ХИМИЯ ПОЧВЫ. ТВЕРДЫЕ ФАЗЫ ПОЧВЫ

Превращения первичных минералов во вторичные на ранних стадиях почвообразования

Стадии превращения минералов хорошо прослеживаются на профилях выветривания магматических пород. Так, в профиле выветривания гранита различаются: а) верхняя зона, состоящая из каолинита; б) средняя зона, содержащая наряду с каолинитом в разной степени гидратированные слюды, количество которых книзу увеличивается; в) нижняя дресва, где порода сильно разрыхлена, а количество полевого шпата значительно, причем замечается его замещение и разъедание слюдой; еще глубже зона дресвы переходит в неизмененную породу (И. И. Гинзбург и И. А. Рукавишникова, 1951).

Превращения первичных минералов во вторичные на ранних стадиях почвообразования на магматических породах были предметом ряда исследований.

Образование вторичных минералов изучалось на недавно излившейся магматической породе — лаве, состоящей из вулканического стекла с включением зерен полевых шпатов, пироксенов, иногда кварца (Н. И. Горбунов, 1962). Работа проводилась на двух вулканах в Северо-Восточной части Китая, находящихся на расстоянии нескольких километров друг от друга.

Один из них (молодой) извергался 300 лет, другой (старый) — около 1000 лет назад. На молодом вулкане под растительностью, состоящей из лишайников, образовалась тонкая прослойка мелкозема (1—5 мм) из обломков породы и вторичных минералов. На старом вулкане образовался короткий почвенный профиль (растительность — лиственный лес из березы и дуба).

Минералогические и химические анализы показали, что в высокодисперсной фракции мелкозема (частицы <0,001 мм) с молодого вулкана содержались гидрослюды, монтмориллонит, аморфные вещества и отдельные кристаллы каолинита. Эти же минералы были найдены в почве на старом вулкане, но содержание каолинита увеличилось за счет уменьшения монтмориллонита. Гидрослюды присутствовали в большом количестве и на старом, и на новом вулкане; очевидно, гидрослюды переходили в монтмориллонит и каолинит, но одновременно вновь образовывались из первичных минералов.

Скорость разрушения первичных минералов так же, как скорость и механизм образования вторичных минералов, зависит от ряда условий. Помимо особенностей самого первичного минерала (его кристаллической структуры, степени дисперсности), а также сочетания его с другими минералами, характер изменений первичного минерала зависит от температуры и влажности, реакции среды (рН), условий дренажа (выноса продуктов выветривания); огромное значение имеет жизнедеятельность организмов.

Основные породы разрушаются быстрее, чем кислые; поэтому продукты выветривания основных пород (как элювий базальта) в большей мере обогащены каолинитом (одним из последних звеньев в цепи превращений), чем продукты разрушения кислых пород (как элювий гранита). Наиболее древние почвы, подвергавшиеся процессам выветривания и почвообразования в течение длительного времени, содержат относительного много минералов группы каолинита, а также гиббсита и гетита.

Сухой и холодный климат задерживает разрушение минералов, теплый и влажный — ускоряет его. Условия промывного режима 1 способствуют вымыванию щелочей, щелочноземельных оснований, кремнезема и, следовательно, образованию каолинита и галлуазита за счет гидрослюд и минералов группы монтмориллонита, содержащих больше оснований и Si02, чем каолинит.

Растения и микроорганизмы, в процессе жизни которых происходит постоянный обмен с почвенной средой (поглощение воды, питательных веществ, кислорода; выделение продуктов жизнедеятельности), вносят значительные изменения в состав и свойства почвенного раствора (его концентрацию, реакцию (рН), величину окислительно-восстановительного потенциала) и тем самым изменяют соотношения между жидкой и твердыми фазами почвы. Различные растительные ассоциации (растительность тундры, леса, степи и т. д.) имеют свои особенности воздействия на процессы превращения минералов.

Многие исследователи (Б. Б. Полынов, 1956; P. X. Айдинян, J954; В. А. Ковда, 1956; Н. И. Базилевич, 1962; А. А. Роде, 1955) придерживаются мнения, что в почвах происходит синтез глинных минералов за счет зольных элементов питания растений, прошедших через растительные организмы. Механизм этого процесса, который, очевидно, связан с кристаллизацией продуктов взаимодействия гелей кремнезема и полуторных окислов, пока недостаточно ясен.

Наиболее четко влияние условий среды на состав вторичных минералов может быть прослежен в почвах, образованных на магматических породах. В работе И. Н. Антипова-Каратаева и И. Г. Цюрупа (1963), в которой состав вторичных минералов изучался в почвах, образовавшихся на гранитах в различных условиях климата и растительности, была установлена четкая зависимость от этих условий не только почвенного типа, но и состава вторичных минералов в почвах. Так, в каштановых и черноземных почвах, развитых на гранитах в условиях сухой степи, степи и лесостепи, вторичные минералы представлены группой монтмориллонита с участием гидрослюд; в зоне северной тайги подзолистые почвы на элювии гранита содержат минералы группы каолинита с примесью гидрослюд и аморфных гидратов полуторных окислов.

Однако, как уже отмечалось выше, первичные магматические породы лишь в редких случаях (главным образом в горных областях) являются материнскими породами для почв. Основная часть почвенного покрова СССР развилась на осадочных породах, в составе которых еще до наложения современного почвообразования содержались вторичные минералы. Это затрудняет выяснение зональных закономерностей в генезисе вторичных минералов.