1.9.3. Физическое состояние почвенных коллоидов

Коллоидные системы почвы могут находиться в состоянии золя или геля. Золи - это подвижные коллоидные растворы, в которых твердые частицы почвы отделены друг от друга дисперсионной во­дной средой. Одноименно заряженные частицы коллоидов взаимно отталкиваются, гидратируются диполями молекул воды и находятся в коллоидной системе в дисперсном состоянии. Коллоидная масса, а с ней и вся почва приобретает свойства текучести, бесструктурности, сплошности, безвоздушности, слитости. Это явление экологически крайне неблагоприятное и не типично для большинства почв. Исклю­чение составляют только солонцы.

Снижение электрокинетического потенциала и уменьшение заряда частиц разноименно заряженных коллоидов приводит к их слипанию, увеличению в размерах и выпадению в осадок. Коллоидная система переходит в состояние геля. Процесс соединения коллоидных частиц называется коагуляцией, дальнейшее осаждение - седиментацией. Из раствора коллоиды выпадают в осадок под воздействием высыха­ния или увеличения концентрации простых солей в почвенном рас­творе. При коагуляции золь, имеющий жидкое состояние, переходит в гель, имеющий твердое состояние. Коллоиды в почвах находятся на 99,9% в состоянии геля. Частицы коллоидов сцепляются между собой, образуя пространственную структуру, в ячейках которой удержива­ется вода. Обратный процесс перехода коллоидов в раствор, геля в золь, называется пептизацией.

В большинстве почв коагуляция необратима и только незначи­тельная часть (менее 0,1 %) коллоидов нептизируется. Для некоторых почв, например, солонцов, чередование явлений коагуляции и пептизации составляет сущность почвообразовательного процесса.

По количеству удерживаемой воды коллоиды разделяются на ги­дрофильные и гидрофобные. Из гидрофильных можно назвать кол­лоиды некоторых глинистых минералов, например, монтмориллонита, а также органические коллоиды. Гидрофобны коллоиды соединений железа и алюминия. Почвы с гидрофильными коллоидами вязки, пла­стичны, сильно набухают при увлажнении, очень липки. Противопо­ложны свойства гидрофобных коллоидов.

Физическое состояние коллоидов в значительной степени зависит от состава поглощенных катионов. Чем больше валентность погло­щенных ионов, больше их заряд, тем меньше будет диссоциация их от коллоидной частицы, меньше электрокинетический потенциал ча­стицы, тем легче идет процесс коагуляции.

К.К. Гедройц расположил все катионы по их коагулирующей спо­собности в ряд, который он назвал лиотропным:

Li⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < К⁺ < Mg²⁺ < Н⁺ < Са²⁺ < Ва²⁺ < А1³⁺ < Fe³⁺

Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, находятся в основном в состоянии золя; при замене одновалентных катионов двух- и трехвалентными они переходят в гель. Так, насыщение почвенного поглощающего комплекса натрием способствует образованию золя, распылению почвы, увеличению заряда почвенных коллоидов и их гидратации. Замещение натрия кальцием способствует коагуляции и образованию водопрочной структуры.

Типичные гели обладают тиксотропными свойствами. В этом случае образовавшийся из золя гель не отделяется от диспер­сионной среды в виде осадка, а застудневает вместе с ней. Коллои­ды и более крупные частицы образуют своеобразный каркас, внутри которого свободное пространство заполнено раствором (водой). По внешнему виду тиксотропный гель напоминает студень или скис­шее молоко. Образование его происходит медленно с постепенным нарастанием вязкости. Вторая особенность - при механическом воздействии (помешивании, встряхивании) гель может снова пере­вести в золь.

Тиксотропия наблюдается в почвах тундровой зоны. Поверхность тиксотропной почвы до механического воздействия ничем не отлича­ется от почвы, не имеющей такого свойства. По при механическом воздействии (копка шурфа, проезд вездехода) выступает вода, почва становится текучей. Тиксотропные почвы плохо проницаемы для воды и воздуха, поэтому в них развивается заболачивание.