2. Почвы

В состав почвы кроме минеральных компонентов входят органические и органоминеральные составляющие. При этом основной частью почвы является минеральные составляющие (90-95%)

В минеральную часть почвы в зависимости от породы входят мелкие обломочные материалы и высокодисперсные глинистые частицы. Органическая часть состоит из продуктов распада и живых организмов различной степени измельченности, и веществ подвергнувшихся сложной биохимической переработке. Весь этот разнородный по составу и происхождению материал пропитан почвенным раствором, который находится в постоянном взаимодействии с твердой частью почвы и с газами, образующимися при разложении органических остатков, а также проникающими из атмосферы. Наиболее существенной стороной взаимодействия почв с водой является минерализация фильтрующихся через почву атмосферных осадков. Это происходит за счет вымывания почвенного раствора и растворения кристаллических солей содержащихся в почве.

Почвы – зоны избыточного увлажнения (дерновые почвы, бурые, подзолистые и серые лесные почвы) промываются до грунтовых вод, поэтому они слабо обогащают фильтрующиеся через них атмосферные осадки хлоридами и сульфатами.

Тундровые и болотные почвы питаются исключительно атмосферными осадками, также слабо обогащают ионный состав фильтрующейся воды, но в воду попадают в значительное количество орг.веществ, концентрация которых может превышать концентрацию минеральных веществ.

В областях с сухими климатом (каштановые, бурые, пустынно-степные почвы) основное движение почвенной влаги большую часть времени года происходит снизу вверх к поверхности почвы. Поднимающаяся влага испаряется, а концентрированный раствор или даже выпавшие в осадок соли приводят к засолению почвы. Такие почвы содержат кристаллические соли, а вода образующаяся в период кратковременного стока обладает повышенной минерализацией. Особенно засоляются почвы засушливых областей при близости грунтовых вод к поверхности земли. Залегание грунтовых вод на глубине 2-3 м от поверхности земли вполне достаточно для капиллярного поднятия грунтовых вод. Некоторые же высокодисперсные почвы создают поднятие грунтовых вод из глубин 5-6м .Таким путем образуются солончаки на разных почвах засушливых областей. Наиболее интенсивное образование солончаков происходит при соответствующем рельефе местности. Солончаки образуются в низменных частях равнин, дельтах рек, низменном морском побережье.

Интенсивность вымывания солей из почв зависит от состояния поверхности почвы. Для промерзшей или переувлажненной почвы создаются условия ограничивающие вымывание солей и придающее малую минерализацию воде поверхностного стока. Поэтому характер выпадающих осадков, их интенсивность, продолжительность имеет также большое значение. При фильтрации через почву состав вод меняется. Этот процесс происходит в результате обменных реакций между ионами воды и ионами поглощающего комплекса. Он представляет собой коллоиды содержащие преимущественно алюмосиликаты и другие отрицательно заряженные соединения.

Поглощающий комплекс характеризуется обменной емкостью поглощенных катионов и в меньшей степени анионов. Ионы обменного комплекса постоянно взаимодействуют с почвенным раствором, регулируют состав почвенного раствора. Наименьший обменный комплекс у северных хорошо промытых почв и южных засоленных почв (5-20 ммоль/100гр. породы).

Наибольший обменный комплекс у южных почв (40-50ммоль/100гр. почвы).

Поглотительная способность почв связана с наличием не только высокодисперсной фракции, но и коллоидной фракции органических веществ, которая получила название почвенный гумус. Наличие гумуса объясняет высокую обменную емкость черноземов. Если взять отдельно такой компонент гумуса как гуминовую кислоту, то ее обменная емкость 350 ммоль/1000гр почвы. Поэтому органические компонента существенно повышают обменную емкость почвы. Катионы поглощающего комплекса могут быть заменены эквивалентным количеством других катионов, которые более энергично удерживаются почвой. Так, если концентрация Na значительно велика, то часть ионов Ca из поглощающего комплекса будут вытесняться ионами Na, между поглощенными комплексами почвы и взаимодействовать с ними составом природной воды будет устанавливаться равновесие. При этом поглощение катионов того или иного вида будет зависеть от адсорбционной зависимости комплекса и от концентрации катионита.

2Na⁺ +Ca_пк =Ca²⁺ +2Na_пк

Равновесие сдвигается вправо при повышении концентраций ионов Na и влево при понижении концентрации ионов Na или при повышении концентрации ионов Ca. Это обстоятельство приводит к тому, что при фильтрации большого количества воды сквозь почву можно постепенно вымыть из поглощающего комплекса все катионы, заменив их на H⁺. Атмосферу воды легче всего вымывают ионы, обладающие наименьшей энергией поглощения. Поэтому черноземы имеют в составе поглощающего комплекса преимущественно Ca²⁺ и Mg²⁺. В северных широтах в поглощающем комплексе в основном присутствуют H⁺ . Ионное равновесие между раствором и твердой фазой почв характеризуется компонентами равновесия, но для почв условия обмена, во –первых , многообразны, а во-вторых, очень сложные. Имеет значение минералогический состав почв и органические компоненты. Константы равновесия разные для различных почв, но несмотря на это применение констант позволяет следить за направлением процесса обмена и с некоторыми ограничениями сложно оценивать количественное состояние. Например, константа обмена Na на Ca позволяет считать, что концентрация в поверхностных водах находится в неравновесном состоянии, а обменному комплексу почв. Для обменной емкости всех почв в зоне избыточного и достаточного увлажнения отношение: Na_п/Ca_п=1/100 (1/20)

Равновесная конц. Na определяется по з-ну действующих масс [Na⁺]=[Na_П]([Ca²⁺]/[Ca_п]*K_Ca,Na)^1/2

Если принять K_Ca,Na в 0,06, то для принятых приделов отношения 1/100,1/20, концентрация Na в воде должна составлять 1,74-2,25 ммоль/дм³. А для поверхностных вод может доходить до 3 ммоль/дм³.

Но в поверхностных водах концентрация меньше чем расчетная, следовательно поверхностные воды, соприкасающиеся с почвами будут стремиться обменивать находящиеся в их составе Ca и Na обменного комплекса почв.

Почвенный раствор и фильтрующиеся через почву атмосферные осадки способны усиливать растворение пород и минералов. Это важное свойство почв, которое влияет на формирование состава природных вод. В частности усиление происходит в результате увеличения концентрации. CO₂ в почвенном растворе, который выделяется в результате жизнедеятельности живых организмов, корневой системы растений, а так же при биохимическом распаде органических остатков. В следствии этого, концентрация CO₂ в почвенном воздухе возрастает до 1% и более, а в глинистых почвах концентрация CO₂ в почвенном воздухе достигает иногда 5-10%. Такие концентрации CO₂ дают раствору сильное агрессивное действие по отношению к различным породам. Агрессивное действие усиливает также почвенный гумус. В почвенный гумус входят гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также органические кислоты лимонная, щавелевая, уксусная. Ест в составе так же амины. В северных почвах наибольшую концентрацию имеют в почвенном гумусе фульвокислоты. Наличие всех этих кислот и др.соединений во много раз ускоряет хим. выветривание алюмосиликатных и карбонатных пород, подстилающих почву. Значительное влияние на перевод в растворимое состояние химических компонентов из минералов почв и подстилающих пород оказывает живое вещество почв, а так же растения и бактерии в процессе жизнедеятельности.