Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


18.05.2015

Все те многообразные химические изменения, которым в природной обстановке обычно подвергаются рассмотренные нами выше минералы, могут быть сведены к некоторым типичным реакциям.
В дальнейшем мы рассмотрим явления так называемого простого выветривания минералов, т. е. те изменения, которые минералы претерпевают под воздействием столь обычных природных факторов, как кислород воздуха, углекислота и вода — в отдельности или при одновременном их воздействии в том или ином сочетании.
Исходя из приводимых нами ниже схем выветривания минералов, не трудно нарисовать себе картину возможных процессов выветривания и горных пород, которые, как известно, представляют собой агрегаты тех или иных минералов.
Процесс окисления. Простейшим примером непосредственного присоединения кислорода может служить весьма распространенный случай перехода магнетита (соединение закиси — окиси железа) в красный железняк (гематит — соединение окиси железа):

4Fe3O4 + O2 = 6Fе2О3.

Гематит, будучи неустойчивым, легко далее превращается, в процессе гидратизации (см. ниже), в различные гидраты окиси железа.
Большое значение для уяснения некоторых явлений почвообразования имеет, далее, реакция превращения пирита (серного колчедана) или марказита в сернокислую соль железа и образования при этой реакции частицы свободной серной кислоты:
FeS2 + 7O + H2O = FeSO4 + H2SO4.

Соль FeSO4, будучи нестсйксй, легко переходит далее в гидраты окиси железа (типа лимонита), а серная кислота, реагируя с основаниями окружающих минералов и пород (с Ca, Mg и др.), может служить источником образования различных сульфатов.
Аналогичным путем идет окисление закисного железа — вивианита и др.
Процесс окисления и декарбонатизации. Некоторые углекислые соединения при процессах окисления «декарбонатизируются», т. е. выделяют углекислый газ.
Так, например, сидерит, переходя при воздействии кислорода воздуха в окись железа (красный железняк) и, далее, в гидраты окиси железа (см. ниже), одновременно отщепляет углекислый газ:
4FеСО3 + O2 = 2Fе2О3 + 4СO2.

Процесс гидратизации. Вода является чрезвычайно важным фактором выветривания минералов. С одной стороны, она вызывает превращение безводных окисей в те или иные гидраты:
Fe2O3 (красный железняк) + 3H2O = 2Fe(OH)3;
4Fе3O4 (магнетит) + 18H2O + O2 = 12Fе(OН)3 и т. д.

Аналогично гидратизируется (но медленнее) корунд (Al2O3).
С другой стороны, вода оказывает непосредственно растворяющее действие на составные части породообразующих минералов и тем самым способствует выносу их из выветривающейся породы. Процессы эти играют в природе огромную роль — особенно если иметь в виду, что природная вода всегда содержит в себе такой энергичный реактив как растворенный углекислый газ. Такой судьбе подвергаются в природе в широком масштабе минералы, представляющие собой карбонаты, т. е. производные угольного ангидрида (кальциты, арагониты и др.), сульфаты — производные серного ангидрида (гипс, глауберова соль Na2SO4*10H2O и др.) и хлориды (NaCl, KCl, CaCl2 и др.).
Наконец, непосредственно присоединяясь к безводным минералам, вода превращает их в водные и тем самым часто в корне изменяет их физические свойства, растворимость и пр.
CaSO4 (ангидрит) + 2H2O = CaSO4 * 2H2O (гипс).

Гипс благодаря своей растворимости в воде может принимать деятельное участие в дальнейших процессах взаимодействия с продуктами выветривания других минералов.
Ho наиболее важным воздействием, производимым водой на минералы, является, несомненно, гидролиз последних, сопровождающийся разложением их и влекущий за собою часто глубочайшие изменения в химическом составе и химических свойствах этих минералов.
Такое разлагающее действие воды обусловливается, как известно, той частью последней, которая диссоциирована на ионы H+ и ОН-. Эта электролитическая диссоциация воды влечет за собою реакцию обмена между теми или другими основаниями минерала и ионом H воды, что сопровождается часто коренным изменением всех химических свойств данного минерала.
Если же принять во внимание, что воды как химического индивидуума в природе не существует и что она всегда содержит в своем составе, на ряду с другими растворимыми в ней соединениями, также и углекислоту, увеличивающую в воде концентрацию водородных ионов (pH), то ясно, что разлагающее действие воды на минералы часто должно сопровождаться действительно полным изменением всех их химических. свойств.
С многочисленными примерами такого разлагающего действия воды на почвообразующие минералы нам в дальнейшем придется неоднократно встречаться при изучении почвообразовательного процесса различных почвенных типов, пока же ограничимся для иллюстрации всего вышесказанного лишь наиболее характерными примерами из области тех изменений минералов, которые можно назвать процессами их каолинизации, процессами озмеевикования (серпентинизации) и процессами оталькования.
Процессы каолинизации. Все полевые шпаты, являющиеся, как нам уже известно, наиболее распространенными представителями алюмосиликатов и играющими исключительную роль в процессах почвообразования, при воздействии воды и углекислоты дают в качестве одного из продуктов выветривания каолин (или его разновидность— аллофан), т. е. свободную кремнеглиноземистую кислоту:
Химическое и физическое выветривание главнейших почвообразующих минералов

Необходимо отметить, что распадение полевых шпатов под воздействием водородных ионов диссоциированной молекулы воды и углекислоты идет сложнее, чем предоставлено (для схематизации общего положения) выше: замещение основания минерала водородом протекает постепенно, и все полевые шпаты, прежде чем превратиться в каолин, проходят через стадию кислых солей (типа слюд; в случае ортоклаза — через KH*Al2Si6O16). Постепенно протекает и процесс отщепления кремнезема; получающаяся в результате полного замещения в ортоклазе калия водородом кремнеглиноземистая (или алюмокремневая) кислота (H2Al2Si6O16), будучи нестойкой, разлагается в процессе выветривания и, превращаясь в каолин (H2Al2Si2O8*H2O), выделяет 4 частицы кремнезема.
Судьба всех образовавшихся продуктов выветривания полевых шпатов различна — в зависимости от окружающих условий: так, образующийся при выветривании ортоклаза и альбита свободный кремнезем, выделяясь в коллоидной форме (в виде гидрата — SiO2n*H2O), может в дальнейшем подвергнуться или вымыванию, или же выпадает в виде аморфного осадка, который, теряя воду, превращается в конце концов в тонкокристаллический кварц (у менее кислых полевых шпатов, т. е. более бедных кремнеземом, как, например, у упомянутого выше анортита, отщепления кремнезема не происходит).
Судьба отщепляющихся углекислых щелочей и щелочных земель также различна: они могут или вымываться, или, наоборот, все более концентрироваться в коре выветривания.
Что касается, наконец, каолина, то характерной чертой всех глин является, как мы о том говорили несколько выше, чрезвычайная прочность и устойчивость заключающегося в них «каолинового ядра». Лишь, при воздействии очень высокой температуры, или при наличии очень сильных химических реактивов, или вообще при особо большом проявлении энергии процесс дальнейшего разрушения каолинового ядра может итти. вплоть даже до распада его на отдельные, составляющие его окислы, т. е. до кремнезема и гидрата глинозема.
Впрочем, исследования Вернадского показали, что разрушение каолинового ядра может легко совершаться и при обычной температуре: реакция эта идет, однако, при непременном участии некоторых мельчайших организмов (например, диатомовых). Приняв эту точку зрения, надо признать, что такой биохимический процесс разрушения чрезвычайно прочной, по существу, связи между глиноземом и кремнеземом должен совершаться в природе, повидимому, в значительно более широком масштабе, чем мы о том предполагали. В частности нам придется встретиться с этим явлением при изучении почв тропического климата.
Процессам каолинизации легко также подвергаются — под воздействием воды и углекислого газа — и другие весьма распространенные в природе минералы, а именно слюды. Чтобы уяснить себе это положение, достаточно вспомнить, что упомянутые минералы, несмотря на большую* сложность их химического состава, основным ядром имеют алюмосиликат каолинового же строения:
Химическое и физическое выветривание главнейших почвообразующих минералов

Аналогичные же изменения претерпевают при выветривании минералы групп лейцита, факеллита, нефелина (представляющего собой продукт «присоединения» к солям глин), а также цеолиты.
Таким образом, мы можем процессы каолинизации считать теми превращениями, которые претерпеваются под влиянием воды и углекислоты всеми представителями сложных силикатов, чем подчеркивается повсеместное распространение описанных превращений и сугубое значение их в познании нами процессов почвообразования.
Процессы озмеевикования (серпентинизации). Процессы превращения некоторых простых силикатов в змеевик (серпентин) также могут служить примером того глубокого разлагающего действия на минералы, которое производится ионами диссоциированной молекулы воды и углекислоты. В качестве такого примера приведем случай выветривания минералов группы оливина (Mg, Fe)2SiО4 (средняя соль ортокремниевой кислоты)
Химическое и физическое выветривание главнейших почвообразующих минералов

Выделяющийся при этой реакции кремнезем выпадает в виде опала, превращающегося с течением времени в кварц. Что же касается FeCO3, то последнее соединение, как нам уже известно, легко превращается под влиянием воды и кислорода воздуха в аморфный гидрат окиси железа. Необходимо отметить, что и образовавшийся при описанном типе выветривания змеевик (в форме волокнистой его разновидности — хризотила) не остается неизменным: под влиянием водородных ионов воды (и углекислоты) змеевик переходит постепенно в гидрат кремнезема (опал) и углекислую соль магния:
Химическое и физическое выветривание главнейших почвообразующих минералов

Аналогично протекает в природе выветривание и средних солей мета-кремниевой кислоты, например, авгитов (пироксенов) и роговых обманок (амфиболов).
Процесс оталькования. Упомянутые нами выше минералы группы авгитов (пироксенов) и роговых обманок (амфиболов), выветриваясь при иных условиях, могут послужить, образованию талька (кислая метакремниевая соль):
Химическое и физическое выветривание главнейших почвообразующих минералов

Образовавшийся в процессе выветривания тальк не остается в дальнейшем неизменным: под влиянием воды он, подобно серпентину, постепенно превращается в гидрат кремнезема (опал) и углекислую соль магния.
Объединяя все те многообразные превращения, которые претерпеваются при выветривании простыми и сложными силикатами и которые были нами сведены к процессам каолинизации, серпентинизации и оталькования, мы можем сделать заключение, что разлагающее действие на упомянутые минералы воды (и углекислоты) протекает, в сущности говоря, по одному типу: все силикаты (простые и сложные), прежде чем превратиться в кислоту (гидраты кремнекислоты и каолин), постепенно проходят стадию кислых солей — с вытеснением имеющихся в их составе оснований в виде углекислых солей.
Мы ознакомились с теми многообразными превращениями, которые претерпеваются в процессе своего выветривания главнейшими входящими в состав изверженных пород минералами под влиянием столь «обычных» в природе агентов, как вода, кислород воздуха и углекислый газ.
К вышесказанному необходимо добавить, что одновременно с изменением своего химического состава и своих химических свойств упомянутые минepaлы претерпевают при этом и целый ряд изменений физико-механического порядка (объединяемых обычно наименованием явлений «механического выветривания» — в отличие от вышерассмотренных явлений «химического выветривания»). Так, под влиянием колебаний окружающей температуры, обтачивающего действия текучей воды, разрушающего действия замерзшей воды, ударов потоков движущегося воздуха и пр. горные породы и му;нералы, входящие в их состав, могут испытывать различные степени механического разрушения, раздробления, распыления и т. д.
Интенсивность проявления таких явлений механического выветривания находится, с одной стороны, в тесной связи с физической прочностью выветривающихся минералов, с другой — с наличием в окружающей природной обстановке соответствующих агентов выветривания и степенью их выраженности. Например, в пустынных областях и арктических странах благодаря наблюдаемым там резким колебаниям температуры механическое выветривание выражается в более резкой форме, чем в широтах умеренных; в холодных в частности странах мы наблюдаем, далее, чрезвычайно резкие явления выветривания под влиянием замерзающей воды и т. д.
Обе рассмотренные категории явлений обычно сопутствуют друг другу: механическое выветривание той или иной породы, увеличивая поверхность соприкосновения ее с агентами химического выветривания, способствует и более энергичному изменению ее химической структуры; в свою очередь химическое выветривание той или другой породы сопровождается часто полным механическим ее разрушением.
Исходя из тех схем выветривания отдельных минералов, которые были приведены нами выше, не трудно нарисовать себе картину возможных процессов выветривания и самих изверженных горных пород, ибо последние, как мы видели, представляют собой не что иное, как агрегаты тех или иных первичных минералов, почему мы и считаем возможным на этом вопросе не останавливаться.
Нами было выше отмечено, что главнейшими почвообразующими материнскими породами служат породы осадочного типа. Последние, как нам известно, являются в результате предварительного разрушения и химического изменения пород изверженных (и метаморфических) и последующего их переноса и отложения в водной или воздушной среде.
Принимая во внимание это обстоятельство, мы можем сделать заключение, что в составе осадочных пород можно встретить три группы минералов:
1. Минералы реликтовые (первичные, протогенные).
Это — те минералы, которые входят в состав первоначальной изверженной породы и которые, в силу своей сравнительной стойкости и прочности или в силу недостаточной напряженности агентов выветривания, сохранились в химическинеизмененном виде (испытав при процессах выветривания и последующих денудационных процессах явления лишь механической дезинтеграции) С главнейшими из этих минералов мы ознакомились выше.
2. Минеральные соединения, представляющие собой разнообразные продукты химического изменения упомянутых выше первичных минералов — в виде разнообразных кислых солей силикатов и алюмосиликатов, а также свободных алюмокремниевых кислот (глин), далее — кварца и его модификаций (опала, халцедона), некоторых карбонатов, гидратов (коллоидальных) железа, глинозема и др.
3. Минеральные соединения, выпадающие из растворов в результате тех или иных происходящих в процессе выветривания реакций (галоидные соли, сульфаты, некоторые карбонаты, кремнистые отложения, некоторые бурые железняки и др.).
Вторую и третью группу минералов можно назвать вторичными минералами (дейтерогенными) или минералами-новообразованиями, присущими только осадочным породам. В зависимости от целого ряда окружающих условий — климатических особенностей местности, способов образования данной осадочной породы, «возраста» последней и пр. — качественный состав всех упомянутых выше компонентов и их количественные соотношения могут, конечно, вариировать в самых широких размерах.
Co стороны химической мы можем отметить следующие характерные особенности химического состава осадочных пород по сравнению с составом изверженных.
1. Осадочные породы в общем богаче изверженных пород кремнеземом (в силу инертности и прочности данного соединения)
2. В них молекулярные количества глинозема в подавляющем большинстве случаев больше суммы CaO+Na2O+K2O (в силу большей подвижности и растворимости одноокисей по сравнению с глиноземом). В породах изверженных соотношения эти — обратные.
3. В породах осадочных калий преобладает над натрием (отчасти вследствие большей подвижности этого последнего по сравнению с калием, отчасти в силу большой адсорбции калия коллоидальной глиной). В изверженных породах чаще наблюдается обратное соотношение.
4. В породах осадочного типа мы видим преобладание MgO над CaO (вследствие большей подвижности соединений кальция). В изверженных породах обычно наблюдается обратное соотношение.
5. В осадочных породах наблюдается концентрация тех редких элементов (серы, хлора, фосфора, титана, бария и др.), которые, вообще говоря, находятся в состоянии большого рассеяния в земной коре. Явления эти обусловливаются жизнедеятельностью различных организмов и могут достигать в земной коре весьма существенных размеров (участие раковин, панцирей и других скелетных образований в строении карбонатных и кремнистых пород, участие различных организмов в накоплении марганцовых и др. руд и т. д.).
Что касается, наконец, механического состава осадочных пород, то в этом отношении последние представляют чрезвычайное разнообразие. По крупности составляющих эти породы зерен они подразделяются на: пелитовые (иловатые, пылеватые) породы (глина, илы и т. п.), псамитовые, (песчаные) и псафитовые породы (щебневатые, галечные и т. п.).
В частности осадочные породы представлены бывают в природе:
1. Песками. Под этим наименованием понимаются рыхлые скопления различных горных пород и минералов величиной от 0,05 до 3 мм (мелкий песок, средний песок, крупный песок). Пески бывают самого разнообразного геологического происхождения (аллювиального, дюнного, моренного и пр.). Co стороны минералогической пески представляют собой также большое разнообразие: кварцевые пески, полевошпатовые,, слюдяные, глауконитовые и др.
2. Глинами. Так называются скопления мельчайших частиц различных горных пород и минералов, диаметром меньше 0,005 мм, отличающихся большою связностью в сухом состоянии и большой пластичностью — во влажном. Глины так же, как и пески, могут быть самого разнообразного геологического происхождения и минералогического состава.
3. Суглинками. Под этим наименованием понимаются как бы переходные образования от песков к глинам. В зависимости от того, преобладают ли в этих породах мельчайшие (глинистые) частицы или более крупные (песчаные), различают суглинки: тяжелые, средние, легкие. При преобладании песчаных частиц мы имеем супеси, являющиеся уже переходными образованиями к пескам.
4. Мергелями. Так называются горные породы, представляющие собой смесь глины, песка и углекислой извести (глинистые мергеля, песчаные, известковые — в зависимости от преобладания в их составе того или другого ингредиента).
5. Лёссами. Это — те осадочные породы, которые образовались эоловым путем (например, туркестанский лёсс). Благодаря тому, что ветер не в состоянии поднимать и переносить на далекие расстояния крупные частицы и, с другой стороны, что слишком мелкие обычно остаются висящими в воздухе и осаждаются лишь во влажных местностях — одновременно с атмосферными осадками, лёссы отличаются большим однообразием своего механического состава, а именно: в них преобладают обычно частицы величиной от 0,0015 до 0,05 мм. Как со стороны минералогической, так и химической лессы также представляют собой довольно большое разнообразие. Нельзя, однако, не подчеркнуть общее для них всех свойство — большое богатство углекислой известью.
6. Лёссовидными суглинками. Этим наименованием называют все те суглинки, которые сравнительно богаты углекислой известью и отличаются, как и лессы, нежным сложением и пористостью.
На этом мы заканчиваем рассмотрение генезиса и химико-минералогического состава осадочных горных пород, являющихся наиболее распространенными материнскими почвообразующими породами.
Обобщая всe те сведения, которые были даны нами выше, и подводя им общий итог, мы можем, таким образом, видеть, что процессы выветривания минералов, наиболее часто входящих в состав материнских почвообразующих пород и являющихся источником формирования минеральной субстанции почв, выражаются в постепенном образовании таких соединений, как окислы, их гидраты и простые соли различных кислот, — в частности щелочные и щелочно-земельные металлы оказываются в конечном итоге в соединении с различными кислотами, а полуторные окислы дают безводные и водные окиси. Что касается в частности глинозема, то это соединение. однако, более часто накопляется в продуктах выветривания в виде более сложного и стойкого соединения — каолина, ибо глинозем, как мы видели выше, весьма трудно отщепляется от двуокиси кремния. Наконец, этот последний выделяется при выветривании силикатных минералов в виде кварца и его модификаций (опала, халцедона).
Прибавим к сказанному, что в состав минеральной части почв могут входить также и те соединения, которые занимают промежуточное положение между первичными минералами и продуктами их полного распада (см. выше) и, наконец, отдельности этих первичных минералов.
По мере дальнейшего развития процессов выветривания осадочных горных пород под влиянием элементов «неживой природы», т. е. под влиянием элементов атмосферы и гидросферы, породы эти начинают постепенно приобретать комплекс таких химических и физико-механических свойств и особенностей, что они становятся уже пригодными для поселения на них, растительности и связанного с последней животного населения. Тот этап эволюции выветривающейся горной породы, когда последняя начинает приобретать способность обеспечивать развитие растений — путем накопления в себе комплекса новых свойств, определяющих собою элементы плодородия, — мы можем считать началом собственно почвообразования.
Дальнейшая стадия в развитии этого нового природного образования — почвы — определяется сложнейшим комплексом беспрерывно текущих процессов взаимодействия между составными частями продуктов выветривания горных пород и поступающими в последние многообразными продуктами жизнедеятельности поселяющихся в выветривающейся горной породе растений, животных и продуктами их разложения. Эти процессы взаимодействия, в общей сумме определяющие собой всю дальнейшую эволюцию почвенного образования, протекают в непосредственной и самой тесной связи с целым рядом окружающих данное почвенное образование факторов (так называемых «почвообразователей», «факторов почвообразования»).
Таким образом, процессы превращения той или иной горной породы в почву подразумевают непременное участие в этих явлениях элементов биосферы — как живых ее представителей, так и продуктов их разложения, беспрерывно поступающих в поверхностные горизонты выветривающейся породы.
В процессе своего формирования и развития почва начинает приобретать целый ряд своеобразных, только этому телу присущих физико-химических свойств и особенностей, начинает жить своеобразным, только этому телу присущим комплексом биохимических явлений и превращений, а в связи со всем этим приобретать и целый ряд своеобразных, только этому телу присущих морфологических особенностей и свойств.
Исследованием многосложных явлений взаимосвязи между элементами биосферы и продуктами выветривания безжизненной горной породы и в частности изучением многосложных процессов взаимодействия продуктов разложения этих элементов с минеральной субстанцией горной породы ясно очерчивается специфичность и особенность работы почвоведа и резко подчеркивается оригинальность внутреннего содержания сферы его компетенции по сравнению со сферой интересов геолога и петрографа, устремляющих свою исследовательскую мысль в сторону изучения явлений главным образом «неорганического» выветривания.
Ближайшим и наиважнейшим следствием внедрения в толщу выветривающейся горной породы элементов биосферы и продуктов их разложения является синтез в этой толще сложных органических и органо-минеральных соединений, наличие каковых обусловливает начало целого ряда своеобразных процессов — физико-химического и биохимического порядка, столь характерных для почвенной именно среды.
Прежде чем перейти к непосредственному изучению состава и свойств этих специфических для почв новообразований, мы дадим предварительно общую характеристику явлений воздействия элементов биосферы на минеральный остов почвообразующих, горных пород.