Соотношение море:суша, рельеф, геологическое строение, субстраты, мерзлота

Изменения этих факторов, играющих не менее важную роль, чем климат в понимании закономерностей распространения почв на территории высоких широт показаны на Рис.3А. Из него видно, что доля суши от 65^о к 77,5^о с.ш. сокращается в 4 раза, из нее на равнины приходится в высоких широтах всего первые проценты, причем основной рубеж находится между 72,5^о и 77,5^ос.ш. Здесь же резко возрастает доля ледников.

Из анализа Рис. 3 Б,В становится очевидно, что в Арктике при движении с юга на север приблизительно с широты 72,5^о с.ш. принципиальным образом меняется состав почвообразующих пород – моренные и озерно-аллювиальные с преобладанием субстратов кислого состава сменяются на терригенно-карбонатные с преобладанием щебнистых коллювиальных и морских, часто засоленных, отложений.

Б

В

Рис. 3. Геогенные факторы и их изменение по широтам. А – доля площадей океана, гор, равнин и ледников; Б – доля различных геологических пород (% от площади суши); В – доля различных рыхлых пород (% от площади равнин).

Иными словами, анализ литолого-геоморфологических факторов выявляет рубеж на широтах 72,5^о - 77,5 ^о с.ш., где происходит резкое сокращение доли равнин и увеличение доли гор, резко увеличивается доля ледников, а на свободной от ледников территории преобладают терригенно-карбонатные щебнистые и морские отложения, служащие источником солей и карбонатов. Этот рубеж в Северной Америке совпадает с границей между растительно-ландшафтными зонами тундр и арктических пустынь, а в Евразии, в основном, находится в северной части арктических тундр (в этом и кроется объяснение несовпадение почвенных и растительных границ). То есть, в северной части арктической тундры и в арктических "пустынях" почвенный покров занимает или небольшие по площади острова, открытые арктическим ветрам, или узкие полосы побережий между покрытыми ледниками горами и морем. Эти полосы сложены морскими и щебнистыми терригенно-карбонатными почвообразующими породами.

В этой зоне существенное влияние на почвообразование оказывает: 1) импульверизация солей с моря; 2) ветровой разнос продуктов выветривания (скальных пород, в том числе карбонатных), которые образуются в результате выветривания скал, в том числе карбонатных; 3) постоянно дующие с ледников и концентрирующиеся в долинах стоковые (катабатические) ветры и ветры с паковых морских льдов (более холодный воздух надо льдами активно стекает на более прогретую открытую поверхность суши); они существенным образом усиливают испаряемость на прилегающих ландшафтах - эти причины приводят к субаэральному засолению и окарбоначиванию почв; 4) высокий градиент изменения увлажнения в пространстве (от моря к леднику) и во времени в связи c возможным катастрофическим выпадением осадков на орографических (рельефных) рубежах; 5) высокое содержание крупнозема (щебня, глыб) в поверхностных отложениях территорий, недавно освободившихся от ледника.

В обобщенном и схематическом виде часто распространенный случай существования почвенного покрова в самых высоких широтах северного полушария изображен на рисунке 4. Здесь показано, что в высоких широтах существует большой контраст условий – гумидное побережье открытого моря сочетается с сухими условиями по берегам сильно вдающихся в сушу фьордах, где тяжелый холодный воздух с ледников и гор в виде сильных ветров «падает», сдувая осадки в виде снега и оказывая иссушающее воздействие на почвы.

Подобные условия (разумеется, без участия ледников) в той или иной степени встречаются и в более южных поясах, например, на некоторых островах Белого и Балтийского морей. Однако эти типы территорий никогда не считаются зональными и не включаются в качестве ландшафтов в общую систему зональности. В высоких широтах Арктики другого типа суши просто нет, и почвоведам-географам приходится составлять зональную картину по почвам и почвенному покрову, находящимся в очень специфических условиях.

Рис. 4. Обобщенное схематическое изображение условий существования почвенного покрова горных островов Арктики.

На уровне микрорельефа педогенез существенным образом определяется криогенными, или связанными с действиями промерзания и оттаивания, процессами. Практически вся территория высокоширотной области находится в зоне распространения многолетней мерзлоты, и только в Северной Европе, включая западную часть Кольского полуострова, - отмечается отсутствие мерзлоты в тундрах. Мерзлота распространена неравномерно. В высокоширотной тундропустоши она занимает практически 100% площади, а в южной части тундровой зоны, особенно в Европейской части России, может быть приурочена только к торфяникам, занимая около 10% площади и менее. Глубина протаивания в зоне многолетней мерзлоты тоже сильно различается–от первых десятков сантиметров в торфянистых почвах до нескольких метров в песчаных грунтах южных тундр. Глубина протаивания также зависит от толщины подстилки и торфяных горизонтов, которые являются термоизолятором и ослабляют протаивание. Мерзлота может являться как геохимическим барьером, на котором осаждается масса веществ, так и геохимическим «стартером» - зоной, где многие элементы увеличивают свою миграционную способность (например, железо и марганец в условиях надмерзлотного переувлажнения) – см.ниже раздел про почвы низко-арктических тундр.

В результате неравномерного промерзания и протаивания, с одной стороны, и способностью воды (в том числе почвенной) существенно расширяться при переходе в лед с другой стороны, в высокоширотной области возникают структурные грунты, то есть грунты, имеющие определенную, как правило, закономерную, неоднородность в распределении каменистого материала игеометрический рисунок микрорельефа. С ними связан мелкоконтурный комплексный почвенный покров (см. ниже). Наиболее распространенные мерзлотные формы – это гексагональная (шестиугольная) полигонально-трещинная сеть (растрескивание и подчеркивающее его неравномерное распределение влаги) в рыхлых грунтахи сортированные каменистые кольца (движение каменистого материала под действием замерзающей под ним воды) в каменистых. Кроме того, существуют бугорки и бугры пучения, связанные с концентрацией ледяных линз внутри рыхлых толщ, термокарстовые просадки, обусловленные протаиванием льда в них и многие другие формы микрорельефа. Существует целая наука, изучающая многолетнюю мерзлоту и ее воздействие на естественную и антропогенную среду – геокриология или криолитология.

Растительность и деятельность морских птиц

Растительность высокоарктической тундропустоши и степень ее сомкнутости-разорванности различается в зависимости от условий теплообеспеченности, содержания мелкозема в почвах и его характера, а также возраста поверхности. Основу растительных ассоциаций составляют мхи и лишайники, среди которых разбросаны цветковые растения, имеющие преимущественно приземистую жизненную форму. Среднее проективное покрытие оценивается для Земли Франца-Иосифа в 10-15%, но этот показатель колеблется от 1-2% до 100% в зависимости от указанных выше факторов. В горах архипелага Новая Земля преобладают лишайники, преимущественно, накипные, и мхи. Отдельные цветковые растения встречаются только на абсолютных высотах ниже 400 м. Проективное покрытие составляет несколько процентов, однако в благоприятных условиях оно может достигать и 80%.

Важным фактором почвообразования и формирования растительного покрова на прибрежных территориях как в условиях высокоарктической тундропустоши, так и в тундрах является привнос птицами органического вещества из моря. В этом случае почвы существуют в условиях обогащения, прежде всего, азотом. Помимо увеличения содержания питательных веществ, разложение аллохтонного (привнесенного со стороны) органического вещества как экзотермическая реакция приводит к повышению температуры в верхних горизонтах почв. Проективное покрытие растительности в зоне влияния стоков с птичьих базаров приближается к 100%. Эти условия почвообразования можно назвать орнитотрофными, то есть питаемыми птицами.

Растительность среднеарктических тундр, например, на равнинах всего Южного острова архипелага Новая Земля представлена различными вариантами, преимущественно пятнистых арктических тундр – моховых, мохово-лишайниковых, лишайниковых и кустарничковых, часто встречаются гипновые болота. Сомкнутость растительного покрова архипелага очень сильно зависит от субстратов – ледниково-морские суглинисто-глинистые равнины отличаются от своих щебнистых цокольных аналогов намного большим проективным покрытием, даже в случаях своего болеесеверного положения. Южнее, но в пределах той же среднеарктической тундры преобладают ивково-моховые тундры и осоково-гипновые (практически без сфагновых мхов) болота, доля кустарничков и карликовой березки невелика. В Сибири в этой зоне наиболее распространены кочкарниковые тундры.

В низко-арктических тундрах преобладают кустарничковые, ерниковые и лишайниковые разновидности с осоково-сфагновыми, часто бугристыми, болотами. По ложбинам стока характерно развитие ивняков, а по долинам рек – хвойно-березовых лесных сообществ. Лесотундры Русской равнины состоят из двух сменяющих друг друга с севера на юг ареалов: крупноерниковые тундры с островками редколесий и еловые и березовые редколесья. Лесотундры Кольского полуострова – это лишайниковые и зеленомошные с дёреном шведским березовые криволесья и редколесья с редким участием сосны, ели и можжевельника. В Западной Сибири в лесотундрах, наряду с елью и березой, появляется лиственница, а восточнее Енисея полностью преобладают лиственничные редколесья.

Анализ факторов почвообразования показал, что в Арктике с юга на север происходит направленное изменение климатических и литолого-геоморфологических факторов почвообразования, которое обусловливаетразнообразие и мелкоконтурность почвенного покрова полярных областей.

По макроклиматическому фактору, в целом, вся Арктика характеризуется гумидностью и низкими температурами в период почвообразования. Почвопреобразующий климатический потенциал, однако, к северу значительно ослабляется в результате уменьшения радиационного баланса, сокращения сезона активного почвообразования, уменьшения доли жидких осадков (а выпадающий снег перераспределяется ветром, из-за чего возвышенные элементы рельефа остаются сухими, а понижения или переувлажнены или вообще покрыты снегом даже летом), понижения температур, снижающих кинетику большинства почвенных процессов. Все это приводит к ослаблению процессов выноса и метаморфизма вещества почв, которые в более южных широтах, как правило, нивелируют разнообразие почв, связанное с рельефом и субстратами.

Геоморфологические факторы, определяющие соотношение суши и моря, гор и равнин, а также общую расчлененность и сложность рельефа, существенным образом влияют на характер мезо- и микроклимата, которые становятся более разнообразны к северу, и, следовательно, увеличивают дивергенцию (разнообразие) почв. Почвы развиваются при сильно различающейся теплообеспеченности, связанной с локальными причинами (ветровой режим, близость к леднику, инсоляция, сроки схода снежного покрова и т.д.). Можно различать мезотермные условия, которые соответствуют средним климатическим характеристикам. С ними сочетаются олиготермные условия (жесткий ветровой режим, длительное накопление снега и т.п.) и эутермные (южные экспозиции, ветровая тень) условия большей теплообеспеченности, связанные с локальными особенностями, прежде всего, рельефа.

Литолого-геоморфологические факторы приводят к увеличению сложности “рельефно-субстратной матрицы” (многообразие почвообразующих пород по засоленности, карбонатности, щебнистости, склонов по экспозиции и крутизне) - это также увеличивает разнообразие почвенного покрова.

Иными словами, в условиях низкой энергетики почвообразования высоких широт небольшие локальные изменения факторов (содержание мелкозема в материнской породе и ее состав, ветровой и снежный режимы, термическое влияние моря и ледников, импульверизация солей и др.) существенно меняют тип педогенеза и организацию почвенного покрова на уровне его мезоструктур (в связи с мезорельефом).

Криогенный (мерзлотный) фактор, сильно различающийся в высоких широтах по широте, долготе, а также в зависимости от дренированности и характера субстрата, усложняет почвенный покров на уровне его микроструктур (в связи с микрорельефом).

Биотический фактор также меняется в пространстве высоких широт: с севера на юг увеличивается сомкнутость растительного покрова и видовое разнообразие, появляются древесные породы. Орнитогенный фактор обогащает почвы органическим веществом, привнесенным из моря, смягчая воздействие холодного климата из-за выделения тепла при разложении продуктов жизнедеятельности птиц.