Экологические функции биосферы и почвы
Все изложенное выше неоспоримо свидетельствует о том, что мы имеем дело с проявлением фундаментального закона бытия — закона полифункциональности систем существующего мира, эффективно работающего в биосфере и ее составляющих: гидросфере, тропосфере, почвенной оболочке и др. Особенно разнообразны явления полифункциональности в почве, которая является центром пересечения взаимосвязей различных геосфер, центром, без успешной работы которого невозможна согласованная, скоординированная деятельность важнейших органов биосферы и составляющих ее биогеоценозов. В этой связи необходимо в полной мере учитывать фундаменальность, многообразие и тесную взаимозависимость функций биосферы в целом.
Среди этих функций при взаимодействии биосферы с внешними косными оболочками выделяются блокировка жесткого космического излучения, диспергация и трансформация метеоритного вещества, резкое снижение метеоритной бомбардировки поверхности планеты, ограничение отдачи земного вещества в космическое пространство. При взаимодействии с косными внутриземными оболочками биосфера участвует в процессе их снабжения сложноорганизованным веществом, в энергетической подзарядке внутриземных геосфер, а также в трансформации эндогенного вещества Земли. И конечно, особую значимость в этих явлениях имеет почвенный покров планеты. Биосфера выступает как жизнепригодная среда обитания, является одним из факторов эволюции цивилизации и источником материальных ресурсов для техногенеза, оказывается условием гармоничного развития людей.
Необходимо обратить внимание на недостаточную разработанность соотношения биосферных и ноосферных процессов и на упрощенное понимание известного выражения В.И. Вернадского о «переходе биосферы в ноосферу», которое, по Вернадскому, отнюдь не означает потерю биосферой ее качественной определенности и замену ее другой антропогенной оболочкой, как это звучит в высказываниях некоторых исследователей. Значительно чаще В.И. Вернадский говорил о ноосфере как об особом состоянии биосферы, сохранение которой он считал важнейшим условием благополучия земной цивилизации. В его трудах, по существу, шла речь об изменении характера отношения человека к природе, о необходимости перевода его на разумные научные основы. Поэтому корректнее говорить о гармонизации взаимодействий в системе «биосфера-ноосфера» или в системе «общество-природа».
Как уже говорилось, современные исследования и расчеты показывают, что если общество разрушит естественную среду своего обитания — биосферу — и заменит ее искусственной, то оно будет вынуждено тратить львиную долю энергии на поддержание необходимых условий своего существования. Биосфера же обеспечивает человека условиями и средствами существования бесплатно.
Сохранение биосферы Земли и ее экологических функций — важнейшая стратегическая задача человечества, поскольку без данной сложнейшей интегральной оболочки немыслимы не только высшие формы жизни, но и благополучие всей планеты. Ведь по отношению к планете в целом биосфера и ее составляющие, особенно почва и биомир, выполняют роль связующего звена, объединяющего различные геосферы, обеспечивающего устойчивость планеты в ее взаимодействии с космосом и являющегося условием прогрессивной эволюции Земли.
Необходимо со всей определенностью подчеркнуть, что сохранение биосферы, формировавшейся многие миллионы лет, — самая важная на сегодня задача, требующая незамедлительных скоординированных деяний всего человечества. Одной из важнейших предпосылок успешного решения данной проблемы является дальнейшая разработка учения об экологических функциях биосферы и ее компонентов, основы которого в общедоступной форме изложены в данной книге.
Глава IV. Почва — удивительное изобретение природы
Мысль, высказанная мудрецами еще в древности — «удивительное рядом с нами», — в полной мере относится к предмету нашего исследования — почве с ее исключительным обилием тесно взаимодействующих экологических функций. В последнее время все большему числу ученых становится ясным, что полученные знания о своеобразии почвы как особой природной системы необходимо сделать всеобщим достоянием. Естественно, для этого архиважным оказывается общедоступное изложение на научной основе современных представлений о различных сторонах жизни почвы в целом.
О своеобразии почвообразования
Как же появляется почва? Благодаря чему из безжизненных каменных глыб образуется плодородный слой, на котором произрастают сотни тысяч видов растений и в котором обитают многочисленные живые существа?
Впервые научный ответ на этот вопрос дал основоположник почвоведения выдающийся естествоиспытатель В.В. Докучаев, который рассматривал почву как результат взаимодействия исходных горных пород, климата, растительности и других почвообразователей.
Говоря о своеобразии почвообразования, важно подчеркнуть, что оно представляет собой сложное переплетение весьма различных по своей природе процессов. Здесь и тончайшие биохимические реакции, и физическое разрушение материнских пород под действием колебаний температуры, и стадийные трансформации минералов, и образование почвенных агрегатов и их разрушение, и многое, многое другое.
В.И. Вернадский отнес почву к специфическим биокосным телам природы, наиболее существенная особенность образования которых — равноправное взаимодействие живой и косной материи.
Интересны в данном отношении работы В.Р. Волобуева, объясняющего разнообразие почвообразования на земном шаре определенным сочетанием органо-минеральных реакций, характерных для собственно почвообразовательного процесса.
Исключительная сложность почвообразования выражается во многом. Прежде всего — в наличии большого числа противоположно направленных процессов, одновременно участвующих в формировании тех или иных свойств почвы. Так, М.А. Глазовская (1972) выделяет такие пары диаметрально противоположных процессов: поглощение живыми организмами элементов из почвы и выделение ими в почвенный раствор различных соединений, разложение органических остатков и образование гумуса, разрушение первичных минералов и создание вторичных и др.
«Противоречивость» почвообразования выражается также в разной длительности процессов, ответственных за формирование отдельных свойств почвы. Такие процессы имеют, по выражению В.О. Тургульяна и И.А. Соколова, разные характерные времена — сроки, необходимые для возникновения зрелого признака или свойства почвы. Причем различия времен весьма значительны. Так, почвенные растворы претерпевают существенные изменения очень быстро — в течение месяцев, а иногда и дней; горизонт растительного опада и подстилки образуется или видоизменяется также довольно скоро — за несколько лет или десятилетий. Зрелый минералогический профиль почв формируется обычно десятки и сотни тысяч лет, а выветривание наиболее устойчивых минералов, таких, как кварц, циркон, рутил, может длиться миллион лет.
Принципиальная особенность почвообразования заключается и в том, что разнообразные элементарные процессы, формирующие почву, характеризуются исключительной концентрацией в пространстве и поэтому почвы отличаются повышенной информативностью. Действительно, если взять небольшой комочек почвы и проанализировать, можно обнаружить много интересного из жизни почвы. Особенно информативны микроморфологические исследования почвенных горизонтов. В крохотном поле микроскопа видны и результаты выветривания обломков горной породы, и преобразование растительного опада, и перемещение тонких частичек по порам и трещинам, и следы деятельности почвообитающих животных, и масса других интереснейших событий. Все это помогает разобраться в современной и прошлой жизни почвы и определить условия ее формирования.
Способность почвы «запоминать» события, происходящие как в живой, так и в неживой природе, накопление и сохранение этой информации — важная черта почвообразовательного процесса.
Из истории почв
История почвы, как и других компонентов природы, тесно связана с общей эволюцией планеты. Когда появились первые почвы и как видоизменялся почвенный покров земного шара, можно понять лишь на основе знания истории развития Земли. А она непростая и разгадана далеко не полностью.
Нередко летопись нашей планеты уподобляют 10 томам по 500 страниц в каждом. Одна страница соответствует 1 млн лет. Человек по-настоящему научился читать пока лишь события десятого тома, начиная с палеозойской эры, наступившей 570 млн лет назад. Что же было до этого на протяжении более 4 млрд лет, остается в основном в области догадок.
Принято считать, что Земля как планета сформировалась около 4,6 млрд лет назад. В то далекое время ее поверхность представляла собой темно-серую безжизненную равнину. Но в недрах уже шли грандиозные геологические процессы, так как только за счет распада имевшихся радиоактивных элементов планета получила в 5–6 раз больше тепла, чем теперь. Внутренний разогрев Земли вызвал расплавление, перемешивание и расслоение ее вещества. Наиболее легкие газообразные компоненты, высвобождаясь из недр, скапливались в околоземном пространстве, образуя первичную атмосферу, в которой преобладали метан, аммиак и в меньшей степени водород, а также пары воды, двуокись и окись углерода при практически полном отсутствии свободного кислорода. Конденсация паров воды постепенно привела к образованию первичных водных бассейнов. В результате процессов выплавления начал формироваться базальтовый слой земной коры, в котором прежде всего накапливались элементы с небольшим атомным весом. В современной коре больше всего содержится кислорода — 49,13 %, затем кремния — 26,0 % и алюминия — 7,45 %. На долю железа приходится 4,20 %, кальция — 3,25 %, натрия — 2,40 %, калия — 2,35 %, магния — 2,35 %, водорода — 1,0 % (Гаврилов, 1986).
Первая стадия геологического развития Земли, продолжавшаяся 500–700 млн лет, получила название лунной, поскольку в то время земной шар был во многом подобен Луне. О почве еще не могло быть и речи, так как первые живые организмы, без которых невозможно почвообразование, появились примерно 1 млрд лет спустя после зарождения планеты. Но на поверхности Земли уже, по-видимому, был материал экзогенного происхождения, во многом похожий на современный лунный грунт. Принципиальная возможность образования первых примитивных почв (предпочв, полупочв) появилась с момента возникновения клеточных организмов (около 3,5–3,8 млрд лет назад). Однако еще длительное время суша продолжала оставаться слабо насыщенной жизнью. Лишь в конце силура, около 400 млн лет назад, в прибрежных болотистых равнинах возникли предпосылки для появления псилофитовидных растений.