Геохімічні бар'єри та ареали акумуляції. Баланс грунтоутворення

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 – R₂O₃, SiO₂;
2. помірно широкі – CaMg(CO₃)₂, CaCO₃, MgCO₃;
3. вузькі – Na₂SO₄, MgSO₄, NaCl, Na₂CO₃;
4. дуже вузькі – NaNO₃, KNO₃, CaCl₂, MgCl₂.

Біогеохімічні процеси диференціюють земну поверхню. Водний міграційний потік речовин формує на земній поверхні три головні геохімічні пояси:

1. пояс виносу;
2. пояс транзиту;
3. 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 SiO₂, R₂O₃;
2. область транзиту – геохімічні підлеглі транзитні ландшафти, у яких частково акумулюються CaCO₃, Na₂CO₃, CaSO₄, Na₂SO₄, MgSO₄, NaCl, CaCl₂, NaNO₃;
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.

10.8. 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 C, 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 C 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, C, 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 CaCO₃, 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:

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:

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

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:

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.

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

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

У цій формулі GW > R > FLm > FLs.