Почвоведение Лес, СПС

ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЛИТОСФЕРЫ И ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД

 

Любая почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз. На химический состав почвы определяющую роль оказывает твердая фаза, которая является основной как по массе, так и по объему. Твердая фаза, в свою очередь, состоит из обломков минералов, горных пород и органического вещества. На минеральную часть приходится 90-98% от массы твердой фазы и на органическую – только 2-10%. Поэтому химический состав почв определяется химическим составом его минеральной части, т.е. из каких минералов и горных пород она состоит. В литосфере встречается около трёх тысяч минералов, но основную их массу составляют лишь 10-20 видов. Именно они, после попадания в осадочную зону, образовали почвообразующие породы, на которых, в свою очередь, сформировались почвы.

Осадочные породы сформировались в результате химического, физического, а позднее и биологического выветривания излившихся пород в верхнем слое литосферы и представляют собой смесь первичных и вторичных минералов. Поскольку первичные минералы обладают различной устойчивостью к выветриванию, то в осадочной зоне произошло изменение минералогического состава по сравнению с магматическими породами, что, в свою очередь, привело к изменению химического состава пород. Содержание того или иного первичного минерала находится в прямой зависимости от его прочности к выветриванию. Поэтому в осадочных породах происходило относительное накопление кварца, его содержание увеличилось в несколько раз, зато уменьшилось количество полевых шпатов, роговых обманок и слюд. В осадочных породах появились вторичные минералы, которые отличаются от первичных меньшим количеством кремнезема, большим количеством химически связанной воды, окисей алюминия и железа, иногда калия и магния.

Кроме выветривания, в осадочной зоне протекала механическая сортировка частиц по размеру в результате различных геологических процессов (геологической деятельности моря, ветра, ледников, текучих водных потоков и т.д.). А так как разные минералы находились в разных фракциях, то также происходили дальнейшие изменения минералогического состава. Мы уже знаем, что полевые шпаты, и особенно кварц, разрушаются только до частиц песка, роговые обманки и слюды до пыли, а вторичные минералы все находятся в илистой фракции. Естественно поэтому, чем тяжелее гранулометрический состав, тем меньше в породе первичных минералов с высоким содержанием кремнезема и выше содержание глинистых минералов с высоким содержанием полуторных окислов, окиси Mg, Ca и химически связанной воды.

Минералогический состав пород определяет их химический состав. Так как в осадочных породах на первое место вышел кварц, на второе – полевые шпаты, то на первом месте среди химических элементов так и остался кислород, на втором месте кварц. Но его количество возросло на несколько процентов, несколько уменьшилось количество K, Na, Ca, Mg за счет разрушения сложных минералов и выноса продуктов распада из зоны выветривания. Количество полуторных окислов существенно не изменилось.

 

 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

 

При превращении почвообразующей породы в почву происходили дальнейшее изменения её химического состава.

Главные особенности химического состава почв: 

1) присутствие органических веществ и в их составе специфической группы – гумусовых веществ; 

2) разнообразие форм соединений отдельных элементов; 

3) непостоянство (динамичность) состава во времени.

В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы. Средние цифры, показывающие содержание отдельных элементов в литосфере и почвах, по предложению академика А. Е. Ферсмана, стали называть кларками (в честь американского геохимика Ф.У. Кларка, впервые вычислившего в 1889 г. средний химический состав земной коры).

Содержание отдельных химических элементов в литосфере и почве колеблется в широких пределах (табл. 1).

 

    Таблица 1- Содержание (в весовых процентах) химических элементов в литосфере и почвах (по А.П. Виноградову)

 

Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2 %), более чем на четверть из кремния (27,6 %), далее идут алюминий (8,8 %), железо (5,1 %), кальций, натрий, калий, магний (до 2-3 % каждого). Восемь названных элементов составляют более 99 % общей массы литосферы. Такие важнейшие для питания растений элементы, как углерод, азот, сера, фосфор занимают десятые и сотые доли процента. Еще меньше в земной коре микроэлементов.

Поскольку минеральная часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сходство почвы с литосферой по набору и относительному содержанию отдельных химических элементов. Как в литосфере, так и в почве на первом месте стоит кислород, на втором – кремний, затем алюминий, железо и т.д.

Однако в почве по сравнению с литосферой в 20 раз больше углерода и в 10 раз больше азота. Накопление этих элементов в почве связано с жизнедеятельностью организмов, в которых содержится углерода 18 %, азота 0,3 % на живое вещество (по А.П. Виноградову).

В почве больше, чем в литосфере, кислорода, водорода (как элементов воды), кремния и меньше алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия и других элементов, что является следствием процессов выветривания и почвообразования.

Таким образом, почвы наследуют геохимические черты исходного материала почвообразующих пород: богатство породы кремнеземом (песчаные и супесчаные почвообразующие породы) сказывается на его содержании в почве; почвы, развивающиеся на карбонатных породах, содержат в своём составе  карбонаты; на засоленных – легкорастворимые соли и т.д. Однако материнская порода в процессе почвообразования меняется, в зависимости от типа почвообразования происходит:

1)    Изменение в содержании и распределении по профилю различных химических элементов. Каждый тип почв приобретает характерную дифференциацию на горизонты с определенным химическим составом (материнская порода однородна). Пример: дерново-подзолистые и черноземные почвы.

2)    Для всех почв характерно накопление органического вещества в верхней части профиля, с которым связана биогенная аккумуляция биологически важных элементов – углерода, азота, фосфора, калия серы, кальция. Характер и масштаб изменений обуславливаются факторами почвообразования.

3)    Химический состав почв постоянно изменяется в соответствии с непрерывностью процессов почвообразования и выветривания.

В почвах содержатся практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Na, Si, Co. Из них 16 элементов (кроме C, H, O) относятся к минеральным, так как углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО₂, О₂ и Н₂О. Содержание элементов питания в почвах, в большинстве случаев не высокое и зависит от типа почв, содержания гумуса и гранулометрического состава.

Какая фаза определяет химический состав почвы?