Пустынные ландшафты.

3.4. Пустынные ландшафты.

Более третьей части всей суши Земли настолько неблагоприятны для жизни, что эту область называют пустынями. Пустыни - это ландшафты с малой биологической информацией, ослабленными водными и биотическими  и с интенсивными прямыми воздушными связями.

Суровые условия пустынь могут быть связаны с сухостью климата. Сухость климата может быть как физической, так и физиологической. В первом случае она наблюдается  при очень большом поступлении тепла (аридные пустыни), во втором с дефицитом тепла (холодные пустыни).

Аридные пустыни

Площадь аридных территорий, в которых влага является решающим фактором, определяющим биологическую продуктивность, составляет примерно 48 млн. км² . К этим территориям относят ландшафты собственно пустынь, полупустынь, сухих степей и ксерофитных саванн. По количеству выпадающих осадков они подразделены на 3 биоклиматические зоны:

экстрааридную, с осадками составляющими  менее 100 мм   -0, 4% площади суши,

аридную, с годовой суммой осадков от 100 до 200 мм - 15% площади суши,

полуаридную, с годовой суммой осадков 200-400мм - 14,6% площади суши.

Аридные территории распространены на всех материках, причем отношение площади аридных и полуаридных земель к площади континентов составляет: в Австралии -83%, Африке - 59%, Азии -38%, Северной и Южной Америке - 10%и 8% соответственно, в Европе - всего 1%. В настоящее время существует множество классификаций пустынь: по литологии (каменистые, щебнистые, песчаные, глиняные), по геоботаническим признаками, по характеру растительности, по типам климата (тропические, субтропические, умеренные).

Рекомендуемые материалы

Французский географ Э. Мартонн показал, что климат пустынь можно рассматривать как результат деградации различных климатов, причем в нем сохраняется режим атмосферных осадков исходного климата. Так, известны пустыни с зимним максимумом осадков, с равномерным распределением осадков по сезонам, с летним максимумом. Но общим является очень малое их количество. Кроме небольшого количества осадков для пустынь характерны:

ничтожная влажность воздуха,

очень высокие температуры,

резкие температурные контрасты,

сильная инсоляция, обусловливаемая небольшой облачностью,

часто сильные и порывистые ветры,

5.большой разрыв между количеством осадков и испарением.

Все эти условия крайне неблагоприятны для растительности и вызывают необходимость чрезмерного испарения. Не менее неблагоприятны для растительности и эдафические условия: в  почвах наблюдается недостаток воды и бедность в органических веществах,  они сильно засолены.

Растительность пустынь состоит из различных жизненных форм, но в основном можно выделить две группы видов, совершенно различно приспособившихся к жизни в пустынной обстановке: одна группа состоит из видов, приспособляющихся к перенесению неблагоприятных условий пустыни (растения-ксерофиты), а другая не может переносить засухи и заканчивает свою вегетацию до наступления засухи. Первая группа представлена многолетниками (полукустарниками и травами), вторая - по большей части однолетниками.

Пустынные многолетники обладают целым рядом приспособлений для энергичного вбирания воды и ее медленного испарения. Для усиления водоснабжения имеет место повышенное осмотическое давление, или особые устройства корней. Для листьев растений египетских пустынь приводят данные о 19-50 атмосфер, сосущая сила корней еще более высокая - до 100-160 атмосфер, что позволяет всасывать даже небольшие количества влаги. Корневые системы растений пустынь иногда очень сильно развиты и способны достигать грунтовых вод, причем часто характерен необычайно быстрый рост корней в ущерб надземным органам. Если грунтовые воды недоступны, то корневые системы развиваются вширь, достигая длины 10-15 м.

Уменьшение транспирации у пустынных растений достигается различными способами. Возможна редукция листьев, а в фотосинтезе основную роль играют зеленые стебли, или сезонная смена листьев (весенние листья отличаются от летних). У многих растений листья жесткие с толстой кожицей, или с защитным покровом. Ряд растений пустынь накапливают воду в тканях стеблей или листьев.

Вторая группа растений, характерная для пустынь - это однолетники или же многолетники, но быстро проходящие весной весь свой жизненный цикл вегетации. Однолетние эфемеры устроены очень просто - это низкорослые одностебельные формы высотой до 30-40 см (в засушливые годы -1-2 см), относящиеся к различным семействам. Многолетние эфемеры в своих наземных частях схожи с однолетниками, а подземные органы, которые должны выдерживать летнюю засуху, представлены клубнями и луковицами. Даже злаки дают здесь при основании стеблей луковицы. Для эфемеров характерно быстрое развитие - от 3 недель до 2-х месяцев. По богатству весенних эфемеров некоторые пустыни называются эфемеровыми. Но если осадки выпадают не в весенний период, а равномерно распределяются в течение года, эфемеров в этих пустынях нет.

Для пустынь характерны своеобразные саксауловые леса, травянистые кустарниковые и полукустарниковые сообщества. Это позволяет с позиций систематики рассматривать пустыни как результат деградации лесов, степей, лугов и саванн (уменьшение биомассы и продуктивности). Пустынная деградация связана не только с иссушением климата, но и с похолоданием (формированием полярных пустынь), засолением (солончаки и солонцы в степях).

Биомасса в степях обычно составляет 10-15 ц/га, но в отдельных ландшафтах достигает 300 ц/га  (как в черноземных степях). Ежегодная продукция  чаще всего колеблется в пределах 5-15 ц/га, достигая 50 ц/га в саксауловых пустынях. Соотношение между Б и П меняется очень сильно. По величине К одни пустыни близки к лесам, другие к саваннам, третьи к степям. Возможно, что пустынная деградация, резко уменьшая биомассу и продуктивность не влияет на соотношение между ними - величину К.

Видовое разнообразие пустынь почти вдвое меньше, чем в степях (700 - 800 видов для пустынь Средней Азии).

Для пустынной флоры характерна биогенная аккумуляция натрия, хлора и серы (они сосредоточены в наземных органах), Ca, Р и К - в подземных органах. Общее содержание золы выше, чем в степных растениях. Щелочные и щелочноземельные элементы вовлечены в БИК  энергичнее, чем в степях. Галофиты отличаются, повышенным содержанием калия, хлора, натрия. Концентрация  кальция, калия и фосфора в подземных органах приводит, в результате БИК, к их возвращению в пустынную почву. Многие исследователи считают, что концентрация в наземных органах натрия, хлора и серы  имеет приспособительное значение и позволяет  при развевании отмерших наземных органов  растения избавляются от части этих избыточных  элементов.

Для пустынь характерна  ничтожно малая доля зеленной массы однолетних органов растений в общей биомассе. В резкоокислительной среде пустынных почв их разложение происходит очень интенсивно, но органические вещества быстро минерализуются и накопления гумуса не происходит. Этим пустыни существенно отличаются от других ландшафтов.  Древесные же  остатки сохраняются долго, консервируясь в сухом климате.

 В пустынях преобладает азотный тип химизма БИКа (азота больше кальция), при значительном участии хлора и серы. В солончаковых пустынях господствующим является хлороидный тип химизма ( хлора больше чем натрия)

Высокогорные памирские пустыни. Они распространены в Азии на высотах в 3000-4000 м. Сильная инсоляция и испарение в сочетании с ничтожным количеством осадков (100 мм /год) обусловливают исключительную сухость ландшафтов.

Своеобразие климатических условий оказывает большое влияние на БИК. Фотосинтез и дыхание растений здесь протекает с более высокой интенсивностью, чем в умеренных зонах. Образование и накопление крахмала замедлено, поэтому растения содержат много сахаров. Очень интенсивен синтез белков, хотя азота в траве немного. Активен также процесс синтеза аскорбиновой кислоты. Все это определяет высокие кормовые достоинства трав высокогорных пустынь. Влияние пустынных ландшафтов на живые организмы.

Основными факторами, оказывающими негативное воздействие на здоровье людей являются специфические климатические условия пустынь - контрастные  суточные температуры и большая сухость воздуха. Кроме этих факторов, в некоторых пустынях приходится учитывать и геохимические особенности, в частности, тот факт, что почвы почти не выщелочены и поэтому возможны избыточные концентрации химических  элементов, особенно над рудными полями. В растениях возможны повышенные концентрации свинца, ртути, селена, молибдена, меди, никеля, ванадия. Так, у овец в Кызылкумах фиксируют медное отравление, с повышенным содержанием меди в крови. При строительстве поселков в районах добычи полезных ископаемых в пустынях  следует учитывать возможное повышение содержания в водах и пище молибдена, которое вызывает  подагру, свинца (нервные болезни), меди (малокровие).

Основные геохимические особенности пустынь.

*  Характерной особенностью БИКа в пустынях является его быстрое протекание: быстрое разложение и быстрая минерализация или консервация без образования гумуса;

*  зеленая органическая масса мала,  преобладающая часть живого вещества сосредоточена под землей;

*  пустыни - это ландшафты с малой биологической информацией, ослабленными биотическими и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями. Все эти особенности существенно уменьшают централизацию и устойчивость пустынных ландшафтов.

Засоление и рассоление ландшафтов.

В аридных условиях  в зонах  степей  и пустынь часто возникают специфические типы ландшафтов, связанные с повышенным накопление  в почвенном профиле легкорастворимых солей - засоленные ландшафты.

Засоленным называется ландшафт, в котором происходит накопление легкорастворимых солей, принимающих активное участие в БИКе и водной миграции. Засоление подчиняется зональности и усиливается с засушливостью климата. Источниками солей служат:

- выветривание и почвообразование, переводящее натрий, хлор и серу в водный раствор;

- атмосферные осадки, но небольшое количество солей, поступающих с осадками является либо лишь дополнительным источником, либо проявляется через длительное время. Поэтому  этот источник поступления солей  в молодых ландшафтах не приводит к засолению;

- принос солей ветром с моря при засолении побережий;

- медленная (вода успевает испариться) разгрузка  вдоль разломов глубинных вод.

В засоленных ландшафтах происходит приспособление растительности к высокому содержанию солей в почвах и водах. Галофиты выносят такое высокое содержание солей, которое губительно для других растений. По солеустойчивости выделяют четыре группы растений:

- типичные галофиты - мясистые мокрые солянки, произрастающие на влажных солончаках с близкозалегающими грунтовыми водами. Содержат до 40-50% золы, в которой преобладает хлор, сульфат -ион, натрий;

- галофиты, преимущественно полусухие, содержащие до 20-30% золы. Растут на сухих солончаках и сильно засоленных почвах;

- сухие солянки, ксерофиты и некоторые полыни на слабозасоленных почвах и солонцах. Золы 10-20%;    

- злаки, бобовые и полыни на  слабозасоленных почвах и содержат менее 10% золы.

Процесс засоления почв связано с испарением  грунтовых вод со значительной минерализацией. Глубина, с которой возможен подъем грунтовых вод по капиллярам и засоление называется критическим уровнем залеганиигрунтовых вод. В песках такой подъем возможен только на 1 м, в глинистых грунтах - 3-7 м. При глубине залегания грунтовых вод в 10-12 м  они уже не участвуют в почвообразовании.

По мере перемещения грунтовых вод происходит их последовательное насыщение  различными солями, содержащимися в пересекаемой толще грунтов и затем, при испарении, их выпадение  в осадок. Из менее соленых вод выпадают прежде всего труднорастворимые соли (карбонат кальция, сульфат кальция), а из более соленых - легкорастворимые (сульфаты магния и натрия, хлориды натрия, магния и нитраты натрия).

Это определяет закономерности пространственного расположения засоленных горизонтов - чем менее растворима соль, тем быстрее она выпадает и тем шире ее ареал. Аналогична и вертикальная зональность - чем ближе к поверхности, тем более растворимые соли появляются в осадке. Но если грунтовые воды залегают близко к поверхности ( до 1 м), то при сильном испарении происходит одновременная разгрузка и легко- и труднорастворимых солей.

При засолении  изменяется состав  поглощающий комплекс почв и грунтов. Например, при засолении натриевыми солями, континентальный тип поглощающего комплекса ( кальциево-магниевый) приобретает черты морского (натриево-магниевого с подчиненным значением кальция).

В местах энергичного испарения грунтовых вод, преимущественно вблизи поверхности почв, формируется испарительный барьер, на котором концентрируются многие элементы ( Ca, Na, K, Mg, F, S, Sr, Cl, Rb, Zn, Li, N, U, Mo).

При засолении ухудшаются условия существования большинства организмов уменьшается ежегодная продукция живого вещества. По влиянию на БИК засоление сопоставимо с иссушением климата.  

Рассоление ландшафта  означает уменьшение содержания солей в почвах, грунтах,  в грунтовых водах, а также изменения флоры (исчезновение галофитов), фауны, уменьшение засоленности атмосферы. Оно распространено так же широко, как засоление и присуще аридным ландшафтам. Рассоление развивается постепенно, образуя особую серию ландшафтов, начальным членом которой является засоленный ландшафт, а последним - незасоленный. К промежуточным членам серии относятся ландшафты, в которых соли сохранились лишь в нижних горизонтах почв или в грунтах.

Универсальная причина рассоления-тектонические поднятия, приводящие к  восходящему развитию рельефа и понижению уровня грунтовых вод. Так, на поймах степей и пустынь, при близком залегании грунтовых вод происходит  засоление, а  на террасах, при понижении уровня грунтовых вод  - рассоление.

Ещё посмотрите лекцию "Параллельная обработка данных на ЭВМ" по этой теме.

Реже встречаются ландшафты, рассоление которых связано с увлажнением климата. При увеличении количества осадков усиливается промывание почв, оживляется сток и это приводит к выносу солей из почвенного профиля.

Существует два основных типа расслоения - кальциевое и натриевое. Кальциевоерассоление характерно для солончаков содержащих много кальция. При рассолении кальций вытесняет натрий из поглощающего комплекса и в рассоленной почве образуется кальциево-магниевый поглощающий комплекс. Такие кальциевые ландшафты характерны для степей и пустынь  умеренной зоны, почвы в них содержат реликтовый гипсовый горизонт. В пустынях он залегает близко от поверхности, формируя гипсовую пустыню. В степях кальциевоерассоление приводит к смене засоленного ландшафта каштановой или черноземной степью. Эти процессы могут быть названы соответственно опустынением и остепнением.При кальциевом рассолении на границе гипосвого горизонта в почвах возникает гипсовый барьер, на котором концентрируется  стронций. Соль, выщелоченная из солончаков, накапливается вдепрессия рельефа, поэтому гипсовые почвы на террасах часто сопрягаются с солевыми аккумуляциями в поймах и котловинах.

Натриевоерассоление  наблюдается, если в солончаках мало кальция и преобладают натриевые соли и мало гипса. Поглощающий комплекс насыщен натрием (до 70-80%). При таком рассолении солончака образуется почва с преимущественно натриевым поглощающим комплексом - солонец. Физические и химические свойства солонцов обусловлены наличием и высоким содержанием натрия. Это накладывает отпечаток на растительный покров, формируется особый БИК и можно говорить об особых солонцовых ландшафтах.

Солонцовые свойства начинают проявляться при содержании  в поглощающем комплексе не менее 5% обменного натрия. Коллоиды, насыщенные натрием легко переходят в раствор, с чем связано выщелачивание наиболее тонкодисперсной части из верхнего горизонта почвы. Ниже образуется иллювиальный солонцовый горизонт, в который вмыты коллоиды и поглощающий комплекс которого содержит много натрия. Ниже могут быть другие соленосные горизонты. Биогенная аккумуляция определяет накопление гумуса и ряда водных мигрантов в горизонте А. Профиль солонцовых почв напоминает профиль дерново-подзолистых. Но рН таких почв большой (до 10-11) из-за содержания в почвенном растворе соды. В содовых водах легко мигрируют анионогенные элементы: кремний, алюминий, молибден, селен, уран, скандий, бериллий, медь, растворяется и гумус. При просачивании содовых растворов вглубь их щелочность понижается, в нижней части почвы может возникнуть кислый барьер, с которым связано окремнение нижних горизонтов солонцов.

 Высокое содержание натрия в поглощающем комплексе и сильно щелочная реакция неблагоприятно сказываются на растениях, и БИК на солонцах ослаблен. В сухих степях на солонцах возникают чернополынные ассоциации, близкие к пустынным,  что и подтверждается жизненными формами растений и соотношением Б и П. В сухих степях солонца образуют пятна диаметром в десятки метров и входят в качестве подчиненного члена в степной геохимический ландшафт. На месте они выделяются сильно разреженной растительностью.  Встречаются и крупные массивы солонцов, заниающих автономное положение, в этом случае в понижениях развиты солончаки, а весь геохимический ландшафт представлен солонцово-солончаковым комплексом.

В степях солонцы используются как пастбища, причем гипсование этих участков приводит к удалению натрия из обменного комплекса и через 10-12 лет солончаки утрачивают свои отрицательные свойства. Оторвавшись от грунтовых вод под влиянием БИКа солонцы постепенно превращаются в натриево-кальциевые и  кислые кальциевые ландшафты.