Физическое выветривание – это механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур (образуются трещины). Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая проникает в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы, особенно при замерзании.

В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое их количество. Это выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Химическое выветривание – это процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшими факторами этого процесса являются вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергичный растворитель горных пород и минералов. Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; он придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения влияет и температура. Повышение ее на каждые 10 ⁰С ускоряет течение химических реакций в 2,0-2,5 раза. Поэтому в экваториальных областях химическое выветривание идет активнее, чем в полярных.

В процессе химического выветривания происходят реакции гидролиза, гидратации, окисления. В результате этих процессов изменяются физическое состояние и разрушается кристаллическая решетка минералов. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и др. свойства.

Биологическое выветривание – это механическое и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностном слое земли активно участвуют живые организмы; нет чисто абиотических (неживых) механических и химических процессов выветривания. 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 органические кислоты, которые оказывают разрушающее действие на минералы.

Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии и тионовые бактерии – серную. Эти кислоты растворяют многие минеральные соединения и усиливают процесс выветривания.

Животные, как и растения, механически разрыхляют горные породы и своими выделениями способствуют их изменению.

Таким образом, почвы образуются из горных пород. Но горные породы в отличие от почв бесплодны или характеризуются лишь зачатками плодородия. Между тем важным свойством почвы является ее плодородие, то есть способность удовлетворять произрастающие на ней растения элементами питания, водой и другими факторами жизни. Следовательно, для образования почвы прежде всего необходимо, чтобы в горной породе накопились элементы плодородия.

Горная порода превращается в почву в результате двух совместно протекающих процессов – выветривания и почвообразования.

В процессе выветривания горных пород и минералов, их слагающих, элементы питания растений переходят в растворимое состояние и становится для них доступными. Однако питательные вещества не только усваиваются растениями, но и вовлекаются в большой геологический круговорот веществ. Под действием воды горные породы постепенно обедняются элементами зольного питания растений.

В результате выветривания массивная горная порода из плотной, монолитной массы превращается в рыхлую породу, обладающую свойствами водопроницаемости и влагоемкости, но запас воды в ней не может быть большим. Устойчивое снабжение растений водой обеспечивается только почвой, богатой гумусом, имеющей прочную структуру и рыхлое сложение. Эти свойства приобретаются почвой уже под влиянием почвообразовательного процесса.

Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Эти явления имеют разнообразную природу – биологическую, химическую, физическую, физико-химическую – и протекают в тесном взаимодействии друг с другом.

Наиболее важными слагающими почвообразовательного процесса являются следующие: 1) создание органического вещества и его разложение; 2) синтез органо-минеральных соединений им их разрушение; 3) аккумуляция органических, неорганических и органо-минеральных веществ и их вынос; 4) распад первичных и вторичных минералов и образование новых; 5) поступление влаги в почву и возврат ее в атмосферу в результате транспирации и испарения; 6) поглощение лучистой энергии солнца почвой, приводящее к ее нагреванию, и излучение энергии, сопровождаемое охлаждением и др.

Большая часть этих явлений протекает при участии живых организмов (главным образом высших зеленых растений и микроорганизмов) и продуктов их жизнедеятельности.

Почвообразовательный процесс начался с появления жизни на поверхности суши, с воздействия на горную породу простейших организмов. Отмирающие первичные микроорганизмы обогащали выветривающуюся горную породу органическим веществом и создавали необходимые условия для развития других групп организмов. Под действием гумусовых веществ специфической природы (фульвокислот, органических кислот, аминокислот и т. д.) разлагаются минералы. При этом извлекаются необходимые для живых организмов элементы питания. За бактериями и водорослями появились псилофиты, грибы, хвощовые, плауновые, папоротниковые, мхи и, наконец, покрытосеменные растения.

С появлением высших растений с мощной корневой системой, проникающей далеко вглубь породы и охватывающей большие ее объемы, почвообразовательный процесс усиливался. Вместе с растительностью почву заселяли животные организмы, которые также оказывали влияние на почвообразовательный процесс.

В результате жизнедеятельности растений и животных происходило накопление органических остатков и гумуса, в которых концентрировались элементы зольной и азотной пищи растений. С накоплением органического вещества в минеральных почвах улучшался водный режим, он приобретал более устойчивый характер. Так постепенно, в течение миллионов лет, из бесплодной горной породы развивалась почва. В процессе цикличности почвообразовательного процесса толща почвы подразделена на генетические горизонты, с которыми мы познакомимся на лабораторных занятиях.

Процесс формирования почвы зависел от целого ряда природных факторов. Условия, под воздействием которых протекает почвообразовательный процесс и формируются почвы, называются факторами почвообразования. Выделяют следующие факторы:

1) почвообразовательная порода; 2) климат; 3) растительность и животный мир; 4) рельеф; 5) возраст; 6) производственная деятельность человека.

Почвообразующие породы – исходный материал, из которого формируется почва, поэтому ее гранулометрический состав, а также физические, физико-химические свойства в значительной степени определяются составом и свойствами почвообразующих пород.

Климат – оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразовательный процесс. Прямое влияние сказывается в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы влагой осадков и ее промачивание, нагревание и охлаждение). Косвенное влияние проявляется через воздействие климата на растительный и животный мир.

Растительный и животный мир – см. выше.

Рельеф – влияет на распределение веществ и энергии по поверхности почвы. На различные его элементы поступает неодинаковое количество влаги, тепла, минеральных соединений. Все это влияет на жизнедеятельность растительного и животного мира.

Материнская порода превращается в почву только при длительном проявлении почвообразовательного процесса. Следовательно, время, в течение которого идет этот процесс и формируется та или иная почва, то есть ее возраст, является существенным фактором почвообразования.

Производственная деятельность человека – с развитием человеческого общества почва становится средством производства. Поэтому его производственная деятельность становится решающим фактором почвообразования и повышения плодородия почвы на значительных пространствах земного шара. При этом характер и значимость изменений почвы зависит от социально-экономических производственных отношений, уровня развития науки и техники.

Лекция № 2.