Выветривание и почвообразование

Почвообразование — сложный природный процесс образования почв, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования. На первых стадиях процесса с поселением живых организмов на поверхности горных пород или продуктах их выветривания и переотложением первичный почвообразовательный процесс по существу совпадает с выветриванием, и формирующаяся почва физически совмещена с корой выветривания. Затем выветривание и почвообразование разделяются в пространстве и времени, а почва формируется лишь в самой верхней зоне коры выветривания горных пород, часто после ее образования и переотложения.

Необходимо иметь в виду, что в далекий абиотический период развития Земли выветривание происходило без почвообразования, т.е. на земной поверхности существовали коры выветривания, но не было почв. Отсутствовал один из важнейших факторов почвообразования — биогенный. Для разделения понятий «кора выветривания» и «почва» определим суть различий и сходства между ними.

Кора выветривания — часть поверхностного покрова суши, в котором ее скелетом являются топографически не смещенные продукты гипергенного изменения вещества материнских пород. В предложенном определении кора выветривания противопоставляется всему комплексу осадочных отложений как образований, возникающих за счет материала, топографически смещенного относительно источников сноса (по Е. В. Шанцеру). Характерные признаки коры выветривания — наследование структурно-текстурных признаков материнской породы, а также ее профильное строение. Горные породы, слагающие геологическое тело коры Основанием для этого служат качественные различия процессов, обусловливающих их развитие.

Таких главных качественных различий три.

1. Любой почве свойственны химические реакции взаимодействия органических кислот с минеральной составляющей литосферы, нередко приобретающие характер полного растворения.

2.Лишь часть химических элементов, которая перешла в раствор, не подвергается влиянию корневой системы растений, причем большая часть из них захватывается корнями растений и входит в зольный состав их тканей. Затем они снова поступают в почву. Почва, таким образом, та часть коры выветривания, которая активно вовлечена в биогеохимический круговорот вещества и энергии.

3. Биологический и биохимический характер процессов, свойственных почве, ограничен глубиной проникновения продуцирующихся в верхней части почвенного профиля гумусовых веществ. Гумусообразование и биохимические реакции органических кислот с минералами материнских субстратов обладают качественным своеобразием лишь в пределах первых десятков сантиметров. Ниже границы полной минерализации продуктов органического распада и синтеза — на глубине 2—5 м от дневной поверхности выветривание не зависит от воздействия продуктов жизнедеятельности и контролируется главным образом гидротермическим режимом ландшафта.

Таким образом, почва и подстилающие ее горизонты коры выветривания — взаимосвязанные образования. В то же время содержание процессов формирования почвенных и подпочвенных горизонтов различается, что позволяет рассматривать их как две основные генетические зоны (Б. Б. Полынов, 1934; И. П. Герасимов, 1964; В.А.Ковда, 1973; Е.В.Шанцер, 1966; А. Г.Черняховский, 1991, 1994). В дальнейшем будем называть их почвенной (или собственно почвой) и сапролитовой зонами, а основные горизонты сапролитовой зоны сверху вниз — литомаржем и сапролитом.

Образование почв и коры выветривания составляют суть следующих основных процессов выветривания: морозного, температурного, гидратационного и биохимического.

1. Морозное выветривание — это дезинтеграция горных пород под воздействием расклинивающего действия замерзающей воды и других физических и физико-механических процессов, связанных с промерзанием и льдообразованием. Этот тип выветривания характерен для ландшафтов тундр и лесотундр, отличающихся суровыми климатическими условиями, многолетней мерзлотой и обусловленным ею избыточным поверхностным увлажнением. Частые переходы температур через точку замерзания воды приводят к образованию глыбового элювиального материала с небольшой примесью мелкозема. Размер глыб колеблется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров в диаметре. Возможная мощность коры выветривания, образованной морозным выветриванием, определяется глубиной сезонного промерзания-оттаивания и может достигать 10—15 м от поверхности.

2. Температурное выветривание — механическая дезинтеграция горных пород под действием теплового расширения и сжатия ее минеральных компонентов. Этот тип выветривания проявляется в ландшафтах пустынь умеренных и тропических термических поясов, а также в ландшафтах нивального пояса высоких гор, холодных пустынь, полупустынь и сухих саванн в условиях непромывного и аридного режима увлажнения.

Температурные колебания в консолидированных горных породах приводят к возникновению элювия с частицами разной размерности: а) щебенчатого в пределах одного или нескольких сантиметров (кристаллические сланцы, мраморы, кварциты, порфириты); б) пылеватого и глинистого в пределах десятых и сотых долей миллиметра. Возможная максимальная мощность коры выветривания, образованной температурным выветриванием, ограничивается глубиной суточных температурных амплитуд, т.е. одним метром.

Однако все перечисленные процессы не вызывают механические напряжения, способные привести к дезинтеграции рыхлых субстратов. Согласно данным А.Г.Черняховского, механические свойства этих субстратов изменяются благодаря гидратации-дегидратации и «солевого» температурного выветривания в результате расклинивающего действия кристаллизующихся солей.

3. Гидратационное выветривание — это дезинтеграция горных пород расклинивающим действием адсорбированных пленок воды. Адсорбция водных пленок препятствует смыканию трещин и примногократном повторении деформаций приводит к полному разрушению породы. Этот тип выветривания может происходить в любой климатической зоне, но самостоятельное значение приобретает в ландшафтах степей, лесостепей, аридных редколесий, сухих кустарников, типичных саванн. Он осуществляется в условиях непромывного режима увлажнения или дефицита влаги. Элювий отличается тонким механическим составом с преобладанием дресвы и фракций песка и глины. Возможная мощность коры выветривания, образованная гидратационным выветриванием, определяется сезонными температурой и влажностью.

4. Биохимическое выветривание происходит по законам растворения. Этот тип выветривания — основной процесс в гумидных ландшафтах всех термических поясов Земли, т.е. в зонах, где удаляются продукты разрушения. Элювий отличается дресвяно-глинистым и глинистым составом. Механизм и продукты химического выветривания определяются свойствами воды (диэлектрическими, диссоциационными, окислительно-восстановительными и др.), гумусовых веществ и структурой взаимодействующих с ними минералов.