Окислительно-восстановительные 3 страница

Вопрос 18.

Сера также является одним из элементов, играющих чрезвычайно важную роль в круговороте веществ биосферы. Она относится к числу химических элементов, наиболее необходимых для живых организмов. В частности, она является компонентом аминокислот. Она предопределяет важные биохимические процессы живой клетки, является незаменимым компонентом питания растений и микрофлоры. Соединения серы участвуют в формировании химического состава почв, в значительных количествах присутствуют в подземных водах, что играет решающую роль в процессах засоления почв. основным резервуаром, из которого она черпается живыми организмами, является литосфера. Это обусловлено тем, что устойчивое существование сернистых соединений в условиях современной атмосферы Земли, содержащей свободный кислород и пары Н₂О, невозможно. Сероводород (H₂S) в кислородной среде окисляется, а кислородные соединения серы, реагируя с Н2О, образуют серную кислоту H₂SO₄, которая выпадает на поверхность Земли в составе кислотных дождей. В составе земной коры соединения серы существуют, в основном, в двух минеральных формах: сульфидной (соли сероводородной кислоты) и сульфатной (соли серной кислоты). Редко встречается самородная сера, которая неустойчива и склонна, в зависимости, от значений окислительно-восстановительного потенциала среды, формировать или кислородные, или водородные соединения. Именно в этой, сульфатной форме сера, в составе водных растворов, эффективно усваивается растениями, а далее – животными организмами. Усвоению способствует то, что сульфатные соединения серы способны накапливаться в почвах, участвуя в процессах обменной сорбции и входя при этом в состав почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Разложение органического вещества в кислородной среде приводит к возвращению серы в почву и природные воды. Сульфатная сера мигрирует в водных растворах, и может снова использоваться растениями. Биогеохимический цикл серы состоит из 4 стадий:

1. Усвоение соединений серы живыми организмами (растениями и бактериями) и включение серы в состав белков и аминокислот.

2. Превращение органической серы живыми организмами (животными и бактериями) в конечный продукт – сероводород.

3. Окисление минеральной серы живыми организмами (серобактериями, тионовыми бактериями) в процессе сульфатредукции. На этой стадии происходит окисление сероводорода, элементарной серы, ее тио- и тетрасоединений.

4. Восстановление минеральной серы живыми организмами (бактериями) в процессе десульфофикации до сероводорода. Таким образом, важнейшим звеном всего биогеохимического цикла серы в биосфере является биогенное образование сероводорода.

К характерным особенностям круговорота серы можно отнести второстепенную роль процессов атмосферной миграции, а также многообразие форм нахождения, обусловленное переходом её из сульфидных форм в сульфатные и обратно, в зависимости от изменения окислительно-восстановительных условий.

Промышленные процессы выносят в атмосферу большое количество серы. В отдельных случаях значительная концентрация соединений серы в воздухе служит причиной нарушений в окружающей среде, в том числе, кислотных дождей. Антропогенное поступление серы в биосферу существенно изменяет круговорот этого элемента, а приход серы в биосферу превышает ее расход, в результате чего, должно происходить постепенное ее накопление.

Вопрос 19.

Кремний является вторым по распространенности (после кислорода) химическим элементом в земной коре. Недаром В.И. Вернадский считал, что никакой организм в биосфере не может существовать без кремния, необходимого для образования клеток и тканей растений и животных, их скелетов. Живое вещество извлекает кремний из природных вод и почв для питания и функционирования биохимических процессов, высвобождая его затем с экскрементами и при отмирании. В результате отмирания миллиардов организмов огромные массы кремнезема откладываются на дне водоемов. Так формируется биогеохимический цикл кремния. Страхов доказал возможность исключительно биогенного извлечения SiO2 из поверхностных вод. Однако поступление растворенного кремнезема в океан с суши недостаточно для нормального развития фитопланктона. Именно поэтому в умеренных и тропических широтах в океане слабо развиты организмы с кремнистым скелетом. важнее другая, более динамичная ветвь круговорота, которая и является собственно цикличной. Это тот кремний, который много раз за год переходит из организмов фитопланктона в окружающую среду и обратно. В этих переходах проявляется наиболее важная функция водного биогеохимического цикла кремния – функция массо- и энергопереноса вещества из поверхностных в более глубокие зоны Мирового океана.

Вторая особенность биогеохимического цикла кремния в Мировом океане – его неразрывная связь с углеродом.

Континентальная ветвь круговорота кремния сложна. Водная миграция кремнезема тесно связана с ландшафтно-геохимическими условиями: составом растительности, и литологией подстилающих отложений. Мощным механизмом, приводящим в движение этот круговорот является растительный покров суши, в котором происходят разнообразные процессы образования содержащих кремний органогенных минералов (биолитов). Под биолитами в данном случае понимаются минералы, образующиеся внутри организма в процессе его жизнедеятельности. Их роль в круговороте кремния чрезвычайно велика, но изучена недостаточно. В основном, кремнезем инкрустирует клеточные оболочки. Больше всего биолитов кремнезема содержат злаки, осоки, хвощи, папоротники, мхи, пальмы, хвоя сосен, елей, листья и кора вяза, осины, дуба. В результате воздействия аэрозолей кремнезема на живые организмы (животные и человек) развивается серьезное заболевание – силикоз.

Вопрос 20.

Алюминий один из трех наиболее распространенных элементов земной коры. Его кларк – 8,05. Железо по распространенности занимает второе место после алюминия среди металлов и четвертое среди всех элементов земной коры. Его кларк составляет 4,65. Содержание марганца в земной коре значительно ниже -0,1%. Железо и марганец активно вовлекаются в биологический круговорот, так как входят в состав многих ферментов. Железо участвует в образовании хлорофилла и входит в состав гемоглобина. Марганец принимает участие в окислительно-восстановительных реакций – дыхании, фотосинтезе и усвоении азота. Участие алюминия в биологическом круговороте ограничено. Биогеохимичекие циклы железа и марганца в решающей степени зависят от условий увлажнения, реакции среды, степени аэрации почвы, условий разложения органического вещества. Миграция алюминия в меньшей степени зависит от окислительно-восстановительных условий, так как он обладает постоянной валентностью. Слабая подвижность алюминия определяет остаточное (за счет выноса более подвижных элементов) накопление его гидроксидов в коре выветривания влажных тропиков и образование бокситов. Известно, что соединения алюминия, железа и марганца в почвах с промывным режимом мигрируют в вертикальном направлении и образуют иллювиальные горизонты, обогащенные полуторными окислами и марганцем. Соединения железа и марганца активно мигрируют с боковым внутрипочвенным стоком, образуя скопления конкреций в болотах луговых и глеевых почвах, мелководных озерах и лагунах. Это свидетельствует о способности этих соединений мигрировать на весьма большие расстояния. Миграция железа и марганца возможна и в составе живого вещества. После отмирания организмов и их минерализации в почве часть этих элементов закрепляется в почве, другая же часть поступает в природные воды. Возвращаясь в почву, они начинают новый биогеохимический цикл. В результате процессов выветривания железо в огромных количествах выносится в океаны. Вынос железа реками в океан происходит в разнообразных формах – в виде грубых взвесей обломков минералов и пород, содержащих железо в кристаллической решетке (силикатов, в т.ч. глинистых минералов), в виде коллоидов, содержащих железо в абсорбированном состоянии, в виде гидратов, гуматов и органических соединений закисного железа.

Недостаток железа приводит у растений к заболеванию, известному под названием хлороз. Однако непосредственное накопление железа в значительных количествах характерно лишь для немногих организмов. Биогеохимический цикл железа и марганца существенно нарушается техногенными процессами. В ноосфере алюминий играет исключительно важную роль.

 

Вопрос 21.

Кларк кальция в литосфере составляет 2,96 %. Кальциевые силикаты неустойчивы в зоне гипергенеза и при выветривании горных пород разрушаются в первую очередь. Поэтому кальций активно вовлечен в процессы геологического круговорота веществ.

Кальций обладает относительно высокой миграционной способностью, во многом определяемой особенностями климата. В гумидных условиях при активном развитии в почвах процесса выщелачивания он выносится в реки, озера, моря. Здесь кальций активно потребляется морскими организмами и накапливается после их отмирания в виде карбонатных отложений

Кальций играет важную роль в процессах почвообразования, он входит в состав почвенно-поглощающего комплекса, участвует в обменных реакциях почвенного раствора, обусловливая высокую буферную способность почв в кислом интервале среды. Гуматы кальция играют также важную роль в формировании структуры почвы, во многом обеспечивая ее водопрочность.

В почвах кислого ряда, наблюдается явление биогенного накопления кальция в подстилке и аккумулятивных поверхностных горизонтах. Он входит в группу элементов-биофилов, т.е. таких элементов, которые обязательно входят в состав живого. Поэтому кальций активно участвует в биологическом круговороте: на территории Европейской части СНГ. Размеры вовлечения кальция в биологический круговорот очень сильно различаются в разных природных зонах. В настоящее время растительность полей выносит ежегодно только 30-50 кг/ га кальция, но большая его часть отчуждается с урожаем.

Но нарушение биогеохимического круговорота кальция в настоящее время происходит не только и не столько за счет отчуждения части его с сельскохозяйственной продукцией, но и за счет использования карбонатных пород в строительстве, сельском хозяйстве (известкование почв), металлургической промышленности.

 

Кларк магния в земной коре 1,87%, но распределение его очень неоднородно: если в ультраосновных породах его концентрация составляет 25,9%, то в основных - 4,5%, в кислых - 0,3%. По размеру ион Mg²⁺ такой же, как у никеля, близок к железу и кобальту, входит в состав оливинов и пироксенов.

В то же время магний накапливается в океане и соля­ных озерах и по миграционной способности он прибли­жается к таким элементам, как натрий и калий.

Магний - биофильный элемент. Его кларк в живом веществе 0,02. Магний входит в состав хлорофилла, ко­торый при его недостатке разрушается. Тем не менее биофиль­ность магния ниже, чем у калия и кальция.

В гумидных ландшафтах магний выщелачивается из почв, хотя по сравнению с кальцием его подвижность ниже. Обусловлено это наличием нескольких геохими­ческих барьеров. Во-первых, он активно используется живым веществом; во вторых, так же как и калий, вхо­дит в кристаллические решетки вторичных силикатов,

Поглощается сорбционным путем глинисты­ми коллоидами и гумусом. В то же время значительная часть магния выносится с жидким стоком, и в грунто­вых и речных водах магний стоит на втором месте пос­ле кальция.

В аридных ландшафтах на распределение магния вли­яет высокая растворимость его хлоридов и сульфатов. В результате наблюдается накопление этих солей на испа­рительных барьерах и формирование солончаков.

Кларк магния в океане 0,13%. В океан магний попадает из выветривающихся горных пород, и масштабы этого по­ступления в прошлом были весьма значительны

Технофильность магния значительно ниже, чем у кальция и натрия. В целом для биогеохимических циклов щелочных и щелочноземельных металлов характерна незамкнутость глобальных годовых циклов.

 

Вопрос 22.

Кларк натрия в литосфере 2,46%, в живом веществе - 0,008%. Это свидетельствует о низком потреблении натрия живым веществом, тем не менее, в малых количествах он необходим всем живым организмам, поэтому его вов­леченность в биологические круговороты весьма суще­ственна. Однако в условиях влажного климата натрий легко выходит из биологического круговорота и выно­сится с жидким стоком за пределы ландшафта. В резуль­тате наблюдается общее обеднение последнего натрием. Содержание натрия в растительных организмах обыч­но очень низкое, но дефицитность его для них не отме­чена. Животные организмы нуждаются в повышенных количествах этого элемента, так как он влияет на дея­тельность сердечно-сосудистой системы и почек. Поэто­му доказана необходимость подкормки животных пова­ренной солью. В сухом климате натрий концентрируется в грунто­вых и озерных водах, в результате испарительного ба­рьера накапливается в солончаковых почвах. Соответ­ственно и растительность галофитных сообществ харак­теризуется высокой концентрацией натрия: до 8%.

Тем не менее, роль биологического круговорота в геохимической истории натрия сравнительно не велика. Зато очень значительна его водная миграция. По осо­бенностям миграции в биосфере натрий весьма схож с хлором. Он образует легкорастворимые соли, поэтому накапливается в Мировом океане, участвует в атмосфер­ной миграции. Техногенез внес существенные коррективы в биогео­химические пути миграции натрия. Основное значение имеет добыча поваренной соли, а также соды, мирабили­та. Такое явление, как орошение земель в засушливых регионах, также влияет на характер биогеохимических циклов натрия.

Кларк калия в земной коре составляет 2,89%. Сум­марно в гранитной оболочке Земли, осадочной толще, оке­ане и т.д. содержится 236,7х10¹⁵ тонн. Большая часть калия остается в составе вторич­ных глинистых минералов, поэтому калий прочнее удерживается в пределах Мировой суши, чем кальций и натрий. И все же частичное высвобождение ионов калия происходит, и они активно вовлекаются в био­логические круговороты.

Обусловлено это тем, что калий играет важную роль в жизни живых организмов. Он принимает участие в фотосинтезе, влияет на углеводный и белковый обме­ны, усиливает образование сахаров в листьях и пере­движение их в другие органы. Кроме того, калий улуч­шает поступление воды в клетки растений и понижает процесс испарения, тем самым увеличивая устойчи­вость растений к засухе. Недостаток калия в почве приводит к значительному снижению урожайности ра­стений. Именно поэтому кларк калия в живом веще­стве такой же высокий, как у азота: он составляет 0,3%. В сухом веществе некоторых видов растительных организмов содержание калия значительно выше. Так, многа калия накапливают морские водоросли (до 5,2%; Боуэн, 1966).

В биологический круговорот на суше вовлекается ежегодно около 1,8 х 10⁹ тонн (Добровольский, 1998).

Освобождающаяся из системы биологического кругово­рота на суше масса калия частично задерживается в мер­твом органическом веществе и сорбируется минераль­ной частью почвы, частично вовлекается в водную миг­рацию. Калий актив­но мигрирует в системе поверхность океана - атмосфе­ра в составе аэрозоля: средняя концентрация элемента в океанических атмосферных осадках над океаном 0,15%. Концентрация калия в континентальных атмос­ферных осадках заметно выше, в среднем 0,7%. Значи­тельное количество элемента переносится пылью с суши в океан

 

Вопрос 23.

Современные промышленные процессы связаны с выбросом в атмосферу, почвы и воды огромных количеств токсических веществ. Одни из них - биоциды - прямо поступают в окружающую среду при сельскохозяйственном использовании. Другие - тяжелые металлы, нефть, продукты сгорания нефти и нефтепродуктов, оксиды азота, серы, углерода - входят в биосферу в виде отходов машиностроения, транспорта, теплофикации, энергетики, строительства и т.д. Многие из этих токсикантов различными путями попадают в пищевые цепи экосистем. Наиболее значительные изменения происходят на локальном уровн. 166 городов страны, почвы которых обследованы наиболее полно, были ранжированы Ю. К. Вертинским, В. Г. Козьминой, А. М. Лишановой (1992) по суммарному показателю загрязнения почв металлами, утвержденному Минздравом СССР в 1987 году. Этот показатель рассчитывают по следующей формуле:

Zc = Y^KCi-{n-l)

где n - число определяемых металлов;

Кс. - коэффициент концентрации металла, который определяется отношением содержания металла в почве к фоновому содержанию металла.

Многочисленными опытами установлено, что особо токсичными являются следующие 9 элементов: Cr, As, Ni, Sb, Pb, Mo, Cd, Hg, Та.

Польские ученые провели ранжирование тяжелых металлов по потенциалу загрязнения на 4 группы. К группе элементов с очень высоким потенциалом загрязнения отнесены: Cd, Hg, Pb, Си, TI, Sn, Cr, Sb, Ag, Au.

К группе элементов с высоким потенциалом загрязнения относятся: Bi, U, Mo, Ba, Mn, Ti, Fe, Se, Те. К группе элементов со средним потенциалом загрязнения относятся: F, Be, V, Rb, Ni, Со, As, Li, Ge, In, B, Br, I, Cs, W, Al. Элементы со слабым потенциалом загрязнения: Sr, Zr, La, Nb.

Как видно, из первой группы (с очень высоким потенциалом загрязнения) 4 металла - Pb, Hg, Cd, Cr - дают наиболее токсичные соединения.

Поэтому необходимы регулярные режимные наблюдения за источниками поступлений наиболее опасных элементов в почвы, за уровнем содержания их в почвах, продуктах питания, питьевых водах и сопоставление почвенно-геохимических карт с данными о здоровье, смертности, болезнях населения.

Общеизвестно накопление свинца и цинка в зонах напряженного автотранспорта, вдоль автострад, и в индустриальных центрах. Почвы сельской местности содержат свинца в 10-20 раз меньше, чем почвы городских районов

Имеет значение и то, что почвы вдоль автомагистралей характеризуются облегченным гранулометрическим составом (за счет посыпания дорог песком в зимнее время года). Доступность тяжелых металлов растениям - не постоянна. Она варьирует от одного вида растений к другому, зависит от почвенных и климатических условий. У каждого вида растений концентрации тяжелых металлов могут варьировать в различных частях и органах, а также в зависимости от возраста растений.

К почвенным факторам, значительно влияющим на доступность тяжелых металлов, относятся: гранулометрический состав, реакция среды почвы, содержание органического вещества, катионнообменная способность и дренаж.

Металлы могут образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, и поэтому в почвах с высоким содержание гумуса они менее доступны для погло-щения растениями.

Обменная емкость катионов. Зависит в основном от содержания и минералогического состава глинистой части почв и содержания органического вещества. Чем выше обменная емкость катионов, тем больше удерживающая способность почв по отношению к ТМ.

Дренаж почв. Избыток воды в почве способствует появлению в ней металлов с низкой валентностью в более растворимой форме.

Веществами-индикаторами стресса окружающей среды наряду с другими тяжелыми металлами являются приоритетные загрязнители биосферы - ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь. Увеличение их концентрации в воде, почве, в воздухе и биоте является прямым показателем опасности для животных и человека.

 

Вопрос 24.

Элементами биогеохимического круговорота веществ являются следующие составляющие.

1. Регулярно повторяющиеся или непрерывно текущие процессы притока энергии, образование и синтез новых соединений.

2. Постоянные или периодические процессы переноса или перераспределения энергии и процессы выноса и направленного перемещения синтезированных соединений под влиянием физических, химических и биологических агентов.

3. Направленные ритмические или периодические процессы последовательного преобразования: разложения, деструкции синтезированных ранее соединений под влиянием биогенных или абиогенных воздействий среды.

4. Постоянное или периодическое образование простейших минеральных и органоминеральных компонентов в газообразном, жидком или твердом состоянии, ко-торые играют роль исходных компонентов для новых, очередных циклов круговорота веществ.

В природе протекают как биологические циклы веществ, так и абиогенные циклы.

Биологические циклы - обусловлены во всех звеньях жизнедеятельностью организмов (питание, пищевые связи, размножение, рост, передвижение метаболитов, смерть, разложение, минерализация).

Абиогенные циклы - сложились на планете намного раньше биогенных. Они включают весь комплекс геологических, геохимических, гидрологических, атмосферных процессов.

В условиях развитой биосферы круговорот веществ направляется совместным действием биологических, геологических и геохимических факторов. Соотношение между ними может быть разным, но действие обязательно совместным. Именно в этом смысле употребляются термины - биогеохимический круговорот веществ, биогеохимические циклы.

Ненарушенные биогеохимические циклы носят почти круговой, почти замкнутый характер. Неполная замкнутость биогеохимических циклов в геологическом времени приводит к миграции и дифференциации элементов и их соединений в пространстве и в различных средах, к концентрированию или рассеянию элементов. Именно поэтому наблюдают биогенное накопление азота и кислорода в атмосфере, биогенное и хемогенное накопление соединений углерода в земной коре (нефть, уголь, известняки).

 

Вопрос 25.

Обязательными параметрами для изучения биогеохимических циклов в природе являются следующие показатели.

1. Биомасса и ее фактический прирост (фито-, зоо-, микробная масса отдельно).

2. Органический опад (количество, состав).

3. Органическое вещество почвы (гумус, неразложившиеся органические остатки).

4. Элементный вещественный состав почв, вод, воздуха, осадков, фракций биомассы.

5. Наземные и подземные запасы биогенной энергии.

6. Прижизненные метаболиты.

7. Число видов, численность, состав.

8. Продолжительность жизни видов, динамика и ритмика жизни популяций и почв.

9. Эколого-метеорологическая обстановка среды: фон и оценка вмешательства человека.

10 Охват точками наблюдений водораздела, склонов, террас, долин рек, озер.

11 Количество загрязнителей, их химические, физи-ческие, биологические свойства (особенно СО, С02, S02, Р, N03, NH3, Hg, Pb, Cd, H2S, углеводороды).

Для оценки характера биогеохимического круговорота экологи, почвоведы, биогеохимики используют следующие показатели.

1. Содержание зольных веществ, углерода и азота в биомассе (надземной, подземной, фито-, зоо-, микробной), % или в г/м2, т/га поверхности. Главными составными элементами живого вещества по массе являются О (65— 70%) и Н (10%).

Химический состав фитомассы сильно варьирует. Особенно различен состав фитомассы хвойных и лиственных лесов, травянистой растительности и галофитов.

Индивидуальная значимость того или иного химического элемента оценивается коэффициентом биологического поглощения (КБП). Рассчитывают его по формуле:

КБП= содержание элемента в золе растений (по массе) / содержание элемента в почве (или в земной коре)

2. В 1966 году В. А. Ковда предложил использовать для характеристики средней продолжительности общего цикла углерода отношение учтенной фитобиомассы к годичному фотосинтетическому приросту фитомассы. Этот коэффициент характеризует среднюю продолжительность общего цикла синтеза - минерализации биомассы в данной местности (или на суше в целом). Расчеты показали, что для суши в целом этот цикл укладывается в период 300-400 и не более 1000 лет.

3. Для общей оценки биогеохимического значения минеральных компонентов живого вещества биосферы В. А. Ковда предложил сопоставлять запас минеральных веществ биомассы, количество минеральных веществ, ежегодно вовлекаемых в оборот с приростом и опадом, с годовым химическим стоком рек.

Большая часть веществ, растворенных в речных водах, прошла через биологический круговорот системы растения - почвы до того, как она влилась в геохимическую миграцию с водой в направлении океана или внутриматериковых впадин. Сопоставление проводят, рассчитывая индекс биогеохимического круговорота:

Индекс БГХК= сумма элементов (или количество одного элемента) в годовом приросте биомассы/сумма этих же элементов (или одного элемента), выносимых водами рек данного бассейна (или части бассейна).

Оказалось, что индексы биогеохимического круговорота очень сильно варьируют в различных климатических условиях, под покровом различных растительных сообществ, при различных условиях естественного дренажа.

4. Н. И. Базилевич, Л. Е. Родин (1964) предложили рассчитывать коэффициент, характеризующий интенсивность разложения опада и длительность сохранения подстилки в условиях данного биогеоценоза:

масса подстилки /масса годичного опада

5. Б. Б. Полынов (1936) предложил рассчитывать индекс водной миграции:

ИВМ = количество элемента в минеральном остатке выпаренной речной или грунтовой воды/ содержание этого же элемента в земной коре или породе.

Расчет индексов водной миграции показал, что наиболее подвижные мигранты в биосфере - Cl, S, В, Br, I, Са, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo. Наиболее пассивны в этом отношении - Si, К, Р, Ва, Мп, Rb, Си, Ni, Со, As, Li, Al, Fe.

 

Вопрос 26.

Данные геологии и палеоботаники позволили В. А. Ковде в общих чертах представить важнейшие этапы развития почвообразовательного процесса в связи с историей развития растений и растительного покрова (1973). Начало почвообразовательного процесса на Земле связано с появлением автотрофных бактерий, способных к самостоятельному существованию в наиболее неблагоприятных гидротермических условиях. Таким образом, первый синтез органического вещества и биологические циклы С, S, N, Fe, Mn, 02, Н2 в земной коре были связаны с деятельностью автотрофных бактерий, использующих кислород минеральных соединений. В возникновении почвообразовательного процесса, возможно, наряду с автотрофными бактериями играли какую-то роль и неклеточные формы жизни типа вирусов и бактериофагов. Конечно, это не был почвообразовательный процесс в современном виде, так как не было корневых растений, не было скоплений гумусовых соединений и биогенного механизма. И, по-видимому, правильнее говорить о первичном биогеохимическом выветривании горных пород под воздействием низших организмов.

В докембрии появились одноклеточные сине-зеленые водоросли. С силура и девона распространились многоклеточные водоросли - зеленые, бурые, багряные. Почвообразовательный процесс усложнился, ускорился, начался в заметных количествах синтез органического вещества, и наметилось расширение малого биологического круговорота О, Н, N, S и др. элементов питания. По - видимому, как считает В.А. Ковда, почвообразовательный процесс на этих стадиях сопровождался накоплением биогенного мелкозема. Стадия первоначального почвообразования была очень длительной и сопровождалась медленным, но непрерывным накоплением биогенного мелкозема, обогащенного органическим веществом и элементами, вовлекаемыми в биологический круговорот: Н, О, С, N, Р, S, Са, К, Fe, Si, А1. На этой стадии уже мог проходить биогенный синтез вторичных минералов: алюмо- и феррисиликатов, фосфатов, сульфатов, карбонатов, нитратов, кварца, а почвообразование было приурочено к мелководным областям. На суше оно имело скальный и болотный характер.

В кембрии появились и псилофиты - низкорослые растения кустарникового типа, не имевшие даже корней. Они получили некоторое распространение в силуре и значительное развитие в девоне. В это же время появляются хвощи и папоротники - обитатели влажных низменностей. Таким образом, относительно развитая форма почвообразовательного процесса началась с силура и девона, т.е. около 300-400 млн. лет назад. Однако дернового процесса не наблюдалось, так как не было травянистой растительности. Зольность папоротников и плаунов не высокая (4-6%), хвощей гораздо выше (20%). В составе золы преобладали К (30%), Si (28%) и С1 (10%). Грибная микрофлора способствовала вовлечению в биологический круговорот Р и К, а лишайники - Са, Fe, Si. Вероятно образование кислых почв (каолинито - выхаллитных, бокситовых) и гидроморфных почв, обогащенных соединениями железа.

Развитый почвообразовательный процесс сложился, по-видимому, лишь в конце палеозоя (карбон, пермь). Именно к этому времени относят ученые появление сплошного растительного покрова на суше, появились голосемянные растения. Преобладали ландшафты лесов и болот, сформировалась зональность климата на фоне господства теплого тропического и субтропического. Следовательно, в этот период преобладали болотный и лесной тропический почвообразовательные процессы.

Продолжался этот режим примерно до середины пермского периода, когда постепенно наступило похолодание и иссушение климата. Сухость и похолодание способствовали дальнейшему развитию зональности. Именно в этот период (вторая половина перми, триас) широкое развитие получили голосемянные хвойные растения. В высоких широтах в это время шло образование кислых подзолистых почв, в низких - почвообразование шло по пути развития желтоземов, красноземов, бокситов.

В юре появляются диатомовые водоросли, а в следующем за ней меловом периоде - покрытосемянные цветковые растения. С середины мелового периода широкое распространение получают лиственные породы - клен, дуб, береза, ива, эвкалипт, орех, бук, граб. Под их пологом начинает ослабевать подзолообразовательный процесс, так как в составе опада этих растений велика доля Са, Mg, К.