Состав, свойства и режимы почв. Выветривание. воздействием факторов природной среды.

Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
Выветривание – механическое разрушение и химическое
изменение горных пород, входящих в них минералов под
воздействием факторов природной среды.
Выделяют 3 формы выветривания: физическое, химическое,
биологическое.
Физическое выветривание – это совокупность процессов, в
результате которых порода утрачивает присущую ей
массивность и дробится на обломки различной величины.
Одна из важных причин – температурные перепады (ночьдень; весна-лето-осень-зима). Породы и зерна минералов при
нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются. Эти
процессы начинают развиваться на поверхностных слоях
горных пород и распространяются вглубь породы
неравномерно из-за неодинаковой теплопроводности, создавая
тем самым разрушающие механические напряжения,
1
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Другим важным физическим фактором является
замерзающая в трещинах породы вода, которая при
оттаивании расширяется и также её разрушает.
• Далее разрушающее действие продолжают корни
растений (прежде всего, лишайников), проникающие по
образовавшимся трещинам, образовавшимся в результате
действия названных выше факторов.
• Иными словами, породы подвергаются непрерывному
физическому и химическому разрушению под влиянием
колебаний температуры, воздействия поверхностных
и подземных вод, ветра, ледников и т.д.
2
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Химическое выветривание – процесс, протекающий под
влиянием химического воздействия на породы кислорода,
воды и углекислоты и приводящий к изменению размеров
и химического состава отдельных частиц и
возникновению новых вторичных минералов.
• Все минералы, образующиеся в земной коре, являются
химическими соединениями разной степени сложности.
Физическое разрушение, измельчая горные породы,
увеличивает число частиц и, соответственно, площадь
соприкосновения с водой и воздухом (например, если
кубик со стороной 1 см, общей поверхностью 6 см2,
раздробить на частицы со стороной в 1 мк, то суммарная
поверхность составит 60 000 см2), увеличивая скорость
химических реакций.
3
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• При
химическом
выветривании
наиболее
распространенными
являются реакции окисления,
гидратации и дегидратации, гидролиза, растворения и
обмена.
• Чаще всего окисляются соли металлов, особенно железа.
Например, новый минерал –лимонит, может образоваться
из гематита, или пирита.
2Fe2O3 (гематит)+3H2O= 2Fe2O3 x 3H2O (лимонит)-реакция
гидратации (присоединение воды).
Дегидратация – реакция изъятия воды (проявляется
обычно в сухих условиях).
Гидролиз – реакция, протекающая в природе при
взаимодействии алюмосиликатов с водой и углекислотой
и сопровождается отщеплением катионов Са2+, М2+ или
К+ из минералов с одновременным замещением их
водородом.
4
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Биологическое выветривание – процесс разрушения
горных пород под воздействием живых организмов,
продуктов
их
жизнедеятельности,
разложения
органических веществ.
• Они при этом выделяют ферменты, имеющие кислую или
щелочную реакцию, органические кислоты и основания.
Например, силикатные бактерии способны разрушать
полевые шпаты; диатомовые водоросли извлекают из
алюмосиликатов кремнезем для построения скелета своего
тела.
• При разложении остатков живых организмов образуются
органические кислоты и соли, которые могут вступать во
взаимодействие частицами горных пород.
5
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Таким образом, при биологическом выветривании
происходит физическое разрушение и дробление горных
пород и минералов, а также их химическое преобразование,
т.е. осуществляется их биохимическое разложение с
образованием вторичных минералов и комплексных органоминеральных соединений, большая часть которых
закрепляется в верхних слоях почв.
• Биологическое
выветривание
–
это
почвообразовательный процесс.
• В результате выветривания из кислых, насыщенных
кварцем пород (кварциты, кварц, вулканическое стекло)
образуются пески, из алюмосиликатов (слюды, полевые
шпаты, авгиты, роговые обманки) – глины. При
выветривании гранитов (состоят из полевого шпата, слюды,
кварца) образуется смесь песка и глины – суглинки.
6
•
•
•
•
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
Под влиянием биологических процессов выветривания
накапливаются органические и органо-минеральные
соединения,
которые
обеспечивают
минимальное
первичное плодородие рухляка.
Продукты выветривания, накапливаясь на поверхности
литосферы, образуют особый слой её, называемый корой
выветривания. Её мощность варьирует от долей «см» до
сотен «м».
Продукты выветривания, оставшиеся на месте своего
образования, называются элювием.
Область обитания живых организмов (от десятков «км»
атмосферы до 1-2 км в глубину суши) называется
биосферой.
Совокупность
населяющих
планету
организмов В.И. Вернадский назвал «живым веществом».
7
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Роль живых организмов определяется не количеством (оно
относительно невелико в сравнении с массой земной коры), а
их непрерывным взаимообменом различными веществами и
энергией с окружающей их средой. Количество этих
соединений
значительно
превышает
массу
самих
организмов.
• Т.о., жизнедеятельность живых организмов, в данном случае
зеленых растений, является единственным и притом
непрерывно
действующим
источником
свободного
кислорода на земном шаре. Огромное значение этой
химической реакции станет очевидным, если учесть какое
значение кислород имеет не только для жизни живых
существ, но и для других процессов и явлений.
• Большая геохимическая роль живого вещества проявляется
через почву.
8
Состав, свойства и режимы почв.
Типы коры выветривания.
• Существование в почве живых организмов является
основанием для того, чтобы считать почву органоминеральным (по Докучаеву) или биокосным телом (по
Вернадскому).
• В зависимости от способа образования и от
минералогического и химического состава принято
различать несколько типов коры выветривания.
• Используя идею Б.Б. Полынова, А.А. Роде и В.Н. Смирнов
предложили следующую классификацию коры
выветривания: остаточная и отложенная.
• Остаточная кора выветривания (к. в.) включает
грубообломочную – обломки первоначальной породы или
входящих в её состав первичных минералов.
9
Состав, свойства и режимы почв.
Типы коры выветривания.
• Карбонатно-обломочную
–
труднорастворимый
углекислый кальций.
• Ферсиаллитную – образуется в условиях умеренно
влажного и умеренно теплого климата. Содержит
вторичные
алюмосиликаты
(каолинит,
монтмориллонит). По гранулометрическому составу –
чаще всего суглинки и глины.
• Ферралитную – образуется в условиях теплого и
влажного тропического климата. Содержит вторичные
гидроокиси (гетит, гиббсит). По гранулометрическому
составу – также чаще всего суглинки и глины.
10
Состав, свойства и режимы почв.
Типы коры выветривания.
• Отложенная к.в. – включает ферсиаллитные наносы,
карбонатно-сиаллитные наносы, хлоридно-сульфатнокарбонатно-сиалитные наносы.
• Ферсиаллитные наносы – включают пески, суглинки,
глины
различного
происхождения;
вторичные
алюмосиликаты (каолинит, монтмориллонит, иллит) в
смеси с зернами кварца, полевых шпатов.
• Карбонатно-сиаллитные наносы – суглинки и глины с
тем же минералогическим составом, а также углекислый
кальций.
• Хлоридно-сульфатно-карбонатно-сиалитные наносы суглинки и глины, содержащие простые соли: хлориды и
сульфаты натрия, магния, кальция.
11
Состав, свойства и режимы почв.
Выветривание.
• Результат
массивных
выветривания
изверженных
–
это
разрушение
горных
пород,
формирование рыхлых пород, химический распад
первичных
и
новообразование
вторичных
минералов.
• Значение этих процессов в том, что они являются
одним
из
факторов
формирования
почв
и
почвенного покрова.
12
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Определение.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Формула Стокса
υ=2/9g r2 d1-d2/ŋ,
где
υ – скорость падения частиц в воде, см/сек;
g – ускорение силы тяжести, равное 981 см/сек2 ;
r - радиус частицы;
d1 - плотность почвы, равная для минеральных 2,65 г/см3
d0 - плотность воды, равная 1,0 г/см3
ŋ – вязкость воды г/см cек.
13
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
• Гранулометрический
(механический)
состав почвы - это относительное
содержание в ее составе твердых частиц
механических элементов разной крупности.
• Механический элемент - это обособленные
первичные частицы пород и минералов, а
также аморфных соединений в почве.
•
Различные
фракции
механических
элементов имеют неодинаковые свойства.
Это
объясняется
различным
минералогическим и химическим составом
фракций.
14
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Классификация механических элементов Н.А. Качинского
Название и размер, мм
Камни
Гравий
Песок, крупный
средний
мелкий
Пыль, крупная
средняя
мелкая
Ил
Физический песок
Физическая глина
более 3
3-1
1-0,5
0,5-0,25
0,25-0,05
0,05-0,01
0,01-0,005
0,005-0,001
меньше 0,001
>0,01
<0,01
15
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Классификация механических элементов В.Р. Вильямса
Название и размер, мм
Камни, см
Щебень, см
крупный
средний
мелкий
Хрящ, мм
крупный
мелкий
Песок, мм
крупный
средний
мелкий
пылеватый
тонкий
Пыль, мм
средняя
мелкая
Ил
более 10
3-1
10-7
7-5
5-3
30-5
5-3
2-1
1-0,5
0,5-0,25
0,25-0,05
0,05-0,01
0,01-0,005
0,005-0,001
меньше 0,001
16
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Определение механических элементов
Определяется размер почвенных частиц в воде с учетом
скорости осаждения:
Диаметр, мм Скорость мм/сек
0.010
0.33
0.005
0.0046
0.001
0.0012
17
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Классификации.
Используются дву- и трёхчленные классификации.
Двучленная классификация – две группы частиц:
физический песок (размер фракций более 0,01 мм),
Физическая глина (размер фракций менее 0,01 мм).
Трёхчленная классификация – три группы частиц:
Песок (размер фракций 1,0-0,05 мм).
Пыль (размер фракций 0,05-0,001 мм).
Ил (размер фракций менее 0,001 мм).
18
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Роль и значение гранулометрического состава
Знание его позволяет предсказывать многие
свойства почв:
Чем более тяжелая почва, тем она плотнее, более
связная, менее водопроницаемая, хотя много зависит
от структуры (агрегатного состава).
Высокое содержание пыли способствует их легкому
заплыванию, образованию корки на поверхности.
Физические (тепловые и водные, механичечкие),
химические, физико-химические и биологические
свойства тесно зависят от гранулометрического
состава. Песчаные почвы менее плодородны.
19
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Свойства механических элементов.
С уменьшением размера фракций (особенно в илистой
(<0.001) резко падает содержание кварца и кремнекислоты,
столь же быстро увеличивается содержание Fe, Al, Ca, Mg,
K, Na;
- в десятки раз увеличивается содержание гумуса
- увеличивается гигроскопичность, влагоемкость
- снижается водопроницаемость
- пластичность и липкость почти отсутствует у фракций >
0.005 мм
- цементирующей способностью обладают лишь
механические элементы мельче 0.005 мм и особенно
мельче 0.001
- существенно различаются химические, физикохимические и др. свойства фракций.
20
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Минералогический состав фракций.
Каменистая часть почв (>3 мм) обычно состоит из
кусочков породы (гранит, порфирит и др.) и
осколков крупнозернистых минералов. Они
затрудняют обработку почв, мешают появлению
всходов.
Гравий (3-1 мм). Обломки первичных минералов:
- провальная влагопроницаемость
- отсутствие водоподъемной способности
- низкая влагоемкость.
Фракция обладает неудовлетворительными
свойствами для с/х растений.
21
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Минералогический состав фракций.
В песчаных фракциях (1-0.5) также встречаются кусочки
породы, но преобладают минералы - продукты распада
горных пород - кварц, полевые шпаты, слюды, роговая
обманка и др. Им характерна:
- высокая водопроницаемость
- не набухает
- не пластичен
- некоторая влагоемкость и капилярность
Фракция ограниченно пригодна в земледелии.
По мере дробления песчаных фракций, стойкий кварц
остается, а менее стойкие полевые шпаты и др., распадаясь,
дают материал для пыли и илов.
22
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Минералогический состав фракций.
В крупной пыли (0.05-0.01) Минералогический состав
близок к песку, еще значительна доля кварца, больше
слюд. Одна из самых неблагоприятных фракций:
- слабая водопроницаемость
- не способна к коагуляции и не участвует в образовании
структуры
- не участвует в физико-химических процессах
Почвы склонны к заплыванию и уплотнению.
В средней (0.01-0.05) доля кварца резко сокращается,
уступая место аморфной кремнекислоте.
23
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Минералогический состав фракций.
Мелкая пыль (0.005-0.001) - по составу является переходной к илам, в
которых сосредоточены большая часть продуктов выветривания первичные и вторичные минералы: гидрослюды, окислы Fe, Al, Mn и
их гидраты, каолинит, гумусовые вещества, карбонаты кальция и др.
Фракция имеет:
- способность к коагуляции и образованию структуры
- обладает поглотительной способностью
- содержит гумусовые вещества.
Пыль в неагрегатированном состоянии характеризуется:
- низкой водопроницаемостью
- большим количеством недоступной влаги
- набуханием и усадкой
- трещиноватостью, которая может вызывать разрыв корней
- липкостью
- плотныи сложением.
24
Состав, свойства и режимы почв.
Гранулометрический состав почв.
Минералогический состав фракций.
Ил (< 0.001) – это в основном вторичные минералы.
Им принадлежит:
- главная роль в физико-химических процессах
- высокая поглотительная способность
- содержит много гумуса и элементов питания
- участие в структурообразовании.
25
Классификация почв и пород по гранулометрическому
составу
(по Н.А. Качинскому)
Содержание физической глины (частиц
< 0.01, в % от веса сухой почвы ), мм
Название почв и пород по
гранулометрическому составу
Почвы подзолистого
Почвы степного
типа почвообразования типа почвообразования
>80
65-80
50-65
40-50
30-40
20-30
10-20
5-10
0-5
>85
75-85
60-75
45-60
30-45
20-30
10-20
5-10
0-5
Глина тяжелая
Глина средняя
Глина легкая
Суглинок тяжелый
Суглинок средний
Суглинок легкий
Супесь
Песок связный
Песок рыхлый
26
Состав, свойства и режимы почв.
Влияние гранулометрического состава
на лесорастительные свойства почв.
Гранулометрический состав определяет продуктивность и
состав древостоев.
Так, на рыхлых и связных песках в борах произрастает
сосна.
На супесчаных почвах в суборях – сосна с примесью ели,
дуба, липы, берёзы, осины.
На легкосуглинистых почвах в сураменях и судубравах
произрастают
сосново-еловые
или
сосново-дубовые
древостои.
На средне- и тяжелосуглинистых почвах в раменях –
ельники.
Наиболее продуктивными для сосны являются супесчаные
почвы,
для ельников – легко- и среднесуглинистых почвах,
Для дубрав – на средне- и тяжелосуглинистых почвах.
Для ольховников больше подходят органические глинистые
почвы.
Гранулометрический состав влияет на приёмы ведения
сельского и лесного хозяйства.
27
Контрольные вопросы.
1. Понятие о выветривании.
2. Типы коры выветривания.
3. Классификации гранулометрического состава.
4. Минералогический состав фракций
гранулометрического состава.
• 5. Роль и значение гранулометрического состава в
лесном и сельском хозяйстве.
•
•
•
•
28