Перельман А.И. История атомов и география. – М.: Гос. изд-во. геогр. лит., 1956. – 64 с.

[:ua]Історія атомів і географія[:ru]История атомов и география[:en]History of atoms and geography

[:ua]Про що розкаже ця книга?[:ru]О чем расскажет эта книга?[:en]What will this book tell about?

«...И только в самое последнее время накопился некоторый материал и были вы­работаны приемы исследования, которые, как нам кажется, уже позволяют приступить к построению новой дисциплины».

Б. Б. Полынов

Мы живем в эпоху проникновения человека во многие тайны атома, овладения атомной энергией, стремитель­ного роста на этой основе техники. Достижения физики и химии в изучении атома открыли новые пути для развития многих отраслей естествознания, в том числе и географии.

Еще недавно география была далека от тех областей знания, которые непосредственно интересуются атомами. Только в последние годы наметилось проникновение в нее идей и методов геохимии — науки, изучающей историю атомов Земли. Так на границе геохимии и географии воз­никло новое научное направление. Основателем его был выдающийся советский ученый, академик Борис Борисо­вич Полынов (1877—1952). Эта новая отрасль науки по­лучила название «геохимии ландшафта».

В этой книге нам придется неоднократно употреблять слово «ландшафт» в качестве научного термина. Что же он обозначает? Какое содержание в него вкладывают географы?

Давно уже замечено, что многие научные термины заимствованы из словаря обыденной жизни. Достаточно напомнить о таких понятиях физики, как «сила» и «ра­бота». Но физика не просто позаимствовала эти слова из житейской практики — она строго определила их смыс­ловое содержание, которое, став теперь научным поня­тием, значительно углубилось и обогатилось новыми, неизвестными ранее качествами. Например, мы теперь говорим не только о механической работе, но и о работе электрического тока, нам известно, что сила зависит от массы тела и скорости его движения, мы знаем много­численные формулы, позволяющие определять вели­чину силы и работы. «Работа» и «сила» как научные понятия послужили основой для объяснения многих яв­лений природы (действие рычага, закон тяготения Нью­тона, движение планет и т. д.).

Сходное превращение про­изошло и с понятием «ланд­шафт». В обыденной жизни ландшафтом называют облик местности («красивый ланд­шафт»). В географии же под ландшафтом понимают не только внешний вид местно­сти, но и ее климат, почвы, подземные воды и другие не­заметные при поверхностном знакомстве особенности при­роды, играющие важную роль в процессах, которые проте­кают на земле. Иначе го­воря, географический термин «ландшафт» обнимает весь комплекс природных условий определенного участка зем­ной поверхности.

«Ландшафт» — такое же общее понятие естественных наук, как «животное», «растение», «почва», «минерал», «химический элемент».

Нам хорошо известно, что для использования в народ­ном хозяйстве какого-нибудь химического элемента, на­пример железа, не достаточно иметь представление только о его внешнем виде: надо хорошо знать свойства железа как металла и свойства его соединений, знать, чем обусловлены эти свойства. Точно так же, если мы соби­раемся в каком-нибудь ландшафте проводить каналы, осушать болота, возводить города или строить дороги, нам необходимо знать не только внешний вид этого ланд­шафта, но и свойства его климата, почв, растительности, подземных и поверхностных вод. Более того, мы должны досконально исследовать взаимоотношения, которые су­ществуют между отдельными частями ландшафта, ясно себе представлять, как, например, климат влияет на растительность, как изменится режим рек, если распахи­вать большие массивы земли, что произойдет в ланд­шафте, если будут вырублены леса и т. д.

Подобно тому как в природе имеется множество ви­дов животных и растений, типов почв и различных мине­ралов, так мы находим на Земле и множество разнообразных ландшафтов. Примерами их могут слу­жить тундра, пустыня, степь, горные луга, корал­ловые и вулканические острова.

Основы науки о ланд­шафтах — ландшафтоведения, были заложены в конце прошлого столетия великим русским ученым В. В. Докучаевым (1846— 1903) в его хорошо изве­стном учении о зонах при­роды. В наши дни эти докучаевские идеи не только прочно вошли в сознание ученых, они стали достоянием самых широких кругов народа и служат практике народ­ного хозяйства. Доста­точно напомнить, что мы уже в начальной школе знако­мились с природными зонами СССР, что развитие сель­ского хозяйства в нашей стране планируется с учетом особенностей отдельных зон.

Борис Борисович Полынов был последователем В. В. Докучаева. Много путешествуя, он изучал разно­образные ландшафты нашей страны: степи Дона и Ук­раины, тайгу Приамурья, влажные субтропики Грузии, пустыни Прикаспия. Постепенно у Б. Б. Полынова со­брался огромный материал наблюдений природы, и перед ним во весь рост встали вопросы: как осмыслить весь этот материал? Как разобраться в процессах, формирующих ландшафт? В чем заключается основной «механизм», кото­рый управляет жизнью ландшафта?

Физико-географическое изучение не давало полного ответа на эти важные вопросы. Тогда мысли ученого обра­тились к геохимии — молодой науке, возникшей на ру­беже XIX и XX столетий.

Геохимия, как и все науки об атомах, бурно разви­вается в наши дни, ее идеи и методы проникают в геоло­гию, медицину, биологию, агрономию, обогащая эти старые и хорошо разработанные области знания новыми представлениями, открывая перед ними новые перспек­тивы практического применения.

Б. Б. Полынов понял огромное значение геохимиче­ских идей и методов для географии. Он соединил учение о зонах природы Докучаева с геохимией и на основе этих двух источников построил теоретические основы геохимии ландшафта.

Сближению геохимии и географии благоприятствовала одна особенность в развитии русской науки: В. В. Доку­чаев, создавший учение о ландшафтах, был учителем одного из основателей геохимии, нашего выдающегося ученого, академика В. И. Вернадского (1863—1945). От­сюда понятен интерес к географии и у самого Вернад­ского и у многих его учеников и последователей, таких, как академик А. Е. Ферсман (1883—1945) — крупный гео­химик и вместе с тем географ и путешественник, акаде­мик Д. И. Щербаков — исследователь геохимии Средней Азии и других районов нашей страны. Ученик Вернад­ского, академик А. П. Виноградов, создал учение о «био­геохимических провинциях», имеющее особенно важное значение для географии.

О новых путях географии, о важных закономерностях, которые геохимия позволяет установить в ландшафте, 6 перспективах, которые открывает новое научное направ­ление для развития науки и хозяйства, мы и хотим крат­ко рассказать в этой книге.

[:ua]Живі організми та колообіг атомів[:ru]Живые организмы и круговорот атомов[:en]Living organisms and the cycle of atoms

«На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а по­тому и более могущественной по своим ко­нечным последствиям, чем живые организ­мы, взятые в целом».

В. И. Вернадский

ЗЕЛЕНЫЙ ЛИСТ И ЛАНДШАФТ

В тундре, в тайге ли, в степи, за редким исключением в любом ландшафте мы найдем зеленые растения. В од­них ландшафтах их больше, в других меньше, но и там и тут они играют важную роль. А ведь далеко не каж­дому из нас известно, как многообразно участвуют расте­ния в создании ландшафта. Попробуем это выяснить.

Химический анализ любого растения показывает, что оно состоит в основном из кислорода, углерода и водо­рода: значительно меньше в нем содержится серы, азота, фосфора, калия, кремния, кальция и еще меньше других химических элементов.

Для того чтобы жить, растение, как и всякий живой организм, должно питаться, т. е. получать извне химиче­ские элементы, из которых оно состоит. Один источник его питания был известен очень давно — это почва; из нее растение с помощью корней поглощает различные нужные ему для жизни вещества (воду, минеральные соли).

Значительно позднее было установлено, что у расте­ний существует и «воздушное» питание, что они способны поглощать из воздуха углекислый газ.

Минеральные соли, вода, углекислый газ служат тем «сырьем», которое растение в процессе своей жизнедея­тельности перерабатывает в разнообразные органические вещества, входящие в состав его тела (клетчатка, крах­мал, белки, жиры, сахар, витамины).

Тонкими и остроумными опытами ученые установили, что первый этап воздушного питания происходит на свету в зеленом листе; из углекислого газа и воды там обра­зуются простейшие органические вещества по такой при­мерно реакции:

Так в листе под влиянием солнечного света и при участии пигмента хлорофилла из шести молекул углекис­лого газа (6СО₂) и шести молекул воды (6Н₂О) обра­зуются одна молекула простейшего углерода — са­хара (С₆Н₁₂О₆) и шесть молекул кислорода (6О₂), выде­ляющихся в атмосферу.

Процесс этот получил название «фотосинтеза», так как, с- одной стороны, он заключается в синтезе, т. е. в соединении и преобразовании более простых минераль­ных веществ в более сложные органические, а с другой — для его осуществления необходим солнечный свет (photos — по-гречески свет).

Но какова роль солнечного света? Почему образова­ние органических веществ из углекислого газа и воды не может идти в темноте? Потому что для их синтеза необ­ходимо разложить воду на кислород и водород, а это тре­бует большого количества энергии — 674 калории. Эту энергию дает солнечный свет. Поглощенная растением, она не исчезает, она продолжает сохраняться во всех органи­ческих веществах.

Таким образом, зеленые растения являются настоя­щими аккумуляторами, которые потом тем или иным путем можно заставить работать — отдавать накоплен­ную энергию. Поедая растения, эту энергию используют животные, так как они сами не в состоянии создавать органические вещества из простых минеральных тел (СО₂ и Н₂О). Человек же «разряжает» этот аккумулятор не только в процессе питания, но и, например, сжигая дрова.

Секрет зеленого листа, в котором совершается заме­чательное превращение вещества и энергии, изучал выдающийся русский ученый Климентий Аркадьевич Ти­мирязев. Ярко и образно он описал это изумительное явление природы: «Когда-то на землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хло­рофилловое зерно.

Ударяясь об него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу, он рассек, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте. Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал '. Этот крахмал, превратясь в растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала же или в виде клейковины. В той или иной форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает форму явной силы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу».

Но на этом не кончается участие растения в жизни ландшафта.

Оказывается, в живом растении происходит не только образование органического вещества, но и его разложение. Когда растение дышит, органические вещества его тела окисляются с помощью кислорода воздуха, распадаясь на углекислый газ и воду. Дышат, как известно, и все живот­ные организмы. Выделяющуюся при этом энергию живот­ные и растения расходуют на свои жизненные процессы (например, на поддержание температуры тела, на пере­движение) .

Таким образом, при дыхании протекают явления, про­тивоположные тем, которые происходят при фотосинтезе:

Однако в конечном итоге фотосинтезом создается зна­чительно больше органических веществ, чем их разру­шается в процессе дыхания растений и животных.

После смерти растений и животных начинается гние­ние их остатков — органические вещества разлагаются. При известных условиях они разлагаются лишь частично, и в этом случае в ландшафте постепенно накапливаются полуразложившиеся органические вещества (например, болотный торф). Следами подобных процессов, протекав­ших в прошедшие геологические периоды, являются многочисленные залежи каменных углей Донбасса, Кузбасса, Черемхова, Караганды и других угольных бассейнов СССР. Сжигая эти угли в топках паровозов и пароходов, на электростанциях, в печах жилых домов, фабрик и за­водов, мы используем ту солнечную энергию, которую в результате фотосинтеза накопили растения миллионы лет назад.

Однако в большинстве ландшафтов мертвое органи­ческое вещество разлагается почти полностью, или, как говорят, минерализуется. Из него образуются простейшие минеральные соединения: углекислый газ, вода, минераль­ные соли. Эту огромную работу по уничтожению мертвого органического вещества, своего рода очистку ландшафта, выполняют главным образом микроорганизмы. Милли­арды их мы обнаружим в каждом грамме гниющих рас­тительных или животных остатков.

Минеральные соединения, образовавшиеся при раз­ложении органического вещества, частично снова погло­щаются растениями, химические элементы снова входят б состав тела организмов, чтобы потом опять минерали­зоваться в процессе дыхания и главным образом после смерти растений и животных.

Так осуществляется в ландшафте биологический кру­говорот атомов.

Попадая в тело организма и связываясь там в моле­кулы органического вещества, атомы как бы заряжаются энергией; когда же эти органические вещества разру­шаются, они отдают запасенную энергию, за счет которой совершается гигантская химическая работа в ландшафте. Например, природные воды, обогащенные продуктами разложения органических веществ — углекислым газом и органическими кислотами, обладают огромной химической разрушительной силой. Ей не может противостоять ни одна горная порода, ни один минерал. Все они посте­пенно разлагаются, превращаются в глины и легкораство­римые соли или, как говорят геологи, «выветриваются».

Но в разных ландшафтах биологический круговорот атомов протекает по-разному: в тайге не так, как в степи, в тундре не так, как в пустыне. От того, сколько органи­ческого вещества образуется в том или ином месте на Земле, каков состав этого вещества, с какой скоростью оно разлагается, и зависит, формируется ли здесь тундро­вый, таежный, степной или какой-либо другой ландшафт.

Для того чтобы в этом убедиться, совершим путеше­ствие в жаркие тропики и холодную тундру и посмотрим на эти столь различные ландшафты глазами геохимика.

В ТРОПИКАХ

Тропическая зона Земли, как известно, в изобилии получает солнечное тепло. Круглый год здесь стоит жар­кая погода, и в тех тропических странах, где к тому же выпадает много дождей, создаются особенно благоприят­ные условия для развития растений.

В жарком, насыщенном водяными парами «оранже­рейном» воздухе влажных тропиков деревья и травы растут сказочно быстро, буквально на глазах. Например, побеги бамбука уже в первый и второй день своей жизни вытягиваются до роста человека, а зрелый бамбук дости­гает тридцатипятиметровой высоты. Пышные кроны де­ревьев поднимаются над землей на сто и более метров. Наши северные леса состоят из двух, трех, пяти древесных пород, а во влажном тропическом лесу растут сотни различных деревьев. Там редко можно встретить рядом два дерева одного и того же вида.

Иными словами, образование органических веществ, обязанное фотосинтезу, протекает во влажных тропиках с огромной силой. В результате здесь создается большая масса живых организмов, во много раз превосходящая массу организмов в ландшафтах умеренных широт.

С другой стороны, очень активные здесь микроорга­низмы перерабатывают быстро, как нигде в другом ланд­шафте, мертвые остатки растений и животных, превращая их в простейшие минеральные соединения: углекислый газ (СО₂), воду (Н₂О) и другие.

Нередко путник в тропическом лесу с недоумением замечает, что его тропа, казалось бы без причины, вдруг резко отклоняется в сторону, словно обходя невидимое препятствие. Объясняется это просто: недавно еще путь здесь преграждало упавшее дерево. Микроорганизмы, му­равьи, термиты в несколько лет не оставили от него даже следа. Только резкий поворот тропы напоминает о лежав­шем здесь еще недавно растительном гиганте.

Эта скорость разложения растительных остатков в тро­пиках становится особенно наглядной, если вспомнить, что в наших северных лесах бурелом и валежник иногда гниет десятилетиями.

Таким образом, биологический круговорот атомов во влажных тропиках отличается огромной, невиданной в умеренной зоне интенсивностью. Большее количество углерода (в виде СО₂), водорода, кислорода и других элементов ежегодно извлекается из почвы и атмосферы и превращается в органические вещества живых организ­мов, и эти же элементы снова быстро возвращаются в минеральное состояние после смерти растений и жи­вотных.

Пожалуй, нигде так не щедра природа, как во влаж­ных тропиках. Здесь в изобилии могут произрастать цен­нейшие продукты питания. Тем возмутительней удручаю­щая бедность и нищета населения многих тропических стран (например, Экваториальной Африки), противоесте­ственное тяжелое положение которого — трагический ре­зультат длительного господства «цивилизованных» коло­низаторов.

В результате бурного разложения растительных остат­ков в почву тропического леса с просачивающейся дожде­вой водой поступает много органических кислот и угле­кислого газа. Они производят большую химическую ра­боту — почти нацело разрушают плотные горные породы.

Геохимики хорошо изучили эту работу. При разру­шении минералов под действием воды, органических кис­лот и углекислого газа такие элементы, как кальций, магний, натрий, калий, входящие в состав горных пород, образуют новые соединения — растворимые соли, которые уже легко вымываются из выветрелой породы дождевыми водами. Затем подземными токами они выносятся в реки, а речной водой — за пределы ландшафта.

Разрушенная, некогда плотная, порода превращается в богатую водой и воздухом глинистую массу красного цвета. В ней остаются лишь наименее подвижные эле­менты и соединения: железо и алюминий в форме гидро­окислов (Fe₂O₃•nН₂О, Al₂О₃•nН₂О), кварц (SiO₂), минерал каолинит [Al₄Si₄O₁₀(OH)₈]. Такая ярко-красная (от гидроокислов железа) глинистая красноземная кора вы­ветривания тропиков местами имеет мощность в несколько десятков метров.

Значит, в красноземах не потому много железа и алю­миния, что они туда попали откуда-нибудь извне, а по­тому, что в процессе выветривания были удалены из гор­ных пород почти все остальные элементы.

В почве здесь мало кальция и других металлов, спо­собных нейтрализовать органические кислоты. Поэтому и почвы и воды влажных тропиков имеют кислую реак­цию — в них повышено содержание ионов водорода (Н-иона).

Эта геохимическая особенность ландшафта влажных тропиков и определяет многие черты своеобразия, кото­рыми отличается их растительный и животный мир. Так, например, во влажных тропиках есть немало растений, приспособленных к низкому содержанию кальция в почве; они хорошо переносят кислую реакцию, в их золе мало кальция и много алюминия. К таким растениям относится и чай, растущий на кислых, бедных кальцием почвах.

Натуралистами было подмечено, что чем больше алю­миния содержат перья некоторых птиц, тем ярче их окра­ска. В связи с этим советский ученый М. А. Глазовская недавно высказала убедительное предположение: не этим ли объясняется особая яркость и пестрота оперения попу­гаев, колибри и других тропических птиц, которые, веро­ятно, получают с пищей значительно больше алюминия, чем их сородичи в умеренных широтах.

Так геохимическое изучение ландшафта позволяет с совершенно новых позиций подходить к объяснению одной из наиболее известных и наглядных особенностей ландшафта — его колорита.

Разве не удивились бы мы, обнаружив в стволе живого бамбука... камни? А такое явление существует: в полостях бамбуковых стволов, растущих на тропических болотах, иногда содержатся довольно крупные желваки опала — минерала, состоящего из кремнезема и воды (SiO₂•nН₂О).

Ключ к решению этой загадки также дает геохимиче­ское изучение ландшафта тропиков. В почвенных, грун­товых и речных водах там много кремнезема (SiO₂), который образуется в процессе выветривания гранитов и других горных пород. Отсюда и высокое содержание крем­незема во многих тропических растениях, отдельные части которых как бы «окаменевают».

Накопление железа в коре выветривания влажных тропиков (в форме Fe₂O₃•nН₂О) местами достигает раз­меров, позволяющих разрабатывать эту кору в качестве железной руды. Такие, лежащие буквально под ногами, железные руды использовались народами Африки еще до появления там европейцев. В тропических странах кое-где (например, на острове Куба) и в настоящее время экс­плуатируются месторождения железа в коре выветри­вания.

Наша страна находится за пределами тропического пояса. Однако советскими геологами установлено, что 150 млн. лет назад, в конце триасового и начале юрского периода мезозойской эры, на месте нынешнего сплошно­го пояса азиатских степей и пустынь были распростра­нены ландшафты влажных тропиков и субтропиков. На возвышенных участках в ту эпоху росли леса на мощной красноземной коре выветривания, а понижения рельефа были заняты озерами и болотами, где шло накопление мертвого органического вещества, не успевшего полностью разложиться. Впоследствии из него образовались залежи каменных и бурых углей, многочисленные месторождения которых разрабатываются в Казахстане и Средней Азии. Сжигая этот уголь, мы используем солнечную энергию, которую в ходе фотосинтеза накопили триасовые и юрские растения.

Во многих местах Урала, Казахстана и Средней Азии сохранились и остатки красноземной коры выветривания той эпохи. Эта древняя кора богата ценными полезными ископаемыми. Особенно важны никелевые руды — про­дукт выветривания серпентинитов — силикатных пород, содержащих хром и никель.

Но в нашей стране есть районы, природа которых и в настоящее время очень напоминает влажные тропики,— это черноморское побережье Кавказа около Батуми.

До Великой Октябрьской социалистической революции богатые возможности этого ландшафта использовались очень слабо. Между тем щедрое солнце и обилие влаги позволяют получать здесь высокие урожаи чая, цитрусо­вых, тунга и других ценных культур. За советское время площади под чаем здесь выросли в десятки раз, появи­лись плантации культур, ранее неизвестных в этом рай­оне, были расчищены многие участки, заросшие кустар­никами, осушаются знаменитые колхидские болота.

Все это результат не только умелого использования природных ресурсов, но и обогащения их, в частности искусственным внесением в ландшафт недостающих хими­ческих элементов. Культурным растениям особенно не хватало фосфора и азота, поэтому колхозы и совхозы широко используют здесь фосфорные и азотные удоб­рения.

Этот пример свидетельствует о том, что даже в усло­виях самой богатой породы пополнение ландшафта извне недостающими химическими элементами позволяет намного повысить его биологическую продуктивность, сделать его хозяйственно более ценным.

На этом мы закончим мысленное путешествие по влажным тропикам. Теперь нам знакомо геохимическое лицо этого ландшафта, в котором биологический круго­ворот атомов протекает и с огромной силой и очень быстро.

Отправимся же в холодную тундру, посмотрим дру­гой ландшафт, в котором этот круговорот протекает и очень слабо и медленно.

В ТУНДРЕ

Человек, много лет проработавший в Заполярье, од­нажды рассказал мне о странном поведении северных оленей, этих характерных травоядных животных тундры. По его словам, олени зимой и весной приобретают «хищ­ные» привычки: начинают поедать мелких грызунов — леммингов, птенцов и птичьи яйца. Признаюсь, мне это показалось мало правдоподобным, особенно когда мой собеседник упомянул, что олень, словно собака, любит глодать кости.

Позднее, ознакомившись со специальной литературой, я убедился в том, что мой собеседник был прав. Пораз­думав над этим удивительным на первый взгляд явле­нием, я понял, что «хищные» наклонности в поведении северных оленей есть следствие основной геохимической особенности тундрового ландшафта.

Так что же это за ландшафт, в котором травоядное животное приобретает чуждое его природе свойство есть мясо и глодать кости? Попробуем сначала последова­тельно разобраться в некоторых фактах, на первый взгляд далеких от поведения северных оленей.

Начнем с природных условий тундры. Они характе­ризуются прежде всего холодом. Шесть-восемь меся­цев длится зима, в течение которой морозы нередко до­стигают 40° и более. На глубине 15—20 см в тундре за­легает постоянно мерзлая почва; местами слой такой вечной мерзлоты прослеживается на глубину в сотни метров.

Мало тепла бывает и в короткое лето. Солнце, низко стоящее над горизонтом, греет слабо, преобладает пас­мурная погода, часто моросят дожди. Даже в самом теп­лом месяце, июле, средняя температура не поднимается выше 10°, и только два-три дня за все лето бывают по-настоящему теплыми (15—16, а местами даже до 30°). При этих температурах испарение очень невелико, по­чему в почве тундры много воды.

Такие условия неблагоприятны для жизни большин­ства растений. Поэтому в тундре растут лишь мхи, ли­шайники да немногочисленные травы и кустарники.

Как же в ландшафте с таким климатом осущест­вляется биологический круговорот атомов? Из-за недо­статка тепла прирост органического вещества происходит медленно: например, диаметр ствола у кустарника мож­жевельника на Кольском полуострове за 50Э лет жизни этого растения не достиг и 10 см, лишайники в тундре вырастают за год всего на 1 —10 мм.

Мертвые остатки организмов в холодной и сырой тундровой почве разлагаются очень медленно и в боль­шинстве случаев лишь частично. В результате в почве накапливаются и полуразложившиеся остатки растений и растворимые органические вещества, среди которых много различных органических .кислот (так называемые гумусовые кислоты).

Таким образом, значительная часть химических эле­ментов, захваченных в процессе жизнедеятельности орга­низмами из воздуха и почвы, продолжает и в мертвых растительных остатках находиться в органических соеди­нениях. Иначе говоря, эти соединения не минерализуются, их атомы остаются недоступными для новых поколений растений.

Именно в этом — в бедности тундровых почв и вод растворимыми минеральными соединениями — и состоит характерная геохимическая особенность тундрового ланд­шафта. Поэтому и тундровая растительность содержит мало таких элементов, как кальций, натрий, магний, фосфор. Особенно бедны ими лишайники.

Ну вот, мы и подошли к разгадке странного поведе­ния оленей.

Так как основной зимней пищей оленю служат ли­шайники, то зимой он испытывает сильнейшее «мине­ральное голодание»: организму животного не хватает кальция, магния, фосфора, натрия. Поэтому к весне олень начинает проявлять «хищные» наклонности: он ест птичьи яйца, птенцов, леммингов. Эта пища хоть частично восполняет недостаток минеральных элементов. Этим же объясняется поедание оленем костей, птичьего по­мета, морских водорослей, рыбы и даже питье морской воды.

Итак, тундровый ландшафт характеризуется слабым и медленным биологическим круговоротом атомов. В ре­зультате фотосинтеза там ежегодно создается мало орга­нического вещества, мертвые остатки растений и живот­ных разлагаются медленно, атомы надолго «задерживаются» в органическом веществе и почти не переходят снова в минеральное состояние.

Вместе с тем даже в условиях тундры можно намного усилить и ускорить биологический круговорот атомов и этим повысить продуктивность сельского хозяйства. Это стало возможным только благодаря глубокому и всесто­роннему изучению природных условий тундрового ланд­шафта, в том числе и его геохимических особенностей. Так, например, если мы вспомним о бедности тундровых кормов кальцием, фосфором и другими элементами, нам станет понятным, что для успешного развития оленевод­ства (и вообще животноводства) в тундре необходимо практиковать минеральную подкормку домашних живот­ных. Минеральная подкормка северных оленей, использование минеральных удобрений, ускорение биологиче­ского круговорота атомов с помощью осушения и прогре­вания почвы — все эти приемы уже практически приме­няются колхозами и совхозами в тундре и дают возмож­ность получать хорошие урожаи овощей и зерновых культур, развивать оленеводство.

Но тундра еще сравнительно мало освоена, многие полезные ископаемые и другие ее природные богатства еще почти не используются; в геохимическом отношении тундра также изучена плохо. Можно не сомневаться, что детальное исследование геохимии разнообразных тундро­вых ландшафтов даст много ценного и для развития там животноводства и земледелия, и для создания наиболее благоприятных условий жизни населения, и для поисков полезных ископаемых.

Геохимия тундровых ландшафтов важная и увлека­тельная тема будущих исследований.

О ЗАКОНАХ ГЕОХИМИИ ЛАНДШАФТА

Итак, мы очень кратко познакомились с геохимией двух типов ландшафтов: влажных тропиков и тундры. Теперь уже можно сделать и некоторые выводы.

В первую очередь попробуем выяснить от каких при­чин зависят свойства и химический состав таких важней­ших частей ландшафта как воды, почва, организмы, воздух.

Химические особенности вод ландшафта во многом зависят от того или иного содержания в них кислорода, углекислого газа, органических кислот, которые являются продуктами обмена веществ организмов. Значительная часть кальция, серы, магния и других элементов попадает в воды в результате разложения мертвых остатков орга­низмов. Таким образом, химический состав вод огром­ного большинства ландшафтов Земли определяется дея­тельность живых организмов, совокупность которых была названа В. И. Вернадским живым веществом.

В не меньшей степени живое вещество влияет и на химические свойства почвы.' Содержание в них гумуса, доступных для растений питательных веществ, кислорода и углекислого газа — все это находится в прямой зави­симости от количества живого вещества. Мы уже не го­ворим о том, что и почвы и воды сами в значительной степени состоят из живого вещества, они насыщены им (микроорганизмы, рыбы, мелкие животные, корни ра­стений).

Казалось бы, меньше зависят от живого вещества особенности атмосферы каждого ландшафта, так как атмосфера во всех областях земного шара в основном состоит из азота и кислорода. И все-таки состав воздуха в разных ландшафтах не одинаков. Так, например, давно уже установлено, что в лесу воздух иной, чем на откры­тых местах, в частности влажность воздуха в лесу выше.

В последние годы советскими учеными было доказано, что все растения выделяют в атмосферу особые летучие органические вещества, так называемые фитонциды. По приблизительным подсчетам в кубическом метре воздуха молодого соснового леса их содержится несколько милли­граммов. Каждому ландшафту, оказывается, свойственны особые фитонциды. Именно они и создают характерные ароматы соснового бора и полынной степи, цветущего луга и лимонных рощ.

Но все эти ароматы не просто приятно действуют на наши органы чувств. Установлено, что фитонциды ока­зывают физиологическое действие на организм. Многие из них обладают свойством убивать микроорганизмы, в том числе болезнетворные. С помощью фитонцидов ра­стения создают в ландшафте мощную внешнюю линию обороны против своих врагов, болезнетворных микробов. Некоторые фитонциды убивают микробов, вызывающих болезни у животных.

Есть фитонциды, оказывающие вредное действие и на высших животных и человека. Известно «дурманящее» влияние на человека фитонцидов багульника и некоторых других болотных растений, вызывающих головные боли. Для крыс ядовиты фитонциды, выделяемые лавровишней и черемухой.

Крупный советский микробиолог Н. Холодный выска­зал предположение, что фитонциды необходимы для на­шего организма, что недостаток их вызывает некоторые лёгочные заболевания. Именно наличием фитонцидов объясняет этот ученый благотворное действие воздуха лесов, полей, лугов на слабые и больные легкие.

К сожалению, мы пока еще мало знаем фитонциды. Нам недостаточно известен даже их состав в воздухе основных ландшафтов, а следовательно, и влияние раз­личных фитонцидов на здоровье людей. Но уже и при­веденные данные показывают, что живое вещество сильно влияет на состав атмосферы каждого ландшафта, при­давая ей черты большого своеобразия.

Итак, химические особенности важнейших составных частей ландшафта (вод, почв, атмосферы) во многом определяются деятельностью живых организмов. Понятно, что геохимическая роль организмов в ландшафте тем больше, чем больше в нем масса живого вещества. По­этому наибольшую химическую работу организмы про­изводят во влажных тропиках, меньшую — в лесных ланд­шафтах умеренных широт, еще меньшую в тундре, сте­пях и пустынях.

Теперь мы уже подошли к тому, чтобы вывести важ­ный закон геохимии ландшафта: главные особенности ландшафта определяются деятельностью совокупности живых организмов (живого вещества).

Впервые этот закон установил В. И. Вернадский, позднее это же положение как особенно важное для гео­химии ландшафта подчеркивал Б. Б. Полынов.

Установлены и другие законы геохимии ландшафта. О них разговор впереди.

[:ua]Атоми – перетворювачі ландшафту[:ru]Атомы – преобразователи ландшафта[:en]Atoms - converters of landscape

«К географии ландшафтов и цветов мы присоединяем географию геохимических яв­лений, и простые законности внешних соот­ношений мы хотим свести к единым великим законам строения и свойств атома».

А. Е. Ферсман

В ЛЕСАХ

На тысячи километров от берегов Балтийского моря до берегов Тихого океана, сплошной полосой через всю нашу страну протянулась лесная зона. Это царство хвой­ных, смешанных и лиственных лесов, полноводных рек, торфяных болот.

Природные ресурсы лесной зоны велики и разнооб­разны — климат и почвы многих ее районов благоприятны для сельского хозяйства, реки таят огромные запасы гидроэнергии, недра богаты углем, нефтью, рудами почти всех металлов, леса — ценными породами деревьев.

Однако большая часть лесной зоны СССР освоена еще сравнительно мало, населена редко, ее природные ресурсы используются далеко не полно. Это в особенно­сти относится к огромным территориям Сибири и Даль­него Востока. Вместе с тем в условиях планового социа­листического хозяйства, на базе высоко развитой тех­ники теперь есть возможность быстро осваивать многие малонаселенные лесные ландшафты. Те их неблагоприят­ные особенности, которые раньше казались неодолимым препятствием для хозяйственного освоения, в настоящее время могут быть преодолены, малопроизводительный природный ландшафт может быть превращен в высоко­производительный культурный. Рассмотрим это превраще­ние на примере одного из лесных ландшафтов.

В прошлом худая слава как о местах бедных, мало­плодородных шла о ландшафте, который мы будем на­зывать полесским. Этот тип ландшафта распространен в лесной полосе европейской части нашей страны и в За­падной Сибири.

Писатель П. В. Засодимский в конце прошлого века посетил Приветлужье, один из полесских ландшафтов в среднем Поволжье. Вот что он там видел: «...несмотря на всю свою изворотливость, несмотря на все свое уме­ние «на обухе рожь молотить», бедны лесные жители, и мало красных дней и радости видят они в жизни. Многие круглый год не видят мясной пищи, даже молоко, полу­чаемое от мелких и тощих коров, сберегается только для детей, а взрослые принуждены довольствоваться творо­гом, разведенным сывороткой или водой. Далеко не у вся­кого из ветлужан находится лошадь или корова,— оттого нередко и поля остаются незасеянными. Жалко смотреть на этих бедняков, всю жизнь проводящих в тяжком труде, в борьбе с горем и бедностью... Дряхлость, кажется, не составляет здесь исключительной принадлеж­ности старческого возраста».

Даже в отсталой дореволюционной России полесские районы поражали своей особой бедностью. С их неблаго­приятными природными условиями крестьяне тогда не могли и не умели бороться.

Вместе с тем лесная зона получает значительное ко­личество солнечного тепла, в ней выпадает много осадков в виде дождя и снега и почти никогда не бывает засух.

Микроорганизмы в лесной почве работают интен­сивно, поэтому в ней накапливается мало мертвых орга­нических веществ: почти все что умерло, то и минерали­зовалось.

Таким образом, климатические условия этого ланд­шафта благоприятны для биологического круговорота атомов. Значительно менее благоприятны здесь свойства почв. Растворимые соединения, важные для жизни ра­стений и животных, в состав которых входят кальций, магний, натрий, калий, фосфор, легко вымываются из почвы и уносятся с грунтовыми водами в реки. В резуль­тате образующиеся при разложении растительных остат­ков органические кислоты не могут быть полностью ней­трализованы. Поэтому характерные для полесского ланд­шафта песчаные подзолистые и дерново-подзолистые почвы, — кислые, бедные подвижными минеральными со­единениями. Нередко пески полесий на 98% состоят из минерала кварца (SiO₂). Только немногие растения при­живаются на таких почвах: сосна, лишайники, вереск, черника.

Следовательно, в геохимическом отношении полес­ский ландшафт — это ландшафт, бедный важными для растений элементами. Вот эта его особенность и определила низкое естественное плодородие песчаных подзо­листых почв полесий.

На животных организмах полесского ландшафта осо­бенно резко сказывается недостаток кальция — элемента, входящего в состав костей, скорлупы, раковин.

В полесьях многие животные имеют меньшие размеры (например, моллюски в реках), яйценоскость птиц умень­шается, яйца имеют тонкую и пористую скорлупу, домашние животные страдают болезнью скелета (рахит). Молочный скот здесь теряет породистость, удои падают, животные становятся приземистыми, малорослыми.

В некоторых полесских ландшафтах домашние жи­вотные страдали от неизвестного заболевания. Они быстро истощались, становились вялыми, шерсть их гру­бела. Значительная часть больного скота погибала. При­чина болезни долго составляла загадку. Все попытки найти микроба-возбудителя кончались неудачей, так же как не помогали различные методы лечения, пока, нако­нец, не было установлено, что загадочное заболевание вызвано пониженным количеством в кормах кобальта.

Ценные свойства кобальта для металлургии были от­крыты уже давно, но его значение для живых организ­мов долгое время оставалось неизвестным. Кобальт от­носится к так называемым редким металлам. В земной коре его среднее содержание составляет всего 0,003%. В полесских же ландшафтах местами в почвах находится этого металла меньше 0,0005%. В растительных кормах там его содержание также понижено. А так как кобальт входит в состав особого витамина В₁₂, жизненно необхо­димого животным, то снижалось и количество этого ви­тамина, что приводило к заболеванию домашнего скота. Прибавка к кормам совсем небольших количеств со­лей кобальта или применение особых кобальтовых удобрений полностью ликвидировало акобальтоз (так назы­вается это заболевание), повысило продуктивность овец и молочного скота. Акобальтоз известен и за пределами нашей страны, в Австралии, Новой Зеландии, Шот­ландии, где также имеются ландшафты, почвы которых бедны кобальтом.

Кто не знает, что торфяные болота после осушки об­ладают высоким плодородием, что они особенно при­годны для посевов овощей и картофеля.

В долинах рек полесских ландшафтов много торфя­ных болот. И вот, бывают случаи, когда на землях, от­воеванных у этих болот, несмотря на применение обыч­ных удобрений, не только вызревают очень низкие уро­жаи, но культурные растения даже болеют: кончики их листьев желтеют и скручиваются, злаки не дают семян.

Длительное время попытки выявить особые микробы этого заболевания, получившего название «болезни об­работки», кончались неудачей. Позднее было установ­лено, что в осушенных почвах содержится меди меньше 0,001%, а в почвах, на которых растения не болеют «бо­лезнью обработки», более 0,001%. После этого было предложено попробовать применить медные удобрения. Это сразу же дало замечательный результат: «болезнь обработки» была ликвидирована, плодородие осушенных почв восстановлено. В настоящее время многие колхозы и совхозы уже систематически применяют особые мед­ные удобрения.

Но, может быть, вообще не стоит заниматься сель­скохозяйственным освоением полесских ландшафтов, раз их природные свойства имеют столько недостатков? Та­кой вывод был бы грубо ошибочным.

Полесские ландшафты получают много солнечного тепла и света, они достаточно обеспечены водой, их почвы содержат некоторое количество питательных для растений веществ. Следовательно, в этих ландшафтах есть все условия для осуществления фотосинтеза, для получения органических веществ, необходимых человеку. Иначе говоря, в полесьях, как и в других ландшафтах, мы можем с помощью растений использовать солнечную энергию. А это главное! Недостаток же минеральных элементов может быть восполнен их привнесением извне. Для этого надо только знать геохимические особенности ландшафта.

Для повышения продуктивности земледелия и живот­новодства в этом ландшафте необходимо ликвидировать кислую реакцию почв, вредную для большинства куль­турных растений. Это достигается посевом трав и извест­кованием, т. е. добавлением в почву углекислой извести (СаСО₃). В известкованной почве усиливаются полезные для культурных растений микробиологические процессы, содержание кальция повышается, а содержание вредных для растений растворимых соединений железа и алюми­ния понижается. Большое значение для удобрения почв имеет навоз, так как он содержит почти все необходимые минеральные вещества и азот. Важны также минераль­ные удобрения: фосфорные, азотные, медные; домашним животным дают минеральную подкормку: толченую из­весть, поваренную соль, местами — соли кобальта.

Так ликвидируются неблагоприятные геохимические особенности полесского ландшафта и полностью исполь­зуются его богатые ресурсы влаги, солнечного тепла и света.

Прекрасно сказал С. М. Киров на I съезде колхоз­ников-ударников Ленинградской области и Карелии в 1933 г.: «Неверно, товарищи, что наш край какой-то особо бедный... Нет такой земли, которая в умелых руках при советской власти не могла быть повернута на благо человечества».

Действительно, в наши дни колхозы и совхозы доби­лись поразительных результатов в использовании при­родных ресурсов полесских ландшафтов и получают там сельскохозяйственной продукции во много раз больше, чем в дореволюционное время.

КАЛЬЦИЙ ИЗМЕНЯЕТ ЛАНДШАФТ

Но далеко не все ландшафты лесной зоны так бедны кальцием и другими элементами, как полесские. Имеются в лесной зоне места и совершенно иного облика.

Может быть, вам случалось бывать на Ижорской воз­вышенности, расположенной неподалеку от Ленинграда. Вспомните, как вдруг расступается хвойный лес, чтобы освободить место не лужайке, не поляне, а обширным, как в степи, полям. Только далеко, по самому горизонту, виден силуэт окружающих лесов, да кое-где поднимаются небольшие рощи, возле которых расположились деревни.

Объяснение своеобразия этого ландшафта, который мы будем называть ижорским, и, в частности, резкому его отличию от «кислого» полесского дает геохимия.

Оказывается, здесь близко к поверхности залегают известняки, доломиты и другие породы, богатые углекис­лой известью (СаСО₃). Богатство горных пород углекислой известью обусловливает богатство этим соединением и почв: они не оподзолены, очень плодородны и по внеш­нему виду и некоторым свойствам напоминают степные черноземы. Поверхностные и грунтовые воды, соприка­саясь с углекислой известью, обогащаются кальцием; они имеют не кислую, а нейтральную или слабо щелочную реакцию. Гумусовые вещества и соединения железа в этих водах не растворяются, и поэтому родники и реки в таких ландшафтах особенно чисты и прозрачны. Орга­низмы имеют все признаки вполне достаточного кальцие­вого питания: на пойменных лугах много ярких цветов, в частности требовательного к кальцию клевера и других бобовых, и, наоборот, мало осок, т. н. «кислых злаков», хвощей, растущих на кислых почвах. Домашние живот­ные значительно реже, чем в полесьях, болеют рахитом, раковины у моллюсков крупнее и толще, молочность коров выше и т. д.

Когда-то здесь сплошь росли великолепные леса с высокими прямоствольными деревьями и богатым под­леском. Но еще древние земледельцы подметили высокое плодородие здешних почв. Поэтому в период земледель­ческого освоения лесной зоны именно эти места заселя­лись в первую очередь и леса здесь интенсивно выруба­лись. Постепенно ландшафт приобретал тот лесостепной облик, который мы застали.

Таких распаханных, почти безлесных «островов» много в лесной зоне. Они резко выделяются на фоне окружающих таежно-болотных пространств и напоми­нают лесостепные ландшафты далекого юга.

В европейской части СССР лесные ландшафты., бога­тые кальцием, в значительной степени уже освоены, в них развита промышленность и сельское хозяйство, имеется густое население. Но во многих районах Сибири они заняты вековой нетронутой тайгой. Освоение этих ланд­шафтов, развитие в них сельского хозяйства для обеспе­чения быстро растущих промышленных центров Сибири картофелем, овощами, молоком и другими продуктами земледелия и животноводства — важная народнохозяй­ственная задача. В ее решении очень большую роль мо­жет сыграть геохимическое изучение ландшафта.

Понятно, что ландшафтное разнообразие лесной зоны не исчерпывается полесским и ижорским ландшафтами. Но и этих двух примеров достаточно, чтобы еще раз в конкретной форме увидеть, как свойства ландшафта свя­заны с его геохимией.

Вместе с тем знакомство с лесными ландшафтами дает нам возможность познакомиться с еще одной важ­ной закономерностью геохимии ландшафта.

ЕЩЕ О ЗАКОНАХ ГЕОХИМИИ ЛАНДШАФТА

Мы видели, что геохимическое своеобразие ижорского ландшафта, его отличие от полесского связано с высо­ким содержанием кальция в горных породах, почвах и водах. Кальций определяет здесь многие важнейшие и характерные особенности ландшафта.

В других знакомых нам уже ландшафтах роль каль­ция была значительно меньше. Для влажных тропиков характерны кремний и алюминий (вспомним опал в стволе бамбука, состав золы чая и перьев птиц).

Многие особенности солончаков связаны с накопле­нием в почве легкорастворимых солей: поваренной соли (NaCl), сернокислого натрия (Na₂SO₄). Они содержатся в почвах, водах и в виде пыли рассеяны в воздухе.

Такие химические элементы, играющие особенно важ­ную роль в жизни ландшафта, определяющие существен­ные и характерные его свойства, называются типоморф­ными. «Миграция этих элементов,— писал Б. Б. Полы­нов,— 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».

Но вот что чрезвычайно важно: роль того или иного элемента в ландшафте зависит не от его общего содер­жания в горных породах и почвах, а от его способности в данных условиях переходить в воды и поглощаться организмами, или, как говорят, от его миграционной спо­собности.

Так, например, во всех горных породах содержится много кремния, входящего в состав кварца, полевых шпа­тов, слюд. Однако, как правило, кремний мало подви­жен, его соединения cлабо растворимы, они содержатся в небольших количествах в водах, а следовательно, и в организмах. Поэтому влияние кремния на ландшафт в большинстве природных зон не велико, во всяком слу­чае намного меньше, чем кальция, натрия, серы, хлора, содержание которых в горных породах значительно ниже. А вот во влажных тропиках выветривание горных пород протекает настолько интенсивно, что и кремний уже в больших количествах поступает в природные воды. По­этому там и растения содержат много кремнезема и в це­лом в ландшафте роль кремния резко возрастает — он становится типоморфным элементом.

Теперь мы можем четко сформулировать второй важ­ный закон геохимии ландшафта: особенности ландшафта определяются теми элементами, которые в данных усло­виях подвижны, способны давать, газообразные или растворимые соединения и которые вместе с тем могут накапливаться в ландшафте. Элементы малоподвижные, не образующие растворимых или газообразных соедине­ний, не накапливающиеся в ландшафте, оказывают на него сравнительно малое влияние, даже если они преоб­ладают по массе.

Но для того чтобы атомы могли быть подвижными, для того чтобы осуществлялся их биологический круго­ворот, необходима вода. Вода — это «кровь ландшафта». Где вода — там и жизнь. Особенно убедительно об этом свидетельствует сравнение: пустыня — оазис.

ПУСТЫНЯ И ОАЗИС

Само название пустыни говорит о наиболее характер­ной черте этого ландшафта — бедной, разрозненной расти­тельности. Иначе говоря, продукция живого вещества в пустыне невелика, биологический круговорот атомов в ней слабый.

В отличие от других ландшафтов со слабым круго­воротом (например, тундры) здесь он осуществляется быстро, т. е. мертвые остатки растений и животных быстро разлагаются. Поэтому почвы пустынь светлые и содержат мало гумуса. А так как в пустыне выпадает мало осадков, то труднорастворимые соли, например, углекислый кальций (СаСО₃), из почв не вымываются и они богаты такими важными для растений элементами, как фосфор, кальций, калий, магний.

И все-таки, несмотря на обилие тепла и света, необ­ходимых для фотосинтеза, несмотря на плодородие почв, биологический круговорот атомов в пустыне очень ослаб­лен, большая часть пустынной зоны — лишь пастбища для овец и верблюдов. Основная причина этого в недо­статке воды. Вода здесь делает чудеса, создавая кон­трасты, всегда изумляющие путешественников.

Однажды со своими товарищами по работе я пере­секал на автомашине щебнистую пустыню: буровато-желтую плоскую равнину, усеянную щебенкой песчани­ков да жалкими серыми кустиками полыни. Час, другой, третий тянулся этот однообразный ландшафт. Нами овла­дела апатия, внимание утомилось, мы уже «клевали но­сом», несмотря на немилосердные толчки нашего ГАЗ-67.

Вдруг кто-то закричал: «Смотрите! Смотрите!»

Машина все еще тряслась по щебнистой равнине, ко­торая слева тянулась до линии горизонта; справа же показался глубокий обрыв, а внизу, в долине небольшой реки, раскинулись хлопковые поля, искрились под солн­цем арыки, по краям которых росли тутовые деревья. Там и тут виднелись урючные сады, а в их тени — глино­битные домики с плоскими крышами; по дороге сновал народ, ехали арбы, на полях пестрели яркие одежды кол­хозников.

А за долиной в пыльной дымке виднелся противо­положный обрыв, от которого дальше, до горизонта снова простиралась выжженная солнцем щебнистая пустыня.

Такова картина оазиса в пустыне. Вода вызывает огромное усиление и ускорение биологического кругово­рота атомов: продукция растительности возрастает в десятки и сотни раз, происходит подлинный «взрыв» микро­биологических процессов в почве, в связи с чем остатки организмов быстро разлагаются и дают пищу новым поколениям.

Орошение, полностью обеспечивая растения водой, тем самым позволяет использовать богатые природные ресурсы пустынь: тепло, свет, плодородие почв. Хлопок, джут, виноград, дыни, рис и многие другие культуры дают высокие и устойчивые урожаи в оазисах.

Орошение пустынь сыграло выдающуюся роль в исто­рии человечества. Именно на орошаемых землях воз­никли многие государства Востока, достигшие высоких ступеней культуры: Египет, Хорезм, Вавилония. Свыше тысячи лет существуют некоторые оазисы в нашей стране (например, в долине Зеравшана) и они по-прежнему по­ражают нас плодородием своей земли.

За годы советской власти намного выросли площади орошаемых земель в Средней Азии и Закавказье. В ше­стой пятилетке будут построены новые плотины и ка­налы, орошены новые сотни тысяч гектаров пустынных земель (Каракумский канал, Кайрак-Кумская плотина на Сыр-Дарье около Ленинабада и другие).

Но значит ли это, что орошение решает все вопросы освоения пустынь? Что, насытив там землю водой, мы достигаем предела продуктивности ландшафта?

Нет, не значит. Даже и здесь, на этих сказочно-плодородных почвах, можно собирать еще более высокие урожаи, если использовать минеральные удобрения. Почвы оазисов наименее обеспечены азотом, и поэтому применение азотных удобрений позволяет резко поднять урожайность, особенно такой культуры, как хлопок. При­меняют там и другие удобрения.

ЧТО ЗНАЧАТ 0,00007 ПРОЦЕНТА

Много лет назад, работая в горах Таджикистана, я попал в кишлак, часть жителей которого имела зоб. По словам старика, прожившего всю жизнь в этом киш­лаке, недуг одолевал там человека постепенно. Дети рождались здоровыми, и лишь через несколько лет у них на шее появлялась небольшая припухлость, которая к зрелому возрасту заболевшего достигала размера головы ребенка. Откуда приходит это заболевание, старик не знал, он только заметил, что зоб не причиняет особенных беспокойств и жители кишлака не чувствуют себя боль­ными.

— А нельзя ли полностью вырезать зоб? Вероятно, операция не будет особенно сложной,— спросил один из моих спутников по экспедиции.

Этот вопрос напомнил мне о последствиях такой опе­рации, описанных В. В. Вересаевым в нашумевшей в свое время, книге «Записки врача». Вот, что сообщил там пи­сатель, в молодости сам работавший врачом.

«Среди жителей многих гористых местностей распро­странена своеобразная болезнь — зоб, заключающаяся в опухании лежащей над нижней частью горла щитовидной железы. В числе различных способов лечения зоба было, между прочим, предложено полное удаление всей щито­видной железы. Результаты этой операции оказались очень хорошими, больные выписывались здоровыми, ли­шение щитовидной железы (назначение которой совер­шенно неизвестно), по-видимому, не вызывало никаких вредных последствий. Но вот в 1883 году бернский про­фессор Кохер опубликовал статью, где сообщил следую­щее. Он произвел тридцать четыре полных иссечения зоба и был очень доволен результатами; но однажды один его знакомый врач рассказал ему, что он пользует девушку, которой девять лет назад Кохер вырезал зоб; врач этот рекомендовал Кохеру посмотреть больную теперь. И вот что увидел Кохер. У больной была младшая сестра, девять лет назад обе они были так похожи друг на друга, что их часто принимали одну за другую. «За девять эти лет,— рассказывает Кохер,— младшая сестра преврати­лась в цветущую, хорошенькую девушку, оперированная же осталась маленькой и являет отвратительный вид полуидиотки». Тогда Кохер решил навести справки о судьбе всех оперированных им зобатых. Все 28 человек, у которых было сделано лишь частичное вырезывание щитовидной железы, были найдены совершенно здоро­выми; из восемнадцати же человек, у которых была вы­резана вся железа, здоровыми оказались только двое; остальные представляли своеобразный комплекс симпто­мов, который Кохер характеризует следующим образом: «задержание роста, большая голова, шишковатый нос, толстые губы, неуклюжее тело, неповоротливость мысли и языка при сильной мускулатуре — все это с несомненно­стью указывает на близкое родство описываемого страда­ния с идиотизмом и кретинизмом». Между тем некоторым из оперированных зоб доставлял очень незначительные неудобства и операция была предпринята почти лишь с косметической целью, а результат — идиотизм...»

С тех пор как Вересаев написал свою книгу, прошло более полустолетия. Проблема зоба теперь в основном уже разрешена. В частности, давно установлено, что щи­товидная железа, разрастание которой представляет собой зоб, выделяет в кровь секрет (гормон) — тироксин. Если этот секрет поступает в уменьшенном или в увеличенном количестве, то человек заболевает тяжелыми расстройст­вами. Химики установили, что в состав тироксина входит химический элемент иод. В организме взрослого человека весом 70 кг содержится около 50 мг иода, т. е. всего 0,00007%, из которых немногим меньше двух третей при­ходится на щитовидную железу.

После этого начались исследования возможных путей поступления иода в организм, и сразу же обнаружилось, что в районах, пораженных зобом, содержание иода в воздухе, воде и пище ниже, чем в районах, где эта бо­лезнь неизвестна.

Но почему в одних местностях иода содержится больше, чем в других? Откуда иод попадает в воду, пищу, воздух? Каково содержание иода в природе?

На помощь врачам в решении всех этих сложных во­просов пришли геохимики. Они выяснили, что иод — очень редкий элемент: в твердой земной коре его содержится всего 0,00003 %. Вместе с тем иод «вездесущ», хотя и в ничтожных количествах, но он обнаруживается всюду: в воздухе, в морской воде, в почве, в растениях,

в воде рек и озер. Геохимики нашли и главный источник иода. Им оказался океан, а пе­реносчиком иода с океана на сушу — ветры. Они приносят сравнительно богатый иодом морской воздух на материк. С дождевой водой иод попа­дает в почву, в грунтовые воды, в реки, из почвы и воды — в ра­стения, из воды и растений — в тело животных.

Но некоторые высокие гор­ные хребты преграждают мор­ским ветрам путь в горные долины. Туда поступает воздух, почти не содержащий иода. Поэтому и почва в горных районах бедна иодом, а следо­вательно, бедны иодом и мест­ные продукты питания как растительного, так и животного происхождения. Речные воды в горах бедны иодом также и потому, что они образуются за счет таяния ледников.

Тут и разгадка происхождения зоба: в районах его распространения население получало мало иода с пищей, водой и воздухом. Точными опытами установлено, что в ландшафтах, где не встречается зоб, суточное потребле­ние иода человеком в пять — десять раз больше, чем в ландшафтах, где зоб развит широко. В этих районах организм «борется» с недостатком иода увеличением щи­товидной железы, которая, разрастаясь до размеров зоба, может производить больше тироксина.

Совместная работа геохимиков и врачей позволяет успешно бороться с зобом. С этой целью населению про­дается поваренная соль (NaCl), содержащая небольшую примесь (0,001%) йодистого калия (KJ) или йодистого натрия (NaJ). На вкусе, цвете, запахе соли такая прибавка совершенно не отражается.

Эти меры борьбы оказались столь эффективными, что заболевание зобом было практически ликвидировано.

Низкий уровень иода в ландшафте сказывается также и на здоровье домашних животных. В некоторых районах развития зоба наблюдались болезни домашнего скота: молодняк рождался слабым, у овец была низка продукция шерсти, новорожденные поросята не имели щетины. До­бавление иода к кормам ликвидировало эти болезненные явления.

Ученые детально изучили географию зоба. Оказалось, что заболевание это связано не только с расстоянием от моря, но и с характером источников водоснабжения. Так, глубокие артезианские воды содержат значительное ко­личество иода, и поэтому в населенных пунктах, получаю­щих питьевую воду из глубоких скважин, не наблюдается зоба. Большое значение имеет и состав продуктов пита­ния. Например, установлено, что мясо морской рыбы содержит значительно больше иода, чем мясо пресно­водной рыбы; особенно высоко содержание иода в печени рыбы.

Вот мы и познакомились еще с одним случаем, когда геохимические методы позволяют более полно охаракте­ризовать ландшафт, дать ему санитарно-гигиеническую оценку, объяснить причины заболеваний людей и домаш­них животных, наметить пути борьбы с этими заболева­ниями.

[:ua]Ландшафт за два мільярда років[:ru]Ландшафт за два миллиарда лет[:en]Landscape for two billion years

«За это время, благодаря деятельности организмов, радикально изменилась вся об­становка жизни на земле — вся биосфера».

Б. Б. Полынов

ОРГАНИЗМЫ ИЗМЕНИЛИ ПЛАНЕТУ

Твердая земная кора имеет мощность в десятки ки­лометров. По сравнению с ней ландшафт — лишь тон­кая пленка на поверхности планеты. Невольно возникает вопрос: какую же роль играет ландшафт, обязанный своим существованием прежде всего организмам, в гео­логической истории Земли? Являются ли организмы только потребителями по отношению к элементам воз­духа, воды, горных пород или они и сами как-то заметно участвуют в формировании этих частей земной коры? Иначе говоря, интересно выяснить, распространяется ли влияние ландшафта на глубинные части земной коры и на верхние слои атмосферы.

«...Земная газовая оболочка, наш воздух, есть созда­ние жизни»,— эти слова принадлежат В. И. Вернадскому. В них ответ на вопрос о роли ландшафта в создании современной атмосферы Земли. Важнейшая ее часть — свободный кислород — образуется в результате фотосин­теза, который непрерывно протекает в ландшафтах суши и поверхностных горизонтах моря вот уже свыше мил­лиарда лет. Фотосинтез — единственный распространен­ный на Земле процесс, который высвобождает из различ­ных соединений кислород. Во всех остальных реакциях — дыхание организмов, окисление железных, серных, мар­ганцевых и других минералов — происходит преимуще­ственно связывание свободного кислорода.

Вместе с тем при фотосинтезе зеленые растения не только выделяют кислород, но, как известно, и погло­щают из воздуха углекислый газ (СО₂). За период геоло­гической истории растительность Земли практически очистила атмосферу от углекислого газа, содержание ко­торого сейчас составляет лишь 0,03%. Углерод же, который был в составе углекислого газа воздуха, частично снова возвращается в атмосферу в результате дыхания, горения и других процессов, а частично захороняется в виде гумуса, торфов, известковых раковин животных. В дальнейшем из этих осадков образуются каменные и бурые угли, нефть, многие известняки.

Другая важнейшая составная часть воздуха, азот, как предполагал В. И. Вернадский, создана деятельностью микроорганизмов.

Таким образом, состав атмосферы в основном — про­дукт живых организмов, результат процессов, которые протекают в ландшафтах суши и верхних горизонтах моря.

Что касается гидросферы, то мы уже знаем, что важ­ные свойства воды рек и озер во многом определяются содержанием в ней углекислого газа, кислорода и других газов, которые являются продуктами жизнедеятельности организмов. Меньшую роль играет ландшафт в формиро­вании химического состава воды океанов и морей, так как часть элементов (особенно хлор и сера) поступает в морскую воду с продуктами вулканических извержений. Но исследования показывают, что и ландшафт влияет на состав океанических вод, которые с речным стоком по­лучают кальций, натрий, фосфор и многие другие эле­менты.

И, наконец, литосфера — каменная оболочка Земли. Оказывается, и в ее формировании принимают участие организмы, и это участие значительно большее, чем мы себе представляли до самого последнего времени.

Давно уже установлено, что осадочные породы, такие, например, как угли, глины, бурые железняки, образова­лись при активном участии организмов в ландшафтах прошлых геологических эпох. Известно также, что боль­шая часть осадочных пород возникла из морских илов (пески, глины, известняки), и что в формировании этих пород организмы принимали значительное участие, а многие минералы были принесены из ландшафтов суши. Но вот, что касается гранита, наиболее распро­страненной изверженной породы, то причастие к ее «ро­дословной» живого вещества было совершенно исклю­чено. И только сравнительно недавно В. И. Вернадский высказал убедительное и все более подтверждающееся предположение о том, что граниты образовались из оса­дочных пород в результате их переплавления на больших глубинах.

Так создалось представление о «большом круговороте веществ», связывающем магматические и поверхностные процессы.

Вот как предположительно протекает большой кругово­рот: из соединений атмосферы (СО₂, О₂ и др.), гидросферы (Н₂О и др.) и изверженных пород (SiO₂ и др.) при уча­стии живых организмов, воды и ветра в ландшафте суши и прибрежной области моря образуются осадочные по­роды. Осадочные породы на участках прогибания земной коры опускаются на большие глубины и переплавляются; образуются новые массы изверженных пород, глубинных вод и газов, которые при вулканизме, горообразовании и других процессах поступают на земную поверхность; здесь породы снова подвергаются выветриванию и преоб­разуются в осадочные породы; после этого начинается но­вый цикл большого круговорота.

В ходе большого круговорота между верхними и ниж­ними частями земной коры происходит обмен веществ и обмен энергии. Солнечная энергия, ежегодно накапли­вающаяся в ландшафте (в органических веществах), передается в глубинные зоны земной коры. Там при рас­паде органического вещества эта энергия освобождается и совершает большую геохимическую работу. С другой стороны, при горообразовании, вулканических изверже­ниях энергия из внутренних частей земной коры посту­пает на земную поверхность (нагретая лава и вулкани­ческие газы, радиоактивные газы).

Итак, мы приходим к выводу, что ландшафты суши это не случайное звено в механизме земной коры. Они тесно связаны со всеми другими ее частями, вплоть до магматической оболочки, в них происходит аккумуляция солнечной энергии, превращение ее в энергию геохими­ческих процессов, с помощью которой осуществляется перераспределение атомов в земной коре.

В истории науки часто бывает, что перед созданием обобщающей теории, когда накопилось уже много фак­тов, заставляющих по-новому видеть хорошо известные явления, «идеи начинают носиться в воздухе», к сходным выводам приходят ученые самого различного профиля.

Именно таково, как нам кажется, положение с гипоте­зой о большом круговороте веществ в земной коре. Сей­час естествознание вплотную подошло к созданию круп­ной обобщающей теории, контуры которой только намеча­лись В. И. Вернадским. Ученые различных направлений через данные своей науки приходят к подтверждению пра­вильности его общих идей.

Вероятно, недалеко то время, когда развитие жизни на земле, образование ландшафтов, осадкообразование, с одной стороны, и горообразование, магматическая дея­тельность, образование рудных жил, с другой, будут рас­сматриваться не как независимые одно от другого природные явления, а как взаимосвязанные части единого процесса развития земной коры. Нечего и говорить о том, что такая теория будет иметь не только теоретическое, но и большое практическое значение для дальнейшего развития производительных сил человеческого общества. Эта теория откроет новые пути для решения многих про­блем геологии и биологии и в новом свете представит ландшафт и его роль в истории Земли.

КАК ПОНИМАТЬ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

Мы уже несколько раз говорили о круговороте ве­ществ: о биологическом круговороте атомов в ландшафте, о их большом круговороте в земной коре. В природе про­исходит множество других круговоротов (например, обще­известный круговорот воды между материками и океаном).

Таким образом, круговорот веществ — важная особен­ность земной коры. Многие процессы здесь имеют харак­тер круговорота. Однако само название процесса — «кру­говорот» — создает представление о движении по кругу. Значит ли это, что участвующие в круговороте вещества возвращаются в прежнее состояние, что природа после завершения каждого цикла круговорота не изме­няется?

Для того чтобы найти ответ на этот вопрос, совершим небольшое путешествие к берегу таежного озера. В ре­зультате ежегодного биологического круговорота в таком озере накапливается некоторое количество органического вещества в виде «гнилого ила» — сапропеля, а иногда и в виде торфа (сначала у берегов, потом и в сере­дине озера). Постепенно дно повышается, озеро мелеет и превращается в торфяное болото. Следовательно, еже­годный биологический круговорот приводит лишь к сравнительно небольшим изменениям — накоплению в озере некоторого количества органического вещества. Однако за много лет изменения каждого года склады­ваются, и вот уже коренным образом преобразился весь ландшафт: один его тип (озеро) превратился в другой (болото).

Так, наряду и в тесной связи с биологическим круго­воротом веществ происходит поступательное развитие всех ландшафтов. Более того, мы можем сказать, что изменение ландшафта в ряде случаев происходит именно в результате круговорота.

Изучение других типов круговорота веществ также показывает, что развитие природы происходит не «по кругу», что в результате круговорота она не возвращается в прежнее состояние, а приобретает некоторые новые свойства и качества.

Кроме того, надо иметь в виду, что в земной коре есть процессы, протекающие все время в одном направлении, например радиоактивный распад урана, тория и других элементов. В результате этого постепенно меняется хи­мический состав Земли: одни элементы исчезают (уран, торий), другие накапливаются (свинец). Поэтому мил­лиарды лет назад на земле урана и тория было больше, чем сейчас, а свинца — меньше.

Понятно, что существование таких необратимых про­цессов, протекающих одновременно с круговоротом ве­ществ и влияющих на него, еще более усиливает посту­пательное развитие ландшафтов на Земле.

ИСТОРИЯ АТОМОВ И РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ

Геохимические особенности ландшафта оказывают большое влияние на живые организмы. Это мы уже знаем. Достаточно вспомнить о болезнях животных, свя­занных с недостатком в окружающей среде кальция, иода, кобальта, или о влиянии меди на растения.

Но ведь действию геохимических факторов подвер­гается не одно поколение, а десятки, сотни и тысячи по­колений растений и животных, существующих в геохими­ческих условиях данного ландшафта. Со временем под влиянием этих условий организмы приобретают новые признаки. Особенно ярко это выражено в районах руд­ных месторождений, где почва обычно содержит повы­шенные количества свинца, цинка, меди и других ме­таллов. Там развита особая флора, особые виды и роды растений. Например, советский ученый Д. П. Малюга, изучая степные травы в районе никелевых месторожде­ний Южного Урала, обнаружил, что трава грудница мох­натая, растущая на почвах обогащенных никелем, отли­чается от обычных растений этого вида строением цветка и малыми размерами. Содержание никеля в золе груд­ницы мохнатой нормального размера не превышает 0,001 %, а в золе «никелевых» форм оно составляет 0,02%, т. е. в 20 раз больше.

На медных и цинковых месторождениях развита осо­бая растительность, приспособившаяся к высокому содер­жанию меди и цинка в почве. В настоящее время хорошо известны также «хромовая», «литиевая», «селеновая» и другие флоры, связанные с горными породами и рудами, обогащенными хромом, литием, селеном.

Есть все основания предполагать, что среди геохими­ческих факторов эволюции большое значение имеют также радиоактивные элементы (уран, радий и другие). Содержание их в ландшафтах, сформировавшихся на различных породах и в различных климатических усло­виях, не одинаково. Понятно, что и организмы, населяю­щие эти ландшафты, подвергаются радиоактивному излу­чению различной силы: в одном случае большей, а в дру­гом — меньшей. И хотя естественная радиоактивность почв и вод, как правило, очень мала, она в природе дей­ствует непрерывно на протяжении длительного времени, и поэтому мы вправе ее также рассматривать как один из факторов среды, влияющих на эволюционный процесс.

Но не только тяжелые и радиоактивные металлы ока­зывают большое влияние на эволюцию организмов: важ­ное значение имеют и такие элементы, как натрий, хлор, алюминий, кальций. Так, например, флора солончаков, так называемые «солянки» содержат повышенные коли­чества солей натрия; это особые виды, роды и семейства растений.

Таким образом, если на одном и том же месте про­израстают сотни, тысячи и миллионы поколений данного вида растений, то они постепенно приспосабливаются к условиям среды, их химический состав отчасти перестраи­вается в соответствии с этими условиями, способность извлекать из почвы повышенное количество того или иного элемента передается по наследству, весь организм и облик растения могут измениться, один вид может пре­вратиться в другой.

Однако виды растений и животных не остаются на одном месте, они расселяются на новые территории с иными геохимическими условиями. Но интересно, что и в этих новых условиях часто проявляются старые осо­бенности их химического состава. В силу вступает закон наследственности: организм и в изменившейся среде тре­бует «привычного» повышенного содержания того или иного элемента, растение извлекает его даже из бедной почвы, а животное из бедных кормов. Поэтому, изучив химический состав организмов, особенно растений, можно сделать заключение об условиях, в которых шло форми­рование данного вида, даже если его представители те­перь уже расселились по различным ландшафтам. «Мы можем сказать, что химический состав организма хранит признаки своего происхождения». К такому выводу в ре­зультате своих исследований пришел академик А. П. Ви­ноградов.

Если мы в любом ландшафте найдем растение, зола которого особенно богата алюминием, то мы вправе за­ключить, что данный вид сформировался там, где интен­сивно мигрировал этот элемент (например, влажные тро­пики); если в золе растений много меди, цинка, свинца, то вероятнее всего, что эти виды «пришли» из районов рудных месторождений.

Таким образом, геохимические особенности ландшафта выступают в геологической истории Земли важным фак­тором формирования новых видов растений и животных.

Вооружившись такой предпосылкой, попробуем загля­нуть в далекое прошлое нашей планеты.

Содержание радиоактивных и тяжелых металлов в ландшафтах различных геологических эпох было неоди­наковым. Так, в конце силурийского периода, а потом, после длительного перерыва, в пермский период и, снова после большого промежутка, в неогеновый период во многих районах земного шара шли интенсивные горо­образовательные процессы. На земную поверхность в та­кие бурные эпохи прорывались глубинные породы, обога­щенные радиоактивными и тяжелыми металлами. Эти же периоды характеризовались контрастными климатиче­скими условиями. В частности, были широко распростра­нены зоны с сухим климатом.

В промежутках между этими эпохами горообразова­ния, например, в каменноугольном, юрском и палеогеновом периодах, горные цепи разрушались, сглаживались действием текучей воды, ветра, организмов. Рельеф по­степенно становился холмистым и равнинным, на боль­шей части Земли устанавливался теплый и влажный климат, происходило интенсивное выветривание горных пород, обеднение почв многими подвижными элементами, в том числе радиоактивными.

Как же эти смены геохимических условий ландшафта, которые, как мы видим, в истории земной коры происхо­дили неоднократно, отразились на растениях и животных? Привели ли они к появлению новых признаков у старых форм, к возникновению новых видов, к отмиранию ста­рых? Вот вопросы, которые невольно возникают и на ко­торые наука пока не может дать полного ответа.

Мы хорошо знаем, что история развития жизни на Земле это далеко не спокойный, плавный процесс раз­вития одних и тех же видов, превращения одних видов в другие. Нам известны в истории Земли «критические» эпохи, когда гибли целые семейства животных и расте­ний: в конце палеозойской эры вымирают многие семей­ства рыб, большая часть стегоцефалов (крупных земно­водных животных), многие роды папоротникообразных растений, все трилобиты (жабродышащие членистоногие). В конце мезозойской эры с лица Земли исчезают все аммониты и белемниты (морские моллюски), на суше гибнут гигантские ящеры — плезиозавры, мезозавры, цератозавры, стегозавры, птерозавры, динозавры, все зубастые птицы.

Причины такой массовой гибели организмов еще не­достаточно ясны. Однако вряд ли можно сомневаться в значении условий среды и геохимических условий в част­ности. Возможно, что изменение содержания в ландшафте тяжелых металлов, радиоактивных и других элементов приводило к гибели одних видов, родов и семейств расте­ний и животных и благоприятствовало появлению новых видов и родов.

Все это пока только предположения. Тут увлекатель­ная область совместных исследований для биологов, геохимиков, географов. Но уже совершенно ясно, что при изучении истории возникновения видов растений и жи­вотных необходимо учитывать геохимические особенности ландшафта в этом процессе. Можно не сомневаться, что подобное исследование прольет свет на многие ныне тем­ные страницы истории жизни на Земле.

[:ua]Що може дати геохімія ландшафту практиці?[:ru]Что может дать геохимия ландшафта практике?[:en]What can the geochemistry of the landscape give to practice?

«Человечество во все растущем темпе извлекает из земли колоссальные количе­ства элементов».

А. Е. Ферсман

ПОИСКИ РУД

С каждым годом наше народное хозяйство потребляет все больше угля, нефти, цветных и черных металлов, строительных материалов, агрономических руд и других полезных ископаемых. Пока в основном используются те их месторождения, рудные тела которых выходят на по­верхность или залегают близко от нее. Применявшиеся до сих пор методы поисков, как правило, не позволяли открывать «слепые рудные тела», т. е. залежи, не выхо­дящие на земную поверхность. А между тем число место­рождений, погребенных под слоем пустой породы, ве­роятно, очень велико, и заключенные в них руды могут на многие годы обеспечить нашу промышленность.

Нужно ли говорить, как важно научиться искать та­кие месторождения. Решать эту важную практическую задачу помогают особые геохимические методы поисков полезных ископаемых, тесно связанные.с геохимией ланд­шафта.

Представим себе, что где-нибудь в тайге на глубине 5—6 м залегает руда, прикрытая с поверхности слоем «пустой породы».

На поверхности как будто не заметно признаков тая­щегося в недрах месторождения. Однако рудное тело на­ходится в пределах ландшафта: до него доходят корни деревьев и некоторых кустарников, через него просачи­ваются атмосферные осадки, которые потом образуют грунтовые воды, выходящие источниками в долине реки. Даже если руды этого месторождения и мало раство­римы в воде, все же немного металла перейдет в грун­товые воды. Сделав химический анализ воды источ­ника 1, мы увидим, что она содержит больше этого ме­талла, чем источник 2, воды которого не омывают руд­ное тело.

Вот на этом и основан гидрохимический метод по­исков рудных месторождений. Он стал возможен лишь в самые последние годы, после того как химики разработали быстрые и очень чувствительные способы опреде­ления содержания металлов в воде. Этот метод нашел уже широкое применение и в Советском Союзе и за ру­бежом. В частности, в нашей стране он специально раз­работан для поисков урановых руд и позволил открыть их новые месторождения. Об этом доложил Женевскому совещанию по мирному использованию атомной энергии в 1955 г. советский ученый А. А. Сауков.

А вот другой пример.

Давно уже установлено, что в подземных водах, свя­занных с нефтяной залежью, много хлора, иода и неко­торых других элементов. Если эти воды расположены близко от поверхности, то при испарении содержащиеся в них элементы поступают в почву, обогащая ее солями. Так над нефтяной залежью могут образоваться солон­чаки. Но это не совсем обычные солончаки: в почве здесь повышенное количество таких элементов, как иод, а среди солей — много хлоридов и мало сульфатов. По этим признакам, исследуя химический состав солончаков и под­земных вод, можно обнаружить нефтяные залежи, скрытые под землей.

Такой почвенно-геохимический метод поисков нефти был разработан группой советских почвоведов под руко­водством В. А. Ковда.

Но оказывается, что руду можно искать не только с помощью воды.

Свыше 20 лет назад известный норвежский геохимик В. М. Гольдшмидт установил, что деревья своими раз­ветвленными корнями, как насосом, вытягивают металлы из более глубоких почвенных слоев. Затем эти металлы попадают в листья или хвою, а после листопада в верх­ние горизонты почв, где и накапливаются.

Такое явление наблюдается во всех лесных почвах. Если же корни деревьев достигают руд какого-либо металла, то в этом случае растительный опад и лесной гумус особенно обогащены именно этим металлом. В та­ких почвах его может быть в 50—500 раз больше, чем в обычных. Изучая химический состав гумусовых горизонтов почв и растительного опада, можно найти месторождения меди, цинка, никеля и других металлов, руды которых залегают глубоко от поверхности земли.

Иногда в поисковых целях определяют металлы не в почве, а прямо в листьях или молодых ветвях деревьев.

Методы поисков руд на основе определения металлов б почвах и растениях также применяются в Советском Союзе и некоторых зарубежных странах.

Однако, чтобы обнаружить скрытое под землей место­рождение, не всегда необходимо производить химический анализ растения: иногда сам его вид является уже цен­ным указателем.

Еще средневековые рудокопы Чехии и Германии знали, что особая «галмейная фиалка» указывает на бли­зость «цинковых руд». Позже исследования показали, что в золе галмейной фиалки содержится до 4% окиси цинка, т. е. во много раз больше, чем у обычных рас­тений.

В настоящее время известны растения, являющиеся указателями на руды хрома, меди, никеля, цинка, серебра, олова.

Что же дает для поисков, рудных месторождений гео­химия ландшафта?

Представим себе, что мы уже практически хорошо изучили геохимию всех ландшафтов нашей страны. Тогда геолог-разведчик, отправляясь на поиски, будет иметь дан­ные о среднем содержании интересующего его элемента во всех частях любого ландшафта. Производя анализ вод, почв, растений в тундре, тайге или в пустыне, он сможет сразу установить, характеризуют ли полученные числа данный тип ландшафта или же (если они значи­тельно превышают средние величины) они указывают на скрытые в недрах полезные ископаемые.

Более того, с помощью геохимии ландшафта могут быть разработаны для каждого типа ландшафта самые простые и эффективные геохимические методы поисков: в одном районе месторождения какого-либо металла надо будет искать по воде, в другом — по почвам, в третьем — по растительности.

Иначе говоря, геохимия ландшафта может создать прочную научную базу для наиболее продуктивных по­исков полезных ископаемых во всех ландшафтах Совет­ского Союза.

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА И ЗДОРОВЬЕ

Поиски полезных ископаемых — лишь пример одной из многих областей практического приложения геохимии ландшафта. В качестве другого примера, относящегося к совершенно иной области практики, мы расскажем о возможном использовании этого научного направления в медицине.

Вспомним о болезнях человека, вызванных недостат­ком или избытком в окружающей среде (воздухе, почвах, водах) определенных химических элементов. Районы рас­пространения этих болезней А. П. Виноградов назвал «биогеохимическими провинциями». Известны биогеохи­мические провинции, связанные с «повышенным» или «пониженным» содержанием в окружающей среде фтора, кальция, иода и других химических элементов.

Географическое положение той или иной провинции зависит от различных факторов: в одном случае от климата, в другом — от близости или удаленности от океана, в третьем — от современного вулканизма, в чет­вертом — от состава горных пород.

К сожалению, нам еще мало известны геохимические особенности многих ландшафтов нашей страны. Это — серьезное препятствие для решения вопросов, имеющих глубокий теоретический и жгучий практический интерес. Кто знает, сколько еще человеческих недомоганий связано с особенностями распределения химических эле­ментов в ландшафте? Как отражаются на человеке такие отклонения от среднего содержания химических элемен­тов, которые не достигают уровня, вызывающего явные симптомы болезни? Не связан ли с этим какой-либо хро­нический недуг населения, относимый за счет других причин? Нельзя ли, увеличивая или уменьшая потребле­ние определенных химических элементов людьми, воздей­ствовать на самую физическую природу человека, по­дойти к претворению давней мечты человечества — долго­летию?

Геохимическое изучение ландшафта дает возможность установить некоторые наилучшие условия существования человека, а современная техника и широкие транспорт­ные связи позволяют в одном ландшафте создать геохи­мические условия, присущие многим природным ланд­шафтам. Так теперь в любом ландшафте человек может потреблять столько же иода, сколько его потребляет житель морских побережий, столько же кальция, сколько житель степей, и т. д.

Природа за многие миллионы лет существования организмов на Земле не имела таких благоприятных условий для существования организмов, которые может создать для себя современное человечество. В этом имен­но, как нам кажется, и кроется одна из возможностей не только укрепить здоровье человека, но и улучшить самую биологическую его природу, которая конечно не представ­ляет собой полного совершенства.

Для решения этой сложной, но вполне реальной за­дачи необходимо развивать гигиену ландшафта на гео­химической основе. Нужно выявить для каждого ланд­шафта нашей страны наилучшие геохимические условия существования людей, разработать конкретные формы осуществления этих условий (например, рациональное со­четание местной и привозной пищи, использование мест­ных минеральных вод, лечебных грязей и т. д.).

В решении всех этих важных вопросов медицине мо­жет помочь геохимия ландшафта. Здесь необходима совместная работа врачей-гигиенистов и геохимиков-географов.

[:ua]Нові шляхи географії[:ru]Новые пути географии[:en]New ways of geography

«Эти руководящие идеи открывают пе­ред нами широкие перспективы; правда, одновременно выясняется необходимость большой напряженной работы, но работы в Советском Союзе, как известно, не боятся».

Б. Б. Полынов

Распахивая почвы, строя города, вырубая леса, про­водя дороги, извлекая руду из недр, человек изменяет окружающую природу, изменяет природный ландшафт. Эти изменения имеют различный характер. Обычно они приводят к повышению плодородия почв, улучшению пу­тей сообщения, развитию промышленности, росту насе­ления, т. е. к развитию производительных сил.

Но известны и такие случаи, когда хозяйственная дея­тельность человечества вызывала непредвиденные ката­строфические последствия, вела к разрушению произво­дительных сил. Помните, как об этом писал Ф. Энгельс:

«Людям, которые в Месопотамии, Греции, Малой Азии и в других местах выкорчевывали леса, чтобы до­быть таким путем пахотную землю, и не снилось, что они этим положили начало нынешнему запустению этих стран, лишив их, вместе с лесами, центров скопления и сохранения влаги. Когда альпийские итальянцы вырубили на южном склоне гор хвойные леса, так заботливо охра­няемые на северном, они не предвидели, что этим под­резывают корни высокогорного скотоводства в своей области; еще меньше они предвидели, что этим они на большую часть года оставят без воды свои горные источники, с тем, чтобы в период дождей эти источники могли изливать на равнину тем более бешеные по­токи».

Особенно усилились непредвиденные последствия хо­зяйственной деятельности с наступлением капитализма. Мощная техника позволяла теперь осуществлять глубо­кие преобразования в природной среде, последствия ко­торых обычно не были предвидены, а в ряде случаев и не интересовали капиталистов, так как они прежде всего стремились получить побольше прибыли в данный момент.

Едва ли не наиболее ярким примером таких послед­ствий является эрозия почв, т. е. частичное или полное уничтожение пахотного слоя в результате его смыва дож­дями и развевания ветрами. Для того чтобы на скальной породе сформировался хотя бы полуметровый слой плодородной почвы, требуются по крайней мере столетия и тысячелетия, а иногда десятки тысяч лет, в то время как смыв этой почвы может произойти за несколько де­сятков лет, а иногда и в два-три года. Американские уче­ные подсчитали, что в результате эрозии почвы США ежегодно теряют в несколько раз больше питательных для растений веществ, чем их вносится с искусственными удобрениями. Но эрозия не только разрушает почву, она приводит к обмелению рек, к пыльным бурям, засыпанию посевов в соседних районах, росту оврагов и т. д. Это подлинное национальное бедствие.

Известно, что орошение преображает пустыни, созда­вая на месте почти бесплодных пространств цветущие оазисы. Однако не всегда бывает так. В пустынях есть районы, где соли залегают неглубоко от поверхности. При орошении эти соли растворяются и поднимаясь по почвен­ным капиллярам к поверхности выпадают из раствора. Так происходит засоление почв; за несколько лет орошаемая земля превращается в бесплодный солончак.

Засоление, движение песков, эрозия почв, рост овра­гов, обмеление рек, пыльные бури — все это следствие того, что человек либо по незнанию, либо из-за невоз­можности, пренебрегал законами природы в своей хозяй­ственной деятельности, не учитывал органических взаи­мосвязей, объединяющих все части ландшафта в еди­ное целое.

Природа земной поверхности, «природная среда», это не сумма независимых друг от друга частей (горные по­роды + растения + атмосфера + животные + поверх­ностные воды и т. д.), а сложный взаимообусловленный и взаимосвязанный комплекс — ландшафт. Именно по­этому для познания ландшафта недостаточно геологии, почвоведения, ботаники, зоологии, климатологии, гидро­логии — наук, изучающих отдельные его части, необхо­дима еще наука, изучающая природную среду как целое, т. е. учение о ландшафтах.

В природе нет ландшафтов, в которых бы организмы были обеспечены наилучшим образом всеми химическими элементами, но такая возможность создается при хозяй­ственном освоении природных ландшафтов, т. е. при пре­вращении природных ландшафтов в культурные. Так, оазис сочетает в себе положительные качества пустынного ландшафта: обилие тепла, света и плодородные почвы, с положительными качествами лесного ланд­шафта — обилием воды, столь необходимой для расти­тельности.

В лесной зоне в противоположность пустыне выпадает много атмосферных осадков, однако недостаток многих важных для организмов химических элементов в почвах снижает продуктивность сельского хозяйства. Используя минеральные удобрения, подкормку домашних животных, осушая болота, мы обеспечиваем культурные растения и домашних животных необходимыми им элементами и создаем в результате культурный ландшафт. В нем со­четаются положительные качества лесного ландшафта (изобилие влаги) и степного (плодородие почв).

Человечество уже теперь имеет возможность поднять биологическую продуктивность ландшафта до уровня, неизвестного в природной обстановке, повысить интенсив­ность фотосинтеза, продуктивность животноводства. Бо­лее того, оно теперь способно придать культурному ланд­шафту такие качества, которые природному ландшафту вообще не свойственны.

В последние годы в нашей стране развернулись гран­диозные работы по ускоренному освоению восточных районов страны. Распахиваются десятки миллионов гектаров целинных земель, в степях и тайге строятся новые рудники, крупные промышленные предприятия, электро­станции, города и поселки. Наилучшая организация хо­зяйства и жизни в новых районах требует детального изучения всего комплекса их природных условий, т. е. их ландшафта.

Задача состоит в том, чтобы каждый участок земной поверхности использовался наиболее производительно, чтобы не было залежей, целины, пустошей, болот и дру­гих «неудобных земель», чтобы были ликвидированы вредные для людей особенности ландшафта и макси­мально усилены его полезные особенности. Надо, чтобы в результате хозяйственной деятельности не происходило смыва почвы, обмеления рек, заболачивания, засоления, чтобы культурный ландшафт представлял место, удобное и здоровое для жизни человека, чтобы он, наконец, удо­влетворял эстетические потребности людей, радовал глаз.

Понятно, что все эти задачи нельзя решить путем одностороннего воздействия на ландшафт, как это дела­лось раньше на протяжении всей человеческой истории. Надо, чтобы для каждого ландшафта был разработан единый план использования его природных ресурсов, план развития всех его частей, план, основанный на понима­нии нерасторжимых связей, существующих между отдель­ными частями ландшафта.

Создать научную основу для такого плана — практи­ческая задача географов-ландшафтоведов. К сожалению, до сих пор ландшафтоведы еще робко подходили к ее решению и сравнительно мало давали практике. Причина этого отчасти в том, что слабо развита теория ланд­шафта, недостаточно разработаны методы его изучения, географы еще часто не умеют вскрывать связи между отдельными частями ландшафта. Иначе говоря, в данном случае практическое использование науки затрудняется слабым развитием ее теории.

Своеобразие современного состояния учения о ланд­шафтах в том и состоит, что общая задача этого учения ясна, практическая потребность в нем имеется, но недо­статочное развитие самой науки мешает ей должным об­разом обслуживать народное хозяйство. Следовательно, дело сейчас за самими географами, которые должны глубже развивать теорию ландшафта, разрабатывать но­вые методы его изучения, искать новые пути практиче­ского приложения своей науки.

***

В этой книге мы старались показать, что, изучая миграцию химических элементов в ландшафте, можно установить связи между отдельными его частями, познать ландшафт как целое. Создается возможность глубокой разработки теории ландшафта на геохимической основе. Вместе с тем разработка этой теории, как мы видели, тесно связана с решением ряда практических проблем сельского хозяйства, геологии, медицины.

Все это и определяет значение геохимии ландшафта для географии в настоящее время.