Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

География

для школьников и студентов

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Зональность геохимических процессов.

Любые студенческие работы по приятным ценам. Постоянным клиентам - скидки! Оставьте заявку и мы ответим Вам по стоимости работ в течении 30 минут!

Выражением геохимической зональности является

·     зональность процессов выветривания и типов кор выветривания,

·     процессов почвообразования и типов почв,

Под корой выветривания понимают континентальные образования, возникающие на земной поверхности в результате выветривания горных пород. Процессы выветривания горных пород (механического разрушения и химического преобразования) определяются такими факторами как колебания температуры, химическое и механическое воздействие атмосферы, воды и живых организмов. Эти факторы в значительной степени подчиняются закону географической зональности и поэтому процессы выветривания также зональны. Зонален и результат этих процессов - кора выветривания. В зависимости от климатических условий меняется механический и химический состав кор выветривания, подвижность химических элементов, высвобождающихся при разрушении минералов горных пород. Каждая природная зона характеризуется определенным набором химических элементов, называемых типоморфными, определяющих химические особенности кор выветривания и формирующихся на них почв.

Физическое выветривание приводит к разрушению монолитности горных пород и к их дезинтеграции под воздействием возникающих в породе напряжений без изменения их химического состава. Источником этих напряжений являются механическое и температурное расширение, рост кристаллов и деятельность живых организмов.

Механическое расширение является реакцией горной породы на уменьшение давления вышележащих блоков горных пород при денудации. В результате такого расширения в монолитных горных породах возникают трещины, параллельные дневной поверхности, которые в дальнейшем расширяются другими процессами физического выветривания.

Температурное выветривание связано с небольшой теплопроводностью горных пород, которая приводит к сильному нагреванию днем и охлаждению ночью только очень тонкого поверхностного слоя горных пород. Эти температурные контрасты между поверхностью горной породы и ее внутренними частями приводят к растрескиванию и разрушению поверхности монолитной горной породы. Этот тип выветривания наиболее характерен для пустынных и высокогорных районов, летнего периода в тундрах.

Вода, попадающая в трещины горных пород, при замерзании осуществляет дальнейшее расширение трещин. Аналогичное воздействие на горные породы связано с попадающими в трещины растворимыми солями, которые при кристаллизации оказывают на трещины значительное давление. Разрушение горных пород в результате кристаллизации воды происходит практически во всех природных зонах, сезонные температуры в которых опускаются ниже 00С, а в результате кристаллизации солей - в основном в аридных районах.

Существенное воздействие на горные породы оказывают живые организмы. Известно, что растущие корни в благоприятной обстановке способны расклинивать трещины в коренной породе. Поскольку клетчатка стенок клетки крепче многих металлов, а корневые системы проникают на глубину до десяти метров, можно предположить, что это и есть главное средство физического разрушения. Однако на практике трудно установить действенность корней, так как очень часто они следуют по полостям, уже созданным другими агентами. При этом следует помнить о двойном влиянии корневой системы. С одной стороны они действуют как стабилизирующий агент, скрепляющий выветрелый материал, и тем самым препятствующий дальнейшему обнажению свежей породы, с другой они иногда оказывают прямое разрушающее воздействие, например при ветровале крупных деревьев. Животные принимают малое участие в непосредственном разрушении коренных пород, но играют большую роль при нарушении уже образованного обломочного материала, тем самым, усиливая эффективность других процессов выветривания.

Химическое выветривание приводит к разрушению первичных минералов горных пород и формированию новых, вторичных минералов, более соответствующих поверхностным условиям, т.е. к изменению минерального состава горных пород. Химическое выветривание включает процессы растворения, гидратации, гидролиза карбонатизации и окисления, а также комплекс процессов биохимического воздействия.

Возможность химического выветривания определяется рядом свойств самих горных пород, влияющих на их подверженность химическому изменению. Более 98% земной коры слагают 8 химических элементов, самый распространенный из которых - кислород, составляет более половину общего веса земной коры. Далее следуют кремний (менее четверти общего веса земной коры), алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. По объему почти вся земная кора состоит из анионов кислорода, соединенных с катионами металлов в форме окислов. Наиболее важным из них являются кремнезем (SiO2), образующий минерал кварц и окислы алюминия (Al2O3) и железа (Fe2O3). Значительная часть минералов образована силикатными тетраэдрами (Si2O4), выступающими в роли «строительных кирпичиков». Благодаря различному типу химических связей между этими тетраэдрами и соединяющими их катионами и замещению части ионов кремния в тетраэдрах алюминием возникает огромное разнообразие силикатных минералов. Основные процессы химического выветривания выражаются в нарушении тетраэдральной решетки и выносе скрепляющих их катионов.

Существенную роль в процессах химического выветривания играет дождевая вода, имеющая сложный химический состав. Она содержит, кроме растворенного атмосферного кислорода и двуокиси углерода, морские соли, окись азота, растворенную азотную кислоту, двуокись серы и растворенную серную кислоту. Эти постоянные компоненты дождевой воды дают ей возможность бесконечно разнообразного воздействия на горные породы. Как только вода просачивается, ее состав испытывает дальнейшие изменения благодаря реакциям с минеральными и органическими фракциями почвы и грунта.

Условно, всю совокупность химических процессов, изменяющих горные породы, принято подразделять на процессы растворения, гидратации, гидролиза, карбонатизации и окисления. Но в природе эти процессы протекают совместно, и их суммарный результат сильно изменяет результаты воздействия каждого из них.

Растворение. Основная часть первичных горных пород обычно не растворяется водой (за исключением галита или каменной соли). Главнейшее значение растворения заключается в его роли переносчика продуктов других процессов выветривания, так как если материал не выносится, он может замедлить или совершенно изменить весь ход разложения породы. Процесс растворения зависит от внешних факторов и, прежде всего от рН среды. Например, растворимость двухвалентного железа или марганца быстро возрастает в слабокислых условиях, но для того, чтобы сделать растворимым алюминий, требуется, чтобы рН среды был не более 4. Поэтому остаточные продукты одной и той же породы в различных ландшафтах (в разных кислотно-щелочных условиях) могут сильно отличаться. Изменения свойств среды объясняют и изменения в процессе переосаждения свойств растворителя при его миграции через почву и кору выветривания.

Гидратация считается началом всех более глубоких химических преобразований горных пород. При взаимодействии с водой большинство силикатных глинистых минералов включает воду в свою молекулярную структуру и при этом сильно разбухают. Это разбухание является главной причиной размельчения крупнозернистых изверженных пород, которые разрушаются благодаря прогрессивному расширению содержащихся в них гидратных минералов.

Гидролиз силикатных минералов представляет собой довольно сложный химических процесс, заключающийся в фактически полном разрушении первичной силикатной решетки и в выносе соединяющих ионов. Перестроенная кремний-алюминиевая решетка вмещает много воды и в результате образуется водный глинистый минерал. Этот процесс приблизительно может быть выражен следующей химической реакцией (на примере калий - содержащего минерала ортоклаза)

2KAlSi3O8 + 2H2O = Al2Si2O5(OH)4 + K2O + 4SiO 2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2O - растворенная окись калия, SiO 2, -растворенный кремний

Натрий и кальций - содержащие полевые шпаты разлагаются похожим путем. Процесс гидратации в естественных условиях сильно ускоряется при загрязнении воды, особенно в присутствии растворенного СО2.

Карбонатизация. Растворенный атмосферный СО2 превращает осадки в очень слабую углекислоту со средним значением рН около 6. Когда дождевая вода проникает в грунт, большая часть СО2 быстро растворяется в почвенном воздухе и принимает участие в процессах выветривания. В присутствии СО2 намного ускоряются процессы разложения силикатов. Ускорение и усиление реакции происходит из-за быстрого перехода слабой углекислоты в гидрогенные и бикарбонатные ионы. В таком случае выше приведенная реакция приведет к образованию бикарбоната калия.

 

2KAlSi3O8+ 2H2O + CO2 = Al2Si2O5(OH)4 + K2CO3 + 4SiO2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2CO3  - карбонат калия, SiO2 - растворенный кремний

Таким образом, при карбонатизации происходит разрушение силикатной структуры ортоклаза с выделением иона калия и, в качестве конечного продукта, образуется глинистый минерал и растворимый остаток.

При разрушении других силикатов происходит образование глинистых минералов с выделением Na2CO3 из натрий содержащих шпатов и Ca(HCO3)2 для кальций содержащих минералов.

Другим примером химического изменения карбонатной водой горных пород является растворение известняков. Карбонат кальция слаборастворим в чистой воде, но при наличии слабой углекислоты идет следующая реакция:

 

CaCO3+ H2CO3= Ca +2 + 2(HCO3) -

Ионы кальция и бикарбоната затем выносятся в раствор, оставаясь среди загрязнителей воды и аккумулируясь в виде характерного поверхностного остатка. Во многих районах этот остаток содержит железо, которое, окисляясь, придает ярко-красный цвет почве, известной как терра-росса. Объем растворенного карбоната кальция, который может переносится водой, зависит от количества растворенного СО2.

Окисление. Окисление как один из процессов химического выветривания понимается как химическое соединение с кислородом. Этот процесс особенно характерен для такого широко распространенного элемента как железо. Оно входит в состав многих породообразующих минералов - биотитов, авгитов, амфиболитов и высвобождается при том или ином химическом процессе, быстро окисляется и существует в виде гематита (Fe 2O3) или его гидратного эквивалента - лиманита. Именно трехвалентное железо окрашивает многие почвы в красный, коричневый  или желтый цвет.

Биологическое воздействие представляет собой совокупность химических процессов преобразования горных пород, происходящих под воздействием биологических агентов - растительности и микроорганизмов в почве и верхних горизонтах коры выветривания. Воздействие биологических агентов проявляется непосредственно, в виде специфических биохимических реакций или опосредованно, в виде простого ускорения других процессов химического выветривания.

Двумя важнейшими реакциями выветривания, которые имеют биохимическую природу, являются восстановление и комплексирование. Многие анаэробные бактерии получают часть необходимого им кислорода путем восстановления железа, одного из самых распространенных элементов в горных породах, до двухвалентной формы, а в некоторых случаях - до собственно металла. В результате образуются двухвалентные соединения, которые значительно лучше растворяются в воде, чем первичные трехвалентные. Поэтому, восстановление является основным путем мобилизации железа и выноса его из почвы.

Комплексирование заключается в объединении катионов металлов с молекулой углеводорода и является фундаментальным процессом в поддержании жизни растений. Корни окружаются концентрацией гидрогенных ионов, которые могут обмениваться с катионами соседних металлов. Затем катионы металлов абсорбируются растениями путем комплексирования. Образующиеся комплексные соединения растворимы только в органических растворителях, и нерастворимы в воде. Подобным образом действуют лишайники, изымающие практически все нужные им элементы из коренных пород, на которых растут до тех пор, пока поверхностный слой не будет полностью разрушен.

Опосредованное воздействие биологических агентов проявляется, например, во влиянии растительности на качество и количество фильтрующейся воды. Путем перехватывания влаги растительный покров регулирует количество осадков, достигающих собственно земной поверхности. Оседание на поверхности листовых пластин химических элементов, содержащихся в атмосферных осадках, изменяет их химический состав. Гумус и микроорганизмы почвы влияют на скорость, с которой вода перемещается через почвенные горизонты и изменяют количественный и качественный состав элементов, содержащихся в фильтрующейся воде. Особенно важным фактором, влияющим на ход химических процессов, как было сказано выше, является содержание в почвенных водах углекислого газа. В процессе жизнедеятельности окисляющих бактерий, разлагающих органические остатки, и дыхания корней растений концентрация СО2 в почвенном воздухе повышается с 0,2 до 2%, а в отдельных случаях до 10% , что значительно превышает содержание углекислого газа в атмосферном воздухе. На количество СО2 в почвенном воздухе влияет ряд факторов:

n температура (деятельность бактерий сильно замедляется с падением температуры ниже 100С);

n  содержание влаги (биологическая активность значительно снижается, когда содержание влаги опускается ниже 10%);

n  аэрация почв;

n  характер растительного покрова.

В результате совокупного воздействия этих факторов содержание СО2 сильно меняется в зависимости от сезона и местных особенностей. Это сказывается на растворимости таких продуктов выветривания как железистые и алюмосодержащие соединения.

Как было сказано выше, выветривание неразрывно связано с климатом. Взаимосвязь между климатическими параметрами и характером и типом выветривания хорошо передают схемы Пельтье. Эти схемы построены исходя из следующих упрощений:

механическое выветривание почти полностью обусловлено попеременным замерзанием и оттаиванием,

химическое выветривание в такой степени зависит от наличия воды, что его интенсивность должна прямо соответствовать количеству осадков.

Таким образом, районы, в которых циклы замерзания - протаивания наиболее действенны и температура часто переходит через точку замерзания, являются ареной наиболее активного проявления физического выветривания. Считая, что химическое выветривание ускоряется при высоких температурах и плотном растительном покрове, Пельтье установил районы, где такие условия преобладают. Исходя из сказанного, Пельтье были определены климатические режимы, характеризующиеся разным сочетанием механического и химического выветривания и составлены схемы, дают общее представление об относительной роли каждого из этих процессов в разных природных зонах.

Кроме климата на ход процессов выветривания оказывает влияние рельеф, вернее интенсивность тектонических движений, о чем указывал Н.М. Страхов. Он предполагал, что обычно химическое выветривание преобладает над механическим. Особенно действенно оно в тропической зоне. Территория вторичного максимума приурочена к влажным районам умеренных широт, хотя скорость выветривания здесь в 20 раз ниже, чем в тропиках. Относительно мощному механическому выветриванию климат благоприятствует только в пустынях и на крайнем севере. Однако Н.М.Страхов подчеркивал, что с увеличением амплитуды рельефа, механическая денудация в форме поверхностного смыва становится настолько интенсивной, что она в итоге совершенно подавляет химическое выветривание. Для достижения такого состояния в гумидных районах тропической зоны необходимо исключительно быстрое тектоническое поднятие, тогда как в умеренных широтах условия для механической денудации гораздо лучше и преобладать она может и при относительно небольших тектонических поднятиях.

Арктическая зона характеризуется преобладанием физического выветривания, особенно морозного, обусловленного низкими температурами. Коры выветривания представлены малоизмененными обломочными отложениями малой мощности. Процессы химического выветривания не выражены, вторичных глинистых минералов не образуется. Перенос водными потоками продуктов разложения ослаблен, органических соединений очень мало, почвы практически отсутствуют.

Тундра. Так же как в предыдущей зоне преобладают процессы физического выветривания с очень незначительной активностью химического. Из-за низких температур, несмотря на обилие воды, деятельность микроорганизмов подавлена. Следствием этого является медленный биологический круговорот атомов, малая продуктивность растительной массы, ослабленная минерализация органических остатков. Типоморфными и вместе с тем самыми подвижными элементами являются, ион водорода и двухвалентное железо (Н+, Fe2+).

В лесной зоне с умеренно теплым климатом морозное выветривание ослабляется, и активизируются процессы химического выветривания. Активно протекают процессы гидратации, в меньшей степени гидролиза и карбонатизации. С влагой вниз перемещаются (выщелачиваются) растворимые продукты химического выветривания и, прежде всего, щелочи и щелочные земли. В разложении и переносе минеральных веществ существенную роль играют гумусовые соединения (фульвокислоты и их соли) почвы и микроорганизмы (преимущественно грибы). Кора выветривания в этих условиях представляет собой комплекс продуктов выветривания сиаллитно-глиногенного состава (смесь гидратов алюминия, железа и кремния). Типоморфные элементы - ион водорода, алюминий, железо, кремний. В большом дефиците кальций, и многие редкие элементы - кобальт, фтор, молибден, йод.

В степной зоне с умеренно теплым климатом и непромывным режимом формируется сиаллитно-карбонатная кора выветривания, лессовидная, обогащенная карбонатами кальция и магния и калия. Вымытые Cl- SO42- и частично Na, Mg и K входят в состав образующихся глинистых минералов – сиаллитов, содержащих Si и Al2O3 – монтмориллонита, бейделлита и др. В почвах и коре выветривания существуют как нисходящие, так и восходящие потоки, что приводит к формированию горизонтов, обогащенных солями (хлоридами и сульфатами). Благодаря содержанию кальция грунтовые и почвенные воды имеют слабощелочную реакцию и отличаются высокой прозрачность: коллоиды не вымываются, фиксируясь в коре выветривания. Типоморфными элементами являются кальций, магний, натрий.

В полупустынях умеренного пояса химическое выветривание и водная миграция химических элементов ослаблены и образование глинистых минералов происходит замедленными темпами. В аридных пустынях (субтропических и тропических) господствует физическое выветривание, стимулированное резкими суточными колебаниями температуры. В этих ландшафтных зонах миграция растворов преимущественно восходящая, они нейтральные или слабощелочные. Подъем грунтовых вод приводит к формированию горизонтов, обогащенных легко растворимыми солями (хлоридами и сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов и содой). Типоморфными являются кальций, магний, калий, частично натрий и хлор. На солончаках к типоморфным элементам относится также сера.

Во влажных тропиках и субтропиках химическое выветривание охватывает слои земной коры в десятки метров и завершается полным разложением минералов, так как почвенные воды, обогащенные углекислым газом и большим количеством органических кислот, образующихся при быстром разложении обильных растительных остатков, обладают большой разрушительной силой. Из почв вымываются и переходят в раствор большая часть оснований и почти вся окись кремния. Накапливаются наименее подвижные продукты разложения гидроокислы железа и алюминия, которые образуют коллоидные осадки, сохраняются в почве и придают ей красный цвет. Тропические коры выветривания имеют сиаллитно-ферралитный и аллитный состав, типоморфными элементами являются - Н+, алюминий, железо, типоморфными соединениями - гидраты алюминия, железа, латериты, бокситы, каолины.

Зональность почвенного покрова и процессов почвообразования. Под почвой понимают поверхностные рыхлые накопления состоящие из минеральной части (мелкораздробленных горных пород в различной стадии выветривания) и органических масс образующихся от разложения преимущественно растительных остатков. Минеральная часть почв является источником легко растворимых (подвижных) минеральных солей, необходимых для жизнедеятельности растений. Органические остатки после своего распада, образуют специфические органические соединения (гумусовые кислоты), в том числе и растворимые в воде. Между продуктами распада неорганических и органической части происходят обменные реакции, приводящие к образованию новообразований, сохраняющихся в почве в виде твердых веществ, растворов и коллоидных смесей (органо-минеральные комплексы). Процессы разрушения как минеральной так и органической частей и обменные реакции происходят только в воде и их интенсивность определяется количеством, температурой и интенсивностью циркуляции воды. Поэтому характер почв в плакорных (водораздельных) условиях определяется средним количеством атмосферных осадков при определенных температурных условиях, т.е. является зональным. При дополнительном увлажнении (поступлении грунтовых вод вследствие их близкого залегания) возникают интразональные почвы.

Неорганическая часть почв является результатом распада горных пород, содержащих соли кремниевой кислоты - силикатов (алюмосиликатов - полевых шпатов и железомагнезиальных силикатов - оливинов, пироксенов и биотитов) и окислов кремния (80% и 20 % неорганической части почвы соответственно). К ним нужно прибавить растворимый углекислый кальций (известняковый шпат), имеющий органическое происхождение. В зависимости от конкретных климатических условий минеральная часть почв подвергается выщелачиванию. Поэтому растворимая часть почв отражает зональные условия, а нерастворимая - азональна и одинакова во всех природных зонах.

Интенсивность химического выветривания минеральной части почв зависит от длительности теплых (с температурой более 00С) и холодных периодов, от длительности сухих и влажных периодов и общего количества поступающих осадков, ибо при равных температурах разные соединения требуют разного количества воды (разных объемных соотношений). Например, для растворения единицы объема карбоната кальция при температуре 00С требуется 104 частей воды, водного сернокислого кальция (гипса) - 103 частей воды, а хлористого натрия (поваренной соли) - 3 части. Так как поступающее количество воды (осадков) зонально, зональны и процессы растворения, определяющие химических состав почвенных горизонтов. При малых количествах осадков (аридная зона) растворяются легкорастворимые хлориды (NaCl), при увеличении количества осадков - растворяются среднерастворимые соединения, например гипс (зона умеренного и достаточного увлажнения), а при систематическом увлажнении начнется вымывание труднорастворимых соединений, например углекислого кальция (зоны достаточного и избыточного увлажнения). Поэтому в гумидных зонах из верхних почвенных горизонтов вынесены все растворимые соединения, в том числе и CaCO3, и в коллоидных соединениях лесных почв преобладает водородный ион (из диссоциированной воды) и отсутствует кальций. Образующиеся при разложении растительных остатков органические кислоты придают почвенным растворам кислый характер. Агрессивные кислые почвенные воды интенсивно разрушают как минеральную часть почв, в том числе и силикаты, так и органическую. Коагуляция мелких частичек почв в этих условиях очень слабая и почвы бесструктурны или имеют мелкоплитчатую структуру, неустойчивую в воде. Почвы зон обильного увлажнения различаются повышенным содержанием гидратов окислов железа разной степени гидратации. В зависимости от степени гидратации, эти гидраты придают почвам разную окраску: от бурой (подзолистые почвы таежной зоны), желтоватой (почвы зоны широколиственных лесов умеренного пояса и субтропических лесов) до красной (красноцветные почвы тропической зоны).

Влияние разной растворимости на характер почвенного профиля отчетливо выражен в лесостепной зоне. Осадков в этой зоне выпадает меньше, чем в лесной, промываемость почв ниже, поэтому в нижних горизонтах почвенного профиля (на глубине 1.2-1.3 м) скапливаются труднорастворимые углекислые соли. На суглинистых материнских породах в почвенном поглощающем комплексе появляется кальций, который препятствует вымыванию и, тем самым, способствует накоплению органических соединений. В результате, формируются почвы, сходные с черноземами (деградированные черноземы). На песчаных отложениях сохраняются геохимические условия лесной зоны (дефицит кальция и углекислых солей, наличие в почвенном поглощающем комплексе водородного иона). Обильный растительный опад листьев и луговых трав приводит к накоплению гумуса в верхней части почвенного профиля. Но малое количество кальция, которое содержится в минеральной части почв, не хватает для нейтрализации кислот, образующихся при разложении органических остатков. Почвенные растворы кислые, происходит выщелачивание и формируются выщелоченные серые лесные почвы, сходные как с подзолистыми почвами, так и с деградированными черноземами.

По мере увеличения засушливости происходит уменьшение выщелоченности углекислого кальция и постепенный подъем горизонта его накопления к поверхности. В более низких горизонтах начинают скапливаться среднерастворимые соли (гипс). В аридных условиях, в почвах пустынь (сероземах) гипсовый горизонт может лежать на глубине 15-20 см.

В почвенном поглощающем комплексе черноземов, темно-каштановых, светло-каштановых и сероземных почв преобладает кальций. Но, по мере аридизации, его значение в накоплении органических веществ уменьшается. Это объясняется ослаблением выщелачивания легкорастворимых солей (NaCl) и диссоциированный в растворах натрий замещает в почвенном поглощающем комплексе кальций. Он способствует появлению щелочной реакции, которая наиболее выражена в сероземах. В случае почти полного замещения в почвенно-поглощающем комплексе кальция натрием почвообразование идет по солонцовому типу. Происходит ухудшение условий произрастания растительной массы, снижается ее объем и возрастает интенсивность распада органических соединений. В тех участках пустынной и полупустынной зон, где наблюдается близповерхностное залегание грунтовых вод, подъем солей, в том числе и легко растворимых, происходит интенсивнее и почвообразование идет по солончаковому типу.

Аналогичная картина зональности наблюдается в тропической зоне. От пустынь к саваннам происходит увеличение увлажнения, рост биомассы и поступления органических веществ в почву. Наличие засушливого сезона позволяет органическим веществам накапливаться в верхних горизонтах почв, и формируются сильногумусированные темные почвы саванн. При приближении к экваториальной зоне и увеличении количества осадков, несмотря на увеличение биомассы, почвы саванн постепенно переходят в слабогумусные выщелоченные ферраллитные почвы зоны влажных тропических лесов.

Таким образом, тип почвы определяется климатом и количеством поступающей органической массы, и, в соответствии с зональностью этих факторов, зонально и почвообразование. Выделяют следующие области почвообразования: полярная, бореальная, суббореальная лесная, суббореальная лугово-степная и степная, субтропическая и тропическая переменно-влажная ксерофитных лесов и саванн, субтропическая и тропическая полупустынь и пустынь, тропическая и экваториальная влажных лесов.

Область полярного почвообразования включает зоны арктических и тундровых почв.

Арктические и пустынно-арктические почвы, зональные для арктической зоны, очень маломощные (первые десятки см) со слаборазвитым гумусовым горизонтом, красновато-коричневого или оранжевого цвета, связанного с присутствием гидроокислов железа. Сформированы они под мохово-лишайниковым разреженным покровом и развиты локально, в понижениях рельефа, где может накапливаться мелкоземистый материал. Минеральная часть почв представлена грубозернистым песчано-щебнистым материалом. В составе гумуса преобладают фульвокислоты. Реакция почв нейтральная, в почвенном поглощающем комплексе преобладает кальций, он насыщен основаниями. Для этих почв характерно накопление подвижного железа, вызванного его криогенным подтягиванием и закреплением в форме малоподвижных комплексных железоорганических соединений, которые под воздействием замерзания и высыхания необратимо коагулируют. Водный режим почв непромывной. Суровый климат определяет малую роль микроорганизмов в почвообразовании, а малое количество осадков - локальное развитие солончаковых явлений.

Тундровые почвы - более влажные, торфянистые, для них характерно оглеение всего деятельного слоя. Зональными почвами тундровой зоны являются – тундровые глеевые почвы, которые подразделяются на 4 подтипа: арктундровые, тундровые глеевые типичные, собственно тундровые глеевые и тундровые глеевые оподзоленные. Верхние горизонты почвы грубогумусные и торфянистые во влажном климате и гумусовые в более континентальном. Реакция почвенного раствора меняется от кислой до слабокислой (рН 5-6). В почве содержится много полуторных окислов, особенно оксидов железа. Для этих почв характерна слабая дифференциация почвенного профиля, низкая проницаемость и слабая аэрация. Микрофлора тундровых почв близка по составу к арктической, но более обильна. Численность микроорганизмов в 1 г почвы колеблется от сотен тысяч до нескольких миллионов. Микробные процессы отличаются слабой биохимической активностью, поэтому растительные остатки разлагаются очень медленно, что ведет к их накоплению и формированию грубогумусных и оторфованных горизонтов. Невысокая зольность опада, малое содержание в нем оснований, особенно оснований кальция, неблагоприятный температурный режим, слабая аэрация определяют замедленное разложение органических остатков и образование большого количества водорастворимых органических веществ с преобладанием в составе гумусовых соединений фульвокислот.

Область бореального и суббореального почвообразования лесной зоны. По условиям почвообразования в бореальной области выделяют несколько зон: почвы субполярных лесов и лугов (лесотундры) и почвы таежно-лесной зоны. Последние подразделяют на следующие почвенные подзоны: мерзлотно-таежные, северо-таежные глееподзолистые северной тайги, подзолистые средней тайги, дерново-подзолистые южной тайги и смешанного леса.

Почвы субполярных лесов и лугов содержат много органической массы, поступающей при отмирании трав лугов, что способствует накоплению гумуса и развитию иллювиально-гумусового процесса. Возникают типы дерново-грубогумусных и дерново-торфянистых почв.

Почвы таежно-лесной зоны, при значительном разнообразии характеризуются рядом общих черт:

растительный опад низкозольный, кислый, преобладают трудноразлагаемые соединения;

переувлажнение и низкие температуры определяют медленные темпы разложения опада и его накопление в виде подстилки, запас которой в несколько раз превосходит ежегодный опад;

гумусовый горизонт маломощный, гумус представлен преимущественно фульвокислотами, гумусонакопление не характерно;

водный режим промывной, с активным развитием процессов оподзаливания, с длительным водозастойным периодом и развитием процессов оголения.

Ареал мерзлотно-таежных почв (криоземов) совпадает с ареалом вечной мерзлоты и приурочен к лиственничной светлохвойной тайге. Многолетняя мерзлота оказывает многостороннее воздействие на почвы. Почвы отличаются холодным профилем, в течение 7-8 месяцев они имеют отрицательную температуру. Низкие температуры затрудняют всасывание растениями воды и минеральных веществ, замедляют их рост и развитие, тормозят разложение органических остатков. Мерзлота и суровость климата определяют малую мощность почвенных профилей, образование при разложении опада грубого гумуса фульфатного состава или торфа. Вследствие короткого лета, малого количества осадков и отсутствия сквозного промачивания, подзолообразование выражено очень слабо или отсутствует совсем. Характерно обогащение верхних горизонтов подвижными формами железа. Криогенные процессы обуславливают большую мозаичность подтипов мерзлотно-таежных почв - от мерзлотно-болотных до осолоделых и черноземовидных-луговых.

Глееподзолистые почвы формируются под хвойными и смешанными лесами с мохово-лишайниково-кустарничковым покровом. Они формируются в условиях сильного переувлажнения и низких температур, которые определяют замедленные темпы разложения опада и его накопление в виде лесной подстилки, запас которой почти в 20 раз превосходит ежегодный наземный опад. Водный режим почв промывной, с длительным водозастойным периодом весной и осенью, поэтому наблюдается сочетание подзолистого и болотного процессов. Болотный процесс выражается в развитии оглеения непосредственно под грубогумусной подстилкой. Таким образом, характерными признаками глееподзолистых почв является отсутствие гумусового горизонта и поверхностное оглеение. Почвы характеризуются кислой реакцией (рН - 3,2 - 4,3), максимум кислотности приходится на обедненные поглощенными основаниями и полуторными оксидами верхние горизонты. Преобладает фульватный гумус, способный образовывать подвижные формы с полуторными оксидами.

Более благоприятные климатические условия зоны средней тайги способствуют формированию здесь, на суглинистых породах и дренированных водоразделах, под пологом густых хвойных лесов, типичных подзолистых почв. Характерной особенностью этих почв является отсутствие или малая мощность гумусового горизонта и особая роль лесной подстилки. Ее рассматривают как особый биогеоценотический компонент, горизонт интенсивной деятельности растительности и животного населения, обусловленный высокой концентрацией в нем элементов питания, чьи энергетические ресурсы влияют на развитие всего биогеоценоза. Наиболее активно подстилка воздействует на физические и химические свойства почвы, в значительной степени определяя направление почвообразовательного процесса.

Опад хвойных лесов, состоящий преимущественно из веток, хвои и остатков мхов беден зольными элементами (зольность 1,5-2%) и азотом и богат трудноразлагаемыми дубильными веществами - суберином, лигнином, восками и смолами. Опад накапливается на поверхности в виде подстилки, в разложении которой принимает участие, в основном, грибная флора, способная существовать в более кислой среде, и меньше - бактерии. Образующийся при этом гумус характеризуется преобладанием фульвокислот, одновременно образуются и низкомолекулярные органические кислоты (уксусная, лимонная, муравьиная и др.). Фульвокислоты и органические кислоты выщелачиваются из лесных подстилок, проникают в верхнюю часть почв, определяя кислую реакцию почвенного раствора, и растворяют свободные гидрооксиды железа. В результате промывного режима и разрушающего действия кислот, из верхних горизонтов почв удаляются легкорастворимые соединения, почва обедняется питательными веществами, разрушаются как первичные, так и вторичные минералы (кислотный гидролиз) и, в первую очередь, - илистые и коллоидные частицы. При господстве промывного режима продукты разрушения в виде растворов и суспензий переносятся в нижние горизонты почв. В результате суспензионного переноса верхняя часть почвенного профиля обедняется илом (лессиваж), а в нижней - происходит обогащение илом. Растворимые продукты разрушения минералов в виде органо-минеральных комплексов перемещаются в нижние горизонты. Калий, натрий, кальций и магний переносятся в виде растворов солей угольной кислоты, органических кислот и фульвокислот. Кремнезем мигрирует преимущественно в виде растворимых силикатов калия и натрия, сера - в виде сульфатов. Меньше вымывается фосфор, образующий труднорастворимые соединения - фосфаты кальция, железа и алюминия. Подкислению среды и разрушению минералов способствует ферментативная деятельность некоторых микроорганизмов почв. Развитие подзолистого процесса приводит к формированию элювиального (подзолистого) горизонта - горизонта вымывания, обедненного элементами питания и сильно ненасыщенного основаниями, в котором накапливается наиболее устойчивый к разрушению кремнезем. Продукты разрушения, перемещаясь вниз по профилю, частично накапливаются (в основном фульваты железа и алюминия) в иллювиальном горизонте, имеющем менее кислую реакцию. В кислых подзолистых горизонтах А2  относительно накапливаются гидраты кремния; полуторные окислы железа и алюминия вынесены в иллювиальный горизонт.

Лучшая обеспеченность теплом и обильное увлажнение подзоны южной тайги определяет формирование здесь дерново-подзолистых почв. Теплый и влажный климат благоприятствует развитию микробиологических процессов и интенсификации круговорота веществ в системе почва-растение. Присутствие травянистого покрова и лиственных пород деревьев, дающих высокозольный мягкий опад, способствует развитию в почвах дернового процесса. Под подстилкой образуется перегнойно-аккумулятивный горизонт. Дерновый процесс протекает одновременно с подзолистым, поэтому образуются дерново-подзолистые почвы. Они имеют кислую или сильнокислую реакцию в верхней части профиля (рН -3,3-4,5) и низкую степень насыщенности основаниями. Верхние горизонты дерново-подзолистых почв обеднены полуторными оксидами, подвижным азотом и фосфором. В местах близповерхностного залегания известняков, геохимическая обстановка лесной зоны меняется. Происходит обогащение почв и грунтовых вод кальцием, в почвах устанавливается слабощелочная или нейтральная реакция и происходит накопление гумуса и минеральных компонентов.

Суббореальное почвообразование лесной зоны. Продуктом суббореального почвообразования лесной зоны (условия достаточного увлажнения) являются бурые и серые лесные почвы зоны широколиственных лесов.

Зона развития серых и бурых лесных почв занимает промежуточное положение между влажной бореальной и засушливой степной суббореальной. Характерная черта климата этой зоны - близкое значение количества выпадающих осадков и испаряемости и благоприятное соотношение тепла и влаги. По совокупности морфологических свойств эти почвы занимают промежуточное положение между дерново-подзолистыми и черноземными почвами. Ведущий почвообразовательный процесс -гумусонакопление. Эти почвы более гумуссированы, чем дерново-подзолистые, но в то же время сохраняют признаки и свойства, обусловленные проявлением подзолистого процесса. Развитию процесса гумусообразования способствует состав опада и его значительное количество. В широколиственных лесах с хорошо развитым подлеском и травяным покровом в почву поступает большое количества опада, содержащего азот и значительное количество зольных элементов в виде окислов кальция, магния, калия (до 70%), а также кремния и железа. Благоприятные условия увлажнения и достаточное количество кислорода в почве активизируют жизнедеятельность микроорганизмов и определяют интенсивный биологический круговорот. Среди микроорганизмов доминируют бактерии, много червей, личинок насекомых. Они способствуют превращению органических соединений в мягкий (муллевый) гумус, в составе которого преобладают гуминовые кислоты. Основания, в большом количестве содержащиеся в опаде, нейтрализуют органические кислоты. Разрушение минеральной части почв и вынос продуктов распада в виде металлорганических комплексов (подзолистый процесс) выражен слабо. Наиболее подвижны и выносятся в нижние горизонты в основном гуматы кальция, наименее подвержены выщелачиванию кремнезем и полуторные оксиды.

Бурые лесные почвы (буроземы) развиваются в условиях морского климата с равномерным увлажнением и отсутствием промерзания. Несмотря на промывной режим этих почв, почвенный профиль недифференцирован. Положительные температуры в течение всего года определяют повышенную активность микроорганизмов и ускоренную гумификацию растительных остатков. Образующийся гумус, преимущественно бурые гуминовые или ульминовые кислоты способствуют аккумуляции продуктов почвообразования. В почвах господствуют условия, благоприятные для образования вторичных глинистых минералов и гидрооксидов железа. Таким образом. Основные процессы почвообразования в буроземах – гумусонакопление и биогенная аккумуляция элементов в гумусовом горизонте, умеренное ожелезнение и сиаллитное оглинивание.

В умеренно континентальных и континентальных условиях с холодной зимой и отрицательными температурами почвы в этот период. Увлажнение достаточное, но сезонное, что определяет сезонность гумусонакопления и промывания. В связи с этими условиями для серых лесных почв характерно сочетания процессов гумусонакопления в горизонтах А и В, отчетливой дифференциации профиля и выщелачивания карбонатов.

Суббореальная лугово-степная и степная область. В более сухих условиях умеренного пояса – лесостепях и степях формируются черноземные и каштановые почвы. Черноземами называют богатые темноокрашенные гумусом почвы, не имеющие признаков современного переувлажнения, сформированные в плакорных условиях под многолетней травянистой растительностью в условиях непромывного режима. Ведущим процессом образования черноземов является гумусово-аккумулятивный процесс, в результате которого образуется темнокрашенный высокобиогенный гумусово-аккумулятивный горизонт с зернистой структурой и относительно высоким содержанием гумуса гуматно-кальциевого состава. Гуминовые кислоты мало растворимы, легко коагулируют и трудно переходят в раствор. Обилие органических коллоидов обусловливает большую емкость поглощения. Насыщение почвенно-поглощающего комплекса кальцием достигает 80%, магнием 20-25%. Важное условие накопления гумуса - континентальный климат со сменой периода увлажнения почв весной и осенью летним засушливым периодом и холодным зимним периодом, которые тормозят жизнедеятельность микроорганизмов, в результате чего минерализация органических остатков приостанавливается и в почве накапливается гумус. Вследствие непромывного режима все легкорастворимые соли, не участвующие в биологическом круговороте веществ, выносятся только к нижней границе промачивания и образуют на этой глубине соленосный горизонт, содержащий гипс. Для черноземов характерна разнообразная фауна мелких животных, рыхлящих и перемешивающих почву, в результате чего она становится более воздухо- и водопроницаема.

Каштановые почвы характерны для более ксерофитных степей, с отчетливо выраженным недостатком влаги. Почвообразовательный процесс характеризуется замедленными темпами гумусообразования и слабой промытостью почв от карбонатов и легкорастворимых солей. Недостаток влаги определяет абсолютное преобладание аэробного разложения органических остатков и накопление минеральных соединений (кремния, кальция, магния, щелочных металлов). Щелочные металлы, особенно натрий, входят в почвенный поглощающий комплекс, вызывая их солонцеватость. Реакция гумусового горизонта - слабощелочная (рН водной вытяжки - 7,2-7,3), с глубиной щелочность увеличивается.

Сутропические и тропические области полупустынь и пустынь. Зональными почвами пустынь и полупустынь являются песчаные пустынные, такыры и серо-бурые почвы субтропических пустынь, красно-бурые пустынные и гаммады – тропических пустынь, а также засоленные варианты этих почв. Почвообразование в этих зонах обусловлено аридностью климата и малой продуктивностью растительности. Образование гумуса происходит только в весенний период, в остальное время происходит быстрая минерализация органического вещества с накоплением большого количества зольных элементов. Почвы карбонаты по всему профилю. Нижний (горизонт В) горизонт почв оглинен. Повышенное содержание глин (монтмориллонита, бейделита, гидрослюд, гематита) объясняют внутрипочвенным выветриванием в условиях очень высоких температур. Особенно интенсивно этот процесс протекает в тропиках. Красный цвет этого горизонта тропических почв свидетельствует о присутствии гематита, возникающего из закисных и гидратных форм железа при сильном термическом воздействии.

Песчаные пустынные почвы формируются на массивах песчаных отложений и имеют наиболее богатую видами растительность, обладающую наибольшей для аридной зоны биомассой и продуктивностью. Благодаря хорошей водопроницаемости атмосферная влага проникает на достаточную глубину, а вследствие слабой капиллярной проводимости плохо испаряется. При этом поверхностный слой (10-20 см) играет роль защитного экрана, предохраняющего почву от непродуктивного испарения влаги из нижележащих горизонтов. Сохранение влаги в почвенной толще определяет относительно высокую продуктивность биоты и сравнительно большие объемы опада. Но вследствие хорошей аэрации и высокой биологической активности весной органическое вещество опада легко минерализуется, гумус практически не накапливается. При этом в верхнем горизонте, подверженном выдуванию его содержание составляет 0,25%, лишь в корешковом горизонте (5-30 см) наблюдается некоторое увеличение содержания гумуса (до 0,8%).. Вследствие малого количества ила емкость поглощения мала. Так как при промачивании почв карбонаты не вымываются, почвы имеют слабощелочную реакцию

Серо-бурые и серые (сероземы) почвы приурочены к водораздельным поверхностям плато, подгорным равнинам и сухим котловинам, формируются на обломочном материале и поэтому часто сильно каменисты. Эти почвы карбонаты по всему профилю. Верхний горизонт светло-серого цвета представляет собой пористую корку, состоящую из легкого песчаного перевеенного материала, сцементированного карбонатами. Лежащий ниже оглиненный горизонт желтовато-бурого, красновато-бурого цвета образовался за счет обогащения гидрофильными глинистыми минералами.

Такыры – это глинистые почвы пустынь, почти лишенные высшей растительности с растрескавшейся поверхностью. Они формируются в понижениях рельефа – межбарханных депрессиях, озерных котловинах. На поверхности такыров постоянно откладывается глинистый материал, сносимый со склонов. В период увлажнения эти участки превращаются в небольшие озерца, быстро пересыхающие после осадков. Почвоведы относят эти почвы к почвам гидроморфного ряда, солончаково-солонцового типа почвообразования. Ведущим фактором их формирования является чередование процессов засоления и рассоления. Такыры характеризуются щелочной реакцией почвенного раствора (рН 8 –10), низкой емкостью катионного обмена с преобладанием иона натрия, высоким содержанием солей. Содержание гумуса в них незначительно – до 0,8%.

Красно-бурые пустынные почвы тропических пустынь являются аналогами серо-бурых пустынных почв. Они сформированы на ферраллитизированных порода, что определяет их красный цвет, выщелочены и менее карбонатны (иногда не содержат гипса).

Гаммады представляют собой поверхности с сильной поверхностной каменистостью почв, выдержанной в пространстве. Для них характерен темно-коричневый «пустынный загар» на поверхности камней, покрывающих почву слоем в несколько сантиметров.

Субтропическая и тропическая переменно-влажная область. Почвы этой области формируются в условиях достаточного поступления тепла (средняя температура самого холодного месяца –выше 40С), но с разными условиями увлажнения, что и определяет внутризональные почвенные различия. В условиях достаточного увлажнения (коэффициент увлажнения 1,33) формируются желтоземы и красноземы, в сухих условиях - коричневые серо-коричневые почвы ксерофитных лесов и кустарников.

Красноземные и желтоземные почвы формируются на ферраллитных корах выветривания и имеют преимущественно глинистый состав (присутствуют каолинит, гидрослюды, гидрохлорит и свободные оксиды железа и алюминия). Эти почвы очень сходны по основным физико-химическим параметрам и характеризуются кислой реакцией (рН 5,0-4,2) по всему профилю, высоким содержанием в гумусовом горизонте кислого фульватного гумуса (до 6%). Почвы ненасыщены основаниями, содержат обменный алюминий, обусловливающий большую гидролитическую кислотность. Благодаря дисперсным оксидам железа и алюминия и их гидрооксидов красноземы и желтоземы способны поглощать, помимо катионов и анионы (SO4 2-, P2O4 3-, Cl-). В почвах обнаруживается дефицит азота, калия, кальция, магния и других элементов. Очень низко содержание фосфора, который связывается свободными оксидами железа и алюминия. Красноземы развиваются на древних ферраллитных корах выветривания, цвет которых они наследуют. Желтоземы формируются на более молодых корах выветривания кислых и средних пород, которые содержат больше кремния и меньше железа. Образовавшиеся при выветривании этих пород соединения железа обладают большей гидратированностью и окрашивают почвы в желтый цвет.

В областях с сезонным увлажнением формируются коричневые почвы. Активные процессы почвообразования протекают в них во влажное время –весной и осенью. Жарким и сухим летом процессы почвообразования затухают, а в течение зимнего относительно теплого и влажного периода наблюдается интенсивное выветривание первичных и образование вторичных глинистых минералов. Подвижные продукты выветривания вымываются, при этом легкорастворимые соли (хлориды и сульфаты) выносятся из почв, а среднерастворимые (карбонаты кальция) накапливаются на некоторой глубине. Опад в этих областях высокозольный, в почву поступает много азота щелочноземельных оснований (преимущественно кальций и калий) и Al2O3. Поглощающий комплекс насыщен основаниями. Гумусовый горизонт содержит до 5-8% гумуса, его присутствие ощущается до глубины 1 м. В средней части профиля наблюдается оглинение. Реакция среды нейтральная, слабощелочная в верхних горизонтах и щелочная в нижних. В профиле преобладает коричневая окраска, давшая название почвам.

Тропическая и экваториальная область. Интенсивность процессов выветривания и почвообразования в этой области на порядок выше, чем в других областях. Это обусловлено прежде всего большой суммой поступающей солнечной радиации, отсутствием отрицательных температур при их малой годовой амплитуде и значительным количеством осадков. Данные условия определяют высокую скорость геохимической миграции элементов, высвобождающихся в процессе выветривания, высокую интенсивность и емкость биологического круговорота. Почвы формируются в условиях промывного режима под воздействием кислых почвенных растворов, обладающих большой агрессивностью. Фильтрующиеся воды интенсивно выщелачивают основания (К +,  Na+, Ca2+,  Mg 2+), многие микроэлементы, а также фосфор и серу. В почвах накапливаются конечные, наиболее устойчивые в этих условиях продукты выветривания: гематит, боксит, кварц, каолинит. Наиболее яркий  признак тропического почвообразования - преобладающая красноцветность почв, обусловленная присутствием минералов железа (гематитом, лимонитом). Желтый цвет почв тропической зоны указывает на большую гидроморфность и присутствие кварца и каолинита. Красные и желтые почвы тропиков называют ферраллитными из-за накопления в них свободных оксидов железа и алюминия при крайней выветрелости остальной минеральной части (почвы на древних ферраллитных и ферритных корах). При обильном увлажнении красные и желтые почвы сильно оподзолены. Гумуса в почвах немного, он преимущественно фульватный, почвы характеризуются низкой кислотностью (рН 5,0-5,5), малой емкостью катионного обмена (поглотительная способность каолинита очень мала, а свободные оксиды железа и алюминия такой способностью не обладают). Содержание фосфора, кальция и калия в почвах очень низкое.

Для тропического почвообразования характерно формирование в почвах плотных сцементированных оксидами и гидрооксидами железа горизонтов, называемых латеритами. Они образуются в результате чрезмерной концентрации на определенных геоморфологических участках (депрессии, нижние и верхние части склонов) растворимых соединений железа, которые при высыхании почвы необратимо коагулируют и выпадают в осадок, пропитывая и цементируя почвы до состояния прочной скальной породы.

 

 

Counter