О чем говорят и молчат почвы
Шрифт:
Начальные наблюдения были сделаны в пределах большой возвышенности, покрытой вековым сосновым лесом и известной под названием горы Косой. Наиболее высокая часть этой возвышенности представлена прерывистой цепью скалистых выходов гранитогнейса. Один из таких выходов избрали для подробных исследований. Вот как описывает Б. Б. Полынов свои наблюдения:
“Громадные глыбы гранитогнейса нельзя было назвать обнаженными в полном смысле этого слова. Их открытые поверхности представляли достаточно пеструю картину. На площадках в несколько квадратных метров можно было наблюдать целую систему своего рода “микроландшафтов”. Здесь были участки, лишенные заметной простым глазом растительности. Они были как будто покрыты тонким ржаво–бурым налетом, который, однако, не скрывал зернисто–кристаллической структуры породы. В других местах этот налет отсутствовал, и поверхность выступала, как свежий излом породы, но еще больше было участков, покрытых лишайниками. Некоторые из участков были с различными по окраске так называемыми “накипными” лишайниками, так крепко внедрившимися в породу, что отделить их можно было только соскабливая вместе с частицами породы, другие участки были
Более внимательное изучение этих “микроландшафтов” позволило Полынову нарисовать следующую вероятную картину расселения растительности. Одними из первых поселенцев на скальной породе стали накипные лишайники. На подготовленном ими субстрате развиваются лишайники с листообразными пластинками, под которыми всегда имеется некоторый, хотя и ничтожный, слой темного порошкообразного вещества, так называемый “мелкозем под лишайниками”. При этом не исключается возможность смены одних лишайников другими. На трупах лишайников появляются мхи и под ними обнаруживается уже более заметный слой темного мелкозема. Темный порошкообразный материал, постепенно заполняющий трещины в глыбах и расщелины между ними, становится областью распространения корней “скальной” сосны. Этот порошок, с одной стороны, — смесь продуктов гумификации и минерализации лишайников и мхов, а с другой — смесь остаточных элементов породы после разрушения ее поверхности лишайниками и мхами и усвоения ими изъятой из породы минеральной “пищи”. Возможно, что первопоселенцами на скальных породах были микроорганизмы, однако Б. Б. Полынов приходит к выводу о том, что лишайники способны не только механически разрушать скальные породы, но и использовать минеральную пищу непосредственно из кристаллических минералов, слагающих породу. Исследования разрезов почв у подошвы описанных скалистых выходов гранитогнейса и ниже, проведенные участниками этой экспедиции, свидетельствуют о том, что формирование профилей таких “неполных” почв происходит главным образом за счет погребения обломков щебня тонким мелкоземлистым материалом, снесенным или смытым с поверхности скал и окрестных камней, на которых он создается благодаря неизменной и неуклонной работе лишайников.
Эти исследования позволили Б. Б. Полынову утверждать, что превращение породы в рухляк не есть стерильный процесс и само образование рухляка происходит при активном участии организмов.
К сожалению, эти интереснейшие исследования были прерваны войной.
После войны сотрудники и ученики Б. Б. Полынова опубликовали серию работ о первичном почвообразовании на скалах, закрепив приоритет нашей науки в вопросе об эмбриогенезе почв.
Интересные работы, доказывающие участие микроорганизмов в первых стадиях выветривания минералов, были проведены ученицей Полынова М. А. Глазовской. В высокогорной зоне Тянь–Шаня, где хозяйничают ледники и голые гранитные скалы без всяких признаков жизни, она обследовала отслаивающиеся выветренные корки гранита. На нижней стороне такой корки были обнаружены не только сине–зеленые водоросли, которые обычно являются первыми поселенцами, но и богатая бактериальная флора, и низшие грибы. Кроме того, М. А. Глазовская ставила эксперименты по искусственному развитию микроорганизмов в питательных средах, где вместо того или иного питательного элемента, вводимого обычно в виде солей, она использовала его первоисточник в форме магматического минерала: вместо калия — ортоклаз, вместо магния — роговая обманка, вместо фосфора — апатит. Все эти опыты в отличие от контрольных показали прекрасное развитие микроорганизмов и разрушение минералов.
Итак, стало ясно, что процесс первичного почвообразования начинается с механического, физического и химического выветривания и далее продолжается при непосредственном участии биологического фактора. Работа литофильной (произрастающей на камнях) растительности на первых стадиях выветривания выражается в механическом разрушении минералов, в поглощении минеральных элементов, в образовании вторичных минералов.
Механическое разрушение минералов лишайниками хорошо иллюстрирует работа Е. А. Яриловой, в которой с помощью микрофотографии показано разрушение слюды гифами лишайника: раздробленные и расщепленные обломки минералов втягиваются гифами лишайника и в большей или меньшей степени как бы перевариваются в нем, так что тело лишайника часто бывает насыщено такими микроскопическими обломками.
В 1959 году на биостанцию Миассово, расположенную на Южном Урале в знаменитом Ильинском заповеднике, съехалось много молодых и уже немолодых ученых. Они собрались на научные “трёпы”, официально называемые симпозиумами по теоретической биологии. Душой этих дискуссий был тандем двух известных ученых: биолога–генетика Николая Владимировича Тимофеева–Ресовского, теперь известного героя повести Д. А. Гранина “Зубр”, и математика–кибернетика Алексея Андреевича Ляпунова. Время в науке было сложное. Генетика оказалась во власти прикладной агробиологии, а кибернетика числилась в разряде лженаук. Дискуссиям по теоретической биологии в глухом лесу на берегу красивого озера Большое Миассово никто не мешал. Трудно рассказать, как спорщики искали истину, но крик, или, как они говорили, “ор”, стоял невероятный. И только врожденный такт лидеров симпозиума мог поставить предобеденную точку.
А потом ученые расходились: кто шел купаться, а кто — в лес, где находилось сравнительно небольшое, но еще более красивое озеро Таткуль. Дорога к нему вела ровная, с остатками березовой рощи, погибшей от нашествия “шелкопряда”. На берег этого озера выходят невысокие скалы и среди них огромные, метров по пять, кварцевые глыбы. Что это — кварц,
“О сколько нам открытий чудных готовит просвещенья век”… Доктора и кандидаты наук выдвигали гипотезы одна интереснее другой.
Правильный ответ дала микробиолог Московского университета Т. Г. Мирчинк. Она провела исследование микрофлоры кварцев. И “стерильные” кварцы заговорили. Оказалось, что в не видимых глазу микротрещинках кварца поселились микроводоросли, относящиеся к классу зеленых, или равножгутиковых. Это были виды активно живущих и фотосинтезирующих микроводорослей в прозрачном кварце. Их окраска отсвечивала по всем граням кварцевых кристаллов, придавая им розовый цвет. “Давление” жизни, то есть рост числа и размеров клеток водорослей, было так велико, что кварц трещал “по швам”, точнее, по спайностям соседних кристаллов, и по новым микротрещинам расползались новые клетки микроводорослей. Как не вспомнить здесь силу жизни растений, пробивающихся через асфальт и бетон. Но, кроме давления, водоросли еще резко подщелачивали среду с рН 6,4 до 8,1.
Итак, первыми атакуют горную породу все–таки водоросли. Вторую атаку осуществляют лишайники. Кто не видел красивых разноцветных разводов лишайников на скалах, камнях и даже на памятниках! На первый взгляд ничего особенного за ними не замечалось. На самом же деле лишайники — сильнейший геохимический фактор в биологическом выветривании горных пород. Как нас всех учили в школе, лишайники — это особый симбиотический вид организмов. В теле лишайника сосуществуют два контрастных типа организмов — водоросли–фотосинтетики и грибы. Их дружная работа и длительное, устойчивое сосуществование говорят о том, что лишайники — самое простейшее сообщество организмов, основанное на положительном взаимовлиянии. Днем, при солнечном облучении, водоросли активно фотосинтезируют, сильно подщелачивая среду своими выделениями — метаболитами. Ночью основная активность переходит к грибам, которые выделяют большое количество кислых продуктов. И так день и ночь идет огромная биогеохимическая работа лишайников, день и ночь водоросли и грибы своими выделениями разрушают горные породы. Там же, на Южном Урале, был поставлен простой опыт. В дистиллированную воду поместили лишайники и в течение нескольких суток измеряли кислотность воды. Величина рН при этом колебалась от 2,5 до 8,5, то есть концентрация ионов водорода изменялась в течение суток на шесть порядков, или в миллион раз. Естественно, что такая химическая атака расшатывает кристаллическую структуру минералов. Если к тому же учесть, что лишайники выделяют высокоактивные органические вещества, так называемые лишайниковые кислоты, имеющие, как правило, хелатную комплексную природу, то легко представить геохимическую участь минералов и входящих в них химических элементов. Комплексные соединения способны захватить или “вытащить” большинство химических элементов из любой минеральной системы, которая, потеряв тот или иной элемент своей кристаллической структуры, неизбежно развалится. Все это вместе взятое рисует нам грандиозную картину биологического выветривания и первичного почвообразования на безмолвных скальных породах. Возникающий под действием лишайников тончайший мелкозем, обогащенный их органическим веществом, сдувается или стекает с водой в микротрещины скальных пород, создавая в них первые очаги микропочв, где уже могут поселиться высшие растения, преимущественно злаки. Изменение растительного покрова на скальных породах, формирование биоценозов с развитой корневой системой, создающих мощное давление жизни, производит со временем разрушительный эффект, сравнимый с крупными взрывами в каменоломнях.
Биологическое выветривание и первичное почвообразование готовят основные условия для развитого почвообразования в депрессиях рельефа, пологих склонах, на равнинах и в долинах. Но для этого требуется два условия: большие времена и явление стока, то есть выноса и аккумуляции веществ.
В природе нередко бывает так, что выветривание горных пород идет длительное время без значительного стока мелкоземного материала. Тогда образуются сравнительно мощные (в несколько метров) коры выветривания, материал которых по цвету и минералогии существенно отличается от исходной горной породы. Здесь можно встретить камни исходной породы, состоящие из многих скорлупок–слоев разной степени выветрелости. Это так называемые “гнилые камни”. Очень подробно такие преобразования минералогического и химического состава пород изучил на диоритах Южного берега Крыма Г. В. Добровольский. Но еще более яркий пример образования “гнилых камней” можно было наблюдать в красноцветной коре выветривания недалеко от города Батуми. Почти 2500 миллиметров осадков в год, круглогодичные положительные температуры — все это ведет к пышному расцвету растительности и микрофлоры, резко усиливающих процессы выветривания и способствующих проникновению их продуктов в многометровую толщу.
Представьте себе удивительное зрелище: в красноцветную глинистую толщу вкраплены серые большие камни, сохранившие всю видимость кристаллической структуры исходного валуна. Но это сходство только внешнее. Твердый когда–то камень превратился в мягкую мажущуюся массу, которую “хоть на хлеб намазывай”.
Существует много кор выветривания, которые образовались в далекие геологические эпохи. Когда–то они несли на себе древние почвы, а сейчас захоронены на разных глубинах. Изучавший древние коры выветривания Кольского полуострова академик А. В. Сидоренко реставрировал былые геологические процессы, совершавшиеся в нашем Заполярье многие миллионы лет назад. Очень интересны и познавательны коры выветривания над различными месторождениями полезных ископаемых, особенно железорудными. Над мощным рудным телом залегают многометровые толщи окисленных ржавых железистых образований. Однако коры выветривания над месторождениями — яркие, но локальные образования. Для нас с вами, взирающих на почву не только глазами натуралиста, но и земледельца, существенно рассмотреть первичные этапы выветривания и почвообразования не только на массивно–кристаллических породах или над месторождениями, но и на осадочных морских и континентальных породах, каковыми являются известняки, глины, пески, песчаники, опоки.