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

Принципиальная особенность почвообразования заключается и в том, что разнообразные элементарные процессы, формирующие почву, характеризуются исключительной концентрацией в пространстве и поэтому почвы отличаются повышенной информативностью. Действительно, если взять небольшой комочек почвы и проанализировать, можно обнаружить много интересного из жизни почвы. Особенно информативны микроморфологические исследования почвенных горизонтов. В крохотном поле микроскопа видны и результаты выветривания обломков горной породы, и преобразование растительного опада, и перемещение тонких частичек по порам и трещинам, и следы деятельности почвообитающих животных, и масса других интереснейших событий. Все это помогает разобраться в современной и прошлой жизни почвы и определить условия ее формирования.

Способность почвы «запоминать» события, происходящие как в живой, так и в неживой природе, накопление и сохранение этой информации — важная черта почвообразовательного процесса.

Из истории почв

История почвы, как и других компонентов природы, тесно связана с общей эволюцией планеты. Когда появились первые почвы и как видоизменялся почвенный покров земного шара, можно понять лишь на основе знания истории развития Земли. А она непростая и разгадана далеко не полностью.

Нередко летопись нашей планеты уподобляют 10 томам по 500 страниц в каждом. Одна страница соответствует 1 млн лет. Человек по-настоящему научился читать пока лишь события десятого тома, начиная с палеозойской эры, наступившей 570 млн лет назад. Что же было до этого на протяжении более 4 млрд лет, остается в основном в области догадок.

Принято считать, что Земля как планета сформировалась около 4,6 млрд лет назад. В то далекое время ее поверхность представляла собой темно-серую безжизненную равнину. Но в недрах уже шли грандиозные геологические процессы, так как только за счет распада имевшихся радиоактивных элементов планета получила в 5–6 раз больше тепла, чем теперь. Внутренний разогрев Земли вызвал расплавление, перемешивание и расслоение ее вещества. Наиболее легкие газообразные компоненты, высвобождаясь из недр, скапливались в околоземном пространстве, образуя первичную атмосферу, в которой преобладали метан, аммиак и в меньшей степени водород, а также пары воды, двуокись и окись углерода при практически полном отсутствии свободного кислорода. Конденсация паров воды постепенно привела к образованию первичных водных бассейнов. В результате процессов выплавления начал формироваться базальтовый слой земной коры, в котором прежде всего накапливались элементы с небольшим атомным весом. В современной коре больше всего содержится кислорода — 49,13 %, затем кремния — 26,0 % и алюминия — 7,45 %. На долю железа приходится 4,20 %, кальция — 3,25 %, натрия — 2,40 %, калия — 2,35 %, магния — 2,35 %, водорода — 1,0 % (Гаврилов, 1986).

Первая стадия геологического развития Земли, продолжавшаяся 500–700 млн лет, получила название лунной, поскольку в то время земной шар был во многом подобен Луне. О почве еще не могло быть и речи, так как первые живые организмы, без которых невозможно почвообразование, появились примерно 1 млрд лет спустя после зарождения планеты. Но на поверхности Земли уже, по-видимому, был материал экзогенного происхождения, во многом похожий на современный лунный грунт. Принципиальная возможность образования первых примитивных почв (предпочв, полупочв) появилась с момента возникновения клеточных организмов (около 3,5–3,8 млрд лет назад). Однако еще длительное время суша продолжала оставаться слабо насыщенной жизнью. Лишь в конце силура, около 400 млн лет назад, в прибрежных болотистых равнинах возникли предпосылки для появления псилофитовидных растений.

В девонский период происходит дальнейшее развитие процесса почвообразования. На суше появляются плауновидные, папоротниковидные и первые семенные растения.

Особенно благоприятные условия для формирования развитого растительного и почвенного покрова складываются в каменноугольный период, начавшийся 345 млн лет назад и длившийся 65 млн лет. Теплый и влажный климат господствует в это время на значительных пространствах планеты, которая покрывается дремучими лесами из гигантских древовидных плаунов, хвощей и папоротников, чьи стволы достигали 30–40 м в высоту и 2 м в поперечнике. О характере преобладающих почв того времени мы можем лишь делать предположения. По-видимому, многие из них были в чем-то сходны с почвами современных мангровых зарослей болотистых побережий тропических морей.

Последующие периоды развития сопровождались усложнением природной обстановки. Появлялись новые растения, животные, почвы и ландшафты. Континенты постепенно приобретают очертания, близкие к современным.

Особый интерес представляет последняя, кайнозойская эра геологического развития Земли, начавшаяся около 66 млн лет назад и характеризующаяся существенным изменением климатической обстановки на Земле. За последние 60 млн лет имело место неуклонное падение среднегодовой температуры. Еще несколько миллионов лет назад в большинстве районов земного шара был теплый климат. Например, на территории современной Украины и Средней Азии господствовали саванны с характерными для них почвами. Однако в четвертичный период, продолжающийся последние 2 млн лет, отмечается неоднократное лихорадочное снижение и повышение температуры с общей тенденцией к снижению.

Грандиозные оледенения охватывают Северное полушарие. Ледяной чехол мощностью до 3,5 км покрывает современную территорию Англии, Польши, Германии, Украины, Валдая. Край ледника спускался до Волгограда, а по Днепру проникал южнее Днепропетровска. Эпохи покровного оледенения сменялись эпохами потепления и таяния льдов. Сейчас мы живем в межледниковье, продолжающееся около 10 тыс. лет. За это время оформились современные природные зоны и наблюдаемый ныне почвенный покров Земли.

Особенностью многих наблюдаемых ныне почв является их молодость на фоне слабоустойчивых реликтовых признаков. В высоких широтах, где имело место покровное оледенение, существенно изменившее поверхность Земли, преобладают почвы, возраст которых не более 10 тыс. лет или даже 5–7 тыс. лет. Они образовались после таяния льдов и деградации подземной мерзлоты. В средних широтах значительно более зрелые почвы, так как здесь обновление почвенного покрова в результате оледенения и тектонического поднятия происходило ограниченно — преимущественно в горных и предгорных областях. В низких тропических и экваториальных широтах, не подвергшихся оледенению, распространены наиболее древние почвы, многим из которых сотни тысяч и миллионы лет.

Говоря об основных этапах развития географической среды и почвенного покрова Земли, необходимо отметить ускорение естественной эволюции и сокращение времени, необходимого для перехода от одной стадии к другой. Чтобы нагляднее себе это представить, используем тот же прием 10 томов летописи Земли, о которых говорилось выше, но с помощью волшебного кино. Фильм идет 1,5 ч, на каждый том приходится 8 мин смотрового времени. Самый первый, весьма ответственный этап зарождения Земли из сгустков космической пыли и газов длится сравнительно недолго — всего несколько минут. Львиная же доля времени — 70 мин — приходится на формирование основных компонентов планеты: литосферы, атмосферы, океанов, первых живых организмов. Однако на наиболее насыщенный событиями 10-й том (последние 500 млн лет), как и на первый, приходится немного времени — около 20 мин. Поэтому мы едва ли смогли бы заметить рост горных стран и их исчезновение, изменение площади суши и моря, эволюцию животных и растений. Человек бы находился на экране всего 2 с. Для зрителей кино он так и остался бы существом с длинными волосами и дубинкой, так как современных людей и окружающую их среду — леса, пашни, города — нельзя было бы просто заметить, поскольку вся основная история цивилизации, насчитывающая 5–6 тыс. лет, уложилась бы в 1/200 долю секунды. Однако именно с этим весьма кратковременным периодом развития планеты связаны наиболее глубокие изменения в почвенном покрове Земли и в природе в целом.

Необыкновенные свойства почв

Какими же наиболее важными свойствами обладают реальные, наблюдаемые нами почвы? Что общего между ними?

Начнем прежде всего с внешнего облика, или морфологии, почв. Если мы рассмотрим главные почвы нашей страны — тундровые, подзолистые, черноземные, каштановые, сероземы, красноземы и др., то при всем разнообразии их строения обнаружим ряд общих черт, которые и будут характеризовать наиболее существенные архитектурные особенности почвенного тела.

Первая важная особенность — это обособление сверху вниз в любой почве нескольких генетических горизонтов, различающихся по цвету, сложению, структуре и другим признакам. Основных горизонтов обычно три. Как они возникают? В разное время по-разному отвечали на этот вопрос. Так, в отношении подзолистых почв под хвойными лесами в XIX в. высказывалось мнение, что их бурые нижние слои намного древнее верхнего белесого подзолистого горизонта, который образовался после последнего оледенения в результате выпадения обогащенного кремнеземом вещества из вод растаявших льдов.