Перенос твердых веществ в ландшафтах

Оглавление

 

 

 

1. Перенос  твердых веществ в ландшафтах.

Миграция вещества в ландшафте в значительной степени подчинена силам тяжести, которую в основном осуществляют внешние связи ландшафта. Сущность миграции вещества литосферы состоит в том, что с нею осуществляется латиральный перенос материалов между ландшафтами, их морфологическими частями и безвозвратный вынос вещества в Мировой океан. Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных формах: 1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов денодации – обломочного материала, перемещаемого под действием силы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде и воздухе «пыль»; 2) в виде водорастворимых веществ. Т.е. ионов, солей и т.д.

Механический перенос твердого материала литосферы в основном осуществляется стоком талых и дождевых осадков. Часть атмосферных вод, не успевших испариться или просочиться вглубь, стекает непосредственно по поверхности склонов в депрессии рельефа суши, собираясь в более мощные струи. В результате образуются русловые потоки. Изливающие свои воды в замкнутые впадины, превращая их в сточные или бессточные «в зависимости от климата» озера. Часто они достигают непосредственно своего первоисточника – Мировой океан. На своем пути по земной поверхности до океана атмосферные воды проходят две фазы стока, получившие названия склонового и руслового стока.

Таким образом, работа текучей воды создает, с одной стороны, формы размыва (овраги, балки, долины); формы накопления или аккумулятивные формы – с другой, осуществляя латеральный перенос материала между ландшафтами.

В распределении твердого стока обнаруживаются определенные черты широкой зональности. В тундре и тайге величина модуля твердого стока (Мт) не превышает 5-10 т/км2 в год, а средний слой ежегодного смыва – не более 0,002-0,004 мм. В зоне широколиственных лесов Мт обычно равен 10-20 т/км2 в год, в лесостепи достигает 150 т/км2 в год, в степени – 50-100 т/км2 в год. В пустынях твердый сток резко сокращается по причине практического отсутствия жидкого стока. В экваториальных ландшафтах Мт невелик (в бассейне р.Конго-18-37 т/км2 год, в бассейне р. Амазонка – 67-87 т/км2 год).

Механический вынос твердого материала достигает своего максимума в горах и может составлять 2000-2500 т/км2 год и более (в горах Средней Азии).

Со стоком взвешенных насосов ландшафты суши теряют еегодно примерно 22-28 млрд т вещества, что составляет 150-180 т/км2  или слой толщиной около 0,1 мм.

Взвешенные насосы неполностью выносятся в океан, часть их откладывается в русле, а многие реки при впадении в океан образуют дельты.

Другим мощным фактором удаления твердого материала из ландшафтов служит дефляция – выдувание и развеивание почв и пород.    Перенос и аккумуляция насосов происходят под действием ветра, превышающего пороговую скорость ветра, т.е. скорость при которой начинается дефляция. Часть верхнего слоя земной коры (почва) поднимается на высоту 5-6 км и более и переноситься иногда за тысячи км от очага дефляции. Часть ее перемещается в приземном слое воздуха и аккумулируется на подветренных частях склонов, где резко снижается скорость ветра, а также у различных препятствий (лес, колки, лесные полосы, овраги, поселки и т.д.).

В результате перемещения слагающих пород возникают, развиваются и исчезают определенные формы рельефа. Наиболее выражены эоловые процессы в пустынях, где их рельефообразующая роль очевидна, однако с разной интенсивностью они развиваются повсеместно и выполняют ту же роль по изменению строения поверхности литосферы, только медленно и малозаметно для наблюдателя, за короткий промежуток времени.

 Эоловые процессы необходимо  рассматривать как объективное  явление на поверхности земли. На их развитие затрачивается  колоссальное количество энергии, источником которой является  солнечное излучение, а механизмом  выполняющим эоловые процессы, - циркуляция земной атмосферы. Исходя  из этого, динамика усиления и  затухания эоловых процессов  представляется как следствие  ритмичности природных явлений  на Земле. Территории с выраженным проявлением эоловых процессов охватывают значительные площади в различных частях Земли. Они разнообразны по тектоническому, геологическому, геоморфологическому строению.

Слабое или полное отсутствие растительности благоприятствует дефляции. Явление дефляции практически отсутствует в лесной зоне умеренного пояса. Важнейшую роль в преобразовании рельефа эоловые процессы играют в пустынной зоне. Пустыни – явление климатическое, и важнейшее значение при их формировании имеют количество выпадающих осадков, температурные условия. Для возникновения эоловых процессов необходимо сочетание следующих факторов: обнаженная поверхность, выровненная или наклонная, сложенная сухими пылеватыми супесями, мелко – или среднезернистыми песками; ветровой поток, длительно действующий со скоростью более 4 км/сек. у поверхности открытая местность, не создающая преград переноса пылевато-песчаных масс.

Эоловые процессы развиваются также на песчаных отложениях морского и флювиогляциального генезиса. Эоловые отложения распространены главным образом в аридных областях , но встречаются и в других природных зонах, на побережьях морей, озер, на террасах рек.

В отличие от твердого стока эоловая миграция не предоставляет собой полностью необратимого потока. Частицы пыли удерживаются в атмосфере в среднем от 1 до 10 суток. За это время, находясь в обороте, они могут усесть частью в том же ландшафте, частью – в соседнем или более отдаленных ландшафтах и, на конец, частью – за пределами суши, т.е. в Мировом океане.

Миграция веществ в водорастворимых формах заслуживает отдельного внимания. Фильтруясь под действием гравитации  в почвогрунты и горные породы, атмосферные осадки обогащаются растворимыми солями (в том числе и органического происхождения), которые вовлекаются в биологический круговорот, частью выносятся за пределы геосистемы с речным и глубинным стоком. Масса растворенных веществ, выносимых мировым стоком, почти на порядок меньше стока взвешенных наносов и определяется в 2,5-5,5 млрд т. Согласно М.И. Львовичу (1974), средний глобальный модуль ионного стока равен 20,7 т/км2  , что соответствует слою химической денодации в 0,008 мм. В аридных ландшафтах речные воды сильно минерализованы, однако их вынос невелик. В гумидных ландшафтах напротив речные воды обильны, но слабо минерализованы. Поэтому зональные различия ионного стока относительно невелики. Для тундры, тайги и пустыни типичны пустынные близкие значения модуля ионного стока (Мн) не выше 10-15 т/км2  год. В зонах широколиственных лесов и лесостепи Мн достигает 20-30 т/км2  год, а в зоне экваториальных лесов он близок к 35 т/км2  год. Наиболее интенсивной химической денодации подвергаются горные карстовые ландшафты, где годовой вынос растворимых солей достигает 100-200 т/км2  и более.

Второй важный выходной ионно-солевой поток связан с глубинными подземными стоками, который образуется в результате имфильтрации растворов глубокие водные горизонты, залегающие ниже уровня местных базисов речного стока. В аридных областях, где практически отсутствует речной сток. Глубинный сток служит важнейшим фактором удаления растворимых выноса соей занимает 1,4 мнл км2, т.е. треть всей территории. Модуль ионного глубинного стока колеблется в пределах этой области, от 0,1 до 800 т/км2  год (средняя – 11,4 т/км2  год).

Большую роль в миграции водорастворимых солей играет воздушные потоки. С поверхности суши соли попадают в атмосферу с пылью, а также при испарении трансформации. Главными поставщиками атмосферных ионов служат аридные ландшафты. Так, из аридной области Средней Азии путем испарения и трансформации в атмосферу поступает 7 млн т солей в год (1,64 т/км2  год), а с пылью за пределы области выноса уходит около 5 млн т. К источникам поступления в ландшафтах водорастворимой части водного стока следует отнести атмосферные осадки. Соли атмосферных осадкой, выпадающих над сушей, имеют различное происхождение (океаническое, вулканическое, внутренняя транспирация) и могут мигрировать на другие ландшафты. Их количество незначительно и колеблется в пределах от 10-30 т/км2  год. Пути дальнейшей миграции ионов, поступающих в ландшафт с атмосферными осадками разнообразны. Часть их задерживается на земной поверхности, откуда ветром они могут быть снова вынесены в атмосферу и образовать локальный круговорот. Часть возвращается в почву и учувствует в абиотическом круговороте солей. Наконец, некоторое количество солей выбывает из ландшафтного круговорота и выносится речным и глубинным стоком.

Одним из факторов поступления вещества в ландшафтную оболочку является вулканизм. При извержении вулканов поступает лава,  обломочно-магический материал, пепел.

В глобальном балансе вещества некоторую роль играет поступление метеоритов и космической пыли приблизительно оцениваемое 10 млн т в год.

В большинстве ландшафтов механический вынос твердого материала преобладает над привносом. Наиболее интенсивной механической денодации подвергаются горные ландшафты, а среди равнинных – возвышенности сложенные рыхлыми породами (лессами) в условиях семигумидного климата и слаборазвитой растительности, а также равнины, подверженные дефляции.

Солевой баланс также отрицательный, поскольку поступление солей с атмосферными осадками и пылью не может компенсировать их выносы с поверхностным и подземным стоком. Дисбаланс особенно резко выражен в карастовых ландшафтах. Исключение составляют ландшафты пустынь, приуроченные к внутриконтинентальным бессточным равнинам, где поступление солей из атмосферы превышает величину ионного стока. Абиогенные потоки вещества по своим масштабам сильно уступают биогенным. Суммарный вынос твердого материала реками Земли примерно на порядок меньше ежегодной продукции живого вещества суши (в сухой массе), а суммарный ионный поток –меньше в 70 раз. Если рассмотреть эти соотношения по основным элементам – биофилам, то контраст окажется ещё более значительным. Вынос фосфора с ионным стоком в 1000 раз меньше его потребления организмами, азота – в 150, углерода – в 100, калия – в 12 раз; в биологическом круговороте участвует также больше магния, кальция, алюминия, кремния, чем в выходном ионном потоке. Биологический круговорот отличается высокой степенью замкнутости, и в выходные потоки попадает лишь небольшая часть продуцируемого органического вещества. Мировой сток органического углерода (в составе ионного речного стока) составляет около 1,7 т/км2  год, а сток органического вещества в целом – около 3,8  т/км2  год, что составляет лишь 0,2 % ежегодной продукции биомассы. Однако на элементы выпадающие из биологического круговорота, приходится примерно 20%  ионного стока. Основные ионы речных вод лесных ландшафтов – Са2+ и НСО3 – образуются за счет разложения органического вещества. Эти соотношения сильно дифферецируются по ландшафтам при том они неодинаковы для различных химических элементов.

Таким образом, если сопоставлять биотические и абиотические потоки вещества в ландшафтах, можно сделать следующие выводы. По масштабам биотические потоки вещества значительно превосходят абиотические. В абиотических потоках доминирует латиральная составляющая, которая относится по внешним связям ландшафтов, в абиотической вертикальная составляющая, относящаяся к внутренним связям. Абиотические потоки разомкнуты, и миграция веществ ведет к потере вещества. Биотические потоки имеют характер круговорота и способствуют удержанию вещества в ландшафте, выполняя в нем тем самым стабилизирующую функцию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Механическое перемещение твердого  материала в антропогенных ландшафтах.

Усилие выноса или аккумуляции твердых веществ может быть как прямым, так и косвенным следствием хозяйственной деятельности.

Наиболее интенсивно перераспределение твердых масс литосферы осуществляется на территориях горных выработок, а также городов и крупных инженерных сооружений. Общее количество вещества, извлекаемого из литосфере при добыче полезных ископаемых и земельных работах, в мире исчисляется величиной порядка 100 млрд тонн в год (Исаченко, 1980). Основная часть этого материала извлекается из верхнего 500-метрового слоя земной коры, хотя отдельные рудники и скважины достигают куда большей глубины. В настоящее время около 70% месторождений полезных ископаемых разрабатывается открытым способом.

Наиболее зримый эффект этой деятельности – появление специфического техногенного рельефа – на уровне мезоформ: терриконов (высота их достигает 300 м, а площадь – десятков гектаров), отвалов пустой породы (высота до 100-150 м, площадью до нескольких квадратных километров). Комплексы в крупных горнопромышленных районах (Донбасс, Кузбасс и др.) располагаются на площадях в сотни и тысячи квадратных километров и приобретают региональное значение на уровне отдельных ландшафтов.

Создание техногенных форм рельефа стимулирует дальнейшее изменение в геосистемах, прежде всего, процессы гравитационного характера. Пустоты, образующиеся при подземных выработках, часто называют опускание земной поверхности. В результате чего формируются мульды проседания и провалы глубиной до десятков метров. К таким же последствиям может привести подземная газификация углей, строительство подземных газохранилищ , а также метрополитенов и др. Терриконы и карьеры дают начало вторичным гравитационным процессам – обвалам, осыпям, оползням. Отвалы и терриконы подвергаются смыву, размыву, развеиванию.

Аналогичные явления наблюдаются на территории больших городов (Котлов, 1977). Под тяжестью зданий грунты уплотняются и оседают. В Мехико оседание достигло до 9 м, в Токио – 7 м (до 20 см в год), в Москве – до 35 см в год. Площади мульд оседания в больших городах измеряются сотнями, а иногда даже тысячами квадратных километров и могут охватить целые ландшафты.

Наибольшую искусственную нагрузку на верхнюю часть земной коры создают крупные водохранилища, в результате чего могут происходить даже техногенные землетрясения.

Насыпные техногенные формы подвержены интенсивному выветриванию и денудации, а отсутствие растительного покрова углубляет эти процессы. В результате выщелачивания легкорастворимых солей, плоскостного смыва, эрозии, развеивание вещества терриконов, отвалов пустой породы, золы и шкала теплоэлектростанций, мусора городских свалок загрязнители вовлекаются в «дальнюю» миграцию, загрязняя поверхностные и подземные воды, воздух. Реки, питающиеся стоком отвалов, нередко бывают загрязнены сульфатами и другими токсичными веществами на десятки километров.

Все описанные техногенные воздействия современного производства имеют внушительные масштабы воздействия на земную поверхность по объему перемещенного материала. Однако они уступают примерно на целый порядок эрозии, вызванной в сельском хозяйстве. Здесь процессы сопряжены с прокладкой дорог, строительством гидротехнических сооружений, с мелиорацией (снежная мелиорация, лесомелиорация), с пастьбой скота и др. однако из всех видов сельскохозяйственной эрозии наиболее распространенной является земледельческая эрозия.

Эрозия (erosio), «разъедание» - слово латинское. Термин этот применяется во многих отраслях знаний: в медицине, технике, социологии, геологи и т.д. под эрозией почв понимают разнообразные процессы разрушения почв и подстилающих пород различными природными, природно0антропогенными и чисто антропогенными факторами. В связи с этим в литературе встречаются такие термины: водная эрозия, ветровая (дефляционная) эрозия, криогенная эрозия, экзарационная (ледниковая) эрозия, нивальная (снежная), обвальная, осыпная, оползневая, лавинная, карстовая, капельная, градовая, речная эрозия и т.д.

В сельскохозяйственной литературе применяются два термина: водная эрозия почв и ветровая (дефляционная) эрозия.

Водная эрозия почв – смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водотоков. По генезису временных водных потоков, вызывающих смыв и размыв почвы, можно выделить три основных типа эрозии: эрозия от стока дождевых осадков, эрозия от стока талых вод, эрозия от стока вод орошения – ирригационная эрозия.

На освоенных человеком территориях Южной Америки, Африки и Австралии, Европы, Азии, США, где практически не бывает зимы и не выпадает снег, разрушение почвенного покрова происходит главным образом при выпадении ливневых дождей.

На территории России эрозия почв проявляется как при выпадении ливневых осадков, так и при снеготаянии.

Выделяют два подтипа эрозии: смыв почвы – поверхностная эрозия и размыв почвы, а иногда и подстилающих пород – линейная эрозия. В результате проявления поверхностной эрозии формируются смытые почвы: слабосмытые, среднесмытые, сильносмытые. От проявления линейной эрозии вначале формируются промоины, которые затем перерастают в овраги.