ПОЧВА лесники ответы / Voprosy_20-21

Вопросы 20-21

Лекция 6. Почвообразующие породы России и Мира

Почвообразующие породы России и Мира,

их генезис, особенности и свойства.

2. Характеристика морских, речных, озёрных, ледниковых, эоловых, делювиальных, пролювиальных и элювиальных отложений.

3. Антропогенно-изменённые почвы.

Почвообразующими породами, или материнскими, называются поверхностные горизонты горных пород, из которых формируются почвы. Различия в свойствах почвообразующих горных пород наследуются почвами.

Почвообразующая порода является основой почвы и передаёт ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются под воздействием почвообразовательного процесса.

Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах, всегда различаются. Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразовательного процесса. Механические свойства горных пород, их плотность и проницаемость, минералогический состав и химические особенности существенно сказываются на скорости и направлении почвообразовательного процесса. Первоначальный запас в горных породах фосфора, кальция, серы, калия и других элементов в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия, особенно во влажном климате.

При равнинном рельефе вариабельность свойств почвообразующих пород незначительна. В странах горного рельефа пестрота горных пород исключительно велика, и там прямое их влияние на особенности почвообразовательного процесса выражены наиболее резко.

Почвобразующие породы различаются по происхождению (генезису), составу, строению и свойствам.

Горные породы, слагающие земную кору, разделяются на три группы: магматические (массивно-кристаллические), осадочные и метаморфические.

Массивно кристаллические породы представляют собой охлаждённую и затвердевшую магму, которая вышла на поверхность земли или застыла в виде обширных тел на глубинах, Эти горные породы имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое зернистое строение.

По химическому составу они слагаются, главным образом, из соединений кремния, алюминия, железа, щелочей, кальция и магния. В различных горных породах этого типа соотношение названных компонентов значительно варьирует. В зависимости от содержания и соотношения соединений кремния и щелочей с одной стороны, железа, кальция и магния – с другой, различают магматические породы кислые и основные.

Кислые магматические породы включают граниты, гранулиты, пегматиты, риолиты, липариты и другие. Для них характерно высокое содержание кремнезёма (63-77% SiО₂), заметное количество калия (3-5%), натрия и алюминия (4-15%), небольшое количество железа (0,3-1,9%), ничтожное количество кальция и магния (0,3-2,2%), относительно повышенное содержание F и В.

Кислые магматические породы обычно окрашены в светлые и буроватые тона, в них отчётливо различаются кристаллы кварца, полевых шпатов, слюд. Породы содержат повышенное содержание Rb, Ba, Y, Mo, Zr, U, Ra, редких земель и малое количество Cr, Zn, Ni, Co, Cu, Ti.

Они содержат большое количество газов (СО, СО₂, H₂S, CH₃, H, N, Cl, HCl). Продукты выветривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, особенно на ранних стадиях выветривания, отличаются рыхлостью, песчанистостью, и гравийным характером материала с более или менее достаточным содержанием калия, связанного с минералами группы слюд. Однако, в условиях очень влажного климата почвы, образующиеся из пород кислой магмы, быстро утрачивают плодородие и приобретают повышенную кислотность вследствие интенсивного выщелачивания щелочных и щёлочноземельных металлов атмосферными осадками.

Основные магматические породы, включающие базальт, перидотит, дунит, габбро, характеризуются невысоким содержанием кремнезёма (от40 до 60% SiО₂), связанного в основном в алюмосиликатных минералах. Свободный кремнезём в виде кварца содержится в небольшом количестве. Они, в отличие от кислых магматических пород, богаты соединениями Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zn, Ti, Cu, мало содержат Zr, Y, Ва, Rb, Li, Ra и редких земель. Горные породы щелочной магмы имеют очень тёмную, иногда чёрную окраску, что объясняется отсутствием кварца и преобладающим содержанием тёмноцветных минералов (оливин и другие).

Продукты выветривания и почвообразования на горных породах щелочной магмы обычно быстро приобретают глинистый характер, длительное время сохраняют щелочную и нейтральную реакцию, отличаются повышенным содержанием почвенного гумуса и вторичных, глинистых минералов монтмориллонитового типа. Почвы, образовавшиеся на таких породах, отличаются высоким и относительно устойчивым плодородием даже в условиях влажного тропического климата.

Между двумя основными группами массивно-кристаллических магматических пород – кислыми и основными – существует ряд переходных групп, среди которых некоторые ближе к основным – андезиты и диабазы, а некоторые к кислым – диориты.

Граниты и близкие к ним породы кислой магмы на севере Европы образуют так называемый Фенно-Скандинавский щит. Обширные пространства заняты гранитами и риолитами в Южном Китае, Латинской Америке (особенно в Бразилии) и Африке. В двух последних распространены древние граниты, которые вышли на поверхность в результате длительной эрозии и денудации,

Основные породы – базальт, андезит и вулканическая лава являются субстратом современного почвообразования в Западной Грузии, Армении, Турции. Очень большие территории Центральной Индии (Деканское плато) занято породами этого типа. Именно на переотложенных продуктах выветривания этих пород образовались знаменитые по своему плодородию тёмноокрашенные почвы, так называемые регуры (чёрные хлопковые почвы). Основные изверженные породы часто встречаются на территории Сибири, Японии, Австралии, Эфиопии, Египта, Чили и Мексики, а также на территории областей третичного, четвертичного и современного вулканизма в Латинской Америке, Африке, Азии и особенно на островах Тихого океана (Гавайские, Галапагосские и другие).

Среди массивно-кристаллических пород преобладают кислые (47%), т.е. граниты и близкие к ним породы, андезиты составляют – 24%, а типичные основные породы – базальты – 21%. В общей массе слагающих литосферу пород, магматические породы составляют 95%, однако почвообразующими являются, главным образом, в горных областях.

Метаморфические породы являются как бы переходными между осадочными и массивно-кристаллическими магматическими породами.

Если древние осадочные породы после погружения местности подвергались воздействию высокого давления и особенно высоких температур, то могли приобрести сходство с метаморфическими породами, хотя черты их осадочного происхождения не вполне исчезли. Таковы мрамор, кварциты, сланцы, конгломераты.

В числе метаморфических пород особенно важны сланцы, гнейсы, минералогически и химически близкие к гранитам. Необходимо отметить, что на поверхности земного шара гнейсы и метаморфизированные глинистые сланцы занимают вместе с гранитами, гранулитами и пегматитами огромные поверхности. Однако, их значение в почвообразовании незначительно, и проявляется, в основном, в горных областях.

Осадочные почвообразующие породы покрывают основную часть поверхности суши, и в современную эпоху почвообразовательный процесс происходит, главным образом, на осадочных породах.

Слоистые толщи осадочных пород накапливались на дне океана, морских и озёрных водоёмов, на равнинах, окаймляющих горы, куда выносились ледниковыми, водными и воздушными потоками.

Осадочные породы по объёмному весу значительно легче магматических. Их окраска разнообразнее и светлее; монолитное сложение и кристаллическая структура в них не выражена. Среди осадочных пород важно различать группы морского и континентального происхождения (без участия морских вод).

В числе осадочных пород преобладают глинистые сланцы (77%), песчаники – 11,3%, известняки – 5,9%, на долю солей разного рода приходится 5,8%.

Осадочные породы морского происхождения – известняки, конгломераты, песчаники, глинистые сланцы, глины. Эти породы характеризуются плотной консистенцией, включают остатки морской флоры и фауны, а также имеют примесь извести и легко растворимых солей.

Из осадочных пород морского происхождения наиболее специфичны известняки, песчаники и кварциты. На известняках, которые на 75-95% состоят из углекислого кальция или доломита при выветривании и почвообразовании образуются глинистые структурные почвы нейтральной или слабощелочной реакции, нередко с высоким содержанием почвенного гумуса, с хорошими физическими свойствами и, как правило, с высоким уровнем естественного плодородия.

Кварциты и песчаники, состоящие в основном, из сцементированных масс песка и кварца, при выветривании и почвообразовании дают материал песчанисто-гравийного механического состава, бедный элементами питания и низкого плодородия.

Осадочные породы морского происхождения распространены широко, но на платформах они покрыты континентальными осадками. Горообразовательными процессами и денудацией морские осадочные породы выводятся на поверхность и являются субстратом почвообразования.

Континентальные осадочные породы распространены на равнинных территориях и пологих склонах суши. Это конгломераты, галечники, песчаники, пески, глины и суглинки, соли.

Континентальные осадочные породы закрывают изверженные и древние морские осадочные породы, образуя покровы у подножий горных хребтов, в конусах выноса горных потоков, в древних долинах и дельтах рек. Они переносятся и распределяются на суше в результате движения льдов, текучей воды и воздушных масс, поэтому не содержат остатков морской фауны и флоры и не включают легкорастворимых морских солей. Только, осадочные континентальные породы, которые образовались в условиях жаркого сухого климата, содержат значительное количество солей, химизм которых отличается от морского.

Морские и континентальные осадочные породы могут быть очень древними и молодыми.

Древние осадочные породы, образованные в дочетвертичный период, со временем утратили рыхлость, пористость и являются преимущественно плотными породами.

Древние осадочные породы и массивно-кристаллические продукты разрушения (магматических и метаморфических пород) породы объединяют по возрасту в одну группу дочетвертичных или коренных пород. Наиболее широко они распространены в горных районах.

Молодые осадочные породы сформировались в четвертичный период в результате выветривания коренных пород и переотложения продуктов их разрушения водой, ветром, льдом, их образование продолжается и в настоящее время.

Это рыхлые осадочные породы континентального и морского происхождения. В отличие от плотных коренных пород они характеризуются благоприятными для почвообразования свойствами: рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью, водоудерживающей и поглотительной способностью. Рыхлые осадочные породы являются главными почвообразующими породами, на которых повсеместно образуется почва.

В зависимости от способа накопления, морские и континентальные осадочные породы подразделяются на механические наносы, химические осадки и породы биогенного генезиса.

Механические наносы. В зависимости от размеров обломков пород переотложенных под влиянием силы тяжести, движения ледников, текучих вод или ветра различают:

1) грубообломочные наносы (каменистая морена, галечники, отложения щебня, дресвы, гравия);

2) пески (размеры частиц 1-0,1 мм), отложенные прибрежными течениями морей, и озёр, потоками ледниковых вод, рек, ручьёв, ветром;

3) суглинки (размер частиц 0,1-0,01 мм), отложенные ледниковыми, дождевыми и речными потоками, течениями озёрной или морской воды. Различают суглинки лёгкие, переходящие в пески и тяжёлые, переходящие в глины. Суглинки слоисты, имеют конкреции железа и марганца или скопления извести, гипса.

Среди суглинистых осадочных пород особенно важны для почвообразования лёссы и лёссовидные породы, занимающие огромные пространства в Центральной Азии и Восточной и Центральной Европе, а также на равнинах Урагвая, Аргентины и Соединённых Штатов Америки. Почвы, образующиеся на лёссах и лёссовидных суглинках, обычно отличаются высоким и устойчивым плодородием.

4) глины (размер частиц менее 0,01 мм) – осадки, отложенные на дне стоячих водоёмов, в речных и дельтовых озёрах, особенно в озёрах ледникового происхождения, в морских лагунах, эстуариях, и заливах. В зависимости от происхождения глины могут содержать легкорастворимые соли, скопления соединений железа, алюминия, марганца, конкреции и горизонты извести, кристаллы и прослои гипса.

Глины слоисты, иногда слоистость скрытая, иногда чётко выражена. По сравнению с песками и суглинками они богаче элементами минерального питания: Р, К, Са, Сu, Zn, Со, часто присутствует органическое вещество и азот.

Однако физические свойства глин часто неблагоприятны для почвенного плодородия, что зависит от их минералогического состава. Глины, содержащие аллофаноидные минералы и минералы группы монтмориллонита, обладают крайне высокой гидрофильностью, бесструктурностью, очень низкой влаго,– и воздухопроницаемостью, что обуславливает низкое естественное плодородие. В аридных условиях, в глинах может присутствовать значительное количество токсических солей, что ведёт к засолению почв, образовавшихся на этих глинах.

Химические осадки. В морских лагунах и заливах, в условиях жаркого климата выпадают и осаждаются различные химические соединения. Этим путём образуются значительные толщи осадочных химических пород. Химические осадки могут быть чистыми или загрязнены примесями механических осадков – глинистых, песчаных и даже каменистых (пресноводный мергель – известковая осадочная порода, содержит не менее20-30% СаСО₃ и образующаяся при испарении жёсткой озёрной или грунтовой воды). Почвы, образующиеся на известняках и меле, отличаются высоким плодородием и благоприятными физическими свойствами.

На дне соляных озёр или заливов и морских лагун с повышенной концентрацией солей происходит осаждение гипса, мирабилита, тенардита, поваренной соли, кремнезёма, окислов железа и марганца, соединений микроэлементов. Тонкие коллоидные глины образовались в природе путём осаждения соединений кремнезёма и полуторных окислов из водных растворов.

Процессы образования химических осадочных пород были распространены в пермскую эпоху. Этим путём образовались мощные залежи известняков, гипсов, солёных отложений. Почвы, образованные на чистых химических осадках солей, отличаются крайне низким плодородием.

Образование химических осадков в современных условиях также широко распространено.

Осадочные породы химического генезиса. В черноморских лиманах наблюдаются соляные грязи и концентрированные соляные растворы, из которых выпадают в осадок сульфат и хлорид натрия. Тоже наблюдается и в заливах Каспийского моря Кара-Богаз-гол. В соляных озёрах Западной Сибири и Казахстана идёт накопление сернокислого и углекислого натрия.

Равнинные пустыни Перу и Чили закрыты мощными пластами сернокислых и азотнокислых солей древнего происхождения.

Осадочные породы биогенного происхождения – особая группа осадочных пород, состоящая из органического вещества, главным образом, растительного происхождения, которое накапливается в зарастающих озёрах и образуется торф.

В дельтах тропических рек озёра и острова зарастают мощными лесами, перевитыми лианами и болотной растительностью. Многочисленные накопления таких лесоболотных формаций приводит к накоплению громадных количеств растительной массы и перемежающихся толщ аллювия, которые, погребаясь новыми минеральными отложениями, под влиянием повышенного давления, температуры и анаэробного разложения превращаются в лигнит или каменный уголь.

В пресноводных послеледниковых озёрах вследствие интенсивной жизнедеятельности разнообразной макро,- мезо, – и микрофлорой и фауной отлагались на дне значительные толщи тончайшего органического ила – «сапропеля». В древних лагунных осадочных отложениях формировались битуминозные породы, асфальты, битумы и нефть.

Органогенными осадками являются некоторые известняки и трепел. В Карелии и на Кольском полуострове на поверхности оказались древние органогенные осадки – шунгиты, на которых формируются плодородные темноцветные почвы. Органогенные породы не занимают больших непрерывных пространств, но они могут систематически встречаться на ограниченных территориях, оказывая влияние на формирование своеобразных почв, обеспечивая их высокую гумусность.

Наиболее известны почвы, образованные на четвертичных торфах и торфяных отложениях в Белоруссии и Западной Сибири. Эти почвы обладают высоким плодородием.

Отложения сапропеля используются как органическое удобрение. Они содержат P, K, N и другие элементы питания растений. Некоторые бурые угли и лигниты также используются как органическое удобрение и для нейтрализации щелочных почв. В странах развитой добычи каменных и бурых углей на выбросах горных пород, содержащих значительное количество органических соединений, наблюдается современное почвообразование.

На территории Русской равнины в направлении с северо-запада на юго-восток происходит закономерная смена почвообразующих пород. На крайнем северо-западе (Кольский полуостров, Карелия) материнские породы представлены грубой щебенистой мореной, состоящей из местных кислых магматических пород. Она была отложена в заключительную стадию последнего оледенения. Механический состав породы в основном песчаный и супесчаный.

К юго-востоку в границах валдайского и калиниского оледенений у поверхности распространена «смешанная» морена из магматических пород Фенноскандии и, перемещенных ледником, осадочных пород при его движении. По механическому составу преобладает суглинистая и легкосуглинистая морена, у северных окраин значительные площади заняты супесчаной мореной.

В северо-восточной части Русской равнины распространена морена новоземельского и уральского центров оледенения. По механическому составу новоземельская морена тяжелее, чем скандинавская.

На фоне моренных отложений в пределах распространения валдайского оледенения отдельными участками встречаются озёрно-ледниковые отложения. С поверхности они сложены мелкопесчаными, крупнопылеватыми суглинками и глинами. Озёрно-ледниковые отложения слоисты.

За границей валдайского и калининского оледенений морена резко убывает к югу, уходя под более молодые отложения. Отсюда до берегов Чёрного и Каспийского морей простирается область лёссовых пород. Большое содержание крупной пыли (0,05-0,01 мм) лёссовой фракции (от 30…50 до 70% и более) и наличие карбонатности является их отличительной особенностью.

Некарбонатные лёссовидные суглинки распространены на площади московского оледенения и опоясывают моренные отложения с юга. Они залегают поверх морены, в них отсутствует карбонатность, и их называют «покровными суглинками».

Слабокарбонатные лёссовидные суглинки распространены с южных окраин дерново-подзолистой зоны к югу лесостепи. Они перемеживаются с флювиогляциальными отложениями, занимающими вместе с аллювием древних и современных рек обширные пространства – «полесья». Наиболее крупные из них с запада на восток следующие: Припятское, Деснинское, Окско-Мещерское, Верхневолжское, Балахнинское, Мокшинское, Ветлужское, Вятско-Камское.

Флювиогляциальные отложения имеют преимущественно песчаный или супесчаный механический состав. Они характеризуются небольшой мощностью (50…100 см), а ниже залегает порода другого типа (морена, реже озёрно-ледниковые отложения или коренные породы). Почвообразующая порода имеет здесь двучленное строение, что в случае тяжёлого механического состава нижней толщи приводит к переувлажнению и образованию различных гидроморфных почв.

Южнее слабокарбонатных лёссовидных суглинков располагается зона карбонатных лёссовидных суглинков и лёсса. Карбонаты в породах начинают появляться нередко в пределах нижней части гумусового горизонта и прослеживаются до подстилающей породы.

Лёсс занимает западную зону карбонатных лёссовых пород и имеет суглинистый и легкосуглинистый механический состав с большим процентом крупной пыли и наиболее благоприятными физическими свойствами. Карбонатные лёссовидные суглинки отличаются от лёсса более тяжёлым механическим составом, местами глинистым, содержащим много мелкой пыли и илистых частиц.

Высококарбонатные лёссовидные суглинки (самый южный литологический вид лёссовых пород) тяготеют к побережью Чёрного и Азовского морей. Почвы, развитые на них, вскипают с самой поверхности, а на некоторой глубине присутствует в виде новообразований гипс и местами легкорастворимые соли.

В восточной внеледниковой части Русской равнины, в Приуралье почвообразующие породы представлены элювием и делювием коренных пород пермского и пермско-карбонового возраста.

Элювий разнообразных коренных пород широко распространён в горных системах Кавказа, Крыма, Карпат, Урала, Хибин.

Делювиальные процессы получили наибольшее развитие в новейшее время в лесостепи – на Среднерусской и Приволжской возвышенностях, в Приуралье, где отложения делювия выполняют овраги древнего цикла эрозии и достигают значительной мощности.

На юго-востоке Русской равнины, на северном побережье Каспийского моря распространены морские отложения хвалынской трансгрессии. По механическому составу они разнообразны: от тёмно-коричневых отложений тяжёлого механического состава, так называемых шоколадных глин, до пылеватых супесей, а у восточной границы – песков. Для всех каспийских отложений характерна засолённость легкорастворимыми солями.

В Прикаспийской низменности образовались большие массивы эоловых отложений.

Морские отложения приурочены также к побережьям северных морей. Они отличаются песчаным механическим составом.

Речные долины сложены аллювиальными отложениями. Наибольшие площади аллювий занимает на аллювиальной равнине Припятского полесья и у рек Печоры, Северной Двины, в низовьях Волги, Куры, Кубани. Аллювий северных рек большей частью лёгкого механического состава, южных – более тяжёлый суглинистый у поверхности, местами глинистый.

На территории Русской равнины прослеживаются ледниковые и водно-некарбонатные лессовидные суглинки, карбонатные лессовидные суглинки и лёссы, морские соленосные четвертичные отложения.

Аналогичное распространение почвообразующих пород наблюдается на западе азиатской части России.

Северная часть Западно-Сибирской низменности покрыта ледниковыми отложениями – моренами и флювиогляциальными наносами.

На юге Западной Сибири огромные площади заняты озёрно-аллювиальными лёссовидными суглинками и глинами. Эти породы подстилаются третичными засолёнными глинами. Тяжёлый механический состав, подстилание засолёнными породами, плохой дренаж способствует распространению солончаковых гидроморфных почв.

В Казахстане большие площади занимают бурые суглинки – элювий и делювий коренных осадочных пород, преобразованных в течение длительного времени в условиях континентального климата. Эти породы лессовидные, карбонатные и нередко засолённые.

Туранская низменная равнина покрыта древнеаллювиальными отложениями, на больших пространствах песчаных пустынь, перевеянными в эоловые пески (Каракумы, Кызылкум и другие). Здесь формируются примитивные почвы песчаных пустынь.

На подгорных равнинах Средней Азии распространены лёссы, подстилаемые галечными толщами, благоприятствующими орошению. Среднеазиатский лёсс имеет пролювиальный генезис.

К Востоку от Енисея, в Средней и Восточной Сибири, а также на юге и востоке Средней Азии, на юго-востоке Западной Сибири распространены горные системы, где преобладают выходы разнообразных коренных пород и продукты их выветривания - элювий, делювий и коллювий.

На Камчатке почвообразующими породами служат вулканические пеплы.

Характеристика отложений. В зависимости от генезиса, условий формирования, четвертичные осадочные породы характеризуются различным составом, строением, сложением и свойствами, что существенно отражается на почвообразовании и плодородии формирующихся почв.

Почвообразующие породы подразделяются на следующие генетические типы: 1) элювиальные породы; 2) делювиальные; 3) пролювиальные; 4) аллювиальные; 5) озёрные; 6) ледниковые; 7) эоловые; 8) морские.

Элювиальные породы, или элювий – продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования. Элювий формируется в горных областях и на равнинных плато. В зависимости от преобладающего типа выветривания, свойств исходной породы, климатических условий и рельефа элювиальные отложения отличаются большим разнообразием по составу, мощности и облику – от огромных каменных глыб (когда образуются каменные моря» - ландшафт) и россыпей на плоских горных вершинах («элювиальные россыпи», состоящие из крупных обломков – камень, щебень, дресвы и песка) до тонких глинистых продуктов во влажных и тёплых областях.

Характерная особенность элювия – это тесная связь с исходной материнской породой и постепенный переход к ней на вертикальном разрезе, что сказывается в соответствующей окраске и в минералогическом составе элювиальных отложений. Для него характерен также постепенный переход от рыхлого мелкозернистого материала к плотной породе.

Значение элювиальных пород в почвообразовании определяется их свойствами. На элювии карбонатных пород в нечернозёмной зоне формируются плодородные дерновые почвы. На маломощном элювии почвы отличаются щебёночным составом.

Элювий, образовавшийся при биогенном выветривании, отличается высоким содержанием органических веществ (гумуса), на нём формируются высокоплодородные почвы. (Почвы на элювиальных отложениях – Среднерусская и Привожская возвышенность, Казахский мелкосопочник, плато Устюрт).

Делювиальные породы, или делювий - это наносы, отложенные в нижних частях склона или у подножия его дождевыми и талыми водами. Делювий откладывается в виде пологого шлейфа, в вершине которого накапливается грубый, иногда обломочный материал, а в конце пылеватый, глинистый (супеси, суглинки, глины и обломки коренных пород). Плоскостной склоновый сток формирует делювиальные наносы с наибольшей мощностью у основания склона, где движение воды замедляется и материал оседает.

Для делювия характерны относительная сортированность и хорошо выраженная слоистость, (т. е. более крупные частицы оседают выше по склону, более мелкие у подножия). Встречаются несортированные и неслоистые наносы.