Образование почв процессы выветривания

Значение выветривания для почвообразования

Природные процессы протекают неизменно, но в одинаковой среде и похожих условиях может формироваться совершенно разная почва. Под влиянием выветривания и почвообразования на поверхности земли происходит развитие рыхлой почвы. Называется такой процесс – почвообразовательным.

Благодаря выветриванию твердая порода превращается в рыхлую, имеющую пористую структуру. Проницаемость такой земли выше, а влагоёмкость – низкая. Растворимые соединения элементов минерального питания растений, которые выделяются в процессе выветривания, попадают в природный круговорот веществ. Информация о процессах происходящих при образовании почвы, необходима для тех, кто старается повысить плодородность окультуренного участка.

Процесс почвообразования

Этот биологический процесс возникает и может развиваться только в результате деятельности живых организмов.

Растения, которые поселились в земле разрастаются своими корнями на определенную глубину, расширяясь в объемах. Они впитывают из земли питательные микроэлементы и азот, происходит синтез органических веществ, благодаря использованию:

• углекислого газа;
• воды;
• солнечных лучей;
• азота;
• питательных микроэлементов.

Остатки отмерших насаждений в которых содержаться элементы минерального питания, откладываются на поверхности земли и в ее верхних слоях. Эти элементы являются главной пищей для бактерий.

Благодаря протекающим процессам разложения, одна часть органических соединений превращается в новые вещества. Они называются гумусовыми, откладываются в верхнем слое, их медленно разрушают микроорганизмы. Ещё одна часть минерализируется, благодаря чему освобождаются питательные остатки и азот. Все остальное поступает в раствор, образуются новые, малоподвижные соединения, которые поглощают корни ново растущих саженцев.

Факторы почвообразования

Благодаря природным процессам образования почвы, верхний слой земли обогащается следующими элементами:

1. минеральными веществами;
2. органическими частицами;
3. химической энергией.

Энергия также расходуется на протекание природных процессов, которые не произошли бы, при отсутствии в земле органики. Поэтому дополнительное удобрение окультуренной почве даёт возможность ускорить протекающие процессы. Минеральная масса изначальной породы со временем меняет состав, строение, свои физические свойства, а также свою структуру.

Основные процессы, которые способствуют превращению горной породы в плодородную землю.

Возникают новые минералы, освобождаются питательные элементы.

Получение из верхнего слоя питательных элементов

Меняется структура тела твёрдой породы.

Накопленные органические остатки образуют гумусовые соединения.

Взаимосвязь минеральных веществ и органики

Получаются органоминеральные соединения, степень их подвижности неодинаковая.

Все вещества, которые образуются в почвенных слоях оседают, либо перемещаются.

Между всеми этапами непрерывно происходят сложные процессы взаимных связей. Благодаря этому образуются новые элементы, которые не свойственны рыхлой почве, пока их не коснется почвообразование. Они играют одну из главных ролей в образовании структуры породы и ее плодородности. Подобные соединения образуются благодаря взаимодействию минеральных элементов и сложных смесей, которые образуются при разложении органики.

На формирование почвы влияет взаимодействие следующих факторов:

1. Климат;
2. Растительность;
3. Почвообразующие породы;
4. Рельеф;
5. Время.

Также можно назвать еще одну влиятельную силу: человеческая деятельность, с применением орудий труда.

Роль в образовании почвы

Поступление воды в землю, которая необходима для роста насаждений и разжижении минеральных соединений.

Проявляется в перераспределении тепловых процессов, попадающих на разную местность. Влияет на возраст верхней поверхности земли.

С какой породой приходится работать

В разных исходных породах, даже при одинаковых условиях может образовываться разная почва.

Главная роль в планировании плодородности участка. Участвуют три группы организмов: зелёные насаждения, бактерии, животные. При одновременной деятельности всех групп, горная порода преобразовывается в почву.

Большое воздействие на формирование состава почвы оказывает человеческая деятельность. Освоенная земля подвергается влиянию обрабатывающих инструментов. На плодотворные возможности влияет вносимые удобрения, обработка земли с помощью различной аграрной техники. Благодаря этому свойства почвы меняются быстрее, чем это происходит в природных условиях. Природные процессы не прекращаются, но видоизменяются. Благодаря применению почвообрабатывающей техники меняется также климатическое воздействие. Особенно это проявляется при мелиорации – орошения и осушению почвы. Состав микроорганизмов находящихся в земле меняется, из-за замены природных растений на культурные, биохимические процессы начинают протекать по-другому.

Благодаря применению правильной аграрной техники, удобрению земли органикой создаются культурные участки земли. Почвообрабатывающая техника помогает ускорить окультуривание почвы, ведь процессы выветривания убыстряются.

Для увеличения плодородности почвы необходимо знать законы и характер ее развития. Чтобы получить потенциально плодородную землю, нужно учитывать взаимосвязи всех рычагов почвообразования. Если осуществлять производственную деятельность не учитывая протекающие процессы в ландшафте, то могут возникнуть отрицательные последствия.

Источник

Выветривание и почвообразование

Почвообразование — сложный природный процесс образования почв, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования. На первых стадиях процесса с поселением живых организмов на поверхности горных пород или продуктах их выветривания и переотложением первичный почвообразовательный процесс по существу совпадает с выветриванием, и формирующаяся почва физически совмещена с корой выветривания. Затем выветривание и почвообразование разделяются в пространстве и времени, а почва формируется лишь в самой верхней зоне коры выветривания горных пород, часто после ее образования и переотложения.

Необходимо иметь в виду, что в далекий абиотический период развития Земли выветривание происходило без почвообразования, т.е. на земной поверхности существовали коры выветривания, но не было почв. Отсутствовал один из важнейших факторов почвообразования — биогенный. Для разделения понятий «кора выветривания» и «почва» определим суть различий и сходства между ними.

Кора выветривания — часть поверхностного покрова суши, в котором ее скелетом являются топографически не смещенные продукты гипергенного изменения вещества материнских пород. В предложенном определении кора выветривания противопоставляется всему комплексу осадочных отложений как образований, возникающих за счет материала, топографически смещенного относительно источников сноса (по Е. В. Шанцеру). Характерные признаки коры выветривания — наследование структурно-текстурных признаков материнской породы, а также ее профильное строение. Горные породы, слагающие геологическое тело коры Основанием для этого служат качественные различия процессов, обусловливающих их развитие.

Таких главных качественных различий три.

1. Любой почве свойственны химические реакции взаимодействия органических кислот с минеральной составляющей литосферы, нередко приобретающие характер полного растворения.

2.Лишь часть химических элементов, которая перешла в раствор, не подвергается влиянию корневой системы растений, причем большая часть из них захватывается корнями растений и входит в зольный состав их тканей. Затем они снова поступают в почву. Почва, таким образом, та часть коры выветривания, которая активно вовлечена в биогеохимический круговорот вещества и энергии.

3. Биологический и биохимический характер процессов, свойственных почве, ограничен глубиной проникновения продуцирующихся в верхней части почвенного профиля гумусовых веществ. Гумусообразование и биохимические реакции органических кислот с минералами материнских субстратов обладают качественным своеобразием лишь в пределах первых десятков сантиметров. Ниже границы полной минерализации продуктов органического распада и синтеза — на глубине 2—5 м от дневной поверхности выветривание не зависит от воздействия продуктов жизнедеятельности и контролируется главным образом гидротермическим режимом ландшафта.

Таким образом, почва и подстилающие ее горизонты коры выветривания — взаимосвязанные образования. В то же время содержание процессов формирования почвенных и подпочвенных горизонтов различается, что позволяет рассматривать их как две основные генетические зоны (Б. Б. Полынов, 1934; И. П. Герасимов, 1964; В.А.Ковда, 1973; Е.В.Шанцер, 1966; А. Г.Черняховский, 1991, 1994). В дальнейшем будем называть их почвенной (или собственно почвой) и сапролитовой зонами, а основные горизонты сапролитовой зоны сверху вниз — литомаржем и сапролитом.

Образование почв и коры выветривания составляют суть следующих основных процессов выветривания: морозного, температурного, гидратационного и биохимического.

1. Морозное выветривание — это дезинтеграция горных пород под воздействием расклинивающего действия замерзающей воды и других физических и физико-механических процессов, связанных с промерзанием и льдообразованием. Этот тип выветривания характерен для ландшафтов тундр и лесотундр, отличающихся суровыми климатическими условиями, многолетней мерзлотой и обусловленным ею избыточным поверхностным увлажнением. Частые переходы температур через точку замерзания воды приводят к образованию глыбового элювиального материала с небольшой примесью мелкозема. Размер глыб колеблется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров в диаметре. Возможная мощность коры выветривания, образованной морозным выветриванием, определяется глубиной сезонного промерзания-оттаивания и может достигать 10—15 м от поверхности.

2. Температурное выветривание — механическая дезинтеграция горных пород под действием теплового расширения и сжатия ее минеральных компонентов. Этот тип выветривания проявляется в ландшафтах пустынь умеренных и тропических термических поясов, а также в ландшафтах нивального пояса высоких гор, холодных пустынь, полупустынь и сухих саванн в условиях непромывного и аридного режима увлажнения.

Температурные колебания в консолидированных горных породах приводят к возникновению элювия с частицами разной размерности: а) щебенчатого в пределах одного или нескольких сантиметров (кристаллические сланцы, мраморы, кварциты, порфириты); б) пылеватого и глинистого в пределах десятых и сотых долей миллиметра. Возможная максимальная мощность коры выветривания, образованной температурным выветриванием, ограничивается глубиной суточных температурных амплитуд, т.е. одним метром.

Однако все перечисленные процессы не вызывают механические напряжения, способные привести к дезинтеграции рыхлых субстратов. Согласно данным А.Г.Черняховского, механические свойства этих субстратов изменяются благодаря гидратации-дегидратации и «солевого» температурного выветривания в результате расклинивающего действия кристаллизующихся солей.

3. Гидратационное выветривание — это дезинтеграция горных пород расклинивающим действием адсорбированных пленок воды. Адсорбция водных пленок препятствует смыканию трещин и примногократном повторении деформаций приводит к полному разрушению породы. Этот тип выветривания может происходить в любой климатической зоне, но самостоятельное значение приобретает в ландшафтах степей, лесостепей, аридных редколесий, сухих кустарников, типичных саванн. Он осуществляется в условиях непромывного режима увлажнения или дефицита влаги. Элювий отличается тонким механическим составом с преобладанием дресвы и фракций песка и глины. Возможная мощность коры выветривания, образованная гидратационным выветриванием, определяется сезонными температурой и влажностью.

4. Биохимическое выветривание происходит по законам растворения. Этот тип выветривания — основной процесс в гумидных ландшафтах всех термических поясов Земли, т.е. в зонах, где удаляются продукты разрушения. Элювий отличается дресвяно-глинистым и глинистым составом. Механизм и продукты химического выветривания определяются свойствами воды (диэлектрическими, диссоциационными, окислительно-восстановительными и др.), гумусовых веществ и структурой взаимодействующих с ними минералов.

Источник

Лекция 2. – Тема: «Выветривание и почвообразование»

Лекция 2. – Тема: «Выветривание и почвообразование».

Цель лекции: дать основные понятия о факторах почвообразования о формировании почвообразующих пород, связанных с процессами выветривания.

Ключевые слова: факторы почвообразования, почвообразующие породы, выветривание, гипергенез, биокостное тело, кора выветривания горных пород, хемотрофы, афтотрофы, климаксное состояние.

Рассматриваемые вопросы: Кора выветривания и типы выветривания горных пород. Основные почвообразовательные породы. Понятие о почвообразовательном процессе. Стадии и общая схема почвообразования. Факторы почвообразования (климат, рельеф, почвообразующие породы, организмы, время) и их взаимодействие. Роль геологического круговорота веществ в почвообразовании.

Биологические факторы почвообразования, их ведущая роль. Роль биологического круговорота веществ в почвообразовании. Влияние антропогенных факторов на почвенный покров.

Выветривание – разрушение и изменение состава минералов и горных пород под действием физических и химических факторов ОС, в т. ч. воды, воздуха, различных видов радиации, ветра, организмов (продуктов их жизнедеятельности и распада после смерти).

В 1922 г. акад. было предложено процесс преобразования горных пород в результате их разрушения называть не выветриванием, а гипергенезом.

При гипергенезе происходит глубокое изменение элементарного и минерального состава горных пород. Горизонты горных пород, где протекают эти процессы гипергенеза называют корой выветривания. Процесс преобразования исходных пород в кору выветривания чрезвычайно сложен и включает в себя многочисленные частные процессы и явления. Кора выветривания горных пород — это продукт их разрушения, трансформации минеральных компонентов, потоковой, массоразмерной сортировки и переотложения – гравиградационной седиментации. Почва – это результат новообразования специфического биокостного тела природы, отличающегося от коры выветривания наличием гумуса, характерной морфологией иерархической структурой, глобальными функциями.

Процессы гипергенеза распространяются на некоторую глубину, обычно выделяют новейшую (современную) и древнюю коры выветривания, сформированные в более древние геологические периоды. Нижняя граница последней зоны условно проводится по кровле верхнего горизонта подземных вод. Нижнюю часть зоны выветривания занимают горные породы, в той или иной степени изменённые процессами. В верхней части зоны гипергенеза располагается почва. В ней также протекает своеобразный процесс выветривания, который называется внутрипочвенным выветриванием.

При внутрипочвенном выветривании в результате растворения, кристаллизации, синтеза и трансформации имеют место следующие изменения:

1)общие изменения химического и минералогического состава почвенных горизонтов, что устанавливается сравнительным анализом;

2)кристаллохимическое изменение минералов;

3)изменение состояния минералов.

Как в почве, так и в коре выветривания процесс разрушения протекает под совокупным действием физических, химических и биологических факторов.

Физические процессы выветривания – это механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава. Они связаны с изменением температуры, присутствием воды, механической деятельностью ветра, воды и разрыхляющей деятельностью корней растений. При изменении температуры происходит тепловое расширение и сжатие минералов. Чем больше амплитуда колебания суточных и сезонных температур, тем интенсивнее этот процесс. Особенно ярко это проявляется в жарких пустынях, где температура почвы может меняться от 0 до 60-700С. Процесс физического выветривания начинается с поверхностного слоя, а затем далее постепенно распространяется в более глубокие слои и затухает в поясе постоянных температур.

Влияние воды на процесс выветривания связано как с возникновением капиллярного давления при ее проникновении в трещины горных пород, так и разрушающей силой давления на стенки трещин в связи с увеличением объёма воды при замерзании. Величина капиллярного давления в трещинах размером 1 мк составляет 1,5 кг/см2, в трещинах 1 ммк давление увеличивается до 1500 кг/см2 . При замерзании из-за расширения объёма воды создается давление около 890 кг/см2 и более.

Изменения давления в трещинах происходит также при образовании из некоторых солей путем присоединения молекул воды кристаллогидратов. Например, образование гипса (СаSO4.Н2О) из сульфата кальция., при этом наблюдается увеличение объёма на 30% и более.

Таким образом, при физических процессах выветривания происходит разрыхление пород и минералов, увеличивается общая поверхность, соответственно создаются благоприятные условия для протекания химических процессов.

Химические процессы выветривания – это процессы, основанные на химических реакциях и приводящие к изменению и разрушению горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений. К основным факторам, способствующим химическим процессам выветривания можно отнести воду, углекислый газ, кислород и температуру.

Все химические процессы выветривания протекают с участием воды. Разрушающее действие воды на горные породы и минералы усиливается а присутствии СО2, что связано с ее подкислением. Подкисление воды наблюдается также при наличии солей, которые образованы из слабого основания и сильной кислоты и способны подвергаться гидролизу.

Интенсивность разрушения минералов и горных пород повышается с увеличением температуры, что связано с изменением их растворимости. Например, растворимость кальцита (СаСО3) при 250С низкая – 0,0145 г/л, а при повышении температуры происходит его полное растворение и переход в гидрокарбонат:

СаСО3 + Н2О + СО2 == Са (НСО3)2.

Преобразование минералов может идти в результате гидролиза, окислительно-восстановительных и других реакциях:

K2Al2Si6O16 + (n+2)H2O == Al2[Si2O5] .(OH)4 + 4SiO2 .nH2O + 2KOH,

Ортоклаз каолинит кремнезём

Выветривание слюд и их преобразование в глинистые минералы путём гидролиза и ресинтеза сопровождается прогрессивной потерей калия:

Слюда – гидрослюда – иллит – переходные минералы – монтмориллонит – вермикулит.

К, % — 10 6-8 4-6 3 2 1

2КОН + СО2 == К2 СО3 + Н2О

2Fe2O3 + 3 H2O = 2Fe2O3. 3H2O

2 FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2 FeSO4 + 2H2SO4

Окисление является одним из активных процессов выветривания минералов, который проходит с подкислением среды и интенсивным выносом катионов в условиях сильного увлажнения.

В выветривании минералов существенную роль играют и процессы восстановления, которые протекают с участием хемотрофных микроорганизмов в условиях дефицита кислорода.

В результате химического выветривания минералы коренным образом преобразуются и почва обогащается вторичными минералами и приобретает ряд новых важных свойств – скважность, влагоёмкость, поглотительная способность и др.

Биологические факторы почвообразования, их ведущая роль. Роль биологического круговорота веществ в почвообразовании. Влияние антропогенных факторов на почвенный покров.

Биологические процессы выветривания – это разрушение горных пород и минералов с участием организмов и продуктов их жизнедеятельности. Организмы для построения своего тела извлекают из пород минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах, создавая условия для образования почв.

При развитии организмов на поверхности пород имеет место и физическое и химическое разрушение. Животные и растения механически разрыхляют горные породы и своими выделениями способствуют их изменению. Азотная и серная кислоты, образованные при жизнедеятельности бактерий, участвуют в различных реакциях. Слизистые выделения силикатных бактерий разрушают полевые шпаты, диатомные водоросли – алюмосиликаты.

В разрушении минералов участвуют также продуцируемые организмами органические кислоты – уксусная, щавелевая, яблочная, лимонная и др. Особую роль играют гумусовые кислоты.

Все перечисленные физические, химические и биологические процессы действуют совместно и одновременно на горные породы и минералы. Наиболее устойчивыми к выветриванию являются метаморфические, менее устойчивые – осадочные. Из минералов устойчивы кварц, менее устойчивы минералы, содержащие соединения железа с низкой степенью окисления.

Горная порода превращается в почву в результате двух совместно идущих процессов – выветривания и почвообразования. Выветривание только создает условие для почвообразования.

В современных условиях выветривание происходит и под антропогенным воздействием, т. е. в разрушении пород и минералов участвуют вещества, выбрасываемые в окружающую среду объектами хозяйственной деятельности человека.

Почвообразовательный процесс или почвообразование – это сложный природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования в природных или антропогенных экосистемах Земли.

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

Стадия начального почвообразования – идет с момента поселения живых организмов на горных породах или на продуктах их выветривания и переотложения. Эта стадия очень длительная, поскольку мала мощность и интенсивность охватываемого почвообразованием субстрата, медленно происходит аккумуляция элементов почвенного плодородия, профиль в слабой степени дифференцируется на генетические горизонты.

Постепенно стадия начального почвообразования переходит в стадию развития почвы, которая протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая всё большую толщу материнской породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для неё профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется и приходит к некоторому равновесному состоянию, при котором наступает стадия равновесия – климаксное состояние, длящееся неопределённо долго. В климаксном состоянии поддерживается более или менее постоянное динамическое равновесие почвы со средой, т. е. существующим комплексом факторов почвообразования.

На каком-то этапе климаксная стадия сменяется эволюцией почвы в результате саморазвития экосистемы, в которую она входит, ли бо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования – климата, растительности, характера грунтового увлажнения, распашки, орошения, осушения и т. д. Стадия эволюции почвы ведет к новому климаксному состоянию, при котором образуется новая почва с изменённым профилем и комплексом свойств. Примеры эволюции одних типов почв в другие многочисленны и хорошо изучены: формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории или каштановых и чернозёмов из луговых при остепнении; переход солончака в солонец при рассолении; оподзоливание бурозёмов ит. д. В этих случаях почва образуется не из почвообразующей породы, а из предшесвовавшего какого-то вида почвы.

Эволюция почвы может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы или по пути ее уменьшения, засоления или рассоления, деградации почвенного плодородия или его нарастания. Очередной этап эволюции – это новая почва или ее новое устойчивое состояние, которые в свою очередь сменяются новыми эволюционными циклами.

Развитие и эволюция почв и почвенного покрова в целом на земной поверхности происходит не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафтов, определяемой глобальными геологическими процессами, в частности глобальными климатическими, тектоническими и морфоструктурными процессами. Тектонические поднятия и опускания, широкомасштабные подвижки земной коры, глобальные изменения климата, опустынивания или континентальные оледенения служат мощными факторами эволюции почв.

Вопросы для самоконтроля:

1. С какими другими науками и отраслями народного хозяйства связано почвоведение?

2. Перечислите составляющие почвообразовательного процесса.

3. В каких отраслях народного хозяйства применяются результаты почвенных исследований?

4. Почему почва является основным средством производства в сельском хозяйстве и в чём её особенности как средства производства?

5. Какое состояние почв называется климаксным?

6. Какие главные задачи решает почвоведение на современном этапе.

1. Глазовская почв с основами почвоведения МГУ, 1995

2. Почвоведение. Под ред. Кауричева. М., 1989

3. Cоколов законы почвообразования // 100 лет генетического почвоведения. М.: Наука. 1986. С.18.

4. О понятии «элементарный почвообразовательный процесс» // Вестник МГУ. Сер. Почвовед. 1986. № 3.

5. , Козловский проблемы теории почвообразовательных процессов и эволюции почв. М.: Наука. 1985. 190 с.

6. Ершов теории почвообразования. Красноярск: Ин-т леса СО РАН, 1999.

Источник