ЛЕКЦИЯ 1. Почвообразовательный процесс и формирование почвенного профиля

Горные породы, попадая на дневную поверхность, оказываются в условиях, резко отличающихся от условий, при которых формируются изверженные породы. Поэтому они теряют свою устойчивость и подвергаются процессам преобразования. Сумма процессов преобразования горных пород называется выветриванием. Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания, называются корой выветривания. В ней различают две зоны: зону поверхностного, или современного, выветривания и зону глубинного, или древнего, выветривания. Мощность коры современного выветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких см до 2-10 м. Процесс выветривания предшествует процессу почвообразования, но часто его нельзя отделить от процесса почвообразования. Процесс выветривания протекает под воздействием различных факторов (агентов): солнечного тепла, кислорода, углекислого газа, осадков, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Выделяют три типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание представляет собой процесс механического дробления горных пород на обломки различной величины и формы без изменения их первоначального химического и минералогического состава.

Основной фактор физического выветривания – резкие суточные и сезонные перепады температур в наружных слоях горных пород (термическое выветривание). Термическое выветривание перестает проявляться лишь в обломках породы диаметром менее 0,01 мм. Физическое выветривание протекает также под действием воды, которая попадает в трещины породы. В трещинах вода развивает сильное капиллярное давление (до 1500 кг/см²). При замерзании вода также развивает большое давление на стенки трещин (до 890 кг/см²). Определенную роль играют соли, кристаллизуясь они увеличиваются на 33 %.

В результате физического выветривания горная порода разрушается на обломки различной величины, называемые рухляком. В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивают общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Химическое выветривание проявляется в разрушении горной породы с изменением химического состава и образованием новых минералов, отсутствующих в первичных породах. Главнейшие агенты химического выветривания – вода, кислород и углекислый газ. Особенно велика роль воды, которая не только перемещается в рухляке, но и является энергичным растворителем горных пород и минералов.

Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; последний придает воде кислую реакцию, что увеличивает ее разрушающее действие.

Вода также вступает в химические реакции с минералами. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород – гидролиз – приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных ионов кристаллической решетки на ионы водорода, диссоциированных молекул воды.

Образующаяся щелочь и кислота разрушает минералы дальше.

С деятельностью воды связана и реакция гидратации – химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов.

Гидратация наблюдается в силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению поверхности минералов.

Окисление – эта реакция широко распространена в зоне выветривания. Окислению подвергаются все минералы, содержащие закисное железо и другие, способные к окислению, элементы.

В процессе окисления изменяется окраска породы. Она приобретает землистое пористое строение.

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов, разрушаются первичные минералы и образуются вторичные. Рухляк еще больше раздробляется. Порода обогащается тонкими илистыми частицами, повышается подвижность многих веществ. Все это постепенно создает условия для поселения в породе живых организмов.

Биологическое выветривание – это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

С поселением организмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты, которые оказывают разрушающее действие на минералы. Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии – серную кислоту. Эти кислоты растворяют многие минералы. Диатомовые водоросли, строя свой панцирь из кремнезема, разрушают алюмосиликаты. Животные организмы и растения, кроме того, механически разрыхляют породу (корни могут развивать давление до 60-100 атм.).

При разложении отмерших организмов в почве образуются гумусовые кислоты. Они еще больше усиливают разрушение первичной породы и минералов. Кроме того, микробы и низшие растения обогащают верхние слои горных пород органическим веществом и питательными элементами. Они подготавливают породу для заселения ее высшими растениями и знаменуют собой начало почвообразовательного процесса.

Таким образом, выветривание горных пород представляет собой сложный и разносторонний процесс, происходящий под воздействием химических, физических и биологических факторов. Разные породы и минералы обладают неодинаковой устойчивостью к процессам выветривания. Наиболее устойчивы метаморфические породы, менее устойчивы осадочные. Больше всего подвержены выветриванию вулканические пеплы. Из минералов наиболее устойчив к выветриванию кварц. Поэтому он накапливается в коре выветривания. Менее устойчивы к выветриванию минералы, в состав которых входит закисное железо. Промежуточное положение занимают полевые шпаты.

Большое значение в развитии процессов выветривания имеют концентрация и солевой состав растворов, реакция среды, окислительно-восстановительные условия. Процессы выветривания зависят от климата (количество осадков и температура). В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата – выщелачиваются.

В настоящее время различают два основных типа коры выветривания: сиалитную, для нее характерно образование глинистых минералов преимущественно монтмориллонитовой группы и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов (тип характерен для зон с умеренно-влажным климатом); аллитную, для нее характерно господство вторичных минералов группы гидроокисей железа и алюминия, почти полное разрушение первичных минералов, в составе глинистых минералов преобладает каолинит (характерен для условий влажного субтропического климата).