Экогеохимия ландшафтов копия 2 ...

Лекция на тему: Классификация ландшафтов по геохимическим признакам

 

1. Введение: Основы геохимии ландшафтов

Геохимия ландшафтов — научное направление, изучающее миграцию, распределение и концентрацию химических элементов в ландшафтах. Её основателем по праву считается Б.Б. Полынов (1877-1952), который ввел понятие о геохимических ландшафтах и разработал учение о корах выветривания. Ключевая идея: ландшафт — это не только морфологическая, но и геохимическая система, где происходят постоянные процессы миграции вещества и энергии.

Классификация ландшафтов по геохимическим признакам базируется на преобладающем типе миграции химических элементов (водная, воздушная, биогенная) и положении в каскадной системе геохимических сопряжений.

2. Ключевые понятия: элементарный ландшафт и геохимическое сопряжение

   Элементарный ландшафт (элювиальный геохимический фаций) — это участок земной поверхности, однородный по литологии поверхностных пород, рельефу, гидротермическим условиям и составу живых организмов. В его пределах миграция элементов определяется одними и теми же физико-химическими и биологическими процессами.

  Элементарный ландшафт  - любой конкретный участок леса, поля или болота, однородный по своим условиям, можно назвать элементарным ландшафтом.

Важно понимать, что его размеры могут быть очень разными — от нескольких квадратных метров до тысяч километров, в зависимости от сложности организации 

Геохимическое сопряжение — это пространственная связь элементарных ландшафтов, между которыми существует постоянный поток химических веществ (вещественно-энергетический обмен). Ландшафты образуют катены (ряды сопряжения) от водоразделов к понижениям.

 

3. Классификация элементарных ландшафтов (по М.А. Глазовской и А.И. Перельману)

Главные типы:

1. Автономные ландшафты (Элювиальные ландшафты)— это ландшафты, формирующиеся на повышенных элементах рельефа (водоразделах, вершинах холмов, склонах крутизной менее 5°), в условиях глубокого залегания грунтовых вод (глубже 3–5 метров).

Их главная особенность: они получают основную массу вещества и энергии только из атмосферы (солнечная радиация, атмосферные осадки, пыль) и не получают дополнительного привноса вещества с подземным или внутрипочвенным стоком с соседних территорий. Отсюда и название — «автономные» (самостоятельные).

Термин «элювиальные» происходит от понятия элювий — это продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте своего образования.

• В таких ландшафтах преобладает вынос растворимых веществ из почвы и коры выветривания вниз по профилю (нисходящие токи воды).
• Продукты разрушения горных пород здесь не смываются и не сносятся водой (как на склонах), а остаются на месте, формируя кору выветривания.

   Положение: Верхние части катен, водоразделы, плато, склоны. Не подвержены влиянию грунтовых вод и бокового притока веществ с вышележащих территорий.

   Водный режим: Преобладает инфильтрационно-перикуляционный сток. Атмосферная влага просачивается вглубь, вынося (элювиируя) растворимые вещества вниз по профилю. Формируется зона выноса (выщелачивания).

   Геохимическая специфика:

       Процессы: Окислительные, кислые или нейтральные.

       Характер миграции: Преобладает водная (с нисходящими потоками) и биогенная миграция (аккумуляция в биомассе и почвенном гумусе).

       Результат: Формирование обедненных, кислых кор выветривания (например, подзолы в тайге, ферраллитные коры в тропиках). Накопление малоподвижных элементов (Fe, Al, Si – в остаточных корах; Ti, Zr).

   Примеры: Сосновые боры на песчаных террасах, дубравы на водоразделах, верховые болота.

2. Трансэлювиальные ландшафты (от лат. trans — «через», «сквозь» и eluvium — «продукт выветривания») — это один из ключевых родов ландшафтов в геохимической классификации, занимающий промежуточное положение между автономными (элювиальными) и подчиненными (супераквальными и субаквальными).

Если совсем кратко: это склоновые ландшафты.

1. Определение и главный признак

Трансэлювиальные ландшафты формируются на склонах различной крутизны и протяженности. Их главная особенность — здесь происходит транзит (перенос) вещества и энергии, поступивших из автономных ландшафтов на водоразделе, а также частичный вынос продуктов местного выветривания .

Это ландшафты двойного подчинения:

• С одной стороны, они получают влагу и химические элементы с атмосферными осадками (как автономные).
• С другой стороны, к ним добавляется боковой приток вещества (твердого и жидкого стока) с вышележащих частей склона или водораздела .

Геохимический механизм

Главный процесс, определяющий облик трансэлювиального ландшафта, — это механический снос и вынос растворимых соединений за пределы ландшафта.

Вот как это работает поэтапно:

1.     Поступление: Вещество поступает двумя путями:

o    Сверху (атмосферные осадки).

o    Сбоку (поверхностный и внутрипочвенный сток с водораздела).

2.     Транзит: Под действием силы тяжести вода и взвешенные в ней частицы движутся вниз по склону. Скорость этого движения зависит от крутизны, проницаемости пород и растительности.

3.     Дифференциация: Вдоль склона происходит сортировка материала. Более крупные и тяжелые частицы (песок, щебень) могут оставаться на месте или смещаться медленно, в то время как мелкие (глина, ил) и растворенные вещества выносятся дальше, к подножию.

4.     Результат: Почвы в трансэлювиальных ландшафтах часто характеризуются:

o    Смытостью (эродированностью) — верхние, самые плодородные горизонты могут быть частично или полностью удалены.

o    Меньшей мощностью по сравнению с аналогами на плакоре.

o    Щебнистостью (на крутых склонах, где тонкозем не задерживается).

Если в элювиальном (автономном) ландшафте преобладают нисходящие токи воды (инфильтрация) и химические элементы уходят вглубь, то в трансэлювиальном ландшафте господствуют латеральные (боковые) потоки . Вещество здесь не просто выносится из верхней части почвы вниз, а уходит за пределы данного участка ландшафта, на нижележащие элементы рельефа.

3. Трансаккумулятивные ландшафты (или трансэлювиально-аккумулятивные) — это важное промежуточное звено в геохимической катене, соединяющее склоновые (трансэлювиальные) и подчиненные (супераквальные) ландшафты.

Давайте разберем их подробно, так как это понятие логично вытекает из нашего предыдущего обсуждения склонов и катен.

1. Определение и место в рельефе

Трансаккумулятивные ландшафты формируются в нижних частях склонов, у их подножия, а также на шлейфах и пологих конусах выноса.

Их главная особенность — это зона перехода:

• С одной стороны, сюда еще продолжает поступать материал с вышележащих частей склона (транзитная составляющая).
• С другой стороны, здесь скорость движения воды и обломков резко падает, и начинается активное накопление (аккумуляция) принесенного материала.

2. Геохимическая суть: "Перехватчик" вещества

Если элювиальный ландшафт — это "донор" (теряет вещество), а супераквальный — "аккумулятор" (накапливает), то трансаккумулятивный ландшафт — это первый перехватчик вещества на пути от водораздела к реке или озеру.

Здесь происходят ключевые процессы:

1.     Снижение энергии потока: У подножия склона угол наклона уменьшается. Вода и обломочный материал, летевшие вниз по склону, резко теряют скорость.

2.     Сортировка и отложение: Самые крупные и тяжелые частицы (щебень, крупный песок) остаются выше. Сюда, в нижнюю часть склона, доставляется и откладывается более мелкий материал — супеси, суглинки, глина, обогащенные органикой и тонкими минеральными частицами.

3.     Формирование мощных почв: Почвы здесь часто отличаются большой мощностью, так как постоянно получают новый материал сверху. Они могут быть погребенными (древние почвы засыпаны современным смывом).

3. Ключевое отличие от других типов

Тип ландшафта	Процесс	Местоположение
Элювиальный	Вынос	Вершина
Трансэлювиальный	Снос + транзит	Склон (верхняя, средняя часть)
Трансаккумулятивный	Транзит + Аккумуляция (накопление смытого)	Подножие склона, шлейф
Супераквальный	Аккумуляция (из грунтовых вод)	Пойма, низкая терраса

Главное: в трансаккумулятивном ландшафте накопление идет за счет поверхностного смыва, а не за счет капиллярного поднятия грунтовых вод (как в супераквальном). Хотя они часто соседствуют и могут переходить друг в друга.

4. Примеры трансаккумулятивных ландшафтов

1.     Подножие моренной гряды (продолжая предыдущий пример):

o    Описание: Вы спустились с крутого склона, покрытого лесом. Уклон стал почти незаметным. Здесь лес редеет, появляются более мощные, гумусированные почвы. Под тонким слоем дерна может залегать слой бурого суглинка, принесенного сверху. Это и есть зона аккумуляции смытого материала.

2.     Конус выноса оврага или временного водотока:

o    Описание: Овраг заканчивается, и при выхода на равнину или в долину реки он откладывает весь вынесенный им материал в виде веерообразного конуса. Это классический трансаккумулятивный ландшафт. Здесь почвы часто щебнистые, слоистые, разной мощности.

3.     Шлейф у подножия горы (пролювий):

o    Описание: В пустынях или предгорьях у подножия скал образуются пологие наклонные равнины, сложенные продуктами разрушения гор, снесенными селевыми потоками и временными водотоками.

4.  Подчиненные ландшафты 

В геохимии ландшафта подчиненными называют все ландшафты, которые получают вещество (химические элементы, минеральные частицы, органику) извне — с поверхностным или подземным стоком из автономных (элювиальных) ландшафтов .

Таким образом, подчиненные ландшафты — это более широкая категория, которая включает в себя две основные группы :

•      Супераквальные (надводные).

•      Субаквальные (подводные).

1) Супераквальные ландшафты — это ландшафты, формирующиеся в понижениях рельефа (поймы, низкие террасы, днища балок, приозерные котловины) при близком залегании грунтовых вод (обычно 1–3 метра от поверхности).

Ключевой процесс: Здесь происходит аккумуляция (накопление) веществ, принесенных как с поверхности (смыв с вышележащих склонов), так и снизу — с капиллярной каймой грунтовых вод.

Представьте себе низину у озера или речную пойму:

1.     Приток сверху: Сюда стекаются воды и смываются частицы почвы с автономных (водораздельных) и трансэлювиальных (склоновых) ландшафтов. Это приносит дополнительный минеральный и органический материал.

2.     Приток снизу: Грунтовые воды (часто минерализованные) подходят близко к поверхности. По капиллярам почвы вода поднимается вверх.

3.     Испарение: На солнце вода испаряется, а все растворенные в ней соли, железо, карбонаты и т.д. остаются в почве (куда они пришли из грунтовых вод).

Примеры супераквальных ландшафтов

• Пойменные луга: Заливаются весной полыми водами (принос ила и органики) и подпитываются грунтовыми водами все лето. Травы там растут буйные, мощные (высокотравье), так как получают двойное питание.
• Низинные болота: Питаются богатыми грунтовыми водами (в отличие от верховых, которые питаются только дождем). Растут ольха, ивы, осоки, тростник.
• Солончаки в пустынях и степях: Яркий пример. Грунтовые воды залегают близко и содержат соли. Вода испаряется, соли накапливаются на поверхности, формируя корку соли.
• Торфяники низинного типа: Образуются в долинах рек и котловинах при избыточном увлажнении грунтовыми водами.

 

2)Субаквальные ландшафты (подводные) — это один из двух типов подчиненных ландшафтов. Их главная особенность — постоянное нахождение под водой .

Положение в рельефе: Дно водоемов: рек, озер, морей, океанов .

Главный процесс: Это зона аккумуляции (накопления). Сюда поступают и осаждаются практически все вещества, вынесенные с суши (элювиальных и супераквальных ландшафтов) .

Формирование: Развиваются на дне, в условиях постоянного или длительного затопления. Характеризуются специфическими донными отложениями (илы, пески, сапропели) и сообществами водных организмов (бентос) .

Связь с подчиненностью: Это наиболее зависимый, конечный тип ландшафта в геохимической катене, замыкающий цикл миграции вещества.

Примеры  Субаквальных ландшафтов — это подводные ландшафты. Их главный признак: они постоянно (а не периодически) находятся под водой и формируются в условиях водной среды и донных отложений.

Вот основные примеры, сгруппированные по типам водоемов:

1. Морские и океанические (Соляные акватории)

• Пример: Коралловый риф (например, Большой Барьерный риф).
• Почему? Хотя риф и растет вверх, его основа и основная часть находятся под водой. Это典型ный субаквальный ландшафт тропической зоны, созданный живыми организмами (кораллы, водоросли). Здесь идет активное накопление биогенного карбонатного материала (известняка).

2. Озерные (Пресные и Соленые)

Дно любого озера представляет собой субаквальный ландшафт.

• Пример: Дно глубоководной части озера Байкал.
• Почему? Постоянно находится под толщей пресной воды. Здесь нет течений, способных переносить крупный материал, поэтому накапливаются тонкие глинистые илы. Органическое вещество, опускаясь с поверхности, разлагается в придонных слоях, часто создавая восстановительную среду. Это классическая зона аккумуляции вещества, сносимого реками со всего водосбора Байкала.

3. Речные (Русловые)

Русло реки — это яркий пример линейного субаквального ландшафта, который постоянно меняется.

• Пример: Перекат равнинной реки (например, на реке Волге или Дону).
• Почему? Это мелководный участок русла, постоянно покрытый водой. Здесь механизм другой: преобладает не просто осаждение, а транзит и сортировка материала. Сильное течение уносит мелкие частицы (глину, ил) дальше, а на дне остаются и перекатываются более крупные — песок и гравий. Это тоже субаквальный процесс, просто с преобладанием динамической фазы.

Таким образом, геохимический механизм субаквальных ландшафтов — это механизм финальной концентрации и консервации вещества, мигрирующего в ландшафтной сфере

4. Геохимические ряды сопряжения (катены)

Ландшафты никогда не существуют изолированно. Они образуют закономерные пространственные системы — геохимические катены. Классическая схема для равнин гумидного (влажного) климата:

Автономный (элювиальный) → Трансэлювиальный (склоновый) → Супераквальный (болото) → Субаквальный (озеро или река).

 

В каждом последующем звене аккумулируются вещества, вынесенные из предыдущего. Например, из подзола автономной возвышенности выносятся Fe, Al, гумус, которые могут накапливаться в оглеенной почве подножия.

Видим с вами на рисунке:

1. Автономное (Элювиальное) звено:

Положение: Водораздельная равнина или вершина холма.

Процессы: Преобладает вынос (элювиирование) растворимых веществ нисходящими токами влаги.

Пример и результат:

•      Тайга: На песчаной или супесчаной почве под хвойным лесом формируется подзолистая почва. Из верхних горизонтов выщелачиваются оксиды железа, алюминия, гумус, основания (Ca, Mg, K). Остается обедненный кварцевый песок (белесый подзолистый горизонт). Накопление происходит только в биомассе и малоподвижных остаточных продуктах.

2. Трансэлювиальное (Склоновое) звено:

Положение: Средняя и верхняя часть склона.

Процессы: Транзит и частичная аккумуляция. Ландшафт получает вещества с автономного звена, частично их задерживает и преобразует, частично передает дальше.

Пример и результат:

•      Склон под смешанным лесом или лугом: По склону стекает грунтовый и поверхностный сток. Твердый материал (мелкозем, ил) отлагается, формируя более мощные и плодородные дерново-подзолистые или серые лесные почвы. Часть растворенных веществ (особенно коллоиды гумуса и гидроксидов железа) сорбируется.

•      Результат: Поток частично осветляется, происходит первое "просеивание" материала: крупные частицы осаждаются, поток обогащается более тонкими фракциями и растворами.

3. Супераквальное (Гипоглеевое) звено:

Положение: Подножие склона, плоское понижение, где близко залегают грунтовые воды.

Процессы: Аккумуляция при восстановительных условиях.

Пример и результат:

•      Низинное осоковое болото или заболоченная черноольховая роща: Здесь накапливаются вынесенные сверху железо, марганец, фосфор, сера, органика. Формируются торфяно-глеевые и перегнойно-глеевые почвы с характерной сизо-ржавой окраской. Это мощный аккумулятор многих элементов.

4. Субаквальное (Водное) звено:

Положение: Озеро, старица, дно речной долины.

Процессы: Окончательная аккумуляция и седиментация.

Пример и результат:

•      Мелководное озеро или заводь реки: Осаждается тонкий ил, органика, образуется сапропель. Биогенным путем (за счет водорослей, моллюсков) аккумулируется кальций (известковые илы), кремний (диатомовые илы). Это конечный пункт для вещества со всей водосборной площади.

5. Прикладное значение классификации

1.  Поиск полезных ископаемых: Геохимические ландшафты формируют ореолы рассеяния месторождений. Понимание катен позволяет правильно интерпретировать геохимические аномалии и искать их источник (например, рудное тело в автономном ландшафте может дать вторичный ореол в подчиненном).

2.  Экологическая оценка и мониторинг: Ландшафты-аккумуляторы (подчиненные, супераквальные) являются индикаторами загрязнения всей водосборной территории. Они накапливают тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды.

3.  Сельское и лесное хозяйство: Плодородие почв напрямую связано с типом ландшафта. Автономные ландшафты часто беднее и требуют мелиорации, а подчиненные — более продуктивны, но могут страдать от заболачивания или засоления.

4.  Ландшафтное планирование: Позволяет прогнозировать последствия хозяйственной деятельности (например, осушение болота (супераквального ландшафта) изменит весь геохимический режим сопряженных территорий).

 

Заключение

 

Классификация ландшафтов по геохимическим признакам (автономные, подчиненные, супераквальные, субаквальные) — это не просто типология, а отражение фундаментальных законов миграции вещества в каскадных природных системах. Она дает ключ к пониманию генезиса ландшафтов, прогнозированию их изменений и рациональному использованию с учетом экологических и геохимических рисков.