Лекции по "Почвоведению"

                                                       Лекция 2                    Почвоведение

Образование минеральной  части почвы

План

1. Основные компоненты почвы
2. Понятие о физическом и химическом выветривании
3. Гранулометрический состав почвы. Значение гранулометрического состава
4. Большой геологический круговорот элементов в природе

 

1. Почва как масса  представляет собой просто твердое  тело. Твердая пористая основа ее содержит в порах влагу, образующую так называемый почвенный раствор и почвенный воздух. То есть почва – сложное образование, состоящее из 3-х форм: твердой, жидкой и газообразной, между которыми происходит обмен веществ.

    В состав  твердой фазы входят как минеральные, так и органические вещества, растворимые формы которых переходят в жидкую фазу и образуют почвенный раствор. Газы тоже могут входить в состав почвенного раствора. Таким образом, всякая почва состоит из нескольких составных частей:

1). Минеральная (песок,  глина, углекислая известь);

2). Органическая (органические  остатки и перегной или гумус);

3). Почвенный раствор;

4). Почвенный воздух;

5). Почвенная биота.

2.  Выветривание. Как  же образовалась почва? Процессы  образования материнских пород, в том числе и современных (то, на чем формировалась почва) началась 4 млрд. 700 млн. лет тому назад. Все началось с разрушения цельнокристаллической массы остывавшей магмы под воздействием различных факторов. Горные породы и минералы на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры, атмосферных осадков, газов, химических и биохимических процессов, связанных с деятельностью живых организмов, и других факторов разрушаются. Процессы разрушения и изменения поверхностных пород земной коры называются выветриванием.

    Физическое  выветривание – это процесс механического дробления горных пород и минералов на обломки различной величины и формы без изменения их химического и минералогического состава. Оно осуществляется под влиянием ветра, воды, суточных и сезонных колебаний температуры. А поскольку  минеральные породы имеют различный химический состав, физическую структуру, то и теплоемкость и теплопроводность их будет неодинакова. При смене температуры они образуют трещины и разрушаются, причем одни быстрее, другие – медленнее. Вода, попадая в трещины, разрушает минералы, выносит легкие частицы, а ветер их выдувает. Так в течение многих столетий и тысячелетий формировались осадочные породы. Кроме осадочных в настоящее время еще встречаются магматические и метаморфические породы (гнейс, сланцы, гранит, мрамор и т.д.).

    Однако поверхность  литосферы в основном покрыта  осадочными породами. Мощность коры современного выветривания колеблется от нескольких сантиметров до 2-10 метров.

    Таким образом, полученная в результате физического выветривания массивно-кристаллическая горная порода в конечном итоге распадается на обломки разных размеров: начиная с крупных глыб и камней и кончая мелкими песчинками. Эта раздробленная масса называется рухляком выветривания. Рухляк в отличие от исходной плотной породы приобретает новое качество – проницаемость для воды и воздуха. Вследствие физического выветривания увеличивается удельная поверхность соприкосновения горной породы с окружающей средой, что создает условия для более активного химического выветривания. Разрушение цельнокристаллической минеральной породы приводит к возникновению новых качеств, которых не было в природе, т.е. количественные изменения (раздробление, размельчение) приводит к переходу в новое качество. Крупный камень размельчается в мелкий (хрящ), затем превращается в песок, потом в пыль, а пыль – в ил.

    Итак, минеральная  порода размельчается на фракции.  Смесь фракций механического  состава представляет собой первичный  рухляк.

    Химическое выветривание – это изменения и разрушения горных пород и минералов под влиянием химических процессов с образованием новых минералов и соединений. Главнейшими факторами химического выветривания являются вода, диоксид углерода, кислород воздуха и температура.

     Самый активный из этих факторов – вода. В ней легко растворяются немногие минералы (каменная соль, сильвин и др.). Большинство минералов в воде труднорастворимы. Однако вода, насыщенная углекислотой, энергично разлагает горные породы, образуя новые соединения. Основная химическая реакция, происходящая с участием воды, при выветривании минералов магматических пород – гидролиз, в процессе которого происходит замещение катионов в гидролизующихся соединениях на ионы водорода диссоциированных молекул воды.

    Существенную  роль при химическом выветривании  играет кислород воздуха. Реакции  окисления обычно подвергаются  минералы, содержащие закисное железо  и другие способные к окислению  элементы.

    Химическое  выветривание зависит от температуры:  с повышением температуры на каждые 10°С химическая реакция ускоряется в 2-2,5 раза.

    Таким образом,  в результате химического выветривания  происходят важные химические  процессы: растворение, гидролиз, гидратация, окисление и  др. Они обусловливают  дальнейшее разрушение породы и образование новых (вторичных) минералов.

    Биологическое выветривание – это процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под действием растительных и животных организмов и продуктов их жизнедеятельности. Многочисленные микроорганизмы и корни растений в процессе своей жизнедеятельности выделяют во внешнюю среду диоксид углерода и различные кислоты, которые оказывают разрушительное действие на минералы и горные породы.

    Так, силикатные бактерии, выделяющие СО₂ и органические кислоты, разрушают полевые шпаты и фосфориты, освобождая при этом калий в доступной для растений форме и фосфорную кислоту. Некоторые железобактерии окисляют и разрушают соединения железа. Масляно-кислые и нитрифицирующие микроорганизмы разлагают апатиты и силикаты.

Значительную роль в  биологическом выветривании играют диатомовые водоросли, которые способствуют выветриванию каолинита и растворению  известняков. Установлено значительное воздействие синезеленых водорослей  и нитрифицирующих бактерий на гранит. Мхи и лишайники разрушают породы, скалы как механически (с помощью гиф), так и химически (выделяя СО₂ и специфические кислоты). Особое значение в биологическом выветривании принадлежит высшим растениям, особенно древесным, корни которых, проникая по небольшим трещинам вглубь, развивают большое давление, увеличивают трещины, способствуют механическому разрушению горных пород. Кроме того, корни растений выделяют органические кислоты, способствующие выветриванию горных пород. Кислые корневые выделения растений, растворяя горные породы и минералы, способствуют усвоению растениями элементов минерального питания.

    При разложении  остатков растений и микроорганизмов  образуются гумусовые кислоты,  которые ускоряют разрушение  минералов и горных пород.

    В биологическом  выветривании существенную роль  играют почвообитающие насекомые  и землеройные животные (муравьи,  личинки насекомых, дождевые черви,  кроты, суслики и т.п.). Все они  прямо или косвенно участвуют  в разрушении минералов и горных пород.

    В результате  выветривания минералов и горных  пород, как правило, не остаются  на месте образования, а перемещаются  ветром, водой, ледниками. Таким  образом, в результате совместного  длительного взаимодействия материнской  горной породы с живыми организмами, продуктами их жизнедеятельности и элементами гидро- и атмосферы происходит превращение горной породы в почву.

    3. Гранулометрическим (механическим) составом почвы называется относительное содержание в % в ее составе твердых частиц (механических элементов) разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных условных групп крупности (гранулометрических фракций).

    Гранулометрический  состав почв в значительной  степени унаследован от соответствующих  почвообразующих материнских горных  пород и в своих основных чертах мало меняется в процессе почвообразования. В существующем почвоведении приняты номенклатура и подразделение гранулометрических фракций  в основе разработанные А.Н.Сабаниным и В.Р. Вильямсом и впоследствии уточненные Н.А. Качинским.

    Н.М.Сибирцевым  были введены широко используемые  и сейчас понятия физический песок (сумма частиц крупнее 0,01 мм) и физическая глина (сумма частиц мельче 0,01 мм) , которые выделяются в пределах фракции мелкозема, под которым понимается сумма частиц мельче 1 мм. Частицы, включающие камни и гравий, т.е. имеющие размер крупнее 1 мм, называются почвообразующим скелетом.

    Сумма частиц мельче 0,001 мм называется илистой или тонкозернистой фракцией. Фракцию пыли крупной (05-0,01 мм)  называют лессовидной, поскольку она составляет основную массу в лессах.

   Отдельные группы  гранулометрических частиц, различаемые  только по величине, называются  фракциями механического состава.  В таблице 1 приведена группировка  этих фракций, которой пользуются в почвоведении.                                                             

                                                                                                               Таблица 1

Название фракции

Диаметр частиц

Камни   Щебень (галька): крупный                               средний                               мелкий   Хрящ (дресва):    крупный                                мелкий    Песок:                  крупный                               средний                               мелкий                               тонкий («песчаная пыль»)   Пыль:                   крупная                               средняя                               мелкая   Ил   Коллоиды

>10 см   10-5 см 5-3 см 3-1см   10-5 мм 5-3 мм   3-1 мм  1-0,5 мм 0,5-0,25 мм 0,25-0,05   0,05-0,01 0,01-0,005 мм 0,005-0,001   <0,001 мм/или <1μ1   0,0001 мм

    Несмотря на  некоторую условность границ  гранулометрических фракций, в  целом они отражают реально  существующие различия в свойствах  почвы (физические, химико-минералогические).

«Легкими» называют почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции (песчаные, супесчаные).  «Тяжелые» почвы характеризуются преобладанием в их составе тонких фракций, особенно ила. К тяжелым относятся тяжелосуглинистые и глинистые почвы.

    Значение  гранулометрического состава:

1. Водозадерживающая и фильтрационная способность почвы зависит от ее гранулометрического состава (регулирование водного режима).
2. Определяет различное сопротивление почв воздействию почвообрабатывающих орудий в связи с неодинаковой липкостью, плотностью.
3. Оказывает влияние на тепловой режим почв.
4. Оказывает влияние на обеспеченность питательными веществами.

Многие сельскохозяйственные культуры неодинаково относятся  к механическому составу почвы: виноград лучше растет и дает высококачественную продукцию на щебнистых почвах; табак – на почвах легкого гранулометрического состава,  картофель и бахчевые –  лучше произрастают на супесчаных и легкосуглинистых почвах.

    Под действием  воды и ветра происходило и  происходит в настоящее время перемещение механических элементов с суши в мировой океан. Мировой океан – это сумма всей воды на планете – ручьи, реки, подземные воды, моря, океаны, озера и т.п.

    Продукты выветривания (гипергенеза) смываются и перемещаются  в воду, на дно мирового океана, где оседают, а после отступления воды (а это процесс длительный) поднимаются на дневную поверхность в виде осадочных пород. А поскольку этот процесс непрерывный, затем начинается новое перемещение с отступлением океана. Такое перемещение химических элементов с суши на дно мирового океана называется большим геологическим круговоротом элементов. Он обеспечивает все разнообразие имеющихся сейчас материнских пород

 

 

 

Разнообразие  материнских пород

    По происхождению или генезису, почвообразующие породы подразделяются на следующие основные группы: Элювиальные, делювиальные, аллювиальные, морские, эоловые, лессы.

    Они отличаются  друг от друга внешними признаками, условиями залегания, строением,  а также химическим, минералогическим  и гранулометрическим составом.

    Элювиальные  породы или элювием называют продукты выветривания исходных горных пород, ставшиеся на месте образования (например, Кавказ, Урал). Характерным признаком данной группы является крупнозернистость и щебенчатость состава увеличивающаяся книзу, небольшая мощность и переход к невыветривающимся слоям.