Американский ученый К. X. Смит. Ряды миграции академика Б. Б. Полынова. Модель выветривания

Впервые интенсивность водной миграции элементов с учетом их распространенности в земной коре определил американский ученый К. X. Смит (1913). Он сравнил данные Кларка о среднем составе сухого остатка,, речйых вод со средним составом изверженных и осадочных пород. К. X. Смит разработал особый пересчет, позволяющий определить процент выноса окислов из пород, если принять интенсивность выноса СаО за 100% (1).

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова.

К. X. Смит не развивал свою методику и не использовал ее для разработки общей теории водной миграции элементов в верхней части земной коры. Эту задачу решил Б. Б. Полынов (1877—1952). Он усовершенствовал метод К. X. Смита, геохимизировал его.

В отличие от К. X. Смита Б. Б. Полынов сравнил средний состав минерального остатка речных вод со средним составом массивных пород (2). Далее ученый построил модель выветривания, согласно которой за определенное время из рассматриваемой массы породы выносится весь содержащийся в ней хлор. Если бы соединения серы, писал Б. Б. Полынов, обладали такой же подвижпостью, как и соединения хлора, то в речной воде было бы в 3 раза больше SO, чем хлора, что характерно для горных пород (0,15:0,05 = 3), т. е. в минеральном остатке речной воды было бы 20,25 % SO|~.

В действительности количество SO*- составляет только 11,6%, т. е. за рассматриваемый промежуток времени из пород в воды перешло лишь 57% серы, содержащейся в породах. Распространяя этот пересчет на другие элементы, Б. Б. Полынов получил числа, приведенные в четвертом столбце 2. Эти числа (в %) он объединил в группы, соответствующие фазам выветривания

В 1-й фазе продукты выветривания лишаются соединений хлора и серы. Хотя с этими анионами уходит и некоторое количество катионов, большая их часть остается в породах. Во 2-й фазе выщелачивается значительная часть щелочных и щелочноземельных металлов. В 3-й фазе выносится кремнезем силикатов. В 4-й фазе продукты выветривания слагаются почти исключительно полуторными окислами. Эта построенная дедуктивным методом модель оказалась чрезвычайно полезной для понимания процессов формирования коры выветривания в природе.

Большой талант ученого, огромный опыт исследователя ' и знания в области геохимии процессов выветривания помогли Б. Б. Полынову увидеть фундаментальное значение установленных им рядов миграции, найти в них ответ на коренные вопросы геохимии земной поверхности, заложить основы трех научных направлений — геохимии коры выветривания, геохимии континентальных отложе- - ний и геохимии ландшафта. В последней редакции (1948) ряды миграции имели следующий вид ().

К обоснованию и анализу этих рядов Б. Б. Полынов обращался неоднократно. Он показал, что группы элементов, входящие в отдельные ряды, характеризуют геохимию целых ландшафтных зон. Так, говоря о субтропических степях и пустынях Средней Азии, Б. Б. Полынов писал, что в этой стране мигрируют в основном лишь элементы первой группы рядов миграции — энергичновы- носимые. «Миграция этих элементов накладывает яркий отпечаток и на почвы, и на местные воды, и на растительность и связывает все эти „черты ландшафта" между собой крепкой причинной обратимой связью»10.

Резко отличаются от степей и пустынь ландшафты тайги, формирующиеся на ледниковых бескарбонатных отложениях. Элементы первой и частично второй группы здесь почти вынесепы из почвы и коры выветривания.

Инертные элементы — алюминий и железо — также частично вынесены из верхнего горизонта подзолистых почв, но задерживаются в нижнем, иллювиальном горизонте этих почв. Для залегающих под почвой ледниковых суглинков не характерна подвижность алюминия и железа. В этой форме коры выветривания глинистые минералы достаточно устойчивы, чем кора резко отличается от почвы.

«Если ехать по железной дороге из Ленинграда в Псков,— писал Полынов,— то недалеко от г. Порхова, у местечка, именуемого Красной Горкой, можно наблюдать интересную картину. По одну сторону дороги видна большая пологая возвышенность, частично покрытая дубовой рощей, частично же занятая культурными полями. В соответствующее время года эти поля отмечаются густыми всходами хлебных злаков и носят все признаки того, что обычно -называется „тучными" полями. Внизу, у подошвы этой возвышенности, расстилается луг с небольшим ручьем чистой прозрачной воды, покрытый пестрым покровом цветов, среди которых заметно большое обилие головок клевера.

Совершенно иная картина представляется с другой стороны дороги. И там есть возвышенность, но она покрыта темным еловым лесом с примесью березы и осины. И там около леса есть культурные поля, но простым глазом можно заметить, что и урожайность этих более редких всходов, и самое качество хлебов явно ниже. И там есть луговое понижение у подножия возвышенности, но никаких ярких цветов на этих лугах не бывает. Онн покрыты осоками, среди сплошных зарослей которых выделяются пятнами болотные мочажины с кочками. В чем же кроется причина такого резкого различия?

Дело в том, что правый ландшафт — это область распространения ледниковых глин и суглинков с подзолистыми почвами в элювиальных условиях. И естественно, что на этой почве развивается растительность, кото-, рая хотя и борется за кальций, но довольствуется ничтожными количествами его. И это особенно хорошо обнаруживают тощие хлебные злаки, которые явно испытыва-. ют „известковое голодание". В полном соответствии с этим находятся и почвы луговых или, правильнее,, болотистых понижений. Здесь вода не только пресная, но и мягкая; и естественно, что и растительность здесь хотя и влаголюбивая, но очень нетребовательная по отношению ,

К минеральным элементам — осоки, мхи, Которые в большем количестве захватывают только элементы третьей и четвертой групп — кремнезем, железо. Иначе дело обстоит с левым ландшафтом. Там материнской породой является карбонатная морена. И несмотря на то что в условиях местного климата кальций является исключитель- - но подвижным, запасы его оказываются настолько обильными, что он достаточно хорошо обеспечивает урожайность местных хлебов, создает благоприятные условия для расселения дуба, который здесь уже подходит к северным границам своего ареала и встречается лишь в особо благоприятных условиях, насыщает воды луговых понижений и создает условия для развития пестрых лугов, в составе трав которых принимают большое участие клевер и родственные ему растения, предъявляющие особенно повышенные требования к высокому содержанию в почве кальция».

В качестве последнего примера Б. Б. Полынов привел черноморские берега Аджарии: «Это страна, где осадков выпадает в четыре раза больше, чем в Москве. Здесь воздух, пропитанный водяными парами, в жаркие летние дни часто напомцнает воздух ораня;ереи. Возвышенности здесь в девственном состоянии, покрыты густым лесом, . в котором буки, каштаны и грабы оплетены лианами, а подлесок состоит из рододендрона и лавровишни. На расчищенных местах здесь чайные плантации, а на свежих вырубках — густые заросли папоротника. Здесь разбросаны усадьбы с цветниками, и гортензии здесь имеют не белые и не красные, а синие и фиолетовые цвета. А в пониженных местах, куда стекают воды, промывающие почву, вы часто видите буйные густые заросли бамбуков. Онц здесь не коренные обитатели, но они нашли настолько подходящие и сходные со своей родиной условия, что с их буйным расселением приходится уже вести борьбу.

Это область красноземов, где кора выветривайия, как известно, обладает тенденцией к освобождению от оснований и кремнезема н к накоплению полуторных окислов, где местные воды при ничтожной минерализации их содержат в минеральном остатке своем до 40% этого остатка кремнезема, а почвы показывают уже явную подвижность полуторных окислов.

Нам остается добавить, что за прошедшие десятилетия исследования по геохимии ландшафта в нашей стране получили значительное развитие. Как и предвидел ученый, удалось расшифровать геохимию многих ландшафтов. Ученики и последователи Б. Б. Полынова продвинули вперед теорию геохимии ландшафта и, что особенно важно, стали использовать эту науку при поисках рудных месторождений, для решения вопросов охраны окружающей среды, медицины и сельского хозяйства.

К содержанию книги: Геохимия природных вод