9. Вторичные минералы

При выветривании часть первичных минералов полностью разрушается, часть испытывает определенное преобразование, сопровождающееся возникновением новых, вторичных (гипергенных) минералов.

Особенно типичны для коры выветривания глинистые минералы. Они характеризуются чрезвычайно высокой дисперсностью. Часть этих минералов аморфна, но подавляющее большинство имеет кристаллическое строение. Их кристаллическая структура обычно слоистая, напоминающая структуру слюды.

В кристаллической структуре каолинита чередуются плоские двухслойные пакеты. Нижний слой состоит из кремнийкислородных тетраэдров, верхний – из алюмогидроксильных октаэдров. Кристаллическая решетка каолинита неподвижна, поэтому он не разбухает от воды. Каолинит – один из конечных продуктов выветривания первичных силикатов. Он весьма распространен в древних корах выветривания.

Структура монтмориллонита характеризуется тремя слоями в плоских пакетах. Нижний и верхний слои сложены кремнекислородными тетраэдрами, а между ними заключен слой алюмогидроксильных октаэдров. При этом кремний может частично заменяться алюминием, а алюминий в среднем слое – магнием, железом, никелем, цинком, медью и другими химическими элементами. Кристаллическая решетка монтмориллонита подвижна, в межпакетные пространства может входить вода, при этом порода разбухает.

Гидрослюды составляют значительную часть дисперсных силикатов кор выветривания и весьма распространены в современных почвах. Гидрослюды обладают трехслойными пакетами, которые между собой соединяются ионами гидроксония H₃O⁺ и калия. Если гидрослюды образуются из слюд, то сохраняются элементы кристаллохимического строения исходных минералов (трехслойных пакетов). При образовании гидрослюд из других силикатов происходит полная перестройка кристаллической решетки.

К вторичным минералам также относятся минералы группы гидроксидов железа (гидрогетит, гидрогематит), являющиеся распространенными новообразованиями; минералы группы гидроксидов марганца (пиролюзит, псиломелан); минералы группы гидроксидов алюминия (гидроаргиллит, диасприбёмит) и др. При выветривании в засушливых и сухих услоивях образуется минерал группы карбонатов кальцит CaCO₃. Обычно он встречается в виде тонких налетов, а в определенных географических условиях – в форме сплошных кор.

10. Влага в почвах

Почвенная влага – одна из важнейших и весьма мобильных составных частей почвы. При участии воды совершаются процессы выветривания, гумификации и минерализации органических остатков. Почвенная влага является основой жизни микроорганизмов и высших растений. При участии почвенной влаги происходит перемещение веществ внутри профиля, обособление генетических горизонтов, вынос части вещества за пределы профиля. От состояния влажности почвы изменяются ее физические свойства.

Климатический фактор обуславливает поступление вещества в почву из атмосферы. Атмосферные осадки обеспечивают постоянные запасы влаги в почвенной толще, которые существенно различаются по ландшафтным зонам.

Часть влаги задерживается в почве в виде гидратной и кристаллизационной влаги, вода участвует в растворении минеральных и органических соединений, в перераспределении внутри почвы и выносе за ее пределы толщи подвижных веществ. Кроме того, атмосферная влага участвует в образовании ежегодной новой продукции биомассы и частично возвращается в почву с растительными и животными остатками.

Атмосферная влага содержит разнообразные растворенные веществ и взвеси. В ней всегда присутствует растворенная угольная кислота, которая диссоциирует на H⁺ и HCO₃^-. Содержание ионов водорода в атмосферных осадках достигает величины, соответствующей рН 5-7.

В атмосферных осадках содержатся оксиды азота (проявляются при грозе). При их растворении в воде образуется сильная азотная кислота. Это еще больше увеличивает растворяющее и гидролитическое действие атмосферной влаги. Азотная кислота также является хорошим окислителем.

В атмосферных осадках всегда присутствует некоторое количество растворенных солей. Часть из них океанического происхождения. Это преимущественно NaCl и MgCl₂, вовлеченные в атмосферные планетарные миграционные потоки с поверхности морей и океанов при штормах и смерчах. Другая часть приносимых с осадками солей имеет континентальное происхождение и связана с запылением атмосферы.

Согласно категории А. А. Роде в почве выделяют следующие категории почвенной влаги: кристаллизационная влага (входит в кристаллические решетки алюмосиликатов, гидроксидов, простых солей), твердая влага (вечная или сезонная мерзлота), парообразная влага (входит в состав почвенного воздуха в виде водяного пара) и жидкая влага – связанная и свободная.

Связанная влага удерживается на поверхности твердых частиц силами молекулярного притяжения. Она делится на прочносвязанную и рыхлосвязанную.

Частицы парообразной влаги, адсорбированные почвенными частицами и превращенные в прочносвязанную (гигроскопическую) влагу. Адсорбция этих ближайших к частице слоев воды происходит а) путем образования водородных связей молекулы воды с атомами кислорода поверхностных слоев частицы; б) за счет гидратации катионов, которые расположены на поверхности частиц. Прочносвязанная влага имеет повышенную плотность, пониженную теплоемкость, неспособна растворять электролиты и проводить ток, замерзает при -78С, обладает механическими свойствами, сближающими ее с твердыми телами.

При соприкосновении почвенных частиц с жидкой влаги сорбируется вода, удерживаемая силами молекулярного притяжения сверх величины максимальной гигроскопичности. Она называется рыхлосвязанной (пленочной) влагой. В отличие от прочносвязанной влаги, рыхлосвязанная способна к перемещению от одной почвенной частицы к другой: от частиц с более толстыми пленками к частицам с менее толстыми пленками. Рыхлосвязанная влага близка к обычной жидкой влаге и отличается от нее только несколько пониженными концентрациями растворенных веществ и пониженной (-15С) температурой замерзания.

Свободная влага встречается в почве в формах подвешенной, подпертой гравитационной и свободной гравитационной.

Подвешенная влага не имеет гидростатической связи с постоянными или временными водоносными горизонтами. Она образуется при увлажнении почвы сверху. Наибольшее количество подвешенной влаги, остающееся в верхних горизонтах почв после их смачивания сверху, называется наименьшей влагоемкостью или полевой влагоемкостью почвы НВ.

Подпертая капиллярная влага делится на подперто-подвешенную капиллярную влагу (образуется при влажности почвы равной НВ) и подпертую капиллярную влагу (капилярная кайма над временным или постоянным зеркалом грунтовых вод, образуется при влажности почвы > НВ).

Свободная гравитационная влага двигается под действием силы тяжести. Она подразделяется на просачивающуюся влагу и влагу водоносных горизонтов.

Способность твердой фазы почвы при участии сорбционных и капиллярных сил удерживать почвенную влагу от стекания (под влиянием силы тяжести) называется водоудерживающей способностью. Наибольшее количество воды, удерживаемое почвой теми или иными силами, называется влагоемкостью.

Свойство почвы вызывать подъем влаги по капиллярам называется водоподъемной способностью почв. Способность почвы пропускать через себя гравитационную влагу называется водопроницаемостью почв, а процесс поступления – впитыванием воды. Каждая почва характеризуется определенным значением коэффициента фильтрации.