WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Гипс имеет растворимость около 2.4 г/л, которая мало зависит от температуры, но может сильно снижаться в присутствии других сульфатов и возрастать в присутствии хлоридов [Сонненфелд; Hardie]. В чистой воде режим растворения гипса диффузионно-кинетический: скорость растворения растет с увеличением времени контакта с раствором и скорости перемешивания раствора [Лебедев и Лехов; Lui and Nancollas]. Гипс может переотлагаться либо при испарении растворов (в аридных почвах, в пещерах [Сонненфелд; Рогожников]), либо в результате "вымораживания" из раствора [Черников и др.; Конищев]. Гипс лучше всего кристаллизуется при значениях рН от 7 до 8. Размер кристаллов уменьшается с ростом рН, концентрации раствора и скорости его испарения, в присутствии органических веществ [Сонненфелд]. Как правило, в почвах образуются линзовидные кристаллы, а для пород харатерны игольчатые, скрытокристаллические и прочие формы гипса [Porta].

(1.6.) Основные концепции и современные проблемы в области изучения процессов выветривания и почвообразования, развивающихся на плотных гипсах, и их связь с задачами настоящего исследования

Гипотезы о формировании карбонатов из гипса. Существующие интерпретации генезиса окарбоначенных почв на плотных гипсах базируются на двух группах гипотез. Большинство исследователей считает накопление кальцита в верхних горизонтах почв результатом растворения карбонатно-гипсовой породы [Гагарина и др.; Горячкин, Макеев; Strzemski; Duchaufour]. Некоторые исследователи считают, что кальцит синтезируется из гипса в ходе почвообразования – под действием карбоната аммония, образующегося в ходе разложения органического вещества: (NH4)2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + (NH4)2SO4 [Высоцкий; Wicik] или в результате поглощения Ca2+ растениями, его возврата с опадом в форме Ca(HCO3)2 и последующего осаждения в форме СаСО3 [Пономарева].

Проблема развития почв без силикатной составляющей. Уникальным свойством некоторых ППГ является их крайне "чистый" химический состав – кроме CaO и SO3 содержание всех остальных окислов приближается к ошибке валового анализа [Горячкин]. Принято считать, что процесс почвообразования сопровождается относительным накоплением устойчивых минералов в почвенном профиле, и практически неизвестно, какими механизмами определяется развитие почв с гипсовой основой без силикатных и карбонатных примесей.

Вопросы классификации. К настоящему времени в мире существует несколько подходов к классификации ППГ. В Центральной и Восточной Европе почвы на окарбоначенных гипсах называют рендзинами сульфатными или гипсовыми [Strzemski; Duchafour; Heinze; Micleus, Scabo; Wicik; Сiarkowska], т.е., сближают ППГ с почвами на карбонатных породах, рендзинами. В Италии и Испании почвы на плотных гипсах называются Calcic Gypsisols, т.е. приравниваются к почвам со вторичными гипсовыми аккумуляциями [Dazzi, Scalenge; Romao, Escudero]. При обнаружении бескарбонатных ППГ на севере России было предложено выделить их в отдельный тип под названием "сульфорендзины", которое соответствует упомянутой европейской традиции, но подчеркивает отличие ППГ от рендзин [Горячкин]. Однако в последнюю Российскую классификацию [2004] ППГ вошли как примитивные почвы, гипсопетроземы. Это название вполне соответствует термину WRB [1998] Hypergypsiric Leptosols. Однако под это определение не попадают развитые, мощные ППГ, в профиле которых плотный гипс превращен в результате дезинтеграции в муку. Недавно было предложено ввести их в классификацию как дезинтеграционно-метаморфические почвы, "гипсобелоземы" [Горячкин].

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в гипсово-карстовых ландшафтах Архангельской и Пермской областей, в подзонах северной тайги (в районах Государственного природного заповедника "Пинежский" и Государственного ландшафтного заказника "Чугский"), средней тайги (в районе пристани Звоз на Северной Двине) и южной тайги – в окрестностях г. Кунгур.

(2.1.) Физико-географическая характеристика районов исследования

Районы исследований характеризуются умеренно континентальным, гумидным климатом; большинство осадков выпадает летом; годовой коэффициент увлажнения лежит в пределах 1.1–1.6. Изменение климатических характеристик от западных северотаежных районов исследования к восточному южнотаежному выражается в постепенном увеличении среднегодовых температур (от -0.2 до +1.3) и суммы температур >10оC (от 1000 до 1850), нарастании континентальности климата (например, разницы между температурами самого холодного и самого теплого месяцев) и снижении увлажнения (среднегодовое количество осадков уменьшается примерно на 20%, от 650 до 497 мм); продолжительность безморозного периода увеличивается на 20-30 дней (от 85-95 до 115), а продолжительность периода с устойчивым снежным покровом снижается примерно на 10 дней (от 173 до 165).

Для всех районов характерен карстовый рельеф и выходы нижнепермских гипсов (тастубского горизонта сакмарского яруса в северо- и среднетаежных районах, иренского горизонта кунгурского яруса в южнотаежном районе), на которых формируются исследуемые почвы.

Зональные таежные (хвойные) леса в гипсово-карстовых ландшафтах, как правило, имеют высокий бонитет за счет улучшенного дренажа и прогреваемости субстратов. В тех редких случаях, когда гипсы преобладают среди материнских субстратов, развиваются специфические олиготрофные фитоценозы – таежные карстовые редколесья [Горячкин, Туюкина и др.]. Видовой состав растительности карстовых ландшафтов обогащается нетипичными для тайги видами: встречаются аркто-альпийские виды и эндемичный гипсофит качим пинежский (в северной тайге), неморальные (во всех подзонах) и степные виды (в южной тайге).

(2.2.) Объекты исследования

Наше внимание было сосредоточено на ППГ с чисто гипсовой минеральной основой (изучен 21 разрез, 20 прикопок, траншея по склону карстовой воронки). Были также описаны почвы на гипсово-карбонатных породах (3 разреза) и, для сравнения, на доломитах (3 разреза).

При описании профилей ППГ мы столкнулись с проблемой недостатка индексов и определений для их очень специфичных горизонтов в современной "Классификации и диагностике почв России" [2004], куда входят только слаборазвитые ППГ, где подстилочно-торфяный горизонт О залегает непосредственно на плотном гипсе Мcs (предлагается субстратные признаки обозначать подстрочно). В этой классификации отсутствуют развитые ППГ с горизонтом, где плотный гипс превращен в результате внутрипочвенного выветривания в мелкозем – этот горизонт было предложено назвать "дезинтеграционно-метаморфический" (BDMcs) [Горячкин]. Мы предлагаем также использовать индекс Mdmcs для обозначения щебнистого гипсового горизонта, являющегося переходным от BDMcs к Mcs. В случаях почвообразования на коллювиях, мы обозначали породу индексом С-Мcs.

(2.3.) Методы исследований

Для всех ППГ выполнены общие описания, анализы и приведены краткие морфо-аналитические характеристики: макроморфология, гранулометрический состав (сухое просеивание), рН водный и солевой, потери при прокаливании в органогенных горизонтах и содержание гумуса в минеральных горизонтах. Для выборочных разрезов ППГ проведены детальные мезо-, микро- и субмикроморфологические исследования, определения объемной плотности, валовой химический и минералогический (рентген-дифрактометрия в неориентированных препаратах) анализы. Экспериментально исследованы скорости основных элементарных почвообразующих процессов (ЭПП) на начальных стадиях формирования ППГ в северной тайге (см. Главу 5).

Глава 3. МОРФО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТАЕЖНЫХ ПОЧВ НА ПЛОТНЫХ ГИПСАХ

(3.1.) Морфология ППГ

Макроморфология. В таежных карстовых ландшафтах Европейской части России на локальных выходах нижнепермских гипсов формируются почвы, профили которых имеют мощность от десятка сантиметров до полутора метров и строение от O – Mcs (слаборазвитые почвы, гипсопетроземы) до O(ао, ау) – BDM(h)cs – Mdmcs – Mcs (развитые почвы, рис. 1), где ниже подстилочно-торфяного горизонта, часто имеющего некоторые признаки грубогумусового и/или серогумусового горизонтов, залегает минеральный дезинтеграционно-метаморфический горизонт, состоящий преимуществоенно из гипсовой муки (частицы < 1мм) и иногда слабо прокрашенный гумусом и оксидами железа (которые являются продуктами разложения опада, мертвых корней и грибных гифов), ниже переходящий к менее раздробленному, дресвянисто-щебнистому горизонту и затем к плотному гипсу. Уникальным морфологическим элементом ППГ являются натечные гипсовые кутаны на нижней стороне дресвы и щебня плотного гипса. Корни растений, крупные и тонкие, глубоко проникают в плотный гипс по крупным трещинам. В таких трещинах нередко накапливается "корневой войлок", густо оплетенный гифами грибов, и гипсовая мука, окрашенная гумусовыми соединениями, образовавшимися в результате разложения корней.

Мезоморфология. Гипсовый щебень и дресва имеют кавернозную поверхность и множество трещин, по которым они легко разламываются; дресва из верхних горизонтов растирается пальцами до муки. Мелкозем ППГ в основном не агрегирован, за исключением единичных копролитоподобных агрегатов в верхней части горизонта BDMhcs. Гипсовые кутаны варьируют от бледно-палевых фрагментарных пленочных образований до ярких буровато-охристых бугорковатых корок толщиной 3-5 мм (иногда до 7 мм). Окраска кутан обусловлена присутствием органических и железистых соединений. Граница между кутаной и белым гипсом щебня резкая.

Микроморфология. Наименее выветренные частицы крупнозема сложены малоизмененным гипсом материнской породы, имеющим ксеноморфно-разнозернистую и спутанно-волокнистую структуру. Более выветренные частицы дресвы сложены трещиноватым микрокрозернистым гипсом. Гипсовая мука представлена индивидуальными ромбовидными кристаллами (0.004-0.02 мм), таблитчатыми кристаллами (0.04-0.8 мм) и игольчатыми кристаллами (0.1-0.3 мм); причем крупные кристаллы (0.01-1 мм) имеют корродированный край, а мелкие (< 0.01мм) имеют правильную форму. В массе гипсовой муки в верхней части горизонта BDMhcs обнаруживаются частицы грубого органического вещества (хлопьев, чешуйек, комочков) и фрагменты разрушающихся кутан. В горизонтах BDMhcs и Mdmcs регулярно встречаются отдельные крупные гипсовые кристаллы (до 2 мм) – "пойкилиты" – с многочисленными включениями микро- и мелкозернистого ангидрита.

Субмикроморфология. Среди признаков растворения на поверхности гипсовой дресвы отмечено: селективное травление микрозернистого гипса вдоль линий спайности индивидуальных кристаллов (этчинг), не имеющих общей ориентировки; зубчатые края пластинчатых кристаллов; останцы кристаллов волокнистого гипса. Кутаны образованы из линзовидных кристаллов гипса (0.03-0.04 мм) и несут как признаки роста, так и признаки растворения. Об активных процессах роста кристаллов кутан свидетельствует тот факт, что грибные гифы, по-видимому, еще живые, оказываются заключенными внутрь кристаллов кутаны.

(3.2.) Данные сухого просеивания, определения объемной плотности и наименьшей влагоемкости

Усредненная характеристика минеральных горизонтов ППГ по содержанию фракций крупнозема и мелкозема и объемной плотности представлена в таблице 1, которая может оказаться полезной при выборе диагностических критериев для дезинтеграционно-метаморфических горизонтов. Горизонты различаются наиболее четко по содержанию гипсовой муки: BDMcs – более 50%, Mdmcs – от 10 до 50%, Mcs – менее 10%. Другим важным критерием различия горизонтов можно считать соотношение гипсового щебня и дресвы: BDMcs – дресвы больше, чем щебня; Mdmcs – дресва и щебень в примерно равных количествах; Mcs – щебень резко преобладает. В случаях "пограничных" значений содержания гипсовой муки, соотношение дресвы и щебня помогает диагностировать горизонт. Например, если верхний минеральный горизонт содержит 49% гипсовой муки, 45% дресвы и всего 6% щебня, мы диагностируем как BDMcs, а не Mdmcs. В гипсовой муке доля частиц <0.1 мм варьирует от 36% до 63%, что соответствует механическому составу от среднего суглинка до легкой глины. Полевая влагоемкость горизонтов BDMcs и Mdmcs составляет 24-27% и сопоставима с влагоемкостью суглинистых почв с кварц-силикатной основой.

Таблица 1. Усредненная характеристика горизонтов ППГ по содержанию гипсового щебня, дресвы и муки и объемной плотности

Горизонты

Содержание фракций, % (вверху - минимальные и максимальные значения, внизу - средние)

объемная плотность,

г/см3

щебень, >10 мм

дресва, 10-1 мм

мука, <1 мм

BDMcs

0 – 16

7

22 – 63

30

49 – 79

59

0.7 – 1.05

0.95

Mdmcs

10 – 68

35

12 – 55

33

12 – 44

29

1.05 – 1.12

1.09

Mcs

(плотный гипс)

82 – 97

88

1 – 11

7

2 – 8

5

2.05 – 2.16

2.11

(3.3.) Аналитическая характеристика

рН. Как и для большинства почв таежной зоны, для ППГ характерны кислые и сильнокислые значения рН подстилок. Реакция минеральных горизонтов ППГ слабокислая; внутри крупных трещин, где обнаруживаются обильные скопления корней, рН снижается до сильнокислой. Специфическим свойством ППГ является превышение pHKCl над pHH2O (свойство «джерик» [WRB]), что характерно для почв с положительным зарядом, способных действовать как анионообменник.

Потери при прокаливании подстилочно-торфяного горизонта в целом высоки: в слабо-разложившемся материале (О1) достигают 90-95%, а в сильно-разложившемся (О3) – 60-80%.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»