Загальна геохімічна характеристика

Вплив живої речовини на міграцію хімічних елементів

Питання про геохімічний вплив нижчих представників рослинності (водоростей, грибів, мохів, лишайників) і бактерій на руйнування гірських порід вперше був поставлений В.І.Вернадським у вченні про геологічну роль організмів і надалі розроблений Б. Б. Полиновим і його учнями «Вивчати перші стадії грунтоутворення на масивах-кристалічних породах (гранітах) у Ільменському заповіднику (1840 р.), Б. В. Полинов прийшов до уявлення про біогенне походження деяких глинистих мінералів. Ним було встановлено, що більшість мілкоземельного матеріалу примітивних грунтів формується не за рахунок безпосереднього руйнування мінералів гірської породи, е в результаті мінералізаціі тіл лишайників. Хімічні елементи, що звільняються з продуктів мінералізації лишайників, частиною виносяться з грунтового профілю, частково вступають у нові хімічні взаємодії. Таким шляхом утворюються вторинні глинисті і колоїдні мінерали, відсутні в складі масивно-кристалічних порід. За рахунок продуктів мінералізації (відмирання) організмів відбувається синтез нових мінералів (опал, халцедон, кальцит, монт-моріллоніт, ілліт та ін.).

Під безпосереднім керівництвом Б. Б. Полинова проводилось вивчення питання взаємодії рослин і грунту його учнями в різних природних зонах нашої країни, здебільшого у високогірних (альпійських) ландшафтах Північного Кавказу. Проблема біогенезу в нівальних ландшафтах Кавказу не вивчалася, але в нівальном поясі Тянь-Шаню, близькому до тих же умов, класичні дослідження про вплив живої речовини на утворення нівального мілкозему були проведені М. А. Глазовскою (1950). Вивчаючи нівальний мілкозем в тріщинах серед скель, вона переконливо показала, що так званий первинний мілкозем є продукт мінералізації тіл лишайників. Найбільш переконливими є результати, отримані при вивченні поверхневих кірочок на скелях, на висотах понад 4200 м. У скоринках вивітрювання було виявлено гідроксиди заліза, фітолітаріі і діатомові водорості, з добре вираженою органогенного структурою. Темні плівки 'високогірного засмаги', що покриває поверхню голих скель, що складаються з відмерлих клітин синьо-зелених водоростей, утворюється з найтоншої плівки живих водоростей, що поселяються на скелях і руйнують кристалічну речовину породи. Таким чином, і тут, вище видимої межі життя, відбувається руйнівна і творча робота живої речовини, що призводить до утворення вторинних біогенних мінералів і нової гірської породи — нівального мілкозему.

Найбільш активна роль у процесах акумуляції рухомих сполук належить синьо-зеленим водоростям, деякі з них захоплюють залізо і марганець ('високогірна засмага' на скелях), при цьому виділяється вільна вуглекислота і в результаті з розчину випаає кальцит. У поверхневих скоринках на скелях вміст мікроорганізмів у одному грамі речовини сягає мільйона. «Навіть абсолютно свіжа за зовнішнім виглядом порода утримує на поверхні колонії мікроорганізмів (Глазовская, 1950). Звичайно, не весь нівальний мілкозем біогенного походження. Більш грубі фракції пухких відкладень нівальних ландшафтів утворюються шляхом прямого фізичного і хімічного руйнування гірських порід. Особливо велика роль при цьому належить кислим сніговим та льодовиковим водам, багатим вуглекислим газом і вільним киснем. Але значний вплив у підготовці до руйнування надають мікроорганізми, виділяючи в навколишнє середовище органічні кислоти і СО 2. Питання про кількісне співвідношення біогенної і фізичної форм матерії і ії речовини в нівальних ландшафтах залишається ще не вирішеним. Ми схильні вважати, що для даного типу ландшафтів все ж характерна фізична міграція. Наведені нами геохімічні характеристики нівальних ландшафтів Кавказу є лише першим кроком на шляху до істинного пізнання геохімії природніх процесів у високогір'ях. Важко ще врахувати і оцінити геохімічну роль організмів у нівальних ландшафтахце питання подальших досліджень.

Іншим етапом стало вивчення впливу нижчої рослинності на поглинання елементів з кристалічних порід різного речовинного складу. У високогірній області Північно-Західного Кавказу на вододілі Великої і Малої Лаби М. А. Бобріцкая (1950) вивчала лишайники і скельні мохи на альпійських високогірних (3000 м) хребтах, складених діоритами (хребти Магішо, Дженту), а також на кордоні гірських лісів і субальпійського ландшафту (2400 м) в районі Умпирського перевалу (породи — граніти).

Проби відбиралися у суворо елювіальний умовах, що виключають бічну привнось речовини. Вміст кальцію в золі лишайника вияився значно вищим, ніж в лишайнику з граніту. Це добре ув’язується з основою плагіоклазів в породах. У всіх випадках ці лишайники накопичують кальцій, що служить їх відмінною родовою ознакою (зольність 10,5%). На вапняках формується флора, що не виростає на інших породах: у лишайниках відзначається зниження інтенсивності поглинання кальцію. У скельних мохах накопичується кальцій; істотної різниці між мохами з діоритів і гранітів немає, але під мохами з діоритів більше, а з гранітуменше, кальцію.

Дослідження Е.І. Парфенової процесів біогенного мінералоутворення і мінерального обміну між примітивним гірничо-луговий грунтом і альпійською рослинністю, розвинених на діоритах хребта Магішо (Північно-західний Кавказ, висота близько 3000 м, альпійський ландшафт, верхній висотний ярус). Докладне дослідження взаємозв'язку між грунтом, рослинами і породою дозволили Е.І.Парфеновій зробити ряд нових висновків. Основну увага вона приділяє біогенному мінералоутворенню. Вивчаючи мілкоземельний матеріал, що міститься в дернині, Е.І.Парфенова шляхом фракціонування в рідинах і скрупульозного мінералогічного дослідження визначила низку вторинних мінералів, відсутніх в породі: мусковіт, гідрослюди, цеоліти, вторинний кварц, мінерали глин і біоліти. Нею встановлено, що в процесі грунтоутворення залишаються практично незмінними циркон, рутил, титан, магнетит, кварц, мінерали епидот-цоізітової групи. Вторинний кварц зустрічається лише в одиничних кристалах. Більш численні мінерали глин, представлені пластівчастими скупченнями і агрегатами. Частина з них, на думку Е.І.Парфенової, утворилася за рахунок серіцитозірованного плагіоклазу, порівняно легко піддається розкладанню. Крім того, за даними хімічного аналізу, фіксується зв’язок глинистих мінералів з хлоритами (підвищене утримування магнію) і склад, близький до залозистих монтмориллонітів.

Е.І.Парфенова виділила і вивчила біоліти — мінеральні новоутворення, що виникають всередині рослинних тканин. Серед біолітів зустрічаються фітолітарії кремнезему і мікрокристали щавлево-кислого кальцію — мінерал ювелліт. Всі ці мінерали виявлені в злаково-різнотравних і мохових дернинах. Отже, вже у верхньому висотному ярусі альпійського ландшафту спостерігається досить інтенсивне хімічне вивітрювання, зобов’язане головним чином впливу живої речовини. У результаті в пухкому мілкоземі з’являються вторинні мінерали, що представляють продукти руйнування алюмосилікатів (особливо плагиоклазов). Дослідження хімічного складу золи рослин, грунту і породи дозволили Е.І.Парфеневій скласти ряди біологічного поглинання і порівняти з такими ж рядами для лишайників (дані М.А. Бобріцкої): ряд манжетки близький до рядів лишайників, але Са концентрується в манжетці більше, a Fe і А 1 менше. Е.І.Парфенова виділяє елементи біологічної концентрації (вміст елементів у золі вище, ніж у корнінаселеному середовищі) і біологічного захоплення (вміст елементів не перевищує утримання в корнінаселеному середовищі). До групи активно концентрованих елементів відносяться S, Р, К і Са; елементом енергійного захоплення є Mg, просто захоплення — Si, А 1, Fe. Дослідник приходить до висновку, що основна відмінність біологічного кругообігу альпійської рослинності від лишайників і мохів полягає в більш різкому концентруванні К і менш Fe і А.

З числа досліджень, присвячених геохімічному вивченню високогірних ландшафтів Центрального Кавказу, відзначимо також роботу М.В. Ржаксінскої (1966) про рідкісні і розсіяні елементи в альпійській рослинності Приельбрусся, в якій встановлена?? біологічна акумуляція марганцю, міді, нікелю, цинку, молібдену, стронцію і, що особливо цікаво, свинцю. Проводячи статистичну обробку результатів спектрального аналізу золи рослинності, вона вивела середні найбільш ймовірні і нижньоаномальні значення, рекомендовані для пошуків. Робота М, В. Ржаксінскої проводилася в співдружності з СКРУ паралельно з нашими пошуково-геохімічними дослідженнями в нівальних ландшафтах Центрального Кавказу і Високогірного Дагестану (Назаров, 1968,1971).