29. Плодородие эффективное и потенциальное

Почвы обладают ценнейшим для человека качеством – способностью обеспечивать высшие растения и микроорганизмы во все этапы их роста и развития элементами минерального питания, влагой и воздухом. Свойства и режим почв, обеспечивающих высокий уровень плодородия можно объединить в четыре группы:

1. Физические свойства: водопрочная зернистая и мелкокомковатая структура, высокие общая порозность и порозность аэрации, хорошие впитывающая и водоудерживающая способность, хорошие механические свойства, обеспечивающие легкость обработки.

2. Химические и физико-химические свойства: высокое содержание гумуса с преобладанием в его составе гуматов кальция, высокое содержание доступных для растений форм азота, фосфора, калия и микроэлементов, близкая к нейтральной реакция, высокая емкость поглощения и насыщенность ППК кальцием, малое содержание или отсутствие поглощенных водорода, алюминия и натрия, отсутствие избытка легкорастворимых солей.

3. Биологические свойства: высокий уровень биологической активности, преобладание бактериальной микрофлоры, активность микроорганизмов, наличие и активность мезофауны.

4. Благоприятный гидротермический режим, обеспечивающий в течение всего вегетационного периода достаточные для оптимального развития растений запас тепла и доступной влаги.

Плодородие обусловливается не только природными свойствами почвы, но и характером ее возделывания. Различают потенциальное (естественное) плодородие, характерное для целинных земель, и эффективное плодородие, получающееся в результате воздействия человека на почву. Эффективное плодородие можно увеличить путем внесения минеральных удобрений, рациональной обработки почв и других мероприятий.

30. Выветривание первичных минералов

Выветривание – разрушение горных пород на поверхности Земли. В результате образуется рыхлая толща пород – кора выветривания. В результате выветривания изменяется физическое состояние, минералогический и химический состав горных пород: происходит разрушение первичных и образование вторичных минералов. Скорость и направление выветривания зависят от внутренних свойств самих пород (текстуры, структуры, минерального состава) и от внешних биоклиматических и геоморфологических условий (особенно благоприятны для выветривания резкие перепады температур, высокая влажность воздуха, обилие органических остатков, быстрое удаление продуктов выветривания).

Физическое выветривание происходит путем разрушения пород 1) ветром; 2) из-за разных температур, следовательно, разного сжатия (расширения) а) верхних и глубинных слоев, б) зерен разных минералов; 3) замерзания в трещинах а) воды, б) солей. Физическое выветривание приводит к образованию обломочной, хрящевато-чебневатой коры выветривания, часто имеющей вид каменных морей. Такой тип выветривания преобладает, например, на Северном Урале, в горах Таймыра, Средней и Восточной Сибири.

Агентами химического выветривания являются вода (главным образом атмосферная), насыщенная кислородом; углекислота (продуцируется микрофлорой воды и почвы) и органические кислоты (образуются в результате жизнедеятельности микрофлоры, при разрушении минералов). При воздействии воды на горные породы происходят растворение, окисление, гидратация и гидролиз первичных минералов, образуются вторичные. Некоторые из образующихся вторичных минералов устойчивы и сохраняются в выветривающейся толще пород (глинистые минералы), другие же легко растворяются и выносятся с грунтовыми или поверхностными водами (хлориды, сульфаты, карбонаты).

Растворению подвержены в той или иной степени все первичные и вторичные минералы. Наибольшей растворимостью обладают хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных металлов, менее растворимы карбонаты Ca, Mg. Растворение и выщелачивание из толщ карбонатных, гипсоносных и засоленных пород приводит к формированию карста. Значительно меньшей растворимостью обладают фосфаты Ca и кремнезем, освобождающийся при выветривании первичных минералов или осадочных кремнистых пород. Первичные алюмосиликаты и кварц в чистой дистиллированной воде малорастворимы, однако они хорошо растворяются и разлагаются в воде, насыщенной углекислотой или содержащей органическое вещество.

Гидратация – процесс гидратации заключается в присоединении воды к безводным минералам, что приводит к трансформации их кристаллической решетки и образованию новых минералов. Например, при присоединении воды к гематиту Fe₂O₃ образуется лимонит Fe₂O₃nH₂O. Окисление химических элементов с переменной валентностью идет в присутствии кислорода и воды. Оно касается прежде всего железа. При окислении и гидратации соединений, содержащих ионы Fe²⁺ образуются охристые, оранжевые пятна и пленки гидроксидов железа Fe₂O₃nH₂O. Окисление двухвалентных железа и серы сульфидов сопровождается образованием наряду с сульфатами и гидроксидами железа свободной серной кислоты H₂SO₄, которая начинает активно разрушать металлы, вытесняя основания из кристаллических решеток (образуются сульфаты). Наиболее растворимые сульфаты выщелачиваются, менее растворимые, например гипс CaSO₄nH₂O в определенных условиях могут накапливаться.

Процесс замещения оснований на водородный ион в кристаллической решетке силикатов и алюмосиликатов и их гидратации называется гидролизом. Водородный ион образуется при диссоциации углекислоты и органических кислот почвы. С процессами гидролиза и вторичного синтеза минералов связано образование обширной группы глинистых минералов. В этих минералах на один алюмогидроксильный слой может приходиться один, два и три кремнекислородных слоя. К двухслойным (1:1) глинистым минералам относится каолинит, к трехслойным (1:2) относятся минералы группы монтмориллонита, гидрослюды.

При выветривании и разрушении кристаллических решеток как первичных, так и вторичных минералов, освобождаются оксиды кремния (SiO₂) и алюминия (Al₂O₃). Гидроксиды кремнезема частично растворяются и выносятся стоком, а частично осаждаются в виде аморфных сильно гидратированных осадков Si₂O₃nH₂O, которые при высыхании и некоторой потере воды превращаются опал, а при частично кристаллизации – в халцедон. Гидроксиды алюминия менее растворимы, чем гидроксид кремнезема. В нейтральной и слабокислой среде она накапливаются, как остаточные продукты выветривания. При кристаллизации гидроксидов алюминия образуются боксит и другие минералы, характерные для кор выветривания и почв влажных субтропиков и тропиков.

При выветривании железосодержащих силикатов (авгита, амфибола, оливина) освобождаются гидроксиды железа. По мере кристаллизации и потери воды они превращаются в лимонит, вторичный гематит. Все эти минералы ярко окрашены, они имеют охристый, оранжевый или кирпично-красный цвет.