Поиск

Геохимические взаимоотношения океана и почв
29.10.2015

Возраст Мирового океана измеряется миллиардами лет. Начало почвообразования на суше относится к девону, т. е. к появлению наземной растительности, и насчитывает не более 300—400 млн. лет. Возраст наиболее древних современных почв на суше, вероятно, не более нескольких миллионов лет (аллитные бокситовые почвы, латериты). В современную эпоху на суше преобладают почвы гораздо более молодые — возраст порядка 5—50 тыс. лет. Однако наземные организмы и почвенный покров суши, с одной стороны, и Мировой океан — с другой, уже 300—400 млн. лет находятся в непрерывном взаимодействии. Значение континентов и особенно почв в жизни океана возрастает по мере развития биосферы. Нарастает кумулятивный эффект притока в океан продуктов эрозии, химической денудации, элювиального выветривания и почвообразования, продуктов биометаболизма.
Топоморфологии океана и суши зеркально противоположны. Океан и почвы представляют собой сопряженные планетарные суперландшафты, геохимически связанные между собой. Суша в современную эпоху в целом является элювиальной системой. Океан в целом представляет аккумулятивную суперсистему. Континенты (земная кора, кора выветривания, почвы, организмы) отдают с помощью наземного, подпочвенного, подземного и сверхглубокого водного стока в океан коллоидные и истинные растворы, органическое вещество, механические осадки. В год океан получает «гору» механических осадков высотой 10—16 км с основанием 1 км2, содержащих 7—8% CaCO3, 1—3% органических веществ и 3—5% растворимых солей. Круговорот веществ в системе континенты — океан — верхняя мантия — континенты обогащает океан. На континентах путем выветривания, почвообразования и биометаболизма генерируются агрессивные кислоты и их соли, которые уходят в Мировой океан: хлориды, сульфаты, фосфаты, нитраты, бикарбонаты, карбонаты, гуматы щелочей и щелочных земель и тяжелых металлов, фульваты Al, Fe, Mn, кремнезем, микроэлементы. Океан возвращает часть этих компонентов на сушу и в почвы биогенным, эоловым, водным путем (инфильтрация, трансгрессия, приливы, цунами), через мантию и горообразование. Отсюда сложность и ошибки в расчетах возраста океана по концентрации солей в нем.
Амплитуда реакции среды на суше — pH от 2—3 до 10—12. В Мировом океане среда нейтрально-слабощелочная — pH = 6,5—8.
Суша и почвы — царство разрушения минералов изверженных пород, неосинтеза и ресинтеза вторичных минералов (глин, окислов, солей). Боксит, каолинит, монтмориллонит — типичные педолиты. Суша — область испарительной и транспирационной аккумуляции и хемосадки вещества. Растворы на суше и в почвах достигают концентраций, которые не известны в океане, — 250—450 г/л. В океане ведущая роль принадлежит биогенной и хемогенной садке растворенных соединений (Si, Р, Ca, S, Fe, Mn). Испарительная и транспирационная садка имеет подчиненное значение. В лагунах, эстуариях и дельтах оба процесса сочетаются. Океан «биогеннее» почв еще и потому, что жизнь в океане началась в докембрии. Ho каустобиолиты (уголь, торф, сапропели, гумус) — создание суши или эстуарных и дельтовых областей.
История геохимических отношений между океаном и сушей (включая почвы) отражается в той биогеохимической дифференциации веществ между ними, которая сложилась к нашему времени. Ниже приводится химический состав почв и океана (в %):

Геохимические взаимоотношения океана и почв

Такие элементы, как Si, Al, Fe, Mn, С, Р, N, Ca, К, которые являются минеральной основой жизни и аккумулируются в почвенной оболочке, можно считать типичными «педофилами». Другая группа элементов — «аквафилы» (Н, О, Na, Cl, S, Mg) —составляет основу химического состава океана.
Глубокой дифференциации подвергалось на земной планете распределение углерода. Океан с его донными осадками СаСО3, растворами бикарбонатов и органическим веществом — главный резервуар углерода. Атмосфера крайне обеднена углеродом. Однако живое вещество суши, почвенный гумус (3,5*1012 и 2,4*1012 т соответственно), торфы и угли, созданные за 300—400 млн. лет, удерживают 6—7 млрд. г углерода в организованной форме. Наблюдается заметное накопление органического вещества на суше в последние геологические эпохи (2—2,5 млрд. т за четвертичный период). Источником влаги на суше является процесс конденсации паров, образовавшихся при испарении с поверхности океана.
Биопродукция почв, обводненность рек и озер зависят от количества атмосферных осадков, выпадающих на сушу (=37—40*104 км3). Это лишь малые доли процента запасов воды в Мировом океане. Образование нефтяной пленки на поверхности океана может уменьшить испарение и усилить частоту засух на суше, сократить поверхностный сток. Важно предотвратить это явление и найти способ увеличения испарения влаги с поверхности океана.
Особая роль в биогеохимии планеты принадлежит прибрежной и шельфовой зонам мелководий (лагуны, эстуарии, дельты). Это области наибольшей биологической продуктивности. Здесь — границы и зоны контактов разбавленных и концентрированных растворов, аэробного и анаэробного режимов среды, преобладания твердой и господства жидкой фазы. В этой обширной земноводной полосе происходит весьма интенсивное взаимодействие продуктов, поступающих со стороны суши и со стороны океана. Это область общепланетарной биогеохимической аккумуляции механических, химических и особенно биогенных осадков и подводного почвообразования.
Геохимические взаимоотношения океана и почв

Интересные обобщения Н.М. Страхова позволяют видеть, что поступающие сюда продукты континентального выветривания и почвообразования продолжают процессы дифференциации и групповой аккумуляции, начатые на суше. В условиях влажного тропического климата в лагунной полосе идет резко выраженное накопление органогенного углерода (угли и горючие сланцы), бокситов, окислов железа. В шельфовой зоне накапливаются осадки окислов железа, марганца, фосфаты, кремневые опоки, глауконит, доломиты и известняки (рис. 64, А). Эти продукты принесены с континента в результате глубокого длительного влажнотропического выветривания и выноса. На континенте, расположенном в сухом климате, вынос этой группы соединений весьма ослаблен. Поэтому в лагунах и шельфе этой части мелководий аккумуляция органических веществ, глинозема, окислов железа и марганца, фосфатов представлена очень слабо (рис. 64, Б). Зато в лагунах и у берегов благодаря испарению идет интенсивное накопление химических осадков (гипсы, калийные соли, NaCl), сильно выражены доломитизация и накопление углекислого кальция. Трансгрессии и регрессии морей вовлекают эти осадки в наземное почвообразование на приморских низменностях.