Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

И.С. Белюченко
Экология Краснодарского края (Региональная экология)

Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2010. - 356 с.

Предыдущая

8. Ландшафты

8.3. Геохимия ландшафтов

8.3.4. Засоление и рассоление ландшафтов

Растворимые соли накапливаются в почвах, континентальных отложениях, воде, атмосфере и организмах, поэтому  можно судить о засолении ландшафта в целом, а также о его рассолении.

Засоление ландшафта. Засоленным является ландшафт, для которого характерно накопление легкорастворимых солей, их активное участие в биологическом круговороте и водной миграции. Засоление подчиняется зональности и усиливается с засушливостью климата. Большое влияние на засоление оказывают и геологические условия.

Важнейшим поставщиком солей служат выветривание и почвообразование, переводящие Na, Cl, S и другие подвижные элементы из горных пород в водный раствор, осуществляется процесс путем непосредственного разложения минералов и через биологический круговорот. Другим мощным фактором засоления ландшафтов являются атмосферные осадки и пыль. В молодых ландшафтах принос солей из атмосферы, как правило, не приводит к засолению. В древних ландшафтах, формирование которых в аридных условиях продолжается многие миллионы лет, соли постепенно концентрируются в нижних горизонтах почв.

В засолении некоторых территорий края важную роль играют соли осадочных пород. Низменности Восточного Приазовья в основном сложены осадочными породами; в мезокайнозое эта территория неоднократно покрывалась водами эпиконтинентальных морей, которые, отступая, оставляли соленые лагуны и озера. В результате таких изменений состояния территории в меловых, палеогеновых и неогеновых отложениях накопилось большое количество солей, которые в дальнейшем, включившись в миграцию, засоляли ландшафт (именно этим объясняется особенно интенсивное засоление почв в некоторых районах). На морских побережьях засоление также связано с непосредственным влиянием морских солей на ландшафт (побережье Азовского моря, подпитываемое морскими водами).

В степях по разломам происходит разгрузка глубинных холодных или термальных вод. Если разгружаются большие массы воды, то возникает болото, озеро, река, а при медленной разгрузке воды она успевает испариться и на поверхности над разломом формируется засоленный ландшафт – разломный солончак. Узкие полосы засоленых почв местами пересекают речные долины, поднимаются на возвышенности и располагаются не в соответствии с современным рельефом. Глубинные напорные воды местами участвуют в питании грунтовых вод, изменяют их состав и способствуют образованию солончаков (Крайнов, Закутин, 1994). В процессе длительной эволюции в весьма жестких условиях организмы засоленных ландшафтов приспособились к высокому содержанию солей в почвах и водах. Солелюбивые (галофиты) растения (например, семейство Salsolaceae и др.) выносят такое содержание солей, которое для других растений является губительным. Галофиты концентрируют и микроэлементы. Так, по В.П. Иванчикову, галофиты часто обогащены Cu, Zn, Mo, Sr, иногда Fe, Pb, Mn, но обеднены Ba. Также специфична и фауна засоленных ландшафтов; в организме животных (преимущественно у беспозвоночных) повышено содержание легкоподвижных элементов.

Испарительная концентрация элементов. Весьма распространено засоление на аллювиальных равнинах, где пресные речные воды, фильтруясь в аллювиальные отложения, дают начало горизонту грунтовых вод, которые  при близком залегании от поверхности поднимаются по капиллярам и испаряются, оставляя в почве легко- и труднорастворимые соли. Существует понятие о критическом уровне залегания грунтовой воды. Это глубина, с которой возможно капиллярное поднятие вод к поверхности и засоление почв (Б.Б. Полынов). Эта величина – функция ландшафта и зависит главным образом от климата и состава почв. В.А. Ковда установил четыре стадии изменения минерализации грунтовых вод при испарении: 1) силикатно-карбонатная, 2) сульфатно-карбонатная (до 3-5 г/л), 3) хлоридно-сульфатная (до 100 г/л и более), 4) сульфатно-хлоридная (не менее 5-20 и до 150-200 г/л). В испарительной концентрации участвуют B, F, I , U, Mo, Li, Sr, Zn и другие редкие элементы, которые накапливаются в водах, почвах, солевых корках солончаков (Перельман, 1975; Бранлоу, 1984; Беус и др., 1976; Сает и др, 1990).

От каждого источника питания распространяется шлейф, или язык, грунтовых вод, в котором по мере удаления от области питания нарастает минерализация; отчетливее всего зональное распределение минерализации наблюдается в субаэральных дельтах и подгорных конусах выноса, верхняя часть которых обычно имеет маломинерализованные сульфатно-карбонатно-кальциевые воды, по мере продвижения дельта сменяется хлоридно-сульфатной зоной, а по периферии в местах близкого залегания грунтовых вод – сульфатно-хлоридной. По мере испарения грунтовых вод происходит последовательное насыщение их различными солями, выпадающими в осадок. Из менее соленых вод выпадают труднорастворимые соли (СаСО3 , гипс), а из более соленых – легкорастворимые, что определяет зональные закономерности в накоплении солей: чем менее растворима соль, тем шире ареал ее осаждения в процессе испарения. Сходная закономерность наблюдается в вертикальном профиле почв и грунтов: ближе к уровню грунтовых вод осаждаются наименее растворимые соли, выше – более растворимые. Следовательно, несмотря на обратные связи, проявляющиеся между грунтовыми водами, почвами и организмами, состав солей, аккумулирующихся в каждой из этих систем, может быть различным.

Ярко выраженная солевая эпигенетическая зональность в почвах и грунтах возникает лишь при сравнительно глубоком залегании грунтовых вод. Если они залегают очень близко к поверхности (например, в пределах    1 м), то при сильном испарении происходит одновременная разгрузка и легко-, и труднорастворимых солей. Накопление гипса в верхнем горизонте супераквальных почв может быть связано с микробиологическими процессами: в результате десульфуризации образуются в почве H2S и сульфиды; тионовые бактерии окисляют сульфиды до серной кислоты. Последняя, реагируя с кальцитом, дает гипс. Подобный замкнутый цикл серы (сульфат->сульфид->сульфат) развивается при колебаниях уровня грунтовых вод и периодической смене окислительных условий в верхнем горизонте восстановительными.

Согласно В. А. Ковде, в сухой и жаркий летний период из грунтовых вод осаждаются хлориды и сульфаты натрия, а в холодный и дождливый зимне-осенне-весенний период вымываются преимущественно хлориды (растворимость Na24 понижается при низкой температуре: из раствора выпадает мирабилит – Na24 . 10H2O) и в почвах сульфаты преобладают над хлоридами. Соотношение засоления и рассоления различно. Известны ландшафты с преобладанием засоления (прогрессивное засоление) и ландшафты, в годовом цикле которых засоление и рассоление уравновешивают друг друга, а также ландшафты рассоляющиеся (прогрессивное рассоление); во всех указанных случаях состав солей в солончаках различный.

При засолении натриевыми солями изменяется поглощающий комплекс почв и грунтов. Большинство рыхлых отложений имеет континентальный тип поглощающего комплекса с Са и Mg. При засолении натрий замещает Са и Mg и поглощающий комплекс приобретает морской характер. Са вытесняется энергичнее Mg, поэтому в засоленных почвах и грунтах поглощающий комплекс часто имеет натриево-магниевый состав с подчиненным значением Са). Аллювиальное засоление - наиболее распространенный процесс формирования засоленных ландшафтов. Специфические засоленные ландшафты формируются при разломном и приморском засолении на территориях соленосных формаций и нефтегазоносных районов.

Окислительно-восстановительные условия засоления. В засоленных почвах может формироваться и окислительно-восстановительная зональность. Отсутствует растительность на поверхности шорового солончака, под коркой соли которого залегает мокрая соленая грязь. Солнечный свет, проникая через корку, создает возможность для поселения на ее нижней поверхности зеленых водорослей, поэтому в верхнем слое солончака господствует резко окислительная среда, цвет горизонта бурый (от соединений трехвалентного железа) - это окислительный горизонт солончака (О). На глубине 5-10 см развивается десульфуризация, образуются восстановленные соединения – H2S и черный коллоидный минерал гидротроилит (FeS•nFe2S3•Н2О). Этот резко восстановительный горизонт называется гидротроилитовым (Г) (Перельман, 1975), ниже которого количество органического вещества убывает, степень восстановленности среды уменьшается, формируется глеевый горизонт (G) с соленосным оглеением. В солончаке наблюдается следующая окислительно-восстановительная зональность (сверху вниз): О - резко окислительный горизонт со свободным О2; Г - резко восстановительный гидротроилитовый горизонт; G - слабо восстановительный глеевый горизонт. Границы горизонтов периодически перемещаются по профилю: при увлажнении солончака окислительный горизонт сокращается, а восстановительные - увеличиваются, в сухой период расширяется окислительный горизонт.

Аналогичная окислительно-восстановительная зональность характерна и для других засоленных почв. Иногда окислительный горизонт книзу сменяется глеевым, реже засоление протекает только в окислительных условиях. В сооветствии с этим выделяются окислительные (только горизонт О), сульфидные (есть горизонт Г, но могут быть и О, и G) и глеевые (есть горизонт О и G или только G) засоленные почвы (Перельман, 1975; Авессаламова, 1985).

Щелочно-кислотные условия засоления. По этим параметрам выделяются следующие типы засоления: I) сильнокислое (рН<3); 2) слабокислое (рН = 3-6,5); 3) нейтральное и слабощелочное (рН = 6,5-8,5); 4) сильно щелочное содовое (рН > 8,5). Щелочно-кислотные условия меняются по профилю почв и по временам года. В засоленных почвах наиболее распространены нейтральные и слабощелочные среды с рН = 7-8, поскольку большинство этих почв содержит СаСО3.

Геохимические барьеры. В местах интенсивного испарения грунтовых вод, особенно вблизи поверхности почвы или же прямо на их поверхности, формируется верхний испарительный барьер и выделяется нижний испарительный барьер на уровне грунтовых вод. На испарительном барьере концентрируются многие элементы: сульфидный барьер возникает на нижней границе гидротроилитового горизонта с осаждением на нем Zn, Сu и других  металлов и на границе глеевого и окислительного горизонта появляется  кислородный барьер, на котором осаждаются Мn и в меньшей степени Fe; при засолении иногда возникают щелочные и кислые барьеры (Перельман, 1975). Большинство засоленных ландшафтов относится к соленосному, соленосному глеевому, соленосно-сульфидному классам, менее распространены содовый и содово-глеевый классы. Как правило, соленосный, соленосный глеевый и соленосно-сульфидный классы встречаются в одном и том же геохимическом ландшафте.

Смена засоления и рассоления. Засоление и рассоление нередко многократно сменяют друг друга, что связано, например, с периодическими тектоническими поднятиями и опусканиями, изменяющими глубину залегания грунтовых вод. Большое значение для смены засоления и рассоления имеет изменение уровня грунтовых вод, обусловленное сезонными или годовыми колебаниями количества атмосферных осадков. При небольшом повышении уровня грунтовых вод происходит засоление, и Na входит в поглощающий комплекс, при понижении - рассоление и формирование солонцовых свойств. Наиболее резко выраженные солонцовые свойства развиваются при периодическом увлажнении нижней части почвы за счет грунтовых вод. Такие солонцы формируются на ранних стадиях засоления до образования солончака, они характерны для пойм степных рек. Подобные солонцы с супераквальным режимом резко отличаются от неоэлювиальных солонцов террас.

Рассоление ландшафта означает не только удаление солей из почв и грунтов, но и уменьшение минерализации вод, смену флоры (исчезновение галофитов) и фауны, уменьшение засоленности атмосферы; распространено так же широко, как и засоление. Оба процесса характерны для всех засушливых зон, и обычно они сосуществуют в пределах одного геохимического ландшафта. Рассоление идет постепенно с образованием особой серии ландшафтов, начальным членом которой является засоленный ландшафт, а последним – незасоленный. К промежуточным относятся ландшафты, в которых соли сохранились лишь в нижних горизонтах почв или в грунтах.

Одной из главных причин рассоления являются тектонические поднятия, приводящие к развитию рельефа и понижению уровня грунтовых вод. В поймах степных рек преобладает засоление, а на террасах - рассоление. В прошлом во многих засушливых районах грунтовые воды залегали близко. С понижением их уровня засоление сменилось рассолением, ландшафты стали неоэлювиальными. В таких ландшафтах во флоре, фауне, почвах и грунтах сохранились те или иные геохимические реликты засоления. Такие процессы прошли многие ландшафты Кавказа. Другой причиной рассоления является увлажнение климата. При увеличении количества атмосферных осадков усиливается промывание почв, усиливается сток и начинается рассоление. В некоторых случаях обе причины рассоления действуют одновременно: тектонические поднятия совпадают с увлажнением климата. Локальное участие в рассолении принимает ветер, удаляющий из ландшафта соли. Различают два основных геохимических типа рассоления: кальциевое (остепнение и опустынивание солончаков) и натриевое - превращение солончаков в солонцы; в зависимости от зональных условий эти процессы протекают по-разному (Перельман, 1975).

Кальциевое рассоление характерно для солончаков, содержащих много солей Са. При рассолении Са вытесняет Na из поглощающего комплекса и в рассоленной почве образуется кальциево-магниевый поглощающий комплекс. Рассоленная почва и ландшафт в целом относятся к кальциевому классу. Неоэлювиальные (рассоленные) кальциевые ландшафты очень свойственны степям, почвы которых содержат реликтовый гипсовый горизонт. В некоторых ландшафтах кальциевое рассоление приводит к смене засоленного ландшафта черноземной и каштановой степью. Эти процессы могут быть названы соответственно остепнением. При кальциевом рассолении на границе гипсового горизонта в почвах возникает гипсовый барьер, на котором концентрируется Sr, на границе солевого горизонта – солевой барьер. Соли, выщелоченные из солончаков, нередко накапливаются в депрессиях рельефа. Поэтому гипсоносные почвы на террасах часто сопрягаются с солевыми аккумуляциями в поймах рек и озерных котловинах.

Натриевое рассоление (образование солонцов). Если в солончаках преобладают натриевые соли, а гипса мало, то поглощающий комплекс в основном насыщен Na (иногда на 70-80%). При рассолении таких солончаков образуется почва с существенно натриевым поглощающим комплексом - солонец, которому свойственна своеобразная растительность и особый биологический круговорот. Можно говорить не только о солонцовых почвах, но и о солонцовых ландшафтах. Слабые солонцовые свойства в почвах и растительности начинают проявляться уже при содержании в поглощающем комплексе 5% обменного Na. К промежуточным ландшафтам относятся в разной степени солонцеватые степи - сильно солонцеватые, слабо солонцеватые и т.д.

Солонцы образуются в результате рассоления натриевых солончаков при перемежающемся засолении и рассолении под действием сравнительно слабоминерализованных сульфатно-натриевых вод, в результате элювиального почвообразования на морских глинах с натриевым поглощающим комплексом, на склонах при фильтрации натриевых вод и т. д. Физические и химические свойства солонцов обусловлены высоким содержанием натрия в поглощающем комплексе. Коллоиды, насыщенные натрием, легко переходят в раствор, с чем связано выщелачивание наиболее тонкодисперсной части из верхнего горизонта почвы А. Ниже образуется иллювиальный солонцовый горизонт В, в который вмыты коллоиды и поглощающий комплекс которого содержит много натрия. Еще ниже идут карбонатный, гипсовый и солевой горизонты, но они могут и отсутствовать. Для солонцов характерны гипсовый и солевой, частично щелочной и сорбционный барьеры.

Биогенная аккумуляция определяет накопление гумуса и ряда водных мигрантов в горизонте А. Таким образом, профиль солонца имеет черты сходства с дерново-подзолистыми почвами: в обеих почвах интенсивно проявляется выщелачивание (в частности Al, Fe) и образование иллювиального горизонта. В почвенном растворе солонцов содержится сода, что определяет его высокий рН (до 10-11). Образование соды происходит в результате: обменных процессов между поглощающим комплексом и раствором; взаимодействия сульфатно-натриевых вод с карбонатом кальция; накопления соды и высокого содержания СО2 в водах, повышающего растворимость СаСО3; десульфуризации сульфатно-натриевых вод; выветривания полевых шпатов (Перельман, 1975).

Высокое содержание обменного натрия и сильно щелочная реакция неблагоприятны для жизни, и биологический круговорот на солонцах ослаблен. В сухих степях солонцы часто образуют пятна диаметром в несколько десятков метров и входят в качестве подчиненного члена в степной геохимический ландшафт. На местности они резко выделяются разреженной растительностью. Встречаются и крупные массивы солонцов, занимающих автономное положение. В этом случае в микропонижениях рельефа нередко развиты солончаки, а весь геохимический ландшафт представлен солонцово-солончаковым комплексом. Оторвавшись от грунтовых вод, под влиянием биологического круговорота солонцы постепенно превращаются в Na-Са- или Са-, Н-Са-ландшафты. В. А. Ковда установил, что в степях происходит остепнение солонцов, т. е. превращение их в каштановые или черноземные почвы.

Предыдущая