Климат как фактор почвообразования

Понятие о почве.

Почвоведение – наука о почве, ее строении, составе, свойствах и географическом распространении, закономерностях ее происхождения, развития, функционирования и роли в природе, путях и методах ее мелиорации, охраны и рационального использования в хозяйственной деятельности человека.

С появлением земледелия человек стал считать почвойотносительно рыхлый землистый слой, в котором укореняются наземные растения и который служит предметом земледельческой обработки (бытовавшее до этого понятие отождествляло почву с землей – участком поверхности, на которой обитает человек).

Определение Докучаева – почва есть функция (результат) от материнской горной породы, климата, рельефа местности и организмов (живых и отживших), помноженная на время: Почва = f (Г; К; Р; О) × t

Место почвы в биогеоценозе и биосфере

Располагаясь на границе соприкосновения и взаимодействия планетарных оболочек – литосферы, атмосферы, гидросферы – и развиваясь в результате их взаимодействия, под воздействием активной (при жизни) и пассивной (после отмирания) деятельности наземных организмов, почва играет специфическую роль в этой сложной системе земных сфер, формируя особую геосферу – педосферу, или почвенный покров Земли. Одновременно почва является компонентом (и центральным звеном) биосферы – области распространения жизни на Земле.

Функции почвы

1. Обеспечение существования жизни на Земле.

·Именно из почвы растения, а через них и животные, и человек получают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы.

· В почве аккумулируются необходимые организмам биофильные элементы в доступных для них формах.

· В почве укореняются наземные растения, в ней обитает огромная масса почво-обитающих животных, она плотно населена микроорганизмами.

2. Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.

Попадая на поверхность земли (при формировании земной коры, вулканизме), первичные горные породы подвергаются выветриванию. В верхней части коры выветривания формируется почва, аккумулирующая элементы питания живых организмов. Эти элементы захватываются из почвы растениями и через ряд промежуточных трофических циклов (растения ® животные ®микроорганизмы) возвращаются назад в почву – это малый биологический круговорот веществ.

Из почвы элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном итоге в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, которые в геологической истории Земли могут либо выйти опять на поверхность, либо вначале подвергнуться глубинному метаморфизму – это большой геологический круговорот веществ.

Почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух этих циклов вещества на земной поверхности.

3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

· Почвенное «дыхание» вместе с фотосинтезом и дыханием живых организмов играет определяющую роль в создании и поддержании состава приземного слоя атмосферного воздуха, а через него и атмосферы в целом. В геологической истории Земли почва сыграла немаловажную роль в создании современной атмосферы.

· Именно почвенный покров определяет состав тех веществ, которые поступают в гидросферу на континентальной ветви глобального круговорота воды.

4. Регулирование биосферных процессов, в частности, плотности жизни на Земле.

· Почва имеет свойства, обеспечивающие жизнь растений, и лимитирующие ее факторы.

· Распределение живых организмов на суше и их плотность, наряду с климатическими факторами, определяются также географической неоднородностью почвы и ее плодородием.

· Именно благодаря почве производится основная масса получаемой человеком пищи.

5. Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.

Гумусовый слой планеты можно считать её особой энергетической оболочкой – гумосферой.. Энергия, заключенная в гумусе, имеет исключительно большое значение.

Биосферные функции почвразделяются на: атмосферные, гидросферные, литосферные и общебиосферные функции:

ü поглощение и отражение солнечной радиации;

ü регулирование влагооборота атмосферы;

ü поставка в атмосферу твердого вещества и микроорганизмов;

ü поглощение и удержание некоторых газов от ухода в космическое пространство;

ü регулирование газового режима атмосферы;

ü трансформация поверхностных вод в грунтовые;

ü участие в формировании речного стока и водного баланса;

ü влияние на биопродуктивность водоёмов за счет приносимых почвенных соединений;

ü функция сорбционного барьера, защищающего акватории от загрязнения;

ü биохимическое преобразование верхних слоев литосферы;

ü защита литосферы от чрезмерной эрозии, обеспечение условий ее нормального развития;

ü среда обитания;

ü аккумуляция вещества и энергии для организмов суши;

ü связующее звено биологического и геологического круговоротов, планетарная мембрана;

ü защитный барьер и условие нормального функционирования биосферы;

ü фактор биологической эволюции и т. д.

Климат как фактор почвообразования

– статистический многолетний режим погоды, одна из основных географических характеристик местности – главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды.

С климатическими условиями связана энергетика почвообразования, они определяют основную закономерность географии почв – их горизонтальную зональность.

Климат оказывает влияние на почвообразование как непосредственно, так и косвенно, воздействуя на другие факторы почвообразования (почвообразуюшие породы, грунтовые воды, растительный и животный мир).

Климат Земли – результат взаимодействия многих факторов, главные из которых: а) приход и расход лучистой энергии Солнца; б) атмосферная циркуляция, перераспределяющая тепло и влагу; в) влагооборот, неотделимый от атмосферной циркуляции. Каждый из этих факторов зависит от географич. положения местности (широты, высоты над уровнем моря).

Основа зональности – неравномерное поступление солнечной энергии на разных широтах Земли из-за ее шарообразности и кругового вращения. С широтным распределением тепла связано также распределение влаги, выпадение осадков ® развитие растительных и почвенных зон.

Закон горизонтальной зональности: типы почв распространены на поверхности земли полосами (зонами), имеющими широтное простирание и последовательно сменяющими друг друга с севера на юг в соответствии с изменениями климата, растительности и других условий почвообразования (в некоторых случаях принимают меридианальное (Северная Америка, южные области Южной Америки, Австралия), в связи с влиянием океанов и горных систем на биоклиматические условия и почвенный покров. Поэтому термин «широтная» почвенная зональность был заменен на термин «горизонтальная». Наиболее четко широтная зональность почв проявляется в Европейской части России и в Западной Сибири.

Радиационный баланс

Ведущим фактором климата является солнечная радиация, количество которой сильно различается в зависимости от местоположения данной территории. Общий приток тепла к земной поверхности измеряется радиационным балансом R, кДж/(см²×год): R = (Q + q)(1 – А) – E, где Q – прямая радиация; q – рассеянная радиация; А – альбедо (в долях единицы); Е – эффективное излучение поверхности.

Альбедо (отражательная способность)–это способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца – отношение количества отраженной энергии к количеству поступающей энергии (в %).

Интенсивность поглощения солнечной энергии зависит от окраски почвы, характера ее поверхности и теплоемкости. Темные почвы, богатые органическим веществом и глинистыми минералами, энергично поглощают солнечное излучение. Их отражательная способность около 15 – 20%. Светлые почвы (песчаные и содержащее небольшое количество органического вещества) поглощают меньшее количество солнечной радиации – их альбедо достигает 40 – 45% (в редких случаях больше).

Радиационный баланс (остаточная радиация подстилающей поверхности) –это разность междурадиацией поглощенной земной поверхностью и эффективным излучением.

Космический приток солнечной энергии (солнечная постоянная) на верхней границе атмосферы составляет около 8,4 кДж/(см²×мин). Однако поверхности Земли достигает не более 50% солнечной энергии, т.к. ~30% ее отражается от атмосферы в Космос, 20% поглощается парами воды и пылью в атмосфере, и остаток достигает поверхности Земли в виде рассеянной радиации. Наблюдается закономерное нарастание поступления солнечной энергии от полюсов к экватору.

Радиационный баланс зависит от многих факторов – от широты местности, характера подстилающей поверхности, степени увлажненности территории.

Тепловой режим почвы – это сумма явлений теплообмена в системе приземный слой воздуха « почва « почвообразующая порода, а также процессы переноса и аккумуляция теплоты в почве. Тепловой режим почвы обусловлен соотношением поглощения лучистой энергии Солнца и теплового излучения

Тепловой режим определяет интенсивность механических, геохимических и биологических процессов, протекающих в почве. Температура влияет на интенсивность химических реакций. Согласно правилу Вант-Гоффа, скорость химической реакции возрастает в 2 – 4 раза с повышением температуры на каждые 10°С. Поэтому в различных районах земного шара в связи с неодинаковыми термическими условиями скорости химических реакций могут отличаться во много раз.

От температуры зависят растворимость газов в почвенном растворе и соотношение твердой и жидкой фаз почвы, пептизация и коагуляция коллоидов, явления сорбции и десорбции. Поступающее количество энергии (радиационный баланс) расходуется на испарение воды, нагревание почвы и отдачу теплоты в атмосферу.

Тепловой баланс почвы можно представить в следующем виде: R = Q₁+ Q₂ + Q₃ ,

где Q₁ – количество теплоты, расходуемое на теплообмен в почве; Q₂ – количество теплоты, расходуемое на теплообмен в атмосфере; Q₃ – количество теплоты, расходуемое на испарение и конденсацию.

В среднем годовом цикле тепловой баланс почвы равен нулю, т. к. не происходит нарастающего разогревания почвы или ее охлаждения.

При высокой относительной увлажненности (в гумидных ландшафтах) годовая продуктивность растительности резко возрастает с увеличением радиационного баланса. Одновременно нарастает скорость микробиологического разрушения отмирающего органического вещества, возникают слабо полимеризованные гуминовые и фульвокислоты, вследствие чего почвенный раствор приобретает кислую реакцию. В условиях недостаточной атмосферной увлажненности увеличение радиационного баланса может и не сопровождаться ростом биологической продуктивности – его сдерживает недостаток воды. По этой причине биомасса аридных ландшафтов значительно меньше по сравнению с гумидными. Имеются количественные и качественные отличия и в почвенной микрофлоре аридных и гумидных ландшафтов. Все это оказывает сильное влияние на почвообразование. Интенсивность биохимической деятельности бактерий увеличивается с повышением температуры до 40 – 50°С. Выше этого предела жизнедеятельность микроорганизмов угнетается. При температуре ниже нуля биологические явления резко затормаживаются и прекращаются.

Количество выпадающей из атмосферы воды в различных природных зонах сильно варьирует. В целом поступление атмосферных осадков резко нарастает от полюса к экватору. Однако внутри континентов наблюдаются значительные отклонения от этой общей закономерности в связи с особенностями атмосферной циркуляции, размером и строением материков, наличием горных цепей и низменностей, близостью расположения местности от побережья морей и океанов, наличием холодных или теплых морских течений ® из-за различных географических причин на конкретной территории складывается определенный тип теплового и водного режимов, значительно нарушающих правильность широтных поясов.

Биоклиматическая фациальностьвызвана изменением степени увлажнения и континентальности климата.

Почвенная фация –часть почвенной зоны, существенно отличающаяся от других ее частей по температурному режиму и сезонному ходу увлажнения.

Закон фациальности почв: провинциальные (фациальные) особенности климата, обусловленные термодинамическими атмосферными процессами (влияние океанов и горных систем на континентальность климата и атмосферное увлажнение) вызывают осложнения широтной зональности, вплоть до образования особых типов почв.

Коэффициент увлажнения территории (коэффициент Высоцкого – Иванова)– величина, показывающая отношение суммы осадков (Q, мм) к испаряемости (V, мм) за тот же период: КУ = Q / V.

По подсчетам Высоцкого, КУ для лесной зоны =1,38, для лесостепной – 1,0, для степной черноземной – 0,67 и для зоны сухих степей – 0,33.

Определяя поступление влаги и тепла, климат регулирует биологические процессы. Чем более теплым будет климат, тем большей может быть биопродуктивность. Если ресурсы тепла достаточно велики, дополнительное увлажнение приводит к увеличению продукции, при недостатке тепла – к ее снижению.

Водный режим почв – это совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, изменений физ. состояния и расхода из почвы.

К числу явлений – элементов водного режима – относятся впитывание, фильтрация, капиллярный подъем, поверхностный, нисходящий и боковой сток, физическое испарение, десукция, замерзание, размерзание, конденсация воды. В зависимости от соотношения этих явлений определяется преобладающее направление передвижения влаги в почвенном профиле в годовом и сезонных циклах и пределы колебаний почвенной влажности и почвенных влагозапасов, т. е. определяется тип водного режима. Тип водного режима зависит от положения в рельефе, климатических условий, водных свойств почвы и подпочвы, наличия/отсутствия мерзлоты, подпитывания грунтовыми водами, от характера растительности, влияния человека.

Выделяют 14 типов водного режима:

1. Промывной водный режим (КУ> 1) (лесные зоны – тайги, влажных субтропических и тропических лесов, умеренных широколиственных лесов, высокогорных лугов)– где сумма годовых осадков больше величины испаряемости. Почвенная толща ежегодно весной и осенью подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи и формирует кислую среду ® развиваются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. Почвы промывного водного режима обладают высокой, иногда избыточной влажностью, на некоторой глубине может формироваться верховодка.

2. Периодически промывной водный режим (КУ=1, при колебаниях 0,8-1,2) (зона лесостепей – серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных чернозёмов) характерен для почв, формирующихся в климате, где годовая сумма осадков приблизительно соответствует годовому испарению. Происходит чередование ограниченного промачивания почвенно-грунтовой толщи (непромывные условия) в сухие годы и сквозное промачивание (промывной тип водного режима) во влажные – один раз в несколько лет. Периодически (не ежегодно) весь профиль насыщается водой.

3. Непромывной водный режим (КУ< 1) господствует в почвах зон, где средняя годовая норма осадков меньше среднегодовой испаряемости (степь, сухая саванна) и отсутствует сплошное промачивание почвенно-грунтовой толщи. Атмосферная влага, попадая в почву, проникает на глубину от нескольких дециметров до нескольких метров (обычно не более 4 м). Т.к. грунтовые воды залегают глубоко, между нижней границей капиллярно-подвешенной почвенной воды и верхней границей капиллярной каймы грунтовых вод залегает слой с постоянно низкой влажностью – мертвый горизонт иссушения.

4. Выпотной водный режим (КУ<1), как и непромывной, складывается в почвах при резком преобладании испаряемости над осадками, но при близком к поверхности залегании грунтовых вод. Их капиллярная кайма периодически поднимается до поверхности, и грунтовые воды испаряются физически. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли, и почва засоляется. Формируются луговые солончаки и солончаковые почвы, обладающие постоянно высокой влажностью. Выпотной режим бывает собственно выпотной и периодически - выпотной.

5. Десуктивно-выпотной водный режим – в отличие от предыдущего случая, капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на поверхность и испаряется не физически, а через отсос влаги корнями растений. Присутствующие в грунтовой воде соли и другие растворенные вещества выпотевают не на поверхности почвы, а на некоторой глубине в почвенном профиле. Этот водный режим свойствен луговым, лугово-черноземным, лугово-каштановым и другим полугидроморфным почвам. Режим увлажнения складывается из двух периодов: 1) после снеготаяния или обильных дождей почвы 2) по мере подсыхания

6. Паводковый водный режим характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми или иными водами. В этих условиях периодическое паводковое затопление сменяется в межпаводковый период каким-то иным водным режимом в зависимости от зонального или геоморфологического (пойма реки, шлейф склона) положения почвы и глубины грунтовых вод.

7. Застойный (водозастойный, болотный) водный режим развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород; но вследствие повышенной влажности воздуха десукция и испарение здесь не так велики, как в случае выпотного типа. Количество атмосферных осадков превышает сумму десукции и испарения. Образуется верховодка, и происходит заболачивание почвы. Застойный тип водного режима характерен для болотно-подзолистых и болотных почв.

8. Мерзлотный (криогенный) водный режим имеютпочвы, формирующиеся в области распространения многолетней мерзлоты, имеющие близко залегающий постоянно мерзлый водоупорный горизонт. В течение большей части года почвенная вода находится в твердой фазе в виде льда. В теплый период почвы оттаивают сверху вниз, и над постоянно мерзлым слоем образуется водоносный горизонт – надмерзлотная верховодка.

Рельеф местности – важнейший фактор почвообразования, оказывающий огромное влияние на генезис и эволюцию почв, структуру почвенного покрова, его контрастность и пространственную неоднородность. Рельеф района в значительной мере определяет конкретное проявление всех других факторов почвообразования.

Прямое и косвенное влияние рельефа на процессы почвообразования:прямая роль рельефа отражена в развитии эрозионных процессов; косвенная роль рельефа выражается через перераспределение климатических факторов (тепла, света, воды). Это оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислит.-восстановит., солевой режим почвы.

* Значительное изменение высоты местности ® изменение температурных условий ® наиболее яркое проявление косвенной роли рельефа – явление вертикальной (климатической, почвенной, растительной) зональности в горах.

* Сравнительно незначительное изменение высоты сказывается на перераспределении атмосферных осадков.

* Большое значение для перераспределения солнечной энергии имеет экспозиция склона.

* Форма и крутизна склона определяют свойства материнских пород: под скалами накапливаются каменные глыбы, а у подножий пологих склонов – глинистые и суглинистые отложения.

В практике полевых почвенных исследований выделяют следующие типы рельефа:

1. Макрорельеф – самые крупные формы рельефа, определяющие общий облик большой территории: равнины, плато, горные системы (от десятков метров на равнинных пространствах до сотен метров в предгорьях и тысяч метров в горах). Его возникновение связано гл. образом с геологическими процессами (тектоническими, аккумулятивными).

Основные типы макрорельефа: равнинный, волнистый (холмистый, увалистый, грядовый), горный.

Влияние форм макрорельефа сказывается:

· на распределении атмосферной влаги, переносимой крупными воздушными массами;

· на изменении гидротермических условий в зависимости от абсолютной высоты.

На пространствах равнин и обширных плато происходит постепенное изменение количества атмосферных осадков по мере распространения приносящих их воздушных масс. Это приводит к постепенной смене типов растительности и образованию биоклиматических зон и подзон. Горизонтальная зональность почв проявляется при однотипности почвообраз. пород.

С изменением высоты местности меняется температура ® возникает вертикальная зональность почвенного покрова.

Закон вертикальной почвенной зональности (поясности): в горных системах основные типы почв распространены в виде поясов, последовательно сменяющих друг друга с нарастанием абсолютной высоты от подножия гор к вершинам в связи с изменением природных условий.

Расположение почвенных типов или структур высотной поясности определяется:

· положением горной страны в системе широтных почвенных зон;

· высотой горной страны;

· положением по отношению к движению воздушных масс;

· изолированностью от морей другими горными системами;

· наличием температурных инверсий (стекание масс холодного воздуха по склонам и застаивание его в депрессиях).

Но возможны и отклонения от общей схемы расположения вертикальных почвенных зон в связи с экспозицией склонов, положением склонов относительно движения воздушных масс, температурными инверсиями. В горах имеет место

· интерференция – выпадение отдельных почвенных зон (например, отсутствие горно-лесных почв и горных черноземов между зонами каштановых и горно-луговых почв в горах Южного Закавказья);

· инверсия – обратное распределение почвенных зон, когда нижние зоны располагаются выше, чем положено по аналогии с горизонтальными зонами (смена горнолесных подзолистых почв не тундрой, как на равнинах, а субальпийскими и альпийскими лугами, переходящими выше в горную тундру);

· миграция – проникновение одной зоны в другую (например, по горным долинам).

2. Мезорельеф – формы рельефа средних размеров с колебаниями относительных отметок от ±1 до ±10 м (склоны, холмы, бугры, лощины, долины, террасы, овраги, балки, барханы, гривы, высохшие старицы и т. д.). Возникновение мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими процессами (денудацией и аккумуляцией), на которые влияют медленные поднятия и опускания суши. Из отдельных форм мезорельефа складывается определенный тип макрорельефа. В топографии почвенного покрова мезорельефу принадлежит главная роль. Влияние форм мезо- и микрорельефа на почвообразование проявляется на ограниченной площади в перераспред.солнечной энергии и выпавших атмосф.осадков.

3. Микрорельеф – мелкие положительные и отрицательные формы рельефа, занимающие незначительные площади (от нескольких дм² до нескольких сотен м²), с колебаниями относительных отметок в пределах одного метра (бугорки, кочки, гривки, сусликовины, муравейники, понижения, западины, степные «блюдца», ложбины стока, «медальоны» тундры и др.). Происхождение микрорельефа может быть следствием как геологических (просадка, мерзлотные деформации), так и почвообразовательных процессов.

Закон аналогичных топографических рядов (з-н геохимического сопряжения, з-н геохимического соподчинения почв):

В разных почвенных зонах состав почвенного покрова различен, но распределение почв по элементам рельефа имеет закономерный характер, аналогичный вертикальной зональности:

* на возвышенных элементах рельефа формируются почвы автоморфные (генетически автономные, зональные);

* в нижних частях склонов, в понижениях или отрицательных элементах рельефа залегают полугидроморфные и гидроморфные (генетически подчиненные) почвы, зависящие от приноса веществ с поверхностным и внутрипочвенным током;

* на склонах находятся переходные почвы.

* В условиях мезорельефа геохимическая связь имеет одностороннюю направленность: от водораздела к депрессии располагается закономерное сочетание почв, причем почвы относ-но низких уч-ков находятся под влиянием более высоких.

* В условиях микрорельефа геохимическое сопряжение почвы, находящейся на разных элементах рельефа, имеет иной характер. Химические элементы, мигрирующие с поверхностным стоком в микрозападины, вмываются с фильтрующимися водами и обогащают почвы. Вместе с тем быстрое иссушение микроповышений вызывает энергичное подтягивание почвенных вод по капиллярам. При этом почвенные воды микрозападин поступают в почвы микроповышений и, в свою очередь, приносят определенные химические соединения. Происходит как бы взаимообмен подвижными соединениями. Под влиянием микрорельефа образуется комплекс почв, геохимическая связь между которыми имеет двухстороннюю направленность.

4. Нанорельеф – рельеф очень мелких форм внутри категории микрорельефа с колебаниями отметок в пределах ±30 см. Эта форма рельефа очень неустойчива ® быстро эволюционирует в более крупные формы микрорельефа или полностью разрушается. Так, мельчайшая бороздка на склоне пашни может под воздействием текучей воды быстро превратиться в ложбину стока ® промоину ® овраг.

Микро- и нанорельеф влияют на пятнистость и комплексность почвенного покрова.

Почвообразующие породы -горные породы, из которых формируется почва, являются исключительно важным фактором почвообразования. С влиянием именно этого фактора в значительной мере связано многообразие почв.

Почвообразующая порода является основой почвы и передает ей свой гранулометрический, минералогический и химический состав, а также физические и химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются под воздействием почвообразовательного процесса. Материнская порода оказывает большое влияние на водно-воздушный, тепловой и пищевой режим почвы. Особенно отчетливо взаимосвязь между свойствами почв и характером материнской породы проявляется на ранних стадиях почвообразования.

Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу, строению и свойствам. Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород.

1. Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов (магмы), застывших в глубине земной коры – породы глубинные, интрузивные (внедрение); или из магмы, излившейся на поверхность Земли – породы излившиеся, эффузивные (излияние).

Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.

2. Метаморфические породы – вторичные массивнокристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных пород в недрах земли в результате глубоких превращений под воздействием высоких давлений и температур. (кварцит, мрамор, сланцы, гнейсы, роговики). При метаморфизме глубокое структурно- минералогическое преобразование пород происходит при сохранении в твердом состоянии самих пород и слагающих их минералов.

Все метаморфические породы имеют плотную текстуру. Их значение в почвообразовании также мало.

Основная поверхность земли покрыта осадочными породами.

3. Осадочные породы – отложения продуктов выветривания массивно-кристаллических пород или остатков различных организмов. Исходя из процессов, их создавших, осадочные породы условно делятся на механогенные, хемогенные и биогенные. Более правильно группировать их по составу: обломочные; глинистые; хемогенные и органогенные (возникшие в результате биологических и химических процессов).

Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения: известняки, мергели, доломиты, мел.

Формирование почвообразующих пород связано с процессами выветривания горных пород, переносом и пере- отложением продуктов выветривания.

Горные породы, попадая на дневную поверхность, оказываются в условиях, резко отличающихся от условий, при которых формируются изверженные и метаморфические породы. Поэтому они теряют свою устойчивость и подвергаются процессам преобразования гипергенезу (над, сверху).

Различают: физическое, химическое и биологическое (органическое) выветривание.

Физическое выветривание – это механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического строения и состава. Оно начинается на поверхности горных пород, в местах контакта с внешней средой, где возникают большие градиенты суточных и сезонных температур – температурное выветривание. Наиболее интенсивно оно протекает при больших колебаниях сезонных и особенно суточных температур: в жарких пустынях поверхность пород иногда нагревается до 60 – 70 °С, а ночью охлаждается почти до 0 °С.

Механическое выветривание происходит под механическим воздействием посторонних агентов. Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая, проникая в трещины горных пород, создает высокое капиллярное давление. Еще больше разрушительная сила воды при замерзании: вода увеличивается в объеме на 9 -10%, производя при этом огромное расклинивающее давление – морозное выветривание.

В сухом климате аналогичную роль играют соли, проникающие в трещины и кристаллизующиеся в них (увеличиваясь в объеме). От породы, разбитой сетью трещин, начинают отпадать отдельные обломки, и с течением времени ее поверхность может подвергнуться полному механическому разрушению. В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое ее количество.

Химическое выветривание – процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими агентами являются вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергичный растворитель горных пород и минералов. Разложение водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее СО₂, который придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения минералов влияет и температура. Повышение ее на каждые 10°С ускоряет течение химических реакций в 2 – 2,5 раза. Этим объясняется интенсивное химическое выветривание в экваториальных областях и замедленное – в полярных. Растворение горных пород водой, особенно содержащей СО₂ и другие вещества, широко распространено в природе.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород – гидролиз – приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды: КА1Si₃О₈ (ортоклаз) + Н₂О ® HAlSi₃О₈ + КОН.

С деятельностью воды связана также гидратация – химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов:

2Fе₂О₃(гематит)+3Н2O =2Fе₂О₃× 3Н₂О(лимонит).

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минералах – силикатах и алюмосиликатах ® разрыхление поверхности минералов ® взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Окисление – реакция, широко распространенная в зоне выветривания. Окислению подвергаются многочисленныеминералы, содержащие закисное железо или другие элементы, способные к окислению.

В процессе окисления изменяется первоначальная окраска горных пород, появляются желтые, бурые, красные тона. Сильно окисленные породы обычно приобретают землистое пористое строение (например, ферраллитная кора выветривания).

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглоти-тельную способность и другие свойства

Биологическое выветривание – механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв. С поселением организмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и др.), которые оказывают разрушающее действие на минералы. Нитрификаторы образуют НNO₃, серобактерии и тионовые бактерии – Н₂SO₄. Эти (и гумусовые) кислоты растворяют многие

Фазы развития коры выветривания:

1. Обломочная кора выветривания – еще сохраняются все химические элементы, присутствующие в исходной горной породе, вторичных минералов практически нет.

2. Обызвесткованная кора выветривания – вынесены освобождающиеся при выветривании хлориды и сульфаты, но сохраняются карбонаты кальция. Для этого типа коры, широко распространенного в степях и пустынях, уже характерно образование ряда глинистых минералов, а главное, присутствие кальцита (скопления в виде белых мучнистых конкреций, прожилок, корочек на поверхности щебня).

3. Кислая сиаллитная кора выветривания – в отличие от обызвесткованной распространена во влажном климате умеренных широт, преимущественно в лесной зоне. Сильно оглинена, но содержит еще много первичных минералов. Все легкорастворимые соли и карбонаты кальция из нее вымыты, поэтому она обеднена по сравнению с исходными породами не только хлором и натрием, но и кальцием.

4. Аллитная (или ферраллитная) кора выветривания – самая зрелая стадия. В ней не сохранилось первичных минералов, они замещены каолинитом и гидроокислами железа и алюминия. До такой стадии выветривания породы доходят только во влажном климате субтропических и тропических поясов, где в тектонически спокойных областях процессы выветривания обгоняют денудацию.

Совокупность остаточных продуктов выветривания различных элювиальных образований в верхнем слое литосферы – остаточная (элювиальная) кора выветривания. Перемещенные водой, ветром, льдом продукты выветривания – аккумулятивная (переотложенная) кора выветривания.

Все перечисленные процессы действуют на горные породы совместно и одновременно, так что действие одного из процессов невозможно отделить от действия остальных ® неверно расчленять сложный, но единый процесс выветривания на физическое, химическое и т. п. Следует говорить о физических, химических и других процессах выветриван