Картография и почвоведения

Тема 1: «Почвообразовательные  процессы и формирование почвенного профиля». 

1.Понятие «почва и земля».

2.Выветривание.

3.Факторы почвообразования. 

    Почва – один из важнейших природных ресурсов нашей планеты, средство производства и объект приложения, ценнейшее достояние нации, народов и государств. Она является также основой для сооружения жилья, промышленных предприятий, прокладки путей сообщения, организации отдыха людей.

    Почва – экологическая  ниша биосферы. Она, являясь неотъемлемым компонентом природных ландшафтов, участвует в жизни биогеоценозов и биосферы в целом, связывая воедино звенья как круговорота биофильных элементов, так и большого геологического круговорота.  Сохранение почвенного покрова Земли – важнейшее условие обеспечение и поддержания экологического равновесия в природе.

    Человечество, применяя все более мощные орудия обработки почв и средства мелиорации, захламляя земли отходами производства, бытовыми отбросами, и в ряде случаев  нарушило естественный ход процессов  эволюции почв, направив их в русло деградации почвенного покрова, тем самым поставило под угрозу свое собственное существование.

    Охрана  почв и рациональное их использование  имеют первостепенное значение для  экономического и социального развития нашей республики, поэтому владеть  определенной суммой знаний об устройстве и функционировании природы обязан ныне каждый специалист.

    Земля – одна из девяти планет Солнечной системы, третье планета от Солнца. Мировой океан занимает 71% поверхности Земли, суша только 29%. Суша распределена среди Мирового океана неравномерно. В северном полушарии она занимает 39% общей площади, а в южной – 19%. В южной полушарии, в отличие от северного, в умеренных широтах (50-60⁰) суши почти нет, зато в полярной области находится материк – Антарктида.

    Возраст планеты Земля оставляет около 4,6 млрд. лет. в течение этого времени на Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, результате чего земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер (геосфер). Выделяют различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу, гидросферу, биосферу, ноосферу.

    Слои  Земли имеют различный химический состав, что объясняет дифференциацией  первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжелые  элементы (железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно легкие (кремний, алюминий и др.) «всплывая» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделялись газы, которые образовали атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия, благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку – биосферу. С возникновением человека биосфера выступает в новую стадию развития – ноосферу.

    Литосфера состоит на 95% из изверженных пород (главным образом базальтов и гранитов); на 5% - из осадочных пород, причем 2,9% приходится на долю глинистых сланцев; 1,1% - на долю песчаников; 1,0% - долю карбонатных пород.

    Изучение  химии земной коры было проведено  в XVIII-XIX вв. достойное место этих исследованиях занимает многолетний труд главного химика Геологической службы США Ф. Кларка. Его работы открыли новый этап изучения Земли – исследования по оценке количественной распространенности химических элементов в земной коре и других объектах. Суммируя и анализируя результаты более 5000 химических анализов горных пород, Ф. Кларк показал, что в земной коре преобладают 8 химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий. Этот основной вывод далее был неоднократно подтвержден результатами исследований других ученых.

    В составе земной коры преобладают  кислород и кремний, они составляют примерно ¾  всей ее массы. Неоспоримым  научным составляет 99% от массы всей земной коры.

       Выветривание – разрушение и  изменение состава минерала и горных пород под действием физических и химических атмосферных факторов, в том числе воды, различных видов радиации (солнечной, космической и др.), ветра, организмов ( продуктов жизнедеятельности и распада после смерти).

 В 1922 г.  ученным А.Е. Ферсманом было предложено процесс преобразования горных пород в результате их разрушения назвать не выветриванием, а гипергенезом .

 При гипергенезе  происходит глубокое изменение  элементарного и минерального  состава горных пород. Массивные  породы резко изменяют свой первоначальный облик и превращаются в глину или в щебень, имеющих пеструю. Пятнистую или белую окраску. Горизонты горных пород, где протекают эти процессы гипергенеза называют карой выветривания. Процесс преобразования исходных пород в кору выветривания чрезвычайно сложен и включает в себя многочисленные частные процессы и явления.

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 Инной степе измененные процессами. В верхней части зоны гипергенеза располагается почва. В также протекает своеобразный процесс выветривания. Который называют внутрипочвенным выветриванием. Почва и кора выветривания связаны между собой постепенными переходами.

При внутрипочвенном  выветривании в результате растворения, кристаллизации, синтеза и трансформации имеют место  следующие изменение;

1. общие изменения химического и минерального состава почвенных горизонтов, что устанавливается сравнением минерального состава почв с почвообразующей породой;
2. кристаллохимическое изменение минералов;
3. изменение состояния минералов.

Как в почве, так и в коре выветривание процесс  разрушение протекает под совокупным действием физических, химических и  биологических факторов. Исходя из этого различают физические, химические и биологические процессы выветривания.

Физические  процессы выветривания – это механическое раздробление горных пород и минералов  без изменения их химического  состава.

Физические  процессы выветривания связаны с  изменением температуры, присутствием воды, механической деятельностью ветра разрыхляющей деятельностью корней растений.

При изменении  температуры происходит тепловое расширение и сжатие минералов. Выветривание протекает  более интенсивно при больших  амплитудах  колебание суточных и сезонных температур. Особенно этот процесс ярко проявляется  в жарких пустынях, где суточная температура почвы может изменяться от 0^o до (60-70)^oС. Процесс физического выветривания начинается с поверхности почвенного слоя, а затем далее постепенно распространяется в более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур.

Влияние воды на процесс выветривание связано  как с возникновением капиллярного давления при ее проникновении в  трещины горных пород и почвенных  минералов, так и разрушающей  силой давления на стенки трещин в  связи с увеличением объема 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 объема воды создаются давление около 890 кг/см² и более.

Изменение давления в трещинах происходит также  при  образовании из некоторых солей  путем присоединения молекул  воды кристаллогидратов. В качестве примера можно привести образование  гипса (CaSO₄ 2H₂O) из сульфата кальция (CaSO₄), при этом наблюдается увеличение объема на 30% и более.

Таким образом, при физических процессах выветривания происходит разрыхление пород 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, имеющие место при выветривании, протекают с участием воды. Разрушающее  действе воды на горные породы и  минералы усиливается в присутствии  углекислого газа, что связанно подкислением воды. Подкисление воды наблюдается также при наличии солей, которые образованны из слабого основания и сильной кислоты и способны подвергаться гидролизу.

Интенсивность разрушения минералов и горных пород  повышается также с увеличением  температуры, что связанно изменением их растворимости. Если, например, растворимость минерала кальцита(CaCO₃) при 25^oС очень низка и равна0,0145 г/л, то при повышении температуры происходит его полное растворение и переход в гидрокарбонат:

                              CaCO₃ + H₂O + CO₂ ↔ Ca(HCO₃)₂.

Преобразование  минералов может осуществляться в результате гидролиза, окислительно – восстановительных  и других реакций:

а) гидролиз

K₂Al₂Si₆O₁₆+(n+2)H₂O↔ Al₂[Si₂O₅]* (OH)₄+4siO₂*nH₂O+2ROH

Ортоклаз                            каолинит               кремнезем

CaAl₂Si₂O₈+2H₂O↔H₂Al₂Si₂O₈ + Ca(OH)₂

Анортит

H₂Al₂Si₂O₈*H₂O+Al₂O3

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

слюда→гидрослюда→иллит→переходные минералы→монтмориллонит, вермикулит

К,%       6-8                    4-6                             3                            ‹1

б) обмена

                            2KOH+CO₂= K₂CO₃+H₂O;

в) гидратации

                           2Fe₂O₃+3H₂O₃=2Fe₂O₃*3H₂O;

  гематит                    лимонит    

г) окисление 

                           2FeS₂+7O₂+2H₂o=2FeSO₄+2H₂SO₄

                             Пирит                  сульфат

Окисление является одним из активных процессов выветривания минералов, обычно при протекании окислительных процессов сильно подкисляется среда, и поэтому интенсивно выносятся катионы в условиях сильного увлажнения.

В выветривании минералов также существенную роль играют процессы восстановления. Эти  процессы протекают с участием хемотрофных микроорганизмов в условиях дефицита кислорода.

В результате химического выветривания минералы коренным образом преобразуется  и почва обогащается вторичными минералами и приобретает ряд  новых важных свойств - связность, влагоемкость, поглотительная способность и др.

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

Организмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ, различные кислоты, которые являются  хорошими растворителями многих минеральных  соединений и этим усиливается процесс  выветривания.

           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 деятельности бактерий, участвуют в различных реакциях. Слизистые выделения силикатных бактерий разрушают полевые шпаты, диатомные водоросли- алюмосиликаты и т.д.

       Разрушение минералов происходит  под действием не только неорганических  кислот, но с  участием органических кислот, продуцируемых организмами  и выделяемые  в среду. К этим органическим кислотам можно отнести щавелевую, яблочную, лимонную, гумусовые кислоты, особенно фульвокислоты, и др.

      Все перечисленные физические, химические  и биологические процессы действуют совместно и одновременно на горные породы и минералы. Залежи полезных ископаемых, возникшие в коре выветривания при разложении горных пород у поверхности Земли под воздействием всех рассмотренных выше факторов, образуют месторождения выветривания. К ним относятся месторождения руд железа, марганца, серы, никеля, бокситов, каолина, апатита, барита и   др.