Климат и почвообразование
Климат — главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды. С климатом связаны основные закономерности развития органического мира, почвенного покрова Земли, энергетики почвообразования. Климат — результат взаимодействия многих природных факторов, из которых главными являются:
1. Приход и расход лучистой энергии Солнца.
2. Атмосферная циркуляция, перераспределяющая тепло и влагу.
3. Влагооборот, неотделимый от атмосферной циркуляции.
Поверхности Земли достигает около половины солнечной энергии, причем одна часть ее отражается от атмосферы, другая часть поглощается парами воды, пыли, а остаток достигает Земли в виде рассеянной радиации. В соответствии с поступлением тепла на поверхности Земли формируются термические пояса планеты.
Для травянистой растительности активные температуры – выше 5°С, а для лесной растительности – выше 10°С. Интенсивность выветривания, фотосинтеза и образования органического вещества, жизнедеятельность животных и бактерий неизмеримо увеличиваются в направлении от полярных областей к теплым тропическим и экваториальным. В этом же направлении нарастает поступление атмосферных осадков, которое в разных природных зонах сильно варьирует, особенно внутри континентов. Кроме того, возрастает интенсивность почвообразовательного процесса, выражающаяся в разрушении минералов, разложении органического вещества, выщелачивании, а также в синтезе новых минералов и органических соединений.
Таким образом, для каждой конкретной территории характерны свои тепловой и водный режимы, зачастую нарушающие закономерность широтных поясов. Климат как фактор водного режима почв впервые обосновал Г. Н. Высоцкий. Им было введено понятие «коэффициент увлажнения территории» как величина, показывающая отношение суммы осадков к испаряемости за тот же период. По его подсчетам, К для лесной зоны равен 1,38; лесостепной — 1,0; степной — 0,67; сухостепной — 0,33.
В дальнейшем коэффициент увлажнения для каждой почвенно-географической зоны был установлен исследованиями Б.Г.Иванова. Он стал называться коэффициентом Высоцкого—Иванове. Главные группы почв соответствуют определенным соотношениям между осадками и температурой. При этом различают две основные категории почв:
1. Почвы, в которых биологические процессы более или менее подавлены. Это сероземы, почвы пустынь и тундр (все при низком увлажнении менее 500 мм в год), расположенные в самых разных термических поясах;
2. Почвы, тяготеющие к теплым и тропическим поясам, — бурые лесные, желтоземы, красноземы и ферраллитные. На формирование почв субтропических и тропических поясов в огромной мере влияла высокая температура, которая при достаточном увлажнении способствовала глубокой степени выветривания минералов почвы.
Планетарные климатические изменения отражаются на почвенном покрове в виде горизонтальной и вертикальной зональности почв (впервые описанной В.В.Докучаевым), а также их фациальности. Понятие «фациальность почв», предложенное Л.И.Прасовым, включает разнообразие термических и влагообеспечиваюших параметров в пределах почвенных зон. В результате в пределах ареалов почвенных типов были выделены фациальные подтипы: варкие, теплые, умеренно теплые, умеренно холодные, холодные, промерзающие, непромерзающие почвы и т.д.
Внутризональные и фациальные особенности климатических показателей определяют мезоклиматические и микроклиматические изменения. Они обусловлены формами рельефа, экспозицией склонов, характером растительного покрова (оазисы). Например, В. Р. Волобуев к области микроклимата относит приземный высотой воздуха на высоте до 2 м от поверхности Земли и его сопряжение с поверхностными слоями почвы с соответствующими климатическими параметрами.
Влияние климата на почвообразовательные процессы и формирование почв многогранно. Сезонная циклическая последовательность метеорологических условий и смена времен года определяют направление почвообразовательных процессов. Сезонная смена увлажнения и температуры приводит и к сменам почвенных режимов. Во влажные годы происходит сезонное разбавление и нисходящее движение почвенных растворов (выщелачивание почв от глей, промачивание и промывание почв до грунтовых вод, развитие анаэробных процессов и усиление восстановительных реакций; преобладание растворения, гидролиза соединений, выщелачивания и выноса). Напротив, в сухие по увлажнению годы наблюдаются сезонное концентрирование и восходящее движение почвенных растворов: накоплением солей, коагуляцией почвенных коллоидов, синтезом новых соединений, в том числе глинистых минералов. Увеличивается роль окислительных аэробных условий, соединения железа и марганца переходят в осадок. С вариабельностью климатических показателей связаны также сезонное замерзание, размерзание, высыхание (при замерзании — геждение солей из раствора, коагуляция коллоидных соединений, их обезвоживание и структурообразование почвенной массы; промерзание стерилизует почвы, и часть низших организмов погибает; при высыхании и нагревании происходит кристаллизация солей, дегидратация коллоидов и их кристаллизация, обезвоживание глин, отмирание низших организмов). После Валдайского оледенения началось послеледниковое время — так называемый голоцен продолжительностью около 12 тыс. «лет. В этот период и сформировались основные почвы Европы, возраст которых определяется несколькими тысячами лет. В течение голоцена климат заметно изменялся, что привело к смене почвенных режимов и направлений почвообразования. Основные изменения происходили на границах природных зон, например лес —степь. Так, черноземы, регионально расположенные в современных степных условиях, формировались и в атлантический термический максимум, что способствовало накоплению органического вещества. В Северной Америке покровные ледники исчезли с суши только 6 — 5 тыс. лет назад (причем Гренландия до сих пор подо льдом), тогда как в Европе — 10—12 тыс. лет назад. За пределами оледенений, в зонах, куда не доходил ледяной покров, происходили мощные климатические изменения, выразившиеся в чередовании плювиальных эпох и трансгрессий моря, а также в образовании древних озерных, морских и аллювиальных равнин. Достаточно напомнить трансгрессии Каспийского моря ‘разнообразие почвообразующих пород Прикаспийской низменности), соединение его с Аральским морем по Узбою и другие примеры, проявления которых обнаруживаются в почвенном покрове постоянно. Наименьшие изменения в связи с оледенениями были в тропиках и экваториальной зоне. Однако и здесь отмечалось похолодание, снижение солнечной радиации. В современной концепции потепления рассматривается ряд наиболее динамичных параметров в изменении современного климата. Однако проявления этого процесса в почвах сказываются не сразу, а постепенно, причем увеличивающаяся роль антропогенного фактора лишь способствует естественной эволюции климатических условий сообразование — сложный процесс, в котором участвуют все компоненты биоты: от микроорганизмов до высших растений.