ЛЕКЦИЯ 2. Почвообразующие породы, их химический, минералогический и гранулометрический состав

Почва формируется на продуктах выветривания горных пород. Минеральный субстрат, на котором развивается почва, называется почвообразующей или материнской породой. По своему происхождению все горные породы, из которых слагается литосфера, подразделяются на магматические, метаморфические и осадочные породы.

Магматические породы образовались из силикатных расплавов (магма), застывших в глубине земной коры или на поверхности Земли. По условиям образования различают глубинные (интрузивные), излившиеся (эффузивные) магматические породы.

Магматические породы занимают 95 % объема земной коры, 25 % площади континентов.

Изверженные породы являются первоначальным источником всех осадочных пород, образовавшихся в процессе выветривания. К осадочным породам относятся породы, образовавшиеся на поверхности суши или на дне водоемов за счет продуктов разрушения ранее существовавших пород и остатков организмов.

На платформах мощность осадочных пород колеблется от 0 до 3 км. Занимая большую часть площади суши (75 %), осадочные породы составляют лишь 5 % от объема земной коры. Все осадочные горные породы делятся по происхождению на обломочные, химические и биогенного происхождения. По возрасту осадочные породы делятся на древние и молодые.

Древние осадочные породы образовались в дочетвертичный период, они со временем утратили рыхлость, пористость и являются преимущественно плотными породами.

Молодые осадочные породы сформировались в четвертичный период в результате выветривания коренных горных пород, их образование продолжается и сейчас. Молодые осадочные породы обладают благоприятными физическими свойствами. Они являются рыхлыми осадочными породами. Рыхлые осадочные породы служат главными почвообразующими породами. На этих породах развиты практически все типы почв.

Метаморфические породы – вторичные массивнокристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных пород в недрах Земли под действием высоких температур и давления. Их значение в почвообразовании невелико.

Итак, основными почвообразующими породами являются рыхлые осадочные породы.

В зависимости от происхождения и состава на территории нашей страны выделяют следующие основные группы почвообразующих пород.

1. Моренные отложения представлены, главным образом, основными (донными) и конечными моренами. По химическому составу подразделяются на карбонатные и бескарбонатные морены. Преобладают бескарбонатные морены. На карбонатных моренах, как правило, формируются дерновые, дерново-подзолистые почвы, на бескарбонатных – подзолистые почвы.

2. Водно-ледниковые отложения формируются водными потоками при таянии льда. При спокойных разливах ледниковых вод образуются покровные суглинки и лессовидные суглинки.

3. Озерно-ледниковые отложения аккумулировались на дне ледниковых озер. Они характеризуются очередной слоистостью мелкозернистых песков и глин, почему их и называют ленточными глинами.

4. С деятельностью атмосферных осадков связано возникновение ряда отложений: 1) элювиальные отложения, 2) иллювиальные отложения, 3) делювиальные отложения, 4) пролювиальные отложения.

5. Аллювиальные отложения представлены, главным образом, наносами речных вод, которые накапливаются в долинах и устьях рек.

6. Лесс представляет собой естественно уплотненные отложения тонкой пыли диаметром от 0,05 до 0,01 мм. На лессе и лессовидных отложениях формируются самые плодородные почвы.

7. Эоловые отложения – продукт деятельности ветра. Они представлены эоловыми песками дюн и барханов.

8. Морские отложения образовались вследствие наступления моря на сушу. В качестве почвообразующих пород встречаются на побережье Каспийского моря и Северного Ледовитого океана.

Рассмотренные отложения называют четвертичными. Это основные почвообразующие породы на территории РФ.

Рыхлые почвообразующие породы неоднородны по химическому и минералогическому составу.

В состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вторичные минералы. Первичные минералы входят в состав магматических горных пород, а в рыхлых породах и почвах являются остаточным материалом выветривания исходных пород.

Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки и пироксены содержатся в почве, главным образом, в виде частиц песка (от 0,05 до 1 мм) и пыли (от 0,001 до 0,05 мм) и в незначительном количестве в виде илистых и коллоидных частиц.

Из первичных минералов при их разрушении под влиянием химических процессов и жизнедеятельности различных микроорганизмов в почве образуются вторичные минералы. Они находятся в почве преимущественно в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых. По химическому составу минералы подразделяют на силикаты, и алюмосиликаты. Из силикатов наиболее распространен в почвах и породах кварц (SiO₂). Он содержится преимущественно в виде частиц песка и пыли. Почти во всех почвах и рыхлых породах содержание кварца превышает 40-60 %. Кварц очень стойкий и прочный минерал, химически весьма инертен. Второе место занимают полевые шпаты (до 20 %), обладающие также большой механической прочностью, но менее устойчивые к химическому выветриванию. Роговые обманки, пироксены и слюды в рыхлых породах и почвах содержатся в небольших количествах.

Первичные минералы играют определенную роль в почвах и рыхлых породах. От их количества зависят агрофизические свойства почв, они являются резервным источником зольных элементов питания растений, а также образования вторичных минералов.

Вторичные минералы относятся к группе алюмосиликатов.

Среди вторичных минералов различают минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы.

1.      Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов. К таким солям относятся кальцит, магнезит, сода, гипс, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы в условиях сухого климата способны накапливаться в больших количествах. качественный и количественный состав этих минералов в почвах определяет степень ее засоления.

2.      Минералы гидроксидов и оксидов – это гидроксиды кремния, алюминия, железа, марганца. Они образуются в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде высокодисперсных гелей, достигают 10 и более %. Высокомолекулярные гели этих минералов постепенно деградируют и образуют окиси и гидроокиси кристаллической структуры. Наличие в почве высокодисперсных гелей этих минералов оказывает существенное влияние на поглотительную способность почвы. В кислой среде они снижают катионную емкость поглощения, а в щелочной увеличивают.

3.       Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами. Вторичные глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов выветривания первичных минералов или путем постепенного изменения первичных минералов. Глинистые минералы по некоторым свойствам (строению кристаллической решетки и степени дисперсности) объединяются в следующие группы: минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд.

Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое строение кристаллической решетки, высокая дисперсность, поглотительная способность.

Минералы монтмориллонитовой группы обладают наиболее высокой дисперсностью. Они содержат до 60 % коллоидных частиц и до 80 % частиц менее 0,01 мм, обладают высокой емкостью катионного поглощения (80-120 мг-экв на 100 г почвы). Водно-физические свойства этих минералов малоблагоприятны. Они удерживают большое количество воды недоступной растениям (МГ = 30 %). Они обладают высокой набухаемостью, липкостью и вязкостью. В сочетании с гумусом они образуют водопрочную структуру, улучшая тем самым водно-физические свойства почвы.

Минералы каолинитовой группы встречаются в рыхлых породах и почвах в небольших количествах. каолинитовые глины менее дисперсны, имеют небольшую набухаемость и липкость. Емкость поглощения не превышает 20 мг-экв на 100 г почвы.

Гидрослюды образуются из полевых шпатов и слюд. Они широко распространены в почвах. Структура их подобна монтмориллониту. Гидрослюды являются важным источником калия в почве. Например, в иллите калия содержится до 6-7 %.

Глинистые минералы формируют тяжелый гранулометрический состав почв и образуют почвы богатые зольными элементами питания.

Химический состав почвообразующих пород и почв в определенной степени зависит от химического состава минералов, входящих в породу и почву. Средний химический состав почв и пород можно характеризовать следующими данными. Почти половина твердой фазы (49 %) приходится на кислород, одна треть (33 %) – на кремний, более 10 % – на алюминий и железо и только 8 % на остальные элементы.

От минералогического состава пород и почв в большой степени зависит и гранулометрический состав почвы.