Ландшафтно-геохимический подход к изучению природных территориальных комплексов 2 страница

где т_х — содержание элемента х в водах, дренирующих породы; п_х — содержание элемента х в горных породах, дренируемых этими вода­ми; а — величина минерального остатка речной или грунтовой воды

А. И. Перельман (1962) предложил характеризовать интенсив­ность водного перемещения элементов коэффициентом водной ми­грации (К_х), который представляет собой отношение содержания химического элемента в минеральном осадке воды к его содержа­нию в горных породах, дренируемых этими водами:

Химический состав поверхностных вод может также сильно меняться по сезонам года, и коэффициенты водной миграции по­этому должны вычисляться по отношению к среднему химическо­му составу именно того яруса сопряженных фаций, который в дан­ный момент дренируется водотоком. Например, весной химиче­ский состав поверхностно-склоновых паводковых вод уместно срав­нивать с составом подстилки или опада, а в межень — с составом тех пород, которые дренируются грунтовыми водами, питающи­ми поверхностный водоток.

Миграционные коэффициенты и миграционные ряды. В процессе функционирования ландшафта в каждой его элементарной ячей­ке — фации — происходит «вертикальная» (радиальная) мигра­ция элементов. В катенарно сопряженных фациях идет «горизон­тальное» (латеральное) перемещение веществ. В результате в раз­личных ярусах ландшафта одни элементы в больших или меньших количествах выносятся, другие — накапливаются. Определить ин­тенсивность этих процессов можно, сравнивая количество под­вижных элементов в разных ярусах ландшафта с количеством элементов инертных, относительно «неподвижных».

Наиболее устойчивым в зоне гипергенеза является кремнезем кварца, который с некоторым допущением можно считать непод­вижным или окислом-свидетелем.

Относительная же потеря или элювиально-аккумулятивный коэффициент равен:

В общем виде вычисление элювиально-аккумулятивных коэф­фициентов сводится к следующему. Допустим, что окисел А не­подвижный, а В — подвижный. В породе эти окислы содержатся в количествах А_х и В_и а в коре выветривания — в количествах А₂и В₂. Потеря окисла в коре выветривания равна:

Если коэффициент меньше нуля (отрицательный), значит, оки­сел выносится (элювиальный процесс), если больше нуля (поло­жительный) — накапливается (аккумуляция). Подобные вычисле­ния можно произвести для различных элементов и затем сравни­вать их по степени подвижности.

Относительный элювиально-аккумулятивный коэффициент (Л^эа), по М. А. Глазовской, — это отношение среднего содержания данного химического элемента в коре выветривания (либо в том или ином почвенном горизонте) к среднему содержанию в породе.

В качестве примера можно привести таблицу валового анализа в процентах на прокаленное вещество, по Б. Б.Полынову (табл. 6).

На основании данных табл. 6 все окислы элементов можно рас­положить по возрастающему значению полученных коэффициен­тов в следующий элювиально-аккумулятивный ряд:

Из этого ряда видно, что К, Са, Na, Ti, Si в коре выветри­вания находятся в меньшем количестве, чем в породе, т.е. про­исходит их убыль (А'эа < 1). Другие элементы — Al, Mn, Mg — относительно накапливаются (К_эа > 1), т.е. обладают меньшей подвижностью, чем первая группа элементов. В то же время о железе можно сказать, что его накопление абсолютно, так как элювиально-аккумулятивный коэффициент намного превышает единицу (4,10). Остаточное это железо или привнесенное со сто­роны, можно определить только при анализе всей ландшафтной обстановки.

Химический анализ может дополняться микроморфологиче­ским, при помощи которого можно отчетливо распознать флюи-дальную микроструктуру, свидетельствующую о миграции вторич­ных минералов в изучаемом горизонте.

В недавнее время было произведено уточнение смыслового со­держания некоторых коэффициентов и предложены другие на­звания.

Коэффициент радиальной дифференциации (К_р) обозначает от­ношение среднего содержания данного химического элемента в том или ином почвенном горизонте к среднему содержанию его в почвооб-разующей породе.

К_р характеризует относительное перераспределение химиче­ского элемента в вертикальном профиле элементарного ландшаф­та (фации). Этот термин был предложен М. А. Глазовской, Н. С. Ка-симовым и др. в 70-х гг. XX в. взамен употреблявшегося ранее тер­мина элювиально-аккумулятивный коэффициент (К^) (М. А. Глазов-ская, 1964). Замена термина была произведена ввиду его недоста­точной точности. В почвах и коре выветривания различное содер­жание элементов в разных горизонтах может быть связано не толь­ко с выщелачиванием и накоплением элементов, но довольно часто является результатом смены пород в вертикальном профиле эле­ментарного ландшафта, т.е. с его литологической гетерогенно­стью. Поэтому правильнее говорить о радиальной дифференциа­ции элементов без утверждения, что это результат исключительно элювиального и аккумулятивного процессов.

То же относится и к термину коэффициент латеральной диффе­ренциации (К_л). Он характеризует относительное перераспределе­ние по геохимическому сопряжению и означает отношение средне­го содержания элемента в минеральных горизонтах почв и коре вы­ветривания (рыхлых наносов) геохимически подчиненного элементар­ного ландшафта к его среднему содержанию в тех же горизонтах авто­номного ландшафта. Этот термин введен взамен термина коэффи­циент местной миграции {К_ы).

Каскадные ландшафтно-геохимические системы. В отличие от эле­ментарных ландшафтно-геохимических систем (ЭЛГС) или элемен­тарных ландшафтов (фаций), где прослеживаются исключительно радиальные (нисходящие и восходящие) потоки химических элемен­тов, в геохимии ландшафтов выделяются каскадные ландшафтно-геохимические системы (КЛГС), представляющие собой парагене-тические ассоциации элементарных систем, целостность которых определяется потоками вещества, энергии от верхних гипсо­метрических уровней рельефа к нижним (М. А. Глазовская, 1976, 1981), т.е. объединяемые однонаправленными потоками. К каскад­ным геохимическим системам применим также термин арены, среди которых, по соотношению площадей начальных и конечных зве­ньев, выделяют: а) линейные, б) рассеяния, в) концентрации

(М.А.Глазовская, 1976, Н.П.Солнцева, 1984). Выделяют также КЛГС локальные (топологические), совпадающие с водосборами первого порядка (до нескольких квадратных километров) и регио­нальные — всех прочих размерностей. При этом, даже локальные системы далеко не всегда оказываются монолитными, т.е. более или менее однородными в геологическом строении, не включаю­щими реликтовые элементы прошлых эпох. Чаще они бывают гете-ролитны; гетеролитность, а также гетерохронность — непремен­ная черта всех региональных КЛГС.

В зависимости от поставленных целей исследования выбирается один из трех типов моделей каскадных систем (табл. 7). Первый тип — модели функциональные или этологические латеральной геохимической миграции и дифференциации природных зон. Наи­более распространенный и сложный для использования третий тип моделей — гетеролитный и гетерохронный, включающий разно­родные геологические отложения и разновозрастные элементы ландшафтов, названный моделями структурной геохимической дифференциации.

Первый тип моделей удобен для изучения суточных, сезонных, годовых процессов (преимущественно на локальных, монолитных синхронных системах), в котором литология и климатические усло­вия, а также возраст относительно постоянны. Такие модели раз­рабатываются главным образом на стационарах, реже в процессе полустационарных исследований (В.А.Снытко, 1978 и др.).

Модели второго типа лишь условно называются миграцион­ными, так как во всех трех моделях изучается миграция элементов. В этом типе моделей в отличие от первого исследуется суммарный эффект миграционных процессов продолжительностью десятки,

' См.: Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды. — М., 1989.

сотни, первые тысячи лет, т. е. периода, сопоставимого с длитель­ностью формирования генетического профиля современных почв. При этом система должна иметь более или менее однородный лито-и палеогеохимический фон. Именно этот тип моделей часто ис­пользуется для установления основных особенностей латеральной геохимической миграции и дифференциации природных зон.

Наиболее распространенный и одновременно сложный для ис­пользования — третий тип моделей (гетеролитный и гетерохрон-ный), включающий разнородные геологические отложения и раз­новозрастные элементы ландшафтов, названный моделями струк­турной геохимической дифференциации. Исследования с исполь­зованием этого типа моделей позволили перейти к ландшафтно-геохимическому районированию обширных территорий, в том числе для целей мониторинга.

Ландшафтная катена. Термин «катена» введен почвоведами (Miln, 1935). Изначально он означает ряд взаимосвязанных разновидно­стей почв, расположенных на склоне. Связь между ними осуще­ствляется под действием сил гравитации в основном водным сто­ком, но еще не канализированным, не собранным в ручьи (так называемый делювиальный, плоскостной смыв), поэтому изна­чально термин в его классическом виде можно применить и к ПТК, но лишь фациального ранга (к цепочке фаций на склоне). На эле­ментарных (фациальных) катенах или микрокатенах (рис. 12) выявляются наиболее тесные, непосредственные связи; здесь ярко

видны различия между поступлением и выносом веществ в разных фациях.

Термин широко вошел в геохимию ландшафтов, обогатившись Представлением о сопряженных природных комплексах, объеди­няемых однонаправленной миграцией химических элементов.

В элювиальные (автономные) фации, расположенные в верх­нем звене катены, поступление веществ происходит только из ат­мосферы, вынос — через фильтрацию вниз (в радиальном направ­лении) и испарение в атмосферу. Кроме того, вынос осуществля­ется с латеральным (боковым) стоком. В трансэлювиальных фаци­ях, в верхней (выпуклой) части склона, основным процессом становится латеральный вынос, т. е. транзит материала, поступаю­щего сюда сверху, из автономных фаций с поверхностным и внут-рипочвенным стоком и следующего далее вниз по склону. В ниж­ней части склона, в трансаккумулятивных фациях, как только склон становится вогнутым, частицы теряют скорость и начинается их накопление, происходит частичная аккумуляция принесенного сверху материала. В супераквальных фациях уровень грунтовых вод приближен к поверхности, и фации получают подпитку снизу — дополнительные вещества в процессе капиллярного поднятия вла­ги. Наконец, субаквальные (подводные) фации — особые природ­ные комплексы, режим которых определяется, в первую очередь, водоемом, но, конечно, и влиянием веществ, принесенных сверху, из природных комплексов его бассейна.

Главное заключается в том, что в катене всегда происходят три процесса — вынос, транзит и аккумуляция, поэтому есть хотя бы три звена: автономное (иначе — автоморфное, элювиальное), тран­зитное и аккумулятивное. Автономное звено во многом определяет цепь дальнейших трансформаций, поэтому оно называется глав­ным, а остальные — подчиненными.

Катена может заканчиваться не водоемом, а, например, сухой котловиной или делювиальным шлейфом, и тогда сопряжение будет неполным. Среди элювиальных фаций могут встретиться замкну­тые понижения — элювиально-аккумулятивные фации (М. А. Глазов-ская, 1964, 2002). Трансаккумулятивные фации часто характе­ризуются одновременно и накоплением, и выносом материала, и тогда их правильнее было бы называть трансэлювиально-аккумуля­тивными.

При геохимическом изучении ландшафтных катен, в первую очередь, интересно установить характер взаимоотношения между почвообразующей породой и почвой. Н.С.Касимов (И.П.Гаври-лова, Н.С.Касимов, 1989) различает три типа литогеохимической Дифференциации катен: 1 — монолитные, характеризующиеся оди­наковым (монотонным) составом почвообразующих пород; 2 — ге-Теролитные, с концентрацией элементов в породах подчиненных позиций (в нижней части склона); 3 — гетеролитные, с обеднени-

ем пород от автономных элементарных ландшафтов к подчинен­ным (вниз по катене).

Подобно миграции элементов в почвах можно выделить три типа латерально-миграционной дифференциации катен: 1 — аккумуля­тивный, с концентрацией элементов в почвах подчиненных пози­ций; 2 — транзитный, без существенных различий в верхнем и нижнем звеньях катены; 3 — транзитный, с обеднением гетеро­номных почв относительно автономных.

Сочетание этих видов дифференциации дает девять возможных видов латеральной геохимической сопряженности почв и почво-образующих пород в катенах. Это характеризует геохимическую топо- и литосенсорность почв, т. е. их способность изменять свой химический состав в пространстве в связи с изменением рельефа и химизма почвообразующих пород.

Выявление на микрокатенах геохимической сопряженности между почвой и почвообразующей породой имеет очень важное значение для понимания связей между биотой и геомой и тенден­ций динамики ПТК. Не зная, что такое катена, нельзя заниматься экологическими проблемами: измеряя загрязнение, мы обязательно должны оценить его в подчиненных, аккумулятивных комплек­сах, наоборот, оценивая потенциальное плодородие полей, не­пременно надо отбирать пробы в автономных комплексах.

В современном ландшафтоведении получил признание термин ландшафтная катена (В. А. Николаев, 1990), обозначающий цепочку закономерно сменяющих друг друга морфологических единиц ланд­шафта (фаций, подурочищ, урочищ, местностей) от водораздела вниз по склону, к его подножию и до ближайшего водоприемного объекта, связанных однонаправленным потоком вещества и энер­гии.

По-видимому, говоря о ландшафтных катенах, наряду с мик-рокатенами, можно говорить и о гораздо более сложных мезо-, макро- и мегакатенах (В. А. Николаев, 1990). Ярким примером ре­гиональных макрокатен являются катенарные сопряжения ланд­шафтов полесий — ополий, характерных для юга лесной зоны Вос­точно-Европейской равнины. Эти катены, многократно повторяясь (с некоторыми вариациями), образуют широкий пояс полесий и ополий, протянувшийся от Западной Европы до Предуралья.

Ландшафты полесий и ополий сопряжены в своем происхожде­нии и обусловливают контрастную дифференциацию природных условий Центра России на острова более южного, широколиствен­но-лесного и лесостепного облика (ополья), и окружающие их пониженные равнины — более северного, таежного облика (поле­сья). Ополья и похожие на них предополья — возвышенные, эро-зионно расчлененные, сложенные лёссовидными суглинками; по­лесья — низменные, песчаные, мало эродированные. Казалось бы, что переходные ландшафты предполесий (почти полесий) — долж-

ны занимать и промежуточное высотное положение. Но, вопреки прежним представлениям (рис. 13), предполесья оказались, как пра­вило, на той же высоте, или даже выше, чем ополья (рис. 14 и 15), и это обстоятельство может помочь в выработке гипотез о генезисе этих ландшафтов.

Известное явление фёнового эффекта обычно связывается с при­родой горных территорий, так как при больших перепадах высот оно очень ярко выражено. Но и на равнине, как и в горах, орогра­фия способствует преобразованию воздушных масс по мере их продвижения (в умеренных широтах в средней полосе Русской рав­нины — на восток, так как преобладает западный перенос). Из-за относительно пониженного положения полесий (рис. 15), вслед-

ствие адиабатического расширения столба воздуха над полесьем понижаются температура и давление, создается недонасыщенность воздуха водяным паром, а вследствие этого — возможность допол­нительного насыщения его особенно в период вегетации транспи-рационной влагой над этими обширными, значительно залесен­ными низменностями. Впоследствии в процессе дальнейшего про­движения воздушных масс на восток и надвигания их на слабо-выпуклые верхние части склонов местных возвышенностей (где располагаются ландшафты предполесий), при адиабатическом сжа­тии происходит потеря влаги, выпадение осадков. Далее, в полосе перехода (где расположены ландшафты предополий) наблюдается нормальный режим увлажнения (соответствующий данной подзо­не и данному сектору материка), и, наконец, на восточных мак­росклонах местных возвышенностей — фёновый эффект, способ­ствующий образованию ополий (ландшафтов более южного обли­ка, с серыми лесными почвами или с черноземами).

Чем больше и глубже котловина полесья, тем ярче выражен эффект. Таким образом, каждый ландшафт имеет свой климат, как указывал Н. А. Солнцев. От климата зависят и процессы преоб­разования почвообразующей породы, и образования почвы.

В распределении полесий, предполесий, ополий, предополий, кроме поверхностного стока, по-видимому, сказывается явление механического переноса и сепарации твердых частиц ветром. Об­ширные выположенные песчаные равнины полесий, наподобие гигантских котловин выдувания, поставляют песок и пыль в воз­душный поток, направленный к востоку. Часть этого материала, в первую очередь крупнозернистого песка, переносится на неболь­шие расстояния (подобно метелевому переносу снега) и осажда­ется на близлежащих плоскоравнинных территориях полесий, а также на пологих склонах западной экспозиции местных возвы­шенностей (в предполесьях). Чем мельче частицы, тем дальше они могут пролететь от очага развеивания. Вследствие этого на склонах западной экспозиции, вплоть до вершинной поверхности поло­жительных форм рельефа, почвообразующие породы могут быть и песчаными, и супесчаными, реже — суглинистыми. Здесь и фор­мируются ландшафты предполесий. Но самая мелкая пыль активно осаждается за высотным барьером, на склоне противоположной экспозиции, где формируется лёссовый покров, сначала предопо-

' лий (с лёссовидными суглинками и супесями), а затем уже с гос-подством лёссовых пород, свойственных опольям.

Больше всего осадков выпадает на ветроударных склонах, за­нятых предполесьями, о чем свидетельствует их маломощный чет­вертичный покров: коренные (часто карбонатные) породы здесь залегают ближе всего к поверхности, порой обнажаются в поч­венной прикопке. Получается, что предполесья несколько боль­ше подвержены действию ветра и воды, хотя сама эрозия здесь в большей мере плоскостная, так как эрозионных форм почти нет или они слабо выражены (лощинообразные, с пологими скло­нами).

Таким образом, если под катеной подразумевать ряд ПТК от вершины возвышенности до водоприемного понижения, то в це­почке ландшафтов полесье — ополье мы имеем две мезокатены: предполесье — полесье—долина реки и пред ополье — ополье—до­лина реки. Но обе эти катены тесно связаны между собой преобла­дающим западным переносом воздушных масс и составляют не­прерывную цепь геохимически и геофизически взаимосвязанных и взаимозависимых природных комплексов. Отсюда следует важ­ный методический вывод: во-первых, надо исследовать не только ополье как таковое (в данном случае это скорее аналитический подход), но и всю ландшафтную катену, началом которой оно является. А во-вторых, изучать не только каждую катену в отдель­ности, но и их цепь в непрерывном взаимодействии (синтез, ин­тегральный подход). Без тщательного анализа невозможна инте­грация, поэтому очень важна постоянная готовность к разноуров­невому анализу и синтезу.

Ф.Н. Мильков (1974) ввел в географию понятие о склоновой микрозональности ландшафтов. Природные комплексы склонов — парагенетические системы, тесно связанные в своем происхожде­нии и развитии однонаправленными склоновыми процессами. Это и есть ландшафтные катены. Считая, что выпукло-вогнутые скло­ны наиболее широко распространены на суше, Ф. Н. Мильков вы­делил на их примере четыре основные склоновые ландшафтные микрозоны — А, В, С, D.

Микрозона А — пологие присетевые и приводораздельные скло­ны, где зональные черты ландшафта мало нарушены склоновыми процессами. Их можно отнести к элювиальным ПТК или же к трансэлювиальным с преобладанием элювиальных процессов. Мик­розона В — прибровочная часть склона, чаще всего выпуклая, зна­чительной крутизны, с проявлением процессов энергичного смы­ва почв, обычно более сухая. Это типичные трансэлювиальные ПТК. Микрозона С — средняя часть склона, где процессы плоскостного смыва ослабевают и начинается аккумуляция материала. ПТК этих участков можно отнести к переходным между трансэлювиальны­ми и трансаккумулятивными. Микрозона D расположена на стыке

склона с равниной. Здесь образуются делювиальные шлейфы. ПТК этой микрозоны трансаккумулятивные.

В зависимости от формы склона микрозоны могут быть развиты по-разному. Например, на крутом выпуклом склоне господствует микрозона В; микрозоны А и D развиты слабо; микрозона Сможет отсутствовать вовсе. На склонах другой формы могут быть развиты все зоны, но ширина их может оказаться очень различной. Слож­ные склоны рассматриваются как совокупность простых, на них соответственно усложняется и чередование микрозон. Например, для древнеоползневого склона характерен следующий ряд: А, В, С, В, С, В, С, D; для свежего оползневого склона — А, В, D, В, С, D.

Ф. Н. Мильковым и его учениками построены классификации систем склоновых ландшафтных микрозон с учетом как природ­ных, так и антропогенных факторов (Бережной, 1983 и др.).

Комплексное ландшафтное профилирование как самостоятель­ный вид работ или как один из методических приемов картогра­фирования чаще всего является ни чем иным, как изучением кате-нарно сопряженных ПТК или склоновой ландшафтной микрозо­нальности, выявлением свойств склоновых ПТК, пространствен­ного их размещения, приуроченности к определенным геолого-геоморфологическим условиям, особенностей радиальных и лате­ральных связей.

Дата добавления: 2015-05-09