ГЕОХІМІЧНІ ЛАНДШАФТИ НА КАРТІ УКРАЇНИ

Екологія довкілля та безпека життєдіяльності, № 1. -  Київ, 2007. – 72-78

В. І. Гетьман -
Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, м. Київ


         Территория нашей страны в геохимическом отношении изучена недостаточно. Геохимические формулы ландшафтов Украины указывают на возможность от­крытия новых дефицитных и излишних относительно живого вещества элемен­тов. Главный акцент при геохимических исследованиях необходимо делать на изучении главных органогенных элементов (в первую очередь О, С, Н, N), так как они составляют основную массу живого вещества (98 %). К тому же эти мигранты имеют свойство накапливаться в ландшафте.

        The territory of our state in the geochemical relation is investigated insufficiently. Geochemical formulas of landscapes of Ukraine specify on opportunity of opening new deficit and superfluous concerning alive substance of elements. On studying main organogenic elements (first of all О, С, H, N) it is necessary to do the greatest accent at geochemical researches, as they make basic weight of alive substance (98 %). And in addition these migrants have property to collect in a landscape.

Вступ

        Пізнавальний процес виявлення і зобра­ження регіональної диференціації ланд­шафтної оболонки, наукова систематика покладених на карту територіально обме­жених поєднань предметів і явищ природи зветься природно-географічним району­ванням. Його різновидом є ландшафтно-геохімічне районування, яке розробляється окремим науковим напрямком сучасного ландшафтознавства - геохімією ланд­шафтів, що вивчає хімічну взаємодію між природними компонентами, їх хімічну спо­лучність.

Матеріали і методи

        Наукові основи геохімічного напрямку ландшафтознавства були закладені в пра­цях В. І. Вернадського (1967), О. Є. Ферс­мана (1930), Б. Б. Полинова (1956). Знач­ний внесок в розвиток геохімічних досліджень ландшафтних комплексів здійснили О. І. Перельман (1975), М. А. Глазовська (1979, 1983, 1988), В. В. Добровольський (1974, 1990). Вивчен­ню питання кругообігу хімічних сполук та елементів присвячені також праці П. С. По-гребняка (1969), І. І. Смолянинова (1970), Б. Ф. Мицкевича, Ю. Я. Сущик (1981), Ф. В. Вольвача, В. І. Гетьмана, О. 1. Не-стерука,    (1987),    В. Т. Гриневецького, Л. М. Шевченко (1993), В. М. Гуцуляка (1994), Л. Л. Малишевої (1998) та ін.

        В основу ландшафно-геохімічного рай­онування покладена ідея Б. Б. Полинова про те, що в природі зв'язок між її компо­нентами (гірськими породами з відповідни­ми їм формами рельєфу, повітрям з його кліматичними особливостями, поверхневи­ми та підземними водами, ґрунтом, росли­нами і тваринами) здійснюється через міграцію хімічних речовин та елементів [1]. її вивчення - ключ до розуміння природної взаємодії, яку названо істинною Causa finalis (кінцевою причиною) речей.

        В геохімії ландшафтів відповідно до ос­новних форм руху матерії (механічна, фізична, хімічна, біологічна і соціальна) розрізняють форми міграції: механічну, фізико-хімічну, біогенну і техногенну (соціальну). Біогенна міграція, або біологічний кругообіг речовин та елементів - найважливіша геохімічна властивість ландшафтів [2]. Біологічний кругообіг як необхідна умова існування життя скла­дається з двох протилежних, але невіддільних один від одного процесів: біогенної акумуляції, або утворення живої речовини із неживої за рахунок сонячної енергії (фотосинтезу) та енергії хімічних зв'язків (хемосинтезу), і деструкції, або розкладу складних органічних речовин до
простих мінеральних (10-15 %) - міне­ралізації та утворення нових, більш стійких, зі значним запасом енергії органічних спо­лук (85-90 %) - гуміфікації [3].

        Хімічні елементи, які беруть участь у біогенній міграції, називаються органоген­ними. Розрізняють так звані "повітряні" та "водні" органогенні мігранти. Перші мігру­ють у газоподібному вигляді, другі - в вод­них розчинах. Серед водних мігрантів найбільш поширені в живій речовині ру­хомі елементи (Са, К). Серед органогенних елементів виділяють найбільш "активні", або головні (в першу чергу О, С, Н, N), і дру­горядні (мікроелементи). На вивчення го­ловних треба робити найбільший наголос при геохімічних дослідженнях, бо вони складають основну масу живої речовини (98 %). Головні мігранти мають властивість накопичуватися в ландшафті, а мікроеле­менти такої здатності позбавлені [4].

        Під живою речовиною В. І. Вернадський розумів сукупність живих організмів, зведе­них до їх ваги, хімічного складу та енергії. Жива речовина є найважливішим геохімічним фактором міграції. Через неї опосередковано   на  міграцію  впливають зовнішні фізико-географічні умови території. І головне - через живу речовину проходить біогенна міграція хімічних елементів [5].

        Одночасно з біогенною міграцією хімічних речовин та елементів відбувається і передача енергії. При фотосинтезі сонячна енергія перетворюється на енергію хімічних зв'язків новоствореної органічної речовини і кисню, що виділяється при розпаді моле­кул води.

        Органічна речовина стає сильним відновником, а кисень - сильним окислюва­чем. При мінералізації хімічна енергія пере­ходить у механічну, теплову й у вигляді те­пла втрачається організмами в навко­лишній простір. У такому випадку передача енергії відбувається не шляхом кругообігу, а у вигляді потоку. Хімічна енергія, що звільняється при розкладанні органіки, ви­користовується в ландшафті і на міграцію.

        Біогенна міграція хімічних речовин та елементів визначає найважливіші геохімічні властивості ландшафтів. Можна говорити про "кальцієві", "натрієві", "залізні" ландшафти залежно від того, яки­ми гірськими породами складена територія, який там баланс тепла і вологи, яка рослинність, тобто покласти в основу їх виділення переважання міграції тих чи інших елементів відповідно до певних фізи­ко-географічних умов території. Ландшаф­ти з характерним типом міграції назива­ються геохімічними [6].
Рис. 1. Основні типи елементарних ландшафтів (за Б. Б. Полиновим) 1 - надходження речовин в ландшафт з атмосфери, ґрунтових вод; 2 - винесення речовин з ландшафту в атмосферу, ґрунтові та поверхневі води



        Під геохімічним ландшафтом Б. Б. Полинов (1956) розумів сукупність елементарних ландшафтів від елювіальних до супераквального, що розмішуються в межах літо генно однорідної території й генетично зв'язані по­токами розчинених і завислих речовин. Термін "елементарний ландшафт" вперше введений у географічну науку Б. Б. Полино­вим у 1915 р. Ним позначається наймен­ший за таксономічним значенням топо­логічний природний комплекс (рис. 1).

        Елементарні ландшафти (фації) об'єдну­ються в три основні типи: елювіальні (при­урочені до вододільних місцевостей, ґрун­тові води залягають глибоко, речовина та енергія поступають тільки з атмосфери, пе­реважають процеси виносу речовин у роз­чиненому вигляді та шляхом механічного переміщення внаслідок гравітаційного впливу земного тяжіння), супераквальні (формуються на схилах вододілів, ґрунтові води залягають неглибоко, проходять про­цеси як надходження речовин з атмосфери, елювіальних ландшафтів і шляхом підняття ґрунтових вод, так і винесення в субак­вальні ландшафти), субаквальні (займають від'ємні форми рельєфу, переважають про­цеси накопичення матеріалу з елювіальних і супераквальних ландшафтів).

Результати та їх обговорення

        Типологію геохімічних ландшафтів ви­значають особливості біологічного круго­обігу речовин та елементів, особливо актив­них "повітряних" мігрантів (в яких умовах він протікає, скільки утворюється й розкла­дається органічної речовини, який її хімічний склад). Роль хімічного елемента в ландшафті визначається його вмістом та активністю в біогенній міграції.

        Біогенну міграцію хімічних речовин та елементів правомірно вважати одним з критеріїв типологічної класифікації геохімічних ландшафтів, що покладена в основу складеної нами типологічної карти ландшафтно-геохімічного районування Ук­раїни (рис. 2). Виділені на картосхемі регіони об'єднують геохімічні ландшафти, що відносяться до певної групи, типу, підтипу, класу, роду, виду (умовні позна­чення останніх та пояснення до них наве­дені нижче). При складанні карти і легенди використані матеріали досліджень автора, а також опубліковані дані літературних джерел, фондові матеріали [10].

        Група геохімічних ландшафтів, як найвища класифікаційна одиниця, виділяється за приналежністю останніх до основних мегаформ рельєфу материка -гірські та ршнинні. На Україні, відповідно, виділяються гірські геохімічні ландшафти Українських Карпат і Криму або рівнинні Східно-Європейські.

        Типи геохімічних ландшафтів відповідають в основному зональним типам ґрунтів і рослинності (наприклад лісові, лісостепові, степові ландшафти) і різняться особливостями водного та теплового ба­лансів, біогенної міграції хімічних речовин та елементів.
Різняться лісові й степові геохімічні ландшафти характером умов, створюваних життєдіяльністю їх біоти. В лісах на відміну від степів набагато більша роль рослинності у формуванні власного мікроклімату. Під кронами дерев лісу створюються умови меншого освітлення, більш рівних темпера­тур (нижчих вдень і вищих вночі), слабкого вітру, змінюється склад атмосферного повітря (збільшується вміст С02 і водяної пари, появляється, особливо в соснових і дубових лісах, значна кількість фітонцидів). Усе це теж позначається на перебігу біоген­ної міграції хімічних речовин і елементів.

        У степах більша частина річної біопродукції з закінченням вегетації постійно відмирає, а в лісах проходить процес її на­копичення, наприклад, у стовбурах, гілках дерев, що відмирають через значний проміжок часу. Відповідно, хімічні речови­ни та елементи (в першу чергу С, Са, N, Р та ін.) у процесі біогенної міграції в лісах "за­тримуються" в тілах живих організмів на десятки, сотні, а то й тисячі років.
Основна геохімічна робота живої речо­вини на нашій планеті здійснюється дерев­ними рослинними угрупованнями. Ліс, за виразом академіка В. І. Вернадського, становить найбільш цінну "плівку життя", і ні в яких інших біоценозах вплив живої ре­човини на неживу природу не буває настільки великим і різнобічним як у лісі.

        За інтенсивністю міграції, що вира­жається величиною біологічної продуктив­ності, в межах окремих типів (степових) виділяються підтипи ландшафтів, які теж підпорядковані закону зональності й відповідають підзонам. Інтенсивність кру­гообігу хімічних речовин та елементів є однією з суттєвих ознак добротності умов місцезростання деревних і трав'янистих рослин [7].

        Широтне (субширотне) розміщення меж типів і підтипів геохімічних ландшафтів те­риторії України відображає зональну зміну їх продуктивності, інтенсивності міграції, що лімітуються на півночі в якийсь мірі дефіцитом тепла при достатньому і навіть надмірному зволоженні, а на півдні - в значно більшій мірі дефіцитом вологи при достатній кількості тепла. Межі лісових ландшафтів в основному відповідають ши­ротному простяганню липневих ізотерм, а степових - витягнуті з південного заходу на північний схід, що відображає зміну зво­ложення (зменшення кількості опадів і зро­стання величини випаровування на південь і південний схід).

        У першому випадку вирішальна кліматоутворююча роль у формуванні величини біопродуктивності й характеру міграції, що найбільш інтенсивно проходить влітку, на­лежить радіаційному фактору, а в другому на нього накладається ще циркуляційний, що зумовлює зміщення меж від широтного напрямку.

        Відповідно до характеру змін співвідно­шення тепла та вологи інтенсивність біогенної міграції хімічних речовин і елементів та про­дуктивність лісових ландшафтів зростають з півночі на південь, а в степових - з півдня на північ і досягають оптимального значення для території України в смузі лісостепу.

        Типи і підтипи ландшафтів вважаються основними одиницями ландшафтно-геохімічного районування. На картосхемі їх можна зображувати за допомогою кольорів фонового забарвлення.

        За особливостями водної міграції хімічних елементів у ґрунті, корі вивітрю­вання і рихлих відкладах виділяють класи геохімічних ландшафтів, розміщення яких (на картосхемі показані штрихуван­ням) зумовлюється вже не тільки кліматом і рослинністю (зональністю), а й геолого-геоморфологічним фактором (азональністю).

        Класи символічно позначаються типоморфними хімічними елементами, які ви­значають властивості води, характер вод­ної міграції в ландшафтах. Такі елементи повинні мати високий кларк (%-ний вміст) і хорошу розчинність своїх сполук.

        Наприклад, на території України в се­редній і південній її частинах особливо по­ширені геохімічні ландшафти Са-класу. Во­ни характеризуються нейтральною і слабо-лужною реакцією природних вод, значним вмістом у них Са, якого багато і в лі то генно­му субстраті, ґрунті, рослинах, тваринних організмах (особливо в кістках скелету, що надає йому міцності). Для кальцієво-натрієвого класу ландшафтів характерні се-редньо і сильно мінералізовані гідрокарбонатні та хлоридно-сульфатні води, у Кримському Присивашші маємо навіть сильно мінералізовані хлоридно-сульфатні розсоли.

        На Поліссі ландшафти кислого і кисло-глеєвого класу характеризуються вже гідро-карбонатно-кальцієвими водами слабкої і середньої мінералізації.

        Роди геохімічних ландшафтів харак­теризуються відповідно до рельєфу неодна­ковими інтенсивністю водообміну, співвідношенням механічної і хімічної дену­дації, тіснотою (мірою) зв'язку між авто­номними і підлеглими елементарними ландшафтами, тобто контрастністю між ними. Втім, до автономних О. І. Перельман відносить елювіальні ландшафти, як незалежні від супераквальних (надвод­них) і субаквальних (підводних), а останні вважає підлеглими, бо їх властивості в значній мірі визначаються природними комплексами вододільних територій. Прав­да, автономність ландшафтів в природі відносна, бо всі вони взаємозв'язані і взаємозумовлені.

        Відповідно до зазначених критеріїв природні геохімічні ландшафти України можна об'єднати у три основні роди.

  1. Плосконизинні з повільним водо­обміном, хімічна денудація часто перева­жає над механічною, межа між автономни­ми і підлеглими ландшафтами поступова (наприклад, поліські).


        ІІ. Розчленоасмоеисочинні з середнім водообміном, співвідношення між ме­ханічною і хімічною денудацією різне, чітка межа між автономними і підлеглими ланд- шафтами (наприклад, правобережно-лісо­степові).

        III.  Сильнорозчленовані, гірські з енергійним водообміном, механічна дену­дація місцями переважає над хімічною, чітка межа і значні відмінності між авто­номними та підлеглими ландшафтами (на­приклад, карпатські).
Якщо, наприклад, порівняти поліські плосконизинні і карпатські гірські ланд­шафти, то видно, що їм властиві майже протилежні значення цих родових показ­ників.

        У межах родів за особливостями міграції другорядних елементів по типах геологічних формацій (леси і лесоподібні по­роди, геосинклінальна тощо) виділяються види як найменші одиниці типологічного ландшафтно-геохімічного районування. Розміщення родів і видів геохімічних ланд­шафтів визначається тільки геолого-гео-морфологічним фактором.

        У легенді картосхеми ландшафти записані геохімічними формулами у вигляді неправильного дробу, в якому цілим числом виступають типоморфні елементи водної міграції, чисельником є дефіцитні в біологічному кругообігу хімічні речовини та елементи, а знаменником – надлишкові. Римськими цифрами і латинськими буквами позначається приналежність геохімічних ландшафтів до родів і видів [6].

        Природні ландшафти для виконання своїх соціально-економічних функцій забез­печені в біологічному кругообігу хімічними речовинами та елементами в одних випад­ках неповно, в других - надмірно. На основі цього перед наукою і суспільством ставить­ся актуальне на сьогоднішній день завдан­ня - формування культурних геохімічних ландшафтів з оптимально відрегульованим режимом міграції хімічних речовин та еле­ментів в цілях максимального виходу вигідної для людини рослинної і тваринної продукції, поліпшення стану здоров'я і про­довження тривалості життя [8].

        Майже в усіх виділених на території Ук­раїни геохімічних ландшафтах для нор­мального продуктивного розвитку сільсько­господарських культур не вистачає N, Р, К, що потребує внесення відповідних міне­ральних добрив (азотних, фосфорних, калійних). На Поліссі, приміром, окрім названих, дефіцитними є ще ряд хімічних еле­ментів, що негативно позначається на жи­вих організмах, здоров'ї людей [9]. Так, не­стача кобальту (Со) зумовлює недокрів'я у домашніх тварин, фтору (F) - карієс зубів, йоду (І) - зобастість у людей і тварин. У бо­лотах дефіцит 02 і надлишок Н20 спричи­нює ослаблення інтенсивності біогенної міграції і, відповідно, зменшення продук­тивності ландшафту.

Висновок

        Насамкінець треба відмітити, що тери­торія нашої країни в геохімічному відно­шенні вивчена недостатньо, про що свідчать формули виділених ландшафтів, де поставлені в чисельнику та знаменнику крапки вказують на можливість відкриття нових дефіцитних та надлишкових по відношенню до живої речовини хімічних елементів.

ЛІТЕРАТУРА

  1. Мицкевич Б.Ф., Сущик Ю.Я. Основы ландшафтно-геохимического районирования. - К.: Наукова думка, 1981. - 174 с.
  2. Вернадский В.И. Биосфера. - М.: Мысль, 1967. - 376 с.
  3. Гетьман В.И. К вопросу изучения биогенной миграции как важнейшей геохимической особенности ландшафтов. - В ют: Природ­ные условия Украинской ССР. - К., 1987. -С. 66-71.
  4. Гуцуляк В.М. Геохімія ландшафту: Навч. посібник. Чернівецький держ. університет ім. Ю. Федьковича. - Чернівці: Рута, 1994. -81 с.
  5. Вольвач Ф.В., Гетьман В.И., Нестерук А.И. Механизмы управления в биогенном ланд­шафте. - В кн.: Природные условия Украин­ской ССР. - К., 1987. - С. 62-66.
  6. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. - М.: Высшая школа., 1975. - 342 с.
  7. Гаврилова И.П. Ландшафтно-геохимическое картографирование. - М.: Изд-во Моск. ун­та, 1985. - 149 с.
  8. Глазовская М.А. Прикладное и общее (базо­вое) ландшафтно-геохимическое райониро­вание // Вопросы географии. - М., 1983. -Сб. 120. - С. 11-19.
  9. Малишева Л.Л. Ландшафтно-геохімічна оцінка екологічного стану територій. - К.: РВЦ "Київський університет", 1998. - 264 с.
  10. Физико-географический атлас мира. - М., 1964. - 298 с.