Органическое выветривание. 
Почвоведение

Роль растений в процессах выветривания

Растения, поселяясь на минеральном субстрате, оказывают несомненное влияние на процессы выветривания, действуя как чисто механически, так и химически.

Механическая работа растений проявляется в разрыве и разрыхлении пород, производимых корнями, особенно древесными. Живые корни обладают значительной силой, и нередко в скалистых местах можно наблюдать, как, забираясь в трещины породы и разрастаясь в них, древесные корни отрывают от скал большие обломки горных пород. Едва ли не большей силой обладают мертвые корни, способные впитывать в себя большие количества влаги. Способность деревянистой массы сильно набухать давно была подмечена, и ею стали пользоваться при разработке каменоломен. С этой целью в трещины горных пород загонялись клинья, которые затем поливались водой. Набухание клиньев вызывало сильное расширение трещин, и от породы таким путем отделялись более или менее крупные куски. Тот же процесс и естественно может происходить, в природе при условии существования в трещинах горных пород мертвых корней.

Но растения, и не только высшие, могут действовать на горные породы также химически, при помощи продуктов их жизнедеятельности. На роль бактерий в этих процессах впервые обратил внимание Мюнц, нашедший нитрифицирующие бактерии на голых скалах. О роли бактерий в мобилизации фосфорно-кислых солей говорилось уже выше¹.

Исследования Бассалика показали, что бактерии способны разлагать и силикаты, благодаря выделению углекислоты. По его мнению, бактерии вообще способны воздействовать на породы продуктами своей жизнедеятельности, а именно: путем выделения С0₂, органических кислот, аммиака (обмен основаниями с минералами), азотистой и азотной кислот (автор почему-то пропускает серную кислоту).

В своих опытах с порошком ортоклаза Бассалик показал, что при различных культурах бактерий разлагалось в среднем до 0,91% ортоклаза, тогда как в контрольных стерильных сосудах разлагаемость измерялась всего лишь 0,38%. В фильтратах явственно обнаруживалось присутствие К и Si0₂, а также иногда слабое вскипание от соляной кислоты.

Особенно сильно разлагает полевой шпат Bacillus extroquens, благодаря своей большой энергии дыхания. В опытах с этим микроорганизмом количество разложенного полевого шпата достигало 3,5%.

Сильное также разрушительное действие на силикаты и алюмосиликаты производят процессы десульфуризации и последующего, окисления, которые связаны с деятельностью целого ряда микроорганизмов. Эксперименты Б. Б. Полынова и П. Ф. Мартынова установили распад в этих случаях не только силикатов, но и алюмосиликатов с разрушением каолинового ядра. (Докл. на VII Съезде почвоведов в Москве).

В природе химическое выветривание пород под влиянием низших растений отмечалось нередко. Так, например, проф. Соллас указывает на образование в известняках полукруглых углублений под влиянием растворяющего действия лишайника Verrucaria rupestris. Вообще лишайники и мхи, представляющие обыкновенно первых поселенцев на твердых, в том числе и кристаллических породах, явственна разрушают эти последние^[1][2].

В долине Инна в Тироле, близ замка Амбраз, находится мраморная колонна, простоявшая на месте свыше 200 лет. Когда-то гладкая и отполированная, она покрыта в настоящее время целой системой углублений, ямок, вытравленных лишаями, которые действовали к химически, и механически. В местах, где лишаи растут наиболее энергично, наблюдаются отставшие от колонны мельчайшие ромбоэдры кальцита, которые смываются затем водой и уносятся ветром.

Наблюдалось (Бахман) разрушение лишайниками слюды и граната, что приписывалось действию выделяемой углекислоты. Однако, есть указание на выделение лишайниками и щавелевой кислоты. Кажется, впервые это было отмечено Зенфтом. Шкателов нашел щавелевую кислоту в лишайниках, живущих на известняках южного берега Крыма. Такие лишайники способствуют образованию в природе щавелевокислого кальция (минерал тиршит). На некоторых из массивных железных полос цепного моста на Дунае в Будапеште наблюдается разрушающая деятельность лишаев.

Действие грибов на горные породы наблюдалось Кунце, а также деГрациа и Камиола.

Ту же работу разрушения производят водоросли, особенно морские (Gomontia polyrrhiza, Siphonocladus voluticola, Zygomitus reticulatus, Mastigoleus testarum), разрушающие прибрежные скалы. На горах также можно встретить водоросли (особенно виды из рода Phormidium), образующие зеленые покровы на окаймляющих узкие трещины в скале поверхностях, если достаточно влаги.

Разрушительной деятельностью отличаются и мхи. Если снять дернину весьма распространенного мха (Grimmia аросагра) с боковой поверхности известковой глыбы, то легко заметить, что вблизи того места, где сходятся стволики моховой дернинки, подстилающий камень пронизан ризоидами и разрыхлился¹.

О действии разлагающим образом на горные породы корней высших растений известно еще со времени опытов Либиха и Сакса, показавших, что корни растений вытравляют мраморные и известковые отполированные пластинки. Не вполне выясненным является вопрос, как действуют корни растений на силикатные породы. Вопрос этот не ясен прежде всего потому, что о природе корневых выделений нет еще общепринятых представлений^[3][4]. Новейшие работы в этой области (Стоклаза и Эрнст, Aberson, Дояренко) не дают согласных результатов. В то время как Стоклаза и Аберсон считают единственной кислотой, выделяемой корнями растений, углекислоту, Дояренко полагает, что кроме углекислоты выделяются и другие кислоты. Он отмечает, между прочим, что корни горчицы и гречихи извлекают из нефелина и слюды гораздо больше калия, чем вода с углекислотой.

Прямые опыты. Дитриха, Петерса, Сестини и de Angelis d’Ossat не дают определенных указаний на способ действия корней растений, хотя два последние автора и утверждают, что в их опытах наблюдалась каолинизация.

Выводы Дитриха и Петерса должны быть принимаемы с осторожностью, так как эти исследователи оперировали в своих опытах с весьма неоднородным материалом. Так, Дитрих культивировал мотыльковые, гречиху и злаки в сосудах, содержавших пестрый песчаник и базальт. Первая порода бралась в количестве 9 фунтов на сосуд, вторая — в количестве 11 фунтов. По окончании культурных опытов оказалось, что вода с небольшим количеством азотной кислоты извлекает из песчаника и базальта растворимые вещества, при чем таковых оказалось больше в сосудах с мотыльковыми и меньше всего в сосудах с зерновыми хлебами. Конечно, из таких опытов никакого определенного ответа получить нельзя прежде всего потому, что исследователь не может поручиться, что во всех сосудах песчаник и базальт имели вполне одинаковый химический состав, или, говоря другими словами, содержали одинаковое количество разлагаемых слабыми растворами кислот минеральных веществ.

В опытах Петерса изучалось, между прочим, действие растений на песчанистые суглинки, которые смешивались с перегнившими органическими веществами. На основании своих опытов Петерс приходит к следующим выводам: 1) благодаря выветриванию (в ящиках, где не было растений) в почве повышается во время опыта содержание растворимых в соляной кислоте веществ; 2) если сравнить повышение, которое обнаруживается, с одной стороны, в содержании веществ, растворимых в соляной кислоте, а с другой, — растворимых в воде, то оказывается, что процессы в почве в период вегетации растений клонятся к тому, чтобы увеличить содержание веществ, растворимых в воде;

3) в период вегетации превращение веществ, растворимых в соляной кислоте, в соединения, растворимые в воде, сильнее, чем переход нерастворимых в кислотах веществ в растворимые. Опыты Петерса приводят его, наконец, к заключению, что почвы после культуры содержат меньше веществ, растворимых в воде, чем до культуры. Что же касается веществ, растворимых в соляной кислоте, то после культуры количество растворимых кальция, иногда магния и кремнезема повышается, а количество щелочей понижается. Разница, в большинстве случаев, выражается, впрочем, сотыми процента.

Хотя на основании всего того, что нам известно до сих пор о процессах выветривания, выводы Петерса вполне вероятны, однако, самая постановка опытов вызывает еще большие возражения, чем методика Дитриха, так как суглинки, да еще в смеси с органическими веществами, представляли более сложную и неопределенную по составу среду, чем опытные материалы Дитриха.

Сестини оперировал с гранитным песком о-ва Эльбы, просеянным через металлическое сито. От этого песка были отобраны все минералы, кроме кварца, слюды и полевого шпата. Для удаления мелкозернистых и глинистых частиц песок был промыт несколько раз водой и на каждый его килограмм было взято 100 гр. СаС0₃, 10 гр. Са₃Р₂0₈ и 30 гр. гипса. Все это было перемешано с песком в однородную смесь. Из смеси взято % килограмма на каждый стеклянный сосуд, при чем в первом сосуде культивировались луговые травы при густом посеве, а во втором — отдельные бобовые растения. Культурные опыты продолжались 11 месяцев, после чего содержимое сосудов было исследовано. Результаты этого исследования помещены в нижеследующей таблице:

Так как опытный материал не содержал перед началом культуры мелкозема, то Сестини приходит к выводу, что образование мелкозема есть результат деятельности корней. Там, где этих последних было много (I сосуд), получилось и много мелкозема, в сосуде, где росли отдельные растения, оказалось меньше мелкозема и иловатых частиц. Мелкозем, подвергнутый анализу по методу Шлезинга, дал следующие цифровые данные:

Разница состояла, главным образом, из СаС0₃, CaS0₄, Са₃(Р0₄)₂ и карбонатов щелочей. Позже Сестини поставил еще контрольные опыты с тем же песком, всыпанным в 2 сосуда уже без примеси солей. В одном сосуде культивировались растения, из другого тщательно удалялись всякие ростки; результаты получились следующие:

Чтобы доказать, что полученная им в первом опыте глина представляла действительно глину в химическом смысле, Сестини подвергал ее нагреванию с серной кислотой и водой в запаянной трубке в течение 6 часов при температуре 120° Ц. По окончании реакции в фильтрате определено для первого сосуда — 0,043 г А1₂0₃ (на 0,208 г взятого вещества) и для второго сосуда — 0,011 г А1₂0₃ (на 0,058 г глины). Из этих данных исследователь заключил, что он имел дело с галлуазитом.

Работа Сестини вызывает, однако, ряд возражений, и его существенные выводы остаются недоказанными. Прежде всего, контрольные опыты, поставленные исследователем, не соответствовали той постановке, которая была принята им в первом опыте, так как вначале с гранитным песком были смешаны в довольно большом количестве различные соли, которых не было в контрольном опыте. Следует заметить, что эти соли, сами по себе, в присутствии воды могли реагировать с элементами взятого для опыта песка и, следовательно, результаты нельзя относить всецело на счет деятельности корней. Далее, контрольные опыты показывают, что и в отсутствии корней и солей образуется мелкозем, в силу чего остается невыясненным, какую часть мелкозема в первых опытах можно отнести на счет деятельности корней.

Вопрос о химическом выветривании еще менее разъяснен. Дело в том, что Сестини разлагал «глину» при таких условиях, при которых разлагаются и полевые шпаты. Процентное содержание глинозема, полученное им (в первом случае — 20,67%, во втором — 18,96%), гораздо больше соответствует содержанию этого окисла в ортоклазе, чем в галлуазите или каолините. Говоря короче, химические исследования Сестини скорее приводят к выводу, что его «глина» представляла тонкий полевошпатовый ил.

В работе de Angelis d’Ossat объектом исследования служила лейцитовая лава, порошком которой наполнялись два сосуда: один — со злаками и бобовыми, другой — контрольный. Через год в первом было найдено 2% глины, во втором следы. Что представляла собой «глина», не ясно, автор же отмечает, что разложению подвергались и полевые шпаты, и лейцит.

Конечно, если корни растений выделяют только углекислоту, то нет ничего удивительного в том, что они могут вызвать каолинизацию алюмосиликатов, но едва ли этот процесс может заканчиваться в короткие промежутки времени. Если же, кроме углекислоты, выделяются еще муравьиная, щавелевая и какие-нибудь другие органические кислоты, как это наблюдается (Стоклаза, 1. с.) при интрамолекулярном дыхании, то распад алюмосиликатов может быть и глубже. Необходимо отметить, что кроме разрушительной деятельности высшие и низшие растения производят в коре выветривания и созидательную работу. Так, их деятельности обязаны своим происхождением многие аккумуляции и образования соединений железа, марганца, углекислой извести, доломита (Надсон), серы (Waksman и Joffe), пирита (Исаченко) и др. (см. глава I).

• [1] См. также Sakett, Patten and Brown. Centralbl. f. Bacter. II Abt. В. XX.
• [2] См. также Еленкин.
• [3] См. Кернер. Жизнь растений, т. I, 1901 г., стр. 256—257.
• [4] Литературу вопроса до 1896 г. см. у Czapek. Zur Lehre von der Wurzelausscheldungen.Jahrb. f. Wissensch. Botanik. Bd. XXIX, 1896.