Почвообразующие породы

Содержание

 

 

Введение………………………………………………………………………..3

1. Химические соединения в почве……………………………………….….4

2. Почвообразующие породы…………………………………………………9

Заключение …………………………………………………………………...18

Список использованной литературы………………………………………..20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных  веществ. По химическому составу  она существенно отличается от исходных почвообразующих пород.

Главные особенности  химического состава почвы - присутствие  органических веществ и в их составе специфической группы - гумусовых веществ, разнообразие форм соединений отдельных элементов и непостоянство (динамичность) состава во времени

Источник минеральных  соединений почвы - горные породы, из которых  слагается твердая оболочка земной коры литосфера. Органические вещества поступают в почву в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов, населяющих почву. Взаимодействие минеральных и органических веществ создает сложный комплекс органо -минеральных соединений почв.

Минеральная часть составляет 80 - 90 % и более массы почв и только в органогенных почвах снижается  до 10 % и менее.

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). Изучение почв с геохимической точки зрения было начато академиком В.И. Вернадским в 1911 г.

 

 

 

 

 

 

1. Химические соединения в почве

 

Химические элементы, взаимодействуя между собой, приводят к возникновению химических новообразований  в почве - результат химических процессов, которые приводят к возникновению  различного рода соединений. Эти соединения могут или осаждаться на месте образования, или, перемещаясь с почвенным раствором в горизонтальном и вертикальном направлениях, выпадать на некотором (иногда значительном) расстоянии от места своего возникновения.

По форме химические новообразования разделяют на выцветы и налеты; корочки, примазки, и потеки; прожилки и трубочки, конкреции. Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями, гипсом, углекислой известью, оксидами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами.

Цвет почвы определяется окраской тех веществ, из которых  она слагается. Важные для окраски  почв следующие группы веществ:

1. гумус;

2. соединения железа;

3. кремнекислота, углекислая  известь.

Гумусовые вещества обусловливают  черную, темно-серую и серую окраски. Соединения оксидов железа окрашивают почву в красный, оранжевый и  желтый цвета, закиси железа - всю почву  или отдельные горизонты или  участки окрашивает в сизые и  голубоватые тона. Встречающийся, например, в болотных почвах вивианит: [Fe3(PO4)2 . 8H2O] придает им зеленовато-голубой оттенок. Кремнезем (SiO2), углекислый кальций(CaCO3) и каолинит (H2Al2Si2O8 . H2O) обусловливают белую и белесую окраски. В ряде случаев заметную роль в приобретении почвы белесоватых оттенков могут играть гипс(CaSO4 . 2H2O) и легко растворимые соли (NaCI, Na2SO4 . 8H2O и др.).

Минеральная часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сходство почвы с литосферой по 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 связано с жизнедеятельностью организмов, в которых содержится углерода 18%, азота 0,3% на живое вещество (по А. П. Виноградову).

В почве больше чем  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. Процессы выветривания горных пород, переотложения их продуктов приводят к образованию рыхлых пород различного химического состава, покрывающих большую часть суши и являющихся главным почвообразующими породами. В верхних горизонтах этих пород формируются почвы.

Химический состав рыхлых пород обуславливается как химическим составом продуктов выветривания первичной  горной породы, так и теми изменениями, претерпели продукты выветривания при отложении. При этом процентное содержание отдельных химических элементов или их окисей может быть вызвано как абсолютным изменением количества каждого из них, так и относительным за счет уменьшения или увеличения других элементов.

Содержание кремнезема в рыхлых породах почти всегда выше чем в магматических, но сильно колеблется в зависимости от генетического типа почвообразующей породы, от ее механического состава. Увеличение количества SiO2 связано с обогащением рыхлых пород кварцем в процессе выветривания, а также переотложением продуктов выветривания, их сортировкой.

Обогащение кварцем  происходит не только вследствие разрушения других минералов, но и в результате новообразования вторичного кварца из кремнезема, отщепляющегося при выветривании.

В песчаных породах содержится более 90 % кремнезема, в суглинистых  и глинистых его количество снижается до 50 - 70 %, а содержание Al2O3, Fe2O3 и других окисей возрастает. Связанного кремнезема в рыхлых породах меньше, чем в магматических, так

как он частично выщелачивается в процессе выветривания. Менее подвижные  полутораокиси железа и алюминия накапливаются в рыхлых породах. Эти закономерности отчетливо выявляются химическим анализом бескварцевой части пород. Потеря связанного кремнезема (десиликация) и накопление окисей алюминия и железа хорошо иллюстрируются расчетом молярных отношений SiO2 : Al2O3 или SiO2 : R2O3 в илистой фракции почв и пород.

Выбор отношения SiO2 : R2O3 оправдывается  особенно в тех случаях, когда имеется относительная или абсолютная аккумуляция в коре выветривания железа.

С.В. Зони (1969) предложил  следующие разделение коры выветривания по молярным отношениям SiO2 : R2O3 в илистой фракции:

1. Аллитные (SiO2 : R2O3<2,5) с подразделением на аллитные (Al2O3резко преобладает надFe2O3), ферраллитные(Al2O3преобладает над Fe2O3) и ферритные (Fe2O3преобладает над SiO2и Al2O3не только в илистой фракции, но и в коре в целом).

2. Сиаллитные (SiO2: R2O3<2,5) с подразделением на сиаллитные и феррсиаллитные. Для последних характерно суженное отношение SiO2 : Fe2O3.

Наиболее подвижны среди  продуктов выветривания простые  соли; растворимость их тем больше, чем ниже валентность их ионов. Поэтому  оснований в рыхлых породах и  почвах в среднем меньше, чем в литосфере. Во влажном климате рыхлые породы обеднены основаниями, а в засушливом основания накапливаются.

По содержанию щелочноземельных и щелочных оснований почвообразующие породы делятся на засоленные, карбонатные и выщелоченные. По Антипову - Каратаеву (1958), в выщелоченных породах содержится не более 1 - 3 % каждого из окисей кальция, магния, натрия, калия. Карбонатные содержат значительное количество (до 15 - 20 %) карбонатов кальция (CaCO3).

В засоленных породах наряду с карбонатами кальция много сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия

Химический состав почвообразующей  породы отражает в известной мере ее механический и минералогический состав. Песчаные породы, богатые кварцем, состоят преимущественно из кремнезема. Чем тяжелее механический состав породы, тем больше в ней высокодисперсных вторичных минералов, а, следовательно, меньше кремнезема, больше полутора окисей алюминия, железа, химически связанной воды, в породах сиаллитного типа больше также окисей калия и магния.

Почвы наследуют геохимические черты исходного материала почвообразующих пород:

Богатство породы кремнеземом  сказывается на содержании его в почве; почвы, развивающиеся на карбонатной породе - имеют и больше кальция; засоленность почвообразующей породы - источник засоления почвы. Однако материнская порода в процессе почвообразования изменяется. В зависимости от типа почвообразования происходят изменения в содержании и распределении по профилю почвы различных химических элементов. Каждый тип почвы приобретает характерную дифференциацию на горизонты с определенным химическим составом. В сравнении с почвообразующей породой верхние горизонты дерново-подзолистых почв обогащены кремнеземом и меньше содержат окисей алюминия и железа. Состав преобладающих окисей для черноземов остается почти неизменным.

Для всех почв в отличие  пород характерно накопление органического  вещества в верхних Горизонтах, с которым связана аккумуляция биологически важных элементов - углерода, азота, а для многих почв также фосфора, серы, кальция.

Эта особенность химического состава почв подчеркивает самостоятельную химическую природу почв, отличающую ее от горной породы. Характер и масштаб изменений, которые претерпевает порода, обусловливаются факторами почвообразования. Химический состав почв постоянно изменяется в соответствии с непрерывностью процессов выветривания и почвообразования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Почвообразующие породы

 

Начало почвообразования на поверхности нашей планеты  относится к тому отдаленному  в геологических масштабах времени, когда на поверхности суши появились первые живые организмы. По вопросу о месте зарождения на Земле жизни существует несколько представлений.

A.И. Опарин полагает, что жизнь впервые зародилась  в морях и океанах. B.Р. Вильямс  указывает, что до появления  на суше зеленой растительности в атмосфере не было озона. При отсутствии в атмосфере озонированного экрана коротковолновые ультрафиолетовые лучи, посылаемые солнцем, пронизывали водную толщу океана до глубины полной темноты. Ультрафиолетовые лучи, пишет ученый, губительно действуют на живые организмы, что должно было препятствовать возможности зарождения жизни в океане. Сильное разбавление растворенных органических соединений в океанических водах неизбежно затрудняло их соединение в сложные молекулы.

Вильямс выдвигает положение, согласно которому жизнь зародилась на суше в обломочных породах, образованных в процессе термического выветривания массивно-кристаллических пород, дающих «ультрафиолетовую тень».

Заслуживает внимания мнение Н.Г. Холодного. Он считает, что синтез высокомолекулярных органических соединений должен был происходить в небольших материковых водоемах. Испарение воды из этих водоемов приводило к повышению концентрации исходных органических соединений; это облегчало их взаимодействие и синтез высокомолекулярных соединений.

Представляется возможным  сочетание гипотез Вильямса и  Холодного, приводящее к выводу о  возникновении жизни в воде, которая  скапливалась в вогнутых углублениях, заполненных обломочными породами. В указанных условиях имелась  «ультрафиолетовая тень» и повышенная концентрация исходных органических соединений (в результате испарения влаги), делающая возможной их соединение (конденсацию).

Начальной стадией возникновения  первичных организмов было выделение  из растворов смеси органических соединений особых полужидких студенистых образований — коацерватов — определенного строения, но проницаемых для воды и растворов. Способность к реакциям поглощения и обмена в дальнейшем послужила основой для развития явлений питания, переходу коацерватов в пробионты, а затем — в простейшие первичные живые организмы — архебионты. Главное отличие архебионтов от их предшественников — способность к превращению поступающих из окружающей среды соединений в составные части организма, т.е. к ассимиляции.

Источником углеродного питания первичных организмов служили метан и другие газообразные органические соединения, содержавшиеся в атмосферном воздухе, из которого они черпали и азот, используя аммиак воздуха. Зольные элементы в достаточном количестве были в материнской породе. Воду приносили атмосферные осадки. Необходимую для жизни энергию первичные организмы добывали путем экзотермических реакций окисления. Это было время преобладания хемосинтеза, что дало основание отнести всю указанную группу микроорганизмов к хемотрофам.

Основы учения о факторах почвообразования заложены В.В. Докучаевым, который установил, что почва как особое природное тело формируется в результате тесного взаимодействия следующих факторов – климата, растительности, почвообразующих пород, рельефа местности и возраста страны (времени).

Сочетание факторов почвообразования – это комбинация экологических условий развития почвообразовательного процесса и почв. Изучение каждого фактора почвообразования предусматривает его характеристику по определенным параметрам и оценку его роли в почвообразовании.

Наряду с указанными пятью природными факторами почвообразования выделяется ещё шестой – производственная деятельность человека, оказывающий как прямое, так и косвенное влияние на почвообразующие породы и почвенный покров.

Горные породы, из которых формируется  почва, называют почвообразующими, или  материнскими.

Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические, физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса.

Почвообразующие породы различаются  по происхождению, составу строению и свойствам.

Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород.

Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов, застывших в глубине земной коры (породы глубинные – интрузивные), или из магмы, излившейся на поверхность Земли (породы излившиеся – эффузивные). Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.

Метаморфические – вторичные массивнокристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных в недрах земли в результате глубоких превращений (сланцы, гнейсы). Их значение также мало.

Осадочные породы – отложения продуктов выветривания массивнокристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные. Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения – известняки, мергели, доломиты, мел.

Формирование почвообразующих  пород связано с процессами выветривания горных пород и переносом и  переотложением продуктов выветривания.

Выветривание – совокупность сложных и разнообразных процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания называют корой выветривания. В ней  различают две зоны: поверхностного и глубинного выветривания. Мощность коры современного выветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких сантиметров до 2-10 м.

Различают 3 формы выветривания:

Физическое – механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при небольших амплитудах колебания температур.

В результате физического  выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать  некоторое ее количество. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя  массивные породы, значительно увеличивает  общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая  поникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой  силы. Еще сильнее разрушающая  сила воды при замерзании: она расширяется на 1/[10] своего объема и оказывает огромное давление на стенки трещин горных пород.

Химическое – процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшим фактором этого процесса является вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергетический растворитель горных пород и минералов.

Разложение минералов  усиливается с повышение температуры  и насыщением углекислым газом. В  результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свойства.

Биологическое – механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые организмы. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулитируют их в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв.

 

Главные почвообразующие породы.

К ним относятся рыхлые осадочные породы и на них почти повсеместно развиваются почвы.

Элювиальные породы (элювий) – продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования. В зависимости от свойств исходной породы, климатических условий и рельефа элювий отличается большим разнообразием по составу и мощности. Для элювия характерны тесные связи с исходной породой, постепенный переход от рыхлого мелкозернистого материала к плотной породе. Значение элювиальных пород в почвообразовании определяется их свойствами. На элювии карбонатных пород в Нечерноземной зоне формируются плодородные дерновые почвы. На маломощном элювии почвы отличаются щебеночным составом.

Делювиальными породами (делювием), называются наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами. Делювий откладывается в виде пологого шлейфа. В вершине шлейфа часто накапливается грубый материал, иногда обломочный, а в конце шлейфа – пылеватый, глинистый. Плоскостной склоновый сток формирует делювиальные наносы с большей мощностью у основания склона, где движение воды замедляется и материал оседает.

Для делювия характерны относительная сортированность и хорошо выраженная слоистость. Встречаются несортированные и неслоистые наносы. По составу делювий разнообразен.

Делювиальные породы широко распространены в предгорных областях и служат материнскими породами для различных почв.

Пролювий формируется в горных странах, у подножия гор в результате деятельности временных водных и селевых потоков значительной силы. Пролювий характеризуется плохой сортированностью, включением крупнообломочного материала. Делювий и пролювий часто сочетаются, образуя делювиально-пролювиальные отложения.

Аллювиальные  породы (аллювий), представляет собой осадки, отложения при разливе рек (пойменный аллювий). Аллювиальные отложения характеризуются горизонтальной или косой слоистостью, окатанностью минеральных зерен, включением органических остатков. К аллювиальным породам относятся также донные отложения рек (русловый аллювий). Русловый аллювий обычно сложен песками различной зернистости.

Пойменный аллювий преимущественно  суглинистый и глинистый. В пределах поймы, в старицах, накапливается старичный аллювий, богатый органическим веществом.

Горные реки в отличие  от равнинных формируют только русловый аллювий.

Аллювий служит материнской  породой для различных пойменных  почв, отличающихся высоким плодородием.

Озерные отложения выполняют понижения древнего рельефа, отличаются глинистостью и слоистостью. Таковы, например, ленточные глины, образовавшиеся в предледниковых озерах. В озерных отложениях часто наблюдаются органические прослойки, могут накапливаться углекислый кальций, а в сухих областях – гипс и легкорастворимые соли. Накопление легкорастворимых солей превращает озерные отложения в засоленные. Пересыхая, соленые озера образуют солончаки.

Ледниковые (моренные) отложения – продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Обычно залегают на возвышенных водораздельных пространствах. Для морен характерны следующие особенности: несортированность, неоднородный механический состав, наличие валунов, обогащенность песчаными фракциями, красно-бурая, реже желто-бурая и другая окраска.

Окраска зависит от характера  коренных пород подледникового ложа, условий выветривания и почвообразования. При оглеении цвет морены приобретает  серо-сизый оттенок. По механическому составу морены разнообразны, однако наиболее широко представлены валунными песчанистыми суглинками. По химическому составу различают бескарбонатные и карбонатные морены. На карбонатной морене формируются слабо- и среднеподзолистые виды почв, а также плодородные дерново-карбонатные почвы. На бескарбонатных средне- и сильноподзолистые.

Флювиогляциальные (водно-ледниковые) отложения связаны с деятельностью мощных ледниковых потоков. Вытекая из-под ледника, они перемещали моренный материал и переоткладывали его за краем ледника.

Флювиогляциальные отложения  характеризуются сортированность, слоистостью, не содержат валунов, бескарбонатные, преимущественно песчаные и песчано-галечниковые. Почвы, сформированные на флювиогляциальных отложениях, отличаются низким плодородием. Они бедны гумусом, питательными веществами, обладают малой влагоемкостью. Здесь развиваются болотно-подзолистые почвы.

Покровные суглинки распространены в зоне ледниковых отложений и  рассматриваются как отложения  мелководных приледниковых разливов талых вод. Для них характерно покровное залегание на морене, откуда и произошло их название.

Они характеризуются  желто-бурой окраской, хорошо выраженной сортированностью, большим содержанием  пылеватых фракций, не содержат валунов. По механическому составу – чаще тяжелые и средние пылеватые суглинки однородного строения с преобладанием фракций крупной пыли и ила. По химическому составу преимущественно бескарбонатные. На покровных суглинках развиты подзолистые, дерново-подзолистые почвы, нередко испытывающие переувлажнение, а также серые лесные почвы.

Лёссы и лёссовидные  суглинки имеют различный генезис. Их общими чертами являются палевая  или буровато-палевая окраска, карбонатность, пылевато-суглинистый механический состав с преобладанием крупнопылеватой  фракции, мучнистость, пористость, рыхлое сложение, микроагрегированность, хорошая проницаемость.

По химическим и водно-физическим свойствам эти породы наиболее благоприятны для развития растений. При благоприятных  климатических условиях на них формируются  высокоплодородные черноземные почвы, а также сероземы, каштановые, серые лесные.

Эоловые отложения образуются в результате аккумулятивной деятельности ветра, которая проявляется особенно интенсивно в пустынях. К эоловым отложениям относятся сортированные песчаные наносы, которые откладываются недалеко от областей дефляции. Эти наносы образуют особые формы рельефа – бугры, дюны, барханы.

Морские отложения формируются  в результате перемещения береговой  линий морей, явлений трансгрессии и регрессии, которые неоднократно наблюдались в четвертичный период. Морские отложения отличаются слоистостью, сортированностью и большой аккумуляцией солей. Выходя местами на поверхность приводят к образованию засоленных почв.

Роль почвообразующих  пород в почвообразовании определяется тем, что они в значительной степени влияют на состав, свойства формирующихся из них почв. Это, в свою очередь, сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закрепления образующихся органических веществ и т. п.

Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. В зависимости от механического состава породы различают по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы. От материнских пород зависят скорость и направление почвообразовательного процесса, формирование и уровень почвенного плодородия, а также условия использования почв в сельском хозяйстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

Почва – это слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры, особое природное образование, играющее очень важную роль в наземных экосистемах. Почва является связующим звеном между биотическим и абиотическим факторами биогеоценоза. Изучением почв занимается почвоведение, основателем которого является Василий Докучаев.

В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

- минеральная основа (50–60 % от общего объёма);

- органическое вещество (до 10 %);

- воздух (15–25 %);

- вода (25–35 %).

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных  валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002–0,02 мм), песок (0,02–2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т. п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий.

По химическому составу  минеральной компоненты почва состоит из песка и алеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO 2 с добавками силикатов (Al 4 (SiO 4 ) 3 , Fe 4 (SiO 4 ) 3 , Fe 2 SiO 4 ) и глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).

Органические вещества в почве образуются из остатков растений и животных. Важную роль в процессе разложения играют сапрофиты. В результате образуется аморфная масса – гумус – тёмно-коричневого или чёрного цвета. Химический состав гумуса – фенольные соединения, карбоновые кислоты, эфиры жирных кислот. В почве частицы гумуса прилипают к глине, образуя единый комплекс. Гумус улучшает свойства почвы, повышая ее способность удерживать влагу и растворённые минеральные вещества. В болотистых почвах образование гумуса идёт очень медленно. Органические остатки спрессовываются здесь в торф.