Тема. Хімічні процеси в грунті та проблеми педосфери
Грунт як унікальна природна система
Склад грунту. Фізико-хімічні основи родючості
Процеси вивітрювання. Мінеральні компоненти грунту
Органічні і біокомпоненти грунту
Склад грунтового розчину та повітря
Поглинювальна здатність грунтів та іонний обмін
Забруднення грунтів
1.Грунт- унікальна природна система
Педосфера (у деяких посібниках - едасфера), або грунт, - це структурно-функціональна біокосний компонент природи.
Грунт - верхній горизонт літосфери, залучений у біогенну міграцію за участю рослин, тварин і мікроорганізмів (по А.І. Перельману). За визначенням А.І. Перельмана : "Грунт - верхній горизонт літосфери, залучений у біологічний кругообіг за участю рослин, тварин і мікроорганізмів, область найвищої геохімічної енергії живої речовини".
У другій половині ХIХ століття В. В. Докучаєв відкрив новий клас природних систем, в яких живі організми і неорганічна матерія нерозривно пов'язані між собою, тобто утворюють єдине ціле. Одній з таких систем учений присвоїв найменування грунту, використавши при цьому термін, що існував вже дуже давно. Але, на жаль, до цього цей термін застосовувався в різних сенсах: агрономи під грунтом мали на увазі лише орний шар, геологи мали на увазі кору вивітрювання і так далі. Роботи Докучаева поклали початок новій науці - грунтознавству. Геохімічні ідеї проникли в грунтознавство на початку ХХ століття. Основоположниками геохімії грунтів були В. І. Вернадський і К.К. Гедройц. Розвиваючи ідеї свого учителя, В. В. Докучаєва, В. І. Вернадський ввів в науку поняття про біокосні системи, тобто системи, де нерозривно пов'язані жива і мертва (косна) речовина. Типовим представником таких систем якраз і є грунт. Надалі значний внесок у розвиток біогеохімії грунтів внесли праці Б.Б. Полинова, А.П. Виноградова, М. А. Глазовської, .Орлова, Г. В. та ін.
Геохімічна своєрідність біокосних систем визначається поєднанням механічних, фізико-хімічних і біогенних міграційних процесів. Усі біокосні системи (грунти, мули, кора вивітрювання і так далі) мають багато загальних рис. Це відноситься до процесів десульфуризації, обглеювання, окислення сульфідів, засолення, обгіпсування, карбонатизації та ін.
В усіх біокосних системах земної кори відбувається тісна взаємодія гірських порід з природними водами у близьких термодинамічних умовах. Це визначає деякі загальні особливості фізико-механичної міграції в них, яка складається з двох протилежно спрямованих процесів - вивітрювання і цементації. Міграція елементів при вивітрюванні, у свою чергу, також складається з двох протилежних процесів - вилуговування з порід і мінералів водних (Ca, Mg, K, Na та ін.) і приєднання повітряних (О, Н - у вигляді Н2О, Н+ і ОН-, СО2 та ін.) мігрантів.
Грунти за зовнішніми ознаками різко відрізняються від гірських порід, внаслідок фізико-хімічних процесів, що протікають в них. Вони включають такі показники, як колір (чорноземи, буроземы, сірі лісові, каштанові та ін.), структура (зерниста, грудкувата, стовпчаста і ін.), новоутворення (у степах - карбонати кальцію, в напівпустелях - скупчення гіпсу). Товщина грунтового шару в помірних районах на рівнинах не перевищує 1,5 - 2,0 м, в гірських - менше метра.
У грунтовому профілі, де переважають рухи грунтових розчинів зверху вниз, найчастіше виділяють три головні горизонти:
- перегнійно-акумулятивний (гумусовий) горизонт;
- елювіальний, або горизонт вимивання, що характеризується переважно винесенням речовин;
- ілювіальний горизонт, куди з вищерозміщених горизонтів вимиваються речовини (легкорозчинні солі, карбонати, колоїди, гіпс та ін.).
Нижче розташовується материнська (грунтоутворююча) порода.
Педосфера є сполучною ланкою між другими сферами Землі - атмосферою, гідросферою, літосферою і біосферою, оскільки відіграє важливу роль в процесах обміну між речовиною і енергією. Наприклад, її "дихання" (мікроорганізми, водорості, найпростіші) визначальним чином впливає на склад приземного шару атмосфери, а її волога - на склад грунтових і інших вод.
Грунт сформувався протягом приблизно 400 млн років (а порушений і виснажений грунт відновлюється не менш ніж за 100 років). Головними грунтоутворюючими організмами є рослини, найбільшою мірою трав’янисті і листя, а також мікроорганізми і тварини.
Крім того, в його утворенні відіграють роль склад і структура гірських порід, рельєф місцевості, а також вік поверхні і клімат. З ним пов'язана енергетика грунту, її тепловий і водний режим, зокрема запаси вологи в ній, а також глибина промерзання, розвиток грунту і його збереження (бурі, смерчі і ін.). Ще одним чинником грунтоутворення з недавніх пір стала людина, його господарська діяльність.
Чим же є грунт сьогодні в природі, яка його екологічна роль? По-перше, він - середовище для мікроорганізмів.
По-друге, - джерело їжі для рослин, тварин, людини. В процесі фотосинтезу на суші щорічно утворюється більше 100 млрд целюлози і інших органічних речовин. Грунт служить джерелом отримання 98% продуктів харчування людини, які містять 88% необхідної йому енергії. Ще 10% енергії дають пасовища, ліси і 2% - Світовий океан. Людина використовує для своїх потреб, головним чином в їжу, 800-900 млн органічної речовини, але це удвічі нижче фізіологічної норми для сучасного населення Землі. У результаті приблизно третина людства постійно голодує.
РЕСУРСИ ГРУНТУ
Площа поверхні Землі складає 134 млн км2 . З них тільки 86 млн км2 виявляютьcя продуктивними. Усі сільськогосподарські землі складають 45 млн км2 де оброблювана площа - біля 15 млн км2 причому вона безперервно росте. Усе решта займають ліси, степи, пустелі, напівпустелі і т. д. Наприклад, льодовики мають сумарну площу 14 млн км2
За оцінками учених, людина за час свого існування на Землі зруйнувала близько 20 млн км2. І ця цифра з кожним роком росте. Тому для освоєння нових площ постійно йде вирубування лісів (зі швидкістю приблизно 20 га в хв). В результаті площа, наприклад, тропічних лісів скорочується із швидкістю 1% в рік, а їх загальна площа - на 16 млн га в рік (це рівно территорії Греції). Тільки в ХХ столітті було знищено більше половини усіх лісів, з них 80% незачеплених. Проте усе це не вирішує проблему. Потрібні заходи по збереженню грунтів, а для цього потрібно знати, що ж визначає їх родючість.