Факультет

Студентам

Посетителям

Происхождение почвообразующих пород

Почвообразующей породой называется рыхлая осадочная горная порода, из которой образовалась почва.

Рыхлые осадочные породы — это геологическое образование, представляющее собой скопление минеральных, органических и минерально-органогенных частиц. Они возникли на поверхности земной коры под воздействием процессов выветривания, почвообразования, переноса и отложения, происходящих на контакте литосферы, гидросферы и атмосферы Земли.

Выветривание

Рыхлая осадочная порода формируется из продуктов разрушения материнских пород, к которым относятся магматические, метаморфические и плотные осадочные породы.

На поверхности Земли породы, сформировавшиеся в ее недрах при высоких температурах и больших давлениях, оказываются неустойчивыми к воздействию разнообразных экзогенных процессов и разрушаются. Процессы разрушения первоначально монолитных горных пород называются выветриванием. Различают три типа выветривания: физическое (механическое), химическое и биологическое (биохимическое).

Физическое выветривание приводит к дроблению (дезинтеграции) горных пород. Массивные породы распадаются на обломки разной величины. Дроблению способствуют разные коэффициенты расширения кристаллических решеток слагающих породу минералов и разная степень их устойчивости к механическому воздействию, что может привести к полному разрушению породы на составляющие ее минералы. Наиболее существенный фактор дезинтеграции горных пород — резкие температурные колебания на поверхности земли, приводящие к возникновению напряжений в породе и разрушающие связи между минералами. К механическому разрушению горных пород приводят также морозное выветривание, клиноподобное действие корней, абразия (трение обломков пород друг о друга, вызванное водой, ветром, льдом, падением).

Степень, скорость, характер и глубина проникновения процессов физического выветривания в массивные горные породы определяются многими факторами, главными из которых являются колебания температур, влажности, строение и свойства горных пород. В результате физического выветривания горных пород происходит тысячекратное увеличение удельной поверхности и, следовательно, поверхностной энергии рыхлых осадочных пород.

Химическое выветривание сопутствует механическому. Чем больше раздроблена порода, тем легче происходит ее химическое преобразование. Химическим выветриванием называются процессы разрушения горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа и органических кислот: растворение, окисление, гидратация, восстановление, карбонатизация, гидролиз.

В абиотический (до возникновения жизни на Земле) период геологической истории, продолжавшийся около 2,5 млрд лет, на Земле в результате процессов физического и химического выветривания сформировалась минеральная основа — матрица почв. Она представляла собой рыхлое, слоистое, пористое, полиминеральное, полидисперсное и полихимическое тело в верхней части коры выветривания.

Важнейшая составляющая минеральной матрицы — ее коллоидная часть. Минеральные коллоиды служат своего рода цементом для почвенной матрицы. Благодаря коллоидам минеральная матрица почвы имеет относительно высокую устойчивость к внешним воздействиям.

Коллоиды обеспечивают физико-химическую поглотительную способность почвы.

Минеральная матрица обладала существенными системными свойствами, присущими почвам: обменной способностью, буферностью, водоудерживающей способностью, кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными свойствами. Она состояла из газообразной, твердой (минеральной) и жидкой фаз. Минеральная матрица стала протопочвой, т. е. предшественником современных почв — биокосных тел. Протопочвы покрывали обширные поверхности земной коры. Это была готовая среда для возникновения жизни на Земле.

Биохимическое выветривание происходит под действием живых организмов. Их появление качественно изменило и ускорило преобразование горных пород, обусловив разнообразные процессы биохимического выветривания, наиболее активно протекающие в почвах.

Перечисленные типы выветривания горных пород происходили и происходят повсеместно и всегда взаимосвязанно. Однако в зависимости от климата наблюдается преобладающее действие на горные породы какого-либо из них. Так, в арктических и пустынных областях преобладает физическое выветривание, тогда как в тропических — биохимическое. Вследствие этого степень преобразования горных пород в процессе выветривании подчиняется климатической зональности.

Продукты выветривания горных пород не остаются на месте.

Перенос и отложение

В гравитационном поле Земли под действием разнообразных сил продукты выветривания переносятся на значительные расстояния и отлагаются, образуя массивы осадочной толщи разнообразного минералогического и гранулометрического состава и строения.

В геологической истории было множество циклов осадкообразования.

Последний этап осадкообразования на Земле начался в четвертичный период, около 2 млн лет назад. Ему сопутствовали Великие четвертичные оледенения, определившие особенности осадкообразования на огромных пространствах Евразии и Северной Америки. Великие четвертичные оледенения были вызваны глобальными изменениями климата Земли. За последний миллион лет обширные территории в северном полушарии не менее четырех раз покрывались огромными ледниковыми щитами. Их мощность в центре ледникового щита достигала 3—4 км.

Значительная нагрузка на земную кору, связанная с образованием ледников, крупных впадин, заполненных осадочными породами, и вулканическая деятельность вызывали нарушения изостатического равновесия, сопровождавшиеся поднятиями или опускания поверхности суши в региональном масштабе (изостазия — это стремление земной коры к гидростатическому равновесию).

Последнее крупное оледенение произошло 18—20 тыс. лет назад. Мощность ледника составляла в его центральной части около 1 км. В активной стадии по мере прогрессивного роста мощности и давления ледник двигался по поверхности, разрушая и отрывая горные породы, захватывая мелкие и крупные обломки пород, масса которых достигала десятков тонн, и перемещая их на тысячи километров.

На Русской равнине ледниковые языки спускались по долине Днепра до города Днепропетровска, а по долине Дона южнее города Воронежа. Подобно «каменной мельнице» ледник в процессе движения перетирал обломки пород, превращая их в мелкозем. Выпахивающая (экзарационная) деятельность ледника проявлялась в образовании глубоких и протяженных ложбин выпахивания.

После таяния ледника ложбины и бессточные понижения стали областями седиментации мелкозема. В активный период ледниковой деятельности происходили механическое разрушение, дезинтеграция и диспергация коренных пород, т. е. породы постоянно подвергались физическому выветриванию. Продукты разрушения горных пород перемешивались в теле ледника и переносились им на большие расстояния, где выпадали в осадок. При этом происходила относительная сепарация (разделение) осаждающихся материалов. Они послужили основой для образования обширных областей седиментации в процессе таяния ледника.

С последним оледенением связано большое разнообразие генетических типов почвообразующих пород и форм рельефа на огромных пространствах, освободившихся от ледникового покрова после его таяния.

В стадии деградации ледникового покрова ведущую роль в осадконакоплении играли процессы водного перемещения, аккумуляции и седиментации материала горных пород, взвешенного в теле ледника и аккумулированного у его края или в основании. По механизму осадкообразования различают ледниковые, водно-ледниковые и озерно-ледниковые отложения.

К породам ледникового происхождения относятся морены — не сортированные отложения на месте таяния ледника. Для ледниковых отложений характерны грядовые и слабохолмистые формы рельефа.

Водно-ледниковые, или флювиогляциальные, отложения образовались под воздействием огромных масс талых вод, высвобождавшихся при таянии ледяного покрова. Известны следующие типы водно-ледниковых отложений, отличающиеся формой и составом:

  • зандровые равнины, образованные осаждением обломочного, в основном, песчаного материала;
  • озы, или протяженные извилистые гряды, высотой 20—30 м, сложенные слоистым песчано-галечным (гравийным) материалом;
  • камы, представляющие собой холмы изометричной формы, высотой обычно 10—20 м, сложенные из перемежающихся слоев разнозернистого песка с редкими включениями валунов и глины.

Озерно-ледниковые отложения образовались на равнинных территориях в водоемах и состоят из тонкослоистых (ленточных) осадков. Это так называемые озерно-ледниковые равнины с тонкослоистыми (ленточными) осадочными отложениями.

Последние массы льда полностью исчезли на равнинах северного полушария около 9 тыс. лет назад, и начался современный период осадкообразования.

Почвенный покров подвергавшихся оледенению территорий начал формироваться около девяти тысяч лет тому назад.

Послеледниковый этап формирования рыхлых осадочных пород на территории России связан, главным образом, с деятельностью поверхностных вод, ветра и человека. Только с твердым стоком рек ежегодно в море выносится около 17 млрд т материала. Это не удивительно, поскольку вся поверхность материков представляет собой систему речных водосборов с однонаправленными (к руслам рек) потоками вещества и энергии. Временные и постоянные водные потоки переносят основную массу продуктов выветривания в озера, моря и океаны. В реках отложение материала происходит в самом русле, по берегам, в долинах и, особенно, устьевых частях (дельтах). Обломочный материал, откладываемый реками, называется аллювием.

С временными и постоянными водными потоками связаны разнообразные эрозионные формы рельефа: борозды, ложбины, рытвины, овраги, балки, долины. С ними связаны процессы разрушения (эрозии), переноса и аккумуляции горных пород.

При плоскостном смыве в холмистых и горных областях на вогнутых частях склонов или у их подножий образуются делювиальные отложения. Характерные особенности аллювиальных и делювиальных почвообразующих пород — слоистость отложений и признаки их водной сортировки.

Мощным фактором разрушения осадочных пород, их переноса и отложения наряду с водной эрозией является дефляция. Дефляцией, или ветровой эрозией, называется процесс выдувания рыхлых мелкодисперсных пород с поверхности земли. Оба эти процесса наиболее интенсивно протекали в период таяния и разрушения ледника на обнаженных поверхностях, лишенных защитного почвенного и растительного покровов. Анализ кернов льда, взятых в Антарктиде, доказал, что во время максимума последнего оледенения (около 18 тыс. лет назад) концентрация осадков пыли в воздухе была примерно в 20 раз выше современной.

В настоящее время масштабы дефляции также могут быть огромными. Так, сплошная распашка почв в 1930-х гг. вызвала такие пыльные бури, что под слоем чернозема были погребены целые поселки. Переносимые ветром пыль, вулканический пепел, мелкий песок образуют эоловые отложения часто весьма характерной формы: барханы, валы, дюны.

Существует точка зрения, что лёссовые отложения, покрывающие почти 1/3 площади континентов, представляют собой осадочные отложения, созданные процессом дефляции, и являются эоловыми образованиями.

Типичный лёсс — это различной мощности (от нескольких метров до 400 м) карбонатные породы пылеватого состава с преобладанием частиц размером 0,01—0,05 мм. Все лёссовые породы образовались в четвертичный период.

Неоднократные оледенения определили специфический характер осадкообразования в голоцене примерно на одной четверти площади суши вокруг Северного Ледовитого океана, называемой криолитозоной.

Криолитозона — это территория, на которой распространены многолетнемерзлые горные породы. Возникнув на Земле около 650 тыс. лет назад, она уже никогда не исчезала, сохраняясь благодаря низким величинам солнечной радиации в высоких широтах, незначительной годовой сумме положительных температур и защитному действию почвенно-растительного покрова, подобно «шубе» ограничивающего теплообмен между атмосферой и криолитозоной. Ее мощность зависит от многих факторов и изменяется в широких пределах: от нескольких метров до 1,5 км. Многолетняя мерзлота «законсервировала» состояние и состав древних осадочных пород, почвы и некоторых обитателей палеоландшафтов, например, мамонтов, живших в межледниковый период.

Физическое выветривание и криогенное перемещение вещества в границах маломощного сезонно оттаивающего деятельного слоя определяют характерную полигональную структуру почвенного покрова. В деятельном слое происходит морозная сортировка обломочного материала, вызванная морозным пучением и образованием морозобойных трещин. Поверхность почвы разбита на пятна — медальоны, в которых центральная мелкоземистая часть окаймлена крупными обломками пород в форме колец и многоугольников.

Термокарстовые процессы и морозное пучение широко развиты в зоне многолетней мерзлоты. Они обусловливают образование особых форм рельефа: отрицательных (аласов в Якутии и хасыреев в Западной Сибири) и положительных (сегрегационных и инъекционных бугров пучения — булгунняхов).

Гравитационные процессы на склонах рельефа при сезонном протаивании многолетней мерзлоты приводят к развитию процессов эрозии, солифлюкции и образованию курумов и оползней.

Солифлюкция — это процесс сползания почвогрунтов в вязко-пластичном состоянии на склонах в талом деятельном слое по кровле многолетнемерзлых пород. Масштабы солифлюкции зависят от глубины сезонного протаивания, водонасыщенности почвы, уклонов рельефа, гранулометрического состава и степени задернованности поверхности.

Курумы — это каменные поля или потоки. Они образуются в результате морозной сортировки обломочного, щебнисто-глыбового материала при очень медленном перемещении на склонах с крутизной до 40°. В результате выноса мелкозёмистого материала в период сезонного оттаивания деятельного слоя происходит морозная сортировка обломочного материала.

Почвенный покров криолитозоны чрезвычайно чувствителен к изменению теплового режима, поэтому практически любой вид антропогенной деятельности может нарушить очень шаткое равновесие в экосистеме и значительно активизировать криогенные процессы в деятельном слое.

Во всех географических зонах преобладающими почвообразующими породами являются осадочные отложения, созданные раз-личными природными процессами.

В индустриальную эпоху человеческая деятельность стала важным фактором изменения поверхности Земли, состава и строения осадочных горных пород, соизмеримым с естественными геологическими процессами. Антропогенное воздействие на почвообразование включает, во-первых, целенаправленное преобразование природных ландшафтов в агро- и урбоэкосистемы и техногенные ландшафты и, во-вторых, косвенное влияние на процессы осадкообразования и их химический состав.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: