геофизика и геохимия ландшафта - ответы

1. Объект и предмет изучения геофизики ландшафта, место геофизики ландшафта в системе географических наук, ее практическое значение.

Геофизика ландшафта - направление в комплексной физической географии, изучающее ПТК как функционально-целостные объекты, физическую сторону взаимодействия компонентов геосистем, их метаболизм со средой, пространственно-временную организацию материи на уровне ландшафтной сферы Земли. Также наука затрагивает биологические основы ландшафта: формирование физико-географических условий фотосинтеза, трансформацию энергии в биоценозах и детритные потоки энергии, самоорганизацию и саморегулирование геосистем. Предметом геофизики ландшафта являются именно эти общие физические свойства, процессы и явления в ПТК, элементарные части ПТК и элементарные процессы, а также геогоризонты и другие образования, которые возникают в результате синтеза этих частей и процессов в пространстве и времени. Традиционная задача физической географии анализ факторов пространственной дифференциации и формирования геосистем имеет также географический аспект. Геофизика ландшафтов имеет физические методы, но географические задачи и проблематику. Она рассматривает природные процессы в аспектах вещественном, энергетическом и информационном. Ведущий ее метод балансовый, который обычно используется сопряженно со сравнительным географическим. В настоящее время геофизические методы изучения ландшафтов тесно взаимодействуют с аэрокосмическими. По форме организации экспериментальных работ геофизика ландшафта базируется, прежде всего, на стационарных и полустационарных исследованиях. ПТК обладают запаса свободной энергии, которая представлена различными видами химической, механической, тепловой. Как открытые системы они получают энергию из внешней среды. Рассмотрение судьбы этой энергии в границах территориально-целостных систем одна из важнейших задач геофизики ландшафта. Направления геофизики ландшафта: 1) Изучение физических факторов формирования ландшафтов; 2) Изучение физических свойств ландшафтов; 3) Изучение физического взаимодействия элементов ландшафтов, метаболизма ландшафтов.

2. История становления геофизики ландшафта. История геофизических идей в географии. Геофизическое направление в ландшафтоведении.

Геофизика как наука имеет длительный период формирования и развития. Первые геофизические знания человечество начало получать с момента своего появления, так как само существование людей на нашей планете предполагало их активное взаимодействие с окружающей природой. С древних времен люди старались познать законы существования природы в целом и Земли в частности, и в этой связи многочисленные наблюдения, описания, измерения, определения, сопровождаемые историю человечества, легли в основу современных геофизических знаний. Следует отметить, что история геофизики неразрывно связана с появлением, развитием и достижениями других наук - геологии, физики, химии, астрономии, сейсмологии, метеорологии, географии. Предпосылки для создания геофизики как отдельной отрасли геологической науки были заложены в 17-19 вв. В 17 в. Варрениус впервые указал на тесную связь географии и физики. Но впервые для объяснения географических явлений использовал физические методы Гумбольдт, который также заложил научные основы геомагнетизма. В трудах де Акосты впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения, соображения об изгибе изотермических линий и о распределении тепла в зависимости от широты, о направлении течений и многих физических явлений: различия климатов, активности вулканов, землетрясений, типы ветров и причины их возникновений. После открытия Ньютоном отливов и приливов, де Акоста объяснил их природу, периодичность и взаимосвязь с фазами Луны. Как комплексная самостоятельная наука геофизика определилась к середине 19 в, когда были накоплены достаточно обширные материалы геофизических наблюдений, позволившие приступить к их обобщению и физическому истолкованию. На основании полученных результатов началось систематическое изучение строения и физических свойств твёрдой, жидкой и газообразной оболочек Земли. Геофизические методы исследования недр начали развиваться с 20-х гг. 20 в. Однако физико-математические основы геофизики были заложены значительно раньше. Также давно началось использование физических полей Земли для практических целей. Ранее других методов возникла магниторазведка. Первые сведения о применении компаса для разведки магнитных руд в Швеции относятся к 1640 г. Теория гравитационного поля Земли берет свое начало с 1687 г., когда И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. В 1753 г. М.В. Ломоносов высказал мысль о связи значений силы тяжести на земной поверхности с внутренним строением Земли и разработал идею газового грави метра. Его же работы в области сейсмологии, атмосферного электричества можно считать первыми, относящимися к геофизическим исследованиям Земли. Среди советских ученых, заложивших основы геофизических методов исследования мирового значения, можно отметить Альпина, Баранова, Баумана, Шмидта, Яновского. К началу 21 в. по уровню теории и решаемым проблемам отечественная геофизика занимала передовые позиции в мире. Одной из ведущих и современных геофизических школ в настоящее время является геологический факультет МГУ, имеющий собственное отделение геофизики (кафедра геофизики).

3. Основные направления в геофизике ландшафта. Метод балансов и его ограничения. Балансовые уравнения вещества и энергии.

Несмотря на молодость, геофизика ландшафта имеет уже ряд дочерних дисциплин. В первую очередь, следует назвать оптику ландшафта - задачами данной дисциплины являются: изучение оптических свойств атмосферы и анализа условий освещения ландшафта, исследования процесса взаимодействия потока солнечной радиации с компонентами ландшафта. Однако атмосфера и происходящие в ней оптические явления лишь в ограниченной мере связаны с расположенной под ней местностью и является предметом специальной научной дисциплины, называемой атмосферной оптикой. Теплофизика - это новое научное направление. Теплофизика ландшафта раскрывает энергетическую взаимосвязь между отдельными компонентами ландшафта или различными ПТК. В этом направлении в основу познания залоен один из количественных методов - метод баланса энергии, который основан на учёте прихода солнечной радиации и её расхода на отражение, поглощение, затрат теплоты на испарение, трансформации в энергию турбулентных пульсаций воздушной среды, аккумуляции почвенной толщей. Радиофизика ландшафта - одно из самых новых направлений в геофизике ландшафта. Её возникновения связано с развитием методов радиолокационного зондирования ПТК, и с необходимостью изучения заканомерностей формирования вторичного и собственного радиоизлучения природных объекто.в Радиотехническое зондирование, по сравнению с исследованием оптических свойств, имеет ряд преимуществ так как его можно производить в любую погоду и оно не зависит от условий освещения и внешних факторов. Анализ балансовых уравнений геосистем является одним из главных средств их познания. Основное назначение балансового метода - изучение и количественная характеристика динамических явлений, связанных с перемещением вещества и энергии внутри геосистем и между ними в процессе их функционирования. Основными балансами, описывающими процессы функционирования геосистем, являются энергетический и водный. Важнейший энергетический источник функционирования геосистем - лучистая энергия солнца. Доля участия других потоков энергии, связанных с излучением небесных тел, тектоническими процессами, вулканической деятельностью и т. д., весьма небольшая. Обеспеченность солнечной радиацией, ее способность превращаться в тепловую, химическую или механическую энергию определяет интенсивность функционирования геосистем. Все вертикальные и горизонтальные связи в геосистемах прямо или косвенно связаны с трансформацией солнечной энергии. Радиационный баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины радиационного баланса компенсируются несколькими потоками тепла. Влагооборот в геосистемах включает в себя обмен водными потоками между их компонентами и элементами. В процессе превращения, перемещения и изменения водных потоков в них образуются растворы, коллоиды, осуществляется транспортировка и аккумуляция химических элементов, происходят биогеохимические реакции. Интенсивность влагооборота и его структура индивидуальны для различных геосистем и зависят от энергообеспеченности, климатических условий, характера литогенной основы, почв, растительности и других факторов.

4. Ландшафт как объект геофизических исследований. Геосистемы с горизонтальными и вертикальными связями.

В самом общем планегеофизику ландшафта следует опреде­лить как раздел ландшафтоведения, в котором изучаются наиболее общие физические свойства, процессы и явления, характерные для природно-территориальных комплексов. При этом ПТК рассматриваются как системы, состоящие из элемен­тарных структурно-функциональных частей и элементарных процессов функционирования, объединяющихся в более сложные образования, которые в геофизике ландшафтов исследуются через призму их физических свойств и характеристик. Как и любому ПТК ландшафту свойственна вертикальная и горизонтальная структура. Вертикальная структура выражается в ярусном расположении компонентов. Примером компонентной структуры может быть моносистемная модель, где составными частями ландшафта являются природные компоненты (горные породы, воздух, вода, растительность, животный мир, почвы). С использованием такой модели изучаются вертикальные связи в ландшафте. Горизонтальная структура (фация, урочище, местность) выражается во взаимном расположении подчиненных локальных геосистем и способах их соединения, которая обеспечивается горизонтальными связями. Наиболее простой ПТК называется фацией. Фация - это ПТК, на всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз . Обычно фация занимает элемент микроформы рельефа или часть элемента формы мезорельефа. Фации группируются в более сложные территориальные системы - урочища. Урочище - ПТК, состоящий из генетически связанных между собой фаций и занимающий обычно целиком всю форму мезорельефа. Вследствие этого урочища чаще всего четко ограничены. Различают простые урочища и сложные. Простые урочища состоят из фаций, в сложных урочищах есть не только фации, но и подурочища, представленных связанными между собой фаций, занимающих какую-то грань формы мезорельефа. Часто повторяющиеся урочища называются основными. Среди них различают доминантные - фоновые урочища, занимающие в ландшафте большие площади и субдоминантные, встречающиеся часто, но не преобладающие по площади. Урочища, которые встречаются в ландшафте не часто и не занимают большой площади, называются дополняющими. Среди них выделяются редкие - несколько на ландшафт и уникальные - встречающиеся единично. Сочетание урочищ образуют ландшафт. Между урочищем и ландшафтом может быть выделена местность. В одном и том же ландшафте одна местность отдругойобычноотличается геолого-геоморфологическим строением и вследствие этого набором урочищ. Примером территориальной структуры ландшафта является полисистемная модель, где компонентами являются территориальные геосистемы или морфологические единицы. Такая модель наглядно показывает наличие горизонтальных связей между компонентами.

5. Основные источники энергии природных процессов в ландшафте. Гелиотермическая и геотермическая зоны.

Основными источниками энергии и тепла ландшафтов являются Солнце и Космос, с одной стороны, и внутренняя энергия Земли - с другой. От первого источника энергия поступает в виде электромагнитного, корпускулярного и других излучений, энергии метеоритов и космических лучей. тепловая энергия, поступающая от других небесных тел (кроме Солнца) на Землю ничтожна мала. Поток тепла из глубин Земли к поверхности примерно на пять порядков меньше суммарной солнечной радиации. Со вторым источником связана гравитация, энергия земных недр - тепло, образующееся в результате распада радиоактивных элементов, дифференциации магмы и других процессов, а также энергия тектонических движений и энергия вращения Земли вокруг своей оси. Отмеченные виды энергии в ландшафте взаимодействуют. Связанные с внешней космической энергией силы стремятся, в частности, сгладить неровности, возникающие на поверхности в результате проявления сил, связанных с внутриземными источниками энергии. Все виды энергии в ландшафтах преобразуются, выступают в разных формах, вступают во всевозможные связи. Происходит непрерывный обмен энергией между ландшафтами и окружающей их средой. Приход и расход энергии ландшафтом определяет его энергетический уровень, который, в свою очередь, является энергетической базой ландшафтообразующих процессов. Интенсивность и размах этих процессов самым тесным образом связаны с данным уровнем. В земной коре выделяются две температурные зоны - гелиотермическая и геотермическая. В геотермической зоне вертикальный профиль температуры определяется распределением внутренних источников тепла, к которым относятся: -тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных элементов; -гравитационная дифференциация вещества Земли, в процессе которой происходит разделение химических элементов по массе, изменение потенциальной энергии системы и выделение тепла. Прочие источники тепла: тепло, возникающее при адиабатическом сжатии, имело заметную величину на ранней стадии истории развития Земли; тепло, выделяющееся при химических реакциях, не поддается учету (можно предположить, что суммарный эффект эндогенных и экзогенных реакций близок к нулю). Верхняя, приповерхностная, тонкая (до 30 м) зона земной коры - гелиотермическая зона. Температура определяется солнечной радиацией. Характерны суточные, сезонные, годовые. многовековые колебания температуры (чем больше период цикличности средних температур воздуха, тем на большую глубину в земную кору они проникают). В зависимости от глубины проникновения амплитуды колебаний суточной или годовой температуры в гелиометрической зоне выделяют два слоя - слой суточных и слой годовых колебаний. Слой суточных колебаний температуры - это поверхностный слой земной коры до глубины 1,0- 1,5 м, где ход температуры практически соответствует суточному ходу солнечной радиации. Слой годовых колебаний температуры. Ход температуры практически соответствует годовому ходу солнечной радиации и излучению земной поверхности.

6. Радиационный баланс геосистем. Роль альбедо, крутизны и экспозиции склонов в поступлении и перераспределении энергии. Методы определения радиационного баланса.

Радиационный баланс (R) геосистем описывается уравнением: R = (I + i) (1-А) - (Ез - σЕа), где I - прямая и i - рассеянная солнечная радиация; А - альбедо поверхности; Ез - собственное излучение поверхности; Еа - встречное излучение атмосферы; σ - относительный коэффициент поглощения длинноволновой радиации земной поверхностью. Радиационный баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины радиационного баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество радиационного баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: R + Р + В + LЕ = 0, где R - радиационный баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: R = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Основными методами определения радиационного баланса яв-ся: 1. Фотографический метод - самый первый метод, который позволил А. Беккерелю открыть явление радиоактивности. Основан на воздействии радиоактивного излучения на фоточувствительные материалы (по принципу воздействия световых квантов на фотопластину). Люминесцентный метод обусловлен возникновением свеченияпод влиянием какого-либовоздействия. Возникновение и интенсивность свечения обусловлены накоплением энергии при взаимодействии излучения с веществом. Для регистрации радиоактивного излучения используются сцинтилляционные детекторы различных типов, в которых в результате попадания альфа-, бетта- частиц и гамма-квантов возникают световые вспышки разной интенсивности,продолжительности и т.д., которые регистрируются фотодетектором.

7. Тепловой баланс геосистем. Способы определения составляющих теплового баланса.

Тепловой баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины теплового баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество теплового баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: T + Р + В + LЕ = 0, где R - тепловой баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: T = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Из методов непосредственного определения составляющих теплового баланса заслуживает внимания идея Айзенштата, который предложил несколько конструкций приборов для измерения составляющих теплового баланса (включая теплообмен деятельной поверхности с атмосферой) методом компенсации. Приборы Айзенштата применялись в нескольких экспедиционных работах, причем были получены интересные результаты. Метод Айзенштата, к сожалению, применим главным образом для определения составляющих баланса деятельной поверхности, лишенной растительного покрова.

8. Водный баланс геосистем. Типы водного питания и типы водного режима геосистем.

Влагооборот в геосистемах включает в себя обмен водными потоками между их компонентами и элементами. В процессе превращения, перемещения и изменения водных потоков в них образуются растворы, коллоиды, осуществляется транспортировка и аккумуляция химических элементов, происходят биогеохимические реакции. Интенсивность влагооборота и его структура индивидуальны для различных геосистем и зависят от энергообеспеченности, климатических условий, характера литогенной основы, почв, растительности и других факторов. Процесс влагооборота в геосистемах может быть описан уравнением водного баланса, отражающим соотношение между его составляющими, то есть статьями прихода и расхода воды. Основной приходной статьей водного баланса является сумма осадков, проступающих в геосистемы из атмосферы. Часть этих осадков перехватывается растительным покровом, остальные в основном поступают на поверхность почвы и расходуются на поверхностный сток, инфильтрацию в почве и подземный сток. К расходным статьям водного баланса геосистем также относятся затраты тепла на физическое испарение с поверхности почвы и растений и транспирацию. Различают следующие пять основных типов водного питания. При атмосферном типе водного питания основным источником избыточной влаги являются атмосферные осадки, выпадающие в пределах рассматриваемого объекта. Он свойствен землям с плоским, равнинным рельефом, сложенным слабопроницаемыми почвами. При грунтовом ТВП переувлажнение происходит под влиянием неглубокого залегания уровней грунтовых вод (на глубине меньше, чем необходимая для земледелия норма осушения) и притоков грунтовых вод со стороны склонов, сложенных проницаемыми грунтами. Грунтово-напорный ТВП характерен для земель, на которых ниже грунтовых (безнапорных) вод залегают водоносные пласты, содержащие напорные воды. Склоновый (делювиальный) ТВП характерен для равнин, на которые поступает поверхностный сток со склонов. Намывной (аллювиальный) ТВП обычен для речных и озерных пойм, переувлажненных за счет периодического затопления водами выходящих из берегов рек и озер. Выделяют следующие типы водного режима: 1)Мерзлотный - районы развития многолетней мерзлоты(летом оттаивание деят слоя). 2)Водозастойный - свойственен болотным геосистемам с атмосферным и грунтовым увлажнением. 3)Промывной - часть атмосферных осадков промывает почву и достигает грунтовых вод. 4)Периодически промывной - периодически происходит промывание почвы (влага достигает грунтовых вод) - в лесостепях, северных степях. 5)Непромывной - почвенная толща промачивается до 0,5-2 м, ниже распол «мертвый горизонт». 6)Аридный - почвы сухие в течение года. 7)Выпотной - происходит капиллярное поднятие влаги от грунтовых вод к поверхности и испарение. При этом происходит образование солончаков. 8)Десуктивно-выпотной - также происходит поднятие влаги, однако испарение не физ, а через отсос влаги раст. 9)Паводковый - характеризуется сезонным затоплением (во время половодья). 10)Амфибиальный - постоянно влажных геосистем - постоянно затопленные марши и плавни речных дельт, морские и озерные мелководья, мангровые сообщества.

9. Баланс вещества в геосистеме.

Вещественный баланс. Его уравнение в геосистемах может быть записано так: Mx + Mp + Mt = Нп + Hs + Hu + Нр + Hδ +Hg, где Мх - приход вещества с атмосферными осадками, Мр - приход вещества с воздушными потоками (турбулентным теплообменом), Мt - приход вещества автохтонного происхождения, с современными тектоническими движениями, G - приход (вынос) вещества с подземными водами, Нп - вынос вещества с поверхностным стоком, Hs - вынос вещества с внутрипочвенным стоком, Ни - вынос вещества с подземным стоком, Нр - вынос вещества с воздушными потоками, Hδ - вынос вещества с транспирацией, Hg - гравитационные (обвально-осыпные) потоки. Важной внутренней составляющей баланса вещества, указывающей на его перераспределение внутри геосистемы, является опад. Распределение указанных потоков вещества в геосистеме показано на рисунке. Изучением составляющих балансового уравнения вещества (а для различных типов геосистем уравнения могут быть записаны и различной детальности и сложности) занимаются представители многих географических наук, особенно хорошо этот вопрос изучен и эрозиоведении. Перечислим лишь основные. Определение поступления вещества с осадками, в том числе со снегом, метод шпилек, основанный на замере уровня поверхности почвы в результате выноса вещества; метод микронивелирования, фотопрофилирования, метод короткодистанционной стереофотометрической съемки, метод стоковых площадок, оценка интенсивности выноса вещества по заилению небольших прудов, определение стока взвешенных и влекомых наносов и т. д. Заключительным этапом геофизического изучения геосистем является построение общих вещественно-энергетических моделей функционирования природных и природно-антропогенных геосистем, выявление изменений в потоках вещества и энергии под воздействием антропогенной нагрузки на геосистемы.

10. Экосистема - основополагающее понятие в биоэнергетике ландшафта. Функциональная структура экосистемы, биологический круговорот.

Экосистема - это сложная динамическая система, которая включает в себя совокупность живых организмов и среды их обитания. Характеризуется наличием относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Основа существования практически любой экосистемы - поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции, проявляющийся в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде. Биотическая часть экосистемы делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза; также продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества; консументы и редуценты) компоненты, которые формируют трофическую, то есть пищевую, структуру экосистемы. Функциональная структура экосистемы любого уровня включает два основных компонента: автотрофный и гетеротрофный. Автотрофный компонент состоит из организмов-продуцентов, фотосинтезирующих растений или хемотрофных организмов, которые создают энергетическую базу для гетеротрофного компонента. С автотрофов начинается биотический круговорот веществ. Гетеротрофные организмы, к которым относятся консументы и деструкторы, используют, разлагают и перестраивают сложные вещества, синтезированные автотрофами. Автотрофы не могут существовать без гетеротрофов, поскольку гетеротрофы создают минеральную питательную базу для продуцентов, а также перерабатывают различные растительные выделения (газообразные, жидкие) и т.д. Такая структура экосистемы обеспечивает перенос энергии от одного звена пищевой цепи к другому. Биосфера является сложнейшей системой, которая существует благодаря энергии Солнца и жизнедеятельности живых организмов. Они запасают и перераспределяют вещество и энергию. Все процессы, которые постоянно происходят в биосфере, оказывают влияние на вещество в других оболочках нашей планеты. У каждого живого организма в биосфере существует определённая роль. Например, зелёные водоросли с помощью энергии Солнца вырабатывают из неорганических веществ органические, эти вещества затем используются другими организмами. Растения через корни получают воду с минеральными веществами, необходимыми для процесса фотосинтеза. В листья из атмосферы поступает углекислый газ. Растения, в свою очередь, выделяют кислород. Животные используют органические вещества, которые были созданы растениями. Кроме того, им для жизни нужен кислород, который также выделяется растениями в процессе фотосинтеза. Останки животных и растений разлагаются при помощи микроорганизмов (грибов и бактерий), при этом органические вещества превращаются в неорганические. С помощью воды эти вещества вновь попадают из почвы в растения. Таким образом происходит биологический круговорот вещества и энергии в биосфере.

11. Фотосинтез и его физико-географические факторы. Оптическая плотность растительного покрова, функции пропускания и поглощения солнечной радиации. Глобальное значение фотосинтеза.

Фотосинтез - сложный химический процесс преобразования энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. В физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндергонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества. Солнечная активность оказывает непосредственное влияние на формирование биомассы растений. Прохождение светового потока в глубину растительного покрова сильнее активизирует работу фотосинтетического процесса. Интенсивность образования органического вещества зависит от сформированной надземной фитомассы. Коэффициент оптической плотности (KОП) для конкретного растения зависит лишь от продолжительности вегетационного периода (от суммарной величины световой нагрузки). Существует два значения KОП - в начале и в конце вегетации. В начале вегетации света для поглощения растениями достаточно, а принимающей поверхности не хватает. В конце вегетации - наоборот. Отсюда получаем два вектора биологического процесса. Вначале вегетационный процесс тормозится из-за нехватки воспринимаемой поверхности, а в конце - из-за слабой световой активности необходим оптимум. Лучистый поток, упавший на любое не абсолютно черное тело, частично отражается от него, частично проходит через тело и только некоторое его количество оказывается поглощенным. Не представляют в этом отношении исключения и листья растений. Поглощенная листьями лучистая энергия не может быть измерена непосредственно. Представления о ее количестве определяются путем учета отраженной и пропущенной листьями радиации. Измерение прошедшей сквозь листья радиации не представляет больших затруднений и может осуществляться при помощи тех же пиранометров. Зато учет отраженной части лучистого потока представляет большие трудности, так как при существующих приборах требует очень больших площадей листьев, не менее одного квадратного метра. Отражающая способность листьев зависит прежде всего от состояния поверхности, формы, окраски, наличия защитных покровов и т.д. Общая площадь листа зависит не только от расположения фотосинтезирующих частей, относительно скелетной проводящей основы, но также и от формы клеток поверхностных его тканей. Последние могут быть выпуклыми, плоскими, четырехгранными, многогранными и т. п. Немалое значение должны иметь и размеры этих кутикулярпых клеток. Самое главное значение фотосинтеза - это обеспечение энергией всех живых существ на планете, включая человека. В процессе фотосинтеза в зеленых частях растений под воздействием солнечных лучей начинает образовываться кислород и огромное количество энергии.

12. Понятия продуктивности. Энергетическая продукция. Энергетические эквиваленты фотосинтеза. КПД фотосинтеза зональных ландшафтов мира.

Основным "строителем" экосистемы выступает сквозной поток энергии Солнца, связываемый зелеными растениями благодаря реакции фотосинтеза и передающийся затем по цепям питания.

Сущность фотосинтеза заключается в превращении растениями, водорослями лучистой энергии солнечного света, поглощаемой флорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами, в химическую энергию разнообразных биополимеров - углеводов, жиров и белков. Носителем этой энергии является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Существенную роль в процессе фотосинтеза играют физико-географические факторы - интенсивность потока солнечной радиации и поток фотосинтетически активной радиации (ФАР), относительная влажность воздуха и запасы продуктивной влаги в почве, температура почвы и воздуха, скорость ветра, положение растения в сообществе, вертикальная структура растительного сообщества (архитектура растительного покрова). При нормальном течении процесса фотосинтеза поверхность хлоропластов поддерживается увлажненной, поскольку углекислота ассимилируется только в виде раствора. Вследствие этого относительная влажность воздуха в межклетниках приближается к 100% и обычно превышает относительную влажность воздуха в атмосфере. Диффузия углекислоты в лист с открытыми устьицами сопровождается поступлением водяного пара в противоположном направлении, т.е. транспирацией растений. Таким образом, между поверхностью хлоропластов (листьев) и окружающей атмосферой необходим градиент относительной влажности воздуха. В тех случаях, когда влажность воздуха в приземном слое равна 100% или близка к этому значению, фото-синтез подавлен. Энергетическая продуктивность обычно представляется в: ккал/см2 год или ккал/м2 год. Расчет годовой энергетической продукции возможен при условии знания энергетических эквивалентов фотосинтеза растений (Валовая первичная продукция,F1;Автотрофное дыхание; Чистая первичная продукция, F2; Гетеротрофное дыхание; Чистая продукция, F; отношение F2/F1, %; отношение F/F1, %. Чистую продукцию (урожай на корню для агроландшафтов) нельзя отождествлять с продуктивностью сообщества. Агросистемы с интенсивным развитием, например, поле люцерны, характеризуются высокой валовой первичной продукцией, чистой первичной продукцией, а при защите от консументов (что обеспечивается человеком) - и высокой чистой продукцией. В устойчивых зрелых растительных сообществах (например, тропический дождевой лес) валовая первичная продукция обычно полностью расходуется на автотрофное и гетеротрофное дыхание, которые часто трудно отделить одно от другого. В итоге чистая продукция нередко близка нулю. В целом, как подчеркивает Одум, природа стремится увеличить валовую, а человек - чистую продукцию. Растения в совокупности представляют собой своеобразную машину - преобразователь энергии. Коэффициентом полезного действия растений (КПД) фотосинтеза выступает отношение энергии, которая заключена в чистой продукции сообщества или в годовом приросте фитомассы, к величине потока фотосинтетически активной радиации (ФАР) за год или к величине годового баланса.

13. Энергетические и биоэнергетические характеристики зональных типов и родов ландшафтов. Энергетика почвообразования.

Энергетические функции ландшафта представлены совокупностью процессов поступления, поглощения и высвобождения энергии. Функционирование ландшафта связано в основном с солнечной энергией, поток которой многократно превышает все другие источники. Благодаря превращению солнечной энергии в другие виды - тепловую, химическую и механическую, осуществляются все внутренние обменные процессы в ландшафте (влагооборот, биологический метаболизм, циркуляция воздушных масс). Преобразование солнечной радиации начинается еще в верхних слоях атмосферы, но наиболее интенсивно этот процесс происходит у земной поверхности. Часть ее, достигающая земной поверхности, отражается с интенсивностью, зависящей от альбедо. Поглощенное земной поверхностью тепло расходуется в основном на транспирацию и на турбулентную отдачу тепла в атмосферу (нагревание воздуха и влагооборот). Соотношение этих затрат зонально, в гумидных ландшафтах преобладают затраты тепла на транспирацию, а в аридных - на турбулентную теплоотдачу. Большие затраты энергии на транспирапию объясняются необходимостью обеспечивать растения минеральным питанием и предотвращать их перегревание. Эти затраты энергии ограничивают эффективность фотосинтеза и лимитируют возможности повышения биологической продуктивности ландшафтов. Главным и практически основным источником поступления энергии в почву является солнечная радиация. Вся поверхность Земли получает в год от солнца по приблизительным оценкам 21-1020 Дж тепла. Основная часть этой энергии расходуется на формирование климата и океанических течений. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения) усваивают только от 0,5 до 5% солнечной энергии. Энергетика почв связана с поступлением, преобразованием и отдачей солнечной энергии, и с биохимической аккумуляцией и миграцией веществ и с другими формами энерго-массообмена. При почвообразовании и выветривании происходят существенные изменения также и в энергии минеральной части почвы. Они обусловлены разрушением первичных минералов, синтезом вторичных минералов и увеличением степени дисперсности первичных горных пород. Общий запас аккумулированной в почве энергии слагается из запасов энергии в ее основных компонентах: органических и минеральных веществах, почвенном растворе, почвенном воздухе и живом органическом веществе, выросшем на данной почве. Энергетический баланс почвообразования по В.Р. Волобуеву слагается из следующих величин: 1) энергетических затрат на физическое выветривание, 2) энергии разложения минералов в процессе химического выветривания, 3) энергетических затрат на ежегодную продукцию биомассы, 4) расхода энергии на суммарное испарение, 5) потерь энергии на механические миграции мелкозема и солей в почве, 6) энергии, расходуемой в процессе теплообмена в системе почва  атмосфера. Таким образом, в естественных ландшафтах наименьшие суммарные затраты энергии на почвообразование (8-20 кДж/см2 в год) наблюдаются в тундрах и неосвоенных пустынях; средние затраты  в гумидных и семиаридных областях умеренного пояса (40-160 кДж/см2 в год) и наиболее высокие  в гумидных областях тропиков (246-287 кДж/см2 в год).

14. Практическое применение геофизики ландшафтов.

Геофизика ландшафта - направление в комплексной физической географии, изучающее ПТК как функционально-целостные объекты, физическую сторону взаимодействия компонентов геосистем, их метаболизм со средой, пространственно-временную организацию материи на уровне ландшафтной сферы Земли. Также наука затрагивает биологические основы ландшафта: формирование физико-географических условий фотосинтеза, трансформацию энергии в биоценозах и детритные потоки энергии, самоорганизацию и саморегулирование геосистем. Предметом геофизики ландшафта являются именно эти общие физические свойства, процессы и явления в ПТК, элементарные части ПТК и элементарные процессы, а также геогоризонты и другие образования, которые возникают в результате синтеза этих частей и процессов в пространстве и времени. Традиционная задача физической географии анализ факторов пространственной дифференциации и формирования геосистем имеет также географический аспект. Геофизика ландшафтов имеет физические методы, но географические задачи и проблематику. Она рассматривает природные процессы в аспектах вещественном, энергетическом и информационном. Ведущий ее метод балансовый, который обычно используется сопряженно со сравнительным географическим. В настоящее время геофизические методы изучения ландшафтов тесно взаимодействуют с аэрокосмическими. По форме организации экспериментальных работ геофизика ландшафта базируется, прежде всего, на стационарных и полустационарных исследованиях. ПТК обладают запаса свободной энергии, которая представлена различными видами химической, механической, тепловой. Как открытые системы они получают энергию из внешней среды. Рассмотрение судьбы этой энергии в границах территориально-целостных систем одна из важнейших задач геофизики ландшафта. Направления геофизики ландшафта: 1) Изучение физических факторов формирования ландшафтов; 2) Изучение физических свойств ландшафтов; 3) Изучение физического взаимодействия элементов ландшафтов, метаболизма ландшафтов.

15. Геофизика ландшафтов. Предмет и метод изучения, Задачи. Теоретическое и практическое значение.

Геофизика ландшафта - направление в комплексной физической географии, изучающее ПТК как функционально-целостные объекты, физическую сторону взаимодействия компонентов геосистем, их метаболизм со средой, пространственно-временную организацию материи на уровне ландшафтной сферы Земли. Также наука затрагивает биологические основы ландшафта: формирование физико-географических условий фотосинтеза, трансформацию энергии в биоценозах и детритные потоки энергии, самоорганизацию и саморегулирование геосистем. Предметом геофизики ландшафта являются именно эти общие физические свойства, процессы и явления в ПТК, элементарные части ПТК и элементарные процессы, а также геогоризонты и другие образования, которые возникают в результате синтеза этих частей и процессов в пространстве и времени. Традиционная задача физической географии анализ факторов пространственной дифференциации и формирования геосистем имеет также географический аспект. Геофизика ландшафтов имеет физические методы, но географические задачи и проблематику. Она рассматривает природные процессы в аспектах вещественном, энергетическом и информационном. Ведущий ее метод балансовый, который обычно используется сопряженно со сравнительным географическим. В настоящее время геофизические методы изучения ландшафтов тесно взаимодействуют с аэрокосмическими. По форме организации экспериментальных работ геофизика ландшафта базируется, прежде всего, на стационарных и полустационарных исследованиях. ПТК обладают запаса свободной энергии, которая представлена различными видами химической, механической, тепловой. Как открытые системы они получают энергию из внешней среды. Рассмотрение судьбы этой энергии в границах территориально-целостных систем одна из важнейших задач геофизики ландшафта. Направления геофизики ландшафта: 1) Изучение физических факторов формирования ландшафтов; 2) Изучение физических свойств ландшафтов; 3) Изучение физического взаимодействия элементов ландшафтов, метаболизма ландшафтов.

16. Организация специальных исследований по геофизике ландшафтов.

По форме организации исследований геофизика ландшафта базируется прежде всего на стационарных наблюдениях и на аэрокосмической информации. Стационарные наблюдения в геофизических исследованиях, в основном, служат для получения геологической документации разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, осуществления контроля за разработкой месторождений, изучения технического состояния скважин и т.д. С этой целью по данным ГИС изучают в скважинных условиях физические свойства горных пород. Геофизические наблюдения позволяют представить разрезы скважин комплексом физических характеристик, таких как удельное электрическое сопротивление, радиоактивность, теплопроводность изучаемых сред, скорость распространения упругих волн в них и т. п. Основным документом для геологической службы является литолого-стратиграфическая колонка, полученная по результатам интерпретации материалов ГИС и содержащая сведения о положении границ пластов и их толщинах, литологической характеристике каждого пласта, о наличии коллекторов, о характере флюида, заполняющего поровое пространство продуктивных пластов и др. Аэрокосмические методы исследования - вариант дистанционных методов исследования, система методов изучения свойств ландшафтов и их изменений с использованием вертолетов, самолетов, пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций и специальных космических аппаратов, оснащенных, как правило, разнообразной съемочной аппаратурой. Выделяют визуальные, фотографические, электронные и геофизические методы исследования. Применение АМИ ускоряет и упрощает процесс картографирования и имеет большое значение при организации мониторинга окружающей среды. Выделяются также специальные разделы геофизики ландшафта - оптика ландшафта, теплофизика, радиофизика ландшафта. Задачами оптики ландшафта являются: изучение оптических свойств атмосферы и анализа условий освещения ландшафта, исследования процесса взаимодействия потока солнечной радиации с компонентами ландшафта. Однако атмосфера и происходящие в ней оптические явления лишь в ограниченной мере связаны с расположенной под ней местностью и является предметом специальной научной дисциплины, называемой атмосферной оптикой. Теплофизика - это новое научное направление. Теплофизика ландшафта раскрывает энергетическую взаимосвязь между отдельными компонентами ландшафта или различными ПТК. В этом направлении в основу познания залоен один из количественных методов - метод баланса энергии, который основан на учёте прихода солнечной радиации и её расхода на отражение, поглощение, затрат теплоты на испарение, трансформации в энергию турбулентных пульсаций воздушной среды, аккумуляции почвенной толщей. Радиофизика ландшафта - одно из самых новых направлений в геофизике ландшафта. Её возникновения связано с развитием методов радиолокационного зондирования ПТК, и с необходимостью изучения заканомерностей формирования вторичного и собственного радиоизлучения природных объектов. Радиотехническое зондирование, по сравнению с исследованием оптических свойств, имеет ряд преимуществ так как его можно производить в любую погоду и оно не зависит от условий освещения и внешних факторов.

17. Роль снега в формировании в формировании геофизических свойств ландшафта.

Снежная поверхность отличается от бесснежной многими физическими показателями, а сам снежный покров влияет на формирование геофизических свойств литогенной основы ландшафтов. Особенно заметна роль снега в тепловом и водном режимах природных комплексов. В снежной толще консервируется вода, которая при таянии быстро и в большом количестве поступает в ландшафты, светлая поверхность снега обладает повышенной отражательной способностью (альбедо), а сравнительно небольшая его теплопроводность является причиной сохранения тепла в литогенной основе ландшафта. Значение снега в формировании геофизических свойств литогенной основы ландшафта в основном определяется снегозапасом, плотностью и структурой снежной толщи. Снегозапас в пределах того или иного природного комплекса зависит от многих причин - количества осадков в твердой фазе, оттепелей, метелевого переноса снега ветром, рельефа, растительности - и отличается большой территориальной изменчивостью даже в пределах небольшого района. Особенно заметна эта неоднородность на обезлесенных территориях, где с повышений и некоторых склонов снег почти полностью сдувается, а в понижениях рельефа или в зарослях кустарника накапливаются сугробы. В лесных ландшафтах значительная часть снега испаряется непосредственно с крон деревьев (особенно хвойных пород). В прямой зависимости от снегозапаса находится увлажнение литогенной основы ландшафтов после схода снега. Плотность снега связана со снегозапасом, силой ветра, оттепелями, растительным покровом и также колеблется в довольно широких пределах. Так, в лесу плотность рыхлого снега составляет всего 0,03-0,05 г/см3, а более плотного снега открытых участков - 0,4-0,6 г/см, т. е. на порядок выше. Плотность снега меняется в связи с продолжительностью его лежания - рыхлый свежевыпавший снег постепенно уплотняется. Большое влияние на термический режим снега и литогенной основы ландшафтов оказывает альбедо снежной поверхности. Наибольшие величины альбедо характерны для свежевыпавшего снега (до 85-90%). По мере загрязнения поверхности снега и его таяния альбедо уменьшается (до 25% к окончанию таяния). Большое значение альбедо наряду с излучением тепла из верхних слоев снега способствует охлаждению приземного слоя воздуха на 5-10°. Большое рассеивание света, а иногда направленное отражение от поверхности снега приводит к ожогам коры деревьев и кустарников. Таким образом, вода - это один из основных лимитирующих экологических факторов и от ее количества в ландшафте, сбалансированности потоков влаги зависят численные параметры геосистемы, определяющие ее потенциал.

18. Тепловые свойства снежного покрова.

Тепловые свойства снега играют исключительную роль в природе. Малая теплопроводность и большая теплоемкость снега приводит к тому, что теплообмен через С.п. замедлен, суточные колебания температуры быстро затухают с глубиной, проникая на глубину 25-35 см. С.п. защищает почву от проникновения холода из воздуха. В то время, как обнаженная почва может промерзнуть на глубину 120 см, снежный покров высотой 60 см полностью исключает промерзание при одинаковых условиях. Среди физических свойств снега прежде всего обращают внимание теплоизолирующие свойства, которые обусловлены его плохой теплопроводностью. В средних значениях теплопроводность снега примерно на порядок больше теплопроводности воздуха и на порядок меньше теплопроводности минеральной почвы. Поэтому почва, покрытая снегом, промерзает медленнее и на меньшую глубину по сравнению с оголенной. Теплопроводность свежевыпавшего рыхлого снега наименьшая. Такой снег гарантирует наилучшую защиту почвы и зимующих под ним растений от охлаждения и промерзания. Определение тепловых характеристик снега и прежде всего коэффициентов тепло- и температуропроводности (λ и a), удельной теплоемкости (c) представляет очень большие трудности. Вместе с тем эти характеристики играют исключительную роль в природе. Сложность определения тепловых характеристик обусловлена сложностью строения снежного покрова. Тепловые характеристики снега определяются или в лабораториях, или в полевых условиях. Одно из первых определений тепловых характеристик снега, не потерявших значения до настоящего времени, было выполнено Абельсом в 1893 г. в Свердловске. Абельс определил коэффициенты тепло- и температуропроводности снега на площадке обсерватории по ежечасным наблюдениям за температурой снега, выполненным на глубинах 5 и 10 см. При этом он считал, что суточный ход температуры на поверхности снега выражается простой синусоидой. Полученные зависимости для λ и a имеют вид: λ = 2,85 · 10-6ρ2; а = 4,85 · 10-6ρ (1), где ρ - плотность снега. Формулы Абельса дают удовлетворительные результаты при ρ < 350 кг/м3. Для случая когда ρ > 350 кг/м3, эти коэффициенты были определены Кондратьевой в лабораторных условиях: λ = 3,56 · 10-6ρ2; а = 6,05 · 10-6ρ (2). Удельная теплоемкость сухого снега принимается равной удельной теплоемкости льда и определяется по первой формуле. Коэффициент отражения солнечной радиации снегом значительно выше, чем у льда и, тем более, у воды. Коэффициент поглощения солнечной радиации снегом также высокий; поглощается она самым верхним слоем снега и поэтому не доходит до его подстилающей поверхности.

19. Радиационные характеристики снежного покрова.

Снежный покров - продукт атмосферных процессов и, следовательно, климата, но в то же время он сам влияет на климат, как и на другие составляющие географического ландшафта. Температура на поверхности снежного покрова ниже, чем на поверхности почвы, не покрытой снегом, так как снег обладает исключительно высоким альбедо (80 - 90 %). В то же время шероховатая поверхность снега сильно излучает. Малая теплопроводность снега приводит к тому, что потеря тепла с поверхности снежного покрова не покрывается притоком тепла из более глубоких его слоев и из почвы. Поэтому почва, покрытая снегом, сохраняет зимой достаточно высокую температуру. На этом основано и озимое земледелие: снежный покров предохраняет всходы от вымерзания. Чем тоньше снежный покров зимой, тем сильнее промерзание почвы при прочих равных условиях. Радиационные характеристики С.п. находятся в зависимости от состояния снега. Альбедо (характеристика диффузной отражательной способности поверхности) снега для суммарной солнечной радиации зимой (при отсутствии загрязнений) может достигать 95%, но по мере загрязнения и уплотнения альбедо снижается. Средние значения альбедо для свежевыпавшего сухого снега - 82%, мокрого - 72%, старого сухого 65% и мокрого 50% (по данным для европейской части России). Проникновение солнечной радиации в зависимости от структуры С.п. ограничивается глубиной 30-50 см для сухого снега и 10-15 см для влажного. Способность снега пропускать свет играет важную роль в развитии рано зацветающих растений (подснежники, солданеллы и др.). Снег непрозрачен для длинноволновой радиации, это приводит к своеобразному парниковому эффекту: при небольшой мощности сухого снега коротковолновая солнечная радиация, проникая через снег, прогревает почву и при слабоотрицательных температурах воздуха может вызвать стаивание снега снизу. Ночное излучение и дневное отражение солнечной радиации С.п. приводят к сильному охлаждающему действию снежного покрова на располагающийся под ним воздух: наиболее низкие температуры обычно возникают в ясные ночи непосредственно под свежевыпавшим снегом. На транспорте и в строительстве снег наносит большой ущерб в результате снежных заносов, обвалов и лавин в горах.

20. Связь геофизических свойств ландшафтов с высотой местности.

Важными факторами пространственно-временной трансформации увлажнения и теплообеспеченности ландшафтов являются не только зональная и азональная дифференциация ландшафтов, но и их изменения с изменением высоты суши над уровнем моря. Высота обусловливает ярусное строение ландшафтной сферы. Различным высотам характерны специфические классы географических компонентов, которые выделяются в виде последовательной смены вертикальных зон, аналогичных широтной зональности. Основная причина высотной поясности - изменение условий теплообеспеченности при поднятии вверх. С высотой, при подъёме на каждые 1000 м, величина солнечной радиации увеличивается на 10%.

Однако одновременно с увеличением солнечной радиации резко возрастает длинноволновое излучение земной поверхности, при этом оно растёт быстрее, чем облучение, а температура воздуха падает. В результате этого при подъёме в горы на несколько километров по вертикали можно переместиться из тропиков в ледяную зону. С поднятием в горы существенно меняется и увлажнение. Благодаря барьерной роли рельефа количество осадков в горах, до известного предела, возрастает, после чего оно снова уменьшается. Под влиянием горных барьеров происходит восходящее движение воздушных масс, усиливается конденсация влаги и соответственно возрастает количество осадков до определённой высоты. Распределение осадков усложняется орографическими особенностями. Высотные пояса отличаются от широтных зон многими структурно-функциональными особенностями (разреженностью атмосферы, своеобразием её циркуляции), а также специфическими процессами (обвалами, селями), укороченностью и неразвитостью профиля горных почв. Факторы распределения широтно-зональных и высотно-поясных типов растительных сообществ и почв неодинаковы. Северные пределы лесной растительности на равнинах определяются дефицитом тепла, верхние пределы леса часто обусловлены недостатком увлажнения. В пределах разных горных систем, и даже в различных её частях число и последовательность высотных поясов может сильно отличаться. Характер высотной поясности в горах, её тип зависят от зонального расположения горных систем и их местоположения относительно берегов морей и океанов. Типичную структуру высотной поясности, свойственную горным ландшафтам отдельной зоны, можно называть типом высотной ландшафтной поясности. Наряду с абсолютной высотой важнейшим фактором ландшафтной дифференциации гор служит экспозиция склонов. Существуют два типа экспозиции - солярная, или инсоляционная, и ветровая, или циркуляционная. Первая означает ориентировку склонов по соотношению к сторонам света, вторая - по отношению к воздушным потокам. От солярной экспозиции зависит тепловой и водный режим горных склонов. Южные склоны прогреваются хорошо, следовательно, они теплее и суше. На южных склонах границы поясов сдвинуты вверх относительно северных. В Забайкалье северные склоны заняты лесом, южные - степной растительностью. Ветровая экспозиция усиливает контрасты термического режима противоположных склонов, увеличивая эффект солярной экспозиции. Подветренные зоны, как правило, суше, чем наветренные. Такая ситуация характерна для горных систем, ориентированных на запад-восток (Альпы, Крымские горы, большой Кавказ).

21. Значение воды в создании геофизических условий ландшафтов.

Во всех ландшафтах суши вода играет важную роль, являясь неразрывной частью природных территориальных комплексов. Она участвует во всех протекающих в них процессах, вступает во всевозможные связи и реакции. Вместе с тем вода активно перемещается и в пределах ландшафта находится в непрерывном движении и превращении: в поверхностном и подземном стоке, нисходящих и восходящих движениях в почвах и грунтах, транспирации и биологических превращениях в живых организмах, испарении и перемещениях в приземном слое воздуха. В атмосфере обновление влаги в среднем происходит за 10 суток, в почвах - за один год, в зоне активного водообмена (литогенной основе ландшафта) - примерно за 300 лет. В результате своих перемещений вода вместе с другими факторами создает единство связей внутри ландшафтов и между ними. Вода способна накапливать тепловую энергии, поскольку обладает большой теплоемкостью и вместе с тем медленно расходует накопленное тепло. В этой связи вода является одним из средств ввода энергии в ландшафт. Поэтому разная увлажненность геосистемы непременно ведет к различиям энергетических уровней, тепловых характеристик, глубины и скорости проникновения тепла в литогенную основу ландшафта. Расходуется и выделяется тепло и при фазовых превращениях воды. что, безусловно, влияет на геофизику ландшафта. таким образом, вместе с водой перемещается и энергия. Движущая масса воды оказывает механическое влияние на почвы и горные породы, способствуя их разрушению и перемещению. Вода участвует в процессах выветривания. Многие геофизические свойства почв и горных пород, литогенной основы ландшафта, а также входящей в ландшафты части атмосферы во многом определяются количеством содержащейся в них воды, их увлажненностью. Вода практически растворяет все входящие в геосистемы химические элементы и соединения, и эти растворенные вещества остаются в водном растворе, в результате чего вода в ландшафтах никогда не бывает химически чистой. Вместе с перемещающейся в ландшафтах водой перемещается и растворенные в ней химические элементы. Кроме растворенной водой, перемещаются взвешенные и волочимые вещества. Именно вода является одной из активных действующих сил энергомассообмена в ландшафтах. Проявление химических и биологических процессов в ландшафтах также невозможно без участия воды. Количество воды, ее химический состав, фазовое состояние и температура, режим поступления, скорость обращения и т.д. являются важнейшим факторами, определяющими биоту ландшафта. Живые организмы не могут функционировать без обмена со средой, и одну из главных ролей в этом обмене играет вода. Огромное разнообразие и приспособленность живых организмов к условиям увлажнения сами по себе показывают роль влаги в их существовании и развитии. Таким образом, вода как физическое тело является непременным участником функционирования ландшафта.

22. Общая схема влагооборота.

Осадки, сток и испарение для среднегодовых условий связаны следующим соотношением: О=И+С, где О - количество осадков, выпадающих на данной территории в течение некоторого отрезка времени, И - количество влаги, испаряющейся с этой же территории, С - речной сток за тот же отрезок времени.

Осадки О, выпадающие на некоторой территории, образуются частично из водяного пара, перенесенного на эту территорию извне (это так называемые внешние осадки Ов), и частично из водяного пара, которым обогащается воздух вследствие местного испарения с подстилающей поверхности (это внутренние, или местные, осадки Ом). Так как воздух с содержащимся в нем водяным паром находится в непрерывном движении, скорость которого по сравнению со скоростью вертикальных перемещений достаточно велика, то естественно, что осадки, выпадающие на малой площади, будут состоять главным образом из влаги, перенесенной сюда извне. В этом случае роль местного испарения в формировании осадков на той же территории настолько незначительна, что практически ее можно считать равной нулю. Роль местного испарения в формировании выпадающих на данной территории осадков будет возрастать в зависимости от увеличения размеров рассматриваемой территории. При исследовании влагооборота в атмосфере прежде всего определяется значение местного испарения в формировании осадков. Водяной пар, поступающий извне, Вв частично расходуется на образование внешних осадков Ов, выпадающих на данной территории, а остальная часть Вв-Ов переносится за ее пределы. Это атмосферный стол Вв - Ом. Испаряющаяся с этой территории влага И частично расходуется на образование внутренних, или местных, осадков Ом, а остальная часть выносится за пределы этой территории. Это тоже атмосферный сток И - Ом. Таким образом, суммарный атмосферный сток Ас с ограниченной территории складывается из влаги, перенесенной сюда извне (Вв-Ов), и влаги, испарившейся с этой территории (И-Ом). Следует, однако, заметить, что испарение с поверхности суши играет важную роль в увлажнении воздуха. Еще в 19 столетии А. И. Воейков в ряде своих работ, касаясь вопроса о влагообороте, правильно указывал на роль испарения с материков в образовании осадков. В этих работах высказывалось также мнение, что осадки могут образоваться из водяного пара, перенесенного циркуляцией атмосферы на громадные расстояния. Но в то же время данных о циркуляции атмосферы и количестве переносимой влаги было совершенно недостаточно для расчета влагооборота. Имеющиеся в настоящее время многочисленные данные аэ-рологических наблюдений на огромных территориях материков и океанов, а также материалы по циркуляции атмосферы большого и малого масштаба позволяют решать проблему влагооборота в атмосфере и на основе физически обоснованного метода произвести достоверный расчет влагооборота как над ограниченной территорией суши, так и над материками в целом.

23. Осадки - важная составляющая водного баланса.

Водный баланс - количественная характеристика всех форм прихода и расхода воды в атмосфере, на земном шаре и его отдельных участках. Расчётом составляющих В. б. широко пользуются в гидрологии и в метеорологии для изучения водного режима. В. б. суши характеризуется основной зависимостью: количество атмосферных осадков, выпадающих на данной территории, равно сумме испарения, стока и накопления (или расхода) воды в верхних слоях литосферы. Для всего земного шара за годичный период и для средних многолетних условий его отдельных территорий последний фактор В. б. равен нулю. В В. б. атмосферы над определённой частью земной поверхности расход воды на выпадение осадков равен сумме испарения с земной поверхности, поступления или выноса водяного пара в результате его горизонтального переноса воздушными течениями и изменения количества воды в атмосфере (последний фактор обычно мал по сравнению с другими факторами В. б.). В. б. атмосферы существенно зависит от условий атмосферного влагооборота, в ходе которого водяной пар переносится из одних районов в другие. Хотя испарение с поверхности суши составляет около 2/3 от количества осадков на континентах, фактически большая часть осадков, выпадающих на суше, формируется из водяного пара, принесённого воздушными течениями с океанов. Это объясняется тем, что циркуляция атмосферы уносит с континентов на океаны значительную часть водяного пара, образованного местным испарением. Разность между испарением и осадками на континентах, равная разности между приходом и расходом водяного пара в атмосфере над континентами, одновременно равна величине речного стока с континентов в океаны. Если рассматривать В. б. для всей земной поверхности в целом, так же как и для всей атмосферы, то годовая сумма осадков равна величине испарения, которая соответствует, по современным данным, приблизительно 100 см/год. Составляющие В. б.: осадки, испарение и сток измеряются на метеорологических и гидрологических станциях.

24. Сток, транспирация, испарение - расходные части водного баланса.

Влагооборот в геосистемах включает в себя обмен водными потоками между их компонентами и элементами. В процессе превращения, перемещения и изменения водных потоков в них образуются растворы, коллоиды, осуществляется транспортировка и аккумуляция химических элементов, происходят биогеохимические реакции. Интенсивность влагооборота и его структура индивидуальны для различных геосистем и зависят от энергообеспеченности, климатических условий, характера литогенной основы, почв, растительности и других факторов. Процесс влагооборота в геосистемах может быть описан уравнением водного баланса, отражающим соотношение между его составляющими, то есть статьями прихода и расхода воды. Основной приходной статьей водного баланса является сумма осадков, проступающих в геосистемы из атмосферы. Часть этих осадков перехватывается растительным покровом, остальные в основном поступают на поверхность почвы и расходуются на поверхностный сток, инфильтрацию в почве и подземный сток. Расходные части водного баланса состоят из физического испарения воды поверхностью почвы, влаги, затраченной на транспирацию растениями, воды, теряющейся в результате поверхностного и внутрипочвенного бокового стоков. Сток - это перемещение воды в процессе стекания дождевых и талых вод по земной поверхности (поверхностный сток) или в толще земной коры (подземный сток). Поверхностный сток делят на склоновый (проходящий по склонам местности) и русловый (по руслам рек и временных водотоков). В составе подземного стока иногда выделяют почвенный сток и сток верховодки. Сток - одна из составных частей круговорота воды на Земле, один из осн. элементов наряду с атм. осадками и испарением водного баланса. Транспирация - процесс движения воды через растение и её испарение через наружные органы растения, такие как листья, стебли и цветки. Вода необходима для жизнедеятельности растения, но только небольшая часть воды, поступающей через корни используется непосредственно для нужд роста и метаболизма. Оставшиеся 99-99,5 % теряются через транспирацию. Транспирация также охлаждает растение и обеспечивает движение воды и питательных веществ от корней к побегам. Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Вода, испаряясь, превращается в водяной пар и поднимается вверх, где происходит конденсация пара, образуются облака, и вода возвращается на землю в виде осадков. Вследствие конденсации водяного пара, который живет в воздухе, образуются облака и туман. По этой же причине холодное стекло запотевает, соприкасаясь с теплым воздухом.

25. Испарение и испаряемость.

Испарение заключается в переходе воды из жидкой или твердой фазы в газообразную и в поступлении водяного пара в атмосферу. Испарение - процесс прежде всего энергетический. Он зависит от количества тепловой энергии, которая может быть затрачена на данной поверхности в единицу времени, и определяется, следовательно, уравнением теплового баланса на земной поверхности. На океанах на испарение затрачивается до 90% энергии солнечной радиации. Вторым метеорологическим условием, определяющим величину испарения, является влагоемкость воздуха, степень его сухости или влажности. Количественно она характеризуется дефицитом влажности, который в свою очередь зависит от температуры воздуха и в меньшей степени от ветра. Разумеется, испарение может происходить только при наличии воды. На суше это условие имеется далеко не везде и не всегда: аридным зонам свойствен дефицит влаги, в гумидных зонах влаги может не хватать в отдельные периоды. В связи с этим в метеорологии выработано понятие об испаряемости. Испаряемость - это максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях, не лимитированное запасами влаги. То же относится к термину «потенциально возможное испарение». Испарение принадлежит к числу важнейших процессов географической оболочки. На него расходуется большая часть солнечного тепла. Скрытая теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации влаги, нагревает атмосферу, и этот источник тепла для атмосферы является основным. Испарившаяся влага поступает на материки и обеспечивает их осадками. При фазовых переходах воды происходит поглощение или выделение тепла, а при циркуляции атмосферы оно перераспределяется. Один из видов испарения--транспирация--участвует в биологических процессах и образовании биологической массы. Климатическое и, особенно, биофизическое значение испаряемости заключается в том, что она показывает иссушающую способность воздуха: чем больше может испариться при ограниченных запасах влаги в почве, тем ярче выражена засушливость. В одних местах это приводит к появлению пустынь, в других - вызывает временные засухи, в-третьих, где испаряемость ничтожна, создаются условия переувлажнения. Испаряемость и испарение отражают и режим осадков, и режим тепла. Соотношение прихода и расхода атмосферной влаги называется атмосферным увлажнением.

26. Радиационный баланс.

Радиационный баланс (R) геосистем описывается уравнением: R = (I + i) (1-А) - (Ез - σЕа), где I - прямая и i - рассеянная солнечная радиация; А - альбедо поверхности; Ез - собственное излучение поверхности; Еа - встречное излучение атмосферы; σ - относительный коэффициент поглощения длинноволновой радиации земной поверхностью. Радиационный баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины радиационного баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество радиационного баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: R + Р + В + LЕ = 0, где R - радиационный баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: R = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Основными методами определения радиационного баланса яв-ся: 1. Фотографический метод - самый первый метод, который позволил А. Беккерелю открыть явление радиоактивности. Основан на воздействии радиоактивного излучения на фоточувствительные материалы (по принципу воздействия световых квантов на фотопластину). Люминесцентный метод обусловлен возникновением свеченияпод влиянием какого-либовоздействия. Возникновение и интенсивность свечения обусловлены накоплением энергии при взаимодействии излучения с веществом. Для регистрации радиоактивного излучения используются сцинтилляционные детекторы различных типов, в которых в результате попадания альфа-, бетта- частиц и гамма-квантов возникают световые вспышки разной интенсивности,продолжительности и т.д., которые регистрируются фотодетектором.

27. Методы определения составляющих радиационного баланса.

Радиационный баланс (R) геосистем описывается уравнением: R = (I + i) (1-А) - (Ез - σЕа), где I - прямая и i - рассеянная солнечная радиация; А - альбедо поверхности; Ез - собственное излучение поверхности; Еа - встречное излучение атмосферы; σ - относительный коэффициент поглощения длинноволновой радиации земной поверхностью. Радиационный баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины радиационного баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество радиационного баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: R + Р + В + LЕ = 0, где R - радиационный баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: R = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Основными методами определения радиационного баланса яв-ся: 1. Фотографический метод - самый первый метод, который позволил А. Беккерелю открыть явление радиоактивности. Основан на воздействии радиоактивного излучения на фоточувствительные материалы (по принципу воздействия световых квантов на фотопластину). Люминесцентный метод обусловлен возникновением свеченияпод влиянием какого-либовоздействия. Возникновение и интенсивность свечения обусловлены накоплением энергии при взаимодействии излучения с веществом. Для регистрации радиоактивного излучения используются сцинтилляционные детекторы различных типов, в которых в результате попадания альфа-, бетта- частиц и гамма-квантов возникают световые вспышки разной интенсивности,продолжительности и т.д., которые регистрируются фотодетектором.

28. Тепловой баланс.

Тепловой баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины теплового баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество теплового баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: T + Р + В + LЕ = 0, где R - тепловой баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: T = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Из методов непосредственного определения составляющих теплового баланса заслуживает внимания идея Айзенштата, который предложил несколько конструкций приборов для измерения составляющих теплового баланса (включая теплообмен деятельной поверхности с атмосферой) методом компенсации. Приборы Айзенштата применялись в нескольких экспедиционных работах, причем были получены интересные результаты. Метод Айзенштата, к сожалению, применим главным образом для определения составляющих баланса деятельной поверхности, лишенной растительного покрова.

29. Способы определения составляющих теплового баланса.

Тепловой баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины теплового баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество теплового баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: T + Р + В + LЕ = 0, где R - тепловой баланс; Р - турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В - поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией. Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: T = L (E + T - C) ± Р ± В ± F ± A, где E - физическое испарение; C - конденсация водяных паров; L - скрытая теплота парообразования; F - затраты тепла на фотосинтез; A - различные адвекции тепла. Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии. Из методов непосредственного определения составляющих теплового баланса заслуживает внимания идея Айзенштата, который предложил несколько конструкций приборов для измерения составляющих теплового баланса (включая теплообмен деятельной поверхности с атмосферой) методом компенсации. Приборы Айзенштата применялись в нескольких экспедиционных работах, причем были получены интересные результаты. Метод Айзенштата, к сожалению, применим главным образом для определения составляющих баланса деятельной поверхности, лишенной растительного покрова.

30. Физические закономерности формирования микроклиматических свойств ландшафтов.

Микроклимат - часть местного климата - различия метеорологических показателей в приземном слое воздуха на небольших участках ландшафта. Микроклимат в основном зависит от рельефа, от лесных насаждений и даже кустарников, от различных построек, различий в увлажнении почвогрунтов и тому подобного.Так, даже в небольших впадинах рельефа бывают весенне-осенние заморозки, от которых избавлены микроповышения. Учет микроклимата имеет существенное значение для размещения культур имелиорации, для выбора мест населенных пунктов и их планировки. Учет микроклиматической неоднородности дает возможность оценить локальный метеорежим с любой степенью подробности, вплоть до отдельных сельскохозяйственных полей, урбанизированных и рекреационнных территорий, биогеоценозов и т.д. Одним из важнейших факторов формирования различных микроклиматов является солнечная радиация. Она обуславливает тепло- и влагообмен, суточной и годовой ход метеорологических элементов, определяет общий приход тепла к деятельной поверхности и микроклиматические различия в её радиационном нагреве. Особо важное значение приобретает оценка изменчивости радиационных показателей в районах, характеризующихся большим разнообразием форм рельефа и резкой пересеченностью местности. Поступление радиационного тепла к деятельной поверхности в условиях сложного рельефа очень сильно меняется на близких расстояниях. Эти различия возникают, в основном, под воздействием двух факторов, одним из которых является перераспределение поступающей солнечной радиации на склонах разной экспозиции и крутизны, другим - влияние закрытости горизонта. Микроклиматические исследования проводятся путем организации густой сети наблюдений на небольших расстояниях хотя бы на короткие промежутки времени. Наблюдения за ветром, температурой и влажностью при этом производятся на разных уровнях над почвой, начиная от нескольких сантиметров. Поскольку с помощью таких наблюдений определяются вертикальные градиенты метеорологических величин в приземном слое воздуха, то сами наблюдения называются градиентными. Для микроклиматических наблюдений применяют переносные походные приборы, в особенности психрометр Ассмана, ручной анемометр, а также электрические термометры и переносные актинометрические приборы. Практикуют микроклиматические съемки с одновременными наблюдениями в ряде точек на местности. Применяют также автомобиль, с которого делаются наблюдения походными приборами в различных точках выбранной трассы или самопишущими приборами непрерывно на всей трассе. Микроклиматические наблюдения невозможно проводить длительно, на протяжении многих лет, в одном и том же месте, как обычные метеорологические наблюдения - это стоило бы непомерно дорого и было бы неудобным. Задача исследования заключается здесь не в определении многолетнего режима, а в выявлении разностей между условиями в различных пунктах исследуемой местности и в сравнении наблюдений в отдельных точках с показаниями опорной, постоянно действующей станции в данном районе.

31. Основные методы исследования микроклиматических свойств ландшафтов.

Микроклимат - часть местного климата - различия метеорологических показателей в приземном слое воздуха на небольших участках ландшафта. Микроклимат в основном зависит от рельефа, от лесных насаждений и даже кустарников, от различных построек, различий в увлажнении почвогрунтов и тому подобного.Так, даже в небольших впадинах рельефа бывают весенне-осенние заморозки, от которых избавлены микроповышения. Учет микроклимата имеет существенное значение для размещения культур имелиорации, для выбора мест населенных пунктов и их планировки. Учет микроклиматической неоднородности дает возможность оценить локальный метеорежим с любой степенью подробности, вплоть до отдельных сельскохозяйственных полей, урбанизированных и рекреационнных территорий, биогеоценозов и т.д. Одним из важнейших факторов формирования различных микроклиматов является солнечная радиация. Она обуславливает тепло- и влагообмен, суточной и годовой ход метеорологических элементов, определяет общий приход тепла к деятельной поверхности и микроклиматические различия в её радиационном нагреве. Особо важное значение приобретает оценка изменчивости радиационных показателей в районах, характеризующихся большим разнообразием форм рельефа и резкой пересеченностью местности. Поступление радиационного тепла к деятельной поверхности в условиях сложного рельефа очень сильно меняется на близких расстояниях. Эти различия возникают, в основном, под воздействием двух факторов, одним из которых является перераспределение поступающей солнечной радиации на склонах разной экспозиции и крутизны, другим - влияние закрытости горизонта. Микроклиматические исследования проводятся путем организации густой сети наблюдений на небольших расстояниях хотя бы на короткие промежутки времени. Наблюдения за ветром, температурой и влажностью при этом производятся на разных уровнях над почвой, начиная от нескольких сантиметров. Поскольку с помощью таких наблюдений определяются вертикальные градиенты метеорологических величин в приземном слое воздуха, то сами наблюдения называются градиентными. Для микроклиматических наблюдений применяют переносные походные приборы, в особенности психрометр Ассмана, ручной анемометр, а также электрические термометры и переносные актинометрические приборы. Практикуют микроклиматические съемки с одновременными наблюдениями в ряде точек на местности. Применяют также автомобиль, с которого делаются наблюдения походными приборами в различных точках выбранной трассы или самопишущими приборами непрерывно на всей трассе. Микроклиматические наблюдения невозможно проводить длительно, на протяжении многих лет, в одном и том же месте, как обычные метеорологические наблюдения - это стоило бы непомерно дорого и было бы неудобным. Задача исследования заключается здесь не в определении многолетнего режима, а в выявлении разностей между условиями в различных пунктах исследуемой местности и в сравнении наблюдений в отдельных точках с показаниями опорной, постоянно действующей станции в данном районе.

32. Турбулентный теплообмен в атмосфере.

Движение воздуха в атмосфере в большинстве случаев имеет турбулентный характер. Турбулентность - явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течениях образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их гидродинамические и термодинамические характеристики (скорость, температура, давление, плотность) испытывают хаотические колебание и потому изменяются от точки к точке и во времени нерегулярно. Турбулентность в атмосфере играет большую роль, так как именно благодаря нему происходят обмен количеством движения и теплотой между атмосферой и океаном (включая, в частности, зарождение ветровых течений и волн в океане), испарение с поверхности океана и суши, вертикальный перенос тепла, влаги, солей, растворённых газов и различных загрязнений, рассеяние и флуктуации амплитуды и фазы звуковых, световых и радиоволн (включая мерцание звёзд, флуктуации радиосигналов космических аппаратов, сверхдальнее телевидение и т.п.). Специфическими особенностями турбулентности в атмосфере являются очень широкий спектр масштабов турбулентных неоднородностей (от мм до тыс. км) и существенное влияние вертикального распределения плотности среды на развитие мелкомасштабной турбулентности. Турбулентный теплообмен подстилающей поверхности с атмосферой зависит от радиационных условий и условий увлажнения. Поэтому наибольшая турбулентная передача тепла осуществляется в тех районах суши, где сочетается большой приток радиации с сухостью воздуха. В основном, это зоны пустынь, где величина его достигает 60 ккал/см2. Малы величины турбулентного теплообмена в высоких широтах обоих полушарий, а также, на океанах. Максимумы годовых величин можно обнаружить в зоне теплых морских течений (более 30 ккал/см2год), где создаются большие разности температур между водой и воздухом. Поэтому наибольшая теплоотдача на океанах происходит в холодную часть года. Тепловой баланс атмосферы определяется поглощением коротковолновой и корпускулярной радиации Солнца, длинноволнового излучения, лучистым и турбулентным теплообменом, адвекцией тепла и др. Данные о приходе и расходе солнечного тепла используются метеорологами для объяснения сложной циркуляции атмосферы и гидросферы, тепло- и влагооборота и многих других процессов и явлений, происходящих в воздушной и водной оболочках Земли.

33. Турбулентный влагообмен.

Как известно, процесс испарения с поверхности жидкости заключается в том, что отдельные молекулы, находящиеся в ее поверхностном слое, движущиеся в направлении к поверхности, обладающие наибольшей кинетической энергией, совершают работу против сил сцепления и вылетают за пределы жидкости. Вследствие беспорядочного характера движения, некоторые из вышедших молекул снова оказываются в сфере действия поверхностного слоя жидкости и возвращаются в него. Всегда имеют место оба эти процесса и в за висимости от того, какой из них преобладает, происходит испарение или конденсация. При равенстве числа молекул, покидающих поверхность , жидкости и входящих в нее, создается динамическое равновесие пара над жидкостью - состояние насыщения; упругость пара в этом случае соответствует максимальной упругости £i при температуре поверхности жидкости t. Насыщенный пар всегда образуется при испарении жидкости в закрытом сосуде. Над открытой поверхностью естественных водоемов происходит свободный горизонтальный и вертикальный перенос пара, и упругость пара е, как правило, убывает по мере удаления от поверхности водое.ма и лишь в отдельных случаях, особенно при поступлении влажного теплого воздуха на относительно более холодную поверхность водоема, упругость пара в приводном слое может даже расти с высотой. Но в очень тонком слое воздуха, непосредственно прилегающем к поверхности воды, где перенос пара ничтожно мал, упругость пара практически равна упругости насыщения, соответствующей температуре поверхности. Молекулы пара, находящиеся в нем, непрерывно диффундируют в направлении убывания их концентрации, а из жидкости в этот слой снова поступают новые молекулы. Естественно, что поток пара зависит от разности между упругостью пара непосредственно у поверхности воды Ei и упругостью пара, содержащегося в воздухе на некотором удалении от нее е. Если Ei - е > О, то происходит перенос пара от поверхности воды в воздух--испарение; если El - е < О, то, наоборот, происходит поступление пара к поверхности- конденсация (сублимация),. При Еу- е = О, когда и на достаточном удалении^ от поверхности воды упругость пара соответствует насыщению, не происходит ни испарения, ни конденсации. Величина dl = El - е является важнейщим фактором, определяющим направление и величину потока пара над поверхностью воды. Ее принято называть дефицитом влажности, рассчитанным по температуре испаряющей поверхности. Не надо путать ее с дефицитом влажности воздуха d = Е - е, где Е - упругость насыщения при температуре воздуха: поскольку температура воздуха t отличается от температуры поверхности воды ti, то я Е ф El. Влияние различных факторов на испарение с водной поверхности в конечном итоге сводится к их влиянию на два основных: El - е й интенсивность вертикального и горизонтельного переноса водяного пара в приводном слое атмосферы. . Таким образом, испарение с поверхности водоемов определяется, главным образом, метеорологическими условиями. Гидрологические факторы - глубина и размеры водоема, течения - влияют непосредственно лищь на температуру поверхности воды, от которой зависит Ei.

34. Теплообмен в почве.

Теплообмен в почве - это процесс обмена теплом между поверхностью почвы и её глубинными слоями. Тесно связан с теплопроводностью, обусловленной разностью температур различных почвенных слоев, и теплоёмкостью почвы. Поток тепла направлен от более нагретых слоев к менее нагретым: летом - в глубь почвы, зимой - к её поверхности. На теплообмен в почве существенно влияют снежный покров, растительность, рельеф (например, глубокий снежный покров из-за своей малой теплопроводности значительно уменьшает потери тепла почвой). Скорость теплообмена существенно зависит от влажности почвы. В сухой почве поры заполнены воздухом (обладает низкой теплопроводностью) и тепло передаётся через точки соприкосновения почвенных частиц между собой: процессы теплообмена протекают медленно. С увеличением влажности теплопроводность почвы увеличивается и скорость теплообмена повышается. Изменения теплообмена наблюдаются и в течение суток: днём поток тепла направлен в глубь почвы, ночью - к поверхности. В годовом теплообмене участвуют слои земли до 10-20 м, в суточном - до 100 см. Знание теплообмена в почве, а также теплообмена между почвой и атмосферой имеет большое значение для разработки мероприятий (тепловых мелиорации), позволяющих регулировать температуру почвы, бороться с заморозками, засухой и суховеями. Тепловой режим почвы - изменение теплового состояния почвы во времени. Главный источник тепла, поступающего в почву, - солнечная радиация. Тепловое состояние почвы определяется теплообменом в системе: приземный слой воздуха - растение - почва - горная порода. Тепловая энергия почвы принимает участие в фазовых переходах почвенной влаги, выделяясь при льдообразовании и конденсации почвенной влаги и расходуясь при таянии льда и испарении. Поступление солнечной радиации на поверхность почвы ослабляется растительностью, а охлаждение почвы зимой - снежным покровом. Скорость и направление теплового потока определяются направлением и величиной градиентов температур и теплоёмкостью, теплопроводностью и температуропроводностью почвы. Численное значение названных свойств (эффективная величина) зависит от влажности, плотности сложения, гранулометрического (механического). Минералогического, химического состава почвы. Тепловой режим почвы обладает вековой, многолетней, годовой и суточной цикличностью, сопряжённой со сменой режимов инсоляции и излучения. В среднем многолетнем выражении годовой баланс тепла данной почвы равен нулю, а среднегодовая температура одинакова во всём её профиле. Суточные колебания температуры почвы охватывают толщу почвы мощностью от 20 см до 1 м. годовые - до 10-20 м. Тепловой режим почвы формируется главным образом под воздействием климатических условий, но имеет и свою специфику, связанную с теплофизическим состоянием как самой почвы, так и подстилающих её пород; особое воздействие на тепловой режим почвы оказывают многолетнемёрзлые породы.

35. Организация градиентных наблюдений.

Градиентные наблюдения служат для изучения микроклимата в различных условиях рельефа и характера подстилающей поверхности, например, микроклимата побережий водохранилищ, различных сельскохозяйственных угодий, лесов, парков и т.д. Участки местности, на которых производятся наблюдения, выбираются в соответствии с задачами практики. Объем работы на каждой точке включает: 1. Производство систематических наблюдений. 2. Первичную обработку результатов наблюдений. 3. Составление сводных таблиц и выборок. 4. Контроль материалов наблюдений. 5. Расчёт составляющих теплового баланса подстилающей поверхности. В программу наблюдений входит: 1. Измерение температуры и влажности воздуха на нескольких уровнях от деятельной поверхности. 2. Измерение скорости ветра на этих же уровнях. 3. Измерение радиационного баланса на уровне 1,5 м. 4. Измерение температуры естественной поверхности почвы и температуры на глубинах 5, 10, 15, 20 см. 5. Наблюдения за облачностью, состоянием диска солнца, осадками, направлением ветра, состоянием деятельной поверхности, высотой растительности, атмосферными явлениями, характером погоды, давлением воздуха, влажностью верхнего слоя почвы (до 20 см). Материалы измерений позволяют определить вертикальные градиенты основных метеорологических элементов и коэффициент турбулентности в приземном слое и составляющие теплового баланса деятельной поверхности. Коэффициент турбулентности количественно характеризует интенсивность вертикального перемешивания в приземном слое. Величина коэффициента турбулентности тем больше, чем больше неровности деятельной поверхности и скорость ветра. Она также существенно зависит от температурной стратификации. При инверсиях турбулентность ослаблена, так как состояние атмосферы устойчивое; при неустойчивом же состоянии атмосферы она усиливается. Количество сроков градиентных наблюдений зависит от задач практики. Обычно наблюдения проводятся через 1-3 часа, при этом обязательно в основные метеорологические сроки по московскому декретному времени. При необходимости время начала и окончания наблюдений может смещаться в пределах 10 - 15 минут. Порядок производства наблюдений при трехкратной повторности отсчетов по психрометрам должен быть следующим: - Осмотреть и установить приборы, определить видимость и атмосферные явления, произвести первый отсчет по анемометрам; Включить анемометры, смочить и завести психрометры; Определить состояние деятельной поверхности, сделать отсчеты по почвенным термометрам и дождемеру; Произвести первый отсчет по психрометрам и их подзавод; Произвести отсчеты по незатененному балансомеру и ветромеру (при отсутствии актинометрических наблюдений); Произвести второй отсчет по психрометрам, вторичное смачивание и подзавод, определить облачность; Выключить анемометры; Произвести третий отсчет по психрометрам и второй - по анемометрам. Определить направление ветра по ветромеру, сделать отсчет по анероиду.

36. Виды почвенной влаги.

Почвенная влага в зависимости от характера взаимосвязей между молекулами воды, твердой и газовой фазами обладает разной подвижностью и свойствами. Почвенная влага подразделяется: - по физическому состоянию на: - твердую, - жидкую, - парообразную. По степени подвижности воды и характеру связи с твердой фазой на: - химически связанную, - твердую, - гигроскопическая (прочносвязанную), - рыхлосвязанную (капиллярная и гравитационная). Химически связанная вода включена в состав твердой фазы почвы. Состоит из гидратной и кристаллогидратной воды. Недоступна растениям, неподвижна в почве, не растворяет минеральные вещества. Твердая вода - вода в форме льда. Образуется при промерзании почвы в осенне-зимний период или находится постоянно на определенной глубине, не оттаивая в летний период, в промерзшей толще почвогрунта. При оттаивании, представляет собой потенциальный запас жидкой и парообразной воды. Парообразная вода - пары воды, находящиеся в почвенном воздухе и достигающая иногда 100%. Подвижна, перемещается из мест с большим давлением водяного пара в места с пониженным давлением и с потоками воздуха. Имеет незначительное влияние на влагообеспеченность растений, практически недоступна растениям. В уплотненных посевах, за счет оттягивания парообразной воды корневой системой растений из прикорневых пустот, играет заметную роль. С понижением температуры и достижением точки росы, конденсирует, переходя в доступной для растений жидкую форму. Гигроскопическая вода - одна из форм физически связанной, или сорбированной воды. Удерживается твердой фазой почвы, преимущественно коллоидными частицами за счет сорбционных сил. Она образует тонкий слой водной пленки толщиной 1-3 молекулы вокруг почвенных частиц. Сорбционные силы возникают в результате того, что часть молекулы воды (со стороны атома кислорода) заряжена отрицательно, тогда как другая (со стороны атомов водорода) - положительно. Такая форма заряда называется диполем. Молекулы воды благодаря строгой ориентации диполей притягивается к почвенным частицам и удерживаются ими. Рыхлосвязанная вода - вторая форма физически связанной воды, также называемая пленочной. Образуется благодаря дополнительной сорбции молекул воды к коллоидным частицам почвы. В отличии от гигроскопической воды, образующейся в атмосфере насыщенных водяных паров, рыхлосвязанная вода сорбируется коллоидными частицами из жидкой фазы, за счет сорбционных сил, достаточных для её удержания. Рыхлосвязанная вода малоподвижна и малодоступна растениям. Капиллярная вода - вода, находящаяся в капельно-жидком состоянии в капиллярах почвы и удерживаемая капиллярными силами. Подразделяется на капиллярно-повешенную, то есть поступившую в почву из верхних слоев за счет осадков или оросительных вод, и капиллярно-подпертую, поднимающуюся под действием капиллярных сил от грунтовых вод. Между слоями увлажненных за счет капиллярно-подвешенной и капиллярно-подпертой воды находится промежуток сухой почвы, называемый капиллярной каймой. Гравитационная вода - несвязанная с почвой жидкая фаза воды, занимающая крупные некапиллярные пустоты между агрегатами почвы. Свободно передвигается за счет силы тяжести.

37. Определение влажности почвы.

Основным показателем содержания влаги в почве является ее влажность. Под влажностью почвы понимают содержание влаги в почве, выраженное в процентах к массе абсолютно сухой почвы или к единице объема. Все методы определения влажности делятся на две группы. Первая включает взятие почвенных образцов в поле и определение в них влажности в лаборатории. Вторая - косвенная, с помощью различных приборов, установленных непосредственно в почве при естественном ее залегании. К ним относятся: радиометрический, электрометрический, тензиаметрический, фоторефлек-тометрический и т.д. Основным методом определения влажности является термостатно-весовой. По этому методу специальным буром производят отбор проб почвы через определенный интервал глубины (обычно через 10 см). Они изготавливаются в двух модификациях: трубчатые и сверлильные, которые имеют определенные недостатки и преимущества. Основной недостаток трубчатых буров - трудность погружения их в почву на большую глубину, особенно при низкой влажности, а сверлильных - перемешивают почву, которая трудно удерживается в буре. Последние широко используются в засушливых зонах. Они отличаются сравнительной мягкостью погружения в почву на значительную глубину. Достоинством трубчатых буров является то, что они, не нарушая естественного сложения почвы, обеспечивают большую достоверность результатов для каждой глубины. Следует отметить, что взятые образцы влажной почвы должны быть немедленно герметезированы и как можно быстрее взвешены. Для этого из нижней трети бурового стакана почву переносят в алюминиевые стаканчики и закрывают крышками. В таком виде их быстро доставляют в лабораторию или же взвешивают непосредственно в поле с точностью до 0,01 г. Перед взятием пробы записывают номер стаканчика и его массу в соответствии с глубиной взятия образца. После взвешивания стаканчики с влажной почвой в открытом состоянии ставят в термостат, и при температуре 105ºС пробы почвы высушивают до постоянной массы. Первое взвешивание производится по истечении 6 часов сушки, повторное - после двухчасовой контрольной сушки. При этом достигается высокая точность, но требуется много времени. Поэтому при проведении массовых определений влажности почвы можно пользоваться методом ускоренной сушки при температуре 150оС в течение 4 часов с последующим досушиванием продолжительностью в 1 час. Влажность почвы вычисляют в процентах от объема почвы: P = W d, где Р - влажность почвы в % от объема почвы; W - влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы; d - объемная масса почвы, г/см3.

38. Элементарные структурно-функциональные части ПТК и их основные свойства.

Под ПТК обычно понимается закономерное сочетание природных, географических компонентов (земной коры, рельефа, воды, воздушных масс, сообществ живых организмов), образующих целостную материальную систему - комплекс. Природно-территориальные комплексы бывают разных рангов. Элементарные ПТК называются фациями. На всем протяжении фации сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз. Фации объединяются в более крупные морфологические единицы - урочища, местности. Урочища - это закономерно построенная система генетически, динамически и территориально связанных фаций; обычно урочище формируется на основе какой-либо формы, мезорельефа. Урочища и местности, в свою очередь, образуют ландшафты - генетически однородные природно-территориальные комплексы, имеющие одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ. Элементарные структурно-функциональные части могут перемещаться в пространстве, увеличиваться или уменьшаться в своем количестве, т. е. быть активными; не перемещаться в пространстве и не изменяться в своем количестве (в доступных для измерения пределах), но принимать участие в процессах функционирования ПТК и, таким образом, быть стабильными (пассивными) и не принимать или почти не принимать (все в природе взаимосвязано в той или иной степени) участия в функционировании в данном состоянии ПТК, т. е. быть инертными. Одни и те же структурно-функциональные части могут быть и инертными, и стабильными, и активными, если их рассматривать в разные отрезки времени. Одной из основных характеристик структурно-функциональных частей ПТК является их плотность, которая, соотнесенная с занимаемым объемом, обусловливает количество вещества, их массу. Это вещество может находиться в различном агрегатном состоянии, поэтому в географии широко употребляются такие понятия, как «воздушная масса», «фитомасса», «зоомасса». Можно, по аналогии, добавить - «педомасса» (органоминеральная часть почвы), «литомасса» (горные породы и скелетный материал почвы), «мортмасса» (отмершее вещество органического происхождения). Вместо воздушных и водных масс лучше употреблять соответственно термины аэромассы и гидромассы, подразумевая под ними газы и воды конкретных ПТК.

39. Как определяется коэффициент турбулентности в атмосфере.

Движения жидкости и газа разделяют на ламинарные и турбулентные. Ламинарные движения это спокойные, упорядоченные движения, при которых траектории отдельных небольших масс - частиц жидкости (газа) являются плавнымилиниями и не пересекают друг друга. При ламинарномдвижении взаимодействие между соседними слоями потокаможет происходить лишь путем диффузии молекул.Турбулентными движениями называются такие, при кторых траектории отдельных частиц различны, носят хаотический, случайный характер и не совпадают с направлениемдвижения всего потока. Эти частицы могут перемещатьсявнутри общего потока с различными скоростями в разнообразных направлениях, в том числе перпендикулярном идаже обратном направлению перемещения всего потокав целом. В результате в каждой фиксированной точке скорость движения непрерывно меняет свою величину и направление, или, как принято говорить, «пульсирует». В настоящее время предложен ряд методов для вычисления коэффициента турбулентности в приземном слое атмосферы, основанных на разных принципах. Наиболее точным из них является метод структурных наблюдений. Он заключается в том, что с помощью очень малоинерционных приборов производится непрерывная запись метеорологических элементов, отражающая их быстрые колебания во времени, обусловленные атмосферной турбулентностью. По этим, записям можно определить турбулентные пульсации метеоэлементов, т, е. отклонения отдельных мгновенных значений от средних за данный промежуток времени, например пульсации температуры Т или упругости пара е'. Если одновременно измерены вертикальные пульсации скорости ветра ш', то масса воздуха, протекающая в вертикальном направлении через единицу поверхности в единицу времени в результате турбулентного перемещивания, равна сумме плотности воздуха и среднему за это время значение вертикальной пульсации ветра. Следовательно, вертикальные турбулентные потоки переносимого при этом тепла и водяного пара могут быть выражены в среднем из произведений одновременных пульсаций ветра и пульсаций теплосодержания. Вертикальные турбулентные потоки тепла или водяного пара могут быть также выражены через коэффициент турбулентности k и вертикальныег радиенты среднего тепло- и влагосодержания 1 г воздуха. Таким образом, измерив вертикальные турбулентныепульсации и средний вертикальный градиент метеоэлементов, можно найти коэффициент турбулентности. Структурные методы требуют очень сложной и дорогостоящей аппаратуры и не могут быть широко распространены.

40. Трансформация солнечной энергии.

Трансформация солнечного излучения в природно - территориальном комплексе включает в себя процессы рассеивания энергии в виде солнечной радиации, тепла, преобразования в химическую и механическую энергию структурно-функциональных частей ландшафта. Трансформация солнечной энергии в ландшафте: С-суммарная солнечная радиация; Се - тепловое излучение; Са - отраженная радиация; Сr - радиационный баланс; Сh- испарение воды; Cf - энергия на фотосинтез; Ср - энергия фитомассы; Сdp - энергия на жизнедеятельность растений; Cz- энергия зоомассы; Cdz - энергия на жизнедеятельность зоомассы; Cm - энергия мортомассы; Cdm - энергия на жизнедеятельность редуцентов; Cs - энергия педомассы. Суммарная солнечная радиация (С ) - это та часть солнечного излучения, которая достигает земной поверхности. Ее годичная величина меняется в широких пределах от 334×104 кДж/м2×год (Арктика) до 836×104 кДж/м2×год (Сахара, Аравийский полуостров, Австралия) [ 18 ]. Около половины от суммарной солнечной радиации составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР). Это та часть энергии солнечного излучения, которая может быть трансформирована зелеными растениями в химическую энергию молекул живого вещества. В результате рассеивания и отражения солнечного излучения структурами ландшафта фактическая энергия солнечного излучения, используемая в ландшафте несколько ниже. Эта часть солнечного излучения носит название радиационного баланса ландшафта Сr : Сr = С - Се - Са , где Се - тепловое излучение ландшафта; Са - отраженная радиация. Для различных типов ландшафтов средние годовые значения Сr меняются в широких пределах: арктические пустыни 42 ×104 кДж/м2 тундра 84 ×104 кДж/м2 тайга 125 ×104 кДж/м2 леса умеренного пояса 167 ×104 кДж/м2 субтропики 209 - 225 ×104 кДж/м2 тропические леса 251 - 334 ×104 кДж/м2. Значительная часть энергетического потенциала радиационного баланса расходуется в ландшафте на испарение воды. Этот процесс представляет собой трансформацию солнечной энергии в механическую энергию части гидромасс, которые в виде пара поднимаются в атмосферу и, конденсируясь, в форме выпадающих атмосферных осадков являются источником механической энергии для переноса вещества в водных потоках. Остальная часть солнечной энергии Сfзатрачивается на процессы жизнедеятельности растений Сdp и запасается в виде химической энергии молекул фитомассы Ср, образующейся в процессе фотосинтеза. Причем, основное количество энергии затрачивается на прoцессы жизнедеятельности, максимальное количество солнечной энергии ( для условий тропического леса), идущее на образование фитомассы, составляет только 3.5% от Cf. На этой стадии преобразование солнечной энергии заканчивается и начинается ее использование в различных биогеохимических процессах, обеспечивающих функционирование экологической системы и постоянный круговорот химических элементов в ландшафте.

41. Основные этапы развития науки о геохимии ландшафта.

Основы этой науки и были разработаны в конце 19 столетия Докучаевым в виде учения о зонах природы, в нашу эпоху превратившегося в науку о ландшафтах. Эта наука создавалась представителями различных отраслей естествознания, но как бы ни складывалась их научная судьба, с какой бы отраслью науки они официально ни были связаны в начале своего творчества, в дальнейшем разными путями они приходили к выводу о необходимости изучения связей между отдельными явлениями природы и земной поверхности как единого целого. Это явилось результатом не только субъективных способностей к научному обобщению, но и следствием объективной необходимости возникновения науки о ландшафтах, подготовленного всем предшествующим развитием естествознания, а также практической потребностью в этой науке. Среди учеников Докучаева в Петербургском университете был и будущий основоположник геохимии Вернадский. Таким образом, и геохимия, и наука о ландшафтах в России родились в одной научной Докучаевской школе. Полыновский этап - это время становления геохимии ландшафта - конец 20-х - начало 50-х годов. Детальное химическое изучение почвенных процессов всегда составляло одну из важных задач почвоведения, поэтому оно ближе всего стоит к геохимии ландшафта. Как и многие ученые, Полынов пришел к изучению ландшафтов от докучаевского почвоведения. В начале это были почвенно- географические исследования, которые, однако, скоро перестали удовлетворять ученого. Он стал искать новые пути в изучении ландшафтов и нашел их в геохимии. В 30-х годах Полынов приступил к разработке учения о ландшафтах на геохимической основе. Им установлено понятие "геохимический ландшафт", дана геохимическая характеристика влажных субтропиков, зоны смешанных лесов, черноземных степей и, что самое главное, разработана методология нового научного направления, сформулированы его задачи, намечены оригинальные методы исследования. Методологию геохимии ландшафта Полынов построил на сочетании докучаевского учения о зонах природы с учением Вернадского о геохимической роли живого вещества и представлениями Ферсмана и Гольдшмидта о законах физико-химической миграции элементов в земной коре. В 1951 г. на географическом факультете МГУ Перельман впервые прочитал курс "Геохимия ландшафта", в 1955 г. была опубликована его монография, в которой систематически излагались основы этого научного направления. В 1959 г. на факультете была создана кафедра, ныне носящая название "Геохимии ландшафтов и географии почв". С начала 60-х годов начался быстрый рост геохимии ландшафта, использование теории и методов этой науки в практике, особенно при геохимических поисках рудных месторождений. Если в 50-х годах имелось лишь несколько научных центров, где проводились исследования в данном направлении, то в 70-е годы работы по геохимии ландшафта уже велись десятками научных и производственных организаций во многих городах СССР.

42. Элементарный ландшафт и его основные типы (по Б.Б. Полынову).

По условиям миграции химических элементов Б.Б. Полынов выделил три основных элементарных ландшафта: элювиальный, супераквальный (надводный) и субаквальный (подводный). Элювиальный ландшафтприурочен к плоским водоразделам с глубоким залеганием грунтовых вод, не оказывающих заметного влияния на биологический круговорот вещества. Вещество и энергия в этом случае поступают из атмосферы и через атмосферу. Характерны прямые нисходящие водные связи. В элювиальных почвах происходит вмывание растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов. Каким бы плоским ни был водораздел, все же с него возможен смыв, в связи с чем в ходе своей истории почва постепенно теряет верхнюю часть горизонта А и почвообразовательные процессы глубже проникают в подстилающую породу. По образному выражению Б. Б. Полынова, “водораздельные почвы как бы разъедают эти водоразделы и снижают их превышение над базисом эрозии”. Если формирование ландшафтов продолжается в течение геологически длительного времени и вынос протекает непрерывно, то под почвой образуется мощная кора выветривания различного типа (латеритная, красноземная, каолиновая и т.д.). Элювиальные условия определяют жизненные формы организмов и их видовой состав. Надводные (супераквальные) элементарные ландшафты отличаются близким залеганием грунтовых вод. Последние оказывают существенное влияние на ландшафт, т.к. поставляют различные вещества, вымытые из коры выветривания и почв водоразделов. В супераквальных ландшафтах возможно значительное накопление химических элементов, обладающих наибольшей миграционной способностью. Примером супераквальных ландшафтов служат солончаки с аккумуляциями сульфатов, соды, хлоридов, нитратов и других солей. Поступление извне ряда химических соединений оказывает глубокое влияние на интенсивность и направление химических реакций, на внешние формы, анатомию и физиологию организмов, их общую массу. В супераквальных ландшафтах преобладают обратные водные связи. Для субаквальных (подводных) элементарных ландшафтов характерен принос материала с твердым и жидким боковым стоком: речной или озерный ил растет снизу вверх и может быть не связан с подстилающей породой. В субаквальных ландшафтах наблюдаются особые жизненные формы растений и животных и местами особые систематические группы. В водоемы поступают химические элементы с прилегающих водосборов, в первую очередь наиболее подвижные элементы, накопление которых типично для субаквальных ландшафтов. Местами поступает избыточное количество растворимых соединений, с которыми организмам приходится вести борьбу. Условия разложения остатков растений и животных в элювиальных и надводных ландшафтах различны; различны и получающиеся продукты (например, гумус и сапропель). Характерны обратные водные связи (положительные и отрицательные).

43. Геохимическое сопряжение и геохимический ландшафт.

Сопряжение в ландшафте - это характерный для каждого геохимического ландшафта тип обмена веществ (миграции элементов). Различают геохимические ландшафты с совершенным и несовершенным сопряжением. При совершенном сопряжении в геохимическом ландшафте почвенно- грунтовые воды участвуют в переносе химических элементов из элювиальных ландшафтов в подчиненные. Породы монолитные (песчаные породы Полесья и др.). Несовершенное сопряжение: кора выветривания гетеролитная по вертикальному или горизонтальному профилю; грунтовые воды залегают глубоко и не участвуют в переносе химических элементов. Геохимический ландшафт - это парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. Характерное для каждого геохимического ландшафта закономерное сочетание элементарных ландшафтов называется его геохимическим сопряжением. Природные системы с однонаправленными потоками вещества называют каскадными системами . Наиболее целостным проявлением свойств каскадной системы обладают системы водосборных бассейнов. Каскадные ландшафтно-геохимические системы - это парагенетические ассоциации сопряженных элементарных ландшафтов, целостность которых определяется потоками вещества от верхних гипсометрических уровней рельефа к нижним. Наиболее простой каскадной системой является геохимическое сопряжение элементарных ландшафтов насклоне - катена. Катена - сопряженный ряд геосистем, сменяющих друг друга от местного водораздела к местному базису эрозии, связанных между собой миграцией вещества (энерго-массо-обменом). Части звеньев, приуроченные к разным элементам форм мезорельефа (вершинным поверхностям холмов, склонам, депрессиям), соответствуют подурочищам. Для урочищ и местностей, принятых в ландшафтоведении, в геохимии ландшафта нет аналогов, но сам термин местность употреблялся для обозначения большей или меньшей территории, на которой наблюдается закономерное повторение определенных ландшафтных катен. В современной литературе это просто геохимические ландшафты, среди которых различают простые и сложные. Простые состоят из одинаковых звеньев и формируются на породах однородного состава в условиях слаборасчлененного рельефа. Сложные состоят из разных звеньев и формируются на породах различных по составу в условиях сильно расчлененного рельефа. Следующей системой по уровню сложности является водосборный бассейн. Обычно число видов катен в водосборных системах первого порядка составляет 3-7. Наиболее крупная каскадная система - континент-океан. Если в подчиненные элементарные ландшафты поступают элементы только из автономных ландшафтов своей катены, то они называют автохтонными (геохимически подчиненными). Если элементы поступают также из автономных ландшафтов других катен - аллохтонными (слабо подчиненными).

44. Методология геохимии, методы.

Достоинствами геохимических методов являются большие возможности использования их на разных стадиях геологоразведочного процесса и в широких диапазонах ландшафтно-климатических обстановок, обнаженности и расчлененности рельефа изучаемых регионов, а также объективность, высокая информативность и оперативность исследований. Методы позволяют быстро определять весьма низкие концентрации химических элементов в любых природных материалах по большому числу проб и выявлять аномальные участки с повышенными содержаниями полезных компонентов. На выявлении и оконтуривании таких рудных аномалий, выявляющих ореолы рассеяния металлов коренных месторождений, и основаны геохимические методы поисков. В зависимости от типов ореолов рассеяния элементов выделяются такие геохимические методы поисков как литохимический, гидрохимический, биохимический и атмохимический. Среди них важнейшее значение в практике работ имеет литохимический метод поисков, позволяющий производить оценку рудоносных структур на количественной основе. Литохимический метод использует первичные и вторичные ореолы рассеяния химических элементов в горных породах. Задача сводится к тому, чтобы на фоне среднего содержания элемента для района выявить аномальные участки с повышенными параметрами рассеяния элемента. Сущность метода состоит в систематическом опробовании пород с целью определения в них содержания рудных элементов и выявления характера и формы ореолов и потоков рассеяния. На основе изучения ореолов рассеяния элементов с учетом геологической, минерагенической и геоморфологической обстановки выявляются участки, перспективные на выявление коренных месторождений полезных ископаемых. Гидрохимический метод поисков оруденения основан на изучении гидрохимических ореолов рассеяния рудного вещества эндогенных месторождений полезных ископаемых. Гидрохимические методы применяются при мелко-, средне- и крупномасштабных и детальных поисковых работах, реже при оценочных и разведочных стадиях. Эффективность гидрохимических исследований определяется высокой площадной представительностью гидрохимической пробы, простотой операции, низкой стоимостью и возможностью получить результаты уже в период полевых работ. Биохимический метод поисков базируется на изучении биохимических ореолов рассеяния рудных элементов. Метод включает отбор растительных проб, их озоление, анализ золы, обобщение и интерпретацию получаемых результатов. Систематическому опробованию территорий предшествуют экспериментальные исследования, направленные на выяснение того какие части растений в данном регионе оказываются концентраторами металлов - листья, концы веток, кора дерева, корни. Затем растительность на изучаемой территории опробуется по прямоугольной или квадратной сети в масштабе поисковых работ. Атмохимические (газовые) методы поисков основаны на изучении распределения газовых компонентов в подземной и приземной атмосфере с целью выявления ореолов рассеяния рудных элементов и элементов-индикаторов месторождений полезных ископаемых. В настоящее время накоплен значительный опыт применения этих методов для поисков месторождений нефти, газа, каменных и бурых углей, ртути, радиоактивных и других руд.

45. Сопряженный анализ.

Сопряженный анализ - это специфический метод исследования в геохимии ландшафта, заключающийся в одновременном изучении химического состава всех компонентов ландшафта (горных пород, коры выветривания, поверхностных и подземных вод, почв, растительности) и в последующем сравнении полученных результатов между собой как в пределах одного элементарного ландшафта, так и смежных с ним. Глазовская считает, что это определение включает два взаимосвязанных аспекта в комплексных физико-географических исследованиях: 1) сопряженный анализ гомогенного ПТК - фации, при котором основное внимание уделяется изучению радиальной миграции по вертикальному профилю ПТК; 2) сопоставление вертикальных геохимических профилей фации, образующих сопряженные ряды в пространственной структуре более сложного гетерогенного ПТК, т.е. изучение латеральной (или, весьма условно, горизонтальной) миграции от автономных ПТК к подчиненным. Под радиальной (или вертикальной) миграцией подразумевается перемещение веществ от земной поверхности в глубь почвен-ного профиля и далее. Латеральной (горизонтальной или боковой) миграцией называют два разных процесса: 1) перемещение {чаще всего сток) веществ по земной поверхности из одного ПТК в другой, что может происходить гораздо быстрее вертикального просачивания; 2) диффузное движение капиллярных и пленочных вод в почвах, которое намного медленнее радиальной миграции. Во избежание путаницы следует каждый раз оговаривать, о какой латеральной миграции идет речь. В.В.Добровольский (1989) обращает внимание на принципиально различный характер геохимических сопряжений в условиях мезо- и микрорельефа. Если в первом случае ярко выражена односторонняя направленность миграционных потоков, то во втором - направленность двусторонняя. Химические элементы, мигрирующие с поверхностным стоком в западины, вмываются с фильтрующимися водами и частично обогащают почву. Вместе с тем быстрое иссушение микроповышений вызывает энергичное подтягивание вод по капиллярам. При этом почвенные воды микрозападин поступают в почвы микроповышений и, в свою очередь, приносят определенные химические соединения. Мы можем констатировать, что в первом случае четко выделяются автономные и подчиненные природные комплексы, а во втором такого полного соподчинения нет. Сопряженный анализ выявляет характерные для элементарных ПТК химические элементы и позволяет проследить их миграцию внутри комплекса (радиальную) и от одного комплекса к другому (латеральную). С его помощью можно получить различные коэффициенты, в том числе наиболее важные - водной миграции и биологического поглощения. Повторные исследования одних и тех же ПТК в полустационарных или стационарных условиях позволя-: ют выявить тенденцию изменения ПТК во времени.

46. Распространенность химических элементов в земной коре, атмосфере и гидросфере.

Одна из основных теоретических проблем геохимии - распространенность химических элементов в системе или средний химический состав системы. Исследования среднего химического состава Земли проводились еще в 19 веке. Системно такие исследования стал проводить американский ученый Кларк. Проведя более 6000 исследований, в 1924 г. он опубликовал сводку, содержащую 50 элементов. В честь этого ученого было предложено термином «Кларк» обозначать среднее содержание химического элемента в земной коре, какой-либо ее части, Земле, планетах и других космических объектах. Кларки земной коры рассчитаны исходя из предположения, что земная кора на 2/3 состоит из кислых пород, на 1/3 - из основных. Кларки измеряются в %, весовых или объемных. Анализ особенностей среднего химического состава земной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы показал, что химические элементы распределены в оболочках Земли крайне неравномерно. В земной коре такие элементы, как O, Si, Al, Fe имеют кларки 47, 29,5, 8,05 и 4,65%. В атмосфере выделяются N - 75,31, O - 23,01, Ar - 1,28, CO2 - 0,04. В гидросфере - O (85,77), H (10,73), Cl (1,93), Na (1,03)%. Анализируя распространенность химических элементов в земной коре, можно сделать следующие выводы. 1. Содержание химических элементов в земной коре очень неодинаково. 2. Наиболее распространенными являются элементы с небольшими порядковыми номерами (и соответственно малыми атомными весами). С увеличением порядкового номера распространенность убывает. Первые 26 элементов составляют 99,74% всей земной коры. 3. Очень легкие элементы - литий, бериллий, бор и отчасти углерод обладают очень малой распространенностью (в %): Li 0,0065; Be 0,00035; B 0,0003; C 0,0320. Это объясняется тем, что перечисленные элементы в космическую стадию послужили ядерным горючим. Из тяжелых элементов (атомный вес ≥ 119) повышенную распространенность имеют Ba, La, Ce, Nd, Gd, Pb. 4. Элементы с четными порядковыми номерами более распространены (86% по весу), чем с нечетными (14% по весу) (закон Оддо и Харкинса). Четные элементы обычно более распространены, чем их нечетные соседи. Это особенно хорошо проявлено в группе редкоземельных элементов. Однако на кривой кларков имеются исключения (порядковые номера в скобках): As(33) более распространен, чем Ge(32) и Se(34), Br(35) - чем Se(34) и Kr(36) и Li(3) более распространен, чем Не(2) и Ве(4). 5. Некоторые аномально повышенные кларки элементов объясняются их предысторией. Так например, относительно очень высокое содержание свинца объясняется тем, что он состоит не только из атомов "первозданного" свинца, но и из атомов свинца, образовавшихся в результате радиоактивного распада урана (свинец 206 и свинец 207) и тория (свинец 208).

47. Кларки. Редкие и типоморфные элементы.

Для характеристики среднего содержания элементов в земной коре используется понятие “кларк” - термин, предложенный академиком Ферсманом в честь ученого Кларка, впервые оценившего среднее содержание 10 породообразующих элементов в земной коре. Менее глобальные оценки рекомендуется именовать просто средним содержанием или, по предложению Беуса, региональными и локальными параметрами. Кларки - необходимый инструмент прогнозно-минерагенических и поисковых геохимических исследований. Проблема оценки кларков редких и рассеянных элементов в геохимии по-прежнему остается одной из наиболее сложных и актуальных задач. Сложность ее решения заключается не только в сложности анализа этих элементов в породах с низким их содержанием в большинстве пород, но и в сложности учета массы и разнообразия всех типов горных пород, участвующих в строении литосферы. Для оценки кларка применяется несколько методов: 1. Наиболее обоснован и часто применяется метод расчета кларка как средневзвешенной величины средних содержаний по типам пород. При этом необходимо квалифицированно решить три задачи: -оценить достоверно доли масс участвующих в расчете горных пород; -надежно оценить среднее содержание расчетных элементов в каждом типе пород; -определить точность оценки кларка. 2. Метод баланса, основанный на представлении о том, что валовый состав осадочных и магматических пород идентичен, так как первые есть продукт разрушения вторых. Здесь решаются те же задачи, что и в первом случае. 3. Метод средней пробы, когда кларк определяется из расчета среднего из группы конкретных проб, отобранных из пород, которые рассматриваются как некая средняя проба для Земной коры. В качестве такой пробы рассматриваются ледниковые отложения или глубоководные глины. Различия в кларках приводят к тому, что химическое сходство элементов отнюдь не означает их “геохимическое сходство”. Так, например, у Na кларк высокий (2,50), поэтому его много в ландшафтах. Солончаки, соляные озера - это “натриевые ландшафты”, т.к. Nа определяет геохимическое своеобразие ландшафта, физико-химические условия среды, т.е. является типоморфным. Цезий (Cs) в химическом отношении похож на Na, но его кларк мал и влияние на геохимические особенности ландшафта невелико. Он не определяет физико-химических условий среды и мигрирует в той обстановке, которая создана типоморфными элементами. Если бы у Cs кларк был, как у Na, то его роль в ландшафте была бы так же велика, он был бы типоморфным. Следовательно, химические элементы с низкими кларками не могут быть типоморфными из-за малых концентраций в системах - они вынуждены мигрировать в той обстановке, которую создают типоморфные элементы. Редкие элементы в местах их концентрации становятся ведущими, например, в месторождениях урана, молибдена и т.д. Но ведущее значение элемента зависит не только от его кларка и концентрации в данной системе. Важно, чтобы элемент мигрировал и накапливался.

48. Факторы и виды миграции.

Миграция - это процесс перемещения химических элементов в пространстве и во времени, приводящий к их концентрации или рассеянию. Факторы миграции подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние факторы миграции определяются строением атомов. От них зависит способность элементов давать летучие, растворимые или инертные формы. К ним относятся: -электростатические свойства ионов: ионный потенциал - отношение заряда иона к его радиусу, энергетический коэффициент ионов; свойства связи соединений, включая строение кристаллической решетки (определяют способность соединения противостоять разрушению); -химические свойства соединений (это уже с учётом условий среды - например, более высокой устойчивости кислородных соединений в большинстве гипергенных обстановок); -гравитационные свойства атомов (проявляются при кристаллизации, седиментации, выветривании); -радиоактивные свойства. Внешние факторы миграции - ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных химических (окислительно-восстановительных, щёлочно-кислотных) обстановках: температура (в целом повышение ускоряет физико-химическую миграцию, а для некоторых видов миграции, например, биогенной, нужны определённые диапазоны температур); -давление (повышение давления в равновесной системе приводит к изменению системы в сторону уменьшения объёма); -степень электролитической диссоциации (зависит от соотношения свойств растворителя и растворяемого вещества, температуры раствора и его концентрации); -концентрация водородных ионов, определяющая кислотность-щёлочность среды (pH); -окислительно-восстановительный потенциал; -поверхностные силы коллоидных систем (определяют масштабы селективной сорбционности). Результат миграции - это рассеяние и концентрация химических элементов. Виды миграции - выделяются в соответствии с различными уровнями организации вещества. Выделяются механическая, физико-химическая, биогенная и техногенная миграция. Механическая: перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц, их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса (водного потока, ветра и т.д.). Физико-химическая: подчиняется физическим и химическим законам. Процессы диффузии, растворения, осаждения, плавления, кристаллизации, сорбции, десорбции и т.д. Подвиды - ионная миграция (в растворах), коллоидная, газовая и др. Биогенная: определяется деятельностью организмов. Взаимодействие между живым веществом и инертной материей Земли происходит в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой. Именно процессы массобмена элементов объективно характеризуют геохимическую деятельность организмов. Подобные закономерные процессы миграции химических элементов, осуществляемые не под воздействием геологических факторов, а в результате жизнедеятельности организмов были названы В.И. Вернадским биогеохимическими. Здесь учёт лишь химических свойств элементов недостаточен. Здесь значительно большую роль приобретают информационные процессы (иногда не вполне корректно утверждают, что они только на этом уровне и появляются; но Вы уже знаете, что информация и управление существуют на всех уровнях организации вещества, только на добиологических уровнях их сложность и значение несравнимо ниже). Техногенная: связана с деятельностью человека. Освоение сырьевых ресурсов, хозяйственное использование сырья, значительные по масштабам перемещения вещества, создание веществ, не существующих в природе.

49. Концентрация и рассеяние химических элементов.

Миграция приводит к значительному перераспределению элементов и их содержание в почвах, коре выветривания, водах и организмах как правило отличается от кларка. Степень этого отличия определяется кларком концентрации (КК) - отношением содержания данного элемента в конкретном природном объекте к кларку литосферы. Наибольшие значения КК характерны для ртути и сурьмы, содержание которых в месторождениях может быть выше кларка в сотни тысяч раз, несколько ниже КК для золота, олова, вольфрама (10 000-100 000). У таких элементов, как железо, магний, калий КК не превышает 10-100. Таким образом, зная кларк и КК можно представить, в каких пределах будет встречаться элемент в ландшафте. Иногда определяют обратную величину - кларк рассеяния (КР). - отношение кларка элемента в литосфере к его содержанию в данном природном объекте. При резком изменении геохимических характеристик среды, интенсивность миграции некоторых элементов может значительно уменьшится и на небольшой площади происходит их концентрация. Такие участки называются геохимическими барьерами. Они возникают в зонах разломов, в местах разгрузки подземных вод, на границах пород различного состава, на границах почвенных горизонтов, у подножия склонов. Обычно на геохимическом барьере происходит концентрация целого комплекса элементов, образующих парагенную ассоциацию. Например: на испарительных барьерах в степях и пустынях концентрируются кальций, натрий, магний, фтор, сера, хлор, рубидий, цинк, никель, кобальт, свинец, уран, мышьяк, молибден, ртуть, радии. По обнаруженной парагенной ассоциации можно установить и тип барьера: механический, физико-химический, биогеохимический, техногенный. Механические барьеры - участки резкогоуменьшения интенсивности механической миграции. Физико-химические барьеры - участки резкогоуменьшения физико-химической миграции. Биогеохимические барьеры -связаны с уменьшением биогенноймиграции (угольные залежи, торф). Техногенные барьеры - участки, где происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и, как следствие, концентрирование элементов и соединений.

50. Геохимические барьеры.

Границы между разными геохимическими обстановками называются геохимическими барьерами. По направленности миграционного потока различают барьеры радиальные и латеральные, которые, в свою очередь, по способу переноса веществ подразделяются на диффузные и инфилыпрационные (первые более характерны для аквальных комплексов). Различают макро-, мезо- и микробарьеры. Барьеры в почвах относятся к радиальным микробарьерам, ширина их (мощность) измеряется сантиметрами или даже миллиметрами. Ширина переходной полосы от природных комплексов нормального увлажнения к типичному болоту носит латеральный характер и может измеряться десятками и сотнями метров; это уже мезобарьеры. Типичный аквальный макробарьер, а также латеральный - устье крупной реки, впадающей в море (или океан), и прибрежная акватория. Здесь происходит смешение пресных и соленых вод и ширина барьера может составлять многие сотни и тысячи метров. По изменению типов миграции элементов А. И. Перельман выделяет следующие типы барьеров: 1) природные {механические, физико-химические, биохимические); 2) техногенные. В ландшафтных исследованиях, также как и в геохимии ландшафтов, наибольшее внимание уделяется физико-химическим барьерам. Среди физико-химических барьеров А. И. Перельман выделяет десять основных классов: А - кислородный, возникающий при резкой смене восстановительной среды на окислительную; В - сероводородный или С - глеевый при смене окислительной среды на восстановительную; Д - щелочной при резком повышении рН; Е - кислый при резком понижении рН; F - испарительный; G - сорбционный; Н - термодинамический; J - сульфатный; К - карбонатный. В почвенных разрезах барьеры часто четко прослеживаются по смене состава и окраски горизонтов, по скоплению новообразований. Так, в дерново-подзолистых почвах органическая подстилка является биохимическим барьером на переходе от растительного покрова к минерально-органическому гумусовому горизонту серого или даже темно-серого цвета. Гумусовый горизонт, в свою очередь, более или менее постепенно переходит в подзолистый горизонт (вымывания или выщелачивания), обычно белесого цвета и более легкого механического состава, чем гумусовый. При этом нередко особо выделяется переходный горизонт, который и является барьером - физико-химическим щелочным и одновременно биохимическим. Ниже следует переход к горизонту вмывания {иллювиальному). В суглинистых почвах он заметно более тяжелого механического состава и ярко окрашен в красновато-бурый цвет привнесенными в него окислами железа. Это - барьер физико-химический, сорбционный. В песчаных дерново-подзолистых почвах обычно дифференциация горизонтов менее четкая, а в горизонте вмывания окислы железа образуют тонкие извилистые полосы - псевдофибры или более или менее сцементированные слои ортзандов, порой довольно мощных и плотных. Нередки также ржаво-бурые пятна разных размеров и форм. В значительно переувлажненных почвах образуются глеевые барьеры тоже физико-химические сорбционные, изобилующие закис-ными соединениями железа, придающими почве желеобразную структуру и более или менее интенсивный сизый цвет.

51. Образование живого вещества и его средний химический состав.

Живое вещество образуется в процессе фотосинтеза растениями-автотрофами. Фотосинтез осуществляется в зеленом луче при участии хлорофилла за счет энергии солнечных лучей. При фотосинтезе происходит разложение нейтральных воды и углекислого газа (углекислый газ поступает из атмосферы, почвенного воздуха, водоемов) на сильный окислитель кислород и водород, который восстанавливает углекислый газ и идет на синтез органических соединений (сильные восстановители): 6CO2 + 6H2O + 2818,7 кДж → (cвет, хлорофилл) → C6H12O6 + 6O2. Углерод и водород органических соединений, а также выделившийся свободный кислород “зарядились” солнечной энергией, поднялись на более высокий энергетический уровень - стали геохимическими аккумуляторами. Углеводы и другие продукты участвуют в растениях в образовании сложных органических соединений. Растения также поглощают из окружающей среды (почвы, водоема) такие химические элементы, как фосфор, калий, кальций, азот и др. В растениях поглощенные элементы входят в состав сложных, богатых энергией органических соединений (нуклеопротеидов и др.). Этот процесс называется биогенной аккумуляцией минеральных соединений.Все остальные организмы являются гетеротрофными, т. е. они не способны создавать органические вещества из минеральных и получают их от растений. Образование живого вещества - процесс, идущий с уменьшением энтропии (увеличинием упорядоченности). Однако это не противоречит 2-му закону термодинамики, т. к. система не замкнута, снаружи энтропия существенным образом увеличивается. С образованием живого вещества также увеличивается сложность информации, возникает новый ее вид - биологическая информация. Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ. По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы: 1. Макроэлементы - О, С, Н, N (в сумме около 98-99%, их еще называют основные), Са, К, Мg, Р, S, Nа, Сl, Fе (в сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов. 2. Микроэлементы - Mn, Со, Zn, Сu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 %. 3. Ультрамикроэлементы - Se, U, Ra, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

52. Ежегодная продукция и биомасса, как параметры геохимического ландшафта.

Одно из важнейших свойств организмов, их популяций и экосистем в целом - способность создавать органическое вещество, которое называют продукцией. Образование продукции в единицу времени (час, сутки, год) на единице площади (метры квадратные, гектар) или объема (в водных экосистемах) характеризует продуктивность экосистем. Наряду с продукцией различают биомассу организма, групп организмов или экосистем в целом. Под ней понимают всю живую органическую массу, которая содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период она образовалась и накопилась. Биомасса и продукция (продуктивность) обычно выражаются через абсолютно сухой вес. Еще в конце прошлого века русский географ А.И. Воейков наметил два главных рычага для улучшения природной среды. На них "опирался" В.В. Докучаев в своих планах оптимизации природы степей. Это растительный покров (по существу - это регулирование БИК) и регулирование влагооборота (стока). Регулирование и изменение других функций ландшафта менее перспективно и менее экономично. Растительный покров является естественным регулятором географических процессов в руках человека. Его важнейшее свойство - это самовоспроизводство и самоподдержание, в результате чего требуется минимум усилий при создании естественных сообществ. Растительный покров практически единственный фактор, препятствующий как техногенному, так и естественному выносу химических элементов из ландшафта и способствующий усилению внутриландшафтного круговорота. Таким образом, высокая интенсивность фотосинтеза и развитый зеленый покров - важнейший показатель оптимальности ландшафта.

53. Разложение органического вещества. Биологический круговорот.

Важнейшей составляющей частью почвы является органическое вещество, которое представляет собой сложное сочетание растительных и животных остатков, находящихся на различных стадиях разложения, и специфических почвенных органических веществ, называемых гумусом. Под разложением понимается распад органических веществ до небольших органических и неорганических молекул путем деполимеризации и окислительных реакций, осуществляемых микроорганизмами. Органическое вещество является основой плодородия почв, оно служит своеобразным резервом необходимых растениям питательных веществ, оказывает большое влияние на структуру почвы, является источником энергии для многих полезных микроорганизмов. За счет разложения органического вещества почвы в приземный слой воздуха выделяется углекислый газ, который используется растением для создания урожая при достаточном освещении, влажности и температуре воздуха и почвы. Различают следующие формы нахождения органического вещества в почве: 1. Неразложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения, буроокрашенные. Образуют лесную подстилку, степной войлок, торфяные горизонты. Это так называемый грубый гумус, или мор. 2. Остатки в стадии глубокого разложения, образующие рыхлую темнобурую или черную массу, под микроскопом - полуразложившиеся остатки. 3. Специфические органические образования, представляющие собой собственно гумус, составляющие 85-90% от органического вещества почвы. Это - муллевая форма. При отмирании живых организмов в почву поступает масса различных соединений. Остатки микроорганизмов существенно отличаются по составу органических веществ от остатков растительного происхождения: в составе доминируют белки и нуклеиновые кислоты, а также отсутствует лигнин, что обусловливает наиболее интенсивную трансформацию этих остатков в почве. Не менее специфичен и состав остатков почвенной фауны: наряду с белками и углеводами в них содержатся хитин, липиды, а также нуклеиновые кислоты и нуклеотиды. Биосфера является сложнейшей системой, которая существует благодаря энергии Солнца и жизнедеятельности живых организмов. Они запасают и перераспределяют вещество и энергию. У каждого живого организма в биосфере существует определённая роль. Например, зелёные водоросли с помощью энергии Солнца вырабатывают из неорганических веществ органические, эти вещества затем используются другими организмами. Растения через корни получают воду с минеральными веществами, необходимыми для процесса фотосинтеза. В листья из атмосферы поступает углекислый газ. Растения, в свою очередь, выделяют кислород. Животные используют органические вещества, которые были созданы растениями. Кроме того, им для жизни нужен кислород, который также выделяется растениями в процессе фотосинтеза. Останки животных и растений разлагаются при помощи микроорганизмов (грибов и бактерий), при этом органические вещества превращаются в неорганические. С помощью воды эти вещества вновь попадают из почвы в растения. Таким образом происходит биологический круговорот вещества и энергии в биосфере.

54. Коэффициент биологического поглощения.

Живые организмы избирательно поглощают и накапливают химические элементы в своих телах. Именно благодаря этой способности содержание элементов в минеральной составляющей организмов (в золе) отличается от их содержания в природных средах. Для оценки способности живых организмов поглощать и накапливать химические элементы Полыновым был предложен биогеохимический показатель - интенсивность поглощения химического элемента (Ах), который в дальнейшем Перельман предложил называть коэффициентом биологического поглощения (Кб, КБП). Данный коэффициент является важным при рассмотрении вопросов, связанных с биогенной миграцией химических элементов. Коэффициент биологического поглощения рассчитывают по формуле: Кб = Р / П, где Р - содержание химического элемента в золе растения; П - содержание химического элемента в горной породе или почве, на которой произрастает данное растение. Таким образом, Кб характеризует интенсивность поглощения организмом того или иного химического элемента и показывает, во сколько раз содержание элемента в золе определенного организма больше или меньше, чем в конкретной горной породе или почве. Расчет коэффициентов биологического поглощения в последующем дает возможность построения рядов интенсивности поглощения, в которых химические элементы располагают в порядке убывания значений их коэффициентов биологического поглощения. КБП не является константой, и даже у одного и того же биологического вида на протяжении жизни его величина может изменяться в 100-1000 раз. Подобные колебания обуславливают множество одновременно действующих факторов, все многообразие которых, тем не менее, можно свести к двум группам. К первой группе относят факторы, связанные с самим живым организмом. Это: особенности морфологии его органов и тканей (главным образом, непосредственно контактирующих с окружающей природной средой); степень взаимодействия органов с компонентами окружающей природной среды (у растений - глубина проникновения корневой системы в почву); общее физиологическое состояние и интенсивность протекающих в организме процессов; физиологическая потребность организма в конкретном химическом элементе на определенном этапе жизни; непостоянство сезонного ритма прироста биомассы; продолжительность жизни организма; экологические особенности организма (потребность в тепле и влаге) и др. Вторую группу составляют факторы окружающей организм природной среды. В частности, для наземных растений чрезвычайно важными оказываются характеристики почвенной среды (гранулометрический состав, окислительно-восстановительный потенциал, содержание в почве гумусовых веществ, карбонатов, оксидов, гидроксидов, фосфатов, концентрация ионов водорода, влагообеспеченность, обогащенность почвы метаболитами почвенных микроорганизмов и др.). Несомненное влияние на процессы поглощения и накопления химических элементов организмами оказывают и физико-химические свойства самих элементов и их соединений, климатические условия местообитания, а также техногенная деятельность человека, ведущая к трансформации характеристик окружающей среды.

55. Биокосные системы (почвы, коры выветривания, природные воды, илы).

Биокосные системы Земли разных уровней организации (почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты, артезианские бассейны, моря, океаны и др.) являются естественно-историческими образованиями, сформировавшимися в конкретной геохимической обстановке при участии живого вещества в процессе развития физико-географической оболочки. Как и все другие объекты природы, биокосные системы обладают энергоинформационной и физической структурами. Энергоинформационная структура, в силу специфических ее свойств, несет информацию о развитии биокосных систем; находится в непрерывном взаимообмене на уровне энергии и информации с конкретно-материальной физической структурой и способна оказывать на нее влияние путем передачи информации по голографическому принципу. Изменение энергоинформационной программы развития биокосных систем может быть обусловлено внутренними, в результате аутоэволюции, и внешними факторами, обусловленными действием активных химических веществ, повышенного радиоактивного фона, магнитных и гравитационных полей, космических излучений, энергоинформационных и информационных воздействий и др. Изменение энергоинформационной структуры биокосных систем ведет к адекватным изменениям их физической структуры. Энергоинформационные структуры биокосных систем находятся во взаимосвязи с аналогичными структурами своего окружения, изменяясь и оказывая влияние на другие системы. Под биокосными понимаются системы, для которых характерно взаимопроникновение живых организмов и неорганической (косной) материи. В ходе кругооборота биокосные системы не возвращаются в прежнее состояние, для них характерно поступательное развитие. В результате кругооборота формируется окислительно-восстановительная зональность биокосных систем. Например, в верхней зоне озер, где развит фотосинтез и О2 выделяется растениями, формируется окислительная обстановка, в глубоких частях, где происходит разложение органического вещества, растет содержание в воде СО2, а в илах может сложится восстановительная (глеевая или сероводородная) среда. Геохимическое своеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной, физико-химической и механической миграции. По уровням организации среди них выделяются низкоорганизованные (почвы, илы, коры выветривания) и более высокоорганизованные (ландшафты, моря, океаны и т.д.). Во всех биокосных системах происходит взаимодействие горных пород с природными водами и организмами. Характерны два противоположных процесса: выветривание и цементация. Для первого (выветривания) типичен вынос из пород элементов - водных мигрантов (Ca, Mg, K, Na) и присоединение воздушных мигрантов (О2, Н2О, СО2). Для цементации наиболее характерны аккумуляция водных мигрантов на геохимических барьерах, уменьшении пористости. Выветривание и цементация - разные стороны одного процесса, но в конкретных системах соотношение между ними неодинаково. Выветривание особенно широко развито в почвах и коре выветривания, хотя происходит и цементация; в водоносных горизонтах доминирует цементация.

56. Закон В.И. Вернадского.

Первый закон: масса вещества, вовлекаемого в жизненные процессы, постепенно увеличивается в процессе эволюции биосферы. Второй закон: скорость оборачиваемости вещества увеличивается в процессе эволюции биосферы. При изучении свойств и эволюции экосистемы применяют два подхода: 1. от общего к частному, 2. от частного к общему. При первом подходе на первый план выступают общие, совокупные, так называемые эмерджетные свойства системы. Подход к изучению экосистемы как к целому называется холистическим. При втором подходе изучают элементы экосистемы с дальнейшим обобщением данных на всю экосистему в целом. Такой подход называется мерологическим. Каждая экосистема находится в непрерывном развитии, которое обозначают термином сукцессия. Экологическая сукцессия - это упорядоченный процесс развития сообщества животных, который не может происходить без изменения окружающей среды. В этом упорядоченном процессе развития сообщество изменяет окружающую среду так, что в новых условиях постепенно вместо старых видов образуются другие популяции, другие виды. Этот упорядоченный процесс развития на определенной стадии выходит на равновесное состояние. Имеется ввиду равновесие между живым веществом и биокосным и косным веществом. Это равновесие - зрелая стадия экологической системы. В нормальных условиях в экологической системе Земли - биосфере имеет место устойчивое равновесие: жизнь создает необходимый для жизни состав земной атмосферы и морской воды. Но человек пытается нарушить это равновесие, изменяя состав атмосферы, воды и почвы. С одной стороны - из атмосферы все больше потребляется кислорода на нужды промышленности и транспорта. С другой стороны - человек сокращает площади лесных массивов. Загрязняя воды Мирового океана, он сокращает плантации морского фитопланктона, который как и растения на суше, поставляет кислород в атмосферу. Общее содержание кислорода в атмосфере уменьшается. Одновременно увеличивается содержание углекислого газа. За последние 80 лет производство электроэнергии увеличилось более, чем в 1000 раз. 80% ее вырабатывается на тепловых электростанциях путем сжигания топлива. Потребление нефти за этот период возросло в 43 раза, а газа - в 34 раза. По некоторым прогнозам к концу второго тысячелетия потребление всех видов энергоресурсов достигнет 25 млрд. тонн условного топлива.

57. Химический состав природных вод.

Большинство химических элементов мигрирует в ионных, молекулярных и коллоидных водных растворах. Важнейшими компонентами вод ландшафта являются растворенные газы - кислород O2, углекислый газ CO2, сероводород H2S. Значительная часть растворенных веществ находится в виде ионов, среди которых преобладают Ca2+ > Mg2+ > Na+; HCO3- > SO42- > Cl- - шестикомпонентный состав. Бывает, что такие соотношения нарушаются. Все воды содержат также ионы H+ и ОН-, роль которых в ландшафте, несмотря на низкое содержание (10-5-10-8 г/л), чрезвычайно велика. Содержание в водах остальных макроэлементов, а также всех микроэлементов очень невелико. Кроме ионов, растворенные в воде вещества находятся в форме молекул и коллоидных частиц. Особенно велика роль растворенного органического вещества. Также важная миграция веществ во взвешенном состоянии. Почит все воды ландшафта содержат живое вещество. Химизм почвенных и грунтовых вод зависит от их подвижности. С этой точки зрения различают поровые воды и свободные гравитационные. Для ландшафта как правило наиболее характерны неравновесные воды. Особенно это относится к гумидным ландшафтам. Живое вещество все время “накачивает” в воды свободную энергию, поддерживая неравновесность. Водная миграция осуществляется диффузией, фильтрацией или смешанным путем. Диффузия имеет место в застойных или очень малоподвижных водах (болотные, иловые воды, растворы элювиальных почв, коры выветривания, водоносных горизонтов). Диффузные процессы особенно характерны для глин, они нередко приводят к их обессоливанию (диффузное выщелачивание), при этом ионы мигрируют с различной скоростью (например, хлориды быстрее сульфатов). Диффузия характеризуется малой скоростью, и в ландшафте с его активным водообменом имеет подчиненное значение. Здесь более распространена фильтрация, с которой связано растворение, ионный обмен (сорбция), осаждение солей и многие другие явления. Поведение элементов в водных растворах определяется следующими параметрами: 1.Щелочно-кислотные условия, рН; 2.Окислительно-восстановительные условия (наличие или отсутствие свободного кислорода), Еh; 3.Температура, давление (постоянны); обычно рассматривается температура 25С. 4.Сорбционная способность - возможность элемента поглощать минеральные или органические частицы или отдавать их в результате обменных процессов. 5.Биота.

58. Щелочно-кислотные условия природных вод.

Концентрацию иона водорода ввиду малых абсолютных величин выражают не в г/л, а в виде отрицательного логарифма концентрации рН. По величине рН воды делятся на четыре группы: 1.Сильнокислые (рН < 3) - связаны с существованием в водах свободной серной кислоты (в вулканических ландшафтах - соляной кислоты). 2.Слабокислые (рН 3-6,5) - связаны с органическими кислотами и углекислым газом. 3.Нейтральные и слабощелочные (рН 6,5-8,5) - связаны с наличием ионов кальция и HCO3-. 4.Сильнощелочные (рН > 8,5) - связаны с присутствием соды. Элементы, образующие катионы - катионогенные (Ca, Mg, Na, K, Sr, Rb, Cu, Zn, Cd) более подвижны в кислых средах; анионогенные элементы (S, Cl, N, C, P, Se, Mo, Si, As, V, Cr, Br, I) - в щелочных средах. Те и другие менее подвижны в нейтральных водах. Миграция Na, Li, Br, I почти не контролируется рН. Показателем подвижности элемента в растворе с тем или иным рН является рН начала выпадения его гидрокидов из децинормальных растворов. В соответствии со значениями этого показателя, двухвалентное железо обнаруживается в менее кислых водах, чем трехвалентное; гидроксиды магний выпадают из раствора только в сильнощелочных водах. Отсюда следует интенсивная миграция двухвалентного железа в болотах тундры и тайги (кислые воды) и слабая в болотах степей и пустынь (слабощелочные воды). Для большинства элементов с ростом температуры рН осаждения гидроксида повышается. Поэтому в жарком климате обычно миграционная способность элементов выше. Также рН осаждения гидроксида растет с уменьшением концентрации. Поэтому для редких элементов роль рН осаждения гидроксидов мала или вообще не имеет значения. Большинство металлов находится в природных водах не в виде простых ионов (Fe2+, Fe3+ и т.д.), а в виде различных комплексов ионов типа Fe(OH)2+, Fe(OH)2+ и т.д. В общем образование растворимых комплексных соединений повышает рН выпадения гидроксида и увеличивает миграционную способность элементов. Миграция металлов в форме органических комплексов особенно характерна для тайги, тундры и других ландшафтов влажного климата. Органические соединения живых организмов и гумус обладают буферной способностью усреднять сильнокислую и сильнощелочную среды. Кислая (слабокислая) среда в ландшафте возникает в основном при разложении органических веществ, обогащающим воды угольной кислотой, органическими кислотами. Сильнокислая среды создается при окислении элементарной серы и дисульфидов (в месторождениях серы, угля, промышленных районах): MeS + O2 + H2O  MeSO4 + H2SO4. Известную роль в подкислении вод играют атмосферные осадки, особенно в вулканических районах и промышленных центрах. Поскольку в литосфере кларки катионогенных элементов выше, чем анионогенных, кислые воды, мигрируя по почвам и породам, довольно быстро нейтрализуются. В результате в почвах, корах выветривания, водоносных горизонтах по мере фильтрации вод образуется кислотно-щелочная зональность (дифференциация). Кислая среда в верхних горизонтах порождает щелочную в нижних. В местах, где на коротких расстояниях кислая среда сменяется щелочной, возникает щелочной барьер, здесь осаждаются катионогенные элементы. Если щелочная среда сменяется кислой, образуется кислый барьер, где осаждаются анионогенные элементы (менее характерен). Возможно существование двухсторонних геохимических барьеров.

59. Окислительно-восстановительная обстановка природных вод.

Важнейшим окислителем в ландшафте служит свободный кислород атмосферы. Окислителями могут быть и другие химические элементы, способные принимать электроны (восстанавливаться) - трехвалентное железо, четырех валентный марганец и т.д. Важнейшими восстановителями являются органические вещества (органические кислоты и др.), двухвалентное железо и газообразный водород. При изучении окислительно-восстановительных процессов важно учитывать величину Eh - окислительно-восстановительный потенциал, который характерен для данной природной системы с ее конкретными величинами концентрации, рН и температуры, а также Е0 - “стандартного потенциала” данной реакции. Eh и E0 измеряются в вольтах. Высокий кларк железа и легкая индикация его окисленных и восстановленных соединений (смена окраски) делает удобным положить его поведение в основу выделения окислительно-восстановительных обстановок ландшафта. Выделяются три основных обстановки: 1.Окислительная - характеризуется присутствием в водах свободного кислорода, поступающего из воздуха за счет естественной растворимости или за счет фотосинтеза водных растений. Eh здесь выше 0,15, часто выше 0,4В; железо находится в форме Fe3+. Кислородные воды обладают высокой окислительной способностью, в них осуществляется микробиологическое окисление органических веществ до углекислого газа и воды, протекают различные реакции окисления неорганических веществ - двухвалентных железа, марганца и др. Для каждого ландшафта можно установить определенную глубину кислородной поверхности, глубже которой вода уже не содержит свободного кислорода. 2.Восстановительная глеевая обстановка (без H2S) - создается в пресных водах, не содержащих или содержащих мало свободного кислорода и богатых органическими остатками. Микроорганизмы окисляют органические вещества за счет кислорода органических и неорганических соединений. В водах много CH4, CO2, Fe2+, H2, Mn2+. В почвах, осадках и коре выветривания развивается оглеение. Этот тип восстановительной обстановки характерен для болот влажнотропической, тундровой, таежной и лесостепной зон. Eh ниже 0,4 В, местами ниже 0. 3.Восстановительная сероводородная обстановка (с Н2S) создается в бескислородных водах, богатых SO42-, где микробиологическое окисление органических веществ осуществляется частично за счет восстановления сульфатов. При этом происходит десульфуризация. Происходит осаждение минералов, образующих нерастворимые сульфиды. Величины Еh обычно ниже 0 (до -0,5 В). Такая восстановительная обстановка характерна для солончаков и илов соленых озер степей и пустынь, для глубоких горизонтов подземных вод некоторых районов. В природных ландшафтах происходит закономерная смена окислительно-восстановительных условий, образуется окислительно-восстановительная зональность. Наиболее восстановительные условия возникают в местах энергичного разложения органических веществ (горизонты А почв, верхняя часть илов, водоносные горизонты и т.д.). В сторону от этих горизонтов Eh растет, причем более окислительные условия наблюдаются глубже восстановительных (например, в горизонте В почв). С изменением окислительно-восстановительных условий связано формирование различных геохимических барьеров.

60. Коэффициент водной миграции. Ряды миграции.

Водная миграция связана с биогенной, т.к. щелочно-кислотные условия вод связаны с геохимическими особенностями ландшафта. Перемещение элемента в воде обусловлено физико-химическими законами. Химические элементы в воде могут находиться в виде ионов, молекул, адсорбционных частичек, взвесей. Разные химические элементы находятся в различном состоянии: Si - во взвеси, Ca, Mg - в растворе в виде ионов и т.д. Все элементы есть во всех водах, но со значительными колебаниями концентрации. Сопоставление химического состава вод и других компонентов ландшафта позволяет выявить многие важные особенности геологического и биологического круговоротов элементов. Сопоставление состава вод и пород для выявления интенсивности водной миграции было предложено американским ученым Смитом. Разработка данного метода Полыновым позволила сделать выводы о том, что элементы попадают в воду с резко различной скоростью. Были составлены миграционные ряды, где химические элементы объединены в группы, отличающиеся друг от друга резким снижением миграционной способности: 1) Cl, S - максимально подвижные элементы, этим объясняется их высокое содержание в океане; 2)Ca, Na, Mg, K - элементы этой группы частично остаются в ландшафте, частично - выносятся. Например, K и Na похожи по свойствам, но интенсивность их поступления в воду различна. Скорость поступления Na намного больше. Калий очень сильно захватывается растениями и, благодаря этому, накапливается в ландшафте. Интенсивностью участия в биологическом круговороте во многом объясняет то, что интенсивность водной миграции элементов часто не совпадает с их способностью растворения, т.е. с их химическими свойствами. 3)Fe, Al, Si, Ti - инертные элементы. Для количественного выражения миграционной способности элементов Перельманом был введен специальный геохимический показатель - коэффициент водной миграции kx . Он рассчитывается как отношение содержания элемента в водах (%) к содержанию элемента в породах, дренируемых этими водами (%). Kx= 100*mx / a*nx, где mx - содержание элемента в воде (г/л), nx - содержание элемента в породе (литосфере) (%), a - минерализация вод (г/л). (100*mx)/а - содержание элемента в воде (%). kx может рассчитываться на кларк (kx1), на местные кларки (kx2). По величине kx элементы образуют 4 градации: I - очень подвижные (высокоподвижные) мигранты: kx ≈ n∙10÷n∙100; II - легкоподвижные мигранты: kx ≈ n; III - подвижные мигранты: kx ≈ 0.n; IV - слабоподвижные (инертные) мигранты: kx< 0.0n. Группировка элементов по интенсивности водной миграции позволяет строить ряды водной миграции, которые, как и ряды биологического поглощения, изображаются в виде таблиц и дробей. Анализ рядов водной миграции позволяет выделить круг элементов, которые интенсивно выносятся за пределы ландшафта, что создает потенциальные предпосылки для обеднения ландшафта этими элементами. Другие элементы относительно накапливаются в рассматриваемой природной системе.

61. Классы водной миграции и классы ландшафтов.

Классы водной миграции определяются соотношением в воде типоморфных газов и ионов: H+, OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+, Fe2+. Согласно принципу подвижных компонентов, роль элемента в ландшафте (типоморфность) определяется его содержанием в среде и интенсивностью миграции. В основу выделения класса ландшафта кладется водная миграция в гумусовом горизонте почв, так как для него характерно максимальное напряжение геохимических процессов. В данном ландшафте может быть один или несколько классов водной миграции. Перельман выделил 21 класс водной миграции: 1.сернокислый, 2.солянокислый, 3.кислый, 4.кислый на кварцев. песках, 5.кислый, перех. к кальциевому, 6.кальциевый, 7.кальциево-натриевый, 8.гипсовый, 9.соленосный, 10.содовый, 11.сернокисло-глеевый, 12.кислый глеевый, 13.карбонатный глеевый, 14.соленосный глеевый, 15.гипсовый глеев, 16.содовый глеевый, 17.сернокислый сульфидный, 18.кислый сульфидный, 19.нейтральный, карбонатный сульфидный, 20.соленосно- сульфидный, 21.содовый сероводородный. Все 21 классов могут быть выражены также в четырех: · Кислый класс - воды слабоокислительные, окислительные, типоморфныйH+; · Кислый глеевый класс - возникает в водах обогащённых органикой, типорфныеH+ и Fe3+, · Кальциевый и кальциево-натриевый класс - в нейтральных и слабощелочных Fe малоподвижен, Ca подвижен, а при дефиците влажности - Na, · Гипсовый класс и содовый - в сильнощелочных водах подвижными становятся сульфаты и Na. Воды, относящиеся к отдельным классам, характеризуются вполне определенными химическими свойствами: растворяющей способностью, содержанием редких элементов, влиянием на живое вещество.

62. Сток растворенных веществ.

Сток растворенных веществ состоит из органических и неорганических компонентов, находящихся в ионно-молекулярном и коллоидном состоянии. Этот сток можно также разделить на сток главных ионов (ионный), микроэлементов и биологических веществ. Содержание этих веществ в единице объема представляет собой минерализацию воды. При этом основную массу растворенных веществ представляют главные ионы, а микроэлементы и биогенные составляющие играют второстепенную роль. К числу главных ионов, содержащихся в природных водах, в том числе в реках, относятся СО , НСО , SO , Mg2+, Ca2+, К+, Сl и Na+. Соотношение этих ионов в разных реках различно, но в большинстве рек обычно преобладают НСО и Са2+. Это связано с тем, что речная вода соприкасается с поверхностными слоями грунтов и пород, которые хорошо промыты и содержат малое количество легко растворимых хлоридов и сульфатов. Солевой состав этих грунтов и пород определяется очень распространенными и менее растворимыми известняками. Чаще всего в речных водах наблюдаются соотношения ионов НСО > SO > Сl и Са2+ > Mg2+ > (Na+ + K+). Эти соотношения могут нарушаться, но они вполне справедливы для рек с маломинерализованной водой. С возрастанием же минерализации наблюдается относительный рост SO , Сl и Mg + по отношению к кальцию. Химический состав речных вод (как общая минерализация, так и соотношение между ионами) зависит от характера преобладающего типа питания рек и их водности. Так как источники питания и их интенсивность значительно меняются в течение года и по территории, то меняются и соотношения ионов. Снеговое питание предопределяет малую минерализацию воды с преобладанием в ее составе ионов НСО и Са2+. В промерзшей под снегом почве создаются условия, при которых вода растворяет только те соли, которые содержатся в самом верхнем слое почвы. Интенсивное дождевое и ледниковое питание также обусловливает малую минерализацию речных вод, но, как правило, превышающую минерализацию снеговых вод. Во всех случаях большое влияние на минерализацию оказывают погодные условия. Чем суше, тем больше солей накапливается на поверхности почвы вследствие испарения и соответственно тем большее их количество попадает в реки, повышая минерализацию вод. Подземные воды, как правило, обладают большей минерализацией и разнообразным химическим составом, зависящим от гидрогеологических условий. Поэтому в период межени минерализация воды в реках наибольшая.

Из микроэлементов в речных водах присутствуют Br, J, Сu, Pb, Co, Ag, Mn, W, Zn и другие в количествах, не превышающих 10 - 30 мкг/л. Эти элементы находятся в воде в растворенном виде и переносятся реками в составе минеральных взвешенных веществ. К биогенным веществам, содержащимся в речных водах, относятся соединения неорганического фосфора и азота (нитраты, нитриты, аммоний). Их концентрация обычно незначительна и выражается сотыми долями миллиграмма на литр. Несколько ниже концентрация неорганических соединений фосфора - до 0.1 - 0.5 мг/л. Более высокие концентрации этих соединений связаны в первую очередь с хозяйственной деятельностью человека в бассейнах рек.

63. Химическая денудация.

Для характеристики интенсивности водной миграции Перельманом был предложен коэффициент водной миграции (Кх), равный отношению содержания элемента Х в минеральном остатке воды к его содержанию в горных породах, дренируемых рекой. Так как содержание элемента Х в воде (Мх) обычно измеряется в г/л, а его содержание в породах (Пх) в процентах, то формула имеет вид: Кх = Мх * 100 / (а * Пх), где а - сумма всех минеральных веществ, растворенных в воде (г/л). Чем больше Кх, тем сильнее элемент выщелачивается, тем интенсивнее его водная миграция. Коэффициенты водной миграции определены для многих ландшафтов и для многих элементов Мигрирующие в водах ландшафтов химические элементы в конечном итоге попадают в реки и образуют их ионный сток. Величина этого стока является показателем химической денудации - потери вещества ландшафтов в результате растворения и выноса водных мигрантов за пределы ландшафтов суши. Интенсивность водной миграции Для характеристики интенсивности водной миграции элементов был предложен безразмерный коэффициент водной миграции, равный отношению содержания элемента X в минеральном остатке воды к его содержанию в горных породах, дренируемых этими водами. Так как содержание элемента Х в водах (mX) обычно измеряется в граммах на литр, а его содержание в породах (nX) - в процентах, то расчетная формула для КХ имеет следующий вид: Кх=100mx/anx, где а - минерализация вод в г/л. Этот коэффициент для различных элементов принимает значения от 0,0001 до 1000. Если вместо mx подставить кларк гидросферы, вместо nx - кларк литосферы, а значение а взять 135 г/л (средняя минерализация вод), то получится глобальный коэффициент водной миграции. Для оценки интенсивности водной миграции используются следующие четыре градации (в окислительной обстановке): 1. Очень подвижные мигранты (очень сильная миграция): Cl, I, Br, S (10n-100n); 2. Легкоподвижные мигранты (сильная миграция): Сa, Mg, Sr, Zn, U (n-10n); 3. Подвижные мигранты (средняя миграция): Co, Si, P, Cu, Mn, K (0,n-n); 4. Слабоподвижные и инертные мигранты (слабая и очень слабая миграция): Fe, Al, Ti, Os, Pt, Sn и многие другие элементы, содержащиеся в трудновыветриваемых первичных минералах (0,0n и менее). В восстановительной обстановке подвижность некоторых элементов меняется, например элементы Zn, U, Cu, Ni, Co становятся менее подвижными, образуют сульфиды. Элементы Al, Ti, Zr в любой среде малоподвижны. Под химической денудацией понимают величину понижения земной поверхности за счет выноса растворенных веществ с поверхностным и подземным стоком. Главным параметром химической денудации служит показатель ионного стока. Химическая денудация и показатель ионного стока не столько характеризуют отдельные области, сколько ландшафты, т. е. являются константами ландшафта.

64. Воздушная миграция.

Физико-химическая миграция химических элементов - это перемещение, перераспределение химических элементов в земной коре и на ее поверхности. Она осуществляется или в атмосфере, или в природных водах, поэтому ее можно разделить на воздушную и водную. Роль газов в ландшафте исключительно велика. Они образуются в результате физико-химических, биогенных и техногенных процессов. К физико-химическим процессам относится огромное число реакций образования СО2, водяного пара, Н2S и других газов. К этой группе процессов относится и радиоактивный распадU, Th и K, генерирующий Не, Ar, Rn, а также ядерные реакции, возникающие в атмосфере под действием космических лучей. Почти весь О2, N2, CH4, а также часть СО2, Н2S, многие другие газы - биогенны. С техногенезом связано образование большого количества СО2, SO2, NО2и прочих газов. Атмосфера ландшафта в основном состоит из азота (78,09 %) и кислорода (20,95 %), значительно меньше в ней аргона (0,93 %) и углекислого газа (в среднем 0,03 %). Содержание остальных газов крайне невелико. Если содержание кислорода и азота в общем одинаково во всех ландшафтах, то содержание CO2, водяных паров, пыли, летучих органических веществ (фитонцидов), некоторых микрокомпонентов (озона, йода, радона и др.) подвержено значительным колебаниям. Почвенный и грунтовый воздух заполняет свободные пустоты между частицами почвы. На глубине 20-30 см от поверхности его состав близок к атмосферному в результате интенсивного газообмена и действия ветра. Глубже в почвенном воздухе больше CO2, часто выше влажность, иное содержание микрокомпонентов. Почвенный воздух тайги, тундр, степей, пустынь и других ландшафтов отличается не только по количеству углекислого газа и воды, но и по количеству микрокомпонентов. В гумидных болотных ландшафтах в подземной атмосфере повышено содержание метана («болотного газа»), в солончаках и аридных болотах - H2S, в других ландшафтах N2O, NH4и прочих газообразных продуктов. Ландшафты, сформировавшиеся на разных горных породах, также имеют разный почвенный и грунтовый воздух. Так, почвенный и грунтовый воздух на участках развития гранитоидов и радиоактивных руд обычно обогащен радоном (Rn). На участках развития нефтеносных пород и углей - углеводородами (главным образом метаном). На некоторых рудных месторождениях - парами ртути. Общая циркуляция атмосферы способствует переносу химических элементов на сотни и тысячи километров. При этом следует различать перенос химических элементов с твердыми и жидкими аэрозольными частицами. Так, перенос и отложение элементов в виде пыли характерны для ландшафтов с аридным климатом. Например, в районе Центрального Копетдага за 10 мин пыльной бури выпало до 10 т/км2т лессовой пыли.

65. Механическая миграция и денудация.

Механическая денудация - совокупность процессов разрушения горных пород и их переноса экзогенными процессами в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление. Она характеризуется двумя показателями. Сток - расход взвешенных частиц, проходящих через створ реки в год. Модуль стока - сток взвешенных наносов, отнесенный к площади континента, региона или речного бассейна. Он измеряется в т. км2 год. Глобальная механическая денудация по различным оценкам изменяется в широких пределах. Реки ежегодно поставляют в океан в среднем около 15-16 млрд. т. наносов и 3,2-3,5 млрд. т. растворенных веществ. Воздушная миграция и вулканическая деятельность обеспечивают поступление соответственно 2,2-6,6 и 2-3 млрд. т. твердых частиц. Около 2 млрд. т. дает биогенное осадкообразование. Таким образом, суммарный приток твердого вещества в океан составляет 20-25 млрд. т. в год. Интенсивность механической миграции (денудации) связана с зональностью, она зависит также от геологического строения и рельефа. Основная масса материала (около 76%) поступает в океан из гумидных экваториальных ландшафтов. Умеренные гумидные зоны дают 12%, а ледовая и аридная области - по 6%. По континентам сток взвешенных наносов уменьшается в ряде: Азия (6433) - Океания, Австралия, острова Тихого Океана (3062) - Южная Америка (1788) - Сев. и Центр. Америка (1462) - Африка (530) - Европа (230). Основные резервуары - Тихий и Атлантический океаны, где фиксируется соответственно 45,3 и 37,1% общей массы терригенного материала. Максимальное накопление наблюдается в прибрежной зоне, особенно на устьевых взморьях рек. Граница суша-море, контакт река-море (океан) представляет собой особую геохимическую барьерную зону, где происходит не только накопление взвешенных и влекомых наносов, седиментация тонкого терригенного материала, но и изменение форм миграции многих элементов, изменение отрицательного заряда частиц на положительный. Это особенно относится к элементам-гидролизатам (V, Sc, Zr, Ga, Тг и др.), которые в речных водах концентрируются во взвесях, а в минерализованных морских водах преобладающими становятся разнообразные подвижные миграционноспособные формы этих элементов.

66. Геохимическая классификация химических элементов по А.И. Перельману.

Подробная геохимическая классификация элементов по особенностям их миграции в ландшафтах была дана А.И. Перельманом. Она соответствует поведению химических элементов в условиях зоны гипергенеза. В основу классификации положены интенсивность, контрастность, виды миграции элементов в различных геохимических обстановках, а также их свойства и кларки. В основе этой классификации лежит деление на: Воздушные мигранты - Мигрируют как в газообразном состоянии, в виде летучих соединений, так и с водным раствором. Водные мигранты - В газообразном состоянии не мигрируют или мигрируют слабо. В классификации учтена зависимость миграционной способности химических элементов в разных окислительно восстановительных средах. Воздушные мигранты делятся на активные и пассивные. Активные - образуют химические соединения: кислород, азот, углерод, водород, иод. Из них в основном состоит живое вещество, природные воды. Они в значительной мере определяют рН и Ен природных вод. Пассивные - не образуют химических соединений: аргон, неон, ксенон, криптон, гелий, радон. Не играют существенной роли в ландшафте. Водные мигранты. Элементы мигрируют в почвенных, грунтовых и поверхностных водах и делятся на катионогенные и анионогенные. Делятся на 8 групп. 1. Очень подвижные. Относятся только к анионогенным элементам - это хлор, бром, сера. Активно накапливаются при испарении, входят в состав легкорастворимых минералов. 2. Подвижные. Среди катионогенных: кальций, натрий, магний, стронций, радий. Среди анионогенных: фтор и бор. Эти элементы образуют легко и труднорастворимые соли. Энергично мигрируют в природных водах.3. Слабо подвижные. K, Ba, Rb, Li, Be, Cs Si, P, Ge, Sn, Sb, As 4. Подвижные и слабоподвижные в окислительной обстановке, инертные в сероводородной среде Кх меньше 0.n, осаждаются на щелочных барьерах, мигрируют в окислительной обстановке. Элементы относятся к катионогенной группе - цинк, медь, никель, свинец, кадмий хорошо мигрируют в кислых водах и осаждаются на щелочном барьере. Ртуть, серебро - мигрируют в кислых и щелочных водах окислительной обстановки. 5. Подвижные и слабо подвижные в окислительной обстановке, инертные в восстановительной среде, осаждаются на сероводородных и глеевых средах. В этой группе встречаются только анионогенные элементы - ванадий, молибден, селен, уран, рений, осаждаются на сероводородной и глеевых барьерах. 6. Подвижные и слабоподвижные в восстановительной глеевой среде, инертные в окислительной и восстановительной сероводородных средах. К катионогенным - железо, марганец, кобальт. Осаждаются на кислородных и сероводородных барьерах. 7. Малоподвижные в большинстве обстановок. Алюминий, титан, хром, технеций- катионогенные, частично мигрируют в сильно кислой среде. Цирконий, ниобий, тантал, вольфрам, гольмий, европий - анионогенные, частично мигрируют в щелочной среде. 8. Не мигрируют, не образуют химических соединений. Для них характерно самородное состояние - осмий, платина, палладий, рутений, золото, цирконий.

67. Факторы формирования и закономерности размещения геохимических ландшафтов.

Широта и долгота местности, расстояние от морей, океанов, крупных внутренних водоемов, расположение ландшафта относительно крупных орографических преград и высота над уровнем моря относятся к факторам географического положения. В совокупности они определяют климат территории, хотя их роль не исчерпывается только влиянием на климат. Другой независимый фактор - геологическое строение ландшафта:литология, тектоника, третий - рельеф. Широта и долгота в значительной степени определяют тип климата и влияют на геохимические особенности ландшафта (влияние магнитного поля Земли, космического излучения на живое вещество, а через него и на биологический круговорот). Основные факторы, определяющие геохимию ландшафтов: Независимым фактором формирования ландшафта является макроклимат. Микроклимат в значительной степени создается самим ландшафтом. Для формирования геохимического ландшафта наибольшее значение имеют количество атмосферных осадков и температура, в меньшей степени - ветер (особенно в аридном климате). Основное влияние на миграцию элементов в ландшафте климат оказывает не непосредственно через температуру, осадки и ветры, а косвенно - через живое вещество. Роль климата как геохимического фактора огромного масштаба прежде всего определяется его влиянием на биологический круговорот атомов. Чем теплее и влажнее климат, тем больше в ландшафте накапливается живого вещества, тем энергичнее минерализация органических веществ, активнее химическая работа воды и эффективнее миграция элементов в целом. Иными словами, климат является важнейшим фактором формирования ландшафтов, определяя размещение крупных таксономических единиц (типы, семейства, частично и классы) геохимических ландшафтов. Геологическое строение. Изучая химический состав горных пород как фактор формирования ландшафта, следует учитывать не только валовое содержание в породах отдельных элемнтов, но и формы их соединений, в частности минеральный состав. Особенно важны подвижные компоненты, которые легко мигрируют, следовательно, оказывают в конкретный период наибольшее влияние на процессы, протекающие в ландшафте. К таким компонентам относятся органические соединения, растворимые соли, обменные катионы, некоторые минеральные коллоиды. Важным фактором миграции элементов является тектоника и особенно степень трещиноватости, крутизна падения пластов и разломы. При анализе причин геохимической специфики ландшафтов следует также учитывать особенности областей сноса, с размывом которых была связана аккумуляция осадков в пределах конкретной территории. В большинстве случаев геохимические ландшафты сформировались на различных породах, поэтому в основу их выделения следует положить не отдельные типы горных пород, а геологические формации (комплексы пород, образовавшиеся в определенных структурно-фациальных зонах). Геохимические особенности платформ, щитов и геосинклиналей имеют прямое отношение к химическому составу почв, осадков, подземных и поверхностных вод, а также к развитию различных организмов. В связи с этим геохимию каждого природного ландшафта необходимо рассматривать в связи с общими тектоническими и металлогеническими закономерностями.

68. Геохимическая классификация природных ландшафтов.

В основе всякой классификации лежат признаки изучаемых объектов. В первую очередь необходимо установить таксономическое значение отдельных геохимических признаков ландшафта. Так как геохимические особенности ландшафтов определяются миграцией атомов, то в основу классификации следует положить особенности миграции химических элементов, а также понятие об элементарном ландшафте. Элементарный ландшафт приурочен к определенному элементу рельефа, однородной породе, почве и одному типу растительности. Например, вершина холма с дерново-подзолистой песчаной почвой, на которой произрастает лишайниковый бор, может быть выделена как элементарный ландшафт. При геохимическом изучении ландшафтов необходимо различать признаки систематические и несистематические (индивидуальные). Систематические признаки - это признаки, общие для многих ландшафтов. Классификация элементарных ландшафтов. Согласно Б. Б. Полынову, все элементарные ландшафты суши по условиям миграции химических элементов можно объединить в три группы: 1. Элювиальные ландшафты располагаются на повышенных элементах рельефа, характеризуются хорошим дренажем и глубоким залеганием грунтовых вод, выносом вещества нисходящими токами влаги. М. А. Глазовская выделяет 4 подтипа элювиальных ландшафтов: собственно элювиальные, трансэлювиальные, трансэлювиально-аккумулятивные, элювиально-аккумулятивные. 2. Супераквальные (надводные) ландшафты - приурочены к пониженным элементам рельефа с близким залеганием грунтовых вод. Здесь наблюдается частичная аккумуляция химических элементов, привнесенных как грунтовыми водами, так и из элювиальных ландшафтов. 3. Субаквальные (подводные) ландшафты - образуются на дне водоемов и представляют собой зону аккумуляции веществ. Парагенетическая ассоциация элементарных ландшафтов, которые сопряжены в пределах той или иной территории, по определению А. И. Перельмана, образуют геохимический ландшафт. Элементарные ландшафты связаны в геохимическом ландшафте миграционными потоками вещества. Наиболее крупными единицами классификации элементарных ландшафтов, разработанной А. И. Перельманом, являются ряды ландшафтов, выделяемые по виду миграции. Это абиогенные, биогенные и культурные ландшафты. Биогенным называется такой ландшафт, в котором живое вещество, поглощая и трансформируя солнечную энергию, обусловливает важнейшие черты миграции химических элементов, определяет характер связи между атмосферой, гидросферой и литосферой.

69. Ландшафты с кислым классом водной миграции.

Наиболее распространенными являются кислый класс в пределах элювиальных ландшафтов и кислый глеевый - в пределах супераквальных. Ландшафты кислого класса водной миграции формируются в пределах элювиальных ландшафтов с глубоким уровнем залегания грунтовых вод. Коренные породы выщелочены. Из глинистых минералов преобладает каолинит. Вниз по профилю кислая реакция сменяется слабокислой, близкой к нейтральной. Развиваются красные и красно-желтые почвы. Поверхностные и грунтовые воды ультрапресные гидрокарбонатно-кремниевые. В почве аккумулируются устойчивые соединения гидроксидов железа и алюминия, меньше кремния. Другие элементы относятся к дефицитным и удерживаются в почве благодаря сорбционному, биологическому и окислительному барьерам. Геохимическая обстановка окислительная. Заметно выражена механическая и коллоидная миграция химических элементов. Интенсивность биологического круговорота высокая. Для роста и развития растений, животных складываются неблагоприятные условия. Человек испытывает дефицит многих элементов в продуктах питания из местного сырья. На кварцевых песках формируются ландшафты кислого класса, особо бедных водными мигрантами. Преобладают хвойные породы деревьев. Такие ландшафты носят название паданги, близкие по геохимическим особенностям к полесским ландшафтам умеренного пояса. В них создается острый дефицит элементов питания, за исключением кремния, железа и алюминия. Состав гумуса фульватный при низком содержании (около 1%). Зольность хвои около 2%. В составе золы ведущие элементы кальций и азот. Ландшафты кислого глеевого класса (H-Fe) формируются в пределах суперраквального ландшафта с неглубоким залеганием грунтовых вод. Господствует восстановительно-глеевая обстановка, химические элементы с переменной валентностью восстанавливаются и некоторые из них мигрируют (Fe, Мп). Содержание щелочных и щелочноземельных элементов уменьшается в ходе их выноса. Накапливаются газы: СО2, СН4 и др. В замкнутых понижениях элементы концентрируются, образуются вторичные минералы: каолинит, монтмориллонит, сидерит, вивианит, родохрозит. Сюда переносятся мигранты с элюви альных ландшафтов. Формируются оглеенные красные и красно-желтые почвы, местами торфяные. В зоне колебания уровня грунтовых вод образуются латериты. Биомасса составляет в среднем 500 т/га.

70. Ландшафты с кисло-глеевым классом водной миграции.

Наиболее распространенными являются кислый класс в пределах элювиальных ландшафтов и кислый глеевый - в пределах супераквальных. Ландшафты кислого класса водной миграции формируются в пределах элювиальных ландшафтов с глубоким уровнем залегания грунтовых вод. Коренные породы выщелочены. Из глинистых минералов преобладает каолинит. Вниз по профилю кислая реакция сменяется слабокислой, близкой к нейтральной. Развиваются красные и красно-желтые почвы. Поверхностные и грунтовые воды ультрапресные гидрокарбонатно-кремниевые. В почве аккумулируются устойчивые соединения гидроксидов железа и алюминия, меньше кремния. Другие элементы относятся к дефицитным и удерживаются в почве благодаря сорбционному, биологическому и окислительному барьерам. Геохимическая обстановка окислительная. Заметно выражена механическая и коллоидная миграция химических элементов. Интенсивность биологического круговорота высокая. Для роста и развития растений, животных складываются неблагоприятные условия. Человек испытывает дефицит многих элементов в продуктах питания из местного сырья. На кварцевых песках формируются ландшафты кислого класса, особо бедных водными мигрантами. Преобладают хвойные породы деревьев. Такие ландшафты носят название паданги, близкие по геохимическим особенностям к полесским ландшафтам умеренного пояса. В них создается острый дефицит элементов питания, за исключением кремния, железа и алюминия. Состав гумуса фульватный при низком содержании (около 1%). Зольность хвои около 2%. В составе золы ведущие элементы кальций и азот. Ландшафты кислого глеевого класса (H-Fe) формируются в пределах суперраквального ландшафта с неглубоким залеганием грунтовых вод. Господствует восстановительно-глеевая обстановка, химические элементы с переменной валентностью восстанавливаются и некоторые из них мигрируют (Fe, Мп). Содержание щелочных и щелочноземельных элементов уменьшается в ходе их выноса. Накапливаются газы: СО2, СН4 и др. В замкнутых понижениях элементы концентрируются, образуются вторичные минералы: каолинит, монтмориллонит, сидерит, вивианит, родохрозит. Сюда переносятся мигранты с элюви альных ландшафтов. Формируются оглеенные красные и красно-желтые почвы, местами торфяные. В зоне колебания уровня грунтовых вод образуются латериты. Биомасса составляет в среднем 500 т/га.

71. Ландшафтно-геохимические карты.

Закономерности размещения элементарных и геохимических ландшафтов лучше всего выявляются при специальном ландшафтно-геохимическом картографировании. Большое значение ландшафтно-геохимических карт для районирования территории по условиям геохимических поисков полезных ископаемых привело к их составлению не только в научных институтах и вузах, но и в производственных геологических организациях. Позднее они стали использоваться при решении экологических задач, связанных с чернобыльской катастрофой, загрязнением среды в городах. Важная особенность этих карт состоит в синтезе информации - использовании понятий и показателей, характеризующих не отдельные компоненты ландшафта, а систему в целом. Таковы геохимические барьеры, коэффициенты водной миграции, биологического поглощения и другие показатели. По содержанию ландшафтно-геохимические карты делятся на две основные группы. Типологические карты показывают размещение элементарных и геохимических ландшафтов. Геохимическая информация отражается условными обозначениями в описательной, табличной или матричной форме, частично на самой карте в виде различных геохимических формул, символов классов, родов и видов ландшафтов. Границы геохимических и элементарных ландшафтов в основном совпадают с почвенными, геоботаническими, геологическими, геоморфологическими, климатическими и прочими природными границами. Поэтому в основе составления типологических карт лежат общие принципы науки о ландшафтах - представления о связях между климатом, горными породами, рельефом, почвами, растительностью и водами. Отсюда следует, что как геохимические, так и элементарные ландшафты, как правило, могут быть выделены по физико-географическим, почвенным и геологическим материалам и без привлечения специальной геохимической информации. Характеристика геохимических особенностей ландшафтов, напротив, требует специальных исследований. Однако геохимическое содержание данных карт определяется не только их геохимической нагрузкой. Решающее значение имеют принципы геохимической классификации ландшафтов, использованные при составлении карт. Структурные геохимические карты на ландшафтной основе показывают не только условия миграции элементов, но и несут информацию о распределении конкретных химических элементов и их ассоциаций в почвах, водах, растениях и других компонентах ландшафтов по методу изоконцентрат, с учетом статистических параметров. Эти карты берут начало от металлометрических (литохимических) карт, которые в больших объемах составлялись в СССР при геохимических поисках рудных месторождений. Примерами карт этой группы служат моноэлементные карты Среднего Урала И.С. Михайлова, системно- корреляционные карты Дальнего Востока Н.П. Солнцевой, на которых по существу картографируется геохимическая структура ландшафтов, т.е. связи, существующие между отдельными подсистемами ландшафта. Как правило, эти связи имеют более индивидуальный характер и не являются типологическими.

72. Геохимия лесных ландшафтов.

Лесные ландшафты формируются в условиях избыточного увлажнения с промывным водным режимом и представлены в границах от умеренного до экваториального пояса. Здесь активно выражена водная миграция химических элементов. Выносу химических элементов противостоит биологический барьер. В структуре биомассы выделяется многолетняя надземная часть (более 70%), биомасса самая высокая, по сравнению с другими группами ландшафтов, однако зольность на единицу веса растений низкая. Преобладают кислая реакция почв и кислый класс водной миграции. Территория, расположенная между северным и южным тропиками, характеризуется отсутствием холодного сезона. Постоянная температура воздуха и разнообразные условия увлажнения обусловливают разнообразие растительных сообществ (леса, саванны, пустыни). Лесные ландшафты экваториального, субэкваториального и тропического пояса представляют собой самостоятельные типы ландшафтов, но характеризуются сходными геохимическими условиями, поэтому рассматриваются совместно. Среднемесячная температура в течение года изменяется в экваториальном и субэкваториальном лесу от 24 до 28°С, в тропическом - от 18 до 28°С. Во влажных экваториальных лесах выпадает 1500-10000 мм осадков в год, в тропических лесах - 1000-2500 мм. Испарение составляет 1000-1250, испаряемость - 1250-1500 мм в год. За исключением районов с сезонно-влажными лесами, осадки в течение года распределяются равномерно и выпадают регулярно. Такие гидротермические условия ускоряют геохимические процессы, направленные на освобождение химических элементов из породы и миграцию их за пределы ландшафта. Основным геохимическим барьером являются корневая система растений, суглинистые и глинистые породы. Между элементарными ландшафтами преобладает совершенное сопряжение. Господствует промывной водный режим, который хорошо выражен на рыхлых породах. На плотных породах происходит преимущественно поверхностный перенос элементов в различных формах. Этому явлению препятствует растительность. Растительность лесных ландшафтов тропического и экваториального пояса в геохимическом отношении изучена слабо. Видовой состав леса разнообразен, поэтому возникает сложность в выявлении закономерностей биологического круговорота. При переходе от экваториального к тропическому лесу в связи с сезонным изменением внешних факторов миграции биологический круговорот постепенно изменяется. Биогеохимические эндемии в лесных ландшафтах тропиков и в районе экватора изучены недостаточно. Имеются сведения о низком содержании многих элементов питания для растений, что проявляется в изменении цвета листьев, сосудов в стволе и ветвях, анормальном развитии или замедлении роста. Особенно часто страдают от недостатка элементов питания цитрусовые и масличная пальма. Дефицит элементов питания отражается на росте и продуктивности животных. В тропических и экваториальных ландшафтах при поиске полезных ископаемых возможно использование всех геохимических методов. Однако методика отбора образцов несколько отличается от отбора образцов в умеренном поясе. Это связано с развитием мощной коры выветривания и глубоким выносом элементов-индикаторов. В горных районах геохимические методы более перспективны и отбор проб производится с поверхности или небольшой глубины. В местах тектонических разломов возможно использование атмогеохимического метода при поисках нефти и газа.

73. Засоление и рассоление ландшафтов.

Растворимые соли накапливаются в почвах, континентальных отложениях, воде, атмосфере и организмах, поэтому можно судить о засолении ландшафта в целом, а также о его рассолении. Засоленным является ландшафт, для которого характерно накопление легкорастворимых солей, их активное участие в биологическом круговороте и водной миграции. Засоление подчиняется зональности и усиливается с засушливостью климата. Большое влияние на засоление оказывают и геологические условия. Важнейшим поставщиком солей служат выветривание и почвообразование, переводящие Na, Cl, S и другие подвижные элементы из горных пород в водный раствор, осуществляется процесс путем непосредственного разложения минералов и через биологический круговорот. Другим мощным фактором засоления ландшафтов являются атмосферные осадки и пыль. В молодых ландшафтах принос солей из атмосферы, как правило, не приводит к засолению. В древних ландшафтах, формирование которых в аридных условиях продолжается многие миллионы лет, соли постепенно концентрируются в нижних горизонтах почв. Засоление и рассоление нередко многократно сменяют друг друга, что связано, например, с периодическими тектоническими поднятиями и опусканиями, изменяющими глубину залегания грунтовых вод. Большое значение для смены засоления и рассоления имеет изменение уровня грунтовых вод, обусловленное сезонными или годовыми колебаниями количества атмосферных осадков. При небольшом повышении уровня грунтовых вод происходит засоление, и Na входит в поглощающий комплекс, при понижении - рассоление и формирование солонцовых свойств. Наиболее резко выраженные солонцовые свойства развиваются при периодическом увлажнении нижней части почвы за счет грунтовых вод. Такие солонцы формируются на ранних стадиях засоления до образования солончака, они характерны для пойм степных рек. Подобные солонцы с супераквальным режимом резко отличаются от неоэлювиальных солонцов террас. Рассоление ландшафта означает не только удаление солей из почв и грунтов, но и уменьшение минерализации вод, смену флоры (исчезновение галофитов) и фауны, уменьшение засоленности атмосферы; распространено так же широко, как и засоление. Оба процесса характерны для всех засушливых зон, и обычно они сосуществуют в пределах одного геохимического ландшафта. Рассоление идет постепенно с образованием особой серии ландшафтов, начальным членом которой является засоленный ландшафт, а последним - незасоленный. К промежуточным относятся ландшафты, в которых соли сохранились лишь в нижних горизонтах почв или в грунтах. Одной из главных причин рассоления являются тектонические поднятия, приводящие к развитию рельефа и понижению уровня грунтовых вод. В поймах степных рек преобладает засоление, а на террасах - рассоление. В прошлом во многих засушливых районах грунтовые воды залегали близко. С понижением их уровня засоление сменилось рассолением, ландшафты стали неоэлювиальными.

74. Геохимия степных ландшафтов.

Степные ландшафты распространены в тропическом, субтропическом и суббореальном поясах северного и южного полушарий. Различие между поясами по гидротермическим условиям отражается на изменении геохимии этих ландшафтов и миграции химических элементов между его компонентами. Степные от лесных ландшафтов резко отличаются по многим показателям биологического круговорота и геохимическим особенностям. Биомасса в степях в 10 раз меньше, чем в лесах. В структуре фитомассы трав 70-90% приходится на корневую систему и лишь 10-30% на надземную часть. Ежегодный прирост практически близок к фитомассе, которая полностью отмирает у однолетних растений. Опад в степных ландшафтах составляет около 40-50% биомассы, а в лесных - 1-2%, отношение выше, чем в лесных ландшафтах. Зольность растений в степных ландшафтах примерно в 2 раза выше, чем зольность в лесных ландшафтах умеренного пояса. В разложении органического вещества в степных ландшафтах участвует больше бактерий и актиномицетов и меньше грибной микрофлоры, поэтому при минерализации органического вещества образуется меньше кислых агрессивных соединений. Кальция и магния с опадом поступает достаточно, чтобы нейтрализовать избыточные кислоты и поддерживать реакцию среды, близкую к нейтральной. Миграция органического вещества и коллоидов замедляется коагулирующим действием кальция. В группе степных ландшафтов выделяются следующие типы: в тропическом поясе - саванны, в субтропическом - сухие степи, в суббореальном - луговые и сухие степи. Саванны - положительные температуры в течение года при средних температурах самого холодного месяца 12-20°С и самого теплого - 20-35°С содействуют непрерывному протеканию геохимических процессов, трансформации и миграции вещества и химических элементов. Почвы саванн в элювиальных ландшафтах подразделяются на три основных типа: красные влажных высокотравных саванн, красно-коричневые типичных и красно-бурые опустыненных саванн. Кора выветривания по геохимическим особенностям близкая к коре выветривания соседних влажных тропических лесов. Растительность саванн представлена преимущественно травянистыми формациями, среди которых единично встречаются деревья и кустарники. Сухие степи - гидротермические условия способствуют минерализации органического вещества, гумификация выражена слабо. Геохимические процессы активизируются в период выпадения осадков. Почвы представлены сероземами, которые формируются в предгорных районах на высоте от 200 до 1600 м. Кора выветривания и почвообразующис породы состоят преимущественно из лессовидных суглинков и лессов. Растительность эфемеро-эфемероидного типа. В степных растениях больше накапливается белков и сахара. Луговые степи - гидротермический режим ландшафтов луговых степей создаст условия для более высокой биологической продуктивности растений, чем в сухих субтропических степях. Почвы лугово-степных ландшафтов - черноземы. Кора выветривания представлена лессовидными суглинками и глинами, местами сложена лессом. Растительность в луговых степях разнотравно-злаковая.

75. Геохимия пустынных ландшафтов.

Для всех пустынь характерно малое количество осадков. Пустыня - это

ландшафт с малой биологической информацией, ослабленными биотически-

ми и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями. Для пустынь характерны саксауловые леса, травянистые, кустарниковые и полукустарниковые сообщества. Это позволяет рассматривать различные пустыни как результат деградации лесов, степей, лугов и

саванн. Пустынная деградация связана не только с иссушением климата, но и

с похолоданием (полярные пустыни) и засолением (солонцы и солончаки в

степях). Биомасса в пустынях обычно составляет 10-15 ц/га, но достигает и

300 ц/га. Для пустынной флоры характерна интенсивная биогенная аккумуляция Na, Cl, S, K, P. Щелочные и щелочно-земельные металлы вовлекаются в бик интенсивнее, чем в степях. В резкоокислительной среде пустынь разло-

жение их остатков протекает интенсивно, органические вещества быстро ми-

нерализуются, и гумус почти не накапливается. В бике пустынь преобладает азотный тип химизма при значительном участии Cl и S. В солончаковых пустынях - хлоридный тип химизма. К пустынной группе относятся три основных типа ландшафта.

Полярные пустыни. Они распространены на арктических островах и в

Антарктике. Фитомасса полярной пустыни составляет 50 ц/га. Формирование пустынного загара (железистых и марганцевистых пленок на поверхности пород), новообразований карбонатов кальция, гипса и легкорастворимых солей сближает полярные пустыни с пустынями умеренного и тропического поясов.

Однако резко отличный термический режим, мерзлота, особо важная роль

птиц в бике, преобладание лишайников и водорослей, образование сапропеля

в озерах придает полярным пустыням геохимическое своеобразие. Высокогорные пустыни. Сильная инсоляция и испарение в сочетании с ничтожным количеством осадков обуславливают исключительную сухость климата и формирование пустынных ландшафтов. Разложение растительных остатков в условиях холодного климата протекает медленно. В этих пустынях выветривание протекает по карбонатному типу. В почвах и коре выветривания накапливается СаСО3, почвы и воды имеют щелочную среду. Суббореальные пустыни. Это пустыни умеренного пояса с жарким летом, морозной зимой и холодной сухой весной. Годовое количество осадков составляет 100-200 мм, большая их часть выпадает летом, обеспечивая возможность произрастания полынных и полынно-солянковых сообществ на бурых и серо-бурых пустынных почвах. Для суббореальных пустынь характерно несколько классов и все три основных рода геохимических ландшафтов.

76. Геохимия тундровых ландшафтов.

В группе тундровых ландшафтов выделяются тундровый тип ландшафтов и верховые болота. Тундровые ландшафты характерны для субарктического пояса, они приурочены преимущественно к побережью Северного Ледовитого океана. В южном полушарии они встречаются на отдельных островах вдоль бере-гов Антарктиды. Геохимия тундровых ландшафтов имеет свои особенности. В зависимости от геогра-фического положения для тундровых ландшафтов характерны весьма различные среднемесячные температурызимних месяцев (5-35°). Средние температуры са-мого теплого месяца по материкам изменяются мало (5-13°). Количество выпадающих осадков составляетобычно 200-300 мм в год, в отдельных районах - до 750 мм. Испаряемость в тундре близка к испарению(100-200 мм в год), что несколько ниже, чем количест-во выпадающих осадков, в результате формируется про-мывной водный режим. Низкие температуры тормозятгеохимические и биохимические процессы по преобразо-ванию природных соединений. В тундровых ландшафтах почвенный профиль практически совмещен с корой выветривания. Химическую основу коры выветривания образуют кремний и алюминий, входящие в состав мало измененных криогенными и другими процессами первичных минералов и пород. Такую кору вывет-ривания относят к грубообломочной сиаллитной. Глинистые минералы представлены небольшим количеством гидрослюды, монтмориллонита, иллита, хлорита. Промывной водный режим создает условия для выноса освобождающихся химических элементов, которые перехватываются и аккумулируются в почвогрунтах биогенным путем. Растительность тундры насчитывает около 500 видов. Биомасса колеблется от 50 в арктической до 280 ц/га в кустарничковой тундре. Структура биомассы зависит от господствующих видов в растительных сообществах. Преобладает корневая система, которая составляет 70- 80% биомассы, на зеленую часть приходится 10-20%. Прирост в кустарничковой тундре в 2 раза больший, чем систему и минимальная (1-2%) на многолетнюю надземную часть. Тундровые ландшафты используются как пастбища. Естественная растительность содержит мало белковых соединений и зольных элементов. Поэтому олени, особенно в зимне-весенний период, получают недостаточно полноценных кормов. Летом при появлении разнотравья, 'игод, грибов корм содержит много витаминов. Перелетные птицы ускоряют биологический круговорот химиче-ских элементов, помет служит дополнительным источником органического вещества в почве и элементов питания для растений. В пределах ландшафтов тундры биогеохимические эндемии не выявлены вследствие слабой изученности региона. С пищей поступает недостаточно витамина С, что приводит к заболеванию цингой. Травоядные животные испытывают недостаток белковой пищи.

77. Историческая геохимия ландшафтов.

Основы этой науки и были разработаны в конце 19 столетия Докучаевым в виде учения о зонах природы, в нашу эпоху превратившегося в науку о ландшафтах. Эта наука создавалась представителями различных отраслей естествознания, но как бы ни складывалась их научная судьба, с какой бы отраслью науки они официально ни были связаны в начале своего творчества, в дальнейшем разными путями они приходили к выводу о необходимости изучения связей между отдельными явлениями природы и земной поверхности как единого целого. Это явилось результатом не только субъективных способностей к научному обобщению, но и следствием объективной необходимости возникновения науки о ландшафтах, подготовленного всем предшествующим развитием естествознания, а также практической потребностью в этой науке. Среди учеников Докучаева в Петербургском университете был и будущий основоположник геохимии Вернадский. Таким образом, и геохимия, и наука о ландшафтах в России родились в одной научной Докучаевской школе. Полыновский этап - это время становления геохимии ландшафта - конец 20-х - начало 50-х годов. Детальное химическое изучение почвенных процессов всегда составляло одну из важных задач почвоведения, поэтому оно ближе всего стоит к геохимии ландшафта. Как и многие ученые, Полынов пришел к изучению ландшафтов от докучаевского почвоведения. В начале это были почвенно- географические исследования, которые, однако, скоро перестали удовлетворять ученого. Он стал искать новые пути в изучении ландшафтов и нашел их в геохимии. В 30-х годах Полынов приступил к разработке учения о ландшафтах на геохимической основе. Им установлено понятие "геохимический ландшафт", дана геохимическая характеристика влажных субтропиков, зоны смешанных лесов, черноземных степей и, что самое главное, разработана методология нового научного направления, сформулированы его задачи, намечены оригинальные методы исследования. Методологию геохимии ландшафта Полынов построил на сочетании докучаевского учения о зонах природы с учением Вернадского о геохимической роли живого вещества и представлениями Ферсмана и Гольдшмидта о законах физико-химической миграции элементов в земной коре. В 1951 г. на географическом факультете МГУ Перельман впервые прочитал курс "Геохимия ландшафта", в 1955 г. была опубликована его монография, в которой систематически излагались основы этого научного направления. В 1959 г. на факультете была создана кафедра, ныне носящая название "Геохимии ландшафтов и географии почв". С начала 60-х годов начался быстрый рост геохимии ландшафта, использование теории и методов этой науки в практике, особенно при геохимических поисках рудных месторождений. Если в 50-х годах имелось лишь несколько научных центров, где проводились исследования в данном направлении, то в 70-е годы работы по геохимии ландшафта уже велись десятками научных и производственных организаций во многих городах СССР.

78. Техногенная миграция. Технофильность.

С появлением человека и развитием человеческого общества появляется новый и самый сложный вид миграции химических элементов - техногенная миграция. Особенно быстро её роль возрастает последние два столетия (с начала промышленной революции). При этом многократно возрастает влияние техногенеза на природные процессы, техногенная нагрузка на природные системы, вплоть до биосферы в целом. Биосфера трансформируется и переходит в новое качество. В то же время люди до сих пор плохо знают законы, которым подчиняется техногенная миграция, механизмы влияния этих процессов на природные системы. Лишь в начале ХХ в. эти вопросы были поставлены В.И. Вернадским, и им же заложены концептуальные подходы к решению данного круга проблем. Но систематические исследования начались (и у нас, и за рубежом) только с 50-х годов ХХ в. Выделяется два геохимических типа процессов техногенной миграции. 1. Миграция, унаследованная от биосферы, но техногенно изменённая. Это процессы, связанные с биологическим круговоротом, водной и воздушной миграцией элементов. Для их характеристики можно использовать те же понятия, которые разработаны применительно к процессам биогенной и физико-химической миграции. 2. Собственно техногенная миграция в формах, чуждых биосфере. Производство веществ, не существующих в природе, использование атомной энергии, перемещения вещества, подчиняющиеся социальным законам. Здесь требуется новый понятийный аппарат, который сейчас находится в стадии разработки. Один из важнейших геохимических показателей техногенеза - технофильность химических элементов. Это отношение ежегодной добычи или производства элемента (в тоннах) к его кларку в литосфере. Таким образом, эта величина характеризует относительные масштабы извлечения элементы из природных сред в целях его промышленного использования человеком. При этом не учитываются параметры обратного выхода этих элементов из техногенного оборота, что делает показатель не вполне совершенным. То есть, в отличие от биофильности, этот показатель не является точным отражением концентрации элемента в продуктах техногенеза. Вторая особенность - динамичность показателя. В древности использовалось 18 элементов, в 18 веке - 28, к началу ХХ - около 70, а сейчас в техногенез вовлечены все известные элементы, плюс некоторые созданные искусственно элементы и изотопы. Развитие экономики и технологий приводит к постоянному изменению соотношения технофильности различных элементов. Сейчас наибольшая величина технофильности свойственна углероду, что характеризует интенсивность использования горючих полезных ископаемых. Высокие показатели - для фосфора, золота, свинца, цинка, меди… С другой стороны, низки величины технофильности для таких распространённых элементов, как магний, титан, и особенно - кремний. По существу это характеризует низкую степень использования этих элементов в техногенезе, что со временем, вероятно, изменится.

79. Техногенные барьеры.

Техногенные геохимические барьеры - это участки биотехносферы, в которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация. Некоторые разновидности техногенных барьеров используются человечеством издавна (накопление солей на испарительном барьере путем отгораживания участков моря или соленых озер, искусственные механические препятствия для задержки снега, движущихся песков, селевых потоков и пр.). При строительстве важное значение приобрело инъекционное закрепление грунтов - цементация пород, в результате которой рыхлая масса превращается в твердый монолит. С формированием барьеров имеют дело и специалисты, когда занимаются закачиванием промышленных стоков в водоносные горизонты. Техногенные барьеры возникают и при подземном выщелачивании руд, при закачке вод в скважины на нефтяных и газовых промыслах с целью поддержания пластового давления (при этом происходит сме-шение вод, осаждаются минералы). С помощью техногенных барьеров можно также обогащать руды, утилизировать отходы, формировать техногенные месторождения полезных ископаемых, закреплять удобрения в почвах, решать другие практические задачи. Для характеристики техногенных барьеров следует применять количественные параметры: длину и ширину барьера, его градиент и контрастность, емкость накопления химических элементов, скорость концентрации элементов на барьере. Различают побочные техногенные барьеры, возникающие стихийно, непреднамеренно, как побочный и/или нежелательный результат хозяйственной деятельности, и искусственные техногенные барьеры - специально создаваемые для решения практических задач. Как и природные, техногенные барьеры формируются в различных геолого-географических условиях, т.е. в разных техногенных системах. Уровни организации и масштабы техногенных барьеров также различны - они могут проявляться в техногенных илах, почвах, водоносных горизонтах и в более сложных системах: техногенных ландшафтах и в еще более крупных образованиях, например зарегулированных бассейнах рек с системой водохранилищ, крупнейших городских агломерациях, морских побережьях с системой портов и т.д. При всем разнообразии условий формирования техногенных барьеров, при различии размеров их геохимическая сущность часто одинакова, в связи с чем число видов техногенных барьеров сравнительно не велико. Так, например, щелочной геохимический барьер вида DI возникает и при отработке сульфидных месторождений, и на участке металлургического комбината, и в районах выпадения "кислотных" дождей за сотни километров от промышленных центров.

80. Техногенные аномалии.

Выявление техногенных аномалий является одной из важнейших эколого-геохимических задач при оценке состояния окружающей среды. Эти аномалии образуются в компонентах ландшафта в результате поступления различных веществ от техногенных источников. Они представляют собой некоторый объем, в пределах которого значения аномальных концентраций элементов больше фоновых значений. Техногенные аномалии искусственных веществ, например, пестицидов выделяются в основном по санитарно-гигиеническим, а не геохимическим критериям. Если техногенная аномалия имеет четкую пространственную и генетическую связь с конкретным источником загрязнения, то такая аномалия называется техногенным ореолом рассеяния. Аномалии фиксируются главным образом в депонирующих средах - почвах, донных отложениях, растениях, снежном покрове. В транзитных средах - воздухе, водах, частично донных отложениях - аномалии именуются техногенными потоками рассеяния. По распространенности выделяются следующие техногенные аномалии: глобальные - охватывающие весь земной шар (повышенное содержание СО2 в атмосфере, накопление искусственных радионуклидов после ядерных взрывов); региональные - формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и областях в результате применения ядохимикатов, минеральных удобрений, подкисления атмосферных осадков выбросами соединений серы; локальные - образующиеся в атмосфере, почвах, водах, растениях вокруг местных техногенных источников: заводов, рудников и т. д. Локальные источники загрязнения, сливаясь, могут привести к образованию техногенных аномалий регионального масштаба (крупные промышленные города, их агломерации). По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на три типа. Полезные аномалии улучшают состояние окружающей среды. Это известкованные кислые почвы, йодирование поваренной соли в районах развития эндемического зоба, фторированная питьевая вода, микроудобрения, подкормка домашних животных микроэлементами и т. д. Вредные аномалии ухудшают состояние природной среды в результате появления повышенных концентраций токсичных веществ, отрицательно влияющих на живые организмы. Большинство техногенных аномалий относится к этому типу. Нейтральные аномалии не оказывают влияния на качество окружающей среды (золото в банках, железо в городах и др.). По среде образования техногенные аномалии делятся на литохимические (в почвах, породах, строениях), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере, снеге), биогеохимические (в организмах). Техногенные аномалии образуются в нескольких компонентах ландшафта. По длительности действия источника загрязнения они делятся на: кратковременные (аварийные выбросы), средневременные (с прекращением воздействия - разработка месторождений полезных ископаемых), долговременные стационарные (аномалии заводов, городов, агроландшафтов).

81. Геохимические принципы классификации техногенных ландшафтов.

Классификация антропогенных ландшафтов по их содержанию учитывает различия в наиболее важных структурных частях антропогенных комплексов: 1. Сельскохозяйственные комплексы (возделанные поля, культурные луга и т. п.). 2. Лесные комплексы (вторичный лес, искусственные посадки леса). 3. Водные комплексы (пруды, водохранилища). 4. Промышленные комплексы (включая дорожные). 5. Селитебные комплексы - ландшафты населенных пунктов, от мелких сел до крупнейших городов. Классификации антропогенных комплексов по глубине воздействии человека на природу: 1. Антропогенные неоландшафты - заново созданные человеком, ранее не существовавшие в природе комплексы. К их числу относится курган в степи, пруд в балке и др. 2. Измененные антропогенные ландшафты, характеризующиеся тем, что прямое преобразующее воздействие со стороны человека испытали отдельные компоненты, чаще всего растительность. Примерами таких ландшафтов служат березовая роща на месте дубравы или полынно-типчаковое пастбище на месте ковыльной степи. Классификация антропогенных комплексов по их генезису: 1. Города и городские ландшафты. Городские ландшафты являются наиболее сильно измененной категорией антропогенных ландшафтов. В их пределах произошла трансформация всех компонентов природного ландшафта. Изменилась литогенная основа, исчезла естественная растительность, и появились особые фитоценозы городских парков и скверов, сформировался особый тип почв - урбаноземы. Существенное влияние оказывает город даже на самую стабильную часть ландшафта - атмосферу. Выбросы промышленных предприятий и транспорта приводят к существенным загрязнениям воздуха, особенности городской архитектуры (антропогенный рельеф) создают особые условия циркуляции и теплообмена приземных слоев воздуха, что в итоге приводит к формированию особого городского климата. 2. Ландшафтно-геохимический анализ городов. Деятельность человека в городском ландшафте приводит к формированию крупных геохимических аномалий. На природном фоне города выделяются как центры концентрации веществ, поступающих в них с транспортными потоками, в результате работы промышленных предприятий и коммунальной деятельности. Наиболее сильное техногенное геохимическое воздействие на природную среду и население проявляется в крупных промышленных городах, которые уже сейчас по интенсивности загрязнения и площади аномалий загрязняющих веществ представляют собой техногенные геохимические провинции. Поступая в окружающую среду, отходы хозяйственной деятельности формируют техногенные геохимические аномалии в различных средах. Также возможна геохимическая классификация элементарных ландшафтов внутри города. По принадлежности к функциональной зоне, загрязнению ландшафтов выделяют пять основных порядков: 1) парково-рекреационный; 2) агротехногенный; 3) селитебный; 4) селитебно-транспортный; 5) промышленный. В первых трех преобладает привнос загрязняющего вещества, в последних двух - вынос и частичная аккумуляция.

82. Геохимия городских ландшафтов. Основные экологические проблемы.

Городские ландшафты являются наиболее сильно измененной категорией антропогенных ландшафтов. В их пределах произошла трансформация всех компонентов природного ландшафта. Изменилась литогенная основа, исчезла естественная растительность, и появились особые фитоценозы городских парков и скверов, сформировался особый тип почв - урбаноземы. Существенное влияние оказывает город даже на самую стабильную часть ландшафта - атмосферу. Выбросы промышленных предприятий и транспорта приводят к существенным загрязнениям воздуха, особенности городской архитектуры (антропогенный рельеф) создают особые условия циркуляции и теплообмена приземных слоев воздуха, что в итоге приводит к формированию особого городского климата. Деятельность человека в городском ландшафте приводит к формированию крупных геохимических аномалий. На природном фоне города выделяются как центры концентрации веществ, поступающих в них с транспортными потоками, в результате работы промышленных предприятий и коммунальной деятельности. Наиболее сильное техногенное геохимическое воздействие на природную среду и население проявляется в крупных промышленных городах, которые уже сейчас по интенсивности загрязнения и площади аномалий загрязняющих веществ представляют собой техногенные геохимические провинции. Поступая в окружающую среду, отходы хозяйственной деятельности формируют техногенные геохимические аномалии в различных средах. Основным направлением изучения ландшафта городов и уровня загрязнения компонентов этого ландшафта является ландшафтно-геохимический анализ. Геохимические исследования городов проводятся по традиционным для геохимических исследований методом выявления геохимических аномалий и осуществляются как в региональном масштабе, с оценкой геохимической специализации отдельных городов, так и локальном масштабе, в рамках одного города или городского района. Одним из основных показателей, используемых при региональной оценке городов является коэффициент эмиссионной нагрузки Е, показывающий количество выбросов на одного жителя в год: Е = Р / Н, где Р - количество выбросов, тыс. т/год, Н - число жителей, тыс. чел. В крупных городах с населением более 500 тыс. жителей Е меняется от 0,1 до 0,7 с максимальными значениями (больше 0,3) в городах, где преобладает химическая и нефтехимическая промышленность. Для малых городов Е меняется от 0,2 до 10 и более (для городов с черной и цветной металлургией). Важной эколого-геохимической характеристикой является структура загрязнения. Она определяется для макрополлютантов (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, пыль), на долю которых приходится более 90 % от общего объема выбросов, и для микрополлютантов, объемы выбросов которых малы, но велики уровни концентрации в выбросах и токсичность (тяжелые металлы, хлорорганиче-ские соединения, углеводороды). Каждый промышленный город имеет свою геохимическую специализацию. Например, геохимическая специализация Норильска - медь, никель, свинец; Тольятти - хром, молибден, никель, свинец, медь; Чернобыля - плутоний, стронций, цезий.

83. Геохимия агроландшафтов. Экологические аспекты применения минеральных удобрений и пестицидов.

Земледельческие площади (включая села и фермы) занимают около 12% суши, еще около 25% используется под пастбища. Наиболее освоены умеренный (26%), субэкваториальный и субтропический (17 - 18%) пояса. Относительная площадь агроландшафтов и степень изменения природной среды максимальны в Европе (32%) и Азии (21%). Главное назначение агроландшафта - производить максимум сельскохозяйственной продукции - вступает в противоречие с использованием средств химизации, приводящих к загрязнению среды, нередко превышающему допустимые экологические нормы. С ростом распаханност растет и загрязнение земель минеральными удобрениями, пестицидами и другими средствами химизации, особенно в развивающихся странах. Для возмещения выноса химических элементов с урожаем, повышения продуктивности агроландшафтов, борьбы с сорняками, вредными насекомыми и микроорганизмами применяются минеральные и органические удобрения, пестициды и др. агрохимические средства. Они делятся на две группы: стандартизованные, или традиционные азотные, калийные, комплексные, микроудобрения, в которых содержание элементов питания растений регламентируется ГОСТами, и нестандартизованные удобрения - осадки сточных вод (ОСВ), коммунальные твердые бытовые отходы (КТБО), загрязненные речные воды (ЗРВ) и т.д. без стандартизации элементов питания. Существенно, что во всех видах удобрений не содержание микроэлементов, в том числе приоритетных загрязнителей. С азотными удобрениями вносится примерно 15 - 20% общего поступления азота в наземные агроландшафты. В СССР в 70 - 80-х годах эта доля достигла 25 - 35%. В агроландшафтах, удаленных от индустриальных источников, эти удобрения становятся основной причиной загрязнения окружающей среды соединениями азота. В каскадных ландшафтногеохимических системах бассейнов малых рек центра Русской равнины с азотными удобрениями поставляется до 50 - 70% от общего баланса азота. В районах интенсивного земледелия, например в Западной и Центральной Европе, эта доля увеличивается до 70 - 80%. Вынос азота с сельскохозяйственной продукцией существенно колеблется. В Западной и Центральной Европе с урожаем удаляется 50 - 60% внесенного азота. На Русской равнине с продуктами растениеводства и животноводства отчуждается лишь 15 - 25% азота. Как и в естественных ландшафтах, с денитрификацией удаляется 20 - 25% азота. С боковым стоком из каскадных систем выносится еще 15 - 30% азота. Загрязнение агроландшафтов связано и с применением фосфорных удобрений. Среди стандартизованных удобрений они содержат наиболее широкий спектр концентрирующихся химических элементов(Cd, Cu, РЬ, Sr, F). Хотя с удобрениями вносится менее 5% природного запаса Р в почвах, но он легко усвояем (в отличие от почв). Это обеспечивает необходимый прирост урожая и одновременно ведет к загрязнению агроландшафтов. Доля микроэлементов, поступающих с удобрениями, еще меньше. Обычно ниже и степень их усвояемости растениями. Такое поглощение этих элементов имеет как положительное (слабое загрязнение растений), так и отрицательное (загрязнение ландшафта) значение.

84. Геохимия горно-промышленных и других техногенных ландшафтов.

Специфическая особенность этих ландшафтов - это не просто наложение техногенного загрязнения на природные геохимические аномалии, потоки рассеяния тяжёлых металлов, исходящих от руд месторождений, но и трансформация не усваиваемых растениями металлов и перевод их в усваиваемые биотой формы в педосфере и гидросфере. Разработка месторождений полезных ископаемых приводит к огромным площадям почти полного уничтожения природных ландшафтов, занятые скважинами, шахтами, карьерами, отвалами пород, отходами первичного обогащения руд, угольными терриконами, транспортными магистралями и др. В результате формируются особые техногенные ландшафтно-геохимические системы - горнопромышленные ландшафты. Сам процесс преобразования в этом случае рассматривается как техногенное воздействие, приводящее к изменению не только структуры, но и характера процессов трансформации вещества и энергии в природном ландшафте. В предельно общем случае количественная оценка техногенного воздействия в виде техногенной нагрузки представляется как разность между начальными параметрами составляющих ландшафта и измененными в результате воздействия горнопромышленного комплекса. Современная технология добычи и переработки полезных ископаемых позволяет использовать лишь часть извлекаемой горной массы, как правило, несколько процентов. Все остальное накапливается в виде отходов, рассеиваемых природными миграционными потоками (атмосферными и водными), что приводит к геохимическому загрязнению объектов ПТК в районе действия горных предприятий. Техногенные ландшафты отличаются тем, что биологический круговорот элементов в значительной мере нарушен, а определяющим видом становится техногенная (социальная) миграция, аналогов которой (по комплексу перемещающихся элементов, свойствам их техногенных соединений и дальности миграции) в природе нет. Площади, занимаемые техногенными ландшафтами, непрерывно возрастают за счет уменьшения территорий, занятых биогенными и абиогенными естественными ландшафтами. В пределах техногенных ландшафтов не только проживает подавляющая часть населения Земли, но и выращиваются почти все продукты питания. Техногенные ландшафты являются источниками минерального сырья, добываемого с каждым годом все в больших объемах. Именно поэтому состоянием и качеством функционирования техногенных геохимических ландшафтов обеспечивается как степень комфортности проживания, так и здоровье населения разных стран и Земли в целом. Техногенные ландшафты следует классифицировать с учетом особенностей миграции в них химических элементов. При этом главным типом является техногенная миграция веществ и элементов. Однако ее можно подразделять на виды в зависимости от специфики хозяйственной деятельности. На этом основании было предложено разделение техногенных ландшафтов на сельскохозяйственные, промышленные, лесотехнические, ландшафты населенных пунктов (селитебные), искусственных водоемов, дорожные ландшафты.

85. Загрязнение окружающей среды. Основные неорганические и органические загрязнения.

Загрязнение окружающей среды - это привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических или биологических загрязнителей, или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям. При определении основного субъекта выделяют антропогенное и естественное загрязнения. Основными объектами являются - почвы, атмосфера и водоёмы. Классификация по видам загрязнения базируется на четырёх составляющих: механическое, физическое, химическое и биологическое: Биологическое - загрязнителем являются организмы, привнесение и размножение которых несёт нежелательный характер как для человека, так и для экосистем в целом. Проникновение может идти естественным путём, а в некоторых случаях является следствием деятельности человека. В качестве составной части выделяют микробиологическое загрязнение. Механическое - загрязнение химически и физически инертным мусором среды, которое, как правило, приводит к ухудшению её качеств и оказывает влияние на обитающих в ней организмов. В реальности механическое загрязнение идёт в совокупности с физико-химическим воздействием. Физическое - загрязнитель приводит к изменению физических параметров среды, среди которых температурно-энергетический (тепловое загрязнение), волновой (световое, шумовое, электромагнитное загрязнения), радиационный (радиоактивное загрязнение) и некоторые другие. Химическое - загрязнитель приводит к изменению естественных химических свойств среды, выражаемое в повышении их концентрации, либо к проникновению веществ, которые отсутствовали в среде раньше. Примером химического загрязнения является аэрозольное. Также различают неорганическое и органическое загрязнение. Органические загрязняющие вещества - это вещества, которые отрицательно влияют на окружающую среду, имея при этом растительное или животное происхождение. Помимо концентрации в окружающей среде неорганических веществ, велика доля содержания органических загрязнителей. К последним относятся нефть, различные углеводороды, фенол, спирты, кислоты, альдегиды и кетоны, эфиры, азот. Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство.

86. Геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Достоинствами геохимических методов поисков являются большие возможности использования их на разных стадиях геологоразведочного процесса и в широких диапазонах ландшафтно-климатических обстановок, обнаженности и расчлененности рельефа изучаемых регионов, а также объективность, высокая информативность и оперативность исследований. Методы позволяют быстро определять весьма низкие концентрации химических элементов в любых природных материалах по большому числу проб и выявлять аномальные участки с повышенными содержаниями полезных компонентов. На выявлении и оконтуривании таких рудных аномалий, выявляющих ореолы рассеяния металлов коренных месторождений, и основаны геохимические методы поисков. В зависимости от типов ореолов рассеяния элементов выделяются такие геохимические методы поисков как литохимический, гидрохимический, биохимический и атмохимический. Среди них важнейшее значение в практике работ имеет литохимический метод поисков, позволяющий производить оценку рудоносных структур на количественной основе. Литохимический метод использует первичные и вторичные ореолы рассеяния химических элементов в горных породах. Задача сводится к тому, чтобы на фоне среднего содержания элемента для района выявить аномальные участки с повышенными параметрами рассеяния элемента. Сущность метода состоит в систематическом опробовании пород с целью определения в них содержания рудных элементов и выявления характера и формы ореолов и потоков рассеяния. На основе изучения ореолов рассеяния элементов с учетом геологической, минерагенической и геоморфологической обстановки выявляются участки, перспективные на выявление коренных месторождений полезных ископаемых. Гидрохимический метод поисков оруденения основан на изучении гидрохимических ореолов рассеяния рудного вещества эндогенных месторождений полезных ископаемых. Гидрохимические методы применяются при мелко-, средне- и крупномасштабных и детальных поисковых работах, реже при оценочных и разведочных стадиях. Эффективность гидрохимических исследований определяется высокой площадной представительностью гидрохимической пробы, простотой операции, низкой стоимостью и возможностью получить результаты уже в период полевых работ. Биохимический метод поисков базируется на изучении биохимических ореолов рассеяния рудных элементов. Метод включает отбор растительных проб, их озоление, анализ золы, обобщение и интерпретацию получаемых результатов. Систематическому опробованию территорий предшествуют экспериментальные исследования, направленные на выяснение того какие части растений в данном регионе оказываются концентраторами металлов - листья, концы веток, кора дерева, корни. Затем растительность на изучаемой территории опробуется по прямоугольной или квадратной сети в масштабе поисковых работ. Атмохимические (газовые) методы поисков основаны на изучении распределения газовых компонентов в подземной и приземной атмосфере с целью выявления ореолов рассеяния рудных элементов и элементов-индикаторов месторождений полезных ископаемых. В настоящее время накоплен значительный опыт применения этих методов для поисков месторождений нефти, газа, каменных и бурых углей, ртути, радиоактивных и других руд.

87. Геохимия ландшафта и здравоохранение.

Нормальное функционирование живых организмов во многом определяется не только факторами внешней среды (природные условия), но также миграцией и концентрацией химических элементов в ландшафте. В связи с этим возникла необходимость создания нового научного направления - медицинской географии, которая изучает взаимосвязь между химическим составом окружающей среды и некоторыми патологическими состояниями организма, выявляет закономерности географического распространения этих заболеваний, устанавливает оптимальный для жизнедеятельности человека химизм ландшафта. Это научное направление развивается совместно медиками и географами и опирается на методы и результаты ландшафтно-геохимических исследований. В настоящее время актуальным направлением в области медицинской географии является развитие гигиенических аспектов медико-географических исследований (проблемы застройки и реконструкции городов и населенных пунктов, охраны природной среды, сохранения природных ландшафтов для лечебно-оздоровительных мероприятий), а также разработка теоретических основ, принципов и методов картографирования регионов и прогнозирования отдельных видов заболеваний. Медико-географические исследования проводятся практически во всех регионах, но пока отсутствует единая программа и система. Комплексные медико-географические атласы составлены для территории Молдовы, Алтая, Забайкалья, Баргузинского заповедника. Многие ученые выявляют и фиксируют тс или иные заболевания по районам их распространения, но нс анализируют причин этих явлений. Академик А. П. Авцын предложил классификацию болезней, включая те из них, которые вызваны воздействием географической среды. В основу этой классификации положен этиологический фактор, а также групповое обозначение происхождения болезней: связанные с геофизическими факторами; с геохимическими факторами; с местными особенностями пищевых режимов; с вредными факторами техногенных ландшафтов, включая профессиональные заболевания; вызванные контактом с ядовитыми растениями; с ядовитыми животными; а также инфекционные и паразитарные заболевания, вызванные живыми возбудителями или токсическими продуктами их жизнедеятельности. Геохимия ландшафта позволяет выявить причины и закономерности распространения заболеваний, связанных с геохимическими факторами, химическим составом продуктов питания, загрязнением природной среды токсическим элементами и их соединениями.

88. Курортные ресурсы ландшафта. Культурный ландшафт.

К ландшафтным рекреационным ресурсам относят естественные или искусственные ландшафты, представляющие познавательный или спортивный интерес, а также обладающие достаточно хорошими гигиеническими качествами. Для разных видов туризма интересны разные ландшафты. Для спортивного и познавательного туризма наиболее интересны горные районы как самые живописные и представляющие трудность для прохождения. Интересны также леса, причем, чем они более дикие и незаселенные, тем лучше. Болота могут быть привлекательны для любителей потребительского туризма. Распаханные территории или районы, изуродованные добычей полезных ископаемых с уничтоженной природой, не привлекают никого. Одним из основных критериев оценки ландшафта для рекреации является его эстетичность. С точки зрения эстетичности выделяют территории с различным рельефом. Наилучшими считаются горные районы. Далее в порядке убывания следуют: холмистые районы, пологохолмистые районы, ровные территории (самые неэстетичные). Возможности развития туризма в пределах разных ландшафтных районов могут быть оценены с помощью таких показателей, как разнообразие форм элементов ландшафта, их цвет, цветовые сочетания между ними, размеры панорам, открывающихся с мест осмотра, показатель пейзажной эстетики, живописности и разнохарактерности ландшафта, проявление фактора сезонности, максимально допустимая рекреационная нагрузка на ландшафты как фактор учащения случаев лесных пожаров, уплотнения почвы. В современной географической науке под культурным ландшафтом понимается ландшафт, появившийся в результате целенаправленной преобразовательной деятельности человека, направленной на удовлетворение тех или иных практических и духовных потребностей. Существуют определённые условия появление того, что сейчас определяют как «культурный ландшафт»: Рациональное использование природных ресурсов и природного разнообразия. Воспроизводство и защита природных ресурсов. Осуществления строительных мероприятий, не вступающих в противодействие и противоречие с природой. Оптимизация санитарно-гигиенических условий. Существуют определённые требования к геолокациям, претендующим попасть под это определение: Отсутствие однообразия. Отсутствие так называемых антропогенных пустошей. Наличие охраны территории. Постоянно ведущиеся работы по улучшению ландшафта и его сохранению. Есть три основных категории, по которым распределяются все существующие сейчас культурные ландшафты: органически развивающиеся ландшафты (те ландшафты, которые продолжают развиваться и являются наиболее уязвимыми; созданы аборигенными культурами); реликтовые ландшафты (реликтовые, соответственно, это такие, которые больше не развиваются, чей расцвет - уже история; носители культуры, создавшие подобный ландшафт уже исчезли); ландшафты, задуманные и исполненные людьми или целенаправленно созданные (парки, сады); ассоциативные ландшафты (включены в список культурного наследия; памятные места, места творчества известных людей и т. д.). В настоящее время учёные выделяют пять видов культурных (антропогенных) ландшафтов: лесные (вторичные лесные посадки или искусственные леса); водные (искусственные озёра, водохранилища); сельскохозяйственный или аграрный (возделанные поля); промышленный (заводы, фабрики, дороги); городской или селитебный (инфраструктура любого населённого пункта, от маленького посёлка до мегаполиса).