Особенности геохимии природных ландшафтов основных природных зон

По определению Полынова, элементарный ландшафт в своем типичном проявлении – один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Эти условия создают определенную разность почвы и свидетельствуют об одинаковом на протяжении элементарного ландшафта развитии взаимодействия между горными породами и организмами.

При отнесении участка земной поверхности к элементарному ландшафту важно учитывать возможность (хотя бы мысленную) распространения данного элемента ландшафта на значительно большей территории (например, пятно солончака 10м2 является ландшафтом, т.к. солончаки могут быть размером в десятки и сотни раз больше; кочка на болоте имеет весьма ограниченные размеры). Образования ограниченных размеров (кочка) называются предельными структурными элементами или деталями ландшафта.

Наименьшая площадь, на которой размещаются все части элементарного ландшафта, называется площадью выявления. Она тем больше, чем сложнее ландшафт.

Расстояние от верхней до нижней границы элементарного ландшафта называется мощностью элементарного ландшафта. Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения, обитания организмов. Нижней границей обычно является горизонт грунтовых вод (включительно). Мощность ландшафта обычно, как и площадь выявления, пропорциональна его сложности.

Характерной особенностью элементарного ландшафта является резкая дифференциация вещества и физико-химических условий по вертикали на ярусы. Эта дифференциация и составляет структуру элементарного ландшафта.

Элементарные ландшафты образуют связанные между собой ассоциации, названные Полыновым геохимическими ландшафтами (собственно ландшафты).

Геохимический ландшафт– парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. (Совокупность элементарных ландшафтов, свойственных определенному геоморфологическому элементу – водоразделу, склону, террасе – Полынов Б.Б. предложил именовать местным ландшафтом).

Характерное для каждого геохимического ландшафта закономерное сочетание элементарных ландшафтов называется его геохимическим сопряжением. Это присущий геохимическому ландшафту тип обмена веществ, энергии и информации между элементарными ландшафтами.

Решающую роль в формировании связей между элементарными ландшафтами играет поверхностный и подземный сток, каждый геохимический ландшафт характеризуется определенным типом стока.

По условиям миграции химических элементов элементарные ландшафты делятся на следующие группы:

· автономные ландшафты;

· трансэлювиальные ландшафты;

· элювиально-аккумулятивные ландшафты;

· супераквальные ландшафты;

· аквальные ландшафты.

Полынов Б.Б. выделял три основных группы элементарных ландшафтов – элювиальные, супераквальные и субаквальные.

Объем понятий “элювиальные”, “супераквальные” и “субаквальные” ландшафты в настоящее время несколько изменился. Так, к супераквальным ландшафтам относят верховые болота, хотя они занимают водораздельные поверхности и питаются только атмосферными водами.

Полынов также выделял орто-, пара- и неоэлювиальные ландшафты. Ортоэлювиальный цикл проходят массивно-кристаллические и изверженные породы, впервые попадающие в зону выветривания; параэлювиальный цикл испытывают осадочные, преимущественно морские или древние континентальные породы, основу которых образуют не только остаточные, но и вторичные минералы; неоэлювиальный цикл осуществляется в молодых, преимущественно четвертичных отложениях при выведении их вследствие новейшей тектоники и эрозии из областей аккумуляции в приподнятые, часто водораздельные позиции.

В основу классификации геохимических ландшафтов положена миграция атомов, поскольку именно она определяет геохимические особенности ландшафтов. Наибольшее таксономическое значение имеют типоморфные элементы, т.е. элементы, которые энергично мигрируют, накапливаются и имеют высокие кларки.

Даже распространенные элементы, в зависимости от условий миграции, имеют разное таксономическое значение (например, сера типоморфна в аридных ландшафтах и не типоморфна в тайге). Минимальное содержание элемента в почве, организмах, водах, при котором оно приобретает таксономическое значение, называется критическим.

Географическая распространенность ландшафтов не имеет таксономического значения. В систематике должны быть одинаково представлены типичные, редкие, исчезнувшие ландшафты.

Поскольку в большинстве ландшафтов интенсивность миграции изменяется по временам года, в основу классификации следует положить период наиболее интенсивной миграции (лето в тайге, весну в субтропиках и т.д.).

Также таксономическое значение веществ определяется положением в пространстве относительно центра: чем ближе к центру, тем больше влияние на миграцию атомов, тем больше таксономическое значение.

Помимо систематики геохимических ландшафтов, часто проводят районирование.

Районирование– выявление ландшафтных индивидов (иланов), характерных для какой-либо территории. Индивид, в отличие от систематической единицы, выделяется на основе индивидуальных, а не систематических признаков.

Рассмотрим классификацию элементарных ландшафтов.

Наиболее крупными единицами классификации Перельмана являются ряды ландшафтов, выделяемые по виду миграции. Это абиогенные, биогенные и культурные ландшафты. Далее будет рассматриваться классификация биогенных ландшафтов, основанная на особенностях биологического круговорота в них.

По соотношению важнейших параметров биологического круговорота Б и П выделяются группы, типы и семейства ландшафтов. Групп ландшафтов всего 5: леса; степи, луга и саванны; пустыни; примитивные пустыни; тундры и верховые болота. При выделении типов и семейств ландшафтов важны не только абсолютные величины Б и П, но и отношение их логарифмов lnП/lnБ – коэффициент К. В каждом типе выделяют обычно три семейства. Типы обычно соответствуют зонам, семейства – подзонам.

Следующий таксон – класс ландшафта – выделяется по особенностям водной миграции в горизонте А почв (в соответствии с классами водной миграции).

Классы расчленяются по особенностям миграции на роды ландшафтов. Выделяются три основных рода: элювиальный (автономный), супераквальный и субаквальный ландшафты.

Наконец, виды элементарных ландшафтов выделяют на основе подстилающих отложений, горных пород.

Классификация же геохимических ландшафтов выглядит следующим образом.

Геохимический ландшафт– парагенетическая ассоциация элементарных ландшафтов, соединенных потоком вещества и энергии. В основу классификации геохимических ландшафтов положен характер геохимического сопряжения между автономными и подчиненными геохимическими ландшафтами. Если сопряжение включает автономный, супераквальный и субаквальный ландшафты, то оно называется полным. Полное сопряжение в условиях однородного геологического строения, развития изверженных или метаморфических пород, без реликтов предшествующей стадии называется основным. Основные сопряжения классифицируются по особенностям центра ландшафта, обычно это автономный ландшафт (как и в физико-географической классификации).

Для геохимических ландшафтов выделяются те же таксоны, что и для элементарных. Ряды геохимических ландшафтов соответствуют рядам элементарных. Число групп, типов, семейств и классов гораздо больше, т.к. один и тот же автономный ландшафт может сопрягаться с различными автономными и подчиненными ландшафтами. Геохимическое сопряжение обычно изображают, например, так: Ca/Ca×Fe(т.е. автономный ландшафт относится к кальциевому классу, а супераквальный – в Са-Fe).

Роды геохимических ландшафтов выделяются по соотношениям между автономными и подчиненными ландшафтами одного класса, по интенсивности водообмена.

Наиболее распространены три рода ландшафтов:

· I– плоские равнины с замедленным водоообменом, слабым эрозионным расчленением или без него (приморские низменности, аллювиальные равнины и прочие области тектонических опусканий, вулканические и другие плато);

· II– эрозионные возвышенности, расчлененные плато с более энергичным поверхностным и подземным стоком, плоские поверхности чередуются со склонами;

· III– сильно холмистый и горный рельеф, бедленд – энергичный водообмен, преобладают склоновые поверхности, плоских участков почти нет.

Виды геохимических ландшафтов выделяются на основе характера подстилающих пород.

Геохимические ландшафты крупных таксонов называются по типологическим терминам: таежные, степные, пустынные и прочие типы ландшафтов; северные, средние, южные семейства; кислые, кальциевые, сернокислые классы; I, II, IIIроды. Виды называются обычно по какому-нибудь географическому ареалу их распространения, например, каракумские, валдайские и т. д.

Рассмотрим примеры геохимических лесных ландшафтов. К ним относятся: влажные тропики, широколиственные леса и тайга. Кроме того, распространены аридные ландшафты.

Влажные тропики охватывают Экваториальную Африку, Южную и Юго-Восточную Азию, часть Южной Америки. Биологический круговорот здесь не лимитирован количеством тепла и влаги, одинаково интенсивен весь год. Биомасса составляет около 5 тыс. ц/га, ежегодная продукция П1 300-500 ц/га, коэффициент К 0,64-0,65, опад О1 250 ц/га, подстилка О3 6-25 ц/га, опад зеленой части О2 165 ц/га, подстилочный индекс О32 0,1-0,2 (то есть разложение органического вещества очень интенсивно). Кремниевый тип химизма (кремний наряду с Са преобладает среди водных мигрантов, в частности в листве деревьев, до 90% в золе).

Наиболее распространен кислый класс ландшафтов. Такие ландшафты формируются на изверженных, метаморфических и осадочных силикатных породах. Кислые воды активно разрушают горные породы, выщелачивая подвижные элементы на большую глубину, образуя кору выветривания.

Главные геохимические особенности кислых влажных тропиков - высокие продуктивность и скорость разложения органического вещества, быстрая минерализация всех органических остатков. В воды при этом поступает большое количество углекислого газа и органических кислот, причем катионов для их нейтрализации не хватает. Вымывание настолько сильное и быстрое, что мало сдерживается биогеохимическим барьером. Кислая среда благоприятна для миграции катионогенных элементов; анионогенные адсорбируются положительно заряженными коллоидами железа и алюминия, образуя нерастворимые соединения, поэтому иногда (особенно в приморских районах) повышено содержание в почвах серы и хлора. Грунтовые воды обычно относятся к глеевому классу, обогащены железом и марганцем в виде бикарбонатов и органо-минеральных комплексов. Марганец более подвижен, его восстановление возможно даже в окислительной среде (слабоокислительная обстановка), на кислородном барьере он не осаждается.

Совершенный характер геохимического сопряжения. Преобладают прямые нисходящие связи, происходит интенсивное выщелачивание.   Благодаря большому количеству органического вещества такие ландшафты характеризуются высокой устойчивостью, самоорганизацией, централизацией; велика роль автономных ландшафтов. Минерализация вод слабая из-за сильного выщелачивания (менее 100 мг/л).

Геохимическая формулаавтономного ландшафта имеет вид:

На плоских равнинах и котловинах, где создаются условия для застаивания атмосферных вод, во влажных тропиках развиваются ландшафты со значительно меньшим разнообразием растительности и меньшей продуктивностью – это глеевый класс ландшафтов (лесные болота).

Для этого класса характерен резкий недостаток кислорода в почве, накопление черных гумусовых веществ и сильно кислая реакция вод. Под гумусовым слоем в восстановительной обстановке активно идет оглеение, железо и марганец переходят в двухвалентную форму и приобретают высокую подвижность, идет интенсивное выветривание и выщелачивание, стирается различие свойств исходных пород.

Наряду с Н типоморфным элементом является и Fe2+. Главные геохимические барьеры – кислородный и сорбционный.

Геохимическая формула:

Местами развиваются тропические торфяники мощностью в несколько метров. В растениях (саговая пальма, хлебное дерево, банановое дерево) преобладают углеводы. Достаточно большая зольность: 2,5-5. Нет подстилки. Содержание гумуса не больше, чем в почвах умеренного пояса. Важнейшие водные мигранты (по Родиной-Базилевич): Si, Ca; K, Mg, Al, Fe; Mn, S.

На породах, обогащенных сульфидами металлов или сильно пиритизированных (FeS) глин и сланцев образуются ландшафты сернокислого класса. Окисление сульфидов приводит к образованию серной кислоты и сульфатов, растворы становятся сильно кислыми (рН 1-3), в них легко мигрируют Zn, Fe, Cuи другие металлы, образующие легкорастворимые сульфаты.

В районах распространения мергелей, известковых песчаников, вулканических туфов и других легковыветривающихся пород с подвижным кальцием формируется кальциевый (маргалитный) класс ландшафтов. Если скорость выветривания соизмерима со скоростью выщелачивания, кислые органические вещества почв нейтрализуются. Кора и почва содержат монтмориллонит (а не каолинит), обладают высокой емкостью поглощения. Биологическая продуктивность высока, особенно у подчиненных ландшафтов речных долин.

Для мангров характерен соленосно-сульфидный (мангровый) класс ландшафтов. Разложение растительных остатков здесь происходит в среде, быстро теряющей свободный кислород. В результате развивается десульфуризация за счет сульфатов морской воды, в илах появляется сероводород H2S, избыток которого насыщает воду и выделяется в атмосферу. Трехвалентное железо Fe3+красноземных илов, принесенных реками, восстанавливается до Fe2+и, реагируя с H2Sобразует коллоидный марказит FeS2. Почва имеет черный цвет (гумус и сульфиды) и запах сероводорода. Биомасса 1300 ц/га, продуктивность 100 ц/га.

На повышенных участках образуются кремненатриевые солончаки (в отличие от обычных натриевых).

Если в манграх при сильных отливах восстановительная среда в почвах сменяется окислительной, происходит окисление сульфидов, образование серной кислоты, то формируются ландшафты сернокисло-соленосно-сульфидного класса.

Широколиственные леса на территории бывшего СССР распространены на Кавказе, Дальнем Востоке, в Европейской части, немного в Средней Азии. Это области умеренно-теплого влажного климата. Биомасса 3000-5000 ц/га, продукция же гораздо меньше, чем во влажных тропиках – 100-150 ц/га. Коэффициент К равен 0,58-0,60, т. е. меньше, чем во влажных тропиках, но больше, чем в тайге. Опад меньше, но подстилка больше, чем во влажных тропиках, скорость разложения значительно меньше. Подстилочный коэффициент равен 3-4, происходит накопление подстилки.

Деревья богаты золой, особенно листья (до 5%), в золе листьев преобладает Са (до 20% на живое вещество или 0,6-3,8% на сухое вещество). По интенсивности биологического поглощения Ах ряд такой: 10n/(S, P) > n/(Ca, K, Mg, Mn) > (n-0,n)/(Na) > (0,n-0,0n)/(Fe, Al, Si). Это предопределяет возможность биогенной аккумуляции в верхних горизонтах почв S, P, Ca, K, Mn, Mg. Все же преобладает выщелачивание подвижных элементов с вертикальным и боковым стоком. Тип химизма кальциевый, кальций – типоморфный элемент.

Содержание гумуса в почве больше, чем во влажных тропиках – до 10%. Кальций и другие катионы, образующиеся при разложении органики, нейтрализуют большую часть органических кислот, в связи с чем реакция гумусового горизонта почв слабокислая или даже нейтральная, в ППК преобладает Ca.

Выделяются четыре семейства: дальневосточное муссонное, карпатско-кавказское, восточноевропейское, среднеазиатское. В первых трех семействах преобладают ландшафты переходного класса – от кислого к кальциевому Н-Са, в среднеазиатском господствуют кальциевые Са.

В ландшафтах Н-Са верхний горизонт бурых и серых лесных почв выщелочены от карбонатов. В теплое и влажное время года активно идет выветривание и выщелачивание от Са, в нижних горизонтах накапливается Са.

В широколиственных лесах воды гидрокарбонатные, слабо минерализованные (менее 0,5 г/л = 500 мг/л). Главные источники солей в водах – биологический круговорот и выщелачивание. Геохимическое сопряжение между автономными и подчиненными ландшафтами совершенное. Прямые водные нисходящие связи слабее, чем во влажных тропиках, а обратные биокосные – сильнее, происходит интенсивная биогенная аккумуляция элементов, стабилизирующая состав почв и повышающая их плодородие.

Итак, главные особенности геохимии широколиственных лесов: средняя скорость разложения органики, частичная нейтрализация кислых продуктов распада органики, слабое кислое выщелачивание и значительное биогенное накопление многих элементов.

Биомасса в тайге составляет 500-3000 ц/га, причем более 60% биомассы составляет древесина, зеленая часть – не более 3%. Ежегодная продукция не намного меньше, чем в широколиственных лесах – около 80 ц/га. Коэффициент К равен 0,53-0,55, подстилочный коэффициент равен 6-20, что свидетельствует о заторможенности биологического круговорота. Зольность хвои (1,5-2,5%) меньше зольности листьев. Ряд биологического поглощения Ах имеет вид: 10n/(S, P, Mn) > n/(K, Ca, Mg) > (0,n-0,0n)/(Na, Si, Fe, Al), то есть близок к широколиственным лесам, только марганец отличается более интенсивным поглощением. Тип химизма азотный.

Разложение органических остатков имеет три направления: минерализация (образование СО2 и других полностью окисленных соединений), гумификация и образование кислых водорастворимых органических соединений – фульвокислот. При этом минерализация и гумификация ослаблены. Нейтрализация фульвокислот происходит в основном за счет Feи Al- почвенных минералов. Так возникают фульваты Feи Alв почвах, создается возможность кислого выщелачивания, которая реализуется на бескарбонатных породах, где формируются ландшафты кислого и кислого глеевого (Н-Fe) класса.

Итак, основные геохимические особенности тайги: специфическое консервативное соотношение Б и П, низкая скорость разложения органики, небольшое количество водных мигрантов, вовлекаемых в биологический круговорот, заниженная доля биокосной отрицательной обратной связи. По ряду показателей биологического круговорота ландшафты тайги ближе к влажным тропикам, чем к широколиственным лесам.

В аридных ландшафтах (степях и пустынях) сухость климата определяет более слабый сток, чем в лесных ландшафтах, меньшее значение центра и прямых нисходящих водных связей, большую роль обратных отрицательных биокосных связей в почвах, менее совершенное геохимическое сопряжение, развитие испарительной концентрации элементов.

Из-за сильной минерализации содержание органических восстановителей низкое. В автономных ландшафтах среда окислительная (Fe3+, S6+, U6+, V5+и т. д.), только в болотах и солончаках она иногда бывает восстановительной (Еhдо –0,5). Однако окисление преобладает. Органические кислоты нейтрализуются Ca, Naи другими катионами. Преобладает нейтральная и щелочная среда.

Воды аридных ландшафтов– истинные ионные растворы, нередко высокой концентрации. Они часто насыщены не только Са, но и Mg, Na, S, Cl, N. При испарении образуются минералы этих элементов. Воды бедны органическими соединениями, и, следовательно, энергией, а поэтому не агрессивны, часто не обладают растворяющей и разлагающей способностью.

Среди подвижных мигрантов преобладают и наиболее характерны Na, Mg, которые накапливаются при засолении в почвах, водах и продуктах выветривания. Са гораздо более слабый мигрант, он в основном концентрируется в породах в форме кальцита и гипса. Сильное влияние на миграцию металлов оказывает растворимость их сульфатов. Также интенсивно мигрируют S, Cl, Br, I, Se, Mo, Cr, U.

В щелочной среде аридных ландшафтов создаются особенно благоприятные условия для миграции анионогенных элементов, которые малоподвижны в кислых ландшафтах (Мо, Se, Cr, отчасти U). Катионогенные элементы здесь, наоборот, малоподвижны (Cu, Pb, Ba, Fe, Ca, Sr).

Слабый биологический круговорот не в состоянии снивелировать влияние горной породы на автономный ландшафт, поэтому роль пород резко повышена.

Растения характеризуются высокой зольностью (40-50%), в золе преобладают ионы Cl-, SO42-, Na+. У полусухих и сухих галофитов зольность ниже – соответственно 25 и 10-15%. Биомасса составляет 100-350 ц/га, до 70% приходится на корни.

В аридных зонах зачастую имеет место процесс засоления ландшафта.

Засоленным называется ландшафт, для которого характерно накопление легкорастворимых солей, их активное участие в биологическом круговороте и водной миграции. Засоление усиливается с засушливостью климата.

Основные источники солей – выветривание и почвообразование, переводящие Na, Cl, Sи другие подвижные элементы из горных пород в водный раствор, атмосферные осадки и пыль. В засолении некоторых территорий важную роль играют соли осадочных пород или морские соли. При засолении Naзаменяет в ППК Caи Mg.

Организмы засоленных ландшафтов имеют специальные приспособления к высокому содержанию солей. Такие растения называются галофитами.

Наиболее распространенное засоление – аллювиальное. Пресные речные воды на аллювиальных равнинах фильтруются в рыхлых отложениях и дают начало горизонту грунтовых вод. Последние поднимаются по капиллярам и испаряются, оставляя в почве соли. Глубина, с которой возможно капиллярное поднятие вод к поверхности и засоление почв, называется критическим уровнем залегания грунтовых вод (Полынов). Эта величина зависит от климата и состава почв. Из менее соленых вод выпадают труднорастворимые соли (CaCO3, гипс), а из более соленых – легкорастворимые. Чем менее растворима соль, тем шире ареал ее осаждения в процессе испарения. В вертикальном профиле почв и грунтов наблюдается аналогичная закономерность – ближе к уровню грунтовых вод осаждаются наименее растворимые соли, выше – более растворимые (солевая эпигенетическая зональность).

В засоленных ландшафтах обычно наблюдается зональность окислительно-восстановительных условий. В верхней части, где происходит жизнедеятельность разнообразных зеленых водорослей, находится резко окислительный горизонт со свободным O2. Ниже, где нет свободного кислорода и накапливаются органические остатки, идет интенсивное разложение, развивается десульфуризация, образуются восстановленные соединения – H2Sи черный коллоидный минерал гидротроилит. Этот сильно восстановительный горизонт называется гидротроилитовым. Ниже количество органики убывает, развито соленосное оглеение. Это слабо восстановительный глеевый горизонт.

По щелочно-кислотным условиям выделяют сернокислое, слабокислое, нейтральное, слабощелочное и сильно щелочное засоление. Щелочно-кислотные условия меняются по профилю и по временам года. Наиболее распространены нейтральные и слабощелочные среды с рН 7-8.

В местах энергичного испарения грунтовых вод (у поверхности и на уровне грунтовых вод) формируются соответственно верхний и нижний испарительный барьеры. На нижней границе гидротроилитового горизонта образуется сульфидный барьер, на нем осаждаются Zn, Cuи другие металлы. На нижней границе окислительного горизонта располагается кислородный барьер, здесь накапливаются Mn, Fe. При засолении иногда возникают щелочные и кислые барьеры.

Большинство засоленных ландшафтов относится к соленосному, соленосному глеевому, соленосно-сульфидному классам, менее распространены содовый и содовый глеевые классы.

Рассоление ландшафтасостоит в удалении солей из почв и грунтов, уменьшении минерализации вод, смене флоры (исчезают галофиты), фауны, уменьшении засоленности атмосферы. Часто засоление и рассоление сочетаются в одном геохимическом ландшафте.

Основные причины рассоления – тектонически обусловленное понижение уровня грунтовых вод, увлажнение климата, действие ветра (механическое удаление солей из почв). Рассоление обычно преобладает на террасах, тогда как засоление – на пойме.

Различают два основных геохимических типа рассоления – кальциевое и натриевое. Кальциевое рассоление характерно для солончаков, содержащих много солей Са. При рассолении Са вытесняет Naиз ППК, и в рассоленной почве образуется Ca, Mg– ППК. Рассоленные почвы часто содержат реликтовый гипсовый горизонт. На его границе возникает гипсовый барьер, на котором концентрируется Sr, а на границе солевого горизонта – солевой барьер. Кальциевое рассоление сопровождается остепнением или опустыниванием солончаков.

Натриевое рассоление (образование солонцов)происходит в том случае, если в солончаках преобладают натриевые соли, а гипса мало. При рассолении таких почв образуется почва с существенно натриевым ППК – солонец. Коллоиды, насыщенные натрием легко переходят в раствор, с чем связано выщелачивание наиболее тонкодисперсной части их верхнего горизонта, элювиально-иллювиальная дифференциация профиля. В почвенном растворе солонцов обычно содержится сода, что определяет высокое значение рН (до 10-11). Образование соды происходит в результате обменных процессов между ППК и раствором. Оторвавшись от грунтовых вод, под влиянием биологического круговорота солонцы постепенно превращаются в Na-Caили Са, Н-Са ландшафты. Этот процесс называется осолодением.

Засоление и рассоление нередко многократно сменяют друг друга. Это связано, например, с периодическими тектоническими поднятиями и опусканиями, изменяющими глубину залегания грунтовых вод.

Компоненты ландшафта представляют собой блоки элементарной ландшафтно-геохимической системы (ЭЛГС). Функционирование ЭЛГС осуществляется путем обмена веществом, энергией и информацией между блоками и субблоками при многократном изменении химического и фазового состояния веществ. Каналами связи между блоками ЭЛГС являются миграционные потоки.

Серия элементарных ландшафтов, сменяющих друг друга от местного водораздела к местной депрессии рельефа и связанных латеральными направленными миграционными потоками, образует каскадную ландшафтно-геохимическую систему (КЛГС), где каждый элементарный ландшафт – звено, или блок общей системы.

Ландшафтно-геохимическая катена– цепь, ряд элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией, расположенных на одном склоне от вершин холмов до понижений рельефа. Катены являются простейшим видом КЛГС. К катенам относятся бассейны рек любого порядка, причем для бассейна каждого водотока можно выделить три катены – на левом берегу, на правом берегу и в верховьях.

По происхождению материала катены делятся на автохтонные (главным образом в бассейнах рек первого порядка) и аллохтонные (в их нижних звеньях накапливается “чужой” материал, принесенный из других звеньев, располагающихся в верхней части бассейна). Все дальнепринесенные отложения называются аллохтонными.

По геологическому строению выделяют монолитные катены (вся катена сложена одними и теми же породами) и гетеролитные катены (разные породы). Происхождение пород существенно влияет на характер миграции в катене. Автохтонные катены всегда монолитные, аллохтонные – обычно гетеролитные.

М.А. Глазовская выделяет несколько типов геохимических сопряжений на равнинных территориях:

1)водно-поверхностно-почвенный;

2)водно-грунтовый;

3)водно-поверхностно-почвенно-потускулярный (проникающие воды смыкаются с грунтовыми);

4)водно-поверхностно-почвенно-грунтовый;

5)водный почвенно-грунтовый.

По особенностям стока может быть три основных ситуации:

1)с поверхности залегают водоупоры, преобладает поверхностный сток;

2)с поверхности залегают рыхлые породы, грунтовые воды не глубоко, основная часть влаги достигает горизонта грунтовых вод;

3)с поверхности залегают рыхлые породы, основная часть влаги фильтруется.

В горах с сильным расчленением рельефа преобладают механические типы миграции. Там выделяются следующие типы сопряжений:

· водно-почвенно-солифлюкционный;

· водно-почвенно-эрозионный;

· гравитационно-осыпной;

· дефляционный.

Разделения катен на авто/аллохтонные, моно/гетеролитные, по типам сопряжений являются геолого-литологическими. Также существует геохимическое разделение катен. Катены состоят из нескольких геохимических обстановок. Катены можно классифицировать по сочетанию классов водной миграции (геохимических обстановок) их звеньев. Таким образом, 12 основных классов автономных ландшафтов теоретически могут сочетаться с 12 классами подчиненных, всего 144 сочетания (из них 12 не контрастны). Однако большинство из этих сочетаний не встречается в природе. Широко распространены 50 сочетаний из 144.

Контрастность (дифференциация) катен имеет несколько градаций (табл. 7.2.1):

Таблица 7.2.1

Градации катен

Степень дифференциации

Виды дифференциации

Балл

Слабая

Биогенная (гумус)

1

Средняя

Щелочно-кислотная, также текс-турная, испарительная, биогенная

2

Сильная

Окислительно-восстановительная (кислородно-глеевая), также щелочно-кислотная, текстурная, испарительная, биогенная

3

Очень сильная

Окислительно-восстановительная (кислородно-сульфидная), также щелочно-кислотная, текстурная, испарительная, биогенная

4

Породы и почвы могут конвергировать (сближение химических составов) и дивергировать на протяжении катены.

Виды латеральной сопряженности:

· аккумулятивно-сопряженный;

· аккумулятивно-равномерный;

· аккумулятивно-элювиальный;

· монотонно-сопряженный;

· монотонно-равномерный;

· монотонно-элювиальный;

· транзитно-сопряженный;

· транзитно-равномерный;

· транзитно-элювиальный.

Совокупность ландшафтно-геохимических катен, ограниченных общим водосборным, а соответственно и солесборным бассейном, называется ландшафтно-геохимической ареной. В зависимости от порядка водосборных бассейнов выделяют мега-, макро-, мезо- и микроарены. Геохимическая структура и структура миграционных потоков усложняется по мере увеличения размеров арен.

Наряду с ландшафтно-геохимическими аренами (системами концентрации водного и гидрохимического стока) локально распространены каскадные системы рассеяния, в которых от верхних звеньев к нижним водный и гидрохимический стоки рассеиваются (подгорные конусы выноса, внутриконтинентальные и приморские дельты). Локально распространены каскадные ландшафтно-геохимические системы рассеяния концентрической формы, или ареалы рассеяния. Они образуются вокруг локальных мощных источников поступления в ландшафты редких и рассеянных элементов в зонах окисления месторождений, вокруг действующих гейзеров. С ними связано формирование геохимических аномалий. В настоящее время широко распространены техногенные геохимические аномалии.

Антропогенными катенами являются древние курганы. При насыпании кургана почвообразовательный процесс начинался с нуля.