Генезис болотних ґрунтів

Гідроморфні ґрунти утворюються при надмірному зволоженні, яке є невід'ємною умовою для розвитку болотної рослинності, торфоутворень і оглеєння мінеральної частини.

Ґрунтоутворення вивчали Я.М.Афанасьєв, А.А.Завалишин, К.В.Веригіна С.П.Ярков, І.С.Кауричев, Ф.Р.Зайдельман і багато інших вчених, які з'ясували, щооглеєння – це складний біохімічний відновний процес, що відбувається в анаеробних умовах при наявності органічної речовини і участі анаеробних мікроорганізмів.

За Г.М.Висоцьким,глей – це більш менш щільна суглинкова, глиниста або органо-мінеральна порода брудно зеленого, сизого, синюватого чи неоднорідного забарвлення, що формується в умовах довгострокового перезволоження.

При глеєутворенні відбувається руйнування первинних і вторинних мінералів. Перетворень зазнають сполуки з перемінним ступенем окислення елементів. Алюмофераліти руйнуються фульвокислотами. Найбільш характерна особливість глеєутворення – відновлення окисного заліза до закисного.

Внаслідок окисно-відновних процесів в ґрунті мінерали, що місять залізо, руйнуються. Під впливом кисню повітря і життєдіяльності мікроорганізмів двовалентні форми заліза переходять у тривалентні. Наприклад, окислення піриту в присутності кисню відбувається за схемою:

2FeS₂ + 7О₂+Н₂О = 2FeSО₄ + 2H₂SО₄

Отже, при окисленні піриту спочатку утворюється сульфат закису заліза і сірчана кислота. Остання реагує з ґрунтовими основами, а сульфат закису заліза зазнає подальшого окислення за схемою:

4FeS₄ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(0H)SО₄;

Fe(ОH)SО₄+ Са(НСО₃)₂+ 2Н₂О = Fe(OH)₃ + CaSО₄+ 2Н₂О + 2СО₂

В кислому середовищі гідрооксиди добре розчинні:

Fe(OH)₃ + ЗНС1 = FeCl₃ + 3H₂О

Fe(OH)₂ + H₂SО₄ = FeSО₄ + 2H₂О

За періодичного перезволоження сполуки заліза можуть знаходитись, як в окисній, так і закисній формах, залежно від тривалості періоду перезволоження і аерації.

При відновних умовах (наявність вуглекислоти) утворюються карбонат [FeСО₃] і гідрокарбонат [Fe(HCO₃)₂] заліза, які добре розчинні у воді і при заміні відновних умов на окислювальні легко окислюються до гідроксиду заліза:

4Fe(HCО₃)₂ + О₂ + Н₂О = 4Fe(OH)₃+ 8СО₂

Гідроксид заліза має основні властивості і легко вступає у взаємодію з кислотами:

Fe(OH)₂ + Н₂СО₃ = FeCО₃ + 2Н₂О

Fe(OH)₂+ 2СН₃СООН = Fe(CH₃COO)₂+ 2Н₂О

В анаеробних умовах при перезволожені в ґрунті нагромаджується вівіаніт Fe₃(РО₄)₂ ×8Н₂О і ферозит KFe₃(SО₄)₂(ОH)₆.

За наявності кисню повітря Fe (ОН)₂ окислюється до Fe(OH)₃:

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃

Солі двовалентного заліза виявляють відновні властивості і досить легко окислюються до сполук тривалентного заліза киснем повітря та різними окислювачами як у розчині, так і кристалічному стані. Реакції відбуваються як у кислому, так і нейтральному середовищах, наприклад:

4FeSО₄ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(ОH)SО₄

6FeSО₄ + 2HNО₃ + 3H₂SО₄ = 3Fe₂(SО₄)₃ + 2NO + 4H₂О

FeSО₄ + (NH₄)S = FeS¯ + (NH₄)₂SО₄

Залізо входить до складу колоїдів ґрунту у формі гідрооксидів Fe₂О₃xnH₂О. Аморфні гелі таких сполук можуть кристалізуватися з утворенням лімоніту – 2Fe₂О₃x3H₂О. Проте частина таких гелів вступає у взаємодію з гумусовими кислотами та колоїдним кремнеземом SiО₂хnH₂О, утворюючі складні органомінеральні і залізо-кремневі комплекси.

Стійкість комплексів різна. Вона залежить від реакції ґрунтового розчину проте їх утворення можливе при розкладі органічних решток, що суттєво підвищує міграційну здатність заліза в ґрунтовому профілі.

Отжеоглеєння – складний біохімічний процес метаморфічного перетворення мінеральної або органо-мінеральної ґрунтової маси внаслідок постійного або довгострокового періодичного перезволоження ґрунту, яке призводить до інтенсивного розвитку відновних процесів, що змінюються (інколи локально) на окисні процеси; оглеєння відбувається при наявності органічної речовини за участю анаеробних мікроорганізмів, характеризується відновленням елементів з перемінною валентністю (Fe, Mn, S та N), руйнуванням первинних мінералів, синтезом специфічних вторинних мінералів, які мають у кристалічній гратці іони з низькою валентністю, незначним виносом основ та інколи супроводжується акумуляцією сполук заліза, сірки, фосфору, кремнію.

Торфоутворення – накопичення на земній поверхні напіврозкладених рослинних решток, які утворилися в умовах надмірного зволоження.

Відбувається торфоутворення за умов наявності вологолюбної трав'яної рослинності, мохів і перезволоження території з постійними анаеробними умовами на межі атмосфери і ґрунту.

Надмірне зволоження сприяє розвитку вологолюбних рослин, які за посилення оторфовування змінюються зеленими, а потім білими мохами.

Провідна роль в торфоутворенні належить мохам (гіпнові зелені, білі сфагнові, зозулин льон). З трав'янистих рослин у торфоутворенні беруть участь різні види осок, пухівки, очерету, рогози, канарникової трави, напівчагарникові і дерев'янисті рослини (журавлиний вереск, верба, вільха чорна, сіра та ін.).

За надмірного зволоження створюються анаеробні умови, які уповільнюють трансформацію органічної речовини, що надходить на поверхню ґрунту. Рослинні рештки знаходяться у напіврозкладеному стані, кліткові мембрани мохів залишаються водонепроникними, що обумовлює формування торфу, який насичений вологою (95% маси припадає на воду). Аеруються лише верхні 5-10 см торфової товщі.

Водно-повітряний режим торфовищ відіграє провідну роль у перетворенні органічної речовини, її гуміфікації і мінералізації.

Анаеробні умови за надмірного зволоження сприяють утворенню низькомолекулярних органічних кислот: оцтової, молочної та ін. Кислоти пригнічусь мікробіологічну активність. Рослинні рештки трансформуються під впливом не спороносних бактерій і грибів. В міру розкладення органічної речовини спочатку зростає частка спороносних бактерій, а далі, тих, що розкладають целюлозу. Посилення біохімічних процесів призводить до розпаду тканин рослинних решток і вони втрачають клітинну будову.

Ступінь розкладу торфу покладено в основу його генетичної і агрономічної оцінки. Чим більше трансформована торфова товща, тим більшу родючість мають ґрунти. Розклад рослинних решток сприяє вивільненю зольних елементів і азоту, які переходять у доступні для рослин форми. Поєднання процесів оглеєння і торфоутворення визначає ступінь прояву болотного процесу ґрунтотворення і різноманітність гідроморфних грунтів.