14.2. Поняття катени і літокатени. Топографічні ряди ґрунтів

Для кожної природної зони характерні свої різноманітні поєднання ґрунтів за елементами мезорельєфу, які утворюють аналогічні топографічні ряди ґрунтів. Це положення лягло в основу поняття катени.

Ґрунтовою катеною (від лат. "catena" - ланцюг) називається зумовлений рельєфом ряд ґрунтів, відмінності між якими пов'язані з відмінностями висотного рівня і схилу, які визначають дренованість території, а також і з літологією у випадку її неоднорідності, тобто певній формі схилу відповідає визначена послідовність ґрунтових відмін.

Вперше схему розподілу ґрунтів і характерних для них хімічних з'єднань за елементами рельєфу для лісової, лісостепової, степової і сухостепової ґрунтових зон запропонував Г. М. Висоцький ще в 1906 році. Дещо пізніше С. О. Захаров (1927) сформулював закон аналогічних топографічних рядів грунтотворення. Суть закону полягає у тому, що в різних ґрунтових зонах склад ґрунтового покриву різний, але розподіл ґрунтів за елементами рельєфу має аналогічний характер: на підвищеннях розміщені ґрунти генетично самостійні (автономні), а при переході до від'ємних елементів рельєфу в ґрунтовому покриві все більшу частку займають генетично підпорядковані ґрунти. В автономних ґрунтах акумулюються слаборозчинні речовини, а в підпорядкованих - рухомі речовини, характерні для ґрунтової зони.

Пізніше будову катен, їхній розвиток у часі, процеси і фактори, що ведуть до їхньої диференціації, вивчали М. А. Глазовська, В. М. Фрідланд, Г. Мільн, М. А. Караваєв, А. Дж. Джеррард та ін.

Поняття "катени" було введено в науку англійським ученим Г. Мільном. Учений визначав катену "як зручну для картування одиницю, що охоплює групу ґрунтів, які, хоч і відмінні між собою у системі класифікації в результаті корінних і морфологічних відмінностей, але все-таки об'єднанні в спільному заляганні за умовами рельєфу та повторюються у тих же співвідношеннях між собою кожен раз, як тільки такі умови мають місце".

Основна роль катени полягає у можливості виявлення головних процесів, які беруть участь у катенарній диференціації. А. Дж. Джеррард зазначає, що ключем до виділення катени і причиною, чому поняття катени так важливе для вивчення ґрунту і форми рельєфу, є взаємодія ґрунтів і форм рельєфу, відповідно, ґрунтових і геоморфологічних процесів. До основних процесів катенарної диференціації автор відносить площинну ерозію, зсув ґрунту і швидке переміщення мас вниз по схилу. Відносна ефективність і роль цих процесів змінюється і залежить від клімату і схилу.

Залежно від геологічної будови катени поділяють на три типи: 1) катени на ділянках з однорідними породами; 2) катени на ділянках з умовно однорідними породами; 3) катени ділянок геологічної неоднорідності.

Строга визначеність ґрунтотворних порід у межах схилу веде до формування топографічних рядів ґрунтів, у яких положення того чи іншого ґрунту визначається висотою над базисом ерозії та кутом нахилу. Розподіл ґрунтів є функцією різниці висотних рівнів, тому прогнозований для кожної природної зони.

Однак часто в межах катени ґрунтотворні породи не є однаковими. У таких випадках на топографічні закономірності накладається літологічний фактор. Якщо на одному схилі знаходяться породи різних геологічних формацій, то Г. Мільн пропонує виділяти два типи катен. У першому типі материнський матеріал не змінюється, і рельєф розвивається з одного типу породи на усіх висотних рівнях. У другому типі рельєф формується з кількох накладених формацій порід так, що верхня формація переміщена вниз по схилу.

Складніша ситуація виникає тоді, коли катена формується на різних типах порід. А. Дж. Джеррард зазначає, що на кожному типі породи може розвинутись своя катена. Якщо буде змінюватись материнський матеріал, то відповідно будуть змінюватись і катени.

У багатьох випадках складна взаємодія між рельєфом і геологічною будовою території не завжди дає можливість передбачити, який тип ґрунту сформувався у таких умовах. Однак зауважимо, що зводити поняття катен лише до материнської породи можна тільки у випадку значної строкатості материнських порід навіть на однакових висотних рівнях.

Коли у межах ландшафту (певної території) змінюються лише ґрунтотворні породи, а інші чинники грунтотворення залишаються незмінними, формується літокатена. Термін "літокатена" був введений в науку в 1941 р. Г. Йєнні. Під літокатеною вчений розумів серію ґрунтів з властивостями, які відрізняються лише за рахунок відмінностей ґрунтотворних порід, при цьому інші умови грунтотворення залишаються незмінними. Цю залежність Г. Йєнні виразив так:

S =F(р) сl, о, г, І..,

дер- ґрунтотворні породи, сl - клімат, о - організми, г - рельєф, І - час.

Найбільша складність при кількісному вирішенні цього рівняння полягає в пошуку числових характеристик для різних типів ґрунтотворних порід. Не можна визначати властивості вапняку чи піску (або іншої породи) будь-якою одною величиною. Така величина повинна охоплювати хімічний склад, мінералогічний склад, складення і структуру породи. Г. Йєнні відзначає, що при функціональному аналізі ґрунтотворної породи можна встановити лише кореляцію між властивостями ґрунтів і окремими властивостями породи, наприклад, вмістом карбонатів, водопроникністю і ін.

Виявити і відрізнити літокатени в природі досить складно, оскільки не завжди відразу можна виявити вирішальну роль ґрунтотворних порід у зміні ґрунтів. Значно частіше зміни в ґрунтовому покриві пов'язують зі зміною інших чинників ґрунтотворення або ландшафтних особливостей території.

Формування літокатен як серій ґрунтів з визначальним значенням порід проходить зазвичай в молодих ландшафтах з відносно простою структурою. До таких територій відносять області льодовикових відкладів, де зміна ґрунтотворних порід проходить на відносно невеликих площах, а також гірські райони.

Дослідження ґрунтів за допомогою літокатен проводять американська та канадська школи ґрунтознавства. Ерліх, Райс і Елліс, досліджуючи ґрунти Канади, встановили, що склад материнських порід має найбільший вплив на тип ґрунтового профілю. Відмінності гранулометричного, мінералогічного складу, карбонатності льодовикових відкладів Канади приводять до формування ґрунтів, які відрізняються на високому таксономічному рівні - рівні порядку. Серед американських ґрунтознавців треба відмітити Клайна, Мак Калеба, Лі та Ніуна, які відмінності у властивостях ґрунтів штатів Нью-Йорк і Північна Кароліна (США) прямо пов'язують з відмінностями в складі порід, їхніх фізичних властивостях.