Формы в мире почв
Шрифт:
Фредерик Жолио-Кюри писал: «Хотя я и верю в будущее атомной энергии и убежден в важности этого изобретения, однако я считаю, что подлинный переворот в энергетике наступит только тогда, когда мы сможем осуществить массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу или более высокого качества» (1957, с. 518).
В обнаружении новых природных источников энергии почвоведение выходит на передовые позиции. В почвах превращение одних видов энергии в другие отличается большим разнообразием. При этом в них возникают постоянные естественные поля с напряжением 0,01—0,001 В. Электромагнитные поля почв и земной коры изучают геофизики, а редокс-потенциал замеряется почвоведами, биологами. Эти поля хотя и невелики, но выполняют различную работу: в одних случаях полезную для человека, в других — неблагоприятную. Различные
Микровольтметры показывают очень четкое возрастание напряжения электрического поля при повышении температуры почвы. В теплый солнечный день редокс-потенциал почв увеличивается на 30–50 мВ по сравнению с холодным утром. Причем эти колебания носят закономерный синусоидальный характер в течение суток (Снакин, 1984). Деятельность электронов и (или) ионов можно и послушать: для этого нужно подключить провода репродуктора или телефона к двум разнородным металлическим стержням, воткнутым в почву. Послышится слабый треск, усиливающийся при повышении температуры почвы, увлажнении, увеличении содержания солей, гумуса. Видимо, почвообразование протекает под контролем естественных гравитационных, электромагнитных и биологических полей.
Если бы удалось изучить природу этих полей в почвах, то можно было бы ими управлять в целях повышения биологической продуктивности растений.
Предполагается, что необычайно мощный рост дальневосточных растений связан с высокой магнитной восприимчивостью почв, в десятки раз превышающей таковую почв европейских. Можно привести и другие примеры, которые свидетельствуют о корреляции почвенных процессов с электромагнитными свойствами почв.
Всем известен факт несимметричного строения рельефа земной поверхности, ее высокой «гофрированности»: одни склоны — холодные и влажные, теневые обращены на север и запад, а другие — теплые и более сухие, солнечные — на юг и восток. Почвы теневых склонов всегда мощные, многогумусные, мелкоземистые, а почвы солнечных склонов — маломощные, малогумусные, щебнисто-мелкоземистые. Заметное расхождение в содержании гумуса (3–5 %) объясняют просто: на теневых склонах идут процессы, благоприятствующие его накоплению, а на солнечных гумус минерализуется, «сгорает».
Однако различия в природе почв можно объяснить иначе. Разница в температурах поверхности почв теневого и солнечного склонов достигает 10–30 °C. Тепло от нагретого склона перемещается к холодному, создавая эффект, который внешне подобен явлению, происходящему в термопаре, что способствует возникновению естественного потока зарядов. Видимо, он несет отрицательно заряженные анионы — радикалы гуминовых кислот — с теплого склона на холодный, пополняя запасы гумуса в его почвах, а из почв холодных склонов на теплые мигрируют катионы — кальций, магний, которые способствуют окарбоначиванию почв солнечных склонов. По механизму это явление напоминает термоградиентный перенос вещества в почве.
Подобные электрические токи идут и по вертикальному почвенному профилю, осуществляя электрофорез, проявляющийся в специфике гумусообразования — в равномерном окрашивании почвенной толщи, создании глееватости и охристости в периодически увлажняемых почвах. Смена тепла и влаги изменяет полярность электрического поля, что приводит к перезарядке некоторых почвенных горизонтов (особенно глеевых).
Представление о «перетекании» электричества из одной элементарной почвенной ячейки в другую, от одного склона к другому помогает объяснить природу многих физико-географических явлений: например, наличие четкой границы между лесом и субальпийскими лугами в горах, формирование снежников и ледничков в пригребневых частях теневых склонов и т. п. Здесь, видимо, возможно возникновение эффекта, подобного эффекту Пельтье[3]. Если в качестве «электрической цепи», состоящей из проводников разного качества, рассматривать почвы склонов северной и южной экспозиции, а спаем считать рыхлые горные породы водораздела, то можно ожидать этот эффект. Он, вероятно, вызывает температурные различия в почвах
Если согласно гипотезе существует перетекание заряженных частиц с одного склона на другой, то это явление может объяснить роль человека в почвообразовании с иных позиций, а именно тем, что он в результате хозяйственной деятельности меняет электрический потенциал и полярность. Но как это влияет на свойства почвы, остается неизвестным. Изменяя электромагнитные свойства почв в одном месте, человек нарушает их в другом, непредвиденном месте, удаленном от первого на десятки и сотни километров.
Например, истощение запасов гумуса в почвах одного склона может оказаться зависимым от того, как используются человеком почвы противоположного склона. Становится понятной асинхронная динамика ледников: в одних бассейнах они отступают, деградируют, в других — наступают, растут, хотя в общем находятся в равных климатических условиях. Видимо, хозяйственная деятельность человека на противоположном солнечном склоне отражается через электромагнитные поля на динамике ледников, и не только их. Неизвестную роль играют также «сбросы» в почву промышленных токов.
Другим примером возможного возникновения электрического поля и его существенного влияния на почвообразование являются мерзлотные поЛигбнальйЫё почвы. Почвенные полигоны напоминают термобатареи, состоящие из термоэлементов и образующие термопары (см. рис. 1). В отличие от холмистых поверхностей на плоских равнинах только таким образом создаются условия для возникновения электрического поля. Холодные ледяные блоки (прямоугольники, шестиугольники) разделены торфянистыми полосками. Эти полосы-перегородки выполняют роль мембран, которые охраняются «демонами Максвелла»[4] и через которые осуществляется избирательный перенос вещества и энергии из одной почвенной ячейки в другую. Холодные ледяные блоки при периодическом таянии питают разделяющие их торфянистые почвы энергией, поэтому на последних могут произрастать сельскохозяйственные культуры. Местные жители умело используют это явление в практических целях.
Специфика электронов и силовых линий электромагнитных полей будет зависеть от состава горных пород, характера почвообразования, что в общем отражается на формах элементов различных уровней организации: от субмолекулярных до многокилометровых. Каждую элементарную клетку почвенного покрова (см. рис. 1) можно представить в виде сложной электромеханической системы, центр управления которой расположен в самой клетке. Элементы этого почвенного механизма управления — атомы и молекулы, сами создающие электромагнитные волны, упорядоченно мигрируют под влиянием электрических полей; последние возникают и регулируются под воздействием вертикальных и горизонтальных потоков влаги и тепла, а также жизнедеятельности организмов.
ИНДИВИД — СРЕДА
Индивид, или индивидуум, — неделимое, самостоятельно существующее тело (организм). Это понятие применимо к почве. Среда — это то, что формирует индивид-почву: климат, растительность, микроорганизмы, горные породы. Соотношение между индивидом и средой — центральная проблема почвоведения, которой посвящено очень много работ. Мы рассмотрим лишь те из них, в которых устанавливаются геометрические связи между индивидом и средой.
Академик А. В. Шубников (1961) писал: «В окружающей нас природе нет ничего, кроме более или менее устойчиво существующих индивидов и сред и явно неустойчивых промежуточных хаотических образований — бывших и будущих индивидов и сред». Применительно к почвам и условиям почвообразования остается неясным представление о неустойчивых хаотических образованиях. Не так давно появились доказательства упорядоченности того, что раньше называлось хаотическими образованиями. Это дислокации в кристаллографии, автоволновые колебания в химии, диссипативные структуры в термодинамике. Теперь мы говорим: переход из одного упорядоченного состояния — неустойчивого, в другое — более устойчивое, и наоборот.