Введение

Тип почвы

Серпентинитовая почва – это редкий тип почвы, образующийся в результате выветривания ультрамафических пород, таких как перидотит и его метаморфических производных, например, серпентинит. Точнее говоря, серпентинитовая почва содержит минералы серпентининовой подгруппы, особенно антигорит, лизардит и хризотил, или белый асбест, которые обычно встречаются в ультрамафических породах. Термин "серпентин" обычно используется для обозначения как типа почвы, так и минеральной группы, составляющей ее материнскую породу. Серпентинитовые почвы обладают уникальными химическими и физическими свойствами и, как правило, считаются непригодными для сельского хозяйства. Почва часто имеет красноватый, коричневый или серый цвет из-за высокого содержания железа и низкого содержания органических веществ. Геологически, области с серпентинитовым основанием характеризуются крутыми склонами, скалистостью и подверженностью эрозии, что приводит к небольшой глубине многих серпентинитовых почв. Небольшая глубина почвы и скудная растительность приводят к повышенной температуре почвы и засушливым условиям. В совокупности эти факторы создают серьезные экологические проблемы для растений, произрастающих на серпентинитовых почвах.

Родительская порода

Серпентинит – метаморфическая порода, образующаяся в результате метаморфической реакции оливинсодержащих пород, таких как перидотит, с водой. Серпентинит имеет пестрый, зеленовато-серый или синевато-серый цвет и часто на ощупь восковый. В породе часто встречаются белые прожилки хризотила, являющегося разновидностью природного асбеста. Асбест связан с целым рядом заболеваний человека, таких как мезотелиома, возникающая при длительном вдыхании пыли, содержащей его частицы. Необходимо соблюдать осторожность при работе с серпентиновыми почвами или измельченным серпентинитом. Серпентинит чаще всего образуется в океанической коре вблизи поверхности Земли, особенно в местах циркуляции воды в охлаждающихся породах в районе срединно-океанических хребтов: массивы образовавшейся ультрамафической породы обнаруживаются в офиолитах, включенных в континентальную кору вблизи современных и древних границ тектонических плит. Серпентиновые почвы образуются из ультрамафических пород. Ультрамафические породы – это магматические или метаморфические породы, содержащие более 70% железо- и магнийсодержащих минералов.

Распространение

Серпентинные почвы широко распространены на Земле и частично соответствуют распространению офиолитов. Выходы серпентинизированных пород встречаются на Балканском полуострове, в Турции, на Ньюфаундленде, острове Кипр, в Альпах, на Кубе и в Новой Каледонии. Однако, большая часть серпентинизированных почв континента находится в Калифорнии.

Ботаника

С экологической точки зрения серпентинные почвы характеризуются тремя основными признаками: низкой продуктивностью растений, высоким уровнем эндемизма и типами растительности, отличными от растительности в соседних районах. Растительные сообщества, произрастающие на серпентинах, варьируются от влажных болот и низин до каменистых пустошей и должны быть способны выдерживать суровые условия бедных почв. В результате они часто резко отличаются от растительности на несерпентинных почвах, прилегающих к серпентинным. В Калифорнии типичными для серпентинных почв являются кустарники, такие как кожевенный дуб (Quercus durata) и белолистная манзанита (Arctostaphylos viscida ssp. pulchella). Адаптивный механизм к почвам с высоким содержанием магния направляет больше ресурсов на развитие глубоко проникающих корней. Тяжелые металлы подавляют рост, вызывают дефицит железа, хлороз и ограничивают развитие корневой системы. Растения, устойчивые к серпентину, эволюционно моложе растений, не растущих на серпентине. Гетерогенность серпентинных сообществ в сочетании с их пятнистым распространением ограничивает поток генов, но способствует видообразованию и диверсификации.

Серпентинные ливни

Серпентинные пустоши – уникальный экорегион, встречающийся в некоторых частях Соединенных Штатов на небольших, но широко распространенных участках Аппалачских гор и прибрежных хребтов Калифорнии, Орегона и Вашингтона. Богатые видами комплексы сообществ занимают 1,5% территории штата. В Калифорнии 10% растений штата являются эндемиками, произрастающими на серпентине. Пустоши формируются на выходах измененных ультрамафических офиолитов. Свое название они получили по минералам серпентиновой группы, что приводит к образованию серпентиновых почв с необычно высоким содержанием железа, хрома, никеля и кобальта. Серпентинные пустоши, как, например, в Грас-Вэлли, Калифорния, часто представлены лугами или саваннами в районах, где климат обычно благоприятствует росту лесов. Серпентиновые почвы можно улучшать для выращивания сельскохозяйственных культур и пастбищ для выпаса скота. Это достигается путем внесения в почву достаточного количества гипса. Добавление гипса способствует формированию более благоприятного соотношения кальция и магния, создавая лучший баланс питательных веществ для растений. Однако это может иметь последствия для скота, пасущегося на этих землях. В статье, опубликованной в журнале "Journal of Trace Elements in Medicine and Biology", было установлено, что у 20% пасущегося скота в почках обнаружены токсичные уровни никеля, а у 32% – токсичные уровни меди в печени. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, может ли это потенциально негативно сказаться на здоровье человека при употреблении говядины.

Примеры

Природный экологический район Солдаты Радости в округе Балтимор, штат Мэриленд, занимает 1900 акров серпентинитовых пустошей. На этой территории обитает более 38 редких, находящихся под угрозой исчезновения и исчезнувших видов растений, а также редкие насекомые, горные породы и минералы. Природный заповедник Рок-Спрингс в округе Ланкастер, штат Пенсильвания, является объектом, охраняемым Ланкастерским консервативным фондом и представляет собой типичный пример серпентинитовой пустоши. Изначально это была луговина, но подавление лесных пожаров привело к превращению территории в лес. Эта пустошь является местообитанием редкой змеиной астры (Symphyotrichum depauperatum), а также ряда редких видов мотыльков и шпорконосов. В округе Честер, штат Пенсильвания, Ноттингемский парк, также известный как Серпентинитовые пустоши, был рекомендован UMCES для присвоения статуса Национального природного памятника по ряду причин, включая поддержание популяции редких и эндемичных видов, сохранившейся популяции сосны и историческую значимость местности. Другой пример – Серпентинитовые пустоши Бак-Крик в Национальном лесу Нантахала в округе Клей, Северная Каролина. Преобладающими типами горных пород являются серпентинизированный дунит и оливин, глубина почвы варьируется, а скальные выходы составляют от 5 до 10% местной территории. Согласно Национальной классификации растительности США, данное сообщество относится к типу "Южный хребет Голубых гор – ультрамафитные скальные пустоши" и считается уникальным для района Бак-Крик. В 1995 году Лесная служба Соединенных Штатов начала активное природоохранное управление территорией, в основном с помощью контролируемых выжиганий, которые, в сочетании с ручной очисткой, способствовали восстановлению популяций ранее немногочисленных видов. Помимо более чем 20 видов растений, включенных в списки охраны природы, в 2004 году был описан астер Рианнон (Symphyotrichum rhiannon), который является эндемиком этих пустошей.