 |
Генезис, классификация и география почв
|
|
|
|
Выветривание.
Выветривание горных пород – начальный этап большого геологического круговорота веществ на земной поверхности.
Выветривание – совокупность сложных процессов количественного и качественного изменений горных пород и слагающих их минералов под воздействием агентов атмосферы, гидросферы и биосферы, ведущих к трансформации и транслокации вещественного состава поверхностных слоев литосферы и превращения ее в кору выветривания.
Выделяют физическое, химическое и биологическое выветривание.
Физическое выветривание – механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.
Оно протекает под воздействием резких колебаний температур (суточных и сезонных), которые приводят к возникновению процессов расширения–сжатия; при наличии воды, попадающей в трещины, создается капиллярное давление большой силы, еще интенсивнее разрушающее действие воды проявляется при замерзании (вода расширяется на 1/10 объема). Аналогичную роль выполняют кристаллизующиеся в трещинах соли (например, гипс при кристаллизации увеличивается в объеме на 1/3). Велика роль в этом виде выветривания корневых систем, выполняющих разрыхляющую работу. Кроме перечисленных факторов физического выветривания, следует упомянуть о том, что горные породы состоят из зерен различных минералов (гранит – из прочно скрепленных друг с другом кристаллов кварца, полевых шпатов, слюд и других минеральных зерен), которые при нагревании расширяются неодинаково и при частой смене температуры приводят к образованию сети тонких трещин.
Химическое выветривание – процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими его агентами являются вода, СО2, кислород и различные органические соединения преимущественно кислотного типа.
|
|
|
Идут реакции: растворения, окисления, гидратации и гидролиза минералов.
Растворение минералов в воде увеличивается при росте температуры, насыщении воды углекислым газом и повышении концентрации воздействующего раствора.
В результате выветривания путем растворения и выщелачивания граниты могут потерять 30–35% своей массы, базальты – 75–90%, а известняк – до 99%.
Гидролиз приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных металлов кристаллической решетки минералов на ионы водорода молекул воды:
KАlSi3O8 + H2О HАlSi3O8 + KOH →
ортоклаз
HАlSi3O8 + 4Н2О Al(OH)3 + 3H2SiO3,
2СаСО3 + Н2О Са(ОН)2 + Са(НСО3)2.
кальцит
Образующиеся при гидролизе первичных минералов катионы и коллоидные соединения кремния, алюминия служат исходным материалом для новообразования вторичных глинистых минералов, аккумулирующихся в корах выветривания.
Слюда → Гидрослюда → Иллит → Переходные → Монтмориллонит
минералы
Гидратация – химический процесс присоединения молекул воды к частицам минералов:
Fe2O3 + n H2O FeO(OH) + n H2O FeO(OH)3 + n H2O 2Fe2O3·3H2O.
гематит гетит гидрогетит лимонит
Окисление – наиболее распространенный и активный процесс выветривания минералов, заключающийся во взаимодействии минералов с кислородом:
4CaFeSi2O6 + O2 + 4H2CO3 + 6H2O → 4CaCO3 + 4FeOOH + 8H2SiO3.
авгит
Окислению подвергаются многочисленные минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы:
2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4,
12FeSO4 + 36H2O + 3O2 = 4[Fe2(SO4)3 · 9Н2О] + 2Fe2O3,
4FeS2 + 15O2 + 10H2O = 4 FeOOH + 8H2SO4.
В процессе окисления пирита, наряду с сульфатами и гидратами оксидов железа, образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов. Окислительные процессы ведут обычно к сильному подкислению среды и интенсивному выносу катионов в условиях достаточного увлажнения.
|
|
|
Наблюдаются и более сложные процессы превращения первичных минералов в глинистые:
слюда → гидрослюда → смешанослойные минералы → вермикулит → монтмориллонит
В результате химического выветривания разрушаются кристаллические решетки первичных минералов, порода обогащается глинистыми минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свойства, более характерные для почв.
Биологическое выветривание – механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности.
При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах, создавая условия для формирования почв. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные органические кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и др.), которые оказывают разрушающее действие на минералы. Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии – серную кислоту, усиливающие процесс выветривания.
Поскольку при выветривании элементарные процессы действуют с неодинаковой скоростью, а подвижность (степень выноса) продуктов выветривания также различна, формирующиеся коры выветривания образуют определенные хронологические ряды – хронокатены.
Б. Б. Полынов (1934) установил следующие стадии развития кор выветривания в элювиальном процессе: 1) обломочная; 2) обызвесткованная; 3) сиаллитная насыщенная; 4) сиаллитная ненасыщенная (выщелоченная); 5) аллитная. Среди них выделяют две главные: сиаллитную, распространенную в регионах с умеренно влажным климатом, которая характеризуется образованием глинистых минералов монтмориллонитовой группы и гидрослюд, а также сохранением устойчивых первичных минералов; аллитную, формирующуюся в условиях влажного субтропического и тропического климата, которая отличается почти полным разрушением первичных минералов (кроме кварца), выносом оснований и кремнезема, накоплением вторичных минералов группы гидроксидов Al, Fe, а также каолинита.
|
|
|
Дальнейшее развитие почвы в верхней части коры выветривания, формирование зрелых, полно развитых почв происходит уже под влиянием процесса почвообразования.
Кора выветривания – продукт разрушения, трансформации и переотложения горных пород. Почва – результат новообразования специфического биокосного природного тела, отличающегося наличием гумуса, определенным морфологическим строением профиля, появлением особых свойств и функций.
Почвообразование
Почвообразовательным процессом называется совокупность явлений превращения и перемещения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще.
Он относится к категории био-физико-химических процессов. Основными его агентами являются живые организмы и продукты их жизнедеятельности, вода, кислород воздуха и СО2.
Наиболее важные составные части почвообразовательного процесса:
1) превращение (трансформация) минералов почвообразующих пород, а затем и самой почвы;
2) накопление органического вещества и его трансформация;
3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органоминеральных соединений (ОМС);
4) аккумуляция в верхних горизонтах ряда биофильных элементов;
5) перемещение продуктов почвообразования по почвенному профилю, приводящее к формированию различных генетических горизонтов.
Выделяют микро-, мезо- и макропроцессы почвообразования.
Микропроцессы – почвенные процессы, протекающие на уровне горизонта. Это наиболее простые и многочисленные процессы и явления в почвах, идущие на молекулярном, ионном, атомном и подобных уровнях. Как правило, они универсальны. К ним относятся: нагревание и охлаждение, увлажнение–высыхание, поглощение питательных веществ организмами, разложение органических остатков, формирование новообразований и т.д.
Мезопроцессы, или, как их иногда называют, элементарные почвенные процессы (ЭПП), слагаются из микропроцессов и протекают на уровне почвенного профиля, формируя важнейшие генетические комплексы свойств почв. К ним относятся (Розанов, 1983): гумусово-аккумулятивный, подзолистый, глеевый, процесс торфонакопления, процессы засоления, осолонцевания, осолодения и т.д.
|
|
|
Макропроцессы – совокупность элементарных почвенных процессов, характеризующих тип почвообразования.
В настоящее время выделяют следующие элементарные почвенные процессы:
1. Биогенно-аккумулятивные ЭПП – протекающие в почве при участии микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности и посмертных остатков и сопровождающиеся образованием в профиле биогенных органо-аккумулятивных поверхностных горизонтов. К ним относят: подстилкообразование; торфообразование; гумусообразование; дерновый процесс (интенсивное гумусообразование и накопление биофильных элементов под луговой травянистой растительностью).
2. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП – связанные с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование. К ним относят: засоление; загипсовывание; окарбоначивание; оруденение; латеритизацию (процесс аллохтонного внутрипочвенного ожелезнения); олуговение (аккумулятивный процесс, связанный с воздействием пресных грунтовых вод на нижнюю часть профиля при хорошем общем дренаже); кольматаж (гидрогенный процесс накопления материала на поверхности почвы и в порах ее верхних слоев).
3. Метаморфические ЭПП – группа процессов трансформации породообразующих минералов in situ без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле. К ним относятся: сиаллитизация; ферраллитизация; ожелезнение; оглеение; слитизация
4. Элювиальные ЭПП – группа процессов, связанных с разрушением или трансформацией почвенного материала в элювиальном горизонте, выносом продуктов разрушения или трансформации с нисходящим или латеральным током воды, в результате чего происходят относительное обеднение теми или иными соединениями и обогащение оставшимися на месте соединениями или минералами. К ним относят: выщелачивание; оподзоливание; лессивирование; сегрегацию; Al–Fe-гумусовый процесс.
5. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП – группа процессов аккумуляции вещества в средней или нижней части профиля элювиально-дифференцированных почв. К ним относят: глинисто-иллювиальный, гумусо-иллювиальный, железисто-иллювиальный, алюмогумусо-ил-лювиальный, железисто-гумусо-иллювиальный, Al,Fe-гумусо-иллю-виальный, подзолисто-иллювиальный, солонцово-иллювиальный, карбонатно-иллювиальный процессы.
6. Деструктивные ЭПП – группа процессов, ведущих к разрушению почвы как природного тела и в конечном итоге к уничтожению ее. К ним относят: эрозию; дефляцию; стаскивание; погребение т.е. погребенная почва становится реликтом).
|
|
|
Формирование того или иного типа почвы является результатом действия многих разнокачественных, часто противоположно направленных почвенных процессов, дающих в совокупности основное доминирующее направление процесса почвообразования.
В природных условиях часто наблюдается сочетание нескольких типов почвообразования. Например, сочетание подзолистого и степного типов приводит к формированию типа серых лесных почв, подзолистого и болотного – типа болотно-подзолистых почв и т.д.
Почвообразовательный процесс слагается из следующих компонентов вещественно-энергетического баланса:
1) приток вещества и энергии в почву;
2) превращение веществ и энергии в почве;
3) перемещение веществ и энергии в почве;
4) отток веществ и энергии из почвы.
Все компоненты баланса теснейшим образом связаны между собой и взаимно обусловлены.
Баланс веществ определяется биоклиматическими условиями и положением почв в системе сопряженных геохимических ландшафтов. Баланс веществ может быть положительным, отрицательным или нулевым, причем по отношению к разным веществам в одной и той же почве его знак может быть различным.
Разнообразие факторов почвообразования и возможность их различного сочетания приводит к формированию огромного количества почвенных разностей, которые необходимо каким-то образом систематизировать и классифицировать. Эта задача систематики почв решается с помощью таксономических единиц, или уровней рассмотрения.
Таксономические единицы (таксоны) – это классификационные, или систематические, единицы, показывающие класс, ранг или место в системе каких-либо объектов, дающие степень детальности или точность их определения.
В почвоведении таксономические единицы – это последовательно соподчиненные систематические категории, отражающие объективно существующие в природе группы почв.
Почва с точки зрения классификации является очень сложным объектом, что связано: 1) с отсутствием четких естественных границ, так как почвенный покров непрерывен в пространстве; 2) с изменчивостью многих свойств почв (рН, t, W, количество растворимых солей) во времени и в пространстве; 3) со сложностью выделения ведущего компонента и ведущего свойства в многокомпонентной биокосной системе, какой является почва.
В настоящее время в мире существует ряд различных классификаций почв, разработанных в отдельных странах или международных организациях. Отечественные классификации почв традиционно строятся на генетических принципах. Основой такой классификации являются почвообразовательные процессы или их сочетания, которые приводят к формированию тех или иных конкретных почв. Разные процессы проявляются в комплексе почвенных признаков и свойств. При этом признаки и свойства почв анализируются не сами по себе, а в совокупности с факторами почвообразования.
Классификация почв
Объединение почв в группы по важнейшим свойствам, происхождению и особенностям плодородия называют классификацией почв.
Первая попытка по классификации почв была предпринята В.М.Фридландом (1982). Он реализовал субстантивно-генетический подход в виде системы таксономических единиц, систематики основных типов почв и надтиповых группировок.
Новая классификация 2004 года является субстантивно-генетической. Её теоретической основой являются учение о генезисе почв и неодокучаевская триада «факторы – процессы – свойства» и строится на основе ряда принципов:
1. принцип генетичности, предролагающий разделение почв в связи с оценкой их генетического профиля как совокупности (системы) горизонтов;
2. принцип историчности, в связи с которым неприемлима коренная немотивированная ломка номенклатуры почв;
3. принцип воспроизводимости ‑ оценка устойчивых почвенных признаков, обеспечивающих однозначность идентификации почв;
4. принцип открытости, который допускает включение в классификацию новых, ранее неизвестных или неизученных почв без нарушения целостности самой системы;
5. принцип изменчивости и стабильности отражает совершенствование, развитие почвоведения как науки;
6. принцип сочетания объективности и субъективности выражается в диалектической зависимости субъективного восприятия ряда генетических свойств почв в целом с формализацией механизма классификации почв, обеспечивающей объективность таксономических оценок. При этом важно совместить генетическую логику и формальную диагностику.
7. принцип иерархичности, который выражается в последовательно соподчиненной системе таксономических категорий (ствол, отдел, тип, подтип, вид), разделяющих почвы на различных уровнях по генетическим особенностям.
|
|
|
