Свойства почвы, как среды обитания
Почва, особое природное образование, возникшее в результате преобразования материнской породы и обладающее рядом свойств, присущих как живой, так и неживой природе. Она состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; а также характеризуется важнейшим свойством, позволяющим человечеству производить необходимую, для его существования продукцию — плодородием.
Представление о почве как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, отличающими его от материнской (почвообразующей) породы, развивающемся в результате взаимодействия факторов почвообразования, было создано в последней четверти 19 в. В. В. Докучаевым — основателем современного почвоведения. До этого она обычно рассматривалась в качестве одного из геологических образований.
Плодородие почвы, т. е. способность обеспечивать растения водой и необходимыми элементами питания, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы.Природное плодородие имеет различный уровень, зависящий от состава и свойств почвы и факторов почвообразования. Под влиянием агротехнических, агрохимических и мелиоративных воздействий почва, являющаяся в сельском хозяйстве основным средством производства, приобретает эффективное, или экономическое, плодородие, показателем которого служит урожайность с.-х. культур.
Гипергенез (выветривание) — включает в себя процессы физического, химического, а с появлением жизни и биологического преобразования минерального вещества в верхних частях земной коры и на её поверхности под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов при сравнительно низких температурах.
Гипергенные процессы, обусловленные физическими факторами, обеспечивают ускорение химического разложения, растворение, гидролиз, гидратацию, окисление, карбонатизацию и другие явления. Под влиянием этих процессов происходит образование коры выветривания и зоны окисления месторождений, почвообразование, формирование состава подземных вод, рек, озёр, морей и океана, хемогенное и биогенное осадкообразование, диагенез и ранний эпигенез осадков.
Термин “гипергенный” предложил А. Е. Ферсман для экзогенных образований, генетически связанных с процессами выветривания, то есть сформировавшихся в обстановке низких температур (+25оС) и давлений (1 атм) при активном участии воды, насыщенной атмосферными газами, прежде всего кислородом. К гипергенным, были отнесены продукты корообразования и окисления месторождений полезных ископаемых, а также почвенные комплексы. Литогенные (осадочные) образования, характеризующиеся большой спецификой осаждения и диагенеза осадков, остались представителями “негипергенного” экзогенеза.
Физические, химические и биологические изменения первичной литосферы Земли привели к изменению ее тонкой верхней оболочки и образованию земной коры —самой верхней из твёрдых оболочек. Нижней границей земной коры считается поверхность раздела, при прохождении которой сверху вниз продольные сейсмические волны скачком увеличивают скорость с 6,7-7,6 км/с до 7,9-8,2 км/с, которая носит название поверхность Мохоровичича. Это служит признаком смены менее упругого материала более упругим и более плотным.
Земнаякораразлична на материках и под океаном. Материковая земная кораобычно имеет толщину 35-45 км, в областях горных стран — до 70 км. Верхнюю ее часть составляет прерывистый осадочный слой, состоящий из разновозрастных неизмененных или слабоизменённых осадочных и вулканических горных пород. Слои нередко смяты в складки, разорваны и смещены по разрыву. В некоторых местах (на щитах) осадочная оболочка отсутствует.
Вся остальная толща материковой земной коры разделяется по скоростям сейсмических волн на 2 части с условными названиями: для верхней части — «гранитный» слой (скорость продольных волн до 6,4 км/сек), для нижней — «базальтовый» слой (6,4-7,6 км/сек). По-видимому, «гранитный» слой сложен гранитами и гнейсами, а «базальтовый» слой — базальтами, габбро и очень сильно метаморфизованными осадочными породами в различных соотношениях. Эти 2 слоя часто разделены поверхностью, при переходе которой скорости сейсмических волн возрастают скачком. По-видимому, в земной коре с глубиной уменьшается содержание кремнезёма и возрастает содержание окислов железа и магния; ещё в большей степени это имеет место при переходе от земной коры к субстрату.
Океаническая земная кора имеет толщину 5-10 км (вместе с толщей воды – 9-12 км). Она разделяется на 3 слоя: под тонким (менее 1 км) слоем морских осадков лежит слой со скоростями продольных сейсмических волн 4-6 км/сек; его толщина 1-2,5 км. Вероятно, он сложен серпентинитом и базальтом, быть может, с прослоями осадков. Нижний, «океанический», слой толщиной в среднем около 5 км имеет скорости прохождения сейсмических волн 6,4-7,0 км/сек; вероятно, он сложен из габбро. Толщина слоя осадков на дне океана изменчива, местами их нет совсем. В переходной зоне от материка к океану наблюдается земная кора промежуточного типа.
При гипергенезе происходит процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и биологических организмов. По характеру среды, в которой происходит преобразование первичного материала земной коры, различают атмосферное и подводное. По роду воздействия выветривания на горные породы различают:
— физическое выветривание, ведущее только к механическому распаду породы на обломки;
— химическое выветривание, при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности;
— органическое (биологическое) выветривание, сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов.
Своеобразным типом выветривания является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы. Гипергенез горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения. На скорость и степень процессов выветривания, мощность его продуктов и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф, геологическое строение местности, состав и структура материнских пород.
Подавляющая масса физических и химических процессов гипергенеза (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды выветривания действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает. Физическое выветривание происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт при этом к их растрескиванию.
В областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород происходит под влиянием перехода температур через точку замерзания; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается. Химические и органические преобразования свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического выветривания — воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения, способны производить также сложные химические изменения первичного вещества.
Физические и химические процессы выветривания происходят в тесной взаимосвязи с развитием и жизнедеятельностью животных и растений и действием продуктов их распада после смерти. Наиболее благоприятными для образования и сохранения продуктов преобразования являются условия тропического или субтропического климата и незначительное эрозионное расчленение рельефа. При этом толще горных пород, подвергшихся гипергенезу, свойственна (в направлении сверху вниз) геохимическая зональность, выраженная характерным для каждой зоны комплексом минералов. Последние
образуются в результате следующих друг за другом процессов: распада пород под влиянием физического выветривания, выщелачивания оснований, гидратации, гидролиза и окисления.
В тех случаях, когда продукты выветривания не остаются на месте своего образования, а уносятся с поверхности выветривающихся пород водой или ветром, нередко возникают своеобразные формы рельефа, зависящие как от характера
выветривания, так и от свойств горных пород, в которых процесс как бы проявляет и подчеркивает особенности их строения.
В процессе перерождения остаточных продуктов гипергенеза образуется много растворимых соединений, которые сносятся грунтовой водой в водные бассейны и входят в состав растворённых солей или выпадают в осадок. Процессы преобразования минерального вещества приводят к образованию различных осадочных пород и многих полезных ископаемых: каолинов, охр, огнеупорных глин, песков, руд железа, алюминия, марганца, никеля, кобальта, россыпей золота, платины и других, зон окисления колчеданных месторождений с их полезными ископаемыми.
Если для эндогенных процессов главными факторами служат температура и давление, то в гипергенных процессах ведущие факторы — щёлочность или кислотность среды и окислительно-восстановительный потенциал. Широко развиты коллоидно-химические процессы, в частности сорбция, а кроме того — раскристаллизация гелей, переосаждение и явления ионного обмена, большую роль играют биогеохимические процессы. Важнейшим внешним фактором процессов гипергенеза является климат, а закономерностью их размещения на поверхности Земли — зональность, впервые установленная В. В. Докучаевым (зональность почв, коры выветривания, континентальных отложений, грунтовых вод и т.д.).
В результате описанных явлений в зоне гипергенеза — в самой поверхностной части земной коры, при низких значениях температур и давлений возникают гипергенные минералы. Для них характерны гидратация (вхождение в кристаллическую решётку молекулярной воды или гидроксила), высокие степени окисления элементов (железа, марганца, серы и других). К наиболее распространённым относятся глинистые минералы, образующиеся при выветривании силикатных пород. Среди гипергенных минералов много соединений типа окислов, гидроокислов, солей кислородных кислот (карбонаты, сульфаты, нитраты, фосфаты), хлоридов. Большое практическое значение они имеют в зонах окисления рудных месторождений; это — соединения железа, меди, свинца, цинка (малахит, церуссит, англезит и другие).
Состав гипергенных минералов при одинаковых исходных породах или рудах зависит от климатических условий, при которых протекают гипергенные процессы. Например, при выветривании силикатных горных пород в условиях умеренного климата возникают глинистые минералы преимущественно гидрослюдистого типа, а при
выветривании в тропиках за счёт тех же пород образуются каолиновые глины, гидраты глинозёма (бокситы).