LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 25
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Мn
27
5,1
Zn
45
8,5
Сu
26
4,9
Рb
4,7
1,4
Ni
5,4
1,0
Sr
1920,0
367,0

Поглощаемые деревьями металлы аккумулируются преимущественно в листьях и удаляются по мере их отмирания. Процессы преобразования продуктов растительного опада и почвообразования в мангровых ландшафтах весьма специфичны. Часто деревья растут непосредственно на плотных рифовых известняках, поверхность которых лишена рыхлых образований. В тех случаях, когда имеются карбонатные или карбонатно-глинистые илы, формируются почвы с очень слабо дифференцированным профилем. В нем обычно выделяется только один гумусовый горизонт мощностью от нескольких до 10 см. В микробиологических процессах, протекающих в мангровых почвах, важную роль играют сульфат -редуцирующие бактерии. В условиях неглубокого расположения уровня морской воды (10—15 см) и отсутствия ежесуточных приливов на поверхности почвы образуется маломощный торфянистый горизонт. Примером может служить низменная прибрежная равнина обширного мелководного залива Батабано в юго-западной части Кубы.
Весьма своеобразен состав органического вещества мангровых почв. Содержание гумуса редко превышает 1 % от сухой почвенной массы и лишь в торфянистом горизонте составляет 5 % и более. Большая часть органического вещества мангровых почв представлена устойчивым к разрушению мелким растительным детритом. Количество детрита возрастает с уменьшением размера гранулометрических фракций и в карбонатных мангровых почвах среди частиц < 0,01 мм он составляет больше 95 %. Активные соединения гумуса, извлекаемые экстракцией 0,1 н. раствора NaOH, составляют 10 — 20 % от общего количества органического вещества. В то же время независимо от общего содержания органического вещества в верхнем горизонте почвы легкорастворимые фульватные соединения преобладают над гуматными. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот наиболее низкое в почвах, образованных на глинистых илах.
Фульвокислоты быстро нейтрализуются карбонатами, о чем свидетельствует увеличение значения рН водной экстракции от 7,2 — 7,7 в гумусовом горизонте до 8 и более на глубине 10 — 20 см. Носитель основной массы металлов, находящихся в карбонатных мангровых почвах, — дисперсный органический детрит. Часть металлов, освобождаясь при разложении детрита, связывается с водорастворимыми фульвокислотами и выносится из гумусового горизонта до глубины 15 — 20 см. Дальнейшее вымывание затрудняется нейтрализацией фульвокислот и образованием нерастворимых в воде фульватов кальция.
Завершая обзор биогеохимии мангров, следует отметить, что они играют роль биогеохимических фильтров, регулирующих сток химических элементов с побережий в океан. Этим обусловлены главные биогеохимические особенности мангров — их высокая продуктивность и вовлечение в биологический круговорот значительных масс тяжелых металлов и стронция. Величина концентраций железа и стронция в вегетативных органах мангровых деревьев служит индикатором карбонатного или силикатного состава пород, слагающих острова и побережья.

Рекомендуемая литература

Вальтер Г. Растительность Земного шара. — М.: Прогресс, 1968.
Добровольский В. В. Геохимические особенности экваториальных ландшафтов Африки // Геохимия ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1975. — С. 110-132.

Контрольные вопросы

1. Дайте оценку распределения живого вещества на территории тропического пояса в связи с разной степенью атмосферного увлажнения.
2. Каковы главные черты структуры биомассы и годовой продукции | в тропических лесах?
3. В чем заключается главная биогеохимическая особенность циклического массообмена тропического леса?
4. Сопоставьте роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода.
5. Каковы отличительные особенности тропических почв, содержащих длительную историю развития педосферы тропической суши?
6. Какие миграционные формы металлов преобладают в речном стоке тропического пояса?
7. В чем заключается биогеохимическая специфика мангров?

Тема для самостоятельной работы

По данным, имеющимся в разд. 14.1 и 12.1, сопоставьте массы углерода и двух металлов (по выбору), участвующих в годовом биологическом круговороте тропического и бореального лесов.







Глава 15
ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОХИМИИ
МОРСКИХ ОСТРОВОВ

Океан оказывает мощное и разностороннее воздействие на биогеохимические процессы, протекающие на суше. Влияние морских бассейнов на климатические условия обширных территорий обусловливает распространение растительных формаций с разной биомассой и продуктивностью и, следовательно, является важным фактором регулирования массы живого вещества на суше. Вместе с тем в последнее время все более отчетливо выявляется роль океана как источника масс химических элементов и соединений, которые поступают в наземные экогеохимические системы. В разд. 3.3 рассмотрены глобальные аспекты массообмена между океаном и сушей, в настоящей главе изложены результаты изучения биогеохимических особенностей островов, которые испытывают наиболее сильное геохимическое воздействие океана.

15.1. Массоперенос солей.
Роль колоний птиц

Наиболее очевидным геохимическим воздействием моря на сушу является массоперенос морских солей на прибрежную территорию. По данным Э. Эрикссона (1958), на северном побережье Мексиканского залива при среднегодовой скорости ветра 3 м/с через береговую линию протяженностью 1 км в течение года переносится около 3000 т солей. При определенных условиях выпадение морских солей на поверхности суши весьма значительно. Согласно В. М. Боровскому и Е. У. Джамалбекову (1974) на западном окончании полуострова Мангышлак в 1,5 км от берега Каспийского моря за 69 дней выпало около 667 кг/га солей. В то же время многочисленные данные свидетельствуют, что с удалением от берега моря концентрация растворимых солей в атмосферных осадках быстро уменьшается. Исследования Д. К. Михаленка (1989) на побережье Восточного Крыма показали, что атмосферные осадки с повышенным содержанием ионов морских солей распространяются в глубь территории всего на 10—12 км. По-видимому, зона геохимического воздействия океана на сушу несравнимо меньше ареала гидротермического воздействия, распространяющегося на тысячи километров в глубь континентов. При этом убывание поступающих масс химических элементов происходит очень быстро, возможно, в нелинейной зависимости от расстояния. Следовательно, на континентах влияние массопереноса морских солей ограничено узкой прибрежной полосой и не распространяется на внутриконтинентальные области. Иная ситуация существует на небольших островах, вся территория и биота которых находятся под воздействием массопереноса с моря. По этой причине биогеохимические процессы массообмена на островах обладают специфическими особенностями.
Важное значение имеет не только непосредственное поступление солей на поверхность почвы, но и аккумуляция их растительностью. Для изучения распределения морских солей в растительности прибрежной зоны были проведены детальные исследования на Соловецких островах, расположенных на 65 ° с. ш. в Белом море (Добровольский В. В., Козаренко А. С., 1989). Выбор объекта обусловлен тем, что благодаря низкой ровной поверхности, полого уходящей под уровень моря, и высоким приливам (до 4 — 5 м) на берегах Соловецкого архипелага образовалась широкая прибрежная зона с серией последовательно сменяющихся экотопов.
Таблица 15.1
Концентрация главных солеобразующих катионов в растениях
Соловецких островов по мере их удаления от моря, % сухой массы

Растение
Расстояние от моря, м
Зольность,
Химический элемент






Na
К
Mg
Са


Береза


5
10
25
50
200
2000
3,6
5,2
4,6
4,7
4,6
4,6
0,057
0,088
0,032 0,023
0,029
0,050
0,58
0,72
0,76
0,60
0,71
0,83
0,84
1,10
0,86
0,28
0,88
0,04
1,27
1,72
1,49
1,24
1,88
1,45


Черника


10
25
50
100
200
3,6
4,1
3,6
4,0
3,7
0,230
0,140
0,100
0,100
0,090
0,68
0,69
0,60
0,70
0,56
0,42
0,48
0,24
0,29
0,30
0,59
0,71
0,59
0,56
0,66


Лишайник пармелия


10
25
50
100
200
2000
3,6
2,3
2,7
1,6
2,7
2,4
0,100
0,047
0,023 0,021
0,037
0,027
0,67
0,17
0,32 0,12
0,21
0,19
0,45
0,20
0,47 0,13
0,19
0,16
1,04
0,46
0,78 0,30
0,89
0,42

Литораль, дно которой покрыто зарослями водорослей (ламинарий, анфельций, энтероморф, фукусов и др.), ограничена приливно-отливной полосой, где растут отдельные экземпляры водорослей и галофитов (астры солончаковой, подорожника Шренка и др.). Ближе к берегу располагается широкий пляж с участками невысоких перегнойно-водорослевых валов и мелких заболоченных западин. Уступ высотой 0,3 — 0,4 м отделяет пляж от узкой полосы прибрежной тундры, за которой находятся кустарники. Далее в глубь острова следует широкая полоса березового криволесья, за которой располагается северная тайга, покрывающая центральную часть крупных островов архипелага.
Зольность растений приливно-отливной полосы и пляжа колеблется от 4 до 9 % массы сухого вещества. Наибольшие значения установлены в типичном для Соловецких островов галофите — астры солончаковой — 12,9 %. Зольность местных водорослей значительно выше — до 20 — 30%. Обнаружены определенные закономерности в распределении концентраций главных солеобразующих катионов в растениях: с удалением от моря уменьшается содержание натрия и магния, в то время как концентрация калия и кальция существенно не меняется (табл. 15.1). В результате в растениях разных экотопов по мере удаления их от моря отношения Na/K и Mg/Ca уменьшаются примерно в 10 раз (рис. 15.1).


Рис. 15.1. Изменение отношений Na/K (а) и Mg/Ca (б) в растительности
прибрежной полосы Большого Соловецкого острова (Белое море) по
мере удаления от границ моря:
1 — галофиты приливно-отливной зоны; 2 — галофиты периферии приливно-отливной зоны; 3 — растительность мелких заболоченных участков; 4 — растительность водорослево-перегнойного вала; 5 — пионерная растительность пляжной зоны; б — растительность по периферии пляжной зоны; 7 — тундровая растительность прибрежной зоны клифа; 8 — кустарниковая растительность, 9 — березовое криволесье; 10 — березово-еловый таежный лес

Определение указанных элементов в распространенных растениях — листьях березы (Betula tortuosa), ветках и листьях черники (Vaccinium uliginosum) и лишайниках (Parmelid) — позволило обнаружить, что у растений с атмосферным питанием (лишайников) наблюдается уменьшение концентрации всех элементов на расстоянии до 2 км, причем резкое уменьшение происходит на расстоянии 10 — 20 м. В растениях с преимущественным почвенным питанием убывание концентрации атмосферного поступления калия и кальция маскируется их поступлением из почвы, в то время как убывание натрия и магния отмечено как тенденция, причем в кустарничках она выражена более заметно, чем в деревьях (особенно для натрия).
Осаждение солей с атмосферными осадками и аккумуляция их растениями отражаются на составе прибрежных почв. По мере удаления от моря содержание обменно-поглощенных катионов натрия и магния убывает и изменяется состав почвенного органического вещества.
Влияние переноса морских солей столь же отчетливо отражается на составе растений островов тропического пояса. Для них характерно повышенное содержание талассофильных элементов: магния, натрия, хлора, сульфатной серы, стронция. Концентрация этих элементов в растениях островов тропических морей и океанов значительно выше средних значений для растительности суши, но ниже значений для морских водорослей. Содержание кальция также повышенное, но из-за сильного увеличения содержания магния отношение Ca/Mg в растениях островов ниже, чем в растительности континентов. Отношение Na/K, наоборот, в растениях островов значительно выше, чем в растительности суши.
На фоне общих закономерностей выявляются особенности состава растений, обусловленные их систематическим положением и экологическими условиями. Наиболее высокое содержание кремнезема типично для злаков. Максимальное содержание сульфатов обнаружено в кустарниках (пемфисе). Полученные данные также свидетельствуют, что содержание отдельных зольных элементов и их соотношение несомненно зависят от экологической обстановки.
Массоперенос солей — наиболее очевидная, но не единственная сторона геохимического воздействия океана на сушу. Соли поступают в тропосферу преимущественно в результате ветрового захвата брызг морской воды. Наряду с механическим захватом и переносом растворимых солей происходит перенос химических элементов и соединений, избирательно выделяемых океаном. Кроме того, на контакте суши и моря складываются своеобразные структуры пищевых цепей, связывающие биогеохимическую деятельность организмов моря и суши в единую систему биологических круговоротов. Наконец, непосредственное воздействие морской воды в приливно-отливной зоне или на участках подтопления способствует образованию оригинальных талассоморфных экогеосистем. Их характерным представителем служат мангры, рассмотренные в предыдущей главе.
Идеальным объектом для изучения геохимического влияния океана на биогеохимию ландшафтов суши могут служить почвы коралловых островов — атоллов. Отделенные от континентов тысячами километров водного пространства, сформированные на геохимически чистом карбонатном субстрате, пропущенном через биологические фильтры рифообразующих организмов, фито-ценозы атоллов, несмотря на отмеченные обстоятельства, обеспечены всеми элементами, необходимыми для развития тропической растительности.
Острова, сложенные магматическими или осадочными породами, являются менее удобным объектом для изучения. Химические элементы, в том числе тяжелые металлы, содержащиеся в породах, наследуются почвами, поступают в растения и маскируют поток металлов, непрерывно идущий из атмосферы.
Климатические условия атоллов определяются их расположением в тропическом поясе Мирового океана. Температура воздуха на протяжении года устойчиво держится на уровне 27 —28 °С, количество осадков — около 1500 — 3500 мм/год при варьирующей длительности влажных и сухих сезонов на разных островах. Испаряемость значительная — 1200— 1500 мм/год.
По морфологии и строению выделяются две группы атоллов. К первой группе относятся низкие, или песчаные, острова, высота которых не превышает 3 — 4 м над уровнем прилива. Они представляют собой аккумуляции кораллового песка или более грубых обломков на плотном рифовом основании. Ко второй группе относятся высокие, или поднятые, атоллы. Они сложены плотными рифовыми известняками и обычно имеют несколько абразионных террас.
Несмотря на общие климатические условия, гидрологический режим низких и высоких островов сильно различается. На низких островах происходит систематическое промывание почв. Дождевые воды насыщают коралловый песок и, обладая меньшей плотностью, располагаются на тяжелой соленой морской воде, насыщающей основание острова. Высокие атоллы сильно закарстованы, дождевые воды быстро проходят сквозь многочисленные каверны, поэтому сплошной горизонт пресных вод отсутствует.
Неодинаковые гидрологические условия атоллов разного типа заметно влияют на состав растительности. Первичная растительность низких атоллов почти полностью заменена рощами кокосовой пальмы (Cocas nucifera) частично естественного происхождения, частично насажденные человеком. Пальмовые рощи отделяет от границы прилива узкая полоса зарослей сцеволы (виды Scaevola), турнефорции (Tournefortia), которые местами прерываются отдельными экземплярами калофиллюма (Calophyllum) с огромными и густыми кронами. Для прибрежной полосы атоллов Тихого океана типичны панданусы (Pandanus). Под пальмами располагается прерывистый травянистый покров из дерновинных злаков (виды Kyllinga, Stenotaphrum, Briophyllum, Tridaxnpp.), к которым в более влажных местах добавляются папоротники (Nephrolepis, Polypedium и др.). Среди пальмового леса встречаются отдельные экземпляры и группы деревьев (Casaurma, Hernandia, Calophyllum, Terminalia, Ariocarpus и др.). На осушаемых в отлив участках лагун присутствуют заросли мангров, состоящие главным образом из авиценний и ризофор с нерегулярным присутствием лагункулярий.
Растительность высоких атоллов имеет другой облик и состав. Здесь благодаря сильно развитому карсту даже при больших значениях годовых атмосферных осадков сказывается недостаток влаги. Особенно заметно это проявляется при наличии продолжительных сухих сезонов. На закарстованной поверхности рифовых известняков преобладают ксерофитные заросли искривленных кустарников, состоящие из пемфиса (Pemphis acidula), сурианы (Suriana), молочаев (Euphorbia), теспезий (Thespesid). Встречаются отдельные экземпляры агав, фикусов, алоэ. Травянистый покров фрагментарен, в его составе преобладают низкие злаки (Stenotaphrum, Eragrostis и др.), осоки, местами пучки Plumbago aphylla.
Разнообразие и большая биомасса тропической растительности островов находятся в несоответствии с химическим составом карбонатного субстрата. Недостаточное количество фосфора, калия, тяжелых металлов в почвообразующих породах коралловых островов должно создавать непреодолимые трудности для развития растений. Но биомасса и продуктивность атолловых фитоце-нозов близка к некоторым распространенным фитоценозам тропической суши. Следовательно, дефицит элементов минерального питания растений в почвообразующих породах восполняется за счет других источников.
Специфическим источником поступления химических элементов, необходимых для нормального развития растительности островов, являются колонии птиц. Их роль, скромная в континентальных условиях, приобретает значение важного фактора для биогеохимических циклов океанических островов и некоторых побережий. Наиболее существенно значение колоний птиц для цикла фосфора. В последнее время появляются данные о том, что именно этот элемент, а не азот лимитирует развитие живого вещества Мирового океана. Не менее важное значение фосфор имеет для геохимии островных ландшафтов.
Ориентируясь на данные А.А.Безбородова и В.Н.Еремеева (1984), можно считать, что на поверхность островов на протяжении года из атмосферы выпадает 0,9—1,0 кг/га фосфора, в том числе 0,1 — 0,2 кг/га в растворенной форме с дождевыми осадками. Значительные количества фосфора накапливаются благодаря массовым колониям птиц. Наблюдения английских орнитологов М.Брука и Д.Хьюстона (1983) на острове Кузен (Сейшельские острова) показали, что в местах колоний птиц накапливается до 0,9 т/га органического вещества, преимущественно помета.
Помет птиц состоит из смеси органических соединений, мочевой кислоты и ее солей, солей минеральных кислот. Эти агрессивные соединения, растворяющиеся в дождевой воде, активно взаимодействует с рифовыми известняками, что приводит к образованию скоплений фосфатов кальция — так называемых атолловых фосфатов. Растворимые соединения фосфора стекают в океан и, поступая в пищевые цепи рифового сообщества, поддерживают его необычайно высокую биогенность. Последняя, в свою очередь, обеспечивает базу питания птиц. Таким образом, состояние кораллового рифа, как оазиса в океане, в значительной мере обусловлено биогеохимическим циклом фосфора, который связан с жизнедеятельностью массовых колоний птиц.
Наряду с фосфором гуано содержит многие рассеянные химические элементы. Поэтому фосфатизованные участки известняков отличает большее количество некоторых металлов, чем чистые, не затронутые биогенной фосфатизацией рифовые известняки и атолловые пески. По мере увеличения содержания фосфора повышается концентрация железа, цинка, кадмия, но уменьшается концентрация стронция вследствие его выщелачивания из рифовых известняков кислыми растворами.
Влияние птиц на биогеохимию островных экогеосистем не менее ярко проявляется на островах, расположенных в любых климатических зонах. Достаточно вспомнить знаменитые птичьи базары на островах полярных морских бассейнов.

15.2. Поступление тяжелых металлов
в экогеосистемы островов из атмосферы

Важным фактором, влияющим на биогеохимические особенности островной растительности, является поступление определенной группы химических элементов с атмосферными осадками. Это особенно отчетливо обнаруживается при изучении биогеохимии атоллов.
Атолловые рифы образованы в результате деятельности известь-секретирующих мелководных организмов, главным образом коралловых полипов и известковых водорослей. Характерная особенность карбонатно-кальциевых аккумуляций атоллов — их высокая геохимическая чистота. Содержание металлов в атолловых карбонатах от 10 до 100 раз меньше их кларков литосферы. Лишь концентрация одного рассеянного элемента — стронция — сильно превышает кларковое значение.
В табл. 15.2 показано содержание тяжелых металлов и стронция в почвообразующих породах, на которых образованы почвы и развиваются наземные фитоценозы океанических островов. Из данных таблицы следует, что в силикатных субстратах концентрация тяжелых металлов значительно выше, чем в коралловых известняках. Иной характер распределения отмечен для стронция, которого на три математических порядка больше в коралловых известняках и песках, чем в почвообразующих породах островов, сложенных магматическими породами. Столь большое различие содержания металлов в минеральных субстратах островов не сохраняется в растительности.
Таблица 15.2
Концентрация тяжелых металлов и стронция в почвообразующих породах и растительности островов Индийского океана
(по В.В.Добровольскому, 1988)

Химический элемент
Гранитные острова


Коралловые острова



M, мкг/г
а, мкг/г
V, %
М, мкг/г
а, мкг/г
V, %
Почвообразующие породы






Fe
82 600,0
41 000,0
49
30,0
17,0
57
Мn
970,0
430,0
44
3,2
1,5
47
Zn
100,0
40,0
40
8,9
2,5
28
Сu
17,0
13,0
76
1,7
1,2
70
Рb
35,0
17,0
48
0,11
0,1
91
Ni
3,1
2,0
64
0,4
0,2
50
Sr
0,6


5360,0
2239,0
42
Растительность






Fe
969,7
696,1
72
309,6
250,4
81
Mn
1489,3
1498,3
101
46,7
45,8
100
Zn
198,9
100,4
51
162,9
155,4
95
Сu
62,6
34,5
55
31,8
15,3
49
Pb
8,8
9,5
108
4,6
3,9
85
Ni
15,5
10,6
68
7,7
3,8
49
Sr
500,9
302,0
60
2238,9
2187,7
98

Условные обозначения М— среднее арифметическое; о — среднее квадратичное отклонение; V — коэффициент вариации.

В табл. 15.2 также приведены данные, характеризующие концентрацию тяжелых металлов в растительности атоллов западной части Индийского океана и Сейшельских островов, сложенных магматическими породами. На основании этих данных можно заключить, что в растительности океанических островов выдерживаются закономерности, свойственные составу наземной растительности, хотя имеет место пониженное содержание некоторых тяжелых металлов и накопление таллассофильных элементов, в частности стронция. Сильные различия концентраций тяжелых металлов в карбонатном субстрате коралловых рифов, с одной стороны, и в магматических породах, с другой, в островной растительности сглаживаются. Содержание тяжелых металлов в магматических породах и карбонатном субстрате атоллов различается во многие десятки и сотни раз. Концентрация большей части металлов в растительности атоллов лишь немногим ниже, чем в растительности островов, сложенных магматическими породами. Таким образом, растительность атоллов в сравнении с коралловым субстратом выступает в качестве активного геохимического аккумулятора металлов.
Коэффициенты биологического поглощения металлов растениями силикатных островов близки или несколько ниже значений Къ растений континентов. Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов, рассчитанные по отношению к их концентрациям в атолловом субстрате, имеют значения более 10. При ничтожном содержании металлов в рифогенных карбонатах и интенсивном поглощении их растительностью последняя должна бы полностью растворить за короткий срок низкие атоллы, едва выступающие над уровнем океана. Так как этого не происходит, то, очевидно, поступление тяжелых металлов осуществляется не из рифогенных известняков, а из других источников.
Совершенно другое положение с поглощением стронция. Содержание этого элемента в коралловых известняках и песках значительно больше, чем требуется растениям. Вследствие этого коэффициент биологического поглощения стронция растительностью атоллов меньше единицы, хотя абсолютная концентрация элемента значительно выше, чем в растительности континентов.
Есть основания считать, что химические элементы, содержащиеся в растительности океанических островов, имеют разные источники поступления. Более высокая концентрация железа и особенно марганца в растительности островов, сложенных магматическими породами, обусловлена поступлением указанных металлов из пород. В коралловых известняках этих металлов значительно меньше и соответственно их меньше в растительности атоллов. В то же время концентрация цинка, меди, свинца, никеля в наземной растительности островов, равно как в манграх атоллов и рифов, окаймляющих гранитные острова, довольно близка. Это дает основание предполагать, что перечисленные металлы поступали в растения в основном не из горных пород, а из другого источника, общего как для гранитных, так и для коралловых островов. Таким источником металлов для растительности океанических островов всех типов могут быть только атмосферные осадки.
Имеющиеся данные позволяют предполагать, что содержание тяжелых металлов в океанических атмосферных осадках может обеспечить существующие концентрации металлов в растительности атоллов. По нашим расчетам (с использованием данных А.А.Безбородова и В.Е.Еремеева, 1984; Р.Честера и Дж.Стонера, 1974) на поверхность островов, расположенных в западной части Индийского океана, в течение года из атмосферы осаждаются следующие количества тяжелых металлов (кг/км3):

Химический Поступление в растворимой Поступление с сухими
элемент форме с дождями осаждениями
Железо.............................3,0-9,0 90,0-108,0
Марганец.........................6,0—18,0 9,0—16,0
Медь.................................3,0-9,0 0,3-0,6
Цинк................................7,0-21,0 1,4—1,8
Свинец.............................6,0-18,0 0,4-0,7
Никель.............................1,5-4,5 0,1-0,2

Выяснение происхождения тяжелых металлов, находящихся над океаном в тропосфере, — весьма сложная задача. Носителем металлов может быть тонкая пыль, вынесенная с континентов, выбросы вулканов, брызги и испарения океана.
Исследователи, изучавшие состав океанических аэрозолей (Ви-ленский В. Д. и Миклишанский А. 3., 1976; Честер Р. и Стонер Дж., 1974), высказали предположение, что на контакте океан-тропосфера происходит фракционирование химических элементов и обогащение некоторыми тяжелыми металлами относительно железа. Наши данные подтверждают эти предположения.
Рифообразующие сообщества атоллов наряду с другими типами коралловых островов — одна из наиболее высокопродуктивных морских экосистем. Их справедливо рассматривают как своего рода оазисы, затерянные среди пустынных пространств океана. Например, по данным Ю. Одума, рифовые сообщества атолла Эневеток в 120 раз продуктивнее окружающих сообществ открытого океана. Если ориентироваться на средние значения продуктивности тропического пояса Тихого океана, то контраст будет еще больший. Эффект проявления огромной биологической продуктивности на фоне олиготрофных водных масс океана получил в экологической литературе название главного парадокса кораллового рифа.
Определение биомассы и динамики наземной растительности коралловых островов отсутствует. По аналогии с данными для светлых (листопадных) тропических лесов можно предположить, что значения прироста растительности атоллов находятся в интервале 50—100 ц/га в год, что в 3 — 5 раз меньше продуктивности подводных рифовых биоценозов. При средней зольности наземных растений 5% годовой оборот зольных веществ составит 250 — 500 кг/га. Участие металлов в годовом обороте выражается следующими ориентировочными значениями (мг/м2): железо — 1 — 15; цинк — n; медь — около 1; марганец, никель, свинец — 0,1n. Эти значения соизмеримы с количеством металлов, поступающих на поверхность островов с атмосферными осадками.
Биологический круговорот химических элементов в ландшафтах островов неразрывно связан с процессами, протекающими в почве. Своеобразие атолловых почв обусловлено тем, что их химический состав формируется не столько за счет вещества почвооб-разующей породы, сколько в результате поступления химических элементов извне. Элементы, аккумулированные в спаде растительности, поступают в почву, где осуществляются сложные процессы трансформации. В эти процессы включаются непрерывно выпадающие из тропосферы жидкие и сухие осаждения, компоненты карбонатного субстрата, продукты жизнедеятельности колоний птиц.
Продукты спада быстро измельчаются беспозвоночными, поэтому в составе почвенного органического вещества преобладает мелкий детрит обуглероженных растительных тканей, состоящий преимущественно из частиц меньше 1 мм. Изучение распределения органического детрита показало, что его содержание возрастает по мере уменьшения размера фракций. Почти вся масса частиц меньше 0,001 мм состоит из органического вещества. Инертная часть гумуса в верхнем горизонте профиля достигает 90 %. В активной части гумуса фульвокислоты преобладают над гуминовыми, но растворимые органические кислоты быстро нейтрализуются карбонатными грунтами, в результате чего содержание гумуса резко уменьшается при переходе от гумусового горизонта к нижерасположенным.
Распределение тяжелых металлов по профилю атолловых почв повторяет распределение гумуса: концентрации сильно уменьшаются от гумусовых горизонтов к почвообразующей породе. Запасы тяжелых металлов изменяются в соответствии с изменением запасов гумуса. В то же время концентрация главного микроэлемента коралловых известняков — стронция — в гумусовом горизонте значительно ниже, чем в почвообразующих породах.
Основная масса металлов, содержащихся в почвах атоллов, связана с почвенным органическим веществом, которое играет главную роль в регулировании потоков миграции металлов из почвы. Установлено, что в водный раствор, находящийся в равновесии с гумусовым горизонтом почвы, переходит незначительное количество металлов: единицы микрограммов на 1 г железа и цинка, десятые доли меди, сотые — свинца. При этом истинно растворимые формы, подвергающиеся диализу, составляют около 50 % с некоторыми отклонениями для разных металлов. В результате электродиализа обнаружено, что среди истинно растворимых форм металлов наряду с катионами имеются отрицательно заряженные ионы и электронейтральные частицы. Преобладающая часть истинно растворимых форм железа и цинка представлена электронейтральными частицами. Среди растворимых форм меди около 50 % составляют катионы. Исходя из соотношения миграционных форм, можно предположить, что лишь очень небольшая часть металлов, связанных в органическом веществе почвы, может захватываться растениями. Вероятно, большую часть металлов, захватываемых растительностью атоллов, составляют растворимые формы, поступающие с атмосферными осадками.

Рекомендуемая литература

Добровольский В. В. Глобальные циклы миграции и особенности биологического круговорота тяжелых металлов на океанических островах // Почвоведение. - 1988. - № 7. - С. 102-114.
Добровольский В. В. Биогеохимия атоллов // Природные и антропогенные биогеохимические циклы: Тр. Биогеохимической лаборатории. — М.: Наука, 1990.-Т. 21.-С. 5-34.
Елпатьевский П. В., Таргульян В. О. Геохимические парадоксы коралловых островов Тихого океана // Известия АН СССР. — Сер. геогр. — 1985.-№ 4.-С. 35-46.

Контрольные вопросы

1. Как проявляется влияние Мирового океана на биогеохимические процессы, протекающие на суше?
2. Каковы биогеохимические особенности растений, испытывающих воздействие моря? Концентрация каких рассеянных элементов в составе растений свидетельствует о влиянии моря?
3. В чем заключается биогеохимическая специфика мангров?
4. Каков механизм обеспечения экосистемы коралловых островов тяжелыми металлами?
5. Какие существуют представления о процессах селективного выделения тяжелых металлов с поверхности океана?
6. Какое ориентировочное количество металлов поступает из атмосферы на единицу площади островов?

Тема для самостоятельной работы

Определите ориентировочную массу цинка, поступающего из океана на протяжении года на сушу, если среднее содержание металла в дождевой воде над океаном около 5 — 6 мкг/л.

<< Пред. стр.

страница 25
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign