Экологические основы природопользования

Ф. Дюшофуру – французский  ученый, углубленно изучал почвы умеренного пояса, обнаружил и изучил процесс  лессиважа.

Дж. Милн – английский почвовед, разработал учение о почвенных  катенах. 
Дж. Прескотт, С. Стифенс – почвоведы Австралии, изучали состав, генезис и палеогеографию почв и кор выветривания.

К. Марбут, Ч. Келлог, И. Торп – американские почвоведы с привлечением принципов  генетического почвоведения разработали  особую систему диагностики, названий и классификации почв.

Еще во второй половине XIX в. известный  немецкий геолог и географ Ф. Рихтгофен, обобщив огромный материал, собранный  во время экспедиции по Азии, выделил  на земной поверхности области, отличающиеся условиями выветривания и денудации: элювиальные области, области преобладания денудации, области преобладания накопления наносов и т.д. Хотя этот исследователь и назвал выделенные территории областями почвообразования, но они были скорее областями формирования типов почвообразующих пород – плейстоценовых отложений, продуктов выветривания.

Близок по взглядам к В.В. Докучаеву  был выдающийся американский почвовед Е.В. Гильгард (1883–1916). Деятельность его  протекала в тот период, когда  формировалось докучаевское почвоведение в России. Гильгард полагал, что ведущая роль в почвообразовании и выветривании принадлежит климатическим условиям. Одна из основных его работ носит название «О влиянии климата на образование и состав почв». Все почвы и грунты этот ученый разделил на две большие группы: почвы влажных (гумидных) и сухих (аридных) областей. Следует заметить, что это разделение имеет большое значение для оценки процессов выветривания, но для правильного понимания формирования почв нельзя игнорировать значение других факторов почвообразования. Позже Гильгард пришел к выводу, что почвообразующие породы, рельеф и особенно растения также имеют важное значение для образования почв, но ведущую роль он по-прежнему отводил климату. Гильгард был близок к пониманию процессов формирования почвенного профиля. Большое значение имели его работы по изучению засоленных почв. Будучи профессором Калифорнийского университета и организатором известной Калифорнийской опытной сельскохозяйственной станции, Гильгард много сделал для подготовки кадров почвоведов США. Его фундаментальные работы сыграли важную роль в развитии почвоведения на Западе.

Большое влияние идеи генетического  почвоведения оказали на деятельность крупного немецкого почвоведа Э. Раманна (1853–1926), который первым из западноевропейских почвоведов стал рассматривать  почву как продукт внешних условий (в основном климата). Раманн установил и изучил тип бурных лесных почв, широко распространенных в ландшафтах широколиственных лесов Западной Европы. Этот исследователь изучил русский язык и широко использовал русскую литературу.

Развитию генетического почвоведения в Западной Европе способствовала деятельность известного венгерского почвоведа  А. де Зигмонда (1883–1939), уделявшего особое внимание проблеме времени как фактора  почвообразования.

Важный вклад в обобщение  представлений о составе и строении почв в различных географических зонах и районах земного шара сделал видный немецкий почвовед Э. Бланк (1877–1955). Группой почвоведов под редакцией Бланка был создан фундаментальный многотомный справочник по почвоведению. Трудами немецкого ученого В.Л. Кубиены (1897–1970) были заложены основы нового направления в почвоведении, получившего название микроморфологии почв. Это направление в настоящее время активно развивается во многих странах, в том числе в России.

Французские почвоведы, начиная с работ известного минералога и геолога А. Лякруа, проявляли большой интерес к почвам и продуктам выветривания Африки. В этом плане были выполнены крупные исследования (Ж. Обер, Р. Меньен, Ж. Дюран, Н. Ленеф и др.). Разрабатывая историко-геологический аспект почвообразования. Г. Эрар создал теорию биорексистазии. Углубленное изучение почв умеренного пояса позволило Ф. Дюшофуру обнаружить и изучить процесс лессиважа, весьма распространенный при образовании многих почв.

Среди исследований английских почвоведов выделяются труды Дж. Милна, которым разработано оригинальное учение о почвенных катенах, представляющее крупный вклад в географию почв.

Весьма большие успехи в изучении состава, генезиса и палеогеографии почв и кор выветривания были достигнуты почвоведами Австралии (Дж. Прескотт, С. Стифенс).

Почвенная служба США  с конца прошлого века проводит разносторонние исследования почв. Обобщение этого  обширного эмпирического материала  было проведено ведущими американскими  почвоведами К. Марбутом, Ч. Келлогом, И. Торпом и другими с привлечением принципов генетического почвоведения. В последние десятилетия почвоведы США разработали особую систему диагностики, названий и классификации почв.

Для познания закономерностей  почвенного покрова мира важное значение имели почвенные карты крупных регионов и материалов. Таковы в первую очередь почвенные карты европейской части бывшего СССР и всей его территории, составленные Л.И. Прасоловым, И.П. Герасимовым, Н.Н. Розовым и др. (1948, 1954, 1956). Определенный уровень знаний отражают карты почв Западной Европы (Г. Штремме, 1927), Австралии (Дж. Прескотт, 1931), Северной Америки (К. Марбут, 1935), Восточной Африки (Дж. Милн, 1935) и др. 

6 этап – современный  этап развития географии почв  и почвоведения в мире, использование новейших методов исследований и открытие новых знаний о почвах Земли и их плодородии (вторая половина XX века – начало XXI века).

Успехи в развитии почвоведения сделали возможным  открытие соответствующего профиля  научно-исследовательских учреждений, кафедр почвоведения при высших учебных заведениях, создания международного общества почвоведов. Для развития теоретических представлений и успешного изучения почвенного покрова нашей планеты необходимы деловые связи разных национальных школ. В 1924 г. было организовано Международное общество почвоведов. Первый Международный конгресс почвоведов состоялся в США (1927 г.). Второй – в России (1930 г.). Длительное время, с 1961 г. проводится большая и сложная работа по созданию Почвенной карты мира, в составлении которой большая роль принадлежит советским ученым. С учетом последних достижений в изучении почвенного покрова отдельных стран были составлены почвенные карты Австралии (С. Стифенс, 1960), Африки (д'Ор, 1964), Азии (В.А. Ковда и Е.В. Лобова, 1964), Южной Америки (Л. Брамао и Р. Коста да Лемос, 1965).

Почвоведы России принимают  активное участие в осуществлении  таких ответственных программ ЮНЕСКО и ФАО, как изучение проблем аридизации суши, охрана земельных ресурсов «Человек и биосфера», «Глобальные изменения» и др.

Достижения русского почвоведения во второй половине XX века касаются разработки почвенно-географического  районирования (Герасимов, Иванов, Розов), геохимического подхода к изучению эволюции почв (Вернадский, Полынов, Глазовская), изучения органического вещества почв (Тюрин, Кононова, Александрова), почвенных процессов и режимов (Радэ, Скрынникова, Кавричев), почвенно-мелиоративных процессов (Качинский, Ковда, Егоров), химических свойств почв (Антипов-Каратаев, Горбунов, Зирин), классификации и диагностики почвы (Герасимов, Розов, Иванова), структуры почвенного покрова (Фридланд, Романова).

Развитие науки о  почвах в Беларуси началось с открытия первого высшего учебного заведения  – Гори-Горецкого земледельческого института в 1858 г. (сейчас Белорусская сельскохозяйственная академия). Работы по изучению почв возглавил Я.Н. Афанасьев (1877–1937). Школа белорусских ученых-почвоведов многочисленна. Среди них в первую очередь следует отметить И.С. Лупиновича (1900–1968), П.П. Рогового (1895–1985), И.Ф. Горкушу (1896-1979), А.Г. Медведева (1897–1985), Т.Н. Кулаковскую, Т.А. Романову, Ж.И. Смеяна, М.П. Булгакова и др. 

В республике проведено  детальное изучение почв. Составлены почвенные карты различного масштаба. Учеными республики много сделано по изучению почвенных процессов, минералогии, агрохимических свойств, эрозии почв, по бонитировке и др. В республике работает научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения. В каждой области в составе станции химизации сельского хозяйства действуют почвенные отделы, которые изучают почвенный покров соответствующих территорий и выдают хозяйствам рекомендации по рациональному использованию почв.

В последние годы на передний план выходят проблемы охраны почв и их умелое использование. Сюда относят мелиорацию, борьбу с эрозией, рекультивацию почв. Большое значение имеют проблемы прогнозирования будущего состояния почв.

11. Выветривание горных пород. Виды выветривания. В чем существенное отличие физического выветривания от химического?

Магматические и метаморфические породы при выходе на поверхность подвергаются разрушению. Они измельчаются, превращаются в рыхлые породы, изменяется их химический состав.

Выветриванием называют процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и составляющих их минералов. На горную породу совместно воздействуют живые организмы, вода, газы и колебания температур. Все эти факторы оказывают на породу разрушающее действие одновременно. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологическое. Вместе с тем следует иметь в виду, что всякое изменение химического состава породы приводит к изменению ее физических свойств.

Физическое  выветривание — это механическое разрушение горных пород без изменения химического состава. Главный фактор физического выветривания — колебание суточных и сезонных температур. При нагревании происходит расширение минералов, входящих в горную породу. Поскольку различные минералы имеют разные коэффициенты объемного и линейного расширения, возникает местное давление, разрушающее породу. Этот процесс происходит в местах контакта различных минералов и пород. При чередовании нагревания и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разрушаются. При замерзании воды эти трещины увеличиваются. В условиях жаркого климата в трещины попадает вода вместе с растворенными солями, кристаллы которых также разрушающе действуют на породу. Таким образом, в течение длительного времени образуется множество трещин, приводящих к полному механическому разрушению горной породы. Разрушенные породы приобретают способность пропускать и удерживать воду. В результате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы, что обусловливает протекание химических процессов.

Химическое выветривание приводит к образованию новых  соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от первичных  минералов. Оно осуществляется под воздействием воды с растворенными в ней солями и диоксидом углерода, а также кислорода воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратацию, окисление. Растворяющее действие воды усиливается с повышением температуры. При повышении ее на каждые 10 °С скорость химических реакций увеличивается в 2,0...2,5 раза. Если в воде содержится диоксид углерода, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.

Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО₃ в более растворимый гидрокарбонат:

СаСO₃ + СO₂ + Н₂O = Са(НСO₃)₂.

Гидролиз — основная химическая реакция минералов магматических  пород с водой. При этом катионы  калия, натрия, кальция и магния в  кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.

Гидратация — процесс  присоединения молекул воды к  минералам.

При гидратации происходит разрыхление поверхности минералов, благодаря чему усиливается воздействие  на них водных растворов и газов.

Окисление — процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие оксид железа (II) или другие элементы, способные к окислению, например:

4FeCO₃ + ЗН₂O + O₂ = 2Fe₂O₃ ЗН₂O + 4СO₂.

В результате выветривания магматических пород образуются оксиды, переотложенные осадки и растворимые соли.

Биологическое выветривание — это механическое разрушение и  химическое изменение горных пород  под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан спочвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные животные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Горные породы разлагают и многочисленные микроорганизмы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии — серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органические кислоты и диоксид углерода, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в форму, доступную для растений.

Водоросли (диатомовые, сине-зеленые, зеленые и др.) также разрушают  горные породы. Особенно велика роль диатомовых водорослей, которые для построения своего скелета извлекают из алюмосиликатов кремниевую кислоту.

Лишайники, поселившиеся на горных породах, разрушают их посредством выделения специфических лишайниковых кислот и диоксида углерода. Кроме того, гифы лишайника способны проникать в тончайшие поры горных пород, что приводит к их физическому разрушению. Под лишайниками происходит некоторое накопление фосфора, калия, серы и других элементов, наличие которых обусловливает поселение на их месте мхов, а затем и высших растений. Мхи задерживают много влаги, что еще усиливает разрушение пород.