно переносится на сушу 710 т.
В районах разгрузки глубоких подземных вод, особенно в арид-
ных межгорных впадинах, соли привносятся с глубинным стоком.
В аридной части территории СССР таким путем водорастворимые
вещества, преимущественно хлориды, поступают на площади около
1,9 млн. км2 при среднем модуле 51,6 т/км2*год, способствуя засоле-
нию почв и грунтов. В гумидных ландшафтах роль этого фактора
значительно меньше, поскольку здесь происходит постоянное промы-
вание почво-грунтов и отток грунтовых вод.
Для многих районов области внутреннего стока (предгорные
конусы выноса, слепые дельты, разливы, также массивы орошения)
важнейшим источником поступления солей (преимущественно гидро-
карбонатов) служит речной сток. В конусах выноса, интенсивно
поглощающих речные воды, в низовьях таких рек, как Сырдарья, Чу
и др., модуль привноса солей, по Н. Ф. Глазовскому, превышает
100 т/км2*год.
Надежных данных для суждения о соотношениях входных и вы-
ходных потоков по различным конкретным ландшафтам не сущес-
твует, и можно говорить лишь о некоторых общих закономерностях.
В большинстве ландшафтов механический вынос твердого материа-
ла преобладает над привносом. Наиболее интенсивной механической
денудации подвергаются горные ландшафты, а среди равнинных —
возвышенности, сложенные рыхлыми породами (в частности, лёсса-
ми) в условиях семигумидного климата и слаборазвитой раститель-
ности, а также равнины, подверженные дефляции. Явно положитель-
ным балансом твердого вещества отличаются лишь некоторые специ-
фические ландшафты с преобладанием процессов современной акку-
муляции: вулканические, дельтовые, низменные аллювиальные рав-
нины гумидных (преимущественно муссонных) областей, подвергаю-
щиеся частым наводнениям, подгорные пролювиальные равнины.
Относительной сбалансированностью входных и выходных потоков
твердого материала характеризуются ландшафты с фундаментом из
прочных кристаллических пород. В любых условиях поддержанию
баланса способствует мощный растительный покров.
Солевой баланс в большинстве ландшафтов, в том числе и на
территории СССР, также отрицательный, поскольку поступление
солей с атмосферными осадками и пылью не может компенсировать
ихвыноса с поверхностным и подземным стоком. Дисбаланс особенно
резко выражен в карстовых ландшафтах. Исключение составляют
главным образом ландшафты пустынь, приуроченные к внутриконти-
нентальным бессточным равнинам и впадинам, где поступление
солей из атмосферы превышает величину ионного стока, а для многих
районов дополнительным фактором засоления служит разгрузка
минерализованных речных и подземных вод, формирующихся в со-
седних горных системах, и отчасти также эоловый привнос солей.
В абиотической миграции веществ нередко проявляется ярко
выраженная внутриландшафтная контрастность по локальным гео-
системам (морфологическим единицам). Плакорные (элювиальные,
автономные) фации, для которых единственным источником привно-
са вещества служат атмосферные осадки и пыль, как правило,
характеризуются резким преобладанием выходных потоков над
входными. Переходные (транзитные, трансэлювиальные) склоновые
фации, при наличии интенсивных сквозных потоков, могут в той или
иной степени приближаться к равновесному состоянию. Что касается
фаций подчиненных (супераквальных, гидроморфных, аккумулятив-
ных), то для них наиболее типично преобладание локальных входных
потоков вещества, они часто служат «геохимическими ловушками»,
аккумулирующими многие элементы.
Абиогенные потоки вещества по своим масштабам сильно уступа-
ют биогенным. Суммарный вынос твердого материала реками Земли
примерно на порядок меньше ежегодной продукции живого вещества
на суше (в сухой массе), а суммарный ионный сток — в 70 раз
меньше. Если рассмотреть эти соотношения по основным элементам-
биофилам, то контраст окажется еще более значительным. Вынос
фосфора с ионным стоком в 1000 раз меньше его потребления орга-
низмами, азота — в 150, углерода — в 100, калия — в 12 раз; в био-
логическом круговороте участвует также больше магния, кальция,
алюминия, кремния, чем в выходном ионном потоке. По некоторым
элементам (например, сера) величины близки, явное преобладание
выходных абиогенных потоков наблюдается по элементам, токсич-
ным для большинства организмов — хлору (в 40 раз), натрию,
фтору и др.
Как уже отмечалось, биологический круговорот отличается высо-
кой степенью замкнутости, и в выходные потоки попадает лишь
небольшая часть продуцируемого органического вещества. Мировой
сток органического углерода (в составе ионного речного стока)
составляет около 1,7 т/км2*год, а сток органического вещества
в целом — около 3,8, что составляет лишь несколько более 0,2%
ежегодной продукции биомассы. Однако на элементы, выпадающие
из биологического круговорота, приходится примерно 20% ионного
стока. Основные ионы речных вод лесных ландшафтов — Са2+
и НСО3 — — образуются за счет разложения органического вещества
Эти соотношения сильно дифференцируются по ландшафтам,
притом они неодинаковы для различных химических элементов. Так,
по имеющимся данным для дубово-буково-грабового леса (Бельгия),
из годовой суммы поглощаемых минеральных веществ вымываются
8,2%, в том числе N — 1, Са — 3,5, Р — 8,7, К — 25%. Для леса из
каменного дуба (юг Франции) соответствующие показатели: 20,5; I,
15; 13 и 51%. По исследованиям В. В. Пономаревой, в ельниках
Карельского перешейка из ежегодного поступления с спадом вымы-
вается (в %): N — 3, К — 6, Мg — 8, Са — 11, S — 35.
К ландшафтам, у которых наблюдаются минимальные потери
органического вещества, относятся луговые степи. Однако здесь
можно проследить контрастность по внутриландшафтным (морфоло-
гическим) подразделениям. Так, в плакорных фациях на вершинах
грив с выходными потоками (в основном поверхностным стоком) из
продуцируемого вещества выносится 1,8% С, около 1% N и золь-
ных элементов. В то же время в аккумулятивные фации низинных
болот, служащих геохимическими барьерами, дополнительно, за счет
внутриландшафтного перераспределения поступает 1,3% С, около
17% зольных элементов и 0,5% N (данные Н. И. Базилевич,,
см. табл. 12).
В гумидных лесных ландшафтах, где утечка биогенных элементов
может быть значительной, некоторая компенсация происходит за
счет солей атмосферных осадков и высвобождения элементов в про-
цессе химического выветривания горных пород. По Н. И. Базилевич,
в южной тайге при выветривании высвобождается ежегодно
34,5 т/км2 минеральных элементов, что почти обеспечивает сба-
лансированность входных и выходных потоков элементов-органоге-
нов (лишь с небольшим дефицитом в 0,5 т/км2*год). В дубравах же,
где выветривание обеспечивает 12,5 т/км2 элементов питания, созда-
ется даже положительный баланс (12,6 т/км2). В тундре и пустыне,
где химическое выветривание незначительно (2,3 и 0,4 т/км2*год),
оно не покрывает убыли минеральных веществ с выходными потока-
ми, а в лесостепи — практически не играет роли в балансе органиче-
ского вещества, который остается положительным.
Помимо частичного выпадения органического вещества из внут-
риландшафтного биологического круговорота в виде ионов с водным
стоком следует отметить еще два специфических типа латеральных
потоков органического вещества: 1) механический перенос пыльцы,
спор, семян, микроорганизмов ветром, и водными потоками и 2) пе-
ренос (который можно назвать биогенно-механическим) вещества
животными в виде собственной биомассы, экскрементов, а также
семян растений, микроорганизмов. Особенно заметный, хотя и узко
локальный эффект оказывает вынос на сушу органического вещества
(в том числе десятки и сотни т/км2*год N, Р, К) рыбоядными птица-
ми (залежи гуано, птичьи базары и др.).
Сопоставляя биотические и абиотические потоки вещества в ланд-
шафтах, мы приходим к следующим выводам. По своим масштабам
биотические потоки значительно превосходят абиотические. В абио-
тических потоках доминирует латеральная составляющая, относя-
щаяся к внешним связям геосистем, в биотических — вертикальная
составляющая, относящаяся к внутренним связям. Абиотические
потоки разомкнуты; входные потоки нескомпенсированы с выходны-
ми, последние доминируют, что в целом придает абиотической мигра-
ции однонаправленный характер и ведет к потере вещества. Биотиче-
ские потоки квазизамкнутые, они имеют характер круговоротов
И способствуют удержанию вещества в ландшафте, выполняя в нем
тем самым стабилизирующую функцию.