Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек - Евгений Никитин

Другой аспект в проблеме водного баланса связан с его регулированием путем воздействия на различные составляющие, в том числе на почвенное звено.

Современные исследования показывают, что водный баланс Земли характеризуется рядом направленных изменений. Одна из тенденций — постепенное увеличение объема воды в океане и сокращение ее запасов на континентах. Имеются данные, что ежегодно воды Мирового океана пополняются более чем на 500 км3 за счет сокращения водных запасов на суше. Одна из важных причин снижения обводненности суши — резко возросшее водопотребление человеком. Расчеты показывают, что главным водопотребителем оказывается сельское хозяйство, которое львиную долю воды тратит на орошение почв, что приводит к повышению испарения с поверхности суши. Безвозвратные потери воды за счет испарения в результате хозяйственной деятельности к 2000 г. могут превысить 5 тыс. км3 (Клиге, 1985).

В связи с этим центральной проблемой в деле оптимизации водного баланса Земли оказывается воздействие на почвенное звено. Но конкретные мероприятия, связанные с решением задачи регулирования глобального баланса влаги, сопряжены с большими трудностями. Одним из эффективных способов оптимизации водного баланса является оптимальная залесенность. Однако некогда густо покрытая лесом планета продолжает терять лесные массивы. Если несколько сот лет назад леса занимали 7200 млн га, то в середине XX в. их общая площадь уже не превышала 4000 млн га. Поэтому ближайшая гидрологическая задача для многих стран — увеличение лесных посадок.

Одна из гидрологических функций почвы заключается в том, что она выступает и как фактор биопродуктивности водоемов за счет приносимых почвенных соединений. На важность этой функции указывал еще Б.Б. Полынов, подчеркивая, что соединения, вынесенные из почвы, при поступлении их в моря и океаны встречают многочисленных потребителей в лице морских животных и растений. Дальнейшие исследования подтвердили справедливость этих высказываний. В частности, установлено, что наивысшая биологическая продуктивность в Мировом океане приурочена к зоне контакта морских и речных вод, обогащенных вымытыми из почв и кор выветривания соединениями. Из этих соединений морские организмы активно извлекают кальций, магний, калий, а также кремний, фосфор и другие элементы. Особенно интенсивно потребляется кальций, который входит как составной элемент в скелеты морских животных, в раковины и панцири, слагающие после отмирания организмов мощные толщи подводных осадков.

К гидрологическим функциям относится способность почвы благодаря своей огромной активной поверхности перехватывать значительную часть вредных соединений и элементов на пути их движения в водоемы, т. е. выполнять роль геохимического барьера. Наибольших масштабов этот перехват достигает в почвах аккумулятивных ландшафтов, к которым относятся поймы. Но и на водоразделах имеются отдельные участки, успешно выполняющие эту роль. Количество задержанных вредных соединений может быть значительным. Так, при исследовании техногенно загрязненных районов было установлено, что в некоторых дерново-подзолисто-глеевых и перегнойно-глеевых почвах пониженных аккумулятивных элементов ландшафта содержится в 10-100 раз больше тяжелых металлов, чем в почвах водоразделов.

Нередко, спасая водоемы от отравления, почвы сами становятся непригодной средой обитания. Особенно это касается почв с повышенной способностью к аккумуляции вредных соединений. Возникает проблема выявления таких почв, чтобы при посевах сельскохозяйственных культур избегать потенциально опасных земель. Следует также отметить, что, несмотря на большие возможности почвенного покрова как защитного барьера акваторий, он во многих случаях уже не справляется с этой функцией из-за сильно возросших антропогенных нагрузок на природу.

Опасность техногенного загрязнения почв и водоемов усугубляется длительным пребыванием многих вредных соединений в среде, которое нередко измеряется многими годами и десятилетиями. Например, до сих пор в окрестностях Хиросимы и Нагасаки почвы содержат повышенное количество продуктов радиоактивного распада.

Почва и воздушный океан

Воздушный океан — самая непостоянная и изменчивая сфера Земли. Нередко всего лишь за несколько часов могут происходить резкие изменения погоды. Воздушные массы из теплых широт могут быстро проникнуть на север, а холодный полярный воздух — распространиться к югу. Непрерывная изменчивость атмосферных явлений помогает легко убедиться в сильном влиянии воздушного океана на другие геосферы.

Куда менее очевидна зависимость самой газовой оболочки от взаимодействующих с ней природных компонентов. Так, трудно представить, каким образом она зависит от почвенного покрова Земли. Однако накопленные факты говорят о том, что такая зависимость существует, причем формы ее многообразны.

По значению в первую очередь выделяется влияние почвы на состав атмосферы. Связано это прежде всего с постоянной деятельностью почвенных микроорганизмов, а также с высокой пористостью (достигающей 60 % и более) и биохимической активностью почвы, облегчающими обмен почвенного и атмосферного воздуха — дыхание почвы. Дыхание — обязательное условие нормальной жизни почв. Масштабы его поразительны и достигают 1–4 тыс. л/га за час. В верхнем горизонте непереувлажненной почвы воздух может полностью обновляться за 1 ч. Водоемы лишены такой возможности, газообмен в них с такой скоростью немыслим.

Воздействие почвенного дыхания на состав газовой оболочки связано с существенным отличием почвенного воздуха от атмосферного. Так, для воздуха почвы характерно значительно меньшее содержание кислорода и в 10-100 раз большее — углекислого газа. Своеобразие почвенного воздуха определяют и находящиеся в нем летучие органические вещества.

С почвой тесно связан и круговорот различных газообразных элементов. Так, в круговороте азота на почву выпала важная миссия возврата этого элемента из атмосферы в состав литосферы путем фиксации его с помощью почвенных микроорганизмов. В результате образуются не только запасы нитратов и нитритов в самой почве, но и богатые залежи натриевой селитры.

С участием почвенных микроорганизмов осуществляется удержание водорода и углеводородов и тем самым ограничивается попадание их в космическое пространство. По мнению В.И. Вернадского, данная функция почвы предохраняет планету от разрушения.

Важную роль играет почва в круговороте углерода, имеющего исключительное значение для жизни на Земле. Прежде всего почва участвует в изъятии части углерода из атмосферы, которое происходит в результате образования и захоронения в осадочной оболочке не только морских, но и континентальных органогенных пород. Устранение избытка углерода в атмосфере — важное условие улучшения ее состава.

Необходимо, однако, отметить, что чрезмерное снижение количества углерода в атмосфере нежелательно, поскольку оно может вызвать ослабление фотосинтеза и похолодание климата вследствие снятия парникового эффекта от CO2. Поэтому большое значение имеют процессы возврата углерода в атмосферу, в которых почва принимает участие путем частичного возврата связанного углерода при разложении органического вещества, поступающего ежегодно на ее поверхность с растительным опадом. При аэробном разложении освобождается в виде углекислоты около 40 % органического вещества, а остальное ассимилируется микроорганизмами.

Таким образом, благодаря сбалансированности двух противоположных процессов — консервации углерода атмосферы и систематического возврата его в воздушный океан — выполняется одно из условий нормального функционирования основных оболочек Земли.

Из числа других функций необходимо отметить поглощение и отражение почвой солнечной радиации, от чего во многом зависит энергетика нижних слоев атмосферы.

Различные почвы обладают неодинаковой отражательной способностью. Так, пахотные черноземы отражают всего 5–7% солнечной радиации, в то время как исходные бурые суглинки — 18–19 %, пахотные подзолы и солончаки — соответственно до 30 и 35 %. Распашка и освоение почв приводят к тому, что поверхность Земли по отражательным способностям становится все более пестрой, что усиливает изменчивость тепло-обеспеченности приповерхностных слоев воздушной оболочки.

Другая функция, заслуживающая внимания, — участие почвы в формировании и регулировании влагооборота атмосферы. Во многом благодаря задержанию почвенным покровом атмосферных осадков становится возможным их испарение и повторное выпадение на землю. Хотя осадки, образующиеся за счет испарения с суши, незначительны (основное влагопоступление идет с океана), роль их велика. От них во многом зависит относительная влажность воздуха, заметно влияющая на общее количество осадков. Например, при относительной влажности ниже 40 % осадки малы, но они быстро увеличиваются при повышении влажности воздуха до 50–55 % и более. Осадки за счет местных источников влаги могут оказаться спасительными в период летних засух.