6.4. Енергетика грунтоутворення
Поряд з обміном речовин в процесі грунтоутворен- ня відбувається обмін енергії. Грунт, як самостійне природне тіло, є певною термодинамічною системою. Основні положення енерге- тики грунтоутворення розробив В. Р. Волобуєв.
Основним джерелом теплової енергії для всіх процесів грунто- утворення є сонячна радіація, інші джерела енергії (тепло, що надходить з глибин Землі, енергія екзотермічних реакцій і енер- гія радіоактивного розпаду) не мають суттєвого значення в тепло- вому балансі грунтів. Протягом року Земля одержує від Сонця 21·1020 кДж енергії. Однак не вся ця енергія бере участь у грунто- утворенні. Згідно з даними В. Р. Волобуєва (1963), енергія, яка бере участь у грунтоутворенні, витрачається на випаровування, транспірацію, вивітрювання, перетворення органічних і мінераль- них речовин мікроорганізмами, механічне переміщення солей та тонкодисперсних часток. Значна частина енергії акумулюється в гумусі. За даними В. А. Ковди (1973), сумарний запас гумусу на суші нашої планети становить 2,4·1012 т, в якому акумульовано 5,44·1019 кДж внутрішньої енергії.
Сумарні витрати енергії на грунтоутворення найменші в тундрі і пустинях (8—20 кДж/см2·рік), найбільші у вологих тропіках
(250—290 кДж/см2·рік) та в лісовій і степовій зонах помірного поясу (42—167 кДж/см2·рік). Наведені дані свідчать про те, що інтенсивність грунтоутворення у вологих тропіках в 7 разів вища, ніж в тропічних пустинях. Витрати енергії на грунтоутворення збільшуються від тундри до тропіків більш як у 20 разів. Основна частка енергії (95—99,5%) витрачається на випаровування і транс- пірацію, на біологічні процеси — 0,5—5,0%, на процеси вивітрю- вання — соті і тисячні частки процента.
Кількість енергії, яка витрачається на грунтоутворення, зале- жить від вологості грунту. Чим вища вологість грунту, тим біль- ше енергії використовується на грунтоутворення. В сухому грунті процеси грунтоутворення практично припиняються.
Відношення суми енергії, витраченої на грунтоутворення до ра- діаційного балансу, В. Р. Волобуєв (1963) назвав повнотою вико- ристання радіаційної енергії. В аридних умовах повнота викорис- тання енергії на грунтоутворення незначна, в гумідних вона дося- гає 70—80%. На Землі немає умов, де б ця величина досягала оди- ниці.
6.5. Час як фактор грунтоутворення
В своїх працях В. В. Докучаєв вказував, що сучас- ні грунти є продукт тривалої і складної геологічної історії земної поверхні. Грунт не може виникнути миттєво, тривалий час зали- шатись незмінним, а потім раптово зникнути. Для формування грунту потрібен певний час.
Процес грунтоутворення, як і будь-який природний процес, має свій початок, етапи розвитку, певну швидкість і час завершення.
Грунтоутворення починається з моменту поселення живих орга- нізмів на пухкій вивітреній породі.
В літературі наведено чимало фактів про час, потрібний для утворення зрілого грунту. Ще В. В. Докучаєв (1883) встановив, що на вапнякових плитах Староладозької фортеці за 760 років утво- рився грунт, аналогічний грунтам, які сформовані на різного роду вапнякових відкладах. На стінах Кам’янець-Подільської фортеці з 1700 р. до 1930 р. сформувався грунт потужністю 30 см. За дани- ми шведського грунтознавця О.Тамма, для розвитку підзолистого грунту (А—10 см; Е—10 см і В—25 см) потрібно 1000—1500 ро- ків. М. І. Горбунов (1960), вивчаючи вулканічні грунти, встановив, що на лавах тисячолітнього віку сформувався грунт потужністю 30—40 см.
За спостереженнями багатьох вчених 1 см гумусового горизон- ту грунту в умовах помірного поясу формується за 100—200 років, а повний профіль сучасного грунту — від кількох сотень до кількох тисяч років.
Ознакою завершення формування грунту, досягнення ним зріло- го стану є чітка диференціація профілю на генетичні горизонти.
Сучасний грунтовий покрив землі різновіковий. Нульовий вік мають ті ділянки суші, які щойно звільнились від води в результа- ті морської регресії (Прикаспій, Приаралля), осушення дельт рі- чок, при будівництві польдеров (Голландія). Нульовий вік мають також поверхні, вкриті вулканічним попелом сучасних вулканічних вивержень та відслонення відкритих кар’єрів і насипів.
Грунти, які не досягли повної диференціації і повного розвитку профілю, називають незрілими, молодими.
В. М. Фрідлянд і Г. А. Буяновський (1977) наводять таку хро- нологію появи і розвитку деяких грунтів (рис. 11).
Грунти на земній поверхні почали формуватися з появою жи- вих організмів. Першими організмами на Землі були бактерії, які з’явилися в нижньопалеозойський період (понад 500 млн років то- му) Вчені припускають, що під їх впливом формувалися примі- тивні грунти, подібні до тих, які формуються в наш час в умовах високогір’я.
У кінці силурійського періоду, коли на Землі з’явилися рослини псилофіти (400 млн років тому), на планеті розпочався новий етап грунтоутворення. Під їх впливом на перезволожених узбережжях морів сформувалися вологі грунти. Ці грунти є найстарішими на Землі. До нашого часу дійшли викопні рештки цих грунтів (горю- чі сланці Ленінградської області і Естонії).
В аналогічних умовах формуються подібні грунти і в наш час. 350—360 млн років тому в кінці девонського періоду псилофіти зникли і на їх зміну прийшли папороті і хвощі. Вони мали корене- ву систему і в карбоні займали великі території суші з тропічним і субтропічним кліматом. В таких умовах формувались фералітні грунти, подібні до сучасних тропічних і субтропічних грунтів. При добуванні вугілля в Донбасі виявлено грунти, вік яких понад 300 млн років, але вони мають ознаки і властивості сучасних грунтів.
У пермський період (285—240 млн років тому) відбулися різкі кліматичні зміни. На значних територіях суші встановився арид- ний, пустинний клімат, а в інших — холодний гумідний. Вважають, що інтенсивне випаровування і кріогенні процеси зумовили форму- вання пустинних, засолених, мерзлотних грунтів. В умовах помірно холодного вологого клімату почали формуватися грунти, подібні до підзолистих.
Протягом наступних 120—130 млн років не було умов для ви- никнення нових грунтів. Лише в еоцені виникли нові природні ланд- шафти — степи. В цей період почали формуватися чорноземи і каш- танові грунти.
На початку четвертинного періоду утворилася тундра, а дещо
Млн
Років
0
100
200
300
400
500
600
Рис. 11. Хронологія появи і розвитку деяких грунтів (за В. М. Флідляндом і Г. А. Буяновським, 1977).
пізніше виникли сфагнові болота. В цей період почали формува- тися тундрові грунти і торфово-болотні верхових боліт.
Таким чином, в процесі еволюції органічного світу на Землі простежується процес виникнення нових грунтів, збільшення їх різ- номаніття.
Вік грунтів на території Східної Європи відповідає періоду за- кінчення останнього материкового зледеніння (близько 10 тис. ро- ків тому) та початку Каспійсько-Чорноморської регресії. У зв’язку з цим вік чорноземів становить 8—10 тис, років, а вік каштано- вих — 5—6 тис. років.
Частина II БУДОВА, СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ
Розділ 7 МОРФОЛОГІЯ І КЛАСИФІКАЦІЯ ГРУНТІВ
У будові грунту виділяють морфологічні елементи, під якими розуміють природні внутрішньогрунтові тіла, утворення або включення з чіткими або дифузними межами. Морфологіч- ними елементами грунту є генетичні горизонти, структурні агрега- ти, новоутворення, включення і пори. Різняться вони між собою за формою і зовнішніми властивостями — морфологічними ознаками. Морфологічними ознаками грунтів є форма елементів, характер їх меж, забарвлення, гранулометричний склад, взаємне розташування і співвідношення в просторі твердих часток і зв’язаних з ними пор, характер поверхні, щільність, твердість, деякі фізичні властивості (липкість, пластичність). Їх специфіка залежить від фазового скла- ду грунту.