Примеры коагуляции. Образование почв

Мы рассмотрели развитие основных идей, определяющих содержание проблемы устойчивости. Так, одна из важнейших задач заключается в сохранении устойчивого состояния суспензий, эмульсий и других объектов, проходящих в процессе переработки через сложные системы производственных агрегатов. Не менее важной для народного хозяйства является и обратная задача – скорейшего разрушения дисперсных систем: дымов, туманов, эмульсий, промышленных и сточных вод. Ограничимся здесь иллюстрацией многообразия и сложности коагуляционных явлений на примерах, связанных с процессами почвообразования.

Почвы образуются при разрушении горных пород в результате выветривания, выщелачивания, гидролиза и т.д. Эти процессы приводят к образованию окислов: как нерастворимых, типа SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ (точнее – их гидроокисей), так и растворимых, типа RO и R₂O (где R – металл). Из-за значительной гидратации нерастворимых элементов почвы и дальнему взаимодействию в процессе взаимной коагуляции образуются структурированные коагуляты, близкие по свойствам к гелям, называемые коагелями. Эти коллоидно-химические процессы определяют все многообразие существующих типов почв.

Например, подзолистые почвы, типичные для северных районов нашей страны, образуются в условиях малого содержания органических остатков (гуминовых веществ) и большой влажности, вымывающей окислы основного характера (RO и R₂O). Остающиеся коагели характеризуются высоким содержанием SiO₂ и малым количеством питательных веществ, необходимых для растений.

Наоборот, черноземные почвы средней полосы России образуются в условиях малой влажности. В этих условиях ионы Са²⁺ и Mg²⁺ не вымываются и, взаимодействия с гуминовыми кислотами, образуют нерастворимые высокомолекулярные коллоидные частицы – гуматы Са²⁺ и Mg²⁺. В процессе взаимной коагуляции положительно заряженных частиц R₂O₃ с отрицательно заряженными гуматами и SiO₂ возникают структурированные коагели, составляющие основу для образования плодородной почвы. Таким же образом и на основе коагуляционных представлений можно обосновать генезис и других типов почв.

Интересным примером коагуляционных процессов является возникновение иловых почв в дельтах рек. Наиболее примечательна в этом отношении дельта Нила, образующегося в результате слияния двух рек – Белого и Голубого Нила. Воды Белого Нила, берущего начало в болотах центральной Африки, несут большое количество органических (гуминовых) веществ, частично защищающих минеральные частицы. Эта высокодисперсная система является, благодаря защитному действию гуматов, весьма устойчивой, и воды Белого Нила на всем его протяжении характеризуются значительной мутностью.

Голубой Нил, стекая с горных хребтов Эфиопии, содержит (вследствие размывания горных пород) большое количество минеральных солей, вызывающих коагуляцию и осаждение гидрофобных минеральных частиц. Поэтому воды Голубого Нила совершенно прозрачны.

После слияния двух рек, вода Нила продолжает оставаться мутной, т.к. концентрация солей в воде Голубого Нила не достигает порога коагуляции, соответствующего сильно гидрофилизированным частицам, содержащимся в воде Белого Нила. Коагуляция наступает лишь в устье, где речная вода встречается с солеными водами Средиземного моря
и остановка течения способствует седиментации коагулированных агрегатов, приводящей к образованию плодородной дельты.

На этом примере, как в грандиозной панораме, мы видим все многообразие явлений устойчивости дисперсных систем и ее нарушений и можем вполне оценить ту огромную роль, которую играли коагуляционные процессы в создании первых очагов человеческой цивилизации (в дельтах Нила, Евфрата и Тигра, Волги, Дона, Днепра, Амударьи, Дуная и других великих рек).