Поиск

Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами
29.10.2015

Характер почвообразовательного процесса, судьба продуктов выветривания и элементов, вовлеченных в биологический круговорот, в значительной степени зависят от водного режима суши и особенно от поверхностного и речного стока. Выпадающие на поверхность суши атмосферные осадки расходуются на испарение, сток и фильтрацию через почвенные горизонты в грунтовые воды. Чем больше величина испарения, тем, естественно, меньше величина наземного и подземного стока. Из рис. 54 видно, как велики колебания модуля стока в разных частях Европейской территории России. В то же время величина речного стока имеет явный зонально-широтный характер. Речной сток (л/сек/км2) в различных природных областях России, по данным Б.Д. Зайкова и Б.В. Полякова, составляет: горные районы влажных субтропиков Кавказа — 75—100, лесные области севера России — 8—12, черноземно-степные области — 2—5, сухая степь — 0,5—1, полупустыни — около 0,5, пустыни — 0(?).
Естественно, что наибольший механический снос почвенных частиц и наибольший гидрохимический вынос растворенных продуктов почвообразования и выветривания наблюдаются там, где происходит питание рек. Исходя из приведенных величин модуля речного стока, очевидно, что наибольший вынос подвижных продуктов выветривания и почвообразования имеет место в районах влажных субтропиков Кавказа, а также в лесных областях севера России.
Весьма важны данные о коэффициенте подземного стока, так как от его величины зависит степень выноса растворенных продуктов выветривания и почвообразования в грунтовые воды, а затем и в речные воды из районов денудации и формирования элювия (рис. 55). Наибольших величин коэффициент подземного стока достигает в тайге и тундре, где около 60% выпадающих атмосферных осадков уходит в речную сеть через почву. В лиственных лесах он составляет 30—50%, в черноземной степи — всего лишь 10—30%, а в сухой степи и полупустыне — менее 10%.
Накопление механических и химических осадков, транспортируемых водой, естественно, тем интенсивнее, чем меньше скорость стока и чем выше испарение. В среднем на суше земного шара 4/5 количества атмосферных осадков идет на испарение и транспирацию и лишь 1/5, т. е. около 20%, расходуется на питание грунтовых вод и рек.

Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

В годовом режиме различных рек от 10 до 50% их стока обеспечивается подземным питанием, а от 50 до 90% — поверхностным стоком. Подземное питание рек путем инфильтрации атмосферных осадков через толщу почвы и грунтов усиливается во влажные годы, особенно в лесных областях, где подземный сток может достигать 70—80% общего стока (рис. 56). При облесенности 25—33% подземный сток составляет лишь около 50%. При малой облесенности, порядка 10% и менее, 75—85% приходится на долю поверхностного стока. Поэтому уничтожение лесок вызывает бурные паводки рек и сильную эрозию почв. При возрастании облесенности снижается поверхностный сток в реки, уменьшается эрозия и снос продуктов почвообразования в форме суспензий, коллоидов и растворов. Однако при этом усиливается подземное питание рек и возрастает химический вынос растворимых продуктов почвообразования фильтрующимися водами.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

В деятельности рек по перераспределению продуктов выветривания и почвообразования необходимо различать значение твердого и химического стока.
Твердый сток рек

Реки земного шара сносят с 1 км2 от 30 до 2500 г твердого вещества ежегодно. Механическая денудация суши, как уже отмечалось, составляет в среднем 0,05—0,5 мм/год. Поверхностный сток непрерывно обновляет верхние горизонты почвенного покрова, смывая его в одних случаях и намывая в форме делювия, пролювия и аллювия в других случаях. Реки мира приносят в моря и океан ежегодно около 16 млрд. г твердого вещества. Если представить себе этот материал в форме призмы, то при основании призмы 1 км2 и объемном весе 1,6 высота этой призмы составит 10 км.
Надо иметь в виду, что наибольшее количество материала реки транспортируют волочением и перекатыванием по дну. Это главным образом грубообломочный материал. Соотношение разных форм переноса материала реками показано на рис. 57, 58.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

В механических суспензиях и тонких коллоидных взвесях, транспортируемых реками, присутствуют обломки первичных минералов, тончайшие пленки и хлопья аморфных и скрытокристаллических форм кремнезема, полуторных окислов, глиноподобных минералов, углекислого кальция.
Реки перераспределяют громадные количества органического вещества в форме органо-минеральных соединений, коллоидных псевдорастворов и механических примесей. Так, по данным Г.В. Лопатина, количество гумуса в массе взвешенного вещества в реках России составляет; для Камы 21%, для Днепра — 10—35%, для Риони около 2%. В реках Полесья 93—96% растворенных органических веществ приходится на долю фульвокислот и 50—70% взвешенных веществ представлено гуминовыми кислотами.
Мутность рек колеблется в весьма больших пределах, что зависит как от климатических условий и орографии, так и особенно от степени облесенности бассейна питания. Наиболее высокие среднегодовые величины мутности характерны для горных рек: Терек — 7 г/л, Сулак — 11,6, Аксай — 15, Амударья — 9 г/л. Величина твердого стока и мутности речной воды тем меньше, чем больше облесенность местности и чем меньше уклоны русла рек.
Интересные данные о величине мутности в зависимости от комплекса природных условий местности проводят Г.В. Лопатин и Г.И. Шaмов.
По данным Г. В. Лопатина, среднегодовая мутность речных вод составляет: тундра — <0,02 г/л, лесные районы — 0,02—0,05, лесостепь — 0,05—0,1, степь — 0,1—0,5, горные районы — 1—5 г/л.
Если велика разрушительная работа процессов механической денудации и эрозии в бассейнах питания рек, то столь же велика и созидательная деятельность рек, формирующих обширные пространства аллювиальных и дельтовых равнин, сложенных плодородным материалом, сформированным в бассейнах питания рек.
Объем стока взвешенных наносов в реках определяется не только величиной их мутности, но и скоростью водного потока. В табл. 40 приведены данные о твердом стоке главнейших рек России.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

Отложенные реками в поймах и дельтах толщи аллювия, богатые почвенным мелкоземом и органическими соединениями, различными питательными веществами и имеющие обычно благоприятную микроструктуру, представляют собой ценнейший субстрат для земледелия. С древнейших времен люди селились вдоль рек и особенно в их устьях, используя под сельское хозяйство плодородные пойменные, дельтовые земли.
Речной ил также используется в мелиоративных работах при кольматаже болот — искусственном наиливании аллювия на заболоченные почвы (Ланды во Франции, Колхида в России).
Химический сток рек

По данным Твенхофела и Кларка, общеземной сток речной воды составляет 4168 км3. Средний годовой химический сток всех рек в сторону океана составляет 3—3,5 млрд. т. Средний химический снос с земной суши составляет, по Кларку, около 26,4 т/год/км2. Равнинные реки характеризуются значительным преобладанием химического стока над механическим.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

Новейшие подсчеты количества растворенных веществ, поступающих в океан с водами рек, приведены в табл. 41. Из этих данных видно, что, кроме электролитов, реки сбрасывают в океан огромные количества растворенных органических веществ (720 млн. т/год) и минеральных коллоидов (174 млн. т/год). Весьма существенна величина растворенных соединений микроэлементов (36 млн. т/год).
Важно отметить, что не меньшие, а значительно большие количества этих же веществ остаются в виде осадков и примесей в наносах и аллювиальных почвах и грунтовых водах пойм и дельт.
Химические соединения в водах рек являются продуктами биогенеза, выветривания и почвообразования на суше. Поэтому химический состав речной воды отражает биологические, почвенные, петрографические и минералогические условия бассейнов рек (В.И. Вернадский). Если в них преобладают известняки, то в речной воде увеличивается содержание бикарбонатов кальция; наличие соленосных пород вызывает увеличение содержания хлоридов и сульфатов. В районах изверженных кристаллических пород речные воды содержат повышенные количества кремнезема, карбонатов щелочей, а иногда хлоридов и сульфатов. В районах С пышной растительностью в речной воде много органического вещества и органогенных элементов.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

В водах рек, дренирующих сухие степи и пустыни, взвешенные вещества преобладают над растворенными, а в. воде рек, дренирующих равнины с богатой растительностью, наоборот, растворенные вещества преобладают над взвешенным твердым материалом.
В среднем воды рек планеты и отдельных континентов весьма богаты бикарбонатами и сульфатами щелочных земель (табл. 42). В водах рек мира заметная доля — 11,67% от суммы — приходится на кремнезем.
Минерализация воды в реках определяется всей совокупностью элементов физико-географической обстановки среды. Реки таежных областей (Амур, Печора, Обь, Енисей, Лена, Ангара) отличаются крайне низкой общей минерализацией, порядка 35—80 мг/л. Ho химический сток в них значительно преобладает над механическим (рис. 59).
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

Минерализация вод Днепра, Дона, Волги, Кубани, Урала, Куры, Терека колеблется в пределах 150—300 мг/л. Повышенной минерализацией отличаются воды Сырдарьи и Амударьи — 420—500 мг/л, что обусловлено обилием соленосных отложений в горных породах, слагающих водосборы этих рек, а также жарким пустынным климатом (среднее и нижнее течение). Наконец, встречаются реки с высокой минерализацией, превышающей 1—2 и даже 5—10 г/л. Это небольшие реки периодического стока, пересыхающие и разделенные на отдельные изолированные плёсы в летнее время. В руслах этих рек дренируются соленые грунтовые воды прилегающих территорий степей и пустынь. Таковы воды рек Малый и Большой Узень, Эмба, Яван (приток р. Вахш).
Вниз по течению речные воды обогащаются солями и минерализация их постепенно возрастает. Это происходит главным образом за счет дренирования по пути почвенно-грунтовых вод, а отчасти вследствие испарения. Так, Арканзас в верхнем течении имеет минерализацию 0,148 г/л, а через 150—160 км — 2,134 г/л.
В табл. 43 приведены данные о химическом составе и химическом стоке главнейших рек России. Из этих данных видно, что наибольший сток солей в область среднего и нижнего течения дают хотя и пресные, но многоводные реки, верхнее течение которых расположено в лесных областях, в зоне подзолистых и болотных почв. Так, химический сток Волги составляет колоссальную величину — 46,5 млн. т/год, Лены — 41 млн., Оби — 39 млн., Енисея — 29 млн., Амура — 18 млн. т/год. Химический сток всех остальных рек измеряется лишь единицами миллионов тонн в год. Велик химический сток и тропических многоводных рек. Например, р. Меконг ежегодно сбрасывает в устье до 20,5 млн. т растворенных веществ.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

Легкорастворимые соли, находящиеся в речных водах, транспортируются вниз по течению и участвуют в формировании химического и минерального состава почв пойм, дельт, эстуариев. Поймы, нижние террасы и дельты рек являются областями аккумуляции значительной части механических, химических и биологических продуктов выветривания и почвообразования, сформированных в верхнем течении и на водосборе. Обычно в среднем и особенно в нижнем течении реки являются главным источником питания почвенно-грунтовых вод. Например, реки Инд, Амударья, Хуанхэ, Нил питают на десятках и сотнях километров почвенногрунтовые воды прилегающей суши в долинах и дельтах.
Вместе с речными водами в почвенно-грунтовые воды аллювиальнодельтовых равнин поступают громадные количества растворимых солей и соединений микроэлементов, имеющихся в речной воде. Испаряясь, почвенно-грунтовые воды (в данном случае речного происхождения) обогащают аллювиальные и дельтовые отложения нижнего течения рек солями и питательными веществами. В условиях жаркого сухого климата происходит не только обогащение легкорастворимыми солями и питательными веществами аллювиальных почв, но широко образуются засоленные почвы, соляные озера, соленосиые осадки и грязи. Такие условия создаются в бессточных областях во внутриматериковых впадинах. Ярким примером этого являются дельты Волги, Урала, Амударьи и Куры в бессточной Арало-Каспийской низменности и дельты Инда, Нила, Евфрата и Хуанхэ.
Общая площадь областей суши, не имеющих стока, достигает, по Твенхофелу, 29 785 тыс. км2, что составляет примерно 20% всей суши. Если принять, что химический сток с 1 км2 суши, по Кларку, составляет в среднем 26,4 г/год, то можно считать, что в пределах бессточных областей мира с водами поверхностного стока циркулирует ежегодно около 800 млн. т солей, постепенно аккумулирующихся в осадочных отложениях, водах и почвах этих территорий.
По Мартонну, внутриматериковые бессточные области составляют на земном шаре 41 855 тыс. км2, т. е. 27% поверхности материков. Для этой площади при тех же величинах среднего химического стока ежегодный приток легкорастворимых солей во внутриматериковые бессточные области суши земного шара, занятые ныне главным образом пустынями, составляет около 1100 млн. т.
Арало-Каспийская низменность является частью обширного евразийского бессточного бассейна. В геологическом прошлом и в настоящее время формирование континентальных осадочных отложений, почвенно-грунтовых вод и почв в пределах низменности обусловливалось деятельностью крупнейших рек: Волги, Амударьи, Сырдарьи, Куры, Урала, Терека. Как можно видеть из данных табл. 44, образование осадочных почвообразующих пород здесь определяется главным образом стоком Волги и Амударьи.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования речными водами

Водный баланс Каспийского моря регулируется испарением преимущественно в мелководной восточной части. Испарение волжских вод, приходящих в Каспий, на восточных мелководных и засушливых берегах в геологическом прошлом и сейчас является фактором интенсивного соленакопления в Арало-Каспийской низменности.
Воды Волги, дренирующей огромные пространства на севере, при испарении засоляют четвертичные осадочные отложения, грунтовые воды и почвы на значительных территориях юго-востока Русской равнины и Средней Азии. Твердый и химический сток в пределах Арало-Каспийской низменности в сумме составляет около 412 млн. т ежегодно, что при объемном весе 1,4 дает 0,3 км3 наносов.
Отношение химического стока к твердому стоку свидетельствует о том, что среднее содержание солей в поемно-дельтовых отложениях могло бы составлять в наносах Волги 156%, а Амударьи — 11%. За вычетом углекислого и сернокислого кальция, потенциальное содержание легкорастворимых солей, соответственно, выразится для аллювия Волги в 28% и для аллювия Амударьи в 3%. Однако в пределах поемнодельтовых областей Арало-Каспийской низменности столь высокие степени засоленности почв и грунтов встречаются лишь на ограниченных территориях. Таким образом, приходится удивляться не тому, что в бессточных областях Прикаспийских пустынь развиты процессы соленакопления, а тому, что размеры засоленности осадочных отложений и почв в этих пустынях значительно меньше возможных потенциальных величин. Основной причиной этого является процесс дифференциации механических и химических осадков, приносимых современными реками в Арал и Каспий.
Большая часть легкорастворимых солей, транспортируемых водами рек, отделяется от механических осадков, выпадающих в поймах и дельтах, уходит в грунтовые воды или проносится через устья в озера и моря. Из озерных и морских водоемов значительная часть солей перемещается в мелководные заливы и лагуны, где и концентрируется. В дельтах на вновь образующейся суше легкорастворимые соли в главной своей массе аккумулируются в грунтовых водах. Этим и объясняется то, что, несмотря на огромные размеры и непрерывность миграции солей во внутриматериковые впадины среднеазиатских пустынь, здесь широко распространены также незаселенные и слабозасоленные почвы высокого уровня плодородия.
Рассмотренное явление типично и для дельтовых областей других рек мира. Фактическая засоленность дельтовых почв всегда меньше, чем потенциальная. И этот разрыв тем больше, чем влажнее климат дельтовых областей.
Надо помнить, однако, что реки переносят из верхней части их бассейна в среднее и нижнее течение не только соли, но и окислы кремния, железа, марганца, алюминия, а также микроэлементы и органические вещества. Поэтому даже тогда, когда аккумуляция извести, гипса или легкорастворимых солей в дельтовых почвах влажных областей выражена слабо, в них всегда наблюдается значительное накопление соединений полуторных окислов, вторичного кремнезема и хемогенных глинистых вторичных минералов.
Современные реки существуют столь же длительно, как горы и климатические зоны. Предшественники современных рек в доледниковые эпохи, в ледниковые, плювиальные периоды и между ними выполняли сходную почвенно-геохимическую работу, разрушая кору выветривания и почвы возвышенностей и формируя наносы и аллювиальные почвы древних водно-аккумулятивных областей. Особенно велика была роль малых и больших рек в периоды завершения оледенений, когда их сток и геохимическая деятельность значительно возрастали.
Геохимическая деятельность рек и грунтовых вод весьма тесно переплетается и ее трудно разделить. Ho ясно, что реки выполняли и выполняют прежде всего функцию моделирования поверхности суши и образования механических отложений и почвообразующих пород. Химические осадки из речных вод не только сопровождали формирование наносов, но на отдельных этапах истории даже преобладали над механическими отложениями. Почвенные и грунтовые воды выполняют на суше в качестве основной геохимической функции вынос, разделение и дифференцированное накопление хемогенных продуктов в древнем и современном почвенном покрове и в наносах.