Александр Перельман - Биокосные системы Земли

Кислород действительно при фотосинтезе окисляется, так как отдает электроны и переходит в свободное состояние. При разложении органических веществ, напротив, углерод и водород окисляются, а кислород или другие элементы (Fe 3+, S 6+) восстанавливаются — приобретают электроны.

Следовательно, во всех биокосных системах главная их особенность, геохимическая сущность, заключается в окислительно-восстановительных процессах. В ландшафтах ведущее значение имеют восстановление углерода, водорода, азота и окисление кислорода, в то время как в других биокосных телах, наоборот, основное значение имеют окисление углерода, водорода, азота и восстановление марганца, серы, кислорода, железа.

По особенностям образования живого вещества автор предложил выделять группы, типы и семейства ландшафтов. Особенно большое значение приобрели два параметра — общее количество живого вещества в ландшафте, или биомасса ( Б ) и годичная биологическая продуктивность — П . Их соотношение, т. е. П/Б , позволяет выделять группы ландшафтов (лесные, тундровые и т. д.), а соотношение логарифмов (lg П /lg Б ) — типы (таежные, влажные тропические и т. д.). Крупные таксоны геохимической классификации ландшафтов — группы, типы, семейства, — в общем, близки к единицам растительного покрова геоботаники и типам ландшафтов физической географии. К наиболее крупным единицам — группам — относятся лесные, степные, тундровые и пустынные ландшафты. И с геохимических позиций рационально в типе таежных ландшафтов выделять семейства северной, средней и южной тайги. Такое соответствие не является чем-то неожиданным — ведь и геохимик и геоботаник, по сути дела, классифицируют одно и то же — продукты фотосинтеза, только критерии у них разные. Но если они правильно оценивают значение отдельных признаков, умеют выделять главное, то понятно, что выделяемые единицы должны совпадать или быть близкими друг к другу.

Анализируя различия ландшафтов в пределах семейств, например в северной тайге или южных черноземных степях, автор пришел к выводу, что здесь главная роль в дифференциации принадлежит геохимическим классам вод. Поэтому следующая единица геохимической классификации ландшафтов — класс — выделяется по особенностям вод. Так в классификации появились ландшафты сернокислого, кислого, содового, глеевого и прочих классов. Но химизм вод в разных частях ландшафта неодинаков: в почвах — один, в коре выветривания — другой и т. д. Очевидно, на основе принципа централизации при выделении классов необходимо исходить из геохимических особенностей растворов горизонта А водораздельных почв.

Сернокислые ландшафты возникают там, где окисляются сульфиды, формируется сернокислый класс коры выветривания, образуются сернокислые водоносные горизонты, сильнокислые почвы, сернокислые поверхностные воды. Почвы и континентальные отложения в сернокислых ландшафтах обычно обогащены металлами.

Особенности почв оказывают большое влияние на биологический круговорот атомов, в частности на флору и фауну. Например, М. А. Глазовская установила, что кора березы, растущей на солончаках в районе одного из медноколчеданных месторождений Южного Урала, содержала 0,06% меди (в золе) против 0,009% на безрудном участке. В сернокислых ландшафтах растения часто содержат много железа, цинка, серебра, свинца и других металлов.

Можно не сомневаться, что и животные в подобных ландшафтах отмечены своеобразным химическим составом. Естественно, что не все организмы могут приспособиться к столь необычным условиям (низкий pH, высокое содержание тяжелых металлов в почве). Поэтому и растительные сообщества (фитоценозы), и сообщества животных (зооценозы) сильно отличаются в сернокислых ландшафтах от ландшафтов других классов (иной видовой состав, обилие и т. д.).

Следовательно, своеобразная геохимическая обстановка сернокислых ландшафтов создала особые условия эволюции, весьма возможно, что это особые центры видообразования, где происходил отбор на химической основе. Изучение сернокислых ландшафтов поэтому представляет большой общебиологический интерес; подобные исследования, несомненно, прольют свет на многие загадки эволюции и видообразования. Весьма возможно, что некоторые виды организмов с высоким содержанием меди, цинка, свинца, серебра, золота и других металлов возникли в сернокислых ландшафтах.

Конечно, класс — это таксономическая единица невысокою ранга, и поэтому в тайге сернокислые ландшафты относятся к таежному типу, в тундре — к тундровому, в пустыне — к пустынному. Интересно, что самые кислые воды характерны именно для пустынь — там выпадает очень мало атмосферных осадков и серная кислота, образующаяся при окислении пирита и других сульфидов, почти не разбавляется.

Таким образом, все биокосные тела на участке окисляющегося сульфидного месторождения обогащены рудными элементами; здесь в почвах, водах, растениях образуются так называемые вторичные ореолы рассеяния, радиусы которых достигают многих сотен и даже тысяч метров. Поэтому определяя содержание рудных элементов в почвах, водах и растениях, можно искать месторождения полезных ископаемых. Теоретические основы подобных геохимических методов поисков хорошо разработаны, они применяются в СССР и за рубежом.

Сернокислые ландшафты возникают не только на участках окисления сульфидных руд, но и на пиритизированных глинах и сланцах, на серных месторождениях. В вулканических районах также встречаются сернокислые ландшафты, известны здесь и солянокислые.

Сернокислые ландшафты возникают и в результате хозяйственной деятельности. Например, в районах металлургических комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды, в атмосферу поступает сернистый газ, который, окисляясь до серного ангидрида и соединяясь с водяными парами, дает серную кислоту. Поэтому в таких районах идут «кислые дожди», понижается pH почв и вод, местами в реках гибнет рыба, изреживается растительный покров. Схему сернокислого ландшафта изобразил В. Г. Прохоров (рис. 26). Эффективная борьба с загрязнением окружающей среды позволяет рекультивировать искусственные сернокислые ландшафты, превратить их в ландшафты другого класса. При строительстве новых предприятий следует применять прогрессивную технологию, исключающую сернокислое загрязнение окружающей среды.

Кислые ландшафты господствуют в лесной и тундровой группах, но встречаются также в горных лугах и других типах ландшафта. Не характерны они только для степей, пустынь и сухих саванн.

В районах влажного климата при формировании ландшафта на бескарбонатных породах кислые продукты разложения растительных остатков в почвах не могут быть полностью нейтрализованы и верхние горизонты почв приобретают кислую реакцию, pH понижается до 6—5, иногда даже до 4. Это подзолистые, бурые лесные, латеритные, красноземные, горно-луговые и прочие почвы. Грунтовые и речные воды в таких ландшафтах могут быть и слабокислыми, и нейтральными, и даже слабощелочными.