Факультет

Студентам

Посетителям

Общие закономерности эволюции ландшафтов

Для реконструкции биогеохимических процессов докембрия и фанерозоя был применён исторический подход.

Он предполагает использование сравнительного анализа, основанного на сопоставлении:

  • различных показателей, отражающих свойства природных образований прошлых геологических эпох (литологический и элементный состав осадочных пород, остатки живых организмов, разнообразные геохимические реликты и пр.);
  • геохимических параметров современных ландшафтов, характеризующих связи, межкомпонентные отношения и миграцию элементов.

Приведённые гипотезы о функционировании ландшафтов в разные временные интервалы были разработаны с использованием специальных методов и принципов (метод эргодичности, принцип актуализма, феноменологические построения и др.). Они опираются на представление о закономерностях развития геосистем, возможности интерпретации палеогеохимических данных с учетом знания о современных миграционных процессах и постоянстве свойств химических элементов, а также о целесообразности построения ландшафтных хронорядов на основе принципа эргодичности. В то же время при использовании метода аналогий нельзя не учитывать направленного развития биосферы и существования в ходе геологической истории сходных, но не тождественных ландшафтов, а также неповторимых «вымерших» ландшафтов, не встречающихся сейчас на Земле. Несмотря на методологические сложности палеогеохимических реконструкций, в настоящее время можно наметить основные закономерности развития ландшафтов под действием внешних и внутренних факторов и эволюционные изменения биогеохимических параметров. Основные из них приведены ниже.

1. В течение биогенного этапа наблюдались направленные изменения в функционировании ландшафтов, связанные с усилением роли живого вещества и эволюцией БИКа. Основная тенденция — увеличение его разнообразия и повышение биологической продуктивности. Различные типы БИКа сформировались в разное время: наиболее древними являются примитивно-пустынный (с докембрия) и лесной (с нижнего палеофита). Особенно широко лесные ландшафты были распространены в «теплые периоды» развития Земли, для которых К. К. Марков (1951) отмечает небольшие температурные градиенты между полюсами и экватором, развитие широких климатических зон и их слабые провинциальные различия. В процессе эволюции БИКа лесных ландшафтов и с появлением покрытосеменных произошла смена консервативного типа на прогрессивный. В «холодные периоды» более резко проявлялись зонально-провинциальные различия ландшафтного покрова. В неоген-четвертичное время при прогрессирующем похолодании приспособление БИКа к усложняющейся дифференциации гидротермических условий сопровождалось возникновением разнообразных типов круговорота и появлением новых зональных групп ландшафтов (степей и саванн, тундр, высокогорных лугов). Параллельно с появлением разных типов БИКа происходила перестройка фракционной структуры фитомассы и увеличение роли подземных органов растений в тундрах и степях.

По А. М. Алпатьеву (1983), с возникновением резкой дифференциации климата Земли начался процесс интенсивной гумификации суши. Этому благоприятствовало сокращение площадей полной минерализации органического вещества и расширение территорий с его неполной минерализацией и образованием гумуса. В кайнозое рост континентальности и криоаридизации сопровождался снижением продолжительности периода разложения органического вещества в почвах средних и высоких широт. Таким образом, эволюция БИКа сопровождалась не только увеличением его ёмкости, но и трансформацией фракционной структуры фито — и мортмасс и изменением соотношения между процессами автотрофного и гетеротрофного биогенеза.

2. Ландшафты разных эпох различаются по геохимической контрастности, степень которой учитывается при выделении стадий развития ландшафтного покрова. Эти стадии образуют следующий ряд: восстановительная — окислительная — окислительно-восстановительная; их смена отражает действие общего закона развития материальных систем через противоположности, т. е. закона отрицания отрицания. С верхнего палеофита возникновение окислительно-восстановительной зональности и формирование внутриландшафтных барьерных зон становится важным фактором, оказывающим влияние на процессы массопереноса и усложнение геохимической организованности ландшафтов.

3. Эволюция ландшафтного покрова не была монотонной; на фоне его необратимого развития наблюдались периоды, отмеченные информационными взрывами, и «критические периоды», когда происходила перестройка органического мира или «вымирали» отдельные типы ландшафтов. Периодичность смены разных эпох согласуется с тектоно-магматическими циклами и процессами аридизации и гумидизации климата и проявляется в изменении биогеохимической организованности ландшафтов. По А. И. Перельману, выделяется два типа эпох.

Эпохи спокойного тектонического развития с тёплым и влажным климатом. Для геохимической организации ландшафтов характерно интенсивное кислое выщелачивание и минеральное голодание живых организмов, прямые нисходящие водные связи, совершенные сопряжения, резкая централизация.

Эпохи горообразования с аридным климатом. Для ландшафтов этих эпох характерно увеличение роли литогенной основы, избыток химических элементов в почвах, преобладание несовершенных геохимических сопряжений, ослабление прямых водных связей и централизации. Выявленные различия разных эпох играли важную роль в эволюции организмов и формировании разных флор, специализация которых отражает ландшафтно-геохимические условия центров видообразования («железная», «марганцевая», «квасцовая», «содовая» и другие флоры).

4. В ходе развития органического мира наблюдается увеличение флористического богатства, что сопровождалось изменением биогеохимической структуры ландшафтов и разнообразия биотических и биокосных связей.

Пока жизнь развивалась в океане, солевой состав которого относительно постоянен в пространстве и времени, эволюция сине — зелёных водорослей шла исключительно медленно. Ситуация коренным образом изменилась с выходом растений на сушу с её более сложным и разнообразным ландшафтным покровом. Особенно ускорились темпы эволюции с появлением травянистых видов, отличающихся быстрой сменой поколений. Учитывая, что в фанерозое каждая более молодая эра короче предыдущей в 2,5 раза, ускорение темпов эволюции живых организмов проявляется особенно рельефно.

Усложнение биогеохимической структуры ландшафтов во времени связано с появлением видов, различающихся по активности к накоплению химических элементов, которая формировалась в процессе видообразования. Избирательность биологического поглощения проявлялась в отношении разных элементов и определяла концентрационные функции живого вещества. Некоторые из них со временем были утрачены, некоторые передавались от одних организмов к другим. Так, в ходе геологического времени всё новые группы морских животных, начиная с мельчайших организмов планктона (глобигерин) и кончая моллюсками, морскими лилиями, губками и кораллами, приобретали способность к извлечению Ca из воды. Важным фактором изменения вещественного состава растений была смена среды обитания и выход на сушу, что отразилось на содержании элементов, регулирующих осмотическое давление, ионный и водный баланс.

По А. А. Кисту (1987), в модели химической эволюции жизни основополагающим является принцип доступности; при этом весь процесс её эволюции можно охарактеризовать двумя крайними точками: начальная, когда роль отдельных элементов была неспецифической и, возможно, незначительной, и конечная (современная), в которой нормальная жизнедеятельность организмов обеспечивается большим количеством химических элементов, участвующих в специфических биохимических процессах. Между этими точками наблюдаются переходные периоды, в которые увеличивается вовлечение элементов во всё более специализированные реакции.

Исходя из принципа доступности, вытекает предположение, что на ранних этапах развития живого вещества в обменные сорбционно-десорбционные процессы вовлекались все элементы, находящиеся в окружающей их среде. Основа элементного состава растений, заложенная на начальной стадии эволюции и сохраняющаяся до сих пор, включает «абсолютные органогены» (Н, C, O, N, Р, К, S, Ca и др.), т. е. типичные элементы гидросферы, атмосферы и литосферы либо с высокими кларками, либо обладающие достаточно высокой подвижностью. Избирательность биологического поглощения проявилась в различной активности к накоплению катионов и анионов. По гипотезе А. И. Перельмана, эти отличия заложились эволюционным путем. Поскольку первые организмы поглощали все растворимые вещества, в их телах должна была возникнуть резкощелочная среда в связи с преобладанием в литосфере сильных катионов (Na, К, Ca, Mg) над сильными анионами (Cl, S, Р, N). Для её нейтрализации в ходе эволюции выработалась способность к более энергичному накоплению анионов. Борьбой растений с избытком сильных катионов и щелочной средой первичных почв в начальный период формирования примитивно-пустынных ландшафтов А. И. Перельман объясняет кислую природу гумусовых веществ, способствующих снижению щелочности почв. В дальнейшем при нарастании массы органического вещества и формировании консервативного типа БИКа возникла потребность в подщелачивании среды и увеличении интенсивности биогенной аккумуляции в почвах (переход к прогрессивному типу БИКа). Различная стратегия растений, выражающаяся сначала в борьбе со щелочной, а затем с кислой средой, также является одним из проявлений закона отрицания отрицаний. В то же время это свидетельствует об изменении биокосных связей и степени самоорганизации ландшафтов.

Рассмотрение общих закономерностей развития ландшафтов показывает, что они отражают необратимость и периодичность их эволюции, тенденцию к усложнению биогеохимической структуры и внутриландшафтных связей, определяющих различное функционирование и самоорганизацию геосистем разных эпох.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: