<<
>>

ГРУППЫ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ подвижностиПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ


Как показано выше, подвижность различных соединений довольно изменчива. Продукты выветривания и почвообразования можно объединить в группы и ряды геохимической подвижности. Б.Б. Полынов установил пять групп относительной подвижности элементов при выветривании и миграции:
I.
Энергично выносимые: Cl, Вг, I, S 10 И. Легко выносимые: Са, Na, К, Mg 1 Подвижные: Si02, Р, Мп              ОД Слабоподвижные: Fe, Al, Ti              0,01 Инертные: SiO2 (кварца)              0
Руководствуясь этими рядами подвижности элементов при выветривании, можно предвидеть, что соединения элементов 1 и II групп будут легко выноситься из элювиальной коры выветривания и накапливаться в аккумулятивной коре выветривания. Соединения элементов III и IV групп, наоборот, будут относительно накапливаться в элювиальных горизонтах и корах выветривания.
А.И. Перельман (1955) предложил понятие коэффициента водной миграции, под которым следует понимать отношение среднего содержания данного элемента в речной воде к среднему его содержанию в литосфере (кларку) или к среднему содержанию этого элемента в горных породах, дренируемых рекой и притоками. В общих чертах группы элементов по коэффициентам водной миграции, подсчитанным А.И. Перельманом, близки к рядам Б.Б. Полынова, хотя в некоторых деталях они отличаются.




Главные отличия приходятся на условия восстановительного режима с образованием H2S, когда миграционная активность серы, железа, марганца, кобальта, меди и других элементов сильно меняется (табл. 34).
Однако в природе не всегда выдерживаются эти закономерности. Нередко создаются условия, когда фактическая потеря элементов из коры выветривания и почв резко отличается от ожидаемой теоретически. Сопоставление большого числа материалов позволило нам дать эмпирическую группировку соединений по их геохимической подвижности, связанную в основном с условиями геохимии почв (табл. 35).
Соединения очень высокой подвижности. К этой группе относятся нитраты, хлориды щелочей и щелочных земель, сульфаты натрия, калия, магния, цинка, урана, карбонаты натрия и калия.
Относительную геохимическую подвижность этих соединений можно принять за 100. Наиболее растворимые из них — нитраты и хлориды, а также бромиды и йодиды — выщелачиваются в условиях элювиальных и горно-эрозионных ландшафтов, при большом увлажнении особенно интенсивно. Они же весьма энергично накапливаются в почвах и коре выветривания аккумулятивных аридных ландшафтов и тем в большем количестве, чем суше климат.
Сульфаты и карбонаты щелочей, обладая при низких температурах несколько меньшей растворимостью, нередко отстают в выщелачивании, задерживаются в транзитных ландшафтах по пути их миграции,-хотя также являются постоянными компонентами в процессах аккумуляции солей и почвах внутриматериксвых низменностей, речных пойм и дельт,приморских береговых низменностей.
Соединения высокой подвижности. К этой группе относятся углекислые и двууглекислые соли магния, кальция, стронция, цинка, сернокислые кальций и стронций, фульваты большинства металлов. Их относительная подвижность в элювиально-аккумулятивных процессах почвообразования на 0,5—1 порядок ниже соединений первой группы и может быть обозначена индексом 50—10.
Соли кальция и магния, отличаясь достаточно высокой растворимостью, выщелачиваются в областях господства

Таблица 35. Педогеохимическая подвижность главных продуктов почвообразования

Группа подвижности

Химические соединения

Отно сите льная подвижность

Очень высокая (I)

Нитраты, хлориды, йодиды, бромиды, сульфаты, карбонаты, бораты, силикаты, фосфаты щелочей и частично щелочных земель

100

Высокая (II)

Гипс, бикарбонаты магния и кальция, гуматы и алюминаты щелочей, железные и алюминиевые квасцы

50-10

Умеренная (III)

Бикарбонаты, фулъваты и фосфаты Mn, Fe, растворы и гидрозоли кремнезема, гидрозоли гумуса

0,5-1,0

Низкая (IV)

Гидроокислы Al, Fe, Mn, гуматы тяжелых металлов

0,1-0,001

Ничтожная (V)

Кварц (Si02), рутил (ТЮ2), циркон (ZrSi04), гранат (ортосиликат Fe,
А1, Са), глинные минералы, сульфиды

0,0001

элювиальных процессов. В аккумулятивных и транзитных ландшафтах сернокислые и углекислые соли кальция образуют резко выраженные скопления в виде конкреций или сплошных горизонтов.
В качестве катионов кальций, магний, калий и натрий интенсивно поглощаются и задерживаются коллоидно-дисперсными системами почв и осадочных пород. Калий поглощаясь растительными и животными организмами и входя в состав вторичных минералов, особенно гидрослюд, отстает в своей миграции от натрия. Магний, участвуя в процессах доломитизации и необменно поглощаясь вторичными силикатами и алюмосиликатами (монтмориллонит), также относительно отстает в выносе в сравнении с натрием. Кальций же входит в состав многих биогенных образований (скелеты, раковины) и представлен в почвах малорастворимыми соединениями (карбонаты, фосфаты). Поэтому и во второй группе продуктов наибольшей миграционной подвижностью отличаются соединения натрия, которые являются также и высокорастворимыми. Этому способствует и низкая биогенность натрия, значение которого в зольном составе растений невелико.
Соединения первой и второй групп в виде разнообразных смесей солей разной растворимости и в разной концентрации присутствуют в почвенных растворах, в грунтовых и речных водах. Они же участвуют в формировании минерализованных подземных вод и различных рассолов. В условиях аридного климата эти соли интенсивно накапливаются в грунтах и почвах степей, саванн, пустынь, образуя соленосные осадочные породы и засоленные почвы.
Соединения умеренной подвижности. К этой группе продуктов почвообразования и выветривания, обладающих относительно небольшой, но все же вполне выраженной миграционной способностью, принадлежат ион-
ные и коллоидные растворы кремнезема, бикарбонаты и фосфаты железа, марганца, кобальта, комплексные соединения алюминия, железа, марганца, кобальта, никеля, меди с органическими кислотами.
Относительная подвижность соединений этой группы на 2—2,5 порядка ниже по сравнению с соединениями первой группы и может быть обозначена в среднем индексом 0,5—1,0, Соединения фосфора в большинстве малорастворимы и, кроме того, интенсивно захватываются растительными и животными организмами, на длительное время задерживаясь в биологическом круговороте. Значительные количества подвижного кремнезема поглощаются низшими и высшими организмами, участвуя в образовании панцирей, скелета или механических тканей (диатомовые, радиолярии, фитолитарии злаков и древесины).
Освобождающиеся в процессе выветривания соединения кремнезема, фосфора, марганца, железа ограничены в пространственной миграции, задерживаются частично в области элювия либо выпадают вследствие хе- могенных и биогенных реакций в осадок в области делювия, пролювия и аллювия транзитных ландшафтов. Однако значительные количества соединений кремнезема, фосфора, марганца, железа, кобальта, никеля уходят с водами грунтового и поверхностного стока в аккумулятивные области, образуя скопления в пойменных осадках и почвах, в дельтовых и прибрежных зонах морей и океанов, в озерах и болотах. Известны скопления вторичного кварца в солончаках Африки.
Соединения низкой подвижности. Значительно меньшей подвижностью в коре выветривания и почвах отличаются соединения алюминия, титана, окно ных железа и марганца. Их подвижность в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем у соединений первой и второй групп. Это относится к гидроокисям названных металлов, а также к карбонатам и сульфатам бария и отчасти стронция, цинка. Однако иногда соединения алюминия перемещаются в заметных размерах, Образуя аккумулятивные месторождения бокситов. Все же общепризнано положение, что соединения алюминия и титана преимущественно накапливаются в остаточной коре выветривания, т. е. в области элювия. Именно поэтому древние элювиальные коры выветривания во влажных тропиках представлены минералами гидроокиси алюминия с примесью титана.'
Несколько иначе обстоит дело с соединениями железа. Образуя в коре выветривания в основном окисные формы, соединения железа также характеризуются низкой миграционной способностью и ясно выраженной тенденцией к накапливанию в остаточных продуктах элювиальных кор выветривания. Однако чуткая реакция железа на восстановительные условия и повышенную кислотность среды, образование при этом растворимых бикарбонатов и комплексных органо-минеральных соединений приводят к тому, что железо, подобно марганцу, иногда приобретает относительно высокую подвижность и может интенсивно выноситься из области элювия. Соответственно в гидроморфных условиях соединения железа и марганца образуют часто значительные скопления в почвах, болотах, озерах, лагунных и шельфовых зонах морей. По этим же причинам соединения железа образуют резко выраженные горизонты накопления в почвах (латеритные коры, орштейн, железистые кирасы).
Соединения ничтожной подвижности {инертные). В эту группу Б.Б. По- лыновым отнесен кремнезем кварца. Сюда должны быть отнесены такие высокоустойчивые минералы, как циркон, глинные минералы, а также сульфиды металлов. А.И. Перельман указывает на ничтожную миграционную способность соединений тория, ниобия, тантала. Относительная подвижность этой группы соединений приближается к нулю. Вследствие своей инертности кварц и циркон являются типичными компонентами остаточной коры выветривания, относительно накапливаясь в толщах элювия. По этим причинам кварц или циркон часто принимаются за соединение- свидетель, по отношению к которому рассчитывается миграционная способность других продуктов выветривания и почвообразования.
Не следует, однако, забывать, что инертность кварца, глин и циркона не абсолютна. При высоких степенях дисперсности, особенно в условиях циркуляции щелочных растворов, кремнезем кварца способен к постепенному, очень слабому растворению и миграции. При геологической продолжительности процессов это может привести к существенным результатам. Глины также в какой-то мере могут пептизироваться и мигрировать (ле- сиваж).
ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СПУТНИКИ И АНТАГОНИСТЫ
Обзор геохимической подвижности важнейших продуктов выветривания и почвообразования при всей относительности описанных групп позволяет предвидеть и понимать поведение различных соединений в процессах формирования почв и почвенного покрова отдельных ландшафтов, континентов и их частей.
В природе редко достигается полное разделение продуктов почвообразования и выветривания. Обычно они растворяются, мигрируют и аккумулируются совместно в виде групп соединений-спутников. Это обусловливается сходством растворимости, путей образования или близостью биологического и почвенно-геохимического значения.
В первом приближении можно считать, что компоненты описанных выше пяти групп педогеохимической подвижности соединений и являются спут- никами-мигрантами, спутниками-аккумулянтами. Многочисленные и вполне достоверные наблюдения свидетельствуют о том, что миграция и аккумуляция нитратов, хлоридов и сульфатов происходит совместно и часто сопровождается накоплением соединений брома, йода и бора. Это установлено для солончаковых пустынь Америки, Африки, Азии, юга Русской равнины, Кура-Араксинской низменности.
Общим правилом является совместная миграция и аккумуляция гипса, карбонатов и бикарбонатов кальция и магния и гуматов кальция. Гипс и углекислый кальций являются также постоянными геохимическими спутниками хлоридно-сульфатных аккумуляций. Карбонаты и бикарбонаты щелочей всегда сопровождаются мобильным кремнеземом, гуматами щелочей, нередко алюминатами щелочей в растворах, а в осадке — углекислым кальцием, монтмориллонитовыми глинами и паЛыгорскитом.
Совместно мигрируют и накапливаются фульваты и карбонаты железа, марганца, никеля, кобальта, меди. В остаточной коре выветривания образуются и совместно относительно накапливаются окислы и гидроокислы алюминия, железа, титана, кварц, коалинит.
Опаловидный и пылевидный кремнезем и кварц, углекислый кальций, коллоидный гумус, окислы железа и марганца и их фосфаты накапливаются совместно в сапропеле мелководных пресных озер, в торфяниках, глеевых горизонтах почв.
Компоненты каждой группы меньшей миграционной активности не только преимущественно задерживаются в элювиальных ландшафтах, но в виде спутников-примесей повсеместно в почвах и корах выветривания транзитных и аккумулятивных ландшафтов сопровождают компоненты ближайших групп возрастающей мобильности. Эту закономерность можно назвать ’’правилом сопровождения”. Согласно этому правилу, например, аккумуляция в почвах нитратов, хлоридов, сульфатов должна или может сопровождаться аккумуляцией гипса, углекислого кальция, вторичного кварца, опала, полуторных окислов, глинных минералов.
В соответствии с этим же правилом аккумуляция фосфатов и карбонатов железа, алюминия, марганца должна сопровождаться ослабленной, но достаточно выраженной аккумуляцией компонентов IV и V групп, т. е. гидроокислов алюминия, железа, марганца, гуматав этих же металлов, кварца и глинных минералов. Подчиняясь этому правилу, компоненты I группы не сопровождают скопления II и особенно III и IV групп. И действительно, гипсовые и карбонатно-кальциевые аккумуляции, не содержащие скоплений нитратов, хлоридов и сульфатов щелочей, достаточно известны в природе (луговые мергели, коричневые почвы, некоторые черноземы). Общеизвестно также, что типичные аккумуляции компонентов IV и V групп (латериты, аллиты, ферраллиты, каолиниты) никогда не сопровождаются компонентами I и II групп, так как последние должны быть выщелочены ранее.
Отмечаются также еще более сложные явления, которые можно назвать почвенно-геохимической несовместимостью(антагонизмом). Геохимический антагонизм возникает между такими соединениями, которые, вступая в реакции между собой, полностью разрушаются и не аккумулируются, несмотря на приток. Весьма типичным примером педохимической несовместимости являются карбонаты (бикарбонаты) щелочей и гипс, сода и хлориды кальция, алюминаты натрия и гипс. Во всех этих сочетаниях щелочной компонент будет нейтрализоваться, а продукты реакции — превращаться в обычные пары геохимических спутников: карбонат кальция и сульфаты натрия, карбонаты кальция и хлориды натрия, окислы алюминия и сульфат натрия. При аэрации среды также несовместимы геохимически сульфиды железа и карбонаты кальция или сода. Окисление сульфидов сопровождается образованием серной кислоты, разрушением карбонатов и образованием гипса или сернокислого натрия на бескарбонатном фоне, обогащенном окислами железа. Гипсовые аккумуляции, окрашенные окислами железа и марганца, могут быть свидетелями подобного процесса образования и разрушения сульфидов в прошлом.
По тем же причинам геохимически несовместимы квасцы и углекислый кальций (приморские кислые солончаки). Несовместимы нитраты и сульфиды, так как нитраты не могут образоваться и удержаться в анаэробной обстановке, где формируются сульфиды. В сильнокислой почве (насыщенной обменными водородом и алюминием) невозможна аккумуляция карбонатов кальция, магния, натрия: эти соединения неизменно должны вступать в реакцию с кислой почвой и разрушаться.
Маловозможно в растворах совместное нахождение соединений Si02, А1203, Fe(OH)3. Они неизбежно реагируют друг с другом, образуя осадки аморфных и окристаллизованных глин.
Явление почвенно-геохимической несовместимости соединений лежит в основе многих приемов химических и механических мелиораций (гипсование и кислование щелочных почв, плантаж и аэрация почв, известкование кислых почв). Как в природных почвенных процессах, так и в практике мелиораций накопление в растворе или в осадке одного из пары геохимических антагонистов может быть устойчивым лишь при полной ликвидации другого антагониста при условии постоянного притока первого компонента с грунтовыми водами, с поливными водами, в виде специальных препаратов или удобрений. Это правило особенно важно в практике известкования кислых и нейтрализации содовых почв и поддержания их плодородия.
Некоторые компоненты являются наиболее универсальными и повсеместными педохимическими спутниками любого почвообразовательного процесса. Это органический углерод, азот, кремнезем (аморфный или вторичный кварц), полуторные окислы и глинные минералы. Первичный почвообразовательный процесс (бактериальный, лишайниковый) или высокоразвитый черноземный почвообразовательный процесс, подводное почвообразование всегда дают продукты, обогащенные органическим углеродом и азотом, глинными минералами и вторичными соединениями кремния, образующими почвенный мелкозем. Эрозия и повторная седиментация, обособление, поднятие и расчленение аккумулятивных ландшафтов (террас, дельт) могут вызвать противоречивые процессы. Задача исследователя заключается в историческом анализе путем вычленения признаков реликтовых процессов и установления коррелирующих признаков новейших процессов, наложенных на реликты.
Судьба продуктов выветривания и почвообразования зависит от продолжительности соответствующего процесса, условий увлажнения местности, миграции, аккумуляции и суммарного баланса этих продуктов в почвах и их отдельных горизонтах.
Легкорастворимые соли в условиях элювиальных ландшафтов типичных пустынь сохраняются неопределенно длительное время в почвах и коре выветривания, не поддаваясь выщелачиванию. Напротив, в условиях влажных тропиков даже глинозем подвержен миграции и выносу. Выщелачивание гипса и углекислого кальция на ранних стадиях элювиального процесса (особенно в засушливом климате) отстает от выщелачивания хлоридов и сульфатов натрия и магния, поэтому гипс и углекислый кальций могут задерживаться надолго в элювиальных ландшафтах, как бы обнаруживая ’’относительное накопление”.
Соединения кремния, железа, марганца, алюминия в этом отношении также проявляются двойственно. Кремнезем довольно интенсивно выносится из элювиальной коры выветривания. Однако, выпадая в осадок в форме диатомовых, а также при высыхании растворов и их замерзании, аморфный кремнезем отстает в выносе от солей и относительное накопление его обнаруживается в коре выветривания и почвах. Обычно наблюдается и остаточное ’’относительное” накопление кварца, но и он при большой длительности тропического элювиального выветривания постепенно выносится из коры выветривания.
Наименее подвижными компонентами считаются окислы^ железа и особенно алюминия. Их соединения — типичные остаточные компоненты в элювиальной и окислительной коре выветривания. Однако в специфических случаях и они отличаются значительной педохимической активностью: образуют иллювиальные горизонты, конкреции, хардпены, рудные аккумуляции не только на суше, но даже в лагунах и на шельфах континентов.
Таким образом, понятие о мобильности или пассивности соединений в процессах почвообразования относительно. В зависимости от продолжительности и стадийности процесса и конкретных условий среды поведение продуктов почвообразования может быть совершенно противоположным. Задача исследователя - разобраться в истории и в сочетании этих сложных процессов в регионах исследований и сооружений крупных оросительных или осушительных систем.
<< | >>
Источник: В.А.КОВДА. БИОГЕОХИМИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА. 1985

Еще по теме ГРУППЫ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ подвижностиПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ:

  1. Глава X ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ МИГРАЦИИПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
  2. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ДЕЛЮВИАЛЬНО-ПРОЛЮВИАЛЬНЫМИ ВОДАМИ
  3. ПРОДУКТЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯНА МАТЕРИКАХ И В ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЕ
  4. ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЛАНДШАФТЫ
  5. Глава XII АРЕАЛЫ АККУМУЛЯЦИИ ПРОДУКТОВВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
  6. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯНА РУССКОЙ РАВНИНЕ
  7. Геохимическая роль живого
  8. Глава XI ВАЖНЕЙШИЕ ФАКТОРЫ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА СУШЕ
  9. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВОТНЫХ
  10. Специфика факторов почвообразования на газоносных территориях
  11. ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВСОПРЯЖЕННЫХ ФАЦИЯХ ЗАБОЛОЧЕННОГО ЛЕСА
  12. Волобуев В. Р.. Введение в энергетику почвообразования., 1974
  13. Геохимическое влияние газовых потоков на почвенный покров газоносных территорий
  14. Скорость почвообразования при вмешательстве человека
  15. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ ПОЧВООБРАЗОВАНИИ
  16. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ
  17. Факторы почвообразования на пахотных землях
  18. ДРЕВНЕЕ БОЛОТНОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕИ ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БИОСФЕРЫ
  19. 7.1. Факторы почвообразования
  20. Естественное и антропогенное почвообразование