В результате в пределах данного водосборного бассейна формируются в соответствии с геоморфологическими условиями последовательно сменяющие одна другую зоны с различными типами геохимических аккумуляций. Они геохимически связаны с областями, где идет формирование остаточных продуктов выветривания и почвообразования того или иного типа.
Аккумуляция вещества в почвах и рыхлых наносах геохимически подчиненных ландшафтов происходит из-за наличия ландшафтно-геохимических барьеров, т.е. зон, где существенно изменяются условия миграции элементов и их соединений, что приводит к понижению их миграционной способности.
На геохимических барьерах в почвах и корах выветривания зон аккумуляций может накапливаться сиаллитный, карбонатный или хлоридно-сульфатный материал. В аридных областях, где испаряемость превышает количество осадков, широко распространены испарительные барьеры, с которыми связано образование засоленных почв. С испарительным и температурным барьерами связано образование в гидроморфных почвах горизонтов «лугового мергеля» или сцементированных известью плотных горизонтов - хардпэнов. С окислительным барьером связано накопление гидроксидов железа и формирование плотных конкреционных горизонтов в гидроморфных почвах субтропиков и тропиков и ожелезненных лугово-болотных и болотных почв в гумидных областях умеренных поясов. На резко выраженных окислительно-восстановительных барьерах в пределах низменных морских побережий и открытых дельт рек возникают сульфидно-хлоридные аккумуляции.
Геохимически сопряженные почвы располагаются в пределах ландшафтно-геохимических арен. Ландшафтно-геохимические арены - это территории, лежащие на различных гипсометрических уровнях, но находящиеся в общем водосбросном или солесборном бассейне и связанные механическим и химическим стоком в одну общую (наиболее крупную) ландшафтно-литолого-геохимическую территориальную единицу. Протяженность ландшафтно-геохимических арен составляет часто сотни и тысячи километров, а их возраст как геохимически сопряженных территорий измеряется геологическим временем.
Ландшафтно-геохимические арены включают в себя более частные территориальные единицы - геохимические ландшафты. Напомним, что, по Б.Б. Полынову, геохимический ландшафт представляет собой совокупность элементарных ландшафтов (элювиальных, супераквальных, субаквальных), сменяющих друг друга по элементам рельефа от местного водораздела к местной депрессии и связанных друг с другом миграцией веществ. Именно в пределах геохимических ландшафтов формируются ряды почв, связанные между собой боковой миграцией веществ. Эти парагенетические ассоциации почв называют почвенно-геохимическими сопряжениями или почвенно-геохимическими катенами.
Почвенно-геохимические катены весьма разнообразны и тесно связаны со всей совокупностью физико-географических условий. Существенное значение имеет характер выветривания и почвообразования в элювиальных и трансэлювиальных членах геохимически сопряженного ряда почв, так как именно этот фактор обусловливает состав и количество подвижных компонентов, которые могут участвовать в местных миграциях. Большое значение имеет также химический состав наземного растительного опада, потому что в случае поверхностного стока вод в первую очередь выщелачиваются и перераспределяются в пределах катены те элементы, которые извлекаются из почвы растениями.
Столь же существенное значение имеет тип рельефа, в пределах которого формируется почвенно-геохимическая катена. В условиях молодого аккумулятивного, а также молодого эрозионного рельефа почвенно-геохимические катены выражены слабо. Наоборот, на территориях с древним континентальным рельефом они развиты хорошо. Исключение представляют катены, обусловленные дифференциацией легкорастворимых солей, где формирование элювиальных и аккумулятивных членов сопряженного ряда идет очень быстро.
Катены формируются как в пределах литохимически однородных почвообразующих пород, так и в условиях пестрого состава исходных пород. В последнем случае подчиненные члены сопряженного ряда формируются под совокупным влиянием подвижных продуктов выветривания и почвообразования различных пород и особенно тех, продукты выветривания которых обладают наибольшей растворимостью.
Если повышенные элементы рельефа сложены хорошо водопроницаемыми породами и почвами, то на склонах боковой сток отсутствует и все почвы принадлежат к группе геохимически автономных. Связь между почвами повышенных и пониженных участков осуществляется в этом случае через сток грунтовых вод (грунтово-водное сопряжение).
Если же почвообразующие породы и особенно почвы склонов плохо водопроницаемы, то воды стекают по поверхности почвы или над плотными иллювиальными (или постоянно мерзлыми) горизонтами. Этот тип сопряжения почв можно назвать водным поверхностно-почвенным, или водным внутрипочвенным.
На земной поверхности существует большое разнообразие почвенно-геохимических катен, которые характеризуют определенные сочетания биоклиматических, геоморфологических и литологических условий в пределах той или иной территории.
3. Биоклиматическая зональность почв
Биоклиматическая зональность почв как одна из закономерностей формирования и строения почвенного покрова была установлена и всесторонне исследована на самом раннем этапе развития генетического почвоведения. Сравнительный анализ свойств почв и особенностей их распределения в связи с изменением факторов почвообразования на территории Русской равнины позволил В. В. Докучаеву сформулировать это важнейшее положение географии почв. Он писал, что «…поскольку все важнейшие почвообразоваели распределяются на земной поверхности в виде поясов и зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то неизбежно, что и почвы - наши черноземы, подзолы и пр. - должны располагаться на земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр.» (В.В. Докучаев. К учению о зонах природы: Избр. соч., 1954.). В развернутом виде положение В.В. Докучаева о широтной зональности явилось фундаментальным научным обобщением, впервые соединившим в единую стройную систему разнообразные факты и противоречивые объяснения причин распространения тех или иных почв. Значительный резонанс среди исследователей почв различных стран получила составленная В.В. Докучаевым в 1899 г. «Карта-схема почвенных зон Северного полушария». На ней было выделено пять мировых зон:
1) бореальная, или арктическая;
2) лесная с подзолами;
3) черноземных степей;
4) аэральная с подразделением на каменистые, песчаные, солончаковые и лёссовые пустыни;
5) латеритная.
На карте-схеме эти зоны опоясывали все материки Северного полушария, почти не отклоняясь от строго широтного направления.
Позднее, по мере накопления фактических данных о почвенном покрове Земли, первоначальные представления о преимущественно широтной зональности почв, открытой В.В. Докучаевым, все более и более усложнялись. Был предложен более универсальный термин и соответствующее ему понятие «горизонтальная зональность почв», т. е. полосчатое расположение почвенных ареалов на равнинах, которые могут иметь и широтное, субмеридианальное, и даже меридиональное простирание. При этом, если речь идет именно о биоклиматической зональности почв, конфигурация и направление почвенных зон обусловливаются характером пространственных изменений гидротермических условий. В. М. Фридланд предложил различать несколько генетических типов зональных систем, в зависимости от факторов, вызывающих переход одной зоны в другую. Им выделены следующие генетические типы почвенно-зональных систем.
1. Горизонтальная зональность, связанная с преобладанием изменения термического фактора:
а) в условиях достаточного увлажнения; она наблюдается в областях с высоким увлажнением, где смена почвенных зон связана главным образом с изменением термического режима, так как при промывном режиме почв дальнейшее увлажнение приводит лишь к возрастанию стока;
б) в условиях резко недостаточного увлажнения; в крайне засушливых областях, где все почвы развиваются при недостаточном увлажнении; при непромывном водном режиме смена одних почвенных зон другими также связана с изменением термического фактора.
2. Горизонтальная зональность почв, связанная с преобладанием изменения фактора увлажненности. В умеренно влажных областях причиной зональности является в первую очередь изменение степени увлажнения, причем здесь наблюдаются два различных случая:
а) фактор увлажнения изменяется в том же направлении, что и термические условия. Например, увеличивается сухость климата и в этом же направлении наблюдается нарастание температур, происходит быстрая смена на небольшом протяжении одних почвенных зон другими, образуется целый спектр зон;
б) фактор увлажнения изменяется в направлении, резко отличном от направления изменений термических условий.
В этом случае происходят изменения направления зон, их изгибание, переход из широтных в меридиональные. Если изменения фактора увлажнения не столь значительные, то наблюдаются изменения биоклиматических условий в пределах одной и той же зоны и формирование внутри зоны почвенно-биоклиматических провинций (или фаций).
Представления о почвенных фациях были сформулированы И.П. Герасимовым. Он писал, что местные провинциальные (фациальные) особенности климатов, обусловленные в основном местными термодинамическими атмосферными процессами, существенно усложняют во многих регионах горизонтальную (широтную) зональность почв и способствуют выраженности специфических местных явлений, вплоть до формирования особых типов почв и закономерностей их географического распространения.
Учение о биоклиматической почвенной зональности было распространено В.В. Докучаевым не только на равнинные, но и на горные территории. При исследовании почв Русской равнины он обратил внимание на то, что распространение типов почв связано с высотой местности, и высказал предположение о возможном существовании вертикальных почвенных зон. Посетив позднее Кавказ и ознакомившись с его природой и почвами от подножий до горных вершин, В.В. Докучаев установил закон вертикальной зональности.
Высказанная В.В. Докучаевым идея аналогии между горизонтальной и вертикальной зональностью в дальнейшем развивалась его учеником С.А. Захаровым, который изучал долгое время почвы Кавказа и пришел к выводу, что каждой горизонтальной зоне соответствует своя вертикальная зона, за исключением горно-луговой, аналоги которой на равнинах в то время были неизвестны.
По мере накопления материалов о почвах гор Средней Азии, Алтая, Южной и Восточной Сибири, а также материалов о закономерностях распределения почвенных зон в горах Центральной и Юго-Восточной Азии, в Кордильерах и в Андах выяснилось, что состав вертикальных почвенных зон и структура зональности сложны и разнообразны и не всегда подчиняются единой схеме почвенных зон от более теплых и сухих к более холодным и влажным.
Выяснилось, что состав и структура почвенных вертикальных зон зависят от положения:
а) данной горной страны в системе географических поясов;
б) в пределах пояса в различных секторах увлажнения (приокеанических и континентальных).
Наряду с уточнением и обобщением материалов, касающихся вертикальной зональности почв, возникло представление, выдвинутое Ю.А. Ливеровским и Э.А. Корнблюмом, о необходимости введения понятия «горная зональность», охватывающего более широкий комплекс явлений, чем непосредственное изменение климата, растительности и почв с увеличением абсолютной высоты на горных склонах.
Как видно из вышеизложенного, со времен В.В. Докучаева концепция биоклиматической зональности почв претерпела существенные изменения. Она значительно усложнилась, конкретизировалась и мало напоминает схематическое представление о всеобщем господстве на поверхности Земли строго широтных почвенных зон.
литогенный биоклиматический геохимический почвенный покров
4. Историко-хронологическое разнообразие почвенного покрова
Дифференциация почвенного покрова на поверхности Земли - это результат длительных процессов и сложной истории развития ландшафтов. Почвы начали формироваться с момента возникновения жизни на планете и заселения суши сначала низшими, а затем высшими организмами, т. е. как только появились условия для образования биокосных тел. По мере увеличения плотности жизни и эволюции живых организмов расширялась среда и изменялись формы почвообразования, сменявшие одна другую в пространстве и во времени. К настоящему моменту многие поколения почв безвозвратно исчезли с поверхности Земли в результате денудационно-аккумулятивных процессов, трансгрессий моря и тектонических явлений. В палеозойских и мезозойских литифицированных (окаменелых) осадочных породах континентального происхождения находят лишь следы древнего почвообразования. Фрагментарно встречаются древние почвы в кайнозойских континентальных осадках и в отложениях четвертичного периода.