3. Енергетика ґрунтоутворення
Поряд з обміном речовин в процесі ґрунтоутворення відбувається обмін енергії. Ґрунт, як самостійне природне тіло, є певною термодинамічною системою. Основні положення енергетики ґрунтоутворення розробив В.Р. Волобуєв.
Основним джерелом теплової енергії для всіх процесів ґрунтоутворення є сонячна радіація, інші джерела енергії (тепло, що надходить з глибин Землі, енергія екзотермічних реакцій і енергія радіоактивного розпаду) не мають суттєвого значення в тепловому балансі ґрунтів. Протягом року Земля одержує від Сонця 21·1020 кДж енергії. Однак не вся ця енергія бере участь у ґрунтоутворенні. Згідно з даними В. Р. Волобуєва (1963), енергія, яка бере участь у ґрунтоутворенні, витрачається на випаровування, транспірацію, вивітрювання, перетворення органічних і мінеральних 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 ґрунтоутворення 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 ґрунтоутворення у вологих тропіках в 7 разів вища, ніж в тропічних пустинях. Витрати енергії на ґрунтоутворення збільшуються від тундри до тропіків більш як у 20 разів. Основна частка енергії (95-99,5%) витрачається на випаровування і транспірацію, на біологічні процеси – 0,5-5,0%, на процеси вивітрювання – соті і тисячні частки процента.
Кількість енергії, яка витрачається на ґрунтоутворення, залежить від вологості ґрунту. Чим вища вологість ґрунту, тим більше енергії використовується на ґрунтоутворення. В сухому ґрунті процеси ґрунтоутворення практично припиняються.
Відношення суми енергії, витраченої на ґрунтоутворення до радіаційного балансу, В. Р. Волобуєв (1963) назвав повнотою використання радіаційної енергії. В аридних умовах повнота використання енергії на ґрунтоутворення незначна, в гумідних вона досягає 70-80%. На Землі немає умов, де б ця величина досягала одиниці.
4. Час як фактор ґрунтоутворення
У своїх працях В.В. Докучаєв вказував, що сучасні ґрунти є продукт тривалої і складної геологічної історії земної поверхні. Ґрунт не може виникнути миттєво, тривалий час залишатись незмінним, а потім раптово зникнути. Для формування ґрунту потрібен певний час.
Процес ґрунтоутворення, як і будь-який природний процес, має свій початок, етапи розвитку, певну швидкість і час завершення.
Ґрунтоутворення починається з моменту поселення живих організмів на пухкій вивітреній породі.
В літературі наведено чимало фактів про час, потрібний для утворення зрілого ґрунту. Ще В.В. Докучаєв (1883) встановив, що на вапнякових плитах Староладозької фортеці за 760 років утворився ґрунт, аналогічний ґрунтам, які сформовані на різного роду вапнякових відкладах. На стінах Кам’янець-Подільської фортеці з 1700 р. до 1930 р. сформувався ґрунт потужністю 30 см. За даними шведського ґрунтознавця О.Тамма, для розвитку підзолистого ґрунту (А – 10 см; Е – 10 см і В – 25 см) потрібно 1000-1500 років. М.І. Горбунов (1960), вивчаючи вулканічні ґрунти, встановив, що на лавах тисячолітнього віку сформувався ґрунт потужністю 30-40 см.
За спостереженнями багатьох вчених 1 см гумусового горизонту ґрунту в умовах помірного поясу формується за 100-200 років, а повний профіль сучасного ґрунту – від кількох сотень до кількох тисяч років.
Ознакою завершення формування ґрунту, досягнення ним зрілого стану є чітка диференціація профілю на генетичні горизонти.
Сучасний ґрунтовий покрив землі різновіковий. Нульовий вік мають ті ділянки суші, які щойно звільнились від води в результаті морської регресії (Прикаспій, Приаралля), осушення дельт річок, при будівництві польдеров (Голландія). Нульовий вік мають також поверхні, вкриті вулканічним попелом сучасних вулканічних вивержень та відслонення відкритих кар’єрів і насипів.
Ґрунти, які не досягли повної диференціації і повного розвитку профілю, називають незрілими, молодими.
В.М. Фрідлянд і Г.А. Буяновський (1977) наводять таку хронологію появи і розвитку деяких ґрунтів (рис. 7.3.).
Ґрунти на земній поверхні почали формуватися з появою живих організмів. Першими організмами на Землі були бактерії, які з’явилися в нижньопалеозойський період (понад 500 млн років тому) Вчені припускають, що під їх впливом формувалися примітивні ґрунти, 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 ґрунтоутворення. Під їх впливом на перезволожених узбережжях морів сформувалися вологі ґрунти. Ці ґрунти є найстарішими на Землі. До нашого часу дійшли викопні рештки цих ґрунтів (горючі сланці Ленінградської області і Естонії).
В аналогічних умовах формуються подібні ґрунти 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 кореневу систему і в карбоні займали великі території суші з тропічним і субтропічним кліматом. В таких умовах формувались фералітні ґрунти, подібні до сучасних тропічних і субтропічних ґрунтів. При добуванні вугілля в Донбасі виявлено ґрунти, вік яких понад 300 млн років, але вони мають ознаки і властивості сучасних ґрунтів.
У пермський період (285-240 млн років тому) відбулися різкі кліматичні зміни. На значних територіях суші встановився аридний, пустинний клімат, а в інших – холодний гумідний. Вважають, що інтенсивне випаровування і кріогенні процеси зумовили формування пустинних, засолених, мерзлотних ґрунтів. В умовах помірно холодного вологого клімату почали формуватися ґрунти, подібні до підзолистих.
Протягом наступних 120-130 млн років не було умов для виникнення нових ґрунтів. Лише в еоцені виникли нові природні ландшафти – степи. В цей період почали формуватися чорноземи і каштанові ґрунти.
На початку четвертинного періоду утворилася тундра, а дещо пізніше виникли сфагнові болота. В цей період почали формуватися тундрові ґрунти і торфово-болотні верхових боліт.
Таким чином, в процесі еволюції органічного світу на Землі простежується процес виникнення нових ґрунтів, збільшення їх різноманіття.
Вік ґрунтів на території Східної Європи відповідає періоду закінчення останнього материкового зледеніння (близько 10 тис. років тому) та початку Каспійсько-Чорноморської регресії. У зв’язку з цим вік чорноземів становить 8-10 тис, років, а вік каштанових – 5-6 тис. років.
Млн.
років
0
100
200
300
400
500
600
Рис. 7.3. Хронологія появи і розвитку деяких ґрунтів
(за В.М. Фрідляндом і Г.А. Буяновським, 1977).