Процессы почвообразования. 
География почв с основами почвоведения

Основная идея: почвообразование — следствие взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ наземной поверхности.

После изучения данной главы студенты должны:

знать

• • общую схему почвообразования;
• • стадии почвообразовательного процесса;
• • элементарные почвенные процессы и их типы;

уметь

• • устанавливать взаимосвязи между природными условиями и процессом почвообразования;
• • объяснять сущность почвообразовательного процесса зональных типов почв;
• • выявлять соподчиненность почвенных процессов разного уровня;

владеть

• • навыками описания почвообразовательного процесса и анализа его сущности, выявления элементарных почвенных процессов;
• • навыками решения практических задач.

Ключевые термины: почвообразование, выветривание, стадии почвообразования, элементарные процессы почвообразования.

Выветривание и его роль в процессе почвообразования

Основы общих теоретических представлений о почвообразовательном процессе сформировались в результате научных исследований отечественных и зарубежных почвоведов — В. В. Докучаева, П. А. Костычева, Н. М. Сибирцева, В. В. Вильямса, П. С. Коссовича, К. Д. Глинки, Г. Иенна, Ф. Дюшофура и других.

В развитии современных представлений о теории почвообразовательного процесса важную роль сыграли работы И. П. Герасимова, В. А. Ковды, Б. Б. Полынова, И. В. Роде, М. А. Глазовской, Б. Г. Розанова, В. О. Таргульяна и других.

Почвообразование — сложный природный процесс образования почв, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования.

Началом почвообразовательного процесса является поселение живых организмов на горных породах либо продуктах, образовавшихся в результате их выветривания и последующего переотложения. Первичный процесс, по существу, совпадает с выветриванием, и формирующаяся почва на массивно-кристаллической породе физически совмещается с корой выветривания. В дальнейшем процесс выветривания и почвообразования разделяются во временном и пространственном направлениях, а образование почв происходит только в верхней части коры выветривания.

Выветривание, или гипергенез (от греч. gyper —над, сверху, genesis — происхождение) — совокупность сложных и разнообразных процессов качественного и количественного изменения горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

Процесс выветривания протекает весьма медленно. Скорость и направление его зависят:

• • от внутренних свойств горной породы (структуры, минерального состава — устойчивости первичных и вторичных минералов, слагающих породу) (табл. 3.1);
• • внешних условий (живых организмов, климата, рельефа).

Таблица 3.1

Устойчивость минералов к процессам выветривания (но В. П. Белоброву, 2004).

Движущая сила процессов выветривания определяется климатическими особенностями (температурными условиями, степенью увлажнения), от которых зависят глубина преобразования горных пород и возникновение стадийности выветривания, которое выражается зональностью кор выветривания. Важными процессами выветривания являются биологические и биохимические процессы, которые протекают в горных породах под влиянием поселившихся на них организмов, термических условий, действия атмосферной воды и газов 0₂, С0₂. Перечисленные факторы действуют на горную породу совместно и одновременно, так что действие одного невозможно отделить от действия остальных.

По преобладающему действию факторов различают три основные формы выветривания (рис. 3.1):

• 1) физическое выветривание — механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава (термическое, механическое, морозное);
• 2) биологическое выветривание — изменение (механическое и химическое) горных пород, происходящее при участии живых организмов и продуктов их жизнедеятельности;
• 3) химическое выветривание — изменение химического состава горных пород и минералов, в результате которого образуются новые химические соединения (основные факторы этого процесса — вода, углекислый газ, кислород). Химическое выветривание складывается из следующих химических процессов: растворения, гидролиза, гидратации, окисления — они всегда сопровождаются противоположными процессами — выпадения осадков, дегидратации, восстановления.

Рис. 3−1. Основные формы выветривания Процессы физического выветривания наиболее интенсивно идут в условиях резких смен температур (суточных, сезонных) и особенно при частой смене положительных и отрицательных температур. Это характерно для полярных областей, экстраконтинентальных пустынь, высокогорья.

Процессам биохимического выветривания способствуют высокие температуры, влажность и обилие органических остатков. Наиболее быстро породы и минералы химически изменяются во влажных тропических и субтропических областях, к умеренным и полярным областям скорость биохимических процессов уменьшается.

Более быстрому протеканию процессов биохимического выветривания способствует удаление подвижных продуктов из выветривающихся пород. Поэтому в условиях хорошего дренированного рельефа при обилии осадков выветривание идет быстрее, чем в условиях затрудненного дренажа или аридного климата.

Результаты основных форм выветривания:

• • физическое выветривание обеспечивает способность горной породы пропускать и задерживать воздух и воду, раздробление и разрыхление массивных горных пород, что увеличивает общую поверхность и создаст благоприятные условия для проявления химического выветривания. Горная порода приобретает новое качество — проницаемость;
• • химическое выветривание изменяет физическое состояние минералов, разрушает кристаллические решетки, обогащает породу новыми (вторичными) минералами, способствует приобретению таких свойств, как связность, влагоемкость, поглотительная способность и др. В результате химического выветривания образуется новое пористое тело. Из минералов неустойчивых (при данных термических условиях) и нерастворимых в воде, образуются вещества растворимые и устойчивые, и нерастворимые, но также устойчивые.
• • при биологическом выветривании происходят извлечение живыми организмами необходимых для их жизнедеятельности минеральных веществ и их аккумуляция в поверхностных горизонтах породы. Живые организмы механически и химически изменяют горные породы: бактерии — хемосинтетики (нитрофицирующие — образуют HN0₃, серобактерии, тионовые бактерии — образуют H₂S0₄), сапрофитные бактерии выделяют С0₂ и органические кислоты и т. п.; лишайники выделяют Н₂С0₃ и специфические кислоты и др.).

Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания, называются корой выветривания. Это наружная (подпочвенная) часть литосферы в пределах континентов, где происходит перераспределение химических элементов в соответствии с ландшафтно-геохимическими условиями. В ней различают две зоны: зону поверхностного, или современного, выветривания и зону глубинного, или древнего, выветривания.

На рис. 3.2 представлена принципиальная схема строения коры выветривания.

Верхняя граница коры выветривания соответствует горизонту С — почвообразующей породе, нижняя выражена нечетко: многие исследователи принимают за ее положение кровлю первого горизонта подземных вод. Мощность коры выветривания колеблется от нескольких десятков сантиметров до сотен метров.

Термин «кора выветривания» (Verwitterungskruste) был предложен швейцарским геологом А. Геймом, который называл гак рыхлую разрушенную массу коренных пород, залегающих на поверхности литосферы. Представления о коре выветривания как рыхлом элювии впоследствии претерпели существенные изменения. Особенно много в разработку этой проблемы внесли труды отечественных ученых А. Е. Ферсмана, Б. Б. Полынова, И. И. Гинзбурга, А. А. Роде, В. А. Ковды и др.

Существуют разные подходы к типизации кор выветривания, которые в обобщенном виде представлены в табл. 3.2.

Рис. 3.2. Принципиальная схема строения коры выветривания (по Б. Б. Полынову, 1956):

• 1 — коренные породы; 2 — зона дезинтеграции; 3 — зона выщелачивания; 4 — зона глинистых минералов; 5 — зона оксидов и гидроксидов;
• 6 — почва

Таблица 3.2

Типы кор выветривания.

Остаточные продукты выветривания различных, но составу элювиальных образований в верхнем слое литосферы называются остаточной (элювиальной) корой выветривания. Остаточная, или первичная, кора выветривания имеет на земной поверхности ограниченное распространение. В большинстве случаев в течение всех геологических периодов первичная кора выветривания переносится, переоткладывается при участии воды, ветра, ледников, образуя различные типы аккумулятивной (переотложной) коры выветривания.

В связи с зависимостью процессов выветривания от биоклиматических условий, состава пород коры выветривания меняются с севера на юг, подчиняясь закону зональности (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Образование коры выветривания (по Н. М. Страхову, 1962):

• 1 — материковая порода; 2 — зона дресвы, химически малоизмененной;
• 3 — гидрослюдисто-монтмориллонитовая зона; 4 — каолинитовая зона;
• 5 — охры А1₂0₃; 6 — панцирь Fe₂0₃ + А1₂0₃; 7 — годовое испарение;
• 8 — средняя годовая температура; 9 — средняя годовая сумма атмосферных осадков;
• 10 — годовой опад органического вещества

Основатель геохимии ландшафтов Б. Б. Полынов теоретически обосновал стадийный характер развития коры выветривания, связанный с неравномерностью вымывания из нее растворимых продуктов выветривания. Он выделил четыре фазы ее развития: обломочную, обызвесткованную, кислую сиаллитную и аллитную (табл. 3.3, рис. 3.4).

Таким образом, под влиянием процессов выветривания горные породы разрушаются, видоизменяются, становятся рыхлыми, водои воздухопроницаемыми. Переотложение продуктов выветривания обусловливает значительное разнообразие ночвообразующих пород в природе. Выветривание горных пород — важный и необходимый подготовительный этап к процессу образования почв.

Таблица 3.3

Характеристика фаз развития коры выветривания

Рис. ЗА. Типы сочетаний остаточных и аккумулятивных кор выветривания

• (по Б. Б. Полынову, 1956):
  • 1 — обызвесткованный ортоэлювий; 2 — сиаллитный ортоэлювий;
  • 3 — аллитный ортоэлювий; 4 — хлоридно-сульфатный нанос; 5 — карбонатный нанос; 6 — сиаллитный нанос; 7 — первичная коренная порода