Почвообразующие горные породы

Почвообразующими породами, или материнскими, называются поверхностные горизонты горных пород, из которых формируются почвы. Различия в свойствах почвообразующих горных пород наследуются почвами.

Почвообразующая порода является основой почвы и передаёт ей свой гранулометрический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются под воздействием почво-образовательного процесса [2, 5, 11, 12, 16, 18, 19, 21, 28, 35, 36].

Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах, всегда различаются. Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразовательного процесса. Механические свойства горных пород, их плотность и проницаемость, минералогический состав и химические особенности существенно сказываются на скорости и направлении почвообразовательного процесса. Первоначальный запас в горных породах фосфора, кальция, серы, калия и других элементов в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия, особенно во влажном климате.

При равнинном рельефе вариабельность свойств почвообразующих пород незначительна. В странах горного рельефа пестрота горных пород исключительно велика, и там прямое их влияние на особенности почвообразовательного процесса выражены наиболее резко.

Почвообразующие породы различаются по происхождению (генезису), составу, строению и свойствам.

Горные породы, слагающие земную кору, разделяются на три группы: магматические (массивно-кристаллические), осадочные и метаморфические.

Массивно кристаллические породы представляют собой охлаждённую и затвердевшую магму, которая вышла на поверхность земли или застыла в виде обширных тел на глубинах, Эти горные породы имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое зернистое строение.

По химическому составу они слагаются, главным образом, из соединений кремния, алюминия, железа, щелочей, кальция и магния. В различных горных породах этого типа соотношение названных компонентов значительно варьирует. В зависимости от содержания и соотношения соединений кремния и щелочей с одной стороны, железа, кальция и магния – с другой, различают магматические породы кислые и основные.

Кислые магматические породы [8, 9, 13, 17, 26, 28, 35, 36] включают граниты, гранулиты, пегматиты, риолиты, липариты и другие. Для них характерно высокое содержание кремнезёма (63-77% SiО₂), заметное количество калия (3-5%), натрия и алюминия (4-15%), небольшое количество железа (0,3-1,9%), ничтожное количество кальция и магния (0,3-2,2%), относительно повышенное содержание F и В.

Кислые магматические породы обычно окрашены в светлые и буроватые тона, в них отчётливо различаются кристаллы кварца, полевых шпатов, слюд. Породы содержат повышенное содержание Rb, Ba, Y, Mo, Zr, U, Ra, редких земель и малое количество Cr, Zn, Ni, Co, Cu, Ti.

Они содержат большое количество газов (СО, СО₂, H₂S, CH₃, H, N, Cl, HCl). Продукты выветривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, особенно на ранних стадиях выветривания, отличаются рыхлостью, песчанистостью и гравийным характером материала с более или менее достаточным содержанием калия, связанного с минералами группы слюд. Однако, в условиях очень влажного климата почвы, образующиеся из пород кислой магмы, быстро утрачивают плодородие и приобретают повышенную кислотность вследствие интенсивного выщелачивания щелочных и щёлочноземельных металлов атмосферными осадками.

Основные магматические породы [8, 9, 13, 17, 26, 28, 35, 36], включающие базальт, перидотит, дунит, габбро, характеризуются невысоким содержанием кремнезёма (от 40 до 60% SiО₂), связанного в основном в алюмосиликатных минералах. Свободный кремнезём в виде кварца содержится в небольшом количестве. Они, в отличие от кислых магматических пород, богаты соединениями Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zn, Ti, Cu, мало содержат Zr, Y, Ва, Rb, Li, Ra и редких земель. Горные породы щелочной магмы имеют очень тёмную, иногда чёрную окраску, что объясняется отсутствием кварца и преобладающим содержанием тёмноцветных минералов (оливин и другие).

Продукты выветривания и почвообразования на горных породах щелочной магмы обычно быстро приобретают глинистый характер, длительное время сохраняют щелочную и нейтральную реакцию, отличаются повышенным содержанием почвенного гумуса и вторичных глинистых минералов монтмориллонитового типа. Почвы, образовавшиеся на таких породах, отличаются высоким и относительно устойчивым плодородием даже в условиях влажного тропического климата.

Между двумя основными группами массивно-кристаллических магматических пород – кислыми и основными – существует ряд переходных групп, среди которых некоторые ближе к основным – андезиты и диабазы, а некоторые к кислым – диориты.

Граниты и близкие к ним породы кислой магмы на севере Европы образуют так называемый Фенно-Скандинавский щит. Обширные пространства заняты гранитами и риолитами в Южном Китае, Латинской Америке (особенно в Бразилии) и Африке. В двух последних распространены древние граниты, которые вышли на поверхность в результате длительной эрозии и денудации,

Основные породы – базальт, андезит и вулканическая лава являются субстратом современного почвообразования в Западной Грузии, Армении, Турции. Очень большие территории Центральной Индии (Деканское плато) занято породами этого типа. Именно на переотложенных продуктах выветривания этих пород образовались знаменитые по своему плодородию тёмноокрашенные почвы, так называемые регуры (чёрные хлопковые почвы). Основные изверженные породы часто встречаются на территории Сибири, Японии, Австралии, Эфиопии, Египта, Чили и Мексики, а также на территории областей третичного, четвертичного и современного вулканизма в Латинской Америке, Африке, Азии и особенно на островах Тихого океана (Гавайские, Галапагосские и другие).

Среди массивно-кристаллических пород преобладают кислые (47%), т.е. граниты и близкие к ним породы, андезиты составляют – 24%, а типичные основные породы – базальты – 21%. В общей массе слагающих литосферу пород, магматические породы составляют 95%, однако почвообразующими являются, главным образом, в горных областях.

Метаморфические породы являются как бы переходными между осадочными и массивно-кристаллическими магматическими породами.

Если древние осадочные породы после погружения местности подвергались воздействию высокого давления и особенно высоких температур, то могли приобрести сходство с метаморфическими породами, хотя черты их осадочного происхождения не вполне исчезли. Таковы мрамор, кварциты, сланцы, конгломераты.

В числе метаморфических пород особенно важны сланцы, гнейсы, минералогически и химически близкие к гранитам. Необходимо отметить, что на поверхности земного шара гнейсы и метаморфизированные глинистые сланцы занимают вместе с гранитами, гранулитами и пегматитами огромные поверхности. Однако, их значение в почвообразовании незначительно, и проявляется, в основном, в горных областях.

Осадочные почвообразующие породы [8, 9, 13, 17, 26, 28, 35, 36] покрывают основную часть поверхности суши, и в современную эпоху почвообразовательный процесс происходит, главным образом, на осадочных породах.

Слоистые толщи осадочных пород накапливались на дне океана, морских и озёрных водоёмов, на равнинах, окаймляющих горы, куда выносились ледниковыми, водными и воздушными потоками.

Осадочные породы по объёмному весу значительно легче магматических. Их окраска разнообразнее и светлее; монолитное сложение и кристаллическая структура в них не выражена. Среди осадочных пород важно различать группы морского и континентального происхождения (без участия морских вод).

В числе осадочных пород преобладают глинистые сланцы (77%), песчаники – 11,3%, известняки – 5,9%, на долю солей разного рода приходится 5,8%.

Осадочные породы морского происхождения – известняки, конгломераты, песчаники, глинистые сланцы, глины. Эти породы характеризуются плотной консистенцией, включают остатки морской флоры и фауны, а также имеют примесь извести и легко растворимых солей.

Из осадочных пород морского происхождения наиболее специфичны известняки, песчаники и кварциты. На известняках, которые на 75-95% состоят из углекислого кальция или доломита при выветривании и почвообразовании образуются глинистые структурные почвы нейтральной или слабощелочной реакции, нередко с высоким содержанием почвенного гумуса, с хорошими физическими свойствами и, как правило, с высоким уровнем естественного плодородия.

Кварциты и песчаники, состоящие в основном, из сцементированных масс песка и кварца, при выветривании и почвообразовании дают материал песчанисто-гравийного гранулометрического состава, бедный элементами питания и низкого плодородия.

Осадочные породы морского происхождения распространены широко, но на платформах они покрыты континентальными осадками. Горообразовательными процессами и денудацией морские осадочные породы выводятся на поверхность и являются субстратом почвообразования.

Континентальные осадочные породы распространены на равнинных территориях и пологих склонах суши. Это конгломераты, галечники, песчаники, пески, глины и суглинки, соли.

Континентальные осадочные породы закрывают изверженные и древние морские осадочные породы, образуя покровы у подножий горных хребтов, в конусах выноса горных потоков, в древних долинах и дельтах рек. Они переносятся и распределяются на суше в результате движения льдов, текучей воды и воздушных масс, поэтому не содержат остатков морской фауны и флоры и не включают легкорастворимых морских солей. Только, осадочные континентальные породы, которые образовались в условиях жаркого сухого климата, содержат значительное количество солей, химизм которых отличается от морского.

Морские и континентальные осадочные породы могут быть очень древними и молодыми.

Древние осадочные породы, образованные в дочетвертичный период, со временем утратили рыхлость, пористость и являются преимущественно плотными породами.

Древние осадочные породы и массивно-кристаллические продукты разрушения (магматических и метаморфических пород) породы объединяют по возрасту в одну группу дочетвертичных или коренных пород. Наиболее широко они распространены в горных районах.

Молодые осадочные породы сформировались в четвертичный период в результате выветривания коренных пород и переотложения продуктов их разрушения водой, ветром, льдом, образование их продолжается и в настоящее время.

Это рыхлые осадочные породы континентального и морского происхождения. В отличие от плотных коренных пород они характеризуются благоприятными для почвообразования свойствами: рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью, водоудерживающей и поглотительной способностью. Рыхлые осадочные породы являются главными почвообразующими породами, на которых повсеместно образуется почва.

В зависимости от способа накопления, морские и континентальные осадочные породы подразделяются на механические наносы, химические осадки и породы биогенного генезиса.

Механические наносы. В зависимости от размеров обломков пород переотложенных под влиянием силы тяжести, движения ледников, текучих вод или ветра различают:

- грубообломочные наносы (каменистая морена, галечники, отложения щебня, дресвы, гравия);

- пески (размеры частиц 1…0,1мм), отложенные прибрежными течениями морей, и озёр, потоками ледниковых вод, рек, ручьёв, ветром;

- суглинки (размер частиц 0,1…0,01мм), отложенные ледниковыми, дождевыми и речными потоками, течениями озёрной или морской воды. Различают суглинки лёгкие, переходящие в пески и тяжёлые, переходящие в глины. Суглинки слоисты, имеют конкреции железа и марганца или скопления извести, гипса.

Среди суглинистых осадочных пород особенно важны для почвообразования лёссы и лёссовидные породы, занимающие огромные пространства в Центральной Азии и Восточной и Центральной Европе, а также на равнинах Урагвая, Аргентины и Соединённых Штатов Америки. Почвы, образующиеся на лёссах и лёссовидных суглинках, обычно отличаются высоким и устойчивым плодородием.

- глины (размер частиц менее 0,01мм) – осадки, отложенные на дне стоячих водоёмов, в речных и дельтовых озёрах, особенно в озёрах ледникового происхождения, в морских лагунах, эстуариях, и заливах. В зависимости от происхождения глины могут содержать легкорастворимые соли, скопления соединений железа, алюминия, марганца, конкреции и горизонты извести, кристаллы и прослои гипса.

Глины слоисты, иногда слоистость скрытая, иногда чётко выражена. По сравнению с песками и суглинками они богаче элементами минерального питания: Р, К, Са, Сu, Zn, Со, часто присутствует органическое вещество и азот.

Однако физические свойства глин часто неблагоприятны для почвенного плодородия, что зависит от их минералогического состава. Глины, содержащие аллофаноидные минералы и минералы группы монтмориллонита, обладают крайне высокой гидрофильностью, бесструктурностью, очень низкой влаго– и воздухопроницаемостью, что обуславливает низкое естественное плодородие. В аридных условиях, в глинах может присутствовать значительное количество токсических солей, что ведёт к засолению почв, образовавшихся на этих глинах.

Химические осадки. В морских лагунах и заливах, в условиях жаркого климата выпадают и осаждаются различные химические соединения. Этим путём образуются значительные толщи осадочных химических пород. Химические осадки могут быть чистыми или загрязнены примесями механических осадков – глинистых, песчаных и даже каменистых (пресноводный мергель – известковая осадочная порода, содержит не менее 20-30% СаСО₃ и образующаяся при испарении жёсткой озёрной или грунтовой воды). Почвы, образующиеся на известняках и меле, отличаются высоким плодородием и благоприятными физическими свойствами.

На дне соляных озёр или заливов и морских лагун с повышенной концентрацией солей происходит осаждение гипса, мирабилита, тенардита, поваренной соли, кремнезёма, окислов железа и марганца, соединений микроэлементов. Тонкие коллоидные глины образовались в природе путём осаждения соединений кремнезёма и полуторных окислов из водных растворов.

Процессы образования химических осадочных пород были распространены в пермскую эпоху. Этим путём образовались мощные залежи известняков, гипсов, солевых отложений. Почвы, образованные на чистых химических осадках солей, отличаются крайне низким плодородием.

Образование химических осадков в современных условиях также широко распространено.

Осадочные породы химического генезиса. В черноморских лиманах наблюдаются соляные грязи и концентрированные соляные растворы, из которых выпадают в осадок сульфат и хлорид натрия. Тоже наблюдается и в заливах Каспийского моря Кара-Богаз-гол. В соляных озёрах Западной Сибири и Казахстана идёт накопление сернокислого и углекислого натрия.

Равнинные пустыни Перу и Чили закрыты мощными пластами сернокислых и азотнокислых солей древнего происхождения.

Осадочные породы биогенного происхождения – особая группа осадочных пород, состоящая из органического вещества, главным образом, растительного происхождения, которое накапливается в зарастающих озёрах и образуется торф.

В дельтах тропических рек озёра и острова зарастают мощными лесами, перевитыми лианами и болотной растительностью. Многочисленные накопления таких лесоболотных формаций приводит к накоплению громадных количеств растительной массы и перемежающихся толщ аллювия, которые, погребаясь новыми минеральными отложениями, под влиянием повышенного давления, температуры и анаэробного разложения превращаются в лигнит или каменный уголь.

В пресноводных послеледниковых озёрах вследствие интенсивной жизнедеятельности разнообразной макро,- мезо – и микрофлорой и фауной отлагались на дне значительные толщи тончайшего органического ила – «сапропеля». В древних лагунных осадочных отложениях формировались битуминозные породы, асфальты, битумы и нефть.

Органогенными осадками являются некоторые известняки и трепел. В Карелии и на Кольском полуострове на поверхности оказались древние органогенные осадки – шунгиты, на которых формируются плодородные темноцветные почвы. Органогенные породы не занимают больших непрерывных пространств, но они могут систематически встречаться на ограниченных территориях, оказывая влияние на формирование своеобразных почв, обеспечивая их высокую гумусность.

Наиболее известны почвы, образованные на четвертичных торфах и торфяных отложениях в Белоруссии и Западной Сибири. Эти почвы обладают высоким плодородием.

Отложения сапропеля используются как органическое удобрение. Они содержат P, K, N и другие элементы питания растений. Некоторые бурые угли и лигниты также используются как органическое удобрение и для нейтрализации щелочных почв. В странах развитой добычи каменных и бурых углей на выбросах горных пород, содержащих значительное количество органических соединений, наблюдается современное почвообразование.