1. Литосферные функции

Проблема литосферных функций почвы на первый взгляд мо­жет показаться неправомочной. Действительно, если влияние почвенного покрова на взаимодействующую с ним атмосферу и гидросферу очевидно в связи с подвижностью и способностью к перемешиванию контактирующих с почвой воздушных и водных масс, то воздействие почвы на каменную оболочку воспринимает­ся как малозначительное. Поэтому не случайно длительное время углубленно изучалась лишь роль литосферы в почвообразовании и были установлены основные особенности почвообразовательно­го процесса на различных исходных субстратах. Однако феномен обратной связи ощутим. Литосфера своими поверхностными слоями не только определяет направле­ние и разнообразие почвообразовательного процесса, но и сама во многих проявлениях и трансформациях зависит от жизни и динамики покрывающей ее тонким слоем почвы (Вернадский В.И., 1960). В первую оче­редь воздействие почвообразования испытывают на себе коры выветривания и осадочная оболочка в целом. Но и другие состав­ляющие литосферы, если брать геологические масштабы време­ни, связаны прямо или чаше всего опосредованно с событиями, реализующимися в поверхностном слое.Для понимания существа взаимосвязей почвы и литосферы, несомненно, первостепенное значение имеет динамика каменной оболочки. Отмечается большое значение обмена веществом и энер­гией между континентальными сухопутными регионами (главными носителями почвенного покрова) и океаническими бассейнами (Вернадский В.И., 1960). При этом отмечается особое значение в процессах взаимодействия и обмена веществом между континентами и океаном переходных зон. Проблема взаимодействия почвенной оболочки и литосферы не может исчерпываться только глобальным аспектом, ярким вы­разителем которого оказываются исследования взаимосвязи кон­тинентов и океанов. Не менее важной самостоятельной стороной проблемы является всестороннее изучение экзогенных геологиче­ских процессов, их переплетений с процессами почвообразования.

1.1. Почва – защитный слой литосферы и фактор развития литосферы Верхняя часть литосферы, граничащая с гидросферой и воз­душной оболочкой, находится в особых термодинамических и геохимических условиях. Поверхностные горизонты литосферы испытывают постоянное разрушающее воздействие ряда агентов. На континентах особую разрушающую силу несут с собой движу­щиеся воды и ветер, наиболее интенсивно воздействующие на незащищенные почвенным и растительным покровом дневные го­ризонты геологических пород. Без почвенного слоя поверхность литосферы была бы подвержена мощному фронталь­ному эрозионному воздействию текучих вод. Не менее тяжелые потери возникают от дефляции, приобретающей бурный, затяжной характер при уничтожении почвенно-защитного чехла (Вернадский В.И., 1960). На Земле в силу мощного проявления экзогенеза каче­ственно иное структурно-динамическое состояние литосферы, которая оказалась гораздо более продвинутой в эволюционном плане. Одна из важнейших причин этого — наличие на нашей планете развитого почвенного покрова. Благодаря гидросферным функциям почвы реализуются в течение многих миллионов лет влагообороты на Земле, имеющие столь существенное значе­ние в глубоком экзогенном преобразовании каменной оболочки. С циркуляцией воды во внешней области Земли связано функцио­нирование на нашей планете мощного комплекса экзогенных процессов, оказывающих огромное влияние на другие компонен­ты – литосферу, органический мир, вовлечение их в глобальные круговороты. Значительный вклад вносит почва в эффект сбалансированности развития литосферы – уравновешенность эндогенных и экзогенных факторов, внутренних и внешних источников энергии литосферы и существование процессов возврата в каменную оболочку теряемого ею вещества (Вернадский В.И., 1960).

1.2. Преобразование приповерхностной части литосферы

В биохимическом преобразовании верхнего слоя литосферы почва принимает прямое и косвенное участие. Косвенное влияние заключается в том, что без почвы не было бы активного биохимического преобразования литосферы, потому что в почве обитают организмы, осуществляющие процессы преобразования.

Здесь почва выступает источником органических кислот. При взаимодействии фульвокислот с первичными минералами наряду с разложением последних мог происходить и синтез глиняных минералов, при котором частично фиксируется мобильный магний (см приложение 1).

Кроме кислот, возникающих при гумусообразовании, важными агентами разрушения и изменения минералов литосферы являются попадающие в почву продукты жизнедеятельности обитающих в ней микроорганизмов. В результате совместного действия эти агенты оказываются важнейшими факторами мобилизации хи­мических элементов, законсервированных в кристаллических ре­шетках, которые идут на питание различных живых существ био­сферы (см. приложение 2).

Приложение 1

Минерал	Растворы кислот, 0,005 н.	Общая минера­лизация раство­ров, мг/л	SiO2	А12О3	Fe2O3	СаО	MgO	К2О	Na2O
Нефелин	фк	277	120	53	—	—	—	39	65
	гк	416	137	100	—	—	—	30	77
Монтмо­риллонит	фк	97	35	3	7	50	3	—	—
	гк	85	47	12	13	13	0	—	—

Приложение 2

Освобождение SiO₂из минералов под влиянием кислотно-щелочеобразующих микроорганизмов (Аристовская, 1980)

Микроорганизмы	pH		Извлечение SiO2из различных минералов, мг/л
	в исходной среде	в куль­туре	40 сут	70 сут	70 сут
			нефелин	плагиоклаз	кварц
Penicillium notatum	6,6	3,1	124,0
	6,3	1,9	—	4,0
	4,9	1,9	—	—	0,8
Sarcina ureae	7,8	9,6	13,0
	6,8	9,5	—	2,6
	5,8	9,5	—	—	14,0

Процесс микробиологической деструкции минералов материн­ских пород наглядно проявляется на ранних стадиях почвообра­зования, когда в исходном субстрате еще не накопилось зольных веществ и минералы породы оказываются почти единственным источником питания живых организмов. Среди агентов преобразования минералов заметную роль могут играть биогенные щелочи, вклад которых в процессы выветрива­ния остается пока слабо изученным. В то же время образование биогенных щелочей – широко распространенный в природе про­цесс, который в отдельных микроочагах может протекать даже в кислых подзолистых почвах. Основным источником биогенных щелочных соединений могут быть соли слабых органических кис­лот и сильных оснований, образующихся при разложении расти­тельных остатков, среди продуктов минерализации которых ока­зываются карбонаты и бикарбонаты. Щелочи образуются также при аммонификации белковых веществ. Они могут накапливаться в почве после внесения навоза и других азотсодержащих соедине­ний, а также при разложении богатых основаниями пород. В процессах выветривания в щелочных почвах большое значение имеет биогенная сода. Образование микроорганизмами карбона­тов и бикарбонатов при минерализации богатого опада приводит к сильному повышению рН почвенных растворов, что вызывает разрушение алюмосиликатов. К числу реагентов, образуемых с помощью микробов, относят­ся также сильные восстановители: водород, сероводород, метан и другие, которые, по-видимому, в определенных условиях могут также участвовать в процессах преобразования минерального суб­страта. Таким образом, биохимический аппарат, которым располагает микрофлора почвы для деструкции минералов, в высшей степени гибок и разнообразен. В зависимости от условий среды может быть использовано то или иное из имеющихся средств для осво­бождения химических элементов из породы. В результате длительного действия почвенных агентов вывет­ривания и мобилизации вещества земной коры достигается одно из главнейших условий динамического развития и функциониро­вания зоны гипергенеза – образование фонда лабильных соеди­нений и элементов, создающего необходимые предпосылки для различного типа миграции веществ и круговоротов. Благодаря разрушению литосферных пород возникает оболочка, способствующая поглощению паров, газов, адсорбции элементов и соединений из растворов.

1.3. Почва – источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых Почва является источником для формирования в ней минералов, пород и полезных ископаемых. Осадочная и метафорфическая оболочки образовались при участии вещества, испытавшего воздействие почвообразовательного процесса.

Почвообразование оказывает существенное влияние на торфонакопление и генетически связанное с ним углеобразование. Взаимосвязь торфо- и угленакопления обусловлена прежде всего тем, что и торф и многие виды ископаемых углей — резуль­тат консервации растительных остатков, образовавшихся при совместном влиянии климата, растительности, геологической об­становки и, конечно, почвообразования. Почвенный фактор во многих работах, однако, не упоминается, что также указывает на явный недоучет многообразия роли почв в природных процессах. Есть основания говорить также и об определенном значении почвенной оболочки Земли для формирования нефти и газа, на­ходящихся в "родственных" связях с углем. В химическом составе угля, нефти и природного газа много общего. Прежде все­го, преобладает углерод и присутствуют водород, кислород, азот, т.е. те элементы, которые являются основой жизни на Земле.

Рассмотренные вопросы вклада почвообразования в формиро­вание горючих полезных ископаемых свидетельствуют о сущест­венном значении еще одного результата взаимодействия почвы с литосферой Земли. Становится ясным, что область влияния поч­венной оболочки не исчерпывается той маломощной пленкой земной коры, в которой она расположена в настоящее время. Если рассматривать геологические масштабы времени в размере эпох и периодов, то перед нами со всей убедительностью пред­стает грандиозное распространение влияния почвенной оболочки на значительную, а возможно и большую, часть литосферы. В коре выветривания, тесно связанной с почвообразованием, представлены месторождения полезных ископаемых, которые мо­гут образоваться различными путями. В одних случаях происходит высвобождение в результате разрушения породы самородных ме­таллов и устойчивых минералов (золото, платина, серебро, титани­стый жезезняк, касситерит, гранат, алмаз и др.). В других случаях накапливаются вторичные образования (каолины, бентониты, охры и др.) в результате процессов окисления, гидролиза, синтеза и других геохимических реакций. Кроме того, полезные ископае­мые могут образовываться при выпадении соединений из насы­щенных растворов, путем метасоматоза, карстовых явлений и т.п. Почвообразо­вательные процессы задействованы в том или ином виде в разной степени в создании всех групп осадочных пород: обломочных, гли­нистых, аллитных, железистых, марганцевых, фосфатных, карбо­натных, кремнистых, солей, каустобиолитов. Это проникновение почвообразования в осадочный литогенез обусловлено прежде все­го теснейшей прямой или опосредованной связью почвы с живым веществом Земли. Оценивая общий вклад почвы в континентальный литогенез, необходимо отметить очевидное влияние тесно взаимосвязанных процессов почво- и корообразования не только на формирование мощных толщ осадочных пород, которые прорабатываются поч­вообразованием по мере их накопления, но и не менее сильное воздействие данных процессов на плотные породы. Эти породы претерпевают интенсивное воздействие почво- и корообразования, одним из важнейших результатов которого оказываются диспергация и растворение вещества, законсервированного в кристалличе­ских решетках, с последующим поступлением значительной части мобилизованного консервативного материала в геохимические потоки в системе континент – океан.

1.4. Аккумуляция энергии Солнца

Участие почв в данном процессе изучено недостаточно, хотя ре­альность этого участия в настоящее время не вызывает сомнения. Особого внимания заслуживает обмен энергией и веществами между разными слоями литосферы. В.И. Вернадский считал, что гранитная оболочка – метаморфизованная и переплавленная, когда-то была на поверхности биосферой суши.

Атом­ные структуры основных минералов зоны гипергенеза по сравне­нию с главными минералами изверженных пород характеризуются повышенными запасами энергии, поскольку они образуются в процессе выветривания (и почвообразования) при эндотермиче­ских реакциях с поглощением солнечной энергии. Это важно, поскольку данные минералы составляют основную массу осадоч­ных пород, которые в областях опускания земной коры попадают в глубокие горизонты планеты. Для этих горизонтов характерны высокие температуры и давление, поэтому вещество, образовав­шееся при почвообразовании и выветривании, перестраивается в атомные системы с меньшей энергоемкостью. Выделяемое при этом тепло стимулирует внутриземные процессы.

Почва также участвует в передаче вещества атмосферы в недра Земли. В процессе почвообразования происходит поглощение га­зов, которые в составе почвенных соединений поступают в оса­дочные породы. Вместе с органическим веществом осадочные породы уносят с собой до­бавочные количества кислорода за счет окислов. Важна роль почв в фикса­ции атмосферного азота в его глобальном круговороте, отмечая, что поступление азота в состав органических соединений проис­ходит преимущественно в почве. Особенно важное значение имеет связывание почвенно-растительным покровом диоксида углерода с последующим погребением в осадочной оболочке. Аккумуляция углерода в стратосфере достигает колоссальных величин. Только органического углерода в фанерозойских отло­жениях накоплено более 9 * 10²¹ г; карбонатного углерода содер­жится в несколько раз больше. Аккумуляция СО₂ атмосферы при формировании органического осадочного вещества Земли и кар­бонатных осадочных пород имеет принципиальное значение для поддержания геологической активности планеты и постоянного выделения из недр диоксида углерода и других газов в воздушную оболочку.