Каскадные ландшафтно геохимические системы реферат
Обновлено: 05.07.2024
Элементарные ландшафтно-геохимические системы (элементарные ландшафты): элементарный ландшафт в своем типичном проявлении должен представлять один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Все эти условия создают определенную разность почвы и свидетельствуют об одинаковом на протяжении элементарного ландшафта развитии взаимодействия между горными породами и организмами.
При отнесении какого-либо участка земной поверхности к элементарному ландшафту необходимо учитывать возможность (хотя бы мысленную) распространения данного элементарного ландшафта на значительно большей территории. Элементарными ландшафтами являются такыр, ельник-зеленомошник на валунных суглинках, луговая степь на лёссах и т.д., размеры которых могут колебаться от квадратных метров до сотен и тысяч квадратных километров.
Наименьшая площадь, на которой размещаются все части элементарного ландшафта, именуется площадью выявления.
Под мощностью элементарного ландшафта понимается расстояние от его верхней до нижней границы. Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения (из данного или соседнего ландшафта), обитания организмов. Нижней границей в ряде случаев является горизонт грунтовых вод (включительно).
По условиям миграции химических элементов Б.Б. Полынов выделил три основных элементарных ландшафта — элювиальный, супераквальный (надводный) и субаквальный (подводный).
Элювиальный ландшафт приурочен к плоским водоразделам с глубоким залеганием грунтовых вод, не оказывающих заметного влияния на бик. Вещество и энергия в этом случае поступают из атмосферы и через атмосферу. Характерны прямые нисходящие водные связи. В элювиальных почвах происходит вмывание растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов.
Для субаквальных (подводных) элементарных ландшафтов характерен принос материала с твердым и жидким боковым стоком: речной или озерный ил растет снизу вверх и может быть не связан с подстилающей породой. В субаквальных ландшафтах наблюдаются особые жизненные формы растений и животных и местами особые систематические группы. В водоемы поступают химические элементы с прилегающих водосборов, в первую очередь наиболее подвижные элементы, накопление которых типично для субаквальных ландшафтов.
Надводные (супераквальные) элементарные ландшафты отличаются близким залеганием грунтовых вод. Последние оказывают существенное влияние на ландшафт, т.к. поставляют различные вещества, вымытые из коры выветривания и почв водоразделов. В супераквальных ландшафтах возможно значительное накопление химических элементов, обладающих наибольшей миграционной способностью. Примером супераквальных ландшафтов служат солончаки с аккумуляциями сульфатов, соды, хлоридов, нитратов и других солей. Поступление извне ряда химических соединений оказывает глубокое влияние на интенсивность и направление химических реакций, на внешние формы, анатомию и физиологию организмов, их общую массу. В супераквальных ландшафтах преобладают обратные водные связи.
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.
Каскадные ландшафтно-геохимические системы.Природные системы с однонаправленными потоками вещества называют каскадными системами. Наиболее целостным проявлением свойств каскадной системы обладают водосборные бассейны, которые многими географами выдвигаются в качестве основных объектов не только гидролого-геоморфологической, но и физико-географической и ландшафтно-геохимической организации поверхности Земли. Каскадные ландшафтно-геохимические системы (КЛГС) — это такие парагенетические ассоциации ЭЛГС, целостность которых определяется потоками вещества, энергии и информации от верхних гипсометрических уровней рельефа к нижним. Каскадные ЛГС весьма разнообразны по структуре, протяженности, типам функционирования, начиная от простых водосборных бассейнов малых рек и кончая бассейнами высоких порядков (Волги, Оби и др.).
Наиболее просто организованной каскадной системой является геохимическое сопряжение элементарных ландшафтов на склоне — катена. Это не только топографический ряд почв и ландшафтов, но и отражение всех почвенных и склоновых процессов и явлений, взаимодействие которых образует более сложные системы, чем элементарные ландшафты.
Следующим по сложности уровнем каскадных систем являются водосборные бассейны. Наиболее крупная каскадная система — “континент — океан”. Важная ее особенность — локализация миграционных процессов в бассейнах крупнейших рек.
Физико-химическая миграция. Водная миграция химических элементов. Щелочно-кислотные условия природных вод. Кислотно-щелочная зональность. Интенсивность водной миграции. Химическая денудация и ионный сток. Коэффициент водной миграции. Геохимическая классификация водных мигрантов. (Билет 6).
По уровням организации и тесноте обратных связей ландшафтно-геохимические системы делятся на элементарные и каскадные.
Элементарные ландшафгно—геохимические системы (ЭЛГС) или элементарные ландшафты по Б.
Б. Полынову, в экологическом аспекте аналогичны понятию "биогеоценоз" В. Н. Сукачева. В ландшафтно-геохимическом отношении ЭЛГС-эго территория, в пределах которой качественный и количественный состав, а также скорость миграционных потоков элементов между компонентами ландшафта обладают сходством в гой степени, в какой это обеспечивает единообразие структуры и функционирования данной ландшафтно- геохимической системы на всем занимаемом ею пространстве. В пределах ЭЛГС обратные геохимические связи между компонентами ландшафта (блоками системы) более Интенсивны, чем внешние геохимические связи данной ЭЛГС в целом с другими ландшафгно—геохимическими системами. Блоки ЭЛГС (атмосфера, литосфера, почва, воды) эго грехфазные тела с преобладанием какой-либо одной фазы: газовой, твердой или жидкой, или примерно равным соотношением их, как, например, в почве. Миграция веществ между блоками ЭЛГС идет во всех фазовых состояниях. Кроме того, в каждом блоке системы имеется особая "четвертая фаза" - совокупность живых организмов (живое вещество). Каждый блок системы представляет в свою очередь подсистему, в пределах которой осуществляется обмен вещества и энергии между фазами и населяющими данный блок живыми организмами (рис. 1).
Рис. 1. Элементарная ландшафгно—геохимическая система - ЭЛГС. Блоки системы: А - атмосфера; П - почва; Вп - поверхностные воды; Вг - грунтовые воды; Л - литосфера. 1. Вну триб л оковы е и межблоковые потоки вещества в различных фазовых состояниях. Фазы: 2-газовая; 3-жидкая;
4-твердая; 5-живое вещество.
Поэтому, если в один из блоков ЭЛГС врывается поток техногенных веществ, то в силу наличия всеобщей и обратной геохимической связи внутри блоков и между блоками он охватывает всю систему в целом, а следовательно и ее живое вещество.
Элементарные ландшафтно-геохимические системы объединяются в более сложные структуры - каскадные ландшафтно-геохимические системы (КЛГС). Каскадные системы объединяют ряд ЭЛГС, находящихся на различных гипсометрических уровнях и связанных между собой потоками веществ, перемещающимися в твердой фазе и в растворах, с поверхностными и подземными водами, от более высоких к более низким уровням каскада. Обратные связи между ЭЛГС от низких к более высоким гипсометрическим уровням каскадной системы осуществляются в виде атмосферных потоков, а в некоторых случаях в форме миграционных потоков живого вещества.
ЭЛГС, представляющие начальное (наиболее высокое по гипсометрическому уровню) звено каскадной системы, называются геохимически - автономными: в природных условиях вещества извне поступают в них только из атмосферы. ЭЛГС, находящиеся на более низких уровнях каскадной системы, называются геохимическй-подчиненными: в них приток вещества извне идет не только воздушным, но и водными путями, с периодическими или постоянными поверхностными водотоками и грунтовыми водами. ЭЛГС, поступление веществ в которые идет с грунтовыми водами, называются супераквальными.
Каскадные системы могут быть открытыми, с конечным сбросом веществ в моря и океаны; они могут быть закрытыми, с конечными звеньями каскадной цепи в бессточных впадинах, откуда, как и в океанах вынос вещества осуществляется лишь воздушным путем.
По сложности устройства, пространственной протяженности и формам каскадные системы весьма многообразны (Глазовская, 1964). Так, например, по соотношению площадей начальных и конечных звеньев каскадные системы могут быть разделены на линейные, веерные или системы рассеяния, и арены или системы концентрации. По числу образующих данную систему звеньев, можно выделить каскадные системы I -го, II -го,III -его и более высоких порядков (рис. 2).
Многие многоступенчатые ландшафтно-геохимические системы имеют значительную протяженность, сложную структуру и представляют сочетание более простых каскадных систем различного типа. Так, например, каскадные системы горных склонов, принадлежащие бассейну какой - либо горной реки, это системы концентрации; при выходе реки на подгорную равнину, в области конуса выноса формируется каскадная система рассеяния (веерная); несколько далее от подножий гор, там, где на поверхность выходят грунтовые воды и дают начало сети малых рек и ручьев родникового питания, сливающихся в более крупные водотоки, веерная система вновь сменяется системой концентрации веществ^ переносимых водными потоками.
Интенсивность и сфера воздействия потоков техногенных веществ зависят, при прочих равных условиях, от типа структуры каскадной системы и местоположения в системе поражаемых техногенезом блоков.
Элементарная ландшафтно-геохимическая система (ЭЛГС) объединяет блоки компонентов ландшафта, её функционирование осуществляется путём обмена веществом, энергией и информацией между блоками и субблоками при многократном изменении химического и фазового состояния вещества. Каналами связи между блоками являются миграционные потоки.
Каскадная ландшафтно-геохимическая система (КЛГС) – это серия элементарных ландшафтов, сменяющих друг друга от местного водораздела к местной депрессии рельефа и связанных лотеральными направлениями миграционных потоков, где каждый элементарный ландшафт – звено или блок общей системы.
Ландшафтно –геохимическая котена (ЛГК) – это цепь или ряд элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией расположенных на одном склоне от вершин холмов до понижений рельефа.
Котены – это простейший вид КЛГС. К ним относятся бассейны рек любого порядка, причём для бассейна каждого водотока можно разделить 3 котены: на левом берегу. На правом берегу, в верховьях.
По происхождению материала котены делятся на:
Автохтонные (главным образом в бассейнах рек первого порядка)
Аллохтонные (нижние звенья реки, в которых накапливается чужой материал, принесённый из других звеньев).
По геологическому строению котены могут быть:
Монолитные (сложены одними и теми же материалами и породами)
Гетеролитные (сложены разными породами).
Автохтонные котены всегда монолитные, аллохтонные – гетеролитные.
Типы геохимических сопряжений на равнинных территориях (по Глазовской): водно-поверхностно-почвенный, водно-грунтовый, водно-поверхносто-почвенно-потускулярный, водно-поверхностно-почвенно-грунтовый, водно-почвенно-грунтовый.
По особенностям склона может быть 3 основные мутации:
1. С поверхности залегают водоупоры, преобладает поверхностный сток,
2. С поверхности залегают рыхлые породы, неглубоко грунтовые воды, фильтрация воды от поверхности до водоупора,
3. С поверхности залегают рыхлые породы, вода просачивается через профиль.
Ландшафтно-геохимическая арена (ЛГА) – это совокупность ЛГК, ограниченных общим водосборным, а соответственно и солесборным бассейном. В зависимости от порядка водосборных бассейнов выделяют: мегаарены, макроарены, мезоарены и микроарены.
ЛГА – это система концентрации водного и гидрохимического стока.
Кроме арен локально распределены каскадные системы рассеивания (КСР), в которых от верхних звеньев к нижним водный и гидрохимический стоки рассеиваются (это подгорные конусы выноса, внутриконтинентальные и приморские дельты).
Ареол рассеивания (АР) – это КСР концентрической формы; они образуется вокруг локальных источников поступления в ландшафты редких и рассеянных элементов. Как правило, это зоны окисления месторождений или зоны вокруг действующих гейзеров. В зоне АР можно наблюдать геохимические аномалии – геохимические редкие природные ландшафты.
Идеи взаимосвязи между компонентами почвенного покрова были заложены еще В.В. Докучаевым и Н.М. Сибирцевым и развиты в трудах Г.Н. Высоцкого. П.С. Коссовича, С.С. Неструева, Дж. Милна, Ч. Келлога, Т. Башнела и др. В географии почв это направление в наиболее целостном виде нашло отражение в учении о структуре почвенного покрова (В.М. Фридланд). В этих работах были введены понятия о почвенных комбинациях, почвенных комплексах, почвенных цепях и катенах, отражающих генетические и топологические связи почв с рельефом, горными породами, условиями стока и дренажа.
Б.Б. Полыновым показано, что системообразующую роль в сопряженных почвах и элементарных ландшафтах играет миграция химических элементов. В районах со стоком водоразделы, склоны, долины, водоемы образуют единое целое, которое Б.Б. Полынов назвал геохимическим ландшафтом (3). По А.И. Перельману, геохимический ландшафт — это парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. Примером геохимического ландшафта может служить степной мелкосопочник с соленым озером в понижении и солончаками по берегам этого озера, участок моренного рельефа в таежной зоне, составными частями которого служат холмы, покрытые хвойным лесом, заболоченные понижения, озера, реки.
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.
И для геохимического ландшафта характерны площади выявления, мощность, структура (комплекс элементарных ландшафтов и их геохимическое сопряжение), окраска и другие морфологические признаки. Чем больше площадь выявления, мощность, сложнее структура, пестрее окраска, тем больше разнообразия (информации) в ландшафте.
Морфология геохимических ландшафтов рассматривалась Б.Б. Полыновым (1953) и М.А. Глазовской (1964), которая предлагает определять мощность и объемы ландшафтов, характеризовать степень горизонтального расчленения ландшафтов, вслед за Полыновым она различает сочетания элементарных ландшафтов — ландшафтные звенья, узлы, цепи. В книге "Почвы мира" Глазовская рассматривает почвенно-геохимические сопряжения в геохимических ландшафтах различных климатических и геоморфологических областей. Она выделяет альфе- гумусовый (североскандинавский), ферри-ферро-гумусовый (западносибирский), ферри-ферро-латеритный (тропический), известково-сульфатно-хлоридный (среднеазиатский) и прочие типы сопряжений.
Природные системы с однонаправленными потоками вещества называют каскадными системами (Р. Чорли и Б. Кеннеди).
Наиболее целостным проявлением свойств каскадной системы обладают водосборные бассейны, которые многими географами выдвигаются в качестве основных объектов не только гидролого- геоморфологической, но и физико-географической и ландшафтно-геохимической организации поверхности Земли. По М.А. Глазовской, каскадные ландшафтно- геохимические системы (КЛГС) — это такие парагенетические ассоциации ЭЛГС, целостность которых определяется потоками вещества, энергии и информации от верхних гипсометрических уровней рельефа к нижним. Каскадные ЛГС весьма разнообразны по структуре, протяженности, типам функционирования, начиная от простых водосборных бассейнов малых рек и кончая бассейнами высоких порядков (Волги, Оби и др.).
Наиболее просто организованной каскадной системой является геохимическое сопряжение элементарных ландшафтов на склоне — катена.
Это не только топографический ряд почв и ландшафтов, но и отражение всех почвенных и склоновых процессов и явлений, взаимодействие которых образует более сложные системы, чем элементарные ландшафты.
Понятие о катенах возникло независимо от геохимии ландшафта и не на основе геохимической методологии, но оно важно для нашей науки, что и позволяет говорить о ландшафтно-геохимических катенах. В зависимости от сложности пространственной структуры, в первую очередь литогенного субстрата, катены делятся на монолитные и гетеролитные (4). Монолитные катены располагаются обычно в каскадных системах водосборных бассейнов 1—2 порядков, где геохимия супераквальных ландшафтов практически полностью определяется миграцией веществ из автономных ландшафтов. Это автохтонные или геохимически подчиненные катены. В каскадных системах более высоких порядков формируются в основном гетеролитные катены. Вещество в них поступает из других ландшафтов, и они называются геохимически слабоподчиненными, или аллохтон- ными.
Подобно тому, как радиальная геохимическая структура отражает характер взаимодействия и соотношения между компонентами и блоками ЭЛГС, отношения химических элементов в катенах характеризуются латеральной геохимической структурой — инвариантными связями геохимически сопряженных систем типа автономный ландшафт — подчиненный ландшафт (L — анализ).
Следующим по сложности уровнем каскадных систем являются водосборные бассейны. Для кодирования их порядка удобно использовать схемы А. Стралера и В.П. Философова, в которых наименьшие водосборы отнесены к речным долинам первого порядка. Они представляют собой каскадные системы первого порядка (КЛГС^) и в большинстве случаев соответствуют геохимическим ландшафтам в понимании Б.Б. Полынова (но понятие геохимического ландшафта шире, т.к. он может и не включать водосборный бассейн, как, например, в пустынях). Каждая КЛГС^ состоит как минимум из двух склоновых катен с общим днищем. Обычно число катен в каскадных системах первого порядка несколько больше (3—7). Поэтому их, не нарушая принципов кодирования водосборных бассейнов, можно относить к КЛГС нулевого порядка. Речным бассейнам второго, третьего и более высоких порядков соответствуют КЛГС этих же порядков. В зависимости от закрытости или открытости аккумулятивных звеньев М.А. Глазовская выделяет каскадные системы рассеяния и концентрации. Последние она именует ланд- шафтно-геохимическими аренами. Уже в каскадных системах четвертого порядка на долю водосборов первого и второго порядков приходится 75—80% площади (Ю.Г. Симонов), что определяет важность исследования ландшафтно- геохимического катенарного уровня организации природной среды.
Геохимические катены и арены первого и второго порядков представляют собой локальные каскадные системы, являющиеся базовыми для установления основных особенностей ландшафтно-геохимической дифференциации территорий. Исследования на этом уровне дают информацию о радиальной почвенно- геохимической и биогеохимической контрастности ландшафтов, латеральной миграции веществ. М.А. Глазовская в зависимости от порядка водосборных бассейнов выделяет микро-, мезо-, макро- и мегаарены.
Региональные КЛГС речных бассейнов более высоких порядков (макро- и мегаарены) практически всегда гетеролитны, что затрудняет анализ их латеральной структуры. Сложная геохимическая дифференциация региональных КЛГС требует выявления объектов, химический состав которых отражает особенности латеральной миграции элементов в водосборных бассейнах. Наиболее информативны в этом отношении илы (донные отложения). По аналогии с наземными почвами их можно назвать "зеркалом" подводного ландшафта.
Наиболее крупная каскадная система — "континент — океан". Важная ее особенность — локализация миграционных процессов в бассейнах крупнейших рек. По А.П. Лисицину, двенадцать рек мира с максимальными модулями твердого стока поставляют в океан около половины всего осадочного материала континентов, составляющего 18,5 млрд. т взвеси. Большая часть этих рек расположена во влажных тропиках. Основная масса взвешенного вещества осаждается на границе "река—море" в дельтах, авандельтах, на шельфе и у основания материкового склона. Так, одна из наиболее мощных систем "бассейн—дельта — подводный" конус рек Ганга и Брахмапутры имеет надводную площадь бассейна более 2 млн. км^, протягиваясь в Индийский океан еще на 2—3 тыс. км, т.е. примерно на столько же, как на континенте. Ежегодно эти реки поставляют в океан 2177 млн. т взвешенного вещества, что составляет 2/3 стока рек бассейна Индийского океана. Эта система функционирует уже около 20 млн.лет и создала осадочную толщу мощностью до 16 км. После Ганга—Брахмапутры по объему твердого стока идут бассейны Хуанхэ и Амазонки. Эти процессы изучают океанология, наука об осадочных породах, но их выводы интересны и для геохимии ландшафта.
Читайте также: