Фазовый состав почв (Материальная часть почвы)

 

Фазовый состав почв (Материальная часть почвы)

Почва – многофазное тело, состоящее из твердой (минеральной и органической), жидкой, газообразной и живой фаз. В состав твердой фазы почвы входят почти все элементы, но они отличаются по количеству и содержанию в минеральной и органической части почв.

В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической частей (1–10 %). Минеральная часть почвы в свою очередь на 90 % состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Углерод, водород, кислород, фосфор и сера содержатся в почве как в минеральной, так и органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий – только в минеральной части почвы.

Химический состав твердой фазы почвы в % (кларк):   49О, 33 Si, 7,1Al, 3,8 Fe, 1,4 Ca, 1,4 K, 1,0Н, 0,6Mg, 0,6 Na, 0,46 Ti, 2,0 C, 0,09 S, Mn, 0,08 P, 0,1 N… Почвы содержат также значительное количество микроэлементов и ультрамикроэлементов, также важных для почвенных процессов и жизни растений.

С, О, Н, N используются для построения клеток растений, многие другие нужны для выполнения различных частных функций.

Химический состав почвы в значительной степени наследуется от почвообразующих пород. Химические показатели могут отражать свойства почв (химический состав, содержание подвижных форм элементов, реакция среды, ОВП) и проявление почвообразовательных процессов (соотношение SiO2/R2O3, C/N). Для характеристики условий развития растений используют и показатели запасов тех или иных веществ или элементов в определенном слое почв (в т/га или кг/га).

По минеральному составу в сформировавшейся почве наряду с первичными (унаследованными от коренной породы) мы находим и вторичные минералы – результат химического выветривания, а также органо-минеральные соединения – результат деятельности живых организмов.

Породы, из которых состоит литосфера, по своему происхождению распределяются на три группы: 1) магматические, или изверженные, 2) осадочные, 3) метаморфические.

Магматические (или массивно-кристаллические) породы составляют 95% литосферы. Они образуются при остывании расплавленной жидкой магмы, составляющую следующую за литосферой внутреннюю оболочку Земли. В зависимости от условий остывания магмы магматические породы имеют более или менее выраженное кристаллическое строение. При медленном остывании на глубине образуются интрузивные (или глубинные породы), которые состоят из крупных, хорошо различимых кристаллов (например, гранит). Когда при вулканических извержениях магма достигает дневной поверхности и быстро и неравномерно остывает, образуются эффузивные горные породы. Они имеют вид плотной массы, включающие иногда отдельные и крупные кристаллы (например, порфиры).

В зависимости от состава магмы и условий ее остывания магматические породы различаются между собой по химическому и минералогическому составу. По содержанию кремнезема различают кислые (SiO2 более 75 %), средние, основные и ультраосновные породы.

Метаморфические породы - образуются из осадочных и магматических пород вследствие воздействия на них высокой температуры и давления, в результате чего минералогический состав и структура породы значительно изменяются, однако  химический состав их остается неизменным. Например, рыхлый известняк в процессе метаморфических процессов превращется в плотный кристаллический мрамор. Большинство метаморфических пород относятся к древним геологическим образованиям и под воздействием сложных  денудационных  процессов покрыты мощным осадочным чехлом. Поэтому метаморфические породы редко служат материнскими породами для почв и встречаются в основном в горных областях. К метаморфическим породам относятся разнообразные сланцы.

Осадочные породы. Первичные магматические породы, попав на дневную поверхность, подвергаются разрушению, разрыхлению, разной степени измельчения и последующего переноса и переотложения. В результате этого образуются осадочные породы. Они залегают непосредственно на поверхности Земли и занимает приблизительно 75% ее площади. Осадочные породы делятся на: обломочные, химические,  органогенные.

Часть осадочных пород представляет собой результат механического дробления магматических пород или нерастворимые продукты их химических превращений. К ним относятся брекчии, конгломераты, щебень, пески, песчаники, глины, илы и т.д., объединяемые под названием  обломочных пород. В некоторых случаях они бывают сцементированными растворимыми солями и образуют плотные породы (кремнистые, известковые песчаники).

Растворимые продукты выветривания в виде хлоридов, сульфатов, карбонатов, фосфатов и других простых солей образуют такие породы как каменная соль, гипс, известняк, доломит, железистые туфы, фосфориты. Их возникновение связано с осаждением из растворов морских и континентальных вод. К осадочным породам химического происхождения относятся также карбонатные породы и кремнистые сланцы. 

Некоторые осадочные породы имеют органическое происхождение. Они образуются на дне морей и других водоемов из скелетов отмерших организмов и состоят из кремнекислоты, углекислоты, фосфорнокислой извести. К ним относятся известняки, мел, трепел, торф, сапропели.

По данным ряда авторов соотношение пород следующее: глины - 65-80%, более грубые обломочные породы - 15-30%, химические и органогенные - 5% осадочных пород.

 Всего известно более 2000 минералов, 230 – породообразующие. 60 % - полевые шпаты, 17 – силикаты, 12 – кварц, примерно по 4 % - слюды, рудные и иные минералы.

Минеральный состав почв существенно различается по размерам механических элементов. Решающую роль в хозяйственной деятельности человека играют почвы, состоящие в значительной мере из высокодисперсных частиц. В почвенных частицах более 0,001 мм преобладают первичные минералы, особенно алюмосиликаты и силикаты, содержание которых в земной коре составляет около 85%. Главными составными их частями являются кислород, кремний, алюминий. Преимущественно это – полевые шпаты. К первичным относятся также мусковит, флогопит, серицит, кварц, слюды, карбонаты. Среди илистых частиц преобладают вторичные минералы, важнейшими признаками которых является их дисперсность, кристаллохимическая природа, что имеет следствием высокую адсорбционную способность и пластичность.

 

Глинистые минералы, особенно монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, галлузит хорошо набухают, то есть происходит расширение кристаллической решетки перпендикулярно силикатным слоям. Глинистые минералы подразделяют на 4 основные группы:

• каолинита – диоктаэдрические слоистые алюмосиликаты жесткой кристаллической решетки, не набухающие, имеющие ЕКО до 25 смоль/кг; минералов этой группы много в тропиках и субтропиках;

• гидрослюд (иллита) – трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся решеткой, содержащие 6-8% К2О, имеющие ЕКО 45-50 смоль/кг; к ним близок вермикулит, имеющий ЕКО до 100 смоль/кг;

• монтмориллонит (смектита) – трехслойные алюмосиликаты с сильно расширяющейся решеткой, отличающиеся очень высокой дисперсностью, имеющие ЕКО 80-120 смоль/кг; для них характерно много изоморфных замещений, их много в почвах с нейтральной реакцией почвенной среды (черноземы, каштановые, солонцы);

•смешаннослойные – минералы с неоднородным составом; они составляют 30-80% всех глинистых минералов в почвах умеренного пояса, особенно часто встречается сочетание хлорита с вермикулитом.

Под влиянием процессов почвообразования формируется специфическая кора выветривания: в тундре, тайге, широколиственных лесах – сиаллитная, в степях – сиаллитная карбонатная, в пустынях – сиаллитная засоленная, в субтропических и тропических лесах – ферралитная.

Дисперсность почвы обычно характеризуется гранулометрическим составом. Этот важный показатель подробно описан в предыдущем разделе.

Фракции состоят из минеральных зерен, и сам гранулометрический состав во многом определяется минеральным составом породы, так как разные минералы не одинаково поддаются выветриванию. Так, кварц наиболее устойчивый мине¬рал, поэтому обычно он накапливается в крупных фракциях, полевые шпаты преобладают в среднем песке.

Минеральный состав почв, особенно их глинистой фракции, может меняться в зависимости от типа почв (на зональном уровне). Особенно четко зональны водорастворимые минералы: карбонаты, гипс, соли натрия и т.п. Они отсутствуют в гумидных и присутствуют, часто в больших ко¬личествах, в аридных почвах.

Существуют также классификации почв по гранулометрическому составу, учитывающие содержание трех фракций: песка (1(2)—0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм) и глины (ила). В классификации, принятой в Беларуси, построенной на основании содержания физической глины, выделяют две фракции. На последнее место ставят преобладающую фракцию. Наименьшую по содержанию фракцию в название не включают. Почва, содержащая 32 % физической глины, 20 % ила, 25 % пыли и 55 % песчаной фракции называется пылевато-песчанистый средний суглинок. В зарубежной литературе используют несколько другую, более подробную, классификацию почв по гранулометрическому составу, построенную на содержании пыли, песка и ила.