Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек

Нередко, спасая водоемы от отравления, почвы сами становятся непригодной средой обитания. Особенно это касается почв с повышенной способностью к аккумуляции вредных соединений. Возникает проблема выявления таких почв, чтобы при посевах сельскохозяйственных культур избегать потенциально опасных земель. Следует также отметить, что, несмотря на большие возможности почвенного покрова как защитного барьера акваторий, он во многих случаях уже не справляется с этой функцией из-за сильно возросших антропогенных нагрузок на природу.

Опасность техногенного загрязнения почв и водоемов усугубляется длительным пребыванием многих вредных соединений в среде, которое нередко измеряется многими годами и десятилетиями. Например, до сих пор в окрестностях Хиросимы и Нагасаки почвы содержат повышенное количество продуктов радиоактивного распада.

Почва и воздушный океан

Воздушный океан — самая непостоянная и изменчивая сфера Земли. Нередко всего лишь за несколько часов могут происходить резкие изменения погоды. Воздушные массы из теплых широт могут быстро проникнуть на север, а холодный полярный воздух — распространиться к югу. Непрерывная изменчивость атмосферных явлений помогает легко убедиться в сильном влиянии воздушного океана на другие геосферы.

Куда менее очевидна зависимость самой газовой оболочки от взаимодействующих с ней природных компонентов. Так, трудно представить, каким образом она зависит от почвенного покрова Земли. Однако накопленные факты говорят о том, что такая зависимость существует, причем формы ее многообразны.

По значению в первую очередь выделяется влияние почвы на состав атмосферы. Связано это прежде всего с постоянной деятельностью почвенных микроорганизмов, а также с высокой пористостью (достигающей 60 % и более) и биохимической активностью почвы, облегчающими обмен почвенного и атмосферного воздуха — дыхание почвы. Дыхание — обязательное условие нормальной жизни почв. Масштабы его поразительны и достигают 1–4 тыс. л/га за час. В верхнем горизонте непереувлажненной почвы воздух может полностью обновляться за 1 ч. Водоемы лишены такой возможности, газообмен в них с такой скоростью немыслим.

Воздействие почвенного дыхания на состав газовой оболочки связано с существенным отличием почвенного воздуха от атмосферного. Так, для воздуха почвы характерно значительно меньшее содержание кислорода и в 10-100 раз большее — углекислого газа. Своеобразие почвенного воздуха определяют и находящиеся в нем летучие органические вещества.

С почвой тесно связан и круговорот различных газообразных элементов. Так, в круговороте азота на почву выпала важная миссия возврата этого элемента из атмосферы в состав литосферы путем фиксации его с помощью почвенных микроорганизмов. В результате образуются не только запасы нитратов и нитритов в самой почве, но и богатые залежи натриевой селитры.

С участием почвенных микроорганизмов осуществляется удержание водорода и углеводородов и тем самым ограничивается попадание их в космическое пространство. По мнению В.И. Вернадского, данная функция почвы предохраняет планету от разрушения.

Важную роль играет почва в круговороте углерода, имеющего исключительное значение для жизни на Земле. Прежде всего почва участвует в изъятии части углерода из атмосферы, которое происходит в результате образования и захоронения в осадочной оболочке не только морских, но и континентальных органогенных пород. Устранение избытка углерода в атмосфере — важное условие улучшения ее состава.

Необходимо, однако, отметить, что чрезмерное снижение количества углерода в атмосфере нежелательно, поскольку оно может вызвать ослабление фотосинтеза и похолодание климата вследствие снятия парникового эффекта от CO₂. Поэтому большое значение имеют процессы возврата углерода в атмосферу, в которых почва принимает участие путем частичного возврата связанного углерода при разложении органического вещества, поступающего ежегодно на ее поверхность с растительным опадом. При аэробном разложении освобождается в виде углекислоты около 40 % органического вещества, а остальное ассимилируется микроорганизмами.

Таким образом, благодаря сбалансированности двух противоположных процессов — консервации углерода атмосферы и систематического возврата его в воздушный океан — выполняется одно из условий нормального функционирования основных оболочек Земли.

Из числа других функций необходимо отметить поглощение и отражение почвой солнечной радиации, от чего во многом зависит энергетика нижних слоев атмосферы.

Различные почвы обладают неодинаковой отражательной способностью. Так, пахотные черноземы отражают всего 5–7% солнечной радиации, в то время как исходные бурые суглинки — 18–19 %, пахотные подзолы и солончаки — соответственно до 30 и 35 %. Распашка и освоение почв приводят к тому, что поверхность Земли по отражательным способностям становится все более пестрой, что усиливает изменчивость тепло-обеспеченности приповерхностных слоев воздушной оболочки.

Другая функция, заслуживающая внимания, — участие почвы в формировании и регулировании влагооборота атмосферы. Во многом благодаря задержанию почвенным покровом атмосферных осадков становится возможным их испарение и повторное выпадение на землю. Хотя осадки, образующиеся за счет испарения с суши, незначительны (основное влагопоступление идет с океана), роль их велика. От них во многом зависит относительная влажность воздуха, заметно влияющая на общее количество осадков. Например, при относительной влажности ниже 40 % осадки малы, но они быстро увеличиваются при повышении влажности воздуха до 50–55 % и более. Осадки за счет местных источников влаги могут оказаться спасительными в период летних засух.

Таким образом, благодаря почве не только увеличивается общее количество водяного пара в атмосфере, но и происходит выравнивание процесса снабжения водой природных ландшафтов. Это особенно важно для неустойчивых растительных сообществ, к которым, в частности, относятся реликтовые леса в засушливых регионах.

Человеческая деятельность, повсюду преобразующая лик Земли, заметно изменила и влияние почвы на влагооборот в атмосфере. Сведение лесов и широкая распашка земель, вызывавшие усиление поверхностного стока, заметно ослабили водорегулирующую способность почв, что привело к снижению общей увлажненности многих районов земного шара и нарушению водного баланса. Чаще стали наблюдаться экстремальные явления — засухи, наводнения и др.

Снижение устойчивости современного климата требует самого пристального к себе внимания. М.И. Будыко (1977) отмечает, что если солнечная постоянная снизится на 4 %, то по всей Земле может распространиться снежный и ледяной покров. При увеличении солнечной постоянной на 2 % будет происходить таяние льдов, что чревато серьезными глобальными последствиями. Необходимы тщательное изучение всех причин возможного нарушения современного климата и учет всех факторов, от которых он зависит, в том числе и климатообразующей роли почв.

Почва является также источником поступления твердого вещества и микроорганизмов в атмосферу. Основным механизмом попадания пылеватого материала в воздушную оболочку оказывается дефляция — развевание почв под действием сильных порывов ветра. Особенно большие массы вещества поднимаются в атмосферу во время бурь. Страдают прежде всего почвы, не защищенные растительным покровом. Одна из наиболее сильных бурь смела с Великих Равнин США около 300 млн т почвенного мелкозема, в результате чего пострадало примерно 4 млн га земель. Дальность переноса попавших в атмосферу частиц зависит от их размеров и мощности воздушного потока. Наиболее мелкие из них могут облетать вокруг земного шара.

Находящееся в атмосфере пылеватое вещество оказывает разнообразное воздействие на процессы, в ней происходящие. Некоторые эффекты имеют положительный характер. Так, мелкие твердые частицы служат центрами конденсации паров влаги и способствуют выпадению дождей. В жарких районах запыленность атмосферы снижает поступление солнечного тепла к поверхности Земли, уменьшая тем самым ее перегрев.