Осадочный цикл

Периодичность и эволюция осадочного процесса. Периодичность осадконакопления

Осадочный цикл

Повторяемость слоев и осадочных комплексов (пачек, толщ, формаций) в истории Земли происходит на фоне общего поступательного развития планеты и называется периодичностью осадконакопления. Периодичность имеет различные масштабы.

Чередуются тонкие (сантиметры и их доли) слои и литологические комплексы (толщи в десятки метров), состоящие из целого набора пород, залегающие в определенной последовательности. Высшую форму периодичности по Л.В.

Пустовалову составляют осадочные формации, достигающие мощности в сотни и тысячи метров.

Разномасштабность послужила основанием для выделения периодичности низшего и высшего периодов. Периодичность низшего порядка называют ритмичность, а высшего – цикличность, однако единства в терминах нет.

Наиболее простое проявление ритмичности – чередование слойков двух каких-либо пород (например, аргиллита и алевролита). Ритм может состоять из нескольких (трех и более) слойков и слоев с суммарной мощностью до 1м и более.

Количество элементарных ритмов может быть очень большим.

Ярким примером такой ритмичности является флиш, в составе которого преобладают терригенные (песчаные, алевритовые, глинистые) и карбонатные (известняки, мергели) породы суммарная мощность может достигать нескольких сотен и даже первых километров.

Среди причин, вызывающих ритмичность следует назвать сезонные, годичные и многолетние изменения климата, связанные с циклами солнечной активности: 11, 22, 35, 105, 150 лет и более. На периодичность низших порядков влияют также изменения климата, связанные с периодичностью изменения ориентировки земной плоскости ее орбиты (~40тыс. лет), а также землетрясения и оледенения.

Периодичность высших порядков во временном понимании охватывает значительные отрезки времени геологической истории – каждый элемент периодически составляет от десятков тысяч до десятков и даже сотен миллиардов лет.

Н.Б. Воссоевич предложил периодичность продолжительностью 5*106 – 1*106 лет именовать мезоциклами, 1*106 – 6*107 лет – макроциклами и 6*107 – 1,5*108 лет – мегациклами или серия циклов – мезоцикл, серия мезоциклов – макроцикл, серия макроциклов – мегацикл.

Элемент периодичности высшего порядка – цикл, может состоять из десятков и сотен слоев и пластов, суммарной мощностью до 1-2км или более. По представлению Л.В. Пустовалова периоды осадконакопления продолжительностью 150-200млн.

лет разделяются крупнейшими тектоническими фазами – калейдонской, герцинской и альпийской. Это отражает закономерность периодичности, – чем выше порядок, тем менее она выражена.

Одна из основных ее причин – эволюция осадочного процесса.

Первопричиной периодичности высшего порядка считают возмущающее влияние центральных масс Галактики на Солнечную систему.

Происходящие в результате этого изменения формы орбиты, скорости движения, активности физических процессов на Солнце, влияют на параметры движения, тектоническую активность и климат Земли.

Последние, в свою очередь, вызывают изменение условий седиментогенеза и состава откладывающихся осадков.

Эволюция осадочного процесса

Периодичность осадконакопления вызвала определенные качественные и количественные изменения в составе возникающих осадков. Такие изменения являются выражением философского закона “отрицание отрицания”, т.е.

новое, возникает на базе уже существующего. Для этого Ч.

Лайель ввел в геологию принципы актуализма, согласно которому в геологическом прошлом действовали те же силы и с такой же интенсивностью, как и в настоящее время.

Эволюция осадочного процесса заключается в том, что со временем образование одних осадков постепенно затухает, но взамен, из тех же компонентов, образуются другие, отличающиеся по минеральному составу, строению и физико-химическим свойствам. Эти преобразования обусловлены, ходом развития Земли и связаны с эволюцией ее внешних оболочек: атмосферы, гидросферы, литосферы, а позднее и биосферы.

Атмосфера Земли. Первичная атмосфера состояла из большого количества паров воды, углекислоты, окиси углерода, водорода, аммиака, сероводорода, метана и других газов, выделяющихся из недр.

Со временем, огромное количество СО2 вошло в состав карбонатных минералов – кальцита и доломита, образовавших мощные толщи известняков , доломитов, мела. Углерод был и одним из основных компонентов углеводородов, каменных углей, горючих сланцев, торфов и т.д.

Это приводило к постепенному увеличению содержания в атмосфере азота и кислорода. Позднее, в результате фотосинтеза зеленые растения извлекали углерод из СО2 и освобождали кислород.

Под действием ультрафиолетового излучения начал образовываться озоновый слой Земли

3О2 + О ↔ 2О3 или О2 + О = О3

Увеличение содержания О2 в атмосфере обусловливало интенсификацию окислительных процессов и появлению новых минеральных видов

Гидросфера Земли. Первоначально воды были кислыми вследствие растворения в них газообразных HCl, HF, H2S, HBr, CO2 и др., послуживших источником анионов Cl-, F-, SO42-, HCO3-. При взаимодействии таких вод с горными породами океан постепенно наполнялся катионами Na+, K+, Ca2+, Mg2+ и реакция воды становилась щелочной.

Минерализация и солевой состав природных вод эволюционировали с изменением климата, позднее деятельностью человека и т.д. Не оставалась постоянной и температура. По данным исследования изотопов кислорода и анализа гравитационной постоянной, температура океана 3-3,8 млрд. лет назад составляла ~ 1000С. Начиная с палеозоя, – стабилизировалась и составляла ~300С.

Литосфера земной коры – один из важнейших источников поступления материала для формирования осадочных пород. Она состоит из базальтового, гранитного и осадочного слоев.

Первоначально основным источником осадочного материала были лавы и вулканический туф. После появления воды стали формироваться хемогенные, а затем и биогенные породы. Попадая в области денудации, осадочный материал постепенно усложнялся, становился многообразнее. Интеграция и дифференциация материала стали важными факторами эволюции осадочного процесса.

Биосфера. Начиная с протерозоя, роль органики в формировании осадков, начала заметно прогрессировать.

Биосфера охватывала все новые пространства – прибрежные зоны морей, пелагиаль, затем – внутриконтинентальные суши, внутренние водоемы, атмосферу, верхние толщи земной коры.

Минеральные скелетные остатки и органическое вещество накапливались в осадках. Это обусловило появление и эволюцию целых групп пород – карбонатных, кремнистых, каустобиолитов и др.

Количественные изменения соотношений органической и минеральной частей в пользу первой привели к качественным изменениям – наряду с горючими сланцами стали образовываться лигнины, бурые угли, которые позднее преобразовывались в каменные, а затем в антрациты.

В целом эволюция оболочек нашей планеты приводила к постепенному расширению комплекса пород, усложнению литологического состава и строения осадочных толщ.

Источник: https://www.bygeo.ru/materialy/vtoroi_kurs/litologiya-kolosova-chtenie/1837-periodichnost-i-evolyuciya-osadochnogo-processa-periodichnost-osadkonakopleniya.html

Осадочный цикл: Определения Большинство элементов и соединений более «привязано» к

Осадочный цикл

Определения

Большинство элементов и соединений более «привязано» к земле, чем азот, кислород, двуокись углерода и вода, и их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркуляция в котором осуществляется путем эрозии, осадкообразования, горообразования и вулканической деятельности, а также биологического переноса.

Объяснения На рис. 4.12 дается обобщенная схема осадочного цикла элементов, связанных с земной корой. Цифры рядом со стрелками обозначают количества некоторых веществ, участвующих в круговороте. О потоках веществ в глубине Земли известно очень мало. Твердые Рис. Л.12. Схема пс,я ттопгп TTtTKTTfl, включающего перемещение самых «привязанных» к земле элементов. Там, где возможны оценки количеств веществ, они даются в геограммах на миллион лет (I геограмм = IO20 г). Материки представляют собой покрытые отложениями гранитные глыбы, плавающие, словно пробки, на слое базальта, подстилающем океаны. Под темным базальтом лежит мантия—слой толщиной 2 900 км, под которым находится ядро Земли. Гранит—светло окрашенная, весьма устойчивая порода, которую часто используют для памятников; базальт—черная порода, встречающаяся в вулканических районах. (Рисунок подготовлен Г. Одумом.) вещества, переносимые по воздуху в виде пыли, названы здесь «осадками»; они могут выпадать на землю с дождем или в виде сухих осадков. Кроме природных веществ (например, образующихся при извержении вулканов, в результате пыльных бурь или лесных пожаров) в состав таких «осадков» входят и вещества, образующиеся в результате деятельности человека. Их сравнительно немного по количеству, но они имеют большое биологическое значение либо из-за своего ядовитого воздействия (например, радиоактивные осадки), либо из-за способности блокировать поступающее солнечное излучение, что, как уже указывалось, может охладить Землю и вызвать климатические изменения, противоположные тем, которые вызываются увеличением содержания СО2. Сообществам биосферы доступны те химические элементы, которые по своей геохимической природе входят обычно в состав пород, обнаруживающихся на поверхности. Элементы, обильные в мантии, на поверхности редки. Как уже отмечалось, одним из элементов, недостаток которого на поверхности Земли часто ограничивает рост растений, является фосфор.

На рис. 4.12 четко видна общая направленность осадочного цикла «вниз». Оценки годового сноса отложений с каждого континента в океаны приведены в табл. 4.2.

Примечательно, что Азия — материк с древнейшими цивилизациями и самым интенсивным антропогенным прессом теряет почвы больше других материков.

В периоды минимальной геологической активности накопление растворенных или пригодных к использованию минеральных элементов питания происходит на низменностях и в океанах за счет возвышенных районов, хотя скорость этого процесса изменчива.

В таких условиях особенно важное значение приобретают местные биологические механизмы возврата, благодаря которым потеря веществ «вниз» не превосходит их поступления из подстилающих пород (это уже было отмечено при рассмотрении круговорота кальция на водосборном бассейне).

Иными словами, чем дольше жизненно важные элементы будут оставаться в данной области, вновь и вновь используясь сменяющимися поколениями организмов, тем меньший приток нового материала потребуется извне. Источники осадочного материала для экосистем верховий невелики. К сожалению, как в случае с фосфором, человек часто нарушает этот гомеостаз, обычно не преднамеренно, а просто потому, что не понимает сложности «симбиоза» между живой и неживой материей, для возникновения которого в эволюции, возможно, понадобились тысячелетия. Пример такого «симбиоза» — приспособление речной биоты к передвижению веществ по спирали, уже упомянутое в предыдущем разделе. В высокоширотных районах плотины, препятствующие ходу лососей на нерест, приводят к сокращению численности не только лосося, но и непроходной рыбы, дичи и даже к уменьшению продукции древесины. Когда лососи Таблица 4.2. Оценки годового выноса осадочного материала с материков в океаны. (По Holeman1 1968.)

МатерикПлощадь водосбора, 106 км2Вынос
Т-КМ2общий, 109 т
Северная Америка20,76341,96
Южная Америка19,4414,31,20
Африка19,9181,30,54
Австралия5,2297,50,23
Европа9,3233,00,32
Азия26,93962,015,91
Всего101,420,16

Примечание: Тонны на I км2 можно пересчитать в объеме, исходя из того, что слой осадка толщиной в I м на площади в I га весит около 11083 т.

нерестятся и гибнут в глубине материка, они оставляют там запас ценных элементов питания, возвращенный из моря.

Удаление из леса больших масс древесины без возврата содержащихся в ней минеральных веществ в почву (что в норме происходит, когда упавшие деревья разлагаются), несомненно, также обедняет нагорья, где запас элементов питания и без того уменьшен веками геологического выщелачивания и эрозии.

Легко представить себе, что нарушение таких биологических механизмов возвращения веществ в круговорот может обеднить целую экосистему на многие годы, так как восстановление обменного фонда минеральных веществ может занять много времени.

В таком случае необходимо придумать какие-то способы возвращения лимитирующих веществ (и сохранения их in situ) более эффективные, чем разведение рыбы или лесопосадки.

Внезапно увеличивающийся из-за искусственно усиленной эрозии приток элементов питания в низины не обязательно благоприятствует функционированию низинных экосистем, поскольку эти системы могут не успевать ассимилировать элементы питания, проходящие через систему к морю, где, попав в неосвещенные слои воды, они оказываются вне биологического круговорота (по крайней мере на время). С неменьшей вероятностью организмы будут просто задушены потоком ила, грязи и песка или могут быть отравлены ядовитыми веществами. 

Источник: Одум Ю.. Экология: В 2-х т. Т. I. 1986

Источник: https://bookucheba.com/uchebniki-ekologii_1295/osadochnyiy-tsikl-47614.html

Сопоставление периодичности различных геологических явлений | Ритмы и циклы в осадочных породах (периодичность осадконакопления)

Осадочный цикл

Мы убедились в большой рас­пространенности периодического повторения различных отложений в геологических разрезах, т. е. ритмичности и цикличности. По­жалуй, можно сказать, что перио­дичность является одной из основ­ных закономерностей процесса осадкообразования. При этом цикличность представляет собой явление значительно более слож­ное, чем ритмичность.

Прежде всего, если осадочные ритмы измеряются миллиметрами и сантиметрами, достигая (макси­мум) нескольких метров, то мощ­ность циклов первых порядков измеряется метрами, а чаще — десятками метров. Циклы же бо­лее высших порядков достигают сотен метров и более, вплоть до нескольких тысяч метров.

Соответ­ственно различно и время их на­копления: сезонные ритмы (лен­ты) образуются в течение одного года. Более крупные климати­ческие осадочные ритмы изме­ряются годами и десятками лет, ритмы высших порядков — сотня­ми лет.

Время же формирования осадочных циклов (по ориентиро­вочным подсчетам) измеряется десятками и сотнями тысяч лет, а крупных, высших порядков — даже миллионами лет. Но дело не только в масштабе.

Ритмы обычно построены просто: они состоят из чередова­ния 2 или 3 (редко более) элементов-слойков или слоев, причем каждый элемент и его границы обычно сразу видны. Циклы пред­ставляют собой комплекс слоев разнообразных пород.

При этом последовательность таких слоев, на первый взгляд, может пока­заться беспорядочной.

И лишь после рассмотрения каждого слоя с точки зрения условий его фор­мирования выясняется определен­ная направленность изменения условий, которая и выявляет цикличность в накоплении осадков. Для ритма, как мы видели, глав­ное — это более или менее пра­вильная повторяемость.

Для цикла осадконакопления главное — это именно направленность процесса, который может повторяться сход­но, но не тождественно. Как видно из изложенного выше материала, сама суть явления цикличности состоит именно в его развитии.

Смежные ритмы обычно сходны по составу пород и их последо­вательности, хотя и имеют не­значительные различия в толщи­не слойков, структурных и тек­стурных особенностях, примесях и других признаках. Обстановка их образования одинаковая. Сме­жные циклы, как правило, при не­котором сходстве отличаются один от другого и по составу по­род, и по обстановке их образо­вания.

Если для возникновения ритмов достаточно, например, сезонного поступления на дно озера попе­ременно то песчаного, то глини­стого осадка, причем само озеро остается неизменным, то форми­рование циклов происходит, когда палеогеографическая обстановка или физико-географические усло­вия накопления осадков сущест­венно изменяются. Например, речная долина, находящаяся в каком-то определенном месте, заполняется осадками, заболачи­вается и сменяется торфяным бо­лотом, а последнее через какой-то промежуток времени становит­ся дном моря в его прибрежной части. Время накопления каждого ритма в единой ритмически по­строенной толще примерно оди­наковое и часто может быть точно определено. Время накопления циклов одного порядка в единой циклически построенной толще может колебаться и иногда даже в значительных пределах. О вре­мени накопления каждого еди­ничного цикла мы можем судить лишь приблизительно, определяя его в среднем, с большим или меньшим допущением.

Кроме этих отличий, особенно­сти циклов зависят еще и от то­го, какое место они занимают в цикле более высшего порядка.

 Многопорядковость осадконакопления, столь характерная для цикличности, проявляется и в рит­мичности, но в ином аспекте. Для цикличности наряду с повторяе­мостью характерно отчетливо выраженная направленность раз­вития.

Для ритмичности же ти­пично более простое чередова­ние элементов как внутри ритмов, так и их пачек в ритмически по­строенной толще.

Цикличность с ее сложной многопорядковостью — есть про­цесс, развивающийся не по кругу, как это иногда считают, а по спи­рали, когда кажущееся возвраще­ние к исходной точке (новый «ви­ток») происходит уже на другом уровне на фоне общего развития и общего движения дальше.

Это, естественно, придает уже и новые качественные отличия, индиви­дуальные черты каждому циклу. Группа «витков» образует цикл следующего порядка. (Поэтому автор считает неправильным при­менение к этому явлению термина «ритм», несмотря на то, что он принят многими геологами.

)

Циклы и мезоциклы — конкрет­ные части разрезов, определяе­мые непосредственно по смене пород. Но чем выше порядок, тем больше степень обобщения раз­личных показателей.

Для выделе­ния циклов высших порядков раз­личные признаки слагающих по­род суммируются, усредняются, что часто выражается графиче­ски в виде кривых, для которых по одной оси координат отклады­вается время, а по другой — сте­пень изменения того или иного признака.

В этом случае, как пра­вило, характер кривых для боль­шинства признаков отмечает одни и те же границы циклов.

К таким суммируемым признакам в раз­ных случаях относится изменение содержания различных пород, органических остатков разного рода, полезного ископаемого, различных минералов (по их со­ставу и происхождению), хими­ческого состава пород, различных примесей и многие другие. Вы­бор признаков для анализа их за­висит от того, какие из них для данного конкретного случая наи­более характерны.

Таким образом, ритмичность — это периодичность осадконакопления как бы более низшего поряд­ка по сравнению с цикличностью.

Однако в конкретных случаях мелкую цикличность и просто построенные циклы иногда трудно отличить от ритмичности (особен­но в соленосных и других хемо-генных отложениях).

Для некото­рых же случаев не всегда можно с уверенностью сказать, с какими явлениями — с образованием рит­мов или циклов — связано формирование данных конкретных отложений.

Формирование и ритмичности, и тем более цикличности обусло­вливаются цепью взаимосвязан­ных причин — от непосредствен­ных, очевидных, до отдаленных, о которых мы можем судить лишь после определенного анализа и трактовки наблюдаемых фактов.

Основные причины появления циклов могут быть следующие: 1) изменение физико-географи­ческих обстановок, ландшафтов чаще в результате изменения по­ложения береговой линии водно­го бассейна (моря, лагуны или озера), в котором происходит на­копление донных осадков; 2) при неизменности общего ландшафта вследствие попеременного изме­нения глубины дна водного бас­сейна, что выражается в накопле­нии осадков то более мелковод­ных, то более глубоководных; 3) повторяющееся нарушение свя­зи с открытым морем того водно­го бассейна, в котором происходит осадконакопление, что влечет периодическое изменение соле­ности вод, а следовательно, и из­менение выпадающих хемогенных осадков; 4) условия накопления осадков в самом водном бассейне могут не изменяться, но периоди­чески изменяются физико-гео­графические условия на окру­жающей суше, в результате чего в бассейн то поступают, то пере­стают поступать продукты ее раз­мыва (пески, глины и др.).

Однако эти непосредственные причины, действующие в разно­образных условиях, в свою оче­редь, определяются какими-то иными, более общими причинами.

 Анализ многочисленных приме­ров циклического строения оса­дочных толщ привел к выводу, что в очень многих случаях и сме­на ландшафтов, и изменение глу­бин, и прекращение связи залива с морем, и другие явления вызы­ваются периодическими медлен­ными колебательными движения­ми земной коры, причем много­порядковыми: на фоне погруже­ний периодически происходят более мелкие поднятия, на фоне поднятий — более мелкие погру­жения. Вот почему цикличность осадков, различных по составу, сформированных в разных ланд­шафтных условиях и под влиянием различных непосредственных при­чин, подчиняется весьма сходным закономерностям развития. Более того, с неспокойной «тектониче­ской жизнью» связано не только накопление осадков, но и такие явления, как землетрясения и вулканическая деятельность. Сле­довательно, эта «первопричина» позволяет коррелировать между собой периодичность различных геологических явлений.

Однако несомненно, что, кроме того, и климатические изменения, сами по себе имеющие периоди­ческий характер, также влияют на повторяемость в образовании тех или иных осадков. Мы уже упоми­нали о том, что мелкая ритмич­ность разного рода может быть обусловлена климатическими ко­лебаниями: сезонными и много­летними.

Но наряду с этими су­ществуют й значительно более длительные интервалы изменения климата, что не могло не отра­жаться на накоплении осадков и их свойствах в более крупном мас­штабе. Мелкие колебания клима­та чаще сказываются тогда, когда ослабевает более сильный — тек­тонический фактор.

В частности, это эпохи, соответствующие пере­мене знака движения крупных тектонических циклов разных по­рядков.

 Крупные климатические изменения, охватывающие очень большие площади (вплоть до имеющих планетарный масштаб), происходившие в геологическом прошлом, запечатлены в повторе­нии через определенные интерва­лы времени сходных отложений. Так, например, в результате иссле­дований советского ученого Г. Ф.

 Лунгерсгаузена по появле­нию комплексов ледниковых отло­жений на очень больших терри­ториях были установлены эпохи великих оледенений Земли, отде­ленные одна от другой интер­валами времени примерно в 200 млн. лет. С периодами такого масштаба связаны также пере­ломные моменты в развитии жи­вотного и растительного мира на Земле.

Понятно, что и такие, и даже значительно меньшие, но все же достаточно крупные (и по своему проявлению в горных породах, и по времени существования) кли­матические изменения вызывали формирование уже не ритмов, а циклов осадконакопления разных порядков, причем одновременно в различных палеогеографиче­ских условиях.

В связи с этим необходимо не­много остановиться на том, — ка­кая же существует периодичность климатических изменений и от че­го она зависит.

Детальные изуче­ния относительно кратковремен­ных изменений климата уже в историческое время выявили мел­кую периодичность разной дли­тельности (разных порядков и мас­штабов).

Были установлены изме­нения климата в среднем через 11 лет (с некоторыми колебания­ми), а внутри этого одиннадцати­летнего периода — более слабо выраженные колебания через 3 и 5—-6 лет.

Следующие более круп­ные интервалы повторяемости климатических особенностей в среднем через 35 лет установлены на многих объектах. Интересно заметить, что Г. Ф. Лунгерсгаузен на основании исследования горных пород доказал существование та­кого 35-летнего периода в геоло­гическом прошлом (несколько сот миллионов лет назад).

Затем наметились 50-летние и хорошо выраженные 100-летние периоды климатических колеба­ний. Значительно более крупные периоды в изменениях климата Земли восстанавливаются по гео­логическим наблюдениям.

Естественно, возникает вопрос: чем же, в свою очередь, обуслов­ливаются как более мелкие коле­бания климата, так и крупные его периодические изменения?

В результате работ многочи­сленных исследователей возник ряд гипотез, объясняющих перио­дичность разного рода в смене климата Земли. Их, грубо говоря, можно свести к нескольким на­правлениям.

Одни исследователи связывают смену климата Земли с изменением количества и свойств солнечной радиации, влия­ющей на земные процессы.

Дру­гие считают, что изменения кли­мата в разных зонах земного ша­ра находятся в связи с изменением элементов земной орбиты (ее формы, положения в пространст­ве), а также с перемещением оси вращения Земли.

 Третьи связыва­ют изменения климата в основном с земными процессами: круп­ными тектоническими поднятия­ми земной коры, изменением со­отношений суши (и ее характе­ра) и моря, появлением крупных трансгрессий и регрессий, переменой направлении морских тече­ний и др.

К этой же группе, по­жалуй, можно отнести гипотезы, согласно которым влияние солнеч­ной радиации на климат значитель­но ослабляется в результате круп­ных вулканических извержений, когда в атмосферу поступают большие массы вулканического пепла, уменьшающие ее прозрач­ность и понижающие температу­ру на 6—7°.

Это подтверждается современными наблюдениями. Так, например, после грандиозно­го извержения на Аляске вулкана Катмаи в 1912 г. интенсивность радиации даже в Алжире была ослаблена на 20%, а в Москве в этом году число часов солнеч­ного сияния равнялось лишь 75% числа, наблюдавшегося в смежные годы. Эти факты, оче­видно, могут объяснить нам сопря­женность осадочных циклов, обу­словленных климатическими изме­нениями, с циклами, обусловлен­ными примесью к обычным осад­кам вулканических образова­ний.

Детальные исследования клима­тических колебаний уже в исто­рическое время отчетливо выяви­ли зависимость их от изменения активности солнечной радиации, в частности, от уменьшения или уве­личения количества солнечных пятен.

При этом были установле­ны закономерные периодические изменения солнечной активности: выяснилось, что солнечная дея­тельность подвержена цикличе­ским колебаниям средней продол­жительностью около 11 лет.

(Эта же периодичность отмечается и в изменениях климата, и во многих ритмически построенных осадоч­ных образованиях.) Затем были обнаружены 5—6-летний цикл, а также «вековой» — в среднем 80—90-летний цикл солнечной ак­тивности (от 60—70 до 100—110 лет).

Далее наметились циклы: «двойной» вековой цикл — 180—190 лет, 200—300-летний, 600-летний и, наконец, цикл в 1500—2000 лет.

Выяснилось, что периодические изменения солнечной активности, кроме климатических изменений, вызывают ряд иных явлений, так­же несомненно влияющих на ха­рактер накопления различных от­ложений (увеличение дождевых осадков, возникновение циклонов и гроз, вторжения масс холодного воздуха и ряд других).

Интересно, что и периодич­ность солнечной активности мно­гопорядковая; и здесь (также, как мы видели в циклах осадконакопления) более мелкие циклы раз­виваются на фоне более крупных. А. В. Шнитниковым была состав­лена кривая колебаний солнечной активности за период в 250 лет (начиная с 1700 г.).

На ней отчет­ливо видно 3 цикла (от максиму­ма через минимум до нового мак­симума). Каждый из этих циклов слагается из 7—8 меньших (низ­шего порядка) с разной длины сторонами, но более или менее равномерными в месте перегиба крупного цикла, при его миниму­ме.

Кроме того, третий цикл на­мечает общую тенденцию к подъ­ему, так как его минимум значи­тельно выше и ближе к средней линии, чем у предыдущих циклов. Длительность более крупных циклов — 93, 81, 80 лет, более мелких — в среднем 13, 11 и 10 лет.

Таким образом, законо­мерности солнечной циклично­сти весьма сходны с закономер­ностями, подмеченными при изу­чении циклов осадконакопления.

Другие исследования периодичности космических явлений выяви­ли периоды колебаний эксцентри­ситета (вытянутости) земной орби­ты и ее наклона, а также измене­ние ориентировки земной оси. Продолжительность таких перио­дов равна 90 тыс; 40 тыс. и 21 тыс. лет, т. е.

они по масштабу време­ни соизмеримы с временными пе­риодами циклов накопления осад­ков, таких, например, как в угле­носных толщах. Найдены и другие периоды в космических явлениях.

Параллельно с этими исследова­ниями, геологи также открывают в толщах горных пород разного возраста указания на их периоди­ческое повторение разного мас­штаба, часто удивительно совпа­дающие по продолжительности с той или иной периодичностью космических явлений.

Мы показали, что вертикальные движения земной поверхности вызывают изменения в характере накапливающихся осадков. Вместе с тем известна связь вулканизма с поднятиями. Таким образом осуществляется зависимость меж­ду циклами, сложенными осадоч­ными и вулканическими породами.

Интересно отметить, что установ­лена связь между периодичностью весьма разнообразных явлений на нашей планете. Так, землетрясе­ния в ряде случаев периодически повторяются, причем были отме­чены 3 и 11-летние периоды по­вышенной сейсмической актив­ности (т. е. такие же интервалы времени, как и для ритмически построенных осадков).

С другой стороны, существует одновремен­ность увеличения количества сей­смических толчков и максимума амплитуды морских приливов. Вместе с тем связь с приливами отмечается и для вулканической активности. Так, например, актив­ность некоторых островных вул­канов синхронна с длительными периодами приливов.

Десятилет­ние наблюдения вулканологов над уровнем стояния жидкой лавы озера в кратере вулкана Килауэа показали его сезонные изменения, причем наибольшая активность наблюдалась в весенние периоды, а минимальная — осенью.

Таким образом, наблюдается периодич­ность (сезонная и многолетняя) разных порядков не только в на­коплении осадочных пород, но и вулканических процессов. Послед­няя также несомненно влияла на ритмичность осадков, накапливаю­щихся в областях активного вулка­низма.

Естественно, что предпринима­лись попытки сопоставить все эти виды периодичности: наблюдае­мую в чередовании осадочных толщ, климатическую и космиче­ских явлений. О совпадении мел­ких ритмов осадконакопления с периодами климатических коле­баний, а последних — с периодич­ностью солнечной активности мы уже упоминали.

Сложнее объяснение более крупной цикличности, и притом несомненно разного происхожде­ния. Можно предположить, что разные космические явления, имеющие периоды различных ин­тервалов времени, вызывают на нашей планете периодичность земных процессов также разного рода. Г. Ф.

 Лунгерсгаузен (См. сб. «Планетарная геология». М., Госгеолтехиздат, 1963) выска­зал мысль о том, что осадочные циклы продолжительностью 35— 45 млн.

лет обусловливаются периодическим пересечением Сол­нечной системы с плоскостью Га­лактики при ее движении по ор­бите, имеющей волнообразную форму.

Большое внимание этому вопро­су уделил Н. Ф. Балуховский, ко­торый проанализировал очень крупную периодичность в на­коплении осадков в разных райо­нах Европы, связав их с тектони­ческими движениями и с галакти­ческими годами. Он считает, что тесная естественная связь геоло­гической цикличности с обраще­ниями космических тел и их систе­мами несомненна.

По его мнению, большое влияние оказывают так­же пульсации, вызываемые приливообразующими силами Луны и Солнца. Очевидно, это справед­ливо, так как с периодами усиле­ния приливов связан целый ряд и других геологических процессов, несомненно влияющих на перио­дичность в образовании осадоч­ных толщ.

Этим автором предло­жена таблица, в которой сопо­ставлена геологическая и астроно­мическая периодичность разного рода с указанием продолжитель­ности различных периодов. С точ­ки зрения Н. Ф.

 Балуховского, рит­мичность определенного типа объясняется колебаниями солнеч­ной активности, но такие циклы и мезоциклы как угленосные обра­зуются под влиянием периодич­ности, результатом этого является изменение наклона эклиптики и эксцентриситета земной орбиты.

Циклы же, более крупные, обу­словливаются космическими явле­ниями, связанными уже не только с самой Солнечной системой, но и с положением ее относительно других созвездий в космосе. На­конец, очень крупные мегациклы в жизни Земли, разделяемые периодами сильных тектонических складкообразовательных движе­ний продолжительностью в 165— 240 млн. лет, возникают при воз­мущениях ядра Галактики (соот­ветствуя так называемым «галакти­ческим годам»).

Другие советские ученые также делали попытки сопоставить вре­мя формирования ритмов и цик­лов разных порядков с периодич­ностью космических процессов. Так, например, И. А. Вылцан вы­сказал мнение о том, что сезон­ная ритмичность зависит от обра­щения Земли вокруг Солнца; ритмичность с периодами в 11, 50, 180 и 400—600 лет обусловле­на колебаниями солнечной актив­ности.

Ритмы (или циклы) про­должительностью от единиц до 15—25 тыс. лет вызываются изме­нением приливообразующей си­лы, а циклы (И. А. Вылцан называет их также ритмами, что мы считаем неправильным) продолжительностью 85—110 тыс. лет и 350—450 тыс. лет (т. е. примерно масштаба на­ших угленосных циклов и мезоциклов) обязаны своим возникно­вением изменению наклона эклип­тики. И. А.

 Вылцаном была состав­лена таблица, в которой ритмы разных порядков и циклы разных порядков были как бы выстроены в один ряд с указанием нараста­ния мощности каждой последую­щей единицы и времени ее фор­мирования.

Однако, с нашей точки зрения, принципиально разные явления нельзя считать единым рядом, тем более что они вызы­ваются, кроме того, еще и совер­шенно разными причинами.

Вопрос о причинных связях между земными и космическими процессами еще только начинает разрабатываться. Что же касается земных процессов, то мы неодно­кратно указывали на существую­щую их взаимосвязь.

Поэтому не всегда легко решить, от какого первичного фактора — от текто­нических движений или же от крупных климатических измене­ний — зависит та смена физико-географических условий, которая определяет цикличность накопле­ния отложений.

Это тем более трудно, потому, что в природе все взаимосвязано: крупные изме­нения климата, чередование эпох трансгрессий и регрессий и раз­личного рода тектонические дви­жения часто действуют одновре­менно. Поэтому выявить основной ведущий процесс — задача дале­ко не из легких.

Это тем более трудно и потому, что еще не ре­шен окончательно и однозначно вопрос о том, в чем же первопри­чина климатических изменений. Еще более неясна первопричина тектонических процессов, в осо­бенности колебательных многопо­рядковых вертикальных движе­ний, обусловливающих многопо­рядковую цикличность в толщах осадочных пород.

Но все хотя пока еще в значи­тельной степени и разрозненные наблюдения геологических фактов и, в частности, периодичности в накоплении осадков, наводят на мысль, что существующая связь, казалось бы, очень различных геологических явлений сама по себе указывает на то, что они вызы­ваются какими-то общими причи­нами, в том числе существующи­ми вне Земли. Как мы видели, это находит свое подтверждение в совпадении геологической и космической периодичности раз­ных масштабов. Очевидно, правы те исследователи, которые счита­ют, что «первопричина» циклич­ности разного рода и масштаба — различные космические явления; иногда они влияют раздельно, а иногда их влияние как бы сумми­руется.

Намечается корреляция с коле­баниями солнечной активности некоторых процессов, происходя­щих на Луне, Марсе и Юпитере. Поэтому, по мнению П. В. Фло­ренского, не исключено, что во всей Солнечной системе сущест­вует единая периодичность про­цессов.

Решение всех этих вопросов — очевидно, дело будущего.

При этом, если понимание существа ряда геологических процессов связано с познанием космоса, то, с другой стороны — геологиче­ские исследования ( в частности, изучение цикличности горных по­род) могут помочь установлению связи земных процессов с явле­ниями, протекающими в космосе. Выяснение законов циклического развития геологических явлений и связи их с общепланетарными и космическими процессами — чрезвычайно интересная пробле­ма, решение которой требует дальнейших исследований.

Источник: https://collectedpapers.com.ua/ru/rhythms-and-cycles-in-sedimentary-rocks/spivstavlennya-periodichnosti-riznih-geologichnih-yavishh

Осадочный цикл

Осадочный цикл

Большинство элементов и соединений более «привязано» к земле, чем азот, кислород, двуокись углерода и вода, и их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркуляция в котором осуществляется путем эрозии, осадкообразования, горообразования и вулканической деятельности, а также биологического переноса.

На рис. 7 дается обобщенная схема осадочного цикла элементов, связанных с земной корой. О потоках веществ в глубине Земли известно очень мало. Твердые вещества, переносимые по воздуху в виде пыли, образуются при извержении вулканов, в результате пыльных бурь или лесных пожаров.

В состав таких «осадков» входят и вещества, образующиеся в результате деятельности человека.

Их сравнительно немного по количеству, но они имеют большое биологическое значение либо из-за своего ядовитого воздействия (например, радиоактивные осадки), либо из-за способности блокировать поступающее солнечное излучение.

Сообществам биосферы доступны те химические элементы, которые по своей геохимической природе входят обычно в состав пород, обнаруживающихся на поверхности. Общая направленность осадочного цикла «вниз».

В периоды минимальной геологической активности накопление растворенных или пригодных к использованию минеральных элементов питания происходит на низменностях и в океанах за счет возвышенных районов.

В таких условиях особенно важное значение приобретают местные биологические механизмы возврата, благодаря которым потеря веществ «вниз» не превосходит их поступления из подстилающих пород.

Иными словами, чем дольше жизненно важные элементы будут оставаться в данной области, вновь и вновь используясь сменяющимися поколениями организмов, тем меньший приток нового материала потребуется извне. Источники осадочного материала для экосистем верховий крайне ограничены.

10. Пути возвращения веществ в круговорот: коэффициент возврата

Можно выделить пять основных путей возврата веществ в круговорот:

1) через микробное разложение в детритный комплекс;

2) через экскременты животных;

3) прямая передача от микроорганизмов-симбионтов к растению;

4) физические процессы; и

5) за счет энергии топлива, например при промышленной фиксации азота.

Для рециркуляции требуется энергия органического вещества (пути 1, 2, 3), солнечный свет (путь 4) или топливо (путь 5).

В почвах умеренной зоны преобладает путь 1. Основными агентами регенерации элементов питания являются бактерии и грибы. Там, где мелкие растения активно выедаются животными, важную роль может играть путь возврата через экскременты животных. Например, в толще морской воды азот и фосфор регенерируются в основном из экскрементов животных.

Особо важную роль здесь играет зоопланктон. За свою жизнь эти животные выделяют в воду в несколько раз больше элементов питания в растворимой форме, чем высвобождается в результате микробного разложения их трупов.

Непосредственный возврат симбиотическими организмами особенно важен в системах с низким содержанием элементов питания, или олиготрофных.

Наконец, следует отметить, что элементы питания могут высвобождаться из остатков растений и животных и из фекальных комочков даже без участия микроорганизмов. Этот способ возврата в круговорот можно назвать автолизом (саморастворением).

В водных или влажных местообитаниях, особенно если погибшие растения и животные или неживые частицы малы (т.е. велико отношение их поверхности к объему), еще до начала разложения микроорганизмами может высвободиться от 25 до 75% элементов питания.

Автолиз можно считать шестым важным путем возврата, не требующим затрат метаболической энергии.

Коэффициент рециркуляции. Миграцию веществ внутри экосистем можно оценить по величине циркулирующей между отдельными блоками экосистемы массы материала в сравнении с массой вещества на входе в экосистему. Финн предложил считать повторно используемую часть вещества суммой количеств, проходящих в круговороте через каждый отсек системы, и выдвинул понятие о коэффициенте рециркуляции:

CI = TSTc/TST,

здесь СI — коэффициент рециркуляции, ТSТc — рециркулируемая доля потока вещества через систему и ТSТ — общий поток вещества через систему. Последняя величина определяется как сумма всех поступлений вещества минус изменение его запасов в системе, (если это изменение отрицательно), или же суммарный выход вещества плюс изменение его запасов (если оно положительно).

Прямые расчеты показали, что коэффициент рециркуляции кальция в водосборных бассейнах равен 0,76—0,80. Это означает, что около 80% общего потока кальция через систему используется в ней многократно. Для калия и азота коэффициенты рециркуляции оказались даже выше.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_97734_osadochniy-tsikl.html

Экология СПРАВОЧНИК

Осадочный цикл

Осадочным циклам характерно, что основная масса вещества сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде — в земной коре. Поэтому круговорот таких элементов, как фосфор или железо, значительно менее самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при небольших местных помехах.[ …]

Осадочные циклы и механизм Миланковиче Цикличность седиментации может проявляться в любых пелагических осадках, не загрязненных обломочным материалом [2154].

Плейстоценовые осадочные циклы, отражающие различное содержание глинистого вещества и карбонатов, хорошо развиты в крупных океанических бассейнах, где коррелируются с периодичностью ледниковых и межледниковых эпох, и, вероятно, причинно связаны с ними (разд. 11.3.1).

Такие глинисто-карбонатные циклы явно диахронны в Индийском и Тихом океанах, где они местами прослежены в прошлое вплоть до эоцена [603, 1080].

В течение юры и мела, когда Земля была, как считают, свободна от льдов, развилась другая разновидность седиментационных циклов, выраженная закономерной сменой содержания глины, карбоната и органического углерода в глубоководных осадках Атлантики [591]. Оледенение, таким образом, не обязательная предпосылка для цикличности.[ …]

В пределах толщи Уилкинс-Пик на расстояние более 20 км прослеживаются пачки мощностью до 5 м без значительных латеральных изменений последней. Эти циклы интерпретируются как результат трансгрессивно-регрессивных событий, контролировавшихся изменениями климата и вызывавших кратковременные колебания уровня озера.[ …]

В пределах толщи Уилкинс-Пик на расстояние более 20 км прослеживаются пачки мощностью до 5 м без значительных латеральных изменений последней. Эти циклы интерпретируются как результат трансгрессивно-регрессивных событий, контролировавшихся изменениями климата и вызывавших кратковременные колебания уровня озера.[ …]

Схема осадочного цикла.

Для формирования осадочного цикла требуется, очевидно, различие в составе осадочного материала. В писчем меле, например, цикличность развита в глинистых частях разреза и теряется в более чистых верхних горизонтах (разд.[ …]

Величины, характеризующие годовой вынос отложений с каждого континента, приведены в табл. 17. Легко заметить, что наибольшая потеря почвы характерна для Азии — континента с самыми древними цивилизациями и наиболее сильной эксплуатацией земли.

Хотя скорость процесса изменчива, в периоды минимальной геологической активности накопление растворенных минеральных питательных веществ происходит на низменностях и в океанах за счет возвышенных местностей.

При этом особенно важное значение приобретают местные биологические механизмы возвращения, благодаря которым потеря веществ не превышает их поступления из подстилающих пород (об этом шла речь при рассмотрении круговорота кальция).

Иными словами, чем дольше жизненно важные элементы будут оставаться в данной области, вновь и вновь используясь сменяющимися поколениями организмов, тем меньше нового материала потребуется извне.

К сожалению, как мы уже заметили в разделе о фосфоре, человек часто нарушает это равновесие, обычно непреднамеренно, а просто потому, что до конца не понимает всей сложности развившегося за многие тысячелетия симбиоза между жизнью и неорганической материей.

Например, сейчас предполагают (хотя это еще не доказано), что плотины, препятствующие ходу лососей в реки на нерест, приводят к сокращению численности не только лосося, но и непроходной рыбы, дичи и даже к уменьшению продукции древесины в некоторых северных областях Запада США. Когда лососи нерестятся и гибнут в глубине материка, они оставляют там запас ценных питательных веществ, возвращенный из моря. Удаление из леса больших масс древесины (причем содержащиеся в ней минеральные вещества не возвращаются в почву в отличие от того, что происходит в природе, когда упавшие деревья разлагаются), без сомнения, также обедняет нагорья, обычно в ситуациях, когда фонд питательных веществ и без того беден.[ …]

На рис. 4.12 четко видна общая направленность осадочного цикла «вниз». Оценки годового сноса отложений с каждого континента в океаны приведены в табл. 4.2. Примечательно, что Азия — материк с древнейшими цивилизациями и самым интенсивным антропогенным прессом теряет почвы больше других материков.

В периоды минимальной геологической активности накопление растворенных или пригодных к использованию минеральных элементов питания происходит на низменностях и в океанах за счет возвышенных районов, хотя скорость этого процесса изменчива.

В таких условиях особенно важное значение приобретают местные биологические механизмы возврата, благодаря которым потеря веществ «вниз» не превосходит их поступления из подстилающих пород (это уже было отмечено при рассмотрении круговорота кальция на водосборном бассейне).

Иными словами, чем дольше жизненно важные элементы будут оставаться в данной области, вновь и вновь используясь сменяющимися поколениями организмов, тем меньший приток нового материала потребуется извне.[ …]

В 1930-х и 1940-х гг. все большее число исследователей, интересы которых не ограничивались только стратиграфией и осадочной петрографией, стали интересоваться тектоническими аспектами осадконакопления.[ …]

Резервные фонды в атмосфере и гидросфере легко доступны, поэтому такие биогеохимические круговороты относительно устойчивы. Осадочные циклы, в которых участвуют фосфор и железо, гораздо менее стабильны.

Они более подвержены влиянию различного рода местных изменений, так как основная масса вещества сосредоточена в малоактивном и малоподвижном резервном фонде земной коры. Следовательно, если «спуск», т. е.

поступление веществ из обменного фонда в резервный, совершается быстрее, чем «подъем», то часть обмениваемого материала выходит из круговорота.[ …]

Второстепенные элементы, подобно жизненно важным, перемещаются из организмов в среду и обратно, и многие из них принимают участие в осадочном цикле, хотя и не представляют какой-либо известной ценности для организмов.

Некоторые второстепенные элементы накапливаются в растительных и животных тканях иногда благодаря химическому сходству с теми или иными жизненно важными элементами.

В настоящее время экологу приходится изучать круговорот целого ряда таких элементов, главным образом связанных с деятельностью человека.[ …]

Большинство элементов и соединений более «привязано» к земле, чем азот, кислород, двуокись углерода и вода, и их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркуляция в котором идет путем эрозии, осадкообразования, горообразования и вулканической деятельности, а также биологического переноса.[ …]

В отличие от азота и углерода резервуаром фосфора служат не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Круговорот фосфора — типичный пример осадочного цикла.[ …]

В зависимости от природы резервного фонда выделяют два основных типа биогеохимических круговоротов: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере, 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.[ …]

Для иллюстрации принципа круговорота достаточно трех примеров. Круговороты серы и азота иллюстрируют ключевую роль микроорганизмов, а также роль нарушений, связанных с промышленным загрязнением воздуха.[ …]

Химические элементы, в том числе все основные элементы протоплазмы, обычно циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называются био-геохимическими циклами.

Движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений можно назвать круговоротом элементов питания.

В каждом круговороте удобно различать две части, или два «фонда»: 1) резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент, 2) подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением. Если иметь в виду биосферу в целом, то биогеохимические циклы можно подразделить на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.[ …]

Как мы видели выше, некоторые графики взаимной зависимости непосредственно указывают на последовательности электрофаций. Они представили каротажные сигналы для идеального осадочного цикла (рис.5-11), который состоит из перехода от глинистого сланца к песку, со случайными отложениями угля. Их метод использует положение каждой фации на графиках взаимной зависимости (рис.5-10).[ …]

В настоящее время установлено, что верхней границы атмосферы Земли за год достигает поток солнечной энергии в количестве 5,6 • 1024 Дж. Атмосфера Земли отражает 35 % этой энергии обратно в Космос, а остальная энергия расходуется на нагрев земной поверхности, испарительно-осадочный цикл и образование волн в морях и океанах, воздушных и океанских течений и ветра.[ …]

Писчий мел Западного Внутреннего бассейна Северной Америки. Среди верхнемеловых отложений Западного Внутреннего бассейна Запада Северной Америки (рис. 11.46) на разных .

стратиграфических уровнях встречаются мелы, местами обогащенные ракушей, а также мелоподобные известняки и глинистые известняки, похожие на аналогичные породы Европы; они образуют прослои между различными обломочными фациями в качестве элементов осадочных циклов [1024, 1314].[ …]

Источник: https://ru-ecology.info/term/20526/

4.5 Осадочный цикл

Осадочный цикл

Большинствоэлементов и соединений входит в общийосадочный цикл, циркуляция в которомосуществляется за счет эрозионныхпроцессов, осадкообразования,горообразования, вулканическойдеятельности и биологического переноса.

Твердые частицы,переносимые по воздуху в виде пыли,могут выпадать на землю в виде сухихосадков или вместе с дождем.

Они могутсостоять из природных веществ (образующихсяпри вулканических извержениях, ветровойэрозии, лесных пожарах), а также изсоединений антропогенного происхождения(например, ядовитые вещества, радиоактивныеосадки), которые даже в небольшихколичествах могут оказывать мощноенегативное влияние на живые организмы.

В осадочномцикле большое значение имеет переноспочвенных частиц и химических элементовпод воздействием эрозионных процессов.В периоды с малой геологическойактивностью происходит перенос химическихэлементов с возвышенностей в понижения,моря и океаны (рис. 2.6).

Рис.2.6. Схема осадочного цикла (по Ю. Одуму,1975)

Интенсивностьосадочного цикла в разных регионах миранеодинакова и зависит от природно-климатическихусловий, освоенности территории,хозяйственной деятельности человека(табл. 2.3).

Таблица2.3

Годовой вынос осадочного материала в океаны (по ю. Одуму, 1986)

Территория

Площадь водосбора, 1106км2

Вынос общий

т/км2

1109т

Северная Америка

Южная Америка

Африка

Австралия

Европа

Азия

20,7

19,4

19,9

5,2

9,3

26,9

634,0

414,3

181,3

297,5

233,0

346,2

1,96

1,20

0,54

0,23

0,32

15,91

Всего

101,4

20,16

Из данных таблицывидно, что особенно велики потериплодородной почвы в Азии. Известнонемало случаев, когда из-за разрушенияпахотных земель вследствие развитияэрозионных процессов люди покидалинасиженные места или даже погибали отголода.

Особенностьосадочного цикла состоит в том, чтохимические элементы могут на длительныйсрок выключаться из круговорота, и этоприводит к обеднению экосистемы, еслиих потери не компенсируются извне.Поэтому необходимо найти способывозвращения в круговорот лимитирующихвеществ. В противном случае произойдетрезкое снижение продуктивности экосистем.

4.6 Круговорот второстепенных элементов и пестицидов

Второстепенныеэлементы– это элементы, которые непредставляют особой ценности дляорганизма. Они нередко мигрируют междусредой и организмами. Большинство изних принимает участие в общем осадочноммеханизме, некоторые могут поступатьв атмосферу.

Есть элементы, которые, небудучи биогенными, могут поступать ватмосферу.

Есть элементы, которые, небудучи биогенными, могут концентрироватьсяв определенных тканях живых организмов,причем при достижении определенныхконцентраций становятся опасными дляжизнедеятельности.

В окружающуюсреду поступает значительное количествоэлементов, которые связаны с деятельностьючеловека и представляют опасность дляего здоровья. Поэтому при проведенииэкологических исследований необходимоучитывать круговороты практически всехэлементов и соединений.

Многиевторостепенные элементы в обычных дляэкосистемы концентрациях почти неоказывают влияния на состояние организмов,поэтому их круговорот до недавнеговремени мало интересовал экологов.

Вкачестве примера можно привести стронций.

Раньше этому элементу не придавалиособого значения, однако в связи с тем,что стронций появился в биосфере вбольших количествах и представляетопасность для здоровья, интерес к немурезко возрос.

Опасностьстронция состоит в том, что по химическимсвойствам он похож на кальций, поэтому,попав в организм, накапливается в костяхи находится в непосредственной близостик кроветворным тканям.

При изученииосадочного цикла установлено, что около7 % всего осадочного материала, стекающеговниз по рекам, составляет кальций, а накаждую тысячу атомов кальция приходитсядва-четыре атома стронция.

Одним изпродуктов расщепления ядер уранаявляется радиоактивный Sr-90,который характеризуется относительнодлительным периодом полураспада и,попав в биосферу, может длительное времяучаствовать в круговороте. Это изотоп,которого не существовало в природе дорасщепления атома человеком.

НебольшиеколичестваSr-90, содержащегосяв осадках, выпавших после испытанийядерного оружия и аварий на предприятияхядерно-топливного цикла, мигрируютвместе с кальцием по пищевым цепям инакапливаются в костных тканях.

Помнению некоторых медиков, уже в 1970 годуSr-90 содержался в костяхлюдей в количестве, достаточном дляканцерогенного действия. Когда быладостигнута договоренность о запрещениииспытаний ядерного оружия в атмосфере,опасность загрязненияSr-90еншилась,но после аварии на Чернобыльской АЭСона многократно возросла.

Опасным продуктомделения ядра является Cs-137,который по своим свойствам близок ккалию. Обладая большой подвижностью,он с достаточно высокой скоростьюциркулирует по пищевым цепям.

В качествепримера химического элемента, которыйи ранее существовал в природе, но непредставлял такой опасности для здоровьячеловека, как сегодня, можно привестиртуть.

Разработка месторождений ипромышленное использование ртутипривели к значительному рассеиваниюее в биосфере, что повысило вероятностьконтактирования ядовитого металла сорганизмами.

В круговороте ртути важнуюроль играют микроорганизмы, которыепревращают нерастворимые ее формы врастворимую, часто очень подвижнуюядовитую метилртуть.

Аналогичноположение и с другими тяжелыми металлами,такими как кадмий, медь, цинк, свинец идр.

Рис.2.7. Движение пестицидов в биосфере

Распространениеи накопление второстепенных элементовможно проиллюстрировать на примерекруговорота пестицидов (Рис. 2.7). Взависимости от условий применения этихтоксинов некоторое их количествоиспаряется и переносится в виде аэрозолейна значительные расстояния. При попаданиина растения не все пестициды включаютсяв метаболизм.

Частично они испаряютсяс поверхности растений и могут переноситьсяветром на другие территории, но большаяих часть попадает в почву. Это связанос тем, что проективное покрытие растенийникогда не достигает 100 % и при внесениипестицидов они попадают не только налистовую поверхность растений, но и напочву.

Некоторое их количество оседаетс растений на почву под действиемгравитационных сил и ветра.

Попав наповерхность, некоторое количествопестицидов в результате выщелачиванияможет проникнуть в грунтовые воды, азатем в гидрографическую сеть.

Значительнаячасть внесенных пестицидов можетсорбироваться почвой и под воздействиемводно-эрозионных процессов попадает вгидрографическую сеть. Пестициды,которые при попадании на растениявключаются в метаболизм, после разложениярастительных осадков могут включатьсяв различные биогеохимические циклы.

Таким образом,круговорот пестицидов в некоторойстепени связан с атмосферой и осадочнымциклом. В круговороте могут приниматьучастие только те пестициды, которыеимеют большой период разложения(хлорорганические).

Кроме самих пестицидов,в круговороте в отдельных случаяхпринимают участие и их составляющие(ртуть содержащие пестициды). Что жекасается не стойких к разложениюпестицидов, то их круговорот разомкнут.

Например, гербицид раундап разлагаетсяна углекислый газ и воду в течение однойнедели.

В настоящеевремя для предотвращения накопленияпестицидов в природной среде запрещенопроизводство и применение пестицидов,стойких к разложению.

Источник: https://studfile.net/preview/2919053/page:15/

Book for ucheba
Добавить комментарий