Книга: Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек

Почва и воздушный океан

Почва и воздушный океан

Воздушный океан — самая непостоянная и изменчивая сфера Земли. Нередко всего лишь за несколько часов могут происходить резкие изменения погоды. Воздушные массы из теплых широт могут быстро проникнуть на север, а холодный полярный воздух — распространиться к югу. Непрерывная изменчивость атмосферных явлений помогает легко убедиться в сильном влиянии воздушного океана на другие геосферы.

Куда менее очевидна зависимость самой газовой оболочки от взаимодействующих с ней природных компонентов. Так, трудно представить, каким образом она зависит от почвенного покрова Земли. Однако накопленные факты говорят о том, что такая зависимость существует, причем формы ее многообразны.

По значению в первую очередь выделяется влияние почвы на состав атмосферы. Связано это прежде всего с постоянной деятельностью почвенных микроорганизмов, а также с высокой пористостью (достигающей 60 % и более) и биохимической активностью почвы, облегчающими обмен почвенного и атмосферного воздуха — дыхание почвы. Дыхание — обязательное условие нормальной жизни почв. Масштабы его поразительны и достигают 1–4 тыс. л/га за час. В верхнем горизонте непереувлажненной почвы воздух может полностью обновляться за 1 ч. Водоемы лишены такой возможности, газообмен в них с такой скоростью немыслим.

Воздействие почвенного дыхания на состав газовой оболочки связано с существенным отличием почвенного воздуха от атмосферного. Так, для воздуха почвы характерно значительно меньшее содержание кислорода и в 10-100 раз большее — углекислого газа. Своеобразие почвенного воздуха определяют и находящиеся в нем летучие органические вещества.

С почвой тесно связан и круговорот различных газообразных элементов. Так, в круговороте азота на почву выпала важная миссия возврата этого элемента из атмосферы в состав литосферы путем фиксации его с помощью почвенных микроорганизмов. В результате образуются не только запасы нитратов и нитритов в самой почве, но и богатые залежи натриевой селитры.

С участием почвенных микроорганизмов осуществляется удержание водорода и углеводородов и тем самым ограничивается попадание их в космическое пространство. По мнению В.И. Вернадского, данная функция почвы предохраняет планету от разрушения.

Важную роль играет почва в круговороте углерода, имеющего исключительное значение для жизни на Земле. Прежде всего почва участвует в изъятии части углерода из атмосферы, которое происходит в результате образования и захоронения в осадочной оболочке не только морских, но и континентальных органогенных пород. Устранение избытка углерода в атмосфере — важное условие улучшения ее состава.

Необходимо, однако, отметить, что чрезмерное снижение количества углерода в атмосфере нежелательно, поскольку оно может вызвать ослабление фотосинтеза и похолодание климата вследствие снятия парникового эффекта от CO₂. Поэтому большое значение имеют процессы возврата углерода в атмосферу, в которых почва принимает участие путем частичного возврата связанного углерода при разложении органического вещества, поступающего ежегодно на ее поверхность с растительным опадом. При аэробном разложении освобождается в виде углекислоты около 40 % органического вещества, а остальное ассимилируется микроорганизмами.

Таким образом, благодаря сбалансированности двух противоположных процессов — консервации углерода атмосферы и систематического возврата его в воздушный океан — выполняется одно из условий нормального функционирования основных оболочек Земли.

Из числа других функций необходимо отметить поглощение и отражение почвой солнечной радиации, от чего во многом зависит энергетика нижних слоев атмосферы.

Различные почвы обладают неодинаковой отражательной способностью. Так, пахотные черноземы отражают всего 5–7% солнечной радиации, в то время как исходные бурые суглинки — 18–19 %, пахотные подзолы и солончаки — соответственно до 30 и 35 %. Распашка и освоение почв приводят к тому, что поверхность Земли по отражательным способностям становится все более пестрой, что усиливает изменчивость тепло-обеспеченности приповерхностных слоев воздушной оболочки.

Другая функция, заслуживающая внимания, — участие почвы в формировании и регулировании влагооборота атмосферы. Во многом благодаря задержанию почвенным покровом атмосферных осадков становится возможным их испарение и повторное выпадение на землю. Хотя осадки, образующиеся за счет испарения с суши, незначительны (основное влагопоступление идет с океана), роль их велика. От них во многом зависит относительная влажность воздуха, заметно влияющая на общее количество осадков. Например, при относительной влажности ниже 40 % осадки малы, но они быстро увеличиваются при повышении влажности воздуха до 50–55 % и более. Осадки за счет местных источников влаги могут оказаться спасительными в период летних засух.

Таким образом, благодаря почве не только увеличивается общее количество водяного пара в атмосфере, но и происходит выравнивание процесса снабжения водой природных ландшафтов. Это особенно важно для неустойчивых растительных сообществ, к которым, в частности, относятся реликтовые леса в засушливых регионах.

Человеческая деятельность, повсюду преобразующая лик Земли, заметно изменила и влияние почвы на влагооборот в атмосфере. Сведение лесов и широкая распашка земель, вызывавшие усиление поверхностного стока, заметно ослабили водорегулирующую способность почв, что привело к снижению общей увлажненности многих районов земного шара и нарушению водного баланса. Чаще стали наблюдаться экстремальные явления — засухи, наводнения и др.

Снижение устойчивости современного климата требует самого пристального к себе внимания. М.И. Будыко (1977) отмечает, что если солнечная постоянная снизится на 4 %, то по всей Земле может распространиться снежный и ледяной покров. При увеличении солнечной постоянной на 2 % будет происходить таяние льдов, что чревато серьезными глобальными последствиями. Необходимы тщательное изучение всех причин возможного нарушения современного климата и учет всех факторов, от которых он зависит, в том числе и климатообразующей роли почв.

Почва является также источником поступления твердого вещества и микроорганизмов в атмосферу. Основным механизмом попадания пылеватого материала в воздушную оболочку оказывается дефляция — развевание почв под действием сильных порывов ветра. Особенно большие массы вещества поднимаются в атмосферу во время бурь. Страдают прежде всего почвы, не защищенные растительным покровом. Одна из наиболее сильных бурь смела с Великих Равнин США около 300 млн т почвенного мелкозема, в результате чего пострадало примерно 4 млн га земель. Дальность переноса попавших в атмосферу частиц зависит от их размеров и мощности воздушного потока. Наиболее мелкие из них могут облетать вокруг земного шара.

Находящееся в атмосфере пылеватое вещество оказывает разнообразное воздействие на процессы, в ней происходящие. Некоторые эффекты имеют положительный характер. Так, мелкие твердые частицы служат центрами конденсации паров влаги и способствуют выпадению дождей. В жарких районах запыленность атмосферы снижает поступление солнечного тепла к поверхности Земли, уменьшая тем самым ее перегрев.

Однако чрезмерное поступление твердого вещества в атмосферу, которое сейчас нередко наблюдается в связи с активным вмешательством человека в природные процессы, чревато многими отрицательными последствиями. Прежде всего происходит существенная потеря почвенного плодородия в результате развевания гумусового горизонта. В местах невысокой теплообеспеченности запыленность воздуха в результате снижения притока солнечной радиации к поверхности Земли усугубляет недостаточное снабжение ландшафтов теплом.

Большой интерес представляет поступление в атмосферу микроорганизмов. Английский исследователь Ф. Грегори, обобщивший материалы по данной проблеме в монографии «Микробиология атмосферы» (1964), отмечает, что источником большей части бактерий в атмосфере служит почва, мелкие сухие частицы которой подхватываются ветром и поднимаются в воздух. Микробы могут попадать в воздух и иным путем — из водоемов при образовании брызг, с поверхности растений и т. д., однако почвенный источник рассматривается как основной.

Состав микрофлоры воздуха разнообразен. В приземных слоях атмосферы обнаружено около 1200 видов бактерий и актиномицетов. Кроме того, в воздушные массы попадают споры грибов, мхов, папоротников и пыльца 100 тыс. видов цветковых растений. При распылении почвы в воздух попадают и простейшие животные, и их цисты, а также яйца некоторых беспозвоночных.

Таким образом, воздушная оболочка Земли далеко не механическая смесь газов, имеющая повсюду одинаковый состав. В процессе длительной эволюции она превратилась в важную среду обитания многочисленных видов растений, животных с их различными газообразными продуктами жизнедеятельности. Кроме того, эта среда выполняет роль распространителя микроскопических форм жизни, которые с воздушными потоками могут переноситься на расстояния от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров. Согласно гипотезе Аррениуса, возможно даже проникновение спор некоторых организмов в космическое пространство.