Основные представления Б. Б. Полынова о геохимии ландшафта

4 августа 1957 г. исполнилось 80 лет со дня рождения, а 16 марта 1957 г. 5 лет со дня смерти академика Бориса Борисовича Полынова, имя которого широко известно натуралистам — почвоведам, географам, геологам и многим другим — как имя создателя геохимического направления в изучении природных ландшафтов.
В своей последней работе, оставшейся незаконченной Б. Б. Полы-нов обращал особое внимание на то, что при всякого рода изысканиях, связанных с крупными социалистическими стройками, направленными к преобразованию природы, как никогда требуется тесная координация в работе специалистов разного профиля. Это определяется, с одной стороны, тем, что каждое большое строительство охватывает многие отрасли хозяйства, а с другой — тем, что осуществляемые мероприятия изменяют природные условия не только в пределах данного строительства, но и на обширной соприкасающейся с ним площади.
Организация территории должна проводиться в общем плане, а участники работ обязаны, каждый с позиций своей специальности, решать одну общую задачу.
Подобные комплексные исследования требуют глубокого теоретического подхода и разработки специальных методов. Б. Б. Полынов считал, что роль науки, «которая бы учила синтезу специальностей», призвано играть геохимическое направление в географии.
Новое учение о геохимии ландшафтов создавалось в процессе развития идей русских и советских ученых и прежде всего В. В. Докучаева и В. И. Вернадского. Изложение его основ Б. Б. Полынов начал в монографии, задуманной им как вторая часть «Коры выветривания». К большому сожалению, им завершена только первая глава. Однако основные его идеи были сформулированы в блестящих уже опубликованных трудах и развитие их можно проследить на протяжении всего творческого пути Бориса Борисовича. В настоящее время это учение имеет все черты самостоятельной научной дисциплины со своими определенными объектами исследования, своей разработанной теорией и специальной методикой, которая может применяться в различных отраслях народного хозяйства.
Основными методологическими предпосылками учения Б. Б. Полынова о геохимии ландшафтов является представление о природе как едином целом, о цикличности процессов в земной коре и об огромной роли живого вещества в этих циклах. При этом Борис Борисович постоянно подчеркивает два момента. Во-первых то, что «круговорот материи в земной коре не есть вполне обратимый процесс, что он не приводит всю материю целиком в первоначальное исходное состояние, но имеет определенное поступательное движение, которое должно привести к иному, по сравнению с настоящим, распределению элементов и их форм» 2. Во вторых то, что каждый цикл составляет часть другого, более крупного.
При изучении круговорота элементов в коре выветривания Б. Б. Полынов исходит из представления о миграционной способности элементов, под которой он понимает способность соединений этих элементов переходить в растворы природных вод. Изучение закономерностей миграции элементов проводится Б. Б. Полыновым в отношении трех основных типов земной поверхности: 1) водоразделов, 2) низменных равнин и 3) поверхностей, покрытых водными бассейнами. Огромная роль в процессах миграции элементов принадлежит геохимической деятельности организмов.
Примером самого крупного для коры выветривания цикла миграции элементов является распределение их между сушей и океаном, происходящее за отрезок времени, в течение которого сменяются фазы: орогенеза (и эпейрогенеза) — образования возвышенностей, глиптогенеза — их истирания и переноса материала в нижележащие области суши и морских впадин и литогенеза — возникновения новых горных пород при выходе морских осадков на сушу; с этой последней фазой возобновляется последующий цикл распределения элементов.
На фоне этого общего цикла осуществляется бесчисленное множества более частных, в том числе и почвенных циклов, связанных с обменом элементов между горными породами и организмами в самом поверхностном слое коры выветривания.
Соответственно такому подходу Б. Б. Полынов разрабатывает и оригинальную методику геохимического исследования ландшафта. Одним из основных методических приемов является расчет рядов миграционной способности элементов в указанном большом гипергенетическом цикле. Со-поставив многочисленные анализы состава горных пород, омывающих их речных вод и воды океана, Б. Б. Полынов установил относительную скорость миграции наиболее распространенных элементов и составил так называемые ряды миграции. Эти ряды, как указывает Борис Борисович, отражают геохимическую сторону глиптогенеза и представляют собой средние величины миграционной способности химических элементов. Такие ряды могут быть составлены и для каждого частного ландшафта. Сравнение их с рядами большого гипергенетического цикла позволяет выяснить основные особенности миграции элементов в данном ландшафте.
Другим приемом является предложенный Б. Б. Полыновым метод сопряженного исследования горных пород, почвенного профиля, растительности и природных вод в пределах ландшафтов (элювиального, супераквального и субаквального), соответствующих каждому из трех указанных выше положений поверхности — как называет Б. Б. Полынов, исследование «профиля профилей».
Не останавливаясь здесь на схеме этого метода, описанного Б. Б. Полыновым в двух специальных статьях 3, укажем лишь, что основной его* задачей является выяснение геохимической судьбы элементов и установление форм их соединений в исходной породе, закономерностей поглощения элементов растительными организмами, характера остаточных продуктов, характера новых образований, возникающих в самом организме, различных трансформаций этих соединений в почвах, куда они попадают после минерализации органических остатков, и их дальнейших превращений на пути миграции с природными водами.
Б. Б. Полынов показывает, что в ландшафтах разных природных зон в процессе почвообразования создаются различные соединения, обладающие неодинаковой устойчивостью в зависимости от степени подвижности элементов в данных условиях, и что подвижность элементов растет по мере продвижения от засушливых районов к влажным.
Проследить путь миграции элементов в разных природных условиях и выяснить характер разнообразных продуктов, которые при этом возникают, и является задачей геохимии ландшафта. В настоящее время уже накопились данные для ряда элементов, относящиеся к некоторым отрезкам их истории.
В качестве примера можно привести путь миграции кальция в коре выветривания, начиная от момента выхода его из состава первичной изверженной породы при поселении на ней литофильной растительности.
Органические кислоты, вырабатываемые этими растениями, воздействуют на силикатные минералы породы, образуют с кальцием соли, переходящие в раствор, и кальций приобретает способность к миграции. Большая его часть тут же захватывается растениями, внутри тел которых он в результате физиологических процессов выделяется в виде кристаллического оксалата. Создается новая форма его соединения уже в другом природном теле — растительном организме. При отмирании растений и минерализации их остатков кальций вновь может переходить в раствор. Далее его судьба оказывается различной. Одна часть его снова захватывается растениями, другая — выпадает из растворов в поверхностной части коры выветривания в форме мелкокристаллического кальцита, некоторая же часть удаляется с мигрирующими водами и попадает в область накопления континентальных насосов. Развивающаяся здесь высшая растительность (древесная и травянистая) также активно захватывает кальций в процессе минерального питания; в ее тканях создаются свои характерные, присущие тому или иному виду растений формы кристаллов, количество которых особенно велико в тех районах, где природные воды богаты кальцием. В дальнейшем кальций, с одной стороны, попадает в составе растительной пищи в животные организмы, где создается ряд уже иных — преимущественно кальций — фосфор — органических соединений. С другой стороны, из минерализующихся растительных остатков кальций непрерывно поступает в природные растворы и в зависимости от природных условий или находится преимущественно в растворенном состоянии и удаляется от места своего образования, или же выпадает из растворов в виде новообразованных почвенных минералов — кальцита, арагонита, доломита, гипса и др. Кальций, выносимый за пределы почвообразования с грунтовыми водами, водами ручьев и рек, попадает в озера, моря и океаны. Здесь происходит новое преобразование его соединений: он или остается в растворе, или выпадает в осадки, или входит в состав тел морских организмов, строящих из него панцыри, раковины и т. п. При отмирании организмов эти обогащенные кальцием части накапливаются на дне и участвуют в создании осадочных органогенных пород. Когда же в результате тектонических процессов осадочные породы выходят на дневную поверхность, кальций включается в новые циклы миграции в коре выветривания.
В подобные циклы вовлекаются все элементы и круговорот многих из них описан в «Коре выветривания». Особого внимания заслуживают циклы миграции кремнезема, алюминия и железа, изучение которых привело Б. Б. Полынова к представлению о существовании биогенных глин.
Б. Б. Полынов показывает, что химический элемент, претерпевая многократные превращения на своем миграционном пути и участвуя в ряде процессов, является звеном той цепи, которая связывает в единое целое и природные тела различных категорий и различные явления. Как истинный последователь Докучаева, он раскрывает в своем учении закономерные связи и взаимоотношения между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой.
В настоящее время метод Б. Б. Полынова получает большое распространение и прежде всего, понятно, в почвоведении. Правда, пока он еще только в отдельных случаях применяется в том полном объеме, какой имел в виду Б. Б. Полынов, т. е. в смысле приложения различных методов (химического, минералогического, микробиологического, рентгенометрического и т. п.) к определенным сопряженным ландшафтам водоразделов и депрессий, в которых прослеживалась бы связь мигрирующих элементов в почвах, растениях, породах, природных водах и. т. д. Но уже и сейчас многие исследователи пользуются указанной методикой. Во всяком случае анализы золы растений, их опада, минерализующихся подстилок совместно с анализами почв и почвенно-грунтовых вод все шире применяются в почвоведении.
Метод Б. Б. Полынова должен найти широкое применение при детальном картировании почв. Особенно большое значение он получает теперь, когда развертываются работы по оценке земель новых экономических районов нашей страны.
Изучение ландшафтов послужило к усиленному развитию и почвенной минералогии, которая при введении приемов сопряженного анализа приобрела новые оригинальные черты. Она имеет теперь предметом своих исследований не только породы и почвы, но и растения, и растительные остатки, и новые минеральные и органо-минеральные продукты почвообразования. Эта минералогия призвана выяснить формы различных соединений, образующихся в процессе миграции элементов в разных природных условиях; она вскрывает крупную роль организмов в минерало-образовании.
Другой областью, в которой метод геохимии ландшафта начинает завоевывать не только признание, но и практическое применение, являются геологические исследования, связанные с поисками полезных ископаемых Здесь уже собран большой фактический материал по геохимии редких и рассеянных элементов, позволивший дополнить ряды миграции Б. Б. Полынова в отношении этих элементов. Их место в рядах, указывающих из парагенетические сочетания тех или иных элементов, служит определенным поисковым признакам. С помощью этого метода были открыты некоторые рудные месторождения, в частности урановые руды; он был успешно применен при поисках нефти и. т. п. Особенно показательным является факт включения методов Б. Б. Полынова в поисковую программу Министерства геологии и охраны недр.
Мы не будем здесь останавливаться на тех широких возможностях использования этого метода в географии. Созданное Б. Б. Полыновым геохимическое направление в изучении ландшафтов дает специалистам различных отраслей естествознания и руководящие идеи, и общий единый метод комплексного исследования природы.