Геохимические идеи проникли в почвоведение в начале XX века. Основоположниками геохимии почв были В.И. Вернадский и К.К. Гедройц. Почва – верхний горизонт литосферы, вовлечённый в биологический круговорот при участии растений, животных и микроорганизмов, область наивысшей геохимической, энергии живого вещества. Именно в почвах наиболее сосредоточена геологическая работа живого вещества; именно в почвах готовится тот материал континентальных и морских отложений, из которого в дальнейшем образуются новые породы. Но в то же время в почвах сосредоточены и те процессы, совокупность которых обусловливает эволюцию органического мира. Здесь разыгрываются многообразные формы борьбы за существование и приспособления организмов к изменяющимся условиям их жизни, создаются многообразные сообщества (биоценозы) и формируются новые виды многочисленных низших организмов и высших растений.
Геохимическая сущность почвообразования заключается в разложении органических веществ микроорганизмами. Эти процессы интенсивны во влажных тропиках, слабы в тундре. Разлагая остатки растений и животных, микроорганизмы поставляют в почву растворы CO2, органические кислоты и другие химические высокоактивные соединения. Чем больше разлагается органического вещества, тем богаче почва химически работоспособной энергией, тем дальше она от равновесия. Почвы – это особо неравновесные, чрезвычайно динамичные биокосные системы.
|
|
Корни растений, как насос, «перекачивают» элементы из нижних горизонтов почвы в верхние. Это относится к P, S, Ca, K, многим микроэлементам. В результате такой биогенной аккумуляции создаётся возможность обогащения этими элементами верхних горизонтов почв, улучшения среды существования растений. Биогенное накопление Be, Co, Ni, Zn, Ge, As, Cd, Sn и других редких элементов в гумусовом горизонте лесной почвы впервые обнаружил в 30-х годах В.М. Гольдшмидт. Позднее эти явления были установлены и в других почвах. Поглощая катионы, корни выделяют H+, а поглощая анионы – ОН-. Возможно, что в результате минерального питания растений в почву непрерывно поступает H+ – важный фактор выветривания.
Наряду с биогенной аккумуляцией, направленной снизу вверх, в почвах наблюдается и нисходящая миграция водных растворов. Поэтому реальное распределение элементов в почвах определяется не только биогенной аккумуляцией, но и выщелачиванием. В результате почва расчленяется на горизонты с особыми физико-химическими условиями. Имеются почвы, в которых верхний горизонт кислый, нижний – щелочной, в верхнем горизонте господствует окислительная среда, в нижнем – восстановительная и т. д.
|
|
Таким образом, почвообразование приводит к дифференциации элементов – однородная горная порода превращается в неоднородный почвенный профиль со многими горизонтами. Поэтому в почве накапливается не только энергия, но и информация.
Разложение органических веществ – это окислительно-восстановительный процесс, так как C, H и другие элементы, входящие в состав органических соединении, при их разложении окисляются до простых минеральных соединений, а главный окислитель O2 восстанавливается. Окислителями и восстановителями могут быть и Fe, Mn и другие элементы, но суть процесса от этого не меняется. С геохимических позиций сущность почвообразования состоит в окислительно-восстановительных реакциях. Поэтому и главные различия между почвами связаны с этими реакциями. Для всех почв характерна окислительно-восстановительная зональность, которая наиболее наглядна, когда в почве окислительная обстановка сменяется восстановительной, – глеевой или сероводородной.
Геохимический анализ почвообразования позволяет выделить три основных ряда почв. Почвы первого ряда – с окислительной обстановкой. Они образуются там, где атмосферный воздух легко проникает в почву, где глубоко залегают грунтовые воды. Это горные почвы, многие водораздельные почвы равнин. К ним относятся чернозёмы, краснозёмы, каштановые почвы, бурозёмы, большинство почв пустынь и т.д. Почвы второго ряда – с глеевой обстановкой распространены на заболоченных равнинах в районах влажного климата. В глеевых почвах часто содержится растворимое органическое вещество, в том числе различные органические кислоты, которые образуются при неполном окислении растительных остатков. Почвы третьего рода – с восстановительной сероводородной обстановкой распространены не столь широко. К ним относятся многие солончаки и некоторые другие почвы. В пределах рядов выделяются чернозёмные, подзолистые, бурые лесные, коричневые, серозёмные, краснозёмные и другие типы почв. Размещение их подчиняется климатической зональности. Типы почв – это, прежде всего, типы разложения органических веществ, типы биогенной аккумуляции химических элементов, типы окислительно-восстановительной зональности.
Илы.
В.И. Вернадский писал, что ил – это природное тело, аналогичное почве, где гидросфера занимает место атмосферы. Как и почвы, илы – неравновесные динамические биокосные системы, богатые свободной энергией. Сущность илообразования заключается в разложений органических веществ, в окислительно-восстановительных реакциях. И для илов характерен профиль, расчленяющийся на горизонты, окислительно-восстановительная зональность, геохимические барьеры. Однако в отличие от почв илы растут снизу вверх и, следовательно, не имеют «материнской природы». Для них характерно, постоянное увлажнение. В образовании илов, как правило, не принимают участие, высшие растения. Всё это определяет меньшее разнообразие илов, их большую однородность в пространстве. Выделяют три ряда илов. Окислительные илы образуются в океанах, морях, озёрах и реках – всюду, где господствуют кислородные воды, создаются условия для перемешивания вод. В морях и океанах окислительная среда характерна для. прибрежных песков, зоны волнений, а также для больших глубин, где мало органических остатков, а холодная вода богата растворённым O2. Около 50% дна Тихoгo океана покрыто красной глубоководной глиной, которая осаждается на глубинах более 4500 м с очень малой скоростью (за 1000 лет образуется лишь несколько миллиметров ила). Окислительные илы имеют преимущественно жёлтую, бурую, красную окраску, обусловленную гидроксидом трёхвалентного железа.
|
|
Глеевые илы особенно характерны для озёр районов влажного климата. Здесь разлагается много органического вещества, сульфатов в водах мало. В результате развивается глеевая обстановка, Fe3+, Mn4+ восстанавливаются, илы приобретают сизую, зеленоватую, серую окраску. В глеевых илах не хватает O2 дляокисления органических веществ, их разложение замедляется. В лесной зоне постепенно на дне накапливается «гнилой озёрный ил». Он богат органическими соединениями (до 29%), среди которых обнаружены витамины и другие биологически активные вещества. Он используется как удобрение, подкормка для животных (белок, витамин В12), как лечебная грязь.
Сероводородные (сульфидные) илы широко распространены в морях и океанах, озёрах степей и пустынь, где преобладают сульфатные воды, развивается десульфуризация, продуцируется HgS, образуются сульфиды железа. Илы имеют серый, чёрный и синеватый цвет (за счёт сульфидов). Сульфидные илы солёных озёр степей и пустынь представляют большую ценность в бальнеологическом отношении и используются как лечебные грязи. Процессы превращения ила (осадка) в осадочную породу называются диагенезом.