24. Почвенные растворы. Кислотность почв

Поступающая в почву атмосферная влага содержит некоторое количество растворенных веществ. Это простые соли (гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды) и растворенные газы (кислород, углекислый газ), сообщающие растворам кислую реакцию.

В нормальных геохимических условиях реакция атмосферных осадков близка к нейтральной. При просачивании в почву влага атмосферных осадков взаимодействует с твердыми частицами почв (прежде всего с самыми подвижными элементами), почвенным воздухом, обогащается продуктами метаболизма, выделяемыми корнями растений и микроорганизмами и становится почвенным раствором.

Состав почвенного раствора и его концентрация определяются всей совокупностью происходящих в почве процессов и зависят от источника поступления воды, водного и окислительно-восстановительного режима почв. Состав веществ в растворах весьма разнообразен: в него входят минеральные, органо-минеральные и органические соединения, находящиеся в состоянии молекулярных (или истинных) и коллоидальных растворов. В почвенной влаге также присутствуют растворенные газы: О₂, СО₂ и др.

Органические соединения в почвенных растворах представлены водорастворимыми органическими кислотами и их солями. Это гуматы Na, фульваты Ca и Mg, а в условиях сильнокислой среды – фульваты Fe и Al. Из минеральных веществ наиболее обычны простые соли и коллоидальнорастворимые гидроксиды окислов SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, Mn₂O₃.

Из-за разной степени растворимости солей в слабо концентрированных растворах преобладает Ca(HCO₃)₂. По мере повышения концентрации растворов происходит накопление солей MgSO₄, NaSO₄, MgCl, NaCl и др.

В зависимости от состава растворенных веществ и характера взаимодействия раствора с твердой фазой почв реакция раствора может быть кислотной, щелочной и нейтральной. Кислая реакция обусловлена растворенной угольной кислотой, водорастворимыми органическими кислотами, в том числе водорастворимыми фракциями фульвокислот. Щелочная реакция обусловлена присутствием в растворе солей сильных оснований и слабых кислот: NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂ - и кремнекислоты.

Различают следующие виды кислотности и щелочности почвенных растворов:

1. Общая кислотность и общая щелочность – все количество кислот или щелочей в растворе.

2. Актуальная кислотность или щелочность – количество присутствующих в растворе диссоциированных ионов H⁺ и OH^-. Она характеризуется значением рН.

3. Обменная кислотность.

4. Гидролитическая кислотность.

Большинство микроорганизмов и культурных растений предпочитают нейтральную среду. Реакцию почвенного раствора можно менять путем внесения различных минеральных веществ (известь – для понижения кислотности; суперфосфат, нитрат аммония и др. – для понижения щелочности).

26. Кора выветривания

В теплых и влажных условиях при слабо расчлененном рельефе химическое выветривание значительно опережает физическое разрушение и сном рыхлого материала, в этих условиях образуются мощные глинистые коры выветривания. Время образования коры выветривания составляет тысячи и миллионы лет.

В процессе превращение первичных минералов во вторичные из коры выветривания вымываются легкорастворимые продукты выветривания. В первую очередь выносятся различные простые соли – хлориды, сульфаты и карбонаты натрия, затем сульфаты и карбонаты кальция и магния, вслед за ними выносится и некоторая часть кремнезема. Остаются же малоподвижные оксиды железа, оксиды алюминия (боксит и др.), а также часть кремнезема, связанного с алюминием в очень устойчивый вторичный минерал каолинит. Коры выветривания, обогащенные оксидами железа и алюминия, называются ферралитными, менее обогащенные алюминием – ферсиаллитными.

Если рельеф слабо расчленен, а осадков выпадает много, то вода временами застаивается, аэрация ухудшается, в нижней переувлажненной части коры создается восстановительный режим, идет оглеение – переход окисных форм железа в закисные. Заксисные соединения железа легко вымываются, на месте остается белый каолинит – образуются целые отбеленные горизонты.

В условиях хорошей аэрации (депрессии рельефа, речные долины) вымытые закисные соединения железа вновь окисляются, теряют подвижность и выпадают в осадок. Образуются ожелезненные прослои, часто состоящие из слившихся друг с другом плотных округлых конкреций. Такие образования называются латеритами. Латеритные панцири, образующиеся при выходе латеритных образований к поверхности, очень устойчивы к дальнейшему выветриванию.

Помимо кор выветривания, имеющих широкое площадное распространение, встречаются так называемые линейные коры выветривания, приуроченные обычно к разломам. Они связаны с выветриванием вышедших из глубин Земли пород, обогащенных тяжелыми металлами. Часто при их выветривании (если они содержат сульфиды) образуется серная кислота.

Б. Б. Полынов установил стадийный характер развития коры выветриваня, связанный с неравномерностью вымывания из нее растворимых продуктов выветривания. Он выделил четыре фазы развития коры выветривания. В обломочной коре выветривания (1) сохраняются все химические элементы исходной горной породы, вторичных минералов практически нет. Из обызвесткованной коры выветривания (2) вынесены освобождающиеся при выветривании хлориды и сульфаты, есть уже некоторое количество гидрослюд, а главное – в обилии имеется кальцит CaCO₃ (в виде белых мучнистых конкреций, прожилок, корочек). Этот тип коры выветривания характерен для степей и пустынь. Сиаллитная кора выветривания (3) характерна, наоборот, для влажного климата. Она обогащена гидроксидами железа, но содержит еще много первичных минералов. Глинистые минералы представлены главным образом гидрослюдами. Все легкорастворимые соли, включая карбонаты, из нее вымыты. Наиболее зрелая стадия – аллитная кора выветривания (4). В ней не сохранилось первичных минералов, они замещены каолинитом и гидроксидами железа и алюминия. До такой стадии доходят породы только во влажном и теплом климате субтропиков и тропиков.

Наряду с формированием коры выветривания, в понижения накапливаются коррелянтные ей рыхлые отложения, представляющие собой вымытые вещества (геохимическое сопряжение). Обычно это монтмориллонитовые глины.

Почвы, образовавшиеся на коре выветривания, наследуют в той или иной степени ее минеральный состав. Однако в процессе почвообразования многие минералы часто подвергаются дальнейшим изменениям. Такие процессы называются внутрипочвенным выветриванием.