Геологические процессы и их роль в почвообразовании

На поверхности Земли и в ее недрах протекают геологические процессы которые по источникам энергии принято делить на 2 группы: эндогенные и экзогенные.

Эндогенные процессы это процессы внутренней динамики, которые проявляются при воздействии внутренних сил Земли на твердую оболочку. К ним относятся: тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм и землетрясения, которые представляют собой вид тектонических движений. Тектонические движения земной коры создают в течение длительного времени основные формы земной поверхности - гора или впадина, т.е. играют определяющую роль в формировании современного рельефа земной поверхности.

Продукты вулканической деятельности (это тоже эндогенные процессы) могут быть жидкими (лава), твердыми (вулканические бомбы, песок, пепел) и газообразными (фумаролы, сульфаторы). С деятельностью вулканов связаны многие горячие источники (термы) и их разновидность -гейзеры (периодически фонтанирующие), которые приносят на поверхность большое количество минеральных веществ.

Магматическая деятельность является основной причиной образования первичных магматических (гранит, базальт, мрамор и т.д.) и метаморфических горных пород, преобладающих в составе литосферы и возникновения горного рельефа.

Экзогенные процессы - это процессы внешней динамики. Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре под влиянием сил, вызванных энергией солнечной радиации, силы тяжести, жизнедеятельности растительных и животных организмов и деятельности человека. К этим процессам, преобразующих рельеф материков, относятся: выветривание, различные склоновые процессы, деятельность текучей воды, деятельность океанов и морей, озер, льда и снега, мерзлотные процессы, деятельность ветра, подземных вод, процессы, обусловленные деятельностью человека, биогенные процессы.

Все экзогенные процессы осуществляют геологическую работу по разрушению, переносу (денудации) и накоплению (аккумуляции) переносимого материала. Ниже рассмотрим некоторые из этих процессов.

Выветривание горных пород и роль в почвообразовании. Выветриванием называется совокупность процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы. Выветривание, являющееся первым звеном в системе экзогенных процессов, способствует преобразованию горных пород в рыхлый материал (рухляк), из которого в дальнейшем образуется почва. В едином процессе выветривания в зависимости от факторов, воздействующих на горную породу и результатов его различают 3 формы - физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание - механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их состава. Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при больших амплитудах колебания температур (например, в жарких пустынях поверхность пород иногда нагревается до 60-70°С, а ночью охлаждается почти до 0°С).

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая проникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы. Еще сильнее разрушающая сила воды при замерзании. При этом она расширяется на 1/10 своего объема и оказывает огромное влияние на стенки трещин горных пород. В областях аридного климата аналогичную роль играют соли, проникающие в трещины и кристаллизирующиеся в них. Так, ангидрит (CaS0₄), присоединяя воду, превращается в гипс (CaSO₄•2Н₂О), увеличиваясь в объеме на 33%.

В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое количество ее. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Химическое выветривание. Под химическим выветриванием подразумевается разрушение и изменение горных пород под влиянием главным образом химических процессов. Под действием этих процессов возникают новые продукты, качественно отличные по составу и свойствам от разрушаемой породы. К главнейшим факторам относятся H₂О, CO₂, О₂ воздуха и температура (повышение температуры, например на 10° С ускоряет течение химических реакций в 2-2,5 раза). Самым активным фактором химического выветривания является H₂О, служащая прежде всего растворителем горных пород. Но деятельность воды не ограничивается растворением породообразующих минералов. Насыщенная углекислотой, она энергично химически разлагает сложные горные породы, образуя новые соединения.

Выветривание гранита, наиболее распространенной первичной горной породы, входящей в состав массивной кристаллической земной коры, приводит к образованию на земной поверхности самых разнообразных продуктов выветривания, или вторичных минералов и пород. Надо сказать, что до возникновения жизни на Земле разрушение горных пород шло исключительно путем химического и физического выветривания. На определенной стадии развития земного шара, когда появилась жизнь, возникли новые процессы выветривания горных пород, а именно, процессы органического или биологического порядка.

Биологическое выветривание. Биологическое, или органическое, выветривание вызывается жизнедеятельностью растительных и животных организмов. В результате этого выветривания наблюдается механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов (пример: корни деревьев в районах выхода на дневную поверхность твердых каменистых пород, да и сама древесная растительность, может действовать на них прежде всего чисто механически, расклинивая трещины; в то же время корни всех растений выделяют различные органические кислоты, которые растворяют минеральные соединения, усиливая процесс их разрушения; при гниении растительных и животных остатков также выделяются органические кислоты). Значительную роль в биологическом выветривании играют, наконец, всевозможные микроорганизмы, лишайники, роющие и копающие животные: земляные черви, кроты и пр. (они способствуют усилению доступа H₂О, СО₂ в поверхностные части земной коры, выделяют кислотные остатки).

Таковы в основном те главнейшие факторы, под влиянием которых происходят непрерывные процессы разрушения, или выветривания горных пород в земной коре.

Большое значение в развитии процессов выветривания имеют концентрация и солевой, состав растворов, РН среды, окислительно-восстановительные условия и т.д. Процессы выветривания в значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность выветривания определяется главным образом температурой и количеством осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата выщелачиваются. Поэтому на земном шаре образуется различные типы коры выветривания, различающиеся по минералогическому составу.

В результате выветривания горные породы подвергаются глубоким физическим и химическим изменениям и приобретают ряд новых свойств, благоприятных для жизни растений (воздухопроницаемость, пористость, влагоемкость). На земном шаре образуются разные типы коры выветривания, отличающиеся по минералогическому составу. Мощность коры выветривания колеблется в умеренных широтах от единиц до десятков метров, в тропиках она может достигать 100-200 м. Различают два основных типа коры выветривания:

- сиаллитная - распространена в регионах с умеренно влажным климатом, для нее характерно образование глинистых минералов, преимущественно монтмориллонитовой группы, и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов.

аллитная - формирующаяся в условиях влажного субтропического климата, для которой характерно господство вторичных минералов группы гидроокисей Fe⁺⁺⁺ и Al⁺⁺⁺, почти полное разрушение первичных минералов (кроме кварца), вынос оснований и кремнезема. В составе глинистых минералов преобладают каолинит или галлуазит.

Геологическая деятельность ветра. Ветром называют движение частиц воздуха в горизонтальном направлении вследствие разности в атмосферном давлении, которая возникает от неравномерного нагревания воздуха. Ветер - один из важных геологических агентов, его деятельность называют эоловой (эол по-гречески - бог ветра) или ветровой. Выражается она в разрушении горных пород (выдувании, развевании и шлифовании), транспортировке (переносе) и отложении (накоплении, аккумуляции) обломочного материала.

Ветер создает разнообразные скульптурные и аккумулятивные формы рельефа, изменяет влажность воздуха, влияет на урожай сельскохозяйственных культур. Наиболее сильно его деятельность проявляется в полупустынных и пустынных областях. Разрушительная деятельность ветра слагается из корразии и дефляции горных пород. Корразией называют обтачивание, шлифование песком, переносимым ветром, скал и горных пород. При этом создаются своеобразные, так называемые эоловые формы рельефа с причудливыми очертаниями (грибы, столбы, верблюды и пр.). Дефляция – сдувание, выдувание и развевание ветром мелких частичек горных пород. Оба эти процесса объединяют под понятием ветровая эрозия.

Ветровая эрозия наносит большой вред народному хозяйству, в особенности сельскому. При этом заносятся дороги, населенные пункты, выдуваются почвы, обнажаются корни посевов. Ветер переносит на большие расстояния также различные минеральные соли, которые часто становятся источником засоления почв и грунтовых вод.

Наряду с этим ветер играет и созидательную роль, В результате отложения переносимого ветром материала образуются эоловые накопления. (эоловый лесс, пески дюн и барханов).

Геологическая деятельность воды велика и многообразна. Вода в природе совершает постоянный и непрерывный круговорот: с поверхности суши и океанов она постоянно испаряется в атмосферу, а из нее выпадает в виде осадков на материки и в виде различных потоков устремляется в реки, моря и океаны. При этом может наблюдаться процесс, называемый смыванием, т.е. перенос различных продуктов выветривания по поверхности суши атмосферными осадками.

Смывание и перенос текущими водами продуктов выветривания сопровождается одновременно разрушением верхней толщи земной коры, ее размыванием, или эрозией (в холмистых и гористых областях).

Благодаря процессам размывания нередко возникают углубления, в которых сосредотачиваются временно текущие воды. Углубления далее постепенно превращаются в рытвины, а последние разрастаются в овраги (причины - неровность рельефа, рыхлость пород, изреженность растительного покрова, воздействие человека на природу - почву и др.). Та часть оврага, где он начинается и где в него вливаются воды с прилегающих склонов, называется вершиной оврага, а окончание оврага - устьем. Овраги растут довольно быстро. Всегда овраг растет от устья к верху, т.е. к водоразделу. Но когда овраг достигает водораздела, он прекращает рост. Под влиянием дальнейших боковых потоков стенки его постепенно обваливаются, становятся более отлогими, частично покрываются растительностью, и овраг превращается в балку. Овраги встречаются всюду, где местность имеет неровный волнистый рельеф и лишена растительности.

Подземные воды и их геологическая роль. По условиям залегания подземные воды делятся на:

- почвенные воды содержатся целиком в почвенной толще (гигровлага, капиллярная, пленочная (рыхлосвязанная) и др.), геологическая деятельность этих вод незначительна, однако агрономическая роль этих вод огромна;

- верховодка - небольшое скопление вод временного, сезонного характера, залегающие на водонепроницаемых слоях вблизи самой поверхности Земли;

- грунтовые воды - залегают в рыхлых отложениях на водонепроницаемых породах вблизи дневной поверхности. Их роль как агентов растворения и выщелачивания горных пород весьма значительна. Грунтовые воды обычно ненапорные. Они оказывают существенную роль на ход почвообразовательного процесса, т. к. имеют определенную степень минерализации и способствуют засолению почв. Грунтовые воды залегают на первом водоупорном горизонте, глубина их залегания различна и бывает в пределах от 1 ( и даже меньше) до 30-50 м. Вода грунтовых вод способна подниматься по капиллярам вверх и даже достигать земной поверхности. Тогда грунтовые воды принимают непосредственное участие в процессах почвообразования

(засоление или заболачивание). Уровень грунтовых вод, увлажняемый за счет поднятия воды по капиллярам, получил название капиллярной каймы, а глубина залегания грунтовых вод, при которой капиллярная кайма достигает поверхности, называется критической глубиной залегания грунтовых вод.

- артезианские воды - напорные воды, залегают обычно в крупных впадинах между водоупорными и слабопроницаемыми породами, часто на большой глубине.

В земной коре подземные воды, особенно артезианские, совершают очень большую работу (растворяют горные породы, вымывают вещества, образуя трещины, пустоты, пещеры, подмывают горные породы - образуются оползни - гибнут деревья, виноградники, рвутся корни растений и т.д.).

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте минералы , их классификация и роль в почвообразовании.

2. Назовите классификацию горных пород по происхождению и представителей.

3. Какие Вы знаете основные почвообразующие породы.

4. Назовите основные агрономические руды и их значение.

5. Назовите эндогенные и экзогенные процессы и их роль в формировании рельефа земной поверхности.

6. Что называется выветриванием? Назовите виды выветривания.

7. Назовите отличительные признаки физического от химического и биологического выветривания.

8. В чем заключается геологическая деятельность ветра?

9. В чем проявляется геологическая деятельность поверхностных вод?

10. Охарактеризуйте роль подземных вод в почвообразовании.