КОМПОНЕНТНАЯ ВОДА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

При рассмотрении распределения атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность, обычно исходят из представления, что они в значительной части расходуются на суммарное испарение (испарение с поверхности почвы и транспирацию), а в остальной части в виде поверхностного и внутреннего стока поступают в реки и далее в океан. Это представление выражается в общепринятом уравнении водного баланса
P = E + U (19)
где Р — количество осадков, Е — суммарное испарение, / — суммарный сток. Другими словами, превращения воды на земной поверхности рассматриваются как вполне замкнутый круговорот.
Это представление в гидрологическом отношении практически оправданно. Но в приложении к географической оболочке, как сложному образованию оно не может быть признано удовлетворительным. Увлажняемая толща почвогрунтов и произрастающая растительность рассматриваются при этом лишь как некоторые вместилища или проводники циркулирующей воды. Становится ясным, что такое представление не отвечает идее развития географической оболочки как процесса качественных изменений. Уравнение (19) не включает каких-либо параметров, отражающих развитие процесса. Следовательно, оно неполно выражает круговорот воды в географической оболочке.
Как показано в разделе III, при исследовании почвенно-климатических соотношений было найдено, что почвы объединяются по условиям увлажнения в семь гидрорядов — от почв, залегающих в условиях крайне слабого увлажнения, до почв, значительно увлажненных. Для климатических условий каждого гидроряда характерно вполне определенное соотношение между годовым количеством атмосферных осадков (Р) и радиационным балансом земной поверхности (Д), подчиняющимся зависимости (4).
Предположение, что зависимость (4) отражает природные процессы испарения, подтверждено данными почвенно-гидрологических исследований. В связи со всем этим возникла мысль, что постоянную величину Рк приведенной зависимости (4) можно истолковать как известное количество выпадающих атмосферных осадков, которое не участвует в процессах испарения. Это, надо полагать, та часть годовой суммы атмосферных осадков, которая закрепляется в веществах, слагающих географическую оболочку, или, другими словами, в веществах биогеоценоза.
В самом деле, мы знаем об огромной роли воды в природе, знаем, что во всех процессах, протекающих в земной коре, в той или иной форме участвует вода. Значительную роль воды в природе в геохимическом аспекте превосходно представил В. И. Вернадский (1936) в своем труде «История природных вод», где он дал глубокий анализ состояний, превращений и роли воды в истории развития земного вещества. В частности, В. И. Вернадский отметил, что в истории земной коры важнейшую роль играют почвы.
Растворы, формирующиеся в почвах,— главнейшая форма природных вод; они влияют на химизм вод рек и морей. Жизнь в почве, регулируя образование гумуса и других веществ, выводит часть воды из круговорота, а с другой стороны, меняет коллоидальную структуру почвы, повышает ее влагоемкость.
Вода является дисперсной средой для образования водных растворов и коллоидальных гелей в почве; не менее значительны и другие реакции, связанные с вхождением молекул воды в минералы. При этом молекула воды вступает в соединения либо в определенных соотношениях, либо в неопределенных. В первом случае вода входит в кристаллическую решетку, и образуются кристаллические гидраты или гидратированные соединения. Во втором она размещается в пустых местах кристаллической сетки, и возникают растворы воды в твердых телах. Обе эти формы названы гидратами, а процессы, связанные с их образованием,— гидратацией и дегидратацией.
При рассмотрении процессов превращения воды в географической оболочке, очевидно, нельзя ограничиться представлением о замкнутом круговороте воды. На известных этапах круговорота воды в природе осуществляются реакции необратимого типа, по крайней мере на известное время, когда некоторая часть воды атмосферных осадков закрепляется в веществе, образовавшемся при участии молекул воды. Только при этом условии справедливо представление о круговороте воды как о многообразном природном процессе, в котором наряду с циклическими реакциями осуществляются реакции необратимого типа, приводящие со временем к известным качественным изменениям.
С того момента, как горная порода окажется вынесенной тектоническими силами на земную поверхность и начнет подвергаться воздействию атмосферных и биологических агентов, процесс ее преобразования пойдет не только по пути простого раздробления, но и все увеличивающейся гидратации остаточных продуктов выветривания; растворимые же компоненты в значительной степени будут вовлекаться в построение богатого водой растительного вещества, масса которого также будет все более возрастать по мере его развития. Таким образом, процесс выветривания горной породы в его широком понимании (с учетом участия в нем биоценозов) надо представить как процесс вовлечения все больших количеств воды в новообразованные компоненты коры выветривания.
Основными звеньями в цепи развития гиперогенной оболочки, в цепи состояний и превращений воды в ней, являются: состояние свежих изверженных пород, содержащих воду в наименьших количествах, и состояние высокообогащенных водой веществ самой верхней зоны земной коры, представленной разного рода биогеоценозами. Назовем воду, вовлеченную в построение минеральных и органических веществ, сопряженных и взаимосвязанных грунтов, почв, растительных и животных организмов, компонентной водой (fe).
Прежде всего надо определить составляющие компонентной воды, т. е. разобрать, какие именно виды и состояния воды в природе отвечают понятию компонентной воды.
Компонентная вода — вода закрепленная, иммобилизованная. Поэтому, очевидно, текучие воды земной поверхности (воды рек, ручьев), как и воды поверхностных водоемов, не могут быть отнесены к компонентной воде. К ней не может быть отнесена и гравитационная вода почв и грунтов, находящаяся в состоянии дви- женин, поскольку она со временем уходит за пределы данного биогеоценоза. Но есть все основания отнести к компонентной всю ту воду, которая удерживается в почвенно-грунтовой толще пленочно-капиллярными силами. Способность удерживать свободную воду — свойство, возникающее в процессе выветривания и почвообразования. Сюда же следует отнести и воду многолетнемерзлых слоев почв.
К компонентной воде нужно отнести также гигроскопическую и так называемую химически связанную воду: гидратную, кристаллизационную и конституционную.
В биологически связанной части компонентной воды надо учесть прежде всего воду, насыщающую органические вещества (надземную и корневую массу растений и животных, отмершие их остатки). Но вместе с этим следует учесть и ту воду, которая пошла на построение органического вещества — углеводов. При этом должна быть учтена и вода, входящая в состав соединений гумуса.
Таким образом, к компонентной относится вода в следующих ее видах и состояниях: пленочная и капиллярная вода почв и связанных с ними грунтов; гигроскопическая, гидратная, кристаллизационная, конституционная вода минеральных соединений коры выветривания; вода живой плазмы растений и животных; насыщающая отмершие остатки растений и животных; вошедшая в состав молекул углеводов растений и животных и в состав соединений гумуса.
Схематически процесс накопления компонентной воды можно представить в следующем виде:

В соответствии с этой концепцией об интенсивности процессов развития географической оболочки и ее биогеоценозов можно было бы судить по суммарному количеству воды, вовлеченной в построение новообразованных веществ (минеральных и органических), если, конечно, известна длительность формирования биогеоценоза и процесса преобразования коры выветривания. Вполне правомерен и другой критерий интенсивности этого процесса — ежегодное приращение воды. Зная величину последнего, а также суммарное количество воды, накопленной в веществах биогеоценоза, мы могли бы приближенно определить длительность процесса формирования биогеоценоза.

Характеристика интенсивности или глубины выражения процесса развития географической оболочки путем определения суммарного количества воды, вовлеченной в построение вещества компонентов биогеоценозов, представляется хотя и трудной, но
осуществимой, если будем сравнивать объекты близкого возраста. Соблюдение последнего условия, по-видимому, возможно, конечно, с известными допущениями.
Что же касается второго пути, т. е. характеристики интенсивности процесса выветривания по количеству ежегодного приращения воды в веществах биогеоценоза, то здесь намечается пока только одна возможность — воспользоваться значением Рк, т. е. тем количеством атмосферных осадков из общей их годовой суммы, которое ежегодно закрепляется в новобразованных веществах биогеоценоза.
Рассмотрим в этом аспекте величину Ph. Она закономерно изменяется в связи с условиями увлажнения в следующем порядке (табл. 10).

Значение Рк, как уже было сказано,— величина постоянная в условиях каждого гидроряда. Поэтому в связи с предложением рассматривать ее как количество воды, ежегодно дополнительно вовлекаемое для построения новообразованных веществ в географической оболочке, возникает следующий вопрос: насколько допустимо сопоставлять количество воды в веществах разных зон при сходной степени относительной увлажненности независимо от температурных условий, например тундры и тропиков? Это допущение представляется правильным, так как величину приращения воды следует считать зависящей прежде всего от относительной увлажненности.
Справедливость этого допущения, как и вообще возможности истолкования Рк в качестве доли осадков, закрепляемой в веществе биогеоценоза, может быть проверена, очевидно, путем сопоставления суммарного количества компонентной воды, накапливающейся в веществах разных ландшафтов, с величиной Рк для тех же условий. Для этого желательно было располагать соответствующими данными по природным объектам.

Вполне понятно, что исследование на первом этапе неизбежно будет иметь схематический, приближенный характер и будет в значительной мере методическим. Поэтому в предпринятом нами исследовании характеризовались не определенные природные объекты, а некоторые их обобщения, так сказать, зональные типы.
Первое определение количественных значений перечисленных составляющих компонентной воды произведено на примере типовых биогеоценозов по зонам: тундровой, подзолисто-таежной, влажнотропической, степной, сухостепной, сероземной.
При расчетах принята во внимание верхняя 3-метровая толща почв, что, несомненно, условно, но это оправдывалось требованием получения возможно более сопоставимых данных.
Значения отдельных составляющих компонентной влаги определены на основе следующих данных и соображений. Содержание капиллярной и пленочной влаги принято приближенно как среднее из данных наблюдений по динамике влажности (за вычетом гигроскопической воды). Использованы данные разных авторов: по тундровой зоне —М. И. Сумгина (1931), О. А. Полынцевой (1952), Н. И. Пьявченко (1951); по подзолисто-таежной — А. А. Роде (1937), И. С. Васильева (1950); по влажнотропической—Е. Мора (Mohr, 1944); по степной —В. Н. Мины (1954), С. В. Зонна (1959); по сероземной — А. Ф. Большакова (1950); для сухостепной зоны взяты значения влажности, средние из данных по степной и сероземной зонам.
Величины гигроскопической воды и потери от прокаливания приняты средние для соответствующих почв, найденные на основе обработки многочисленных данных, имевшихся в литературе* Содержание углекислоты карбонатов принято на основе прежней разработки (Волобуев, 1953), содержание гумуса — по данным И. В. Тюрина (1937), увеличенным на 20%, поскольку в наших расчетах принята не метровая толща, для которой вычислены данные И. В. Тюрина, а 3-метровая, в которой тоже содержалось некоторое количество гумуса.
Валовой запас растительной массы принят по данным Е. М. Лавренко (1955), В. Д. Александровой (1958) и др. Трудности возникли при определении запаса растительной массы во влажнотропических условиях, о которой в литературе данных очень мало. Для этих условий приближенно принят пятикратный запас растительной массы таежных лесов. Для определения количества воды растительной массы принята влажность последней 70% для лесной и тундровой растительности и 60% для степной (Лавренко, 1955; Исмайлова, 1967). Вода, пошедшая на создание углеводов органического вещества растений, принята в количестве 50% от его сухого веса. При аналогичном расчете для гумуса взято воды 30% от его веса. Содержание воды во всех случаях в конечном итоге вычислено в миллиметрах слоя воды.
Суммирование полученных значений, составляющих компонентную влагу для исследования зон, приведено в табл. 11. Дан-

ные этой таблицы показательны во многих отношениях. Во-первых, выявляется последовательное увеличение компонентной воды от зон сухих к влажным. Во-вторых, во влажных зонах (тундровая, подзолисто-таежная, влажнотропическая) компонентная вода составляет примерно одинаковую величину: 1100—1300 мм. Следовательно, подтверждается первое допущение, что при одинаковой относительной степени увлажненности накапливается одно и то же количество компонентной воды.
Еще более интересно сопоставление общего содержания компонентной воды в рассмотренных зональных биогеоценозах с величиной Рк. Из рис. 24 ясно видно наличие прямой связи между
Рис. 24. Соотношение между величиной компонентной воды (h) согласно табл. 11 и величиной Рк согласно гидрологическим данным
ними. Из этого сопоставления мы имеем основание сделать выводу что Рк правильно отражает относительный порядок изменения величины ежегодно закрепляемой влаги атмосферных осадков от зоны к зоне. Реальна, по-видимому, и абсолютная величина Рк. В самом деле, разделив общую сумму компонентной воды на величину Рк, мы получаем время порядка 1500—2000 лет, в течение которого мог бы создаться запас компонентной воды. Если мы будем исходить из того, что почвообразование развивается на наносе, т. е. материнская порода почвы уже обогащена гидратами минеральных соединений и обладает известной влагоемкостыо, и уменьшим в связи с этим найденное время вдвое, то получим время почвообразовапия 750—1000 лет. И первое, и второе значение времени отвечают нашим представлениям о темпах почвообразования. Следовательно, достаточно основательным будет считать реальными и значения Рк.
Произведен расчет компонентной воды и на более конкретном материале. Л. Н. Кулешов, используя данные анализов почвенных разрезов и запасов биомассы по ряду конкретных почв и биоценозов субтропической зоны Азербайджана, рассчитал величину компонентной воды для типового природного комплекса серозема, ко

ричневой лесной почвы и желтозема. Он нашел, что вещества сероземного комплекса содержат 410 лш, коричневого лесного — 860, желтоземного — 1050 мм компонентной воды. Значения компонентной воды, найденные Л. Н. Кулешовым, близки к полученным мною ранее (595 и 1200 мм соответственно), что свидетельствует об устойчивости этих величин для изученных ландшафтов. Вместе с этим близость их значений может быть воспринята и как известное подтверждение правильности принятой методики нахождения величины компонентной воды.
Из этого следует, что мы действительно можем представить Рк как ежегодное приращение воды в телах географической оболочки. Вместе с этим общепринятая формула водного баланса географической оболочки (19) следует принять в более полном виде:
(20)
Таким образом, зависимость (4), выведенная из энергетического анализа почвенно-климатических отношений, привела к новым представлениям, углубляющим понимание процессов, протекающих в биогеоценозах.

<< | >>

Источник: Волобуев В. Р.. Введение в энергетику почвообразования.. 1974

Еще по теме КОМПОНЕНТНАЯ ВОДА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ:

- Болотоведение - Метеорология и климатология - Научно-популярная история - Океанология (океанография) - Почвоведение -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -