Ганжара - Почвоведение

В ледниковый период огромный европейский ледниковый

щит достигал более 2 км мощности, покрывая площадь 5,5 млн.

квадратных километров. Ледники и образовавшиеся при таянии

льдов водяные потоки проделывали большую геологическую ра­

боту и оставили после себя своеобразные ледниковые и водно­ ледниковые отложения. При таянии ледников большое количество

воды поступало в северные и южные моря, которые выходили из

берегов, наступая на сушу (морские трансгрессии). При последу­

ющем отступлении на значительных площадях остались морские

отложения. Доледниковый почвенный покров был смыт почти

полностью. С момента исчезновения материковых льдов на терри­

тории России прошло всего 10-12 тыс. лет. Таким образом, возраст материнских пород и почв Русской равнины исчисляется величи­ нами 10-12 тыс. лет.

Структура земной коры. На поверхности Земли выделяются

материки и океанические впадины. На материках устанавливаются

платформы и складчатые геосинклинальные системы. Платформы представляют собой древние, устойчивые участки земной коры, характеризуются двухъярусным строением. В основании залегает кристаллический или складчатый фундамент, который перекрыт сравнительно тонким слоем (2-5 км) осадочных пород. Примера­ ми древних платформ являются Русская и Сибирская, которые испытывали только слабые вертикальные движения с весьма не­ значительной магматической деятельностью.

Складчатые системы - геосинклинали выделяются узкими

полосами. Для них характерны интенсивные вертикальные движе­ ния земной коры и излияния магмы. Горные системы Кавказа,

Памира и другие образавались на месте геосинклиналей. Совре­

менные геосинклинали прилегают к Охотскому и Японскому мо­ рям, к Малайскому архипелагу. Землетрясения и вулканическая деятельность на Камчатке и Курильских островах приурочена к

современным геосинклиналям.

Поверхность литосферы граничит с атмосферой и гидросферой. Атмосфера - воздушная оболочка Земли. Плотность атмос­ феры убывает с высотой, и она постепенно переходит в межпла­

нетное пространство. Атмосферный воздух состоит из азота - 78,1%, кислорода- 20,1%, аргона- 0,9% и углекислого газа-

0,03%. Остальное небольшое количество приходится на неон, ге­

лий, водяной пар, частицы пыли и льда. Основной газовый состав

атмосферы мало изменяется с высотой и в разных точках земного шара. Содержание водяного пара и твердых примесей более дина­

мично. В атмосфере выделяют пять слоев:

20

1. Тропосфера - слой атмосферы до высоты 8 км над полюса­ ми и до 17 км над экватором. В тропосфере сосредоточен практи­ чески весь водяной пар и формируются атмосферные процессы,

определяющие погоду (циклоны, антициклоны, облака, осадки и др.). Основное тепло Солнца поглощается поверхностью Земли.

Поэтому с высотой, по мере удаления от поверхности температу­

ра за счет перемешивания понижается. В тропосфере выделяется приземный слой толщиной 30-50 м, температура которого нахо­ дится под непосредственным воздействием земной поверхности. В

этом слое происходят существенные суточные изменения темпе­

ратуры и проявляются основные особенности микроклимата.

2. Стратосфера - следующий слой до высоты 40 км, кото­

рый характеризуется почти полной неизменностью температуры с

высотой. Малая теплоемкость разреженного воздуха препятствует

переносу тепла перемешиванием, а выравнивание температуры

происходит за счет лучевого теплообмена. В верхней части стратос­

феры наблюдается максимальная концентрация озона, молекула

которого состоит из трех атомов кислорода. Озон образуется под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и обладает способностью поглощать ее, защищая от резких изменений и ре­ гулируя климатические условия и биологические процессы на по­

верхности Земли.

3.Мезосфераслой между 40 и 80 км, характеризуемый рос­ том температуры в нижней ее части до 2О-3о·с выше о·, в верх­ ней - Падением ДО -1 00•с.

4.Термосфера, или ионосфераслой от 80 до 1000 км ха­

рактеризуется высокой разреженностью газа, который под дей­ ствием солнечной радиации распадается до ионов и свободных

электронов.

5. Э~о::Jnсфера, или сфера рассеяния, расположенная выше 1000 км, представляет собой зону утечки газов в космическое

пространство.

Атмосфера пропускает 3/4 солнечного излучения и задержи­

вает длинноволновое излучение земной поверхности, тем самым

увеличивая общее количество тепла, используемого на развитие природных процессов на поверхности Земли. Космические и ат­

мосферные агенты - свет, тепло, осадки, ветер - проводят ог­

ромную работу в процессах выветривания и почвообразования и создают условия для существования жизни на Земле.

Гидросфераирерывистая водная оболочка Земли, распола­

гающаяся между атмосферой и литосферой, включающая океа­

ны, моря и континентальные водные бассейны (озера, реки, лед-

21

(,.)

ники). Гидросфера покрывает 70,8% земной поверхности. Основ­

ная часть (98,3%) массы воды сосредоточена в морях и океанах,

1,65% в материковых льдах и только 0,45% в пресных водах рек, озер и болот. Гидросфера находится в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Вода гидросферы ра­

створяет в себе воздух атмосферы, кислород которого использует­

ся для жизнедеятельности огромного количества организмов, на­

селяющих гидросферу. С этой точки зрения гидросфера является

частью биосферы.

Вода гидросферы, испаряясь, поступает в атмосферу и вы­ падает в виде осадков. Главные катионы морской воды (натрий,

магний, калий, кальций) образовались в результате выветрива­

ния горных пород материков и последующего переноса водами

рек в моря и океаны. В гидросфере впервые зародилась жизнь на

Земле. Подавляющая часть осадочных горных пород и такие цен­

ные полезные ископаемые как нефть, уголь, бокситы, разнооб­ разные соли образовались в прошлые геологические эпохи в раз­ личных водоемах. Особое свойство гидросферы - плодородие, со­

измеримое с плодородием почв. Это свойство еще в очень малой

степени используется человеком.

Биосфера - это особая биокосная оболочка Земли, в кото­

рой обитают живые организмы. Основы учения о биосфере были

заложены российским ученым В.И.Вернадским, положившим на­ чало науки биогеохимии. Существенный вклад в развитие этой на­

уки внесли Б.Б.Полынов, А.П.Виноградов, В.Н.Сукачев, В.А.­ Ковда и другие исследователи. Пределы биосферы охватывают

тропосферу, гидросферу и верхний слой литосферы, в основном кору выветривания. Верхняя граница биосферы находится на вы­ соте 10-12 км, где были обнаружены бактерии и их споры, ниж­ няя граница проходит на глубинах 2-3 км, где также были обнару­ жены микроорганизмы в нефтеносных водах. Основная же масса микроорганизмов на суше не проникает глубже нескольких десят­ ков, реже - сотен метров. В гидросфере жизнь проникает до дна мирового океана, то есть до глубин более 10 км. Внутри биосферы можно выделить отдельные слои, или оболочки, в которых на­

блюдается повышенная концентрация живых организмов, и про­

цессы с их участием являются ведущими в функционировании

этих систем. К ним можно отнести наземные оболочки, включаю­

щие растительный и почвенный покров, животный мир, водные

экосистемы и мелководные оболочки, донные экосистемы. Мош­ ность этих оболочек значительно меньше и измеряется метрами и десятками метров. Взаимодействие живой и неживой материи в

24

тих оболочках, так же как и в почвах, создало условия для суще­

~твования живых организмов. В этом смысле можно говорить о

•• что все биокосные системы биосферы обладают плодороди-

то,..,

мв широком смысле этого слова.

еэлементарной структурной единицей биосферы является био-

еоценоз (синонимыфация, экосистема) -участок земной или

г u ф

водной поверхности, соответствующим одному элементу релье а с

одинаковыми генезисом и литологней почваобразующих пород,

глубиной залегания и степенью минерализации и химизмом грун­

товых вод, почвенной разностью, микроклиыатом и биоценозом. Биоценоз представляет собой взаимозависимое сообщество жи­

вых организмов, занимающих однородное пространство земной по­

верхности, которое, в свою очередь, называется биотопом. Таким

образом, экасистема = фация = биогеоценоз = биоценоз + биотоп. Для аграландшафтов В.И.Кирюшиным было предложено использо­

вать термин "элементарный ареал агроландшафта" (ЭАА), синони­ мом которого является агробиоценоз, или агроэкосистема. Агроценоз

соответствует биоценозу. Наименьшей единицей структуры почвен­ ного покрова является элементарный почвенный ареал (ЭПА).

Термины экасистема и аграэкасистема применяют к биоце­

нозам и биотопам самого различного размера. При этом в эколо­

гии различают микроэкосистемы на уровне почвенного индиви­

дуума, мезоэкосистемы на уровне ЭПА и, наконец, макроэкоси­

стемы, такие как степь, таежные леса и т.д.

В термодинамическом отношении экасистемы относятся к от­ крытым системам, относительно стабильным во времени. В экасис­ темы поступают солнечная энергия, вода, газ атмосферы, элемен­ ты питания из литосферы. Выходят из экасистем тепло, кислород,

углекислый газ и другие газы, органаминеральные вещества в вод­

ных растворах, осадочные породы. Биогеосистемы еложились в ре­

зультате длительной эволюции и являются результатом приспособ­ ления видов к окружающей среде. Они обладают свойством саморе­ гуляции и способны противостоять, в известных пределах, вне­ шним воздействиям. При глубоких изменениях, в том числе связан­

ных с деятельностью человека (пожары, эрозия почв, загрязнения

таксикантами и др.), могут наступать необратимые изменения био­ геоценозов, включая гибель организмов и деградацию почв. Почва - один из главных компонентов биогеоценоза, поэтому для ее по­ знания и грамотного использования необхо)i!.имо изучение биогео­ ценозов в целом. Приближение функционирования аграбиоценозов

к естественным экасистемам - одна из главных задач сельскохо­

зяйственной деятельности человека.

25

Глава 2. Выветривание, большой геологический круговорот веществ

2.1. Виды выветривания

Выветривание (синонимгипергенез) -это совокупность абиотических и биологических процессов разрушения и образова­

ния горных пород и слагающих их минералов под воздействием

агентов атмосферы, биосферы, гидросферы в верхних слоях зем­ ной коры. Неотъемлемой частью процессов выветривания являют­

ся процессы денудации - переноса продуктов разрушения горных

пород в поиижеиные участки под действием внешних сил (вода,

тепло, ветер и др.). В результате этих процессов образуется кора

выветривания. Мощность современной коры выветривания со­

ставляет от нескольких метров до десятков метров.

Выделяют три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание - это процесс разрушения (рас­

трескивания, дробления) минералов под воздействием давления, возникающего за счет суточных и сезонных колебаний температу­ ры (тепловое расширение и сжатие минералов, замерзание и от­ таивание воды), механической деятельности ветра, потоков

воды, корней растений. В результате увеличивается дисперсность и

удельная поверхность пород, снижается их плотность.

Химическое выветривание - процесс химического измене­

ния и разрушения горных пород и минералов с образованием но­

вых минералов и, в конечном итоге, новых пород.

Химические реакции происходят при участии воды, угле­

кислого газа, кислорода и других веществ.

Вода растворяет вещества, содержащиеся в горных породах и

минералах, при этом в раствор поступают катионы и анионы, из­

меняющие кислотно-щелочные условия. Это увеличивает раство­ ряющую способность воды. Разложение минералов водой усилива­

ется с повышением температуры и насыщением ее углекислым

газом, который подкисляет реакцию среды. Гидролиз минералов,

реагирующих с водой, приводит к образованию новых минералов.

В преобразовании минералов в присутствии угольной кислоты большую роль играют реакции карбонатизации (образования кар­

бонатов) и декарбонатизации (разрушение карбонатов).

26

реакции окисления-восстановления принимают активное

участие в процессах гипергенеза. Красные, красно-бурые, желтые оi<раски кор выветривания обусловлены окисленными формами железа, марганца и других элементов. В восстановительных усло­

виях преобладают сизые и серые т?на. В ходе химического вывет­

ривания развивается элювиальныи процесс - вынос с раствора­

ми рЯда элементов за пределы коры выветривания. В первую оче­ редь вымываются наиболее растворимые соединения, что обус­ ловливает стадийность процесса выветривания. В соответствии со стадийностью и химическим составом существует большое разно­ образие кор выветривания. Они подразделяются по возрасту: со­

временные, древние, ископаемые; по геохимическому типу: элю­

виальные, транзитные, аккумулятивные; по вещественному со­

ставу и стадиям выветривания: обломочные (состоят из обломков пород), засоленные (содержат водорастворимые соли), сиаллит­

ные (отношение Si02:AIP?2), аллитные (Si02:Alp3<2). Обломоч­

ные, сиаллитные коры выветривания формируются и сохраняют­

ся в условиях умеренного климата и характеризуются начальньiми

стадиями выветривания; аллитные, более зрелые, - формируют­

ся в условиях влажного тропического климата.

В процессе выветривания преобладает разрушение первич­ ных минералов, которые образавались в глубоких слоях земной

коры при высоких температурах и давлении. Попадая на поверх­

ность земной коры, в иные термодинамические условия, они те­ ряют устойчивость.

Первичные минералы различаются по устойчивости к вывет­

риванию в соответствии со строением и составом. Наиболее устой­

чивым из широко распространенных минералов является кварц, к

мало устойчивым относятся полевые шпаты. Образующиеся в про­

цессе гkпергенеза вторичные глинистые минералы играют большую роль в процессах почвообразования и являются более устойчивыми

к выветриванию в условиях земной поверхности.

Биологическое выветривание - процесс разрушения и изме­

нения горных пород и минералов под действием организмов и nродуктов их жизнедеятельности. При биологическом выветрива­

нии механизмы nроцессов разрушения, изменения минералов и

nород те же, что и при физическом и химическом выветривании.

Однако интенсивность процессов существенно увеличивается, nоскольку увеличивается агрессивность среды. Корни растений и

микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и Различные кислоты (щавелевую, янтарную, яблочную и др.). Нит­

Рофикаторы образуют азотную кислоту, серобактериисерную. В

27

процессе разложения мертвых остатков растений и животных об­ разуются агрессивные гумусовые кислоты - фульвокислоты, спо­

собные разрушать минералы. Многие виды бактерий, грибов, во­

доросли, лишайники могут усваивать элементы питания непос­

редственно из первичных минералов, разрушая их при этом.

Именно таким является механизм первичного почвообразования.

В верхней части коры выветривания процесс выветривания

протекает совместно с процессом почвообразования и является неотъемлемой составной частью почвообразования, так же как

почвообразование является неотъемлемой частью выветривания.

Однако в более глубоких слоях за пределами почвенного профи­

ля, а также в подводных ландшафтах выветривание выделяется

как самостоятельный процесс. В этих слоях в процессах выветрива­

ния так же принимают участие микроорганизмы и продукты их

жизнедеятельности.

2.2. Большой геологический круговорот веществ

Процессы выветривания являются начальным этапом боль­ шого геологического круговорота веществ. Геологические процес­ сы разделяются на две большие группы: эндогенные (внутрен­ ние), которые зарождаются в глубинных оболочках Земли за счет энергии радиоактивного распада, и экзогенные (поверхностные), обусловленные внешней энергией.

Кэндогенным (внутренним) процессам относятся: магне­

тизм, метаморфизм, вулканизм, движения земной коры (земле­ трясения и горообразование).

Кэкзогенным - выветривание, деятельность атмосферных и

поверхностных вод, ледников, подземных вод, морей и океанов,

животных и растительных организмов. Особо следует выделить геологическую деятельность человека - техногенез. Взаимодей­ ствие внутренних и внешних геологических процессов объединяет большой геологический круговорот веществ.

В результате действия эндогенных процессов образуются крупные формы рельефа земной поверхности: горные системы,

возвышенности, низменности, океанические впадины. Под дей­

ствием экзогенных процессов происходит разрушение магмати­

ческих горных пород, персмещение продуктов разрушения в

реки, моря и океаны и формирование осадочных пород. В резуль­

тате движений земной коры осадочные породы погружаются в

глубокие слои, подвергаются процессам метаморфизма (действию

28

вьiсоких температур и давления), и образуются метаморфические nороды. Последние при погружении в более глубокие слои могут

езультате вулканическои деятельности поступать в верхние слои

~итосферы или на ее поверхность в виде магматических пород. Та­

ким образом происходит образование основных групп почвообра­

зуюших пород и различных форм рельефа.

Глава 3. Почваобразующие породы,

их происхождение, состав и агроэкологическая оценка

Горные породы, из которых формируется почва, называют­

ся почвообразующими, или материнскими. По условиям образо­

вания их подразделяют на три группы: магматические, метамор­

фические и осадочные.

3.1. Магматические горные породы

Магматические породы образуются при застывании сили­ катного расплава магмы внутри земной коры (интрузивные) или на ее поверхности (эффузивные). Эти породы имеют кристалли­

ческое строение, плотное сложение (плотность 2,6-3,3 г/см3) и

поэтому их называют еще массивно-кристаллические. К широко

распространенным представителям интрузивных пород относятся

диориты, граниты, габбро, дуниты и др., к эффузивным - ба­ зальты, андезиты и др. Магматические породы состоят главным

образом из соединений кремния, алюминия, железа, магния,

кальция, калия и натрия. В зависимости от соотношений соедине­

ний кремния, калия и натрия - с одной стороны, и железа,

кальция и магния- с другой, различают магматические породы

кислые и основные.

· Кислые почваобразующие породы (граниты, липариты, пег­

матиты) имеют высокое содержание кремнезема (более 63%

Si02), ДО 7-8% ОКСИДОВ каЛИЯ И натрия И ТОЛЬКО 2-3% ОКСИДОВ

кальция и магния. Они имеют светлую и буроватую окраску с хо­

Рошо выраженными кристаллами кварца, полевых шпатов, слюд.

Почвы, образующиеся из кисЛых пород, содержат гравий, песча-

29