Формирование коры выветривания и почв.

Трансформация горной породы в кору выветривания происходит под действием зональных биоклиматических и азональных геолого-тектонических факторов. Зональные факторы через основные процессы выветривания обусловливают характер и интенсивность воздействия непосредственных агентов преобразования горной породы в ее элювий. Они направляют процесс возникновения современных кор выветривания определенного типа.

Уже в процессе выветривания горные породы приобретают ряд свойств, существенных для формирующихся из них почв. В процессе почвообразования эти свойства получают дальнейшее развитие. Рухляк выветривания (элювий горной породы) служит благоприятным субстратом для поселения низших и высших растений и связанной с ними фауны и, соответственно, для интенсивного развития почвообразования.

В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяются конкретным комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального почвообразования носит название первичного почвообразования, обычно длительна по времени и охватывает почвообразованием небольшую по мощности зону субстрата. При этом процесс роста плодородия замедлен, а профиль в слабой степени дифференцирован на генетические горизонты.

Стадия развития почвы протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвообразующей породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, вернее, приходит к некоторому равновесному состоянию, определяемому комплексом и стабильностью во времени факторов почвообразования. Наступает стадия равновесия — климаксное состояние), длящееся неопределенно долго. В этом состоянии поддерживается более или менее постоянное динамическое равновесие со средой, т.е. с существующим комплексом факторов почвообразования.

На каком-то этапе в результате саморазвития экосистемы климаксная стадия сменяется эволюцией почвы. Почва входит в экосистему либо в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования — климата, растительности, характера грунтового увлажнения (изменение рельефа, распашка, орошение или осушение) и т. д. Стадию эволюции почвы можно сопоставить со стадией развития, которая ведет к какому-то новому климаксному состоянию. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств, например формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории или, наоборот, при затоплении каштановых и черноземов при остепнении; переход солончака в солонец при рассолении; оподзоливание буроземов; заболачивание автоморфных почв и т. д. В данном случае новая почва образуется не из почвообразующей породы, а из ранее сформированной почвы.

Таких циклов почвообразования на одном и том же субстрате может быть несколько. В профиле полигенетических (полициклических) почв обычно обнаруживаются унаследованные реликтовые черты и признаки, не связанные с современным этапом почвообразования.

Эволюция почвы может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы и/или по пути ее уменьшения, по пути засоления почвы или ее рассоления, деградации почвенного плодородия или его нарастания. Пути эволюции определяются конкретными природными ситуациями. Каждый очередной этап эволюции — это новая почва или ее новое устойчивое состояние, которые, в свою очередь, сменяются новыми эволюционными циклами.

Абсолютная аккумуляция веществ — с одной стороны, это поступление веществ в почвообразующую породу из атмосферы или гидросферы при почвообразовании, а с другой — накопление их в формирующейся почве. Таким путем в почве концентрируются углерод (фотосинтез — создание биомассы — отмирание биомассы — разложение — гумификация — гумусонакопление); азот (азотфиксация — потребление организмами — отмирание биомассы — нитрификация, аммонификация); водорастворимые соли, гипс, известь, соединения железа, кремнезем (из грунтовых вод, особенно при выпотном режиме).

Относительная аккумуляция веществ при почвообразовании — это остаточное накопление в результате выноса каких-то других веществ. Примером может служить процесс выноса щелочных и щелочноземельных металлов и относительное увеличение при этом кремнезема и полуторных окислов железа и алюминия. Относительная аккумуляция веществ — всегда следствие элювиального процесса. Под элювиальным процессом понимается нисходящее передвижение веществ в почве при промывном режиме и частичный или полный вынос в нижележащую толщу или за ее пределы ряда соединений.

Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании — следствие взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ на земной поверхности, которое в разных природных условиях развивается противоречиво и неоднозначно.

Большой геологический круговорот (БГК).Определяется различными циклами (геохимическими, биогеохимическими, технобио-геохимическими, миграционно-трансформационными) в глобальной циркуляции веществ в истории развития Земли. Эти глобальные циклы складываются из комплекса элементарных циклов и включают следующие:

• появление изверженных пород на земной поверхности;

• выветривание, почвообразование, эрозия и денудация;

• накопление континентальных и океанических осадков, метаморфизм осадков;

• выход на поверхность осадочных пород с новым циклом выветривания, почвообразования;

• денудация и осадконакопление либо опускание веществ в геосинклинальных областях в мантию и переплавка, после чего опять выход на поверхность в новом цикле вулканизма.

• Малый биологический круговорот (МБК).В большом геологическом круговороте важную роль играет МБК. Попадая в малый биологический круговорот, элементы на продолжительный срок выключаются из глобального геохимического потока, многократно участвуя в бесконечных преобразованиях вещества земной поверхности. Например, суть малого биологического круговорота зольных элементов сводится к потреблению растениями элементов из почвы, их участию в биохимических процессах и возвращению в почву после отмирания растений. Более сложны циклы углерода и азота, затрагивающие и атмосферу.

3. Процессы почвообразования

3.2.1. Общие и элементарные процессы при почвообразовании

Взаимодействие большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование. К ним относятся:

• разрушение первичных и вторичных минералов — синтез новых минералов;

• биологическая аккумуляция элементов в почве — потребление элементов организмами из почвы;

• гидрогенная аккумуляция элементов в почве — геохимический вынос элементов из почвы;

• разложение органических соединений — синтез новых органических соединений;

• поглощение ионов из раствора твердой фазой — переход ионов из твердой фазы в раствор;

• растворение веществ — осаждение веществ;

• пептизация коллоидов — коагуляция коллоидов;

• нисходящее движение растворов — восходящее движение растворов;

• увлажнение — высыхание;

• набухание — усадка;

• нагревание — охлаждение;

• окисление — восстановление.

Многие из этих противоположных процессов носят циклический характер, связанный с общей цикличностью природных явлений. Вьщеляют суточные, сезонные, годовые, многолетние, вековые циклы почвообразования.

По А. А. Родэ, данные циклы почвообразования — общие почвообразовательные процессы, поскольку они существуют во всех почвах, хотя и в разном качественном и количественном проявлении, в разнообразных сочетаниях.

Особенности проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования Родэ назвал частными почвообразовательными процессами. Это гумусообразование или торфообразование, засоление или рассоление и др. Кроме того, ученый все почвообразовательные процессы разделил на макропроцессы, охватывающие весь почвенный профиль в целом, и микропроцессы — минеральные и органические преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля. Разделение почвообразовательных процессов на общие и частные, макро- и микропроцессы раскрывает суть почвообразования в целом, его особенности и определяет генезис почв.

Частные почвообразовательные макропроцессы И. П. Герасимов предложил называть элементарными почвенными процессами (ЭПП). В отличие от общих процессов ЭПП характерны только для отдельных типов и групп почв. Данные процессы в своей совокупности являются почвообразующими и при тех или иных сочетаниях друг с другом определяют свойства почв на уровне типов, т.е. прежде всего строение профиля или состав и соотношение генетических горизонтов. Поэтому каждый генетический тип почв характеризуется только ему одному свойственным сочетанием ЭПП. Вместе с тем отдельные ЭПП могут и должны встречаться в разных генетических типах почв. Иначе говоря, элементарные почвенные процессы — это горизонтообразующие или профилеобразующие процессы.

Типы элементарных почвенных процессов

Биогенно-аккумулятивные ЭПП,по В.А.Ковде и Б.Г.Розанову, происходят при непосредственном участии растений, животных, микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. ЭПП формирует и аккумулирует органические и/или органоминеральные вещества в верхней части почвенного профиля.

Подстилкообразование — формирование на поверхности почвы органогенного слоя лесной подстилки или степного войлока, который представлен различными стадиями разложения органического вещества. Менее разложенная подстилка формируется в верхней части слоя, более разложенная — в нижней.

Торфообразование — трансформация и консервация органических остатков на фоне их незначительной гумификации, приводящие к образованию торфа различной степени разложенности: а) олиготрофное торфообразование характерно для верховых болот бедного минерального состава; б) эутрофное торфообразование типично для низинных болот грунтового увлажнения более богатого минерального состава.

Гумусообразование — преобразование органических остатков в почвенный гумус с формированием органоминеральных соединений. Различают гумусообразование: а) по механизму гумусонакопления — инситное (in situ — на месте образования), пропиточное и потечное; б) по типу гумификации — гуматное, гуматно-фульватное и фульватное; в) по реакции среды — кислое, нейтральное, щелочное; г) по характеру связи с минеральной частью и степени гумификации — мюлль, модер и мор (мягкий, нейтральный и грубый гумус).

Дерновый процесс — интенсивное гумусообразование, гумусонакопление и аккумуляция биофильных элементов под воздействием травянистой растительности и корней. Результат развития дернового процесса — формирование темного комковатого или зернистого гумусового (или перегнойного) горизонта, по объему состоящего по меньшей мере наполовину из корневых систем растений.

Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП,по В.А.Ковде и Б.Г.Розанову, связаны с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование. К почвенным процессам они относятся лишь в той степени, в какой охватывают аккумуляцию веществ в почвенном профиле.

Засоление — накопление водорастворимых солей в почвенном профиле при выпотном (десукционном) водном режиме в условиях минерализованных грунтовых вод.

Окарбоначивание — вторичная аккумуляция карбоната кальция в почвенном профиле из минерализованных грунтовых вод при их насыщении карбонатом или гидрокарбонатом кальция.

Окремнение — гидрогенное накопление кремнезема в области циркуляции щелочных растворов и цементация им почвенных слоев с образованием плотного водонепроницаемого горизонта — ду-рипэна.

Латеритизация — аллохтонное внутрипочвенное ожелезнение с образованием мощных конкреционных или панцирных прослоев разного строения — пизолитового, альвеолярного, вермикуляр-ного, шлаковидного.

ЭПП внутрипочвенного выветривания— группа процессов трансформации породообразующих минералов in situ без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле.

Аллофанизация — синтез аллофанов — минералов с неупорядоченной аморфной структурой. Этот процесс особенно характерен для почв, формирующихся на пирокластических отложениях.

Ферсиаллитизация — процесс внутрипочвенного выветривания, при котором образуются любые по цвету и глинистости рыхлые мелкоземистые образования, частично десилицированные и по сравнению с породой обогащенные Fe и А1. Минералогический состав ила может быть разным, но с молекулярным отношением Si0₂/Al₂0₃ в иле и почве >3,0. Минералогически ферсиаллитность представляет собой: а) в основном унаследованные и стадийно-трансформационные полиминеральные продукты выветривания (гидробиотит, хлорит-смектиты, хлорит-вермикулиты, вермикулиты), полиминеральные продукты выветривания гумидных холодных бореальных областей; б) продукты выветривания преимущественно смектитового состава (синтез и/или наследование смектитов) в семиаридных и субгумидных субтропиках и тропиках.

Ферраллитизация — процесс внутрипочвенного выветривания с десиликацией, образованием и относительным накоплением in situ красноцветных и красно-желтых глин с молекулярным отношением Si0₂/Al₂0₃ в составе ила < 2,0. Минералогически такие продукты могут сильно различаться: от преимущественно оксидных ассоциаций (гетит, гиббсит, гематит) до почти силикатных (као-линитовые, каолинит-смектитовые, метагаллуазитовые). Цвет и степень глинистости толщ могут быть любыми: от серо-бурого песчаного и супесчано-суглинистого до охристого и красного глинистого.

Рубефикация — покраснение минеральной массы почв за счет образования тонкодисперсных окислов железа. Красная окраска почвенной массы появляется благодаря образованию тонкодисперсного гематита Fe₂0₃. Существует другое мнение о происхождении рубефикации за счет аморфных соединений железа. Источником железа могут быть различные соединения несиликатного железа материнского субстрата, освободившиеся в процессе выветривания железосодержащих компонентов минеральной массы, либо привнесенные со стороны железосодержащие растворы.

Брюнификация — процесс, противоположный рубефикации, вызывающий побурение окраски и протекающий в условиях повышенного увлажнения и появления значительных количеств подвижного гумуса. При этом растворяется гематит, формируются органо-железистые соед￿нцни мс последующим о￿ в ￿вани￿м гетита. Наиболее ярко брюнификация выражена в кислых горно-луговых альпийских и субальпийских почвах, бурых горно-лесных, влажных субтропических красноземах и желтоземах.

Оглеение — метаморфическое преобразование почвенной массы в результате периодического или длительного переувлажнения почвы, приводящее к интенсивному развитию восстановительных процессов.

Оглинивание включает: а) новообразование или неосинтез глинистых минералов, обусловленный растворимостью и степенью выветрелости почвенных компонентов, значениями рН, окислительно-восстановительными условиями и т.д.; б) остаточное накопление глины вследствие растворения и выщелачивания карбонатов и минералов неслоистой структуры в профилях почв.

Разрушение глины — процесс инконгруэнтного растворения минералов слоистой структуры, приводящий к полной или частичной трансформации их кристаллических решеток. Встречается в почвах и корах выветривания, где складываются условия промывного водного режима и возможность удаления продуктов растворения в нижележащие горизонты и за пределы почвенного профиля.

Слитизация — обратимая цементация глинистых почв гидро-слюдисто-смектитового состава в условиях периодического чередования интенсивного увлажнения и просыхания, набухания и усадки с интенсивной вертикальной трещиноватостью.

Элювиально-иллювиальные ЭПП— группа процессов, приводящая: 1) к разрушению и преобразованию почвенного материала в элювиальном горизонте с выносом из него продуктов разрушения; 2) к аккумуляции веществ, вынесенных из элювиального горизонта в иллювиальный горизонт, расположенный в средней или нижней части профиля почв. Элювиальный горизонт обедняется наиболее подвижными и растворимыми соединениями и относительно обогащается оставшимися. Иллювиальный горизонт обогащается продуктами выноса из элювиального горизонта.

Выщелачивание — обеднение основаниями (щелочами и щелочными землями) того или иного горизонта почвы или профиля в целом нисходящими токами воды. Частные виды выщелачивания — декарбонатизация, рассоление.

Десиликация — растворение и вынос кремнезема при химическом выветривании горных пород или при других процессах, в частности ферраллитизации.

Подзолообразование — кислотный гидролиз глинистых силикатов в условиях гумидного климата и промывного водного режима с остаточной аккумуляцией в оподзоленном (подзолистом) горизонте кремнезема и обеднением его илом, алюминием, железом и основаниями.

Лессивирование (лессиваж, обезыливание, иллимеризация) — отмывка илистых и тонкопылеватых частиц с поверхности зерен грубозернистого материала или из микроагрегатов и вынос их в неразрушенном состоянии из элювиального горизонта.

Псевдооглеенив — внутрипочвенное поверхностное и подповерхностное оглеение под воздействием периодического переувлажнения верховодкой при ее сезонном образовании на водоупорном иллювиальном горизонте или двучленной породе. Образуется мра-моровидный элювиальный горизонт, в котором оглеение сочетается с разрушением соединений и выносом части продуктов разрушения.

Осолодение — разрушение минеральной части почвы щелочными растворами — щелочной гидролиз — с накоплением остаточного аморфного кремнезема.

Альфегумусовый — процесс мобилизации железа и алюминия минеральных пленок кислыми гумусовыми веществами с выносом аморфных соединений и последующим образованием элювиального горизонта без глубокого разрушения минеральной части, а также накоплением аморфных оксидов алюминия и железа вместе с гумусом, вынесенных вниз из подстилки или элювиального горизонта.

Осолонцввание — процесс, при котором происходит накопление и обратимая коагуляция набухающих глин, насыщенных натрием.

Педотурбационные и деструктивные ЭПП— группа процессов механического перемешивания почвенной массы и группа процессов, ведущих к разрушению почвы.

Криотурбация — морозное механическое перемещение одних почвенных масс относительно других в пределах горизонта или профиля в целом с образованием криотурбационных форм.

Зоотурбация — перемешивание почвы обитающими в ней жи-вотными-землероями.

Агротурбация — разного типа механическое перемешивание, рыхление или, наоборот, уплотнение почвы сельскохозяйственными орудиями и машинами в практике земледелия.

К деструктивным ЭПП относятся:

Эрозия — механическое разрушение почвы под действием поверхностного стока осадков. При этом различают: а) плоскостную эрозию или эрозию смыва; б) линейную эрозию или эрозию размыва (овражная эрозия); в) ирригационную эрозию при орошении склоновых почв.

Дефляция — механическое разрушение почвы под действием ветра (ветровая эрозия почв). Особенно интенсивно проявляется на почвах легких по гранулометрическому составу.

Погребение — засыпание почвы материалом со стороны. При этом процесс почвообразования прекращается.