Новости
07.12.2016


07.12.2016


07.12.2016


06.12.2016


06.12.2016


18.05.2015

Из предварительных сведений, которые были приведены нами, мы уже можем заключить, что в состав каждой почвы входят две категории соединений; одни — представляют собой минеральные (неорганические) вещества, т. е. те вещества, которые образуются в почве в процессе механического разрушения и химического изменения составных частей материнской горной породы, или которые накопляются в ней в результате процессов полной минерализации разлагающихся органических остатков, или, наконец, которые приносятся в нее атмосферными осадками. Вторая категория соединений представлена сложным комплексом органических веществ. Последние почва получает в процессе разложения тех растительных и животных остатков, которые разлагаются в поверхностных ее горизонтах. В подавляющем большинстве случаев минеральная часть преобладает над органической, и лишь в некоторых разновидностях болотных почв мы можем наблюдать обратное соотношение.
В настоящей главе нашего курса мы займемся сначала изучением генезиса (происхождения) и состава минеральной части почв.
Принимая во внимание, что состав и свойства этой части почв находятся в непосредственной связи с составом и свойствами тех минералов и горных пород, из которых состоят материнские почвообразующие породы, вполне естественно обратиться прежде всего к изучению минералогического и химического состава этих последних.
В качестве материнских почвообразующих пород могут служить горные породы самого разнообразного геологического происхождения и возраста.
1. Иногда мы можем наблюдать, что почвенные образования могут рождаться и формироваться непосредственно на изверженных («первичных», «плутонических», «магматических» и т. п.) породах, т. е. на тех, которые, как, известно, произошли в результате остывания первичной огненно-жидкой материи (магмы), из которой состоял первоначально земной шар (граниты, сиениты, диориты, трахиты, базальты, диабазы и др.).
Однако все такие породы в создании почвенного покрова принимают сравнительно очень скромное участие. Дело в том, что изверженные породы, подвергаясь под влиянием различных экзогенных (внешних) сил процессам выветривания, т. е. разрыхляясь и химически видоизменяясь, в дальнейшем, в подавляющем большинстве случаев, в силу тех или других причин (под влиянием атмосферных вод, ветра и пр.) осаждаются на дне морей, рек, озер или непосредственно на суше. Указанные процессы разрушения и перемещения первичных пород («процессы денудации») и последующего новообразования отложений, наносов, осадков представляют собой в природе столь распространенное и обычное явление, а в прежние геологические эпохи выражались в таком грандиозном масштабе, что в настоящее время лишь в некоторых, сравнительно очень незначительных областях земной поверхности можно встретить изверженные породы, не прикрытые тем или иным осадком.
Вот почему описываемые горные породы в качестве непосредственного субстрата принимают, как упомянуто выше, очень малое участие в создании и формировании почвенных образований. Мы их встречаем в качестве материнских почвообразующих пород главным образом в областях повышенного рельефа — в области, например, горных кряжей (на Кавказе, на Урале, в Приуралье и др.). Что касается других местностей, то изверженные породы в качестве материнских встречаются обычно на весьма небольших участках, вклинивающихся в область осадков в виде отдельных островков. Почвы, образовавшиеся на таких первичных горных породах, описаны для некоторых местностей южной и юго-западной части России. Далее, встречаются они в бассейне р. Камы, в бывш. Якутской, Амурской и Семипалатинской областях и др.
Аналогичные образования можно, далее, встретить на некоторых участках суши в областях тропиков. Благодарным в частности объектом для знакомства с такого рода почвами могут служить склоны некоторых оврагов, где имеет место смыв более новых геологических образований и где в силу этого на дневную поверхность непосредственно могут выступать подстилающие их первичные породы.
Почвы, формирующиеся на продуктах выветривания изверженных горных пород, представляют собой чрезвычайно интересный и поучительный объект для исследования: являясь на большую глубину однородными в петрографическом отношении индивидуумами, эти горные породы — в процессе почвообразования — дают обычно такую постепенную картину зарождения и формирования на них почвенного тела, которую нельзя не признать незаменимой для уяснения себе всей сущности почвообразовательного процесса: исследование морфологических особенностей всего профиля на всю глубину — вплоть до неизмененной процессами выветривания горной породы, соединенное с послойным химическим анализом, очень часто дает исключительную в этом отношении по демонстративности и поучительности картину, выявляя все детали тех химических и физико-механических изменений, которые пришлось претерпевать данной горной породе на пути превращения ее в почву.
Далеко не всегда такую поучительную картину дает нам исследование почв, формирующихся на осадочных породах. Нередко наблюдаемая в таких породах неоднородность петрографического, химического и механического состава отдельных входящих в состав этих пород горизонтов или слоев затрудняет часто и затемняет возможность правильного суждения о всех тех процессах элювия (вымывания), иллювия (вмывания, накопления) и т. п., которыми обычно сопровождаются процессы почвообразования.
2. Весьма ограниченное участие в создании почвенного покрова принимает и вторая группа горных пород, а именно группа метаморфических горных пород, т. е. тех, которые произошли из изверженных (а также и из осадочных) пород под влиянием глубинных горячих минерализованных вод, газа и т. п. (гнейсы, кристаллические, слюдяные, кремнистые и глинистые сланцы. филлиты, полевошпатовые амфиболиты и пироксенолиты и др.).
Описываемые породы, относясь к весьма древним геологическим образованиям, претерпевают в большинстве случаев судьбу изверженных пород: в результате явлений выветривания и сложных денудационных процессов они в большинстве случаев оказываются прикрытыми более поздними геологическими образованиями и разобщенными, таким образом, с элементами атмосферы, гидросферы и биосферы.
В качестве материнских почвообразующих пород описываемые породы встречаются опять-таки главным образом в горных местностях.
3. Преимущественную роль в процессах создания и формирования почвенного покрова земли играет та группа горных пород, которую обычно и составляют прикрытые изверженные и метаморфические породы — так называемые осадочные горные породы.
Как мы видели выше, продукты выветривания «первичных» и метаморфических пород обычно претерпевают в своей последующей судьбе процессы переноса (водой, ветром и пр.) и затем осаждения (на дне морей, озер, рек или непосредственно на суше). Эти последние отложения и представляют собой так называемые осадочные породы.
Этим термином обозначают, таким образом, все те отложения, которые выпали из растворенного или взвешенного состояния в воздушной или водной среде — в силу разнообразных химических реакций, или в силу тяжести, или, наконец, в результате жизнедеятельности организмов.
Осадочные породы представляют собой чрезвычайно большое разнообразие как по возрасту, так и по геологическому происхождению, составу и свойствам.
1. По месту образования различают осадочные породы морского, речного, озерного и пр. происхождения.
2. По способу образования и выпадения различают осадки химические («хемогенные», «лизигенные»), механические («обломочные», «кластогенные», «кластические») и органогенные.
В природе мы, однако, имеем дело в большинстве случаев с осадочными породами смешанного характера: химически образовавшийся осадок увлекает за собою и часть механически взвешенных суспензий, а в силу коагуляции (CM. ниже) способствует ускорению осаждения последних, выделяясь в осадок вместе с ними. Условным является также и выделение особой группы осадочных органогенных пород (т. е. тех из них, которые выпали из водной фазы в результате жизнедеятельности организмов), ибо последние очень часто не свободны от минеральных примесей, а минерогенные осадки — от органических соединений.
Сделав такую оговорку, укажем, что к химическим осадкам относятся карбонаты, сульфаты, кремнистые отложения, хлориды и др.
Осадки эти в природе подвергаются обычно сильной переработке водой (процессам большего или меньшего их растворения).
К механическим отложениям относятся пески и песчаники, кварциты, брекчии, щебень, конгломераты, различные глинистые породы (например, каолиниты, аллофаниты и др.), пыль, илы и пр.
Наконец, к органогенным отложениям относятся известняки, доломиты, отчасти мергели (т. е. глинисто-известковые породы), радиоляриевая земля («трепел»), диатомовая земля («кизельгур») и др.
3. В зависимости от характера тех денудационных процессов, которые дали начало описываемым отложениям, осадочные породы разделяются на:
Аллювиальные — отложения, выпавшие из проточных вод. Типичным представителем являются дельтовые образования в устьях рек.
К этому же типу аллювиальных отложений относятся и те наносы, которые оставляются водами рек в их долинах во время половодий и весен-. них разливов. Эти наносы дают начало тем материнским породам, на которых обычно формируются «почвы поемных лугов».
Эоловые (или аэральные, ветровые): дюны, барханные пески, лёсс и др.
Делювиальные — отложения, снесенные поверхностными водами с повышенных частей рельефа в пониженные. Особенно мощного развития достигают они в горных районах.
«Моренный ландшафт» северных областей России (наличие бугров, ледниковых гряд, котловин и пр.) также дает обильный материал для наблюдения отложений описываемого типа.
Te породы, из которых вынесены эти осадки, носят название элювиальных.
Ледниковые (дилювиальные); типичными представителями являются валунная глина и различные другие моренные образования, возникшие при деятельности проточных вод, получающихся от таяния ледников (такого рода отложения являются очень сходными с обыкновенными аллювиальными отложениями).
В заключение прибавим, что к осадочным образованиям надо отнести и различные вулканические рыхлые аггломераты (вулканические пеплы и пр.).
Все упомянутые выше отложения могут быть самого разнообразного геологического возраста. Хотя в качестве материнских почвообразующих пород мы можем иногда видеть и те из них, которые относятся к очень древним образованиям (например, породы девонского и пермского, а иногда еще более древних периодов, относящихся к палеозойской эре), тем не менее, по приведенным нами несколько выше соображениям, для почвоведа представляют особый интерес и важность те из осадочных пород, которые относятся к наиболее молодым поверхностным геологическим образованиям, а именно отложения четвертичной эры (другими словами, отложения ледникового и современного периодов). В частности по отношению к России мы должны сказать, что в создании и формировании почвенного ее покрова принимали почти повсеместно непосредственное участие именно четвертичные отложения.
Лишь в части области Среднего и Нижнего Поволжья, в некоторых участках Подолии и на небольшой площади в Донецком бассейне мы встречаем в качестве непосредственных почвообразователей дочетвертичные отложения.
Так как первоисточником вещественного состава осадочных пород являются изверженные породы, то в последующем изложении нам естественно следует первоначально обратиться к изучению химического состава именно изверженных пород, остановив внимание на наиболее распространенных и представляющих наибольший интерес для почвоведения минералах, входящих в состав упомянутых выше пород. Изучив эти минералы, мы перейдем к рассмотрению тех химических изменений, которые претерпеваются этими минералами в процессе их выветривания и формирования из них минеральной субстанции почв.

I. Минералы, представляющие собой свободный кремниевый ангидрид и его производные (силикаты)

Подобно тому как в мире органическом главнейшую роль играют соединения углерода, так в мире неорганическом, куда относятся горные породы и составляющие их минералы, важнейшее значение имеют соединения кремния.
Свободный кремниевый ангидрид (SiO2)
К этой группе относятся минералы: кварц, кремень (смесь кварца, с халцедоном — одной из полиморфных разностей того же ангидрида) и опал (кoллoиднaльнaя форма гидрата кремнезема).
Главнейший представитель этой группы — минерал кварц. Это — очень прочный и стойкий минерал: химически почти неизменяем; выветриваясь, претерпевает главным образом процессы механического раздробления. Этим объясняется тот факт, что в результате выветривания тех многочисленных горных пород, в состав которых он входит, продукты выветривания этих последних все более процентно обогащаются данным соединением. Особенно обогащенными кварцем являются продукты выветривания кислых горных пород, т. е. тех, которые содержат в своем составе свыше 65% кремнезема (граниты, кварцевые диориты, липариты, кварцевые порфиры и др.), почему эти продукты обычно имеют грубый механический состав — с большим содержанием песчаных фракций. Наоборот, основные горные породы, т. е. те, которые содержат очень мало кремнезема (габбро, диабазы, базальты, диориты и др. дают продукты выветривания более «нежные» и глинистые — с малым содержанием песчаных или других грубых фракций.
Производные кремниевого ангидрида (силикаты)
А) Простые силикаты (соли гидратов SiO2)
Простые силикаты являются солями
Материнские почвообразующие породы и главнейшие минералы, входящие в их состав

или, наконец, представляют собою продукты присоединения к этим солям (Вернадский; см. об этом ниже).
а) Средние соли ортокремниевой кислоты. Сюда относятся соединения типа;
R2SiО4, где R = Mg, Fe, Mn и др.;

второстепенную роль играют Ca и некоторые другие элементы.
Главнейшим представителем этой группы минералов является оливин, представляющий собой изоморфную смесь состава:
(Mg, Fe)2SiО4.

Минералы описываемой группы, поглощая большое количество воды, будучи неустойчивы, быстро изменяются в процессе своего выветривания; под влиянием кислот они разлагаются, выделяя SiO2 — в коллоидальной форме; в частности те из них, которые содержат соли закиси железа, образуют, кроме того, в толще земной коры гидраты окиси железа, поглощая из атмосферы кислород.
Минералы группы оливина входят в состав многих горных пород; базальтов, сиенитов, гнейсов, кристаллических сланцев и др.
б) Кислые соли ортокремниевой кислоты играют очень малое значение в жизни земной коры (например, минералы группы сепиолита).
в) Продукты присоединения к солям ортокремниевой кислоты.
Ортокремниевые соли — как средние, так и кислые — способны легко присоединять к своей частице «постороннюю группу» элементов, причем эта последняя нисколько не влияет на общий характер образовавшихся «продуктов присоединения», и ортокремниевое ядро вполне сохраняет все те характерные свойства, о которых мы упоминали выше (легкая изменяемость под влиянием воды, кислорода воздуха, разлагаемость под воздействием кислот и пр.).
Общая формула их: n*R2SiO4*q*A,

где А является «посторонней группой» элементов, находящейся, невидимому, в боковой цепи ортокремниевого ядра. Главнейшим представителем минералов описанной группы соединений является серпентин, имеющий состав:
Материнские почвообразующие породы и главнейшие минералы, входящие в их состав

Природные скопления серпентина являются главным образом в результате выветривания (под влиянием H2O и CO2) описанного выше минерала — оливина, а также в результате выветривания авгитов и роговых обманок (CM. ниже).
Средние соли метакремниевой кислоты. Сюда относятся минералы группы авгитов (пироксенов) и группы роговых обманок (амфиболов). Обе группы — весьма сложного состава, ибо все соли метакремниевой кислоты весьма легко способны образовать двойные соли. Основное ядро рассматриваемой группы соединений имеет состав.
RSiO3, где R = Mg, Fe, Ca, Mn и др.

В качестве примесей (которые механическим путем выделить из них нельзя) встречаем: различные алюмосиликаты (см. ниже), метасиликаты типа R2S1O3 (где R = Na или Н) и др.
Авгиты могут в процессе выветривания превращаться в роговые обманки; последние легко переходят в тальк, хлориты и др.
Минералы группы авгитов входят в состав целого ряда горных пород: диабазов, мелафиров, базальтов, андезитов и др. Минералы группы роговых обманок мы встречаем в сиенитах, диоритах, гранитах, некоторых гнейсах и др.
Кислые соли метакремниевой кислоты. Главным представителем минералов этой группы является минерал тальк, имеющий общую формулу:
3MgSiO2 * H2SiO3

(с небольшим количеством Ca, Mn и др). Входит в состав кристаллических сланцев и некоторых других метаморфических горных пород.
Продукты присоединения к солям метакремниевой кислоты (немногочисленные). Эта группа представлена минералами группы апофиллита общей формулы:
n * CaH2Si2O6 * А * m * Н2О,

где A = H, К, F, NH4.
При воздействии кислот легко разрушается — при выпадении порошковатого кремнезема.
Б) Сложные силикаты
Сложные силикаты представляют для познания процессов почвообразования сугубый интерес и имеют исключительное значение. «Как белковые тела играют в химии животных организмов первенствующую роль, так точно и сложные силикаты занимают первое место в общей химии земной коры» (В. Вернадский).
Согласно изысканиям названного автора, сложные силикаты представляют собой соли сложных (комплексных) кислот, которые в свою очередь являются производными комплексных ангидридов.
Идея о существовании сложных (комплексных) ангидридов (Гиббс, Вернадский) ныне может считаться прочно установленной. Известно ныне, что целый ряд окислов способны соединяться между собою, не давая солей, а образуя так называемые «комплексные» окислы. Последние обладают всеми свойствами простых окислов, способны давать соли с другими окислами («комплексные» соли) и пр.
Кремниевый ангидрид образует в земной коре целый ряд таких сложных ангидридов с большим количеством окислов — с Al2O3, Fe2O3, P2O5, TiO2 и др.
Гидраты сложного ангидрида m * Al2O3 n * SiO2 называются глинами. Последние являются, таким образом, свободными кремнеглиноземистыми кислотами.
Главнейшим представителем глин является каолин (к этой же группе минералов относятся пирофиллит, галлуазит, аллофан и др.).
Общая формула каолина: H2Al2Si2O8 * H2O.
Характерной чертой всех глин является чрезвычайная прочность и устойчивость частицы H2Al2Si2O8 — так называемого «каолинового ядра» (Вернадский). Структурная формула этого ядра:
Материнские почвообразующие породы и главнейшие минералы, входящие в их состав

При целом ряде химических реакций, которые претерпеваются алюмо-силикатами, каолиновое ядро остается неизменным. К этому вопросу мы вернемся еще несколько ниже.
После всех этих предварительных сведений мы можем уже непосредственно перейти к ознакомлению со сложными силикатами, являющимися, как нам теперь уже известно, солями сложных (комплексных) кислот.
Важнейшими из сложных силикатов являются те, которые являются производными комплексных ангидридов общей формулы:
P * R2O3 * q * SlO2;

если R =Al, то такие соединения носят название алюмосиликатов; если R = Fe, то мы имеем пример так называемых феррисиликатов.
Алюмосиликаты
Наиболее распространенными представителями алюмосиликатов являются минералы группы полевых шпатов. Сюда относятся минералы:
Ортоклаз (KgAl2Si6O16),
Альбит (Na2Al2Si6O16),
Анортит (CaAl2Si2O8) и др.
Полевые шпаты являются чрезвычайно распространенными в земной коре минералами.
К алюмосиликатам относится и ряд других представителей: минералы группы лейцита (производные кислоты H2Al2Si4O12), имеющие общую формулу
K2Al2Si4O12;

минералы группы факелита (производные кислоты H2Al2Si2O8) — общей формулы K2Al2Si2O8 и др.
Минералы группы полевых шпатов, лейцита и факелита неустойчивы на земной поверхности и легко разрушаются, превращаясь в конце концов в глины.
Чрезвычайно распространенными минералами из семейства алюмосиликатов являются, далее, слюды, представляющие собой одну из наиболее существенных составных частей очень многих горных пород (гранитов, гнейсов, сланцев и др.).
Слюды имеют очень сложный состав. Последний заключает в себе свыше 30 различных элементов. Общая формула их может быть выражена следующим образом:
р * (К, H)2Al2Si2О8 * q * А * n * H2O

(в состав группы А входят галоидные элементы (Li, F, Na, Fe, Mn, Si, H и др.).
Основным же ядром всех слюд является алюмосиликат каолинового строения — типа:
(K,H)2Al2Si2P8.
Na Fe
Li Mn

Главнейшими представителями группы слюд являются минералы: мусковит (богатый К) и биотит (богатый Mg и Fe).
Все слюды неустойчивы и легко превращаются в глины.
Весьма распространенными минералами из семейства алюмосиликатов являются, наконец, цеолиты. Последние имеют очень сложный состав и представляют собой растворы воды в твердом алюмосиликате . Сюда относятся минералы:
Анальцим NaAl(SiO3)2 * Н2О,
Томсонит (Ca,Na2)2Al4(SiO4)4 * 5Н2О,
Натролит Na2Al2Si3O10 * 2Н2О.
Шабазит (Ca, Na2)Al 2(SiO3)4 * 6Н2О и др.
В дальнейшем мы остановимся кратко на рассмотрении тех минералов, которые играют в почвообразовании более второстепенную роль.
II. Минералы, представляющие гобой производные угольного ангидрида

Сюда относятся следующие минералы:
Кальцит (известковый шпат) — СаСО3, кристаллизуется в гексагональной системе; входит в состав таких горных пород, как известковые туфы, различные известняки, мрамор и др.;
Арагонит — минерал того же состава, но кристаллизуется в ромбической системе;
Магнезит (горький шпат) — минерал состава MgCO2;
Доломитовый шпат — смесь MgCO3 и CaCO3 и
сидерит (железный шпат) — состава FeCO3.
III. Минералы, представляющие собой производные фосфорного ангидрида

Апатит — изоморфная смесь — Ca(F,Cl)2 * Са4(РО4)3.
Вивианит — Fe3(PО4)2 * 8H2O.
IV. Минералы, представляющие собой производные серного ангидрида

Гипс — CaSО4 * 2H2O.
Ангидрит — CaSO4.
V. Минералы, представляющие собой сернистые соединения

Пирит (серный колчедан) — FeS2 (правильной системы). Марказит — минерал того же состава (ромбической системы).
VI. Минералы, представляющие собой окислы — Fe2O3 и Al2O3

Fe2O3:
Гематит, имеющий состав Fe2О3. Имеются две разновидности его: ясно-кристаллической формы — железный блеск и скрыто-кристаллической формы — красный железняк.
Магнетит (магнитный железняк) — 2(FeO * Fe2O3). Лимонит (бурый железняк) — Ге4O3(OН)6.
Tурьит — Fe4O3(OH)2. Al2O3:
Корунд — Al2O3.
Гидраргиллит — Al2O3 * 3H2O.
Боксит — Al2O3 * 2Н2О.
На этом мы заканчиваем рассмотрение тех главнейших и наиболее распространенных минералов, которые входят в состав изверженных пород.
Для того чтобы выяснить теперь состав пород осадочного типа, генезис каковых, как нам известно, связан с предварительным разрушением и химическим изменением изверженных пород, а вместе с тем и в целях возможно более приблизиться к непосредственному выяснению химического состава и свойств минеральной части почв, мы, естественно, должны в дальнейшем рассмотреть характер тех химических изменений, которые могут претерпеваться в процессе выветривания минералами, входящими в состав изверженных пород и являющимися, как нам уже известно, первоисточником вещественного состава как главнейших материнских пород, так и самой минеральной субстанции почв.