WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Содержание гумуса в минеральных горизонтах ППГ обычно низко, 0.5-1.5%, но в горизонте BDMhcs оно может достигать 2-3%. В мелкоземе внутри крупных трещин оно может подниматься до 8%, что можно объяснить высоким содержанием органического вещества, формируемого в результате разложения корней и гифов, сконцентрированных в этих трещинах.

В составе гумуса резко преобладают фульвокислоты (Сгк/Сфк < 0.3), представленные кислоторастворимой фракцией; очень высока доля негидролизуемого остатка - около 90%. Такое высокое содержание гумина мы связываем с тем, что гумус этих почв «незрелый»: гумусовые вещества, образующиеся при разложении растительных остатков, сразу же связываются с кальцием и коагулируют.

Данные валового химического анализа ППГ свидетельствуют о том, что материнская порода и минеральные горизонты почв состоят из практически чистого гипса: за исключением СаО и SO3, все остальные окислы (SiO2, Al2O3, Fe2O3 и пр.) содержатся в количествах, близких к ошибке валового анализа (десятые и сотые доли процента).

(3.4.) Минералогический состав.

Рентген-дифрактометрический анализ плотного гипса, гипсовой муки и кутан из разрезов ППГ в северной, средней и южной тайге выявил, что большинство образцов состоит целиком из гипса; только в образцах гипсовой муки из трещин возможно наличие кварца, 2-3%. Силикатные минералы ни в гипсе, ни в гипсовой муке не обнаружены. Таким образом, подтверждаются данные детальных морфологических исследований и валового анализа: гипс является монодоминантным минералом исследуемых почв.

Глава 4. ПРОЦЕССЫ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ПЛОТНЫХ ГИПСАХ

В ППГ проявляется менее половины элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП), характерных для таежных почв [Горячкин], что объясняется мономинеральным составом плотных гипсов, т.е., практически полным отсутствием силикатных минералов, оксидов и гидроксидов железа и алюминия.

Формирование подстилочно-торфяных горизонтов ППГ в высокой степени зависит от латерального поступления растительного опада, т.к. плотные гипсы являются экстремально олиготрофными субстратами (недостаток Р, К и остальных питательных элементов, за исключением Ca и S) и поэтому способны поддерживать таежные фитоценозы только благодаря соседству с почвами на моренах и четвертичных силикатных отложениях, перекрывающих плотные гипсы [Туюкина].

В формировании минеральных горизонтов ППГ ключевая роль принадлежит процессам физической дезинтеграции и биохимического растворения гипса. Наши исследования позволили уточнить и углубить ранее имевшиеся представления о сущности различных ЭПП в почвах на плотных гипсах, что будет показано ниже.

(4.1.) ЭПП преобразования органического вещества.

Для ППГ, как и для большинства таежных почв, характерен процесс поверхностного накопления низкозольной подстилки. В случаях, когда ППГ занимают небольшие площади (первые квадратные метры) и развиваются под зональной таежной растительностью, питающейся за счет корней в соседних силикатных почвах, подстилконакопление идет интенсивно и ППГ приобретают мощные, дифференцированные по степени разложения органического материала горизонты О1, О2 и О3. В случаях преобладания ППГ в почвенном покрове (когда ареалы ППГ занимают сотни квадратных метров) происходит олиготрофизация таежных экосистем с резким снижением бонитета и густоты древостоя: вес растущей надземной древесины в пересчете на сухую фитомассу составляет 148 ц/га, что в 8-10 раз меньше, чем в типичных зональных сообществах: в ельнике-зеленомошнике на подзолистых почвах и в сосняке на подзолах [Горячкин, Туюкина и др.]. Под такими олиготрофными редколесьями ППГ имеют маломощные подстилочно-торфяные горизонты, не стратифицированные по степени разложения органического вещества.

Трансформация органических остатков осуществляется биогенными и, в меньшей степени, криогенными процессами, в результате которых в ППГ накапливается грубый гумус (типа "мор").

Наряду с ЭПП поверхностного гумусонакопления, в мощных профилях ППГ развит также ЭПП внутрипрофильного гифого-корневого гумусонаколения, благодаря которому образуется гумусированный материал на разных глубинах внутри трещин и карманов, заполненных живыми и отмершими корнями и гифами и гипсовой мукой.

Процесс миграции и иммобилизации гумусовых веществ имеет низкую интенсивность в ППГ и морфологически выражается в слабом прокрашивании гипсовой муки в буровато-палевые тона, как в верхних минеральных горизонтах так и внутри трещин, а также в буровато-палевом окрашивании гипсовых кутан. В материале кутаны гумус остается до тех пор, пока гипс кутаны не подвергается растворению и дезинтеграции. Процессы миграции и иммобилизации гумусовых веществ, как правило, сопровождаются процессами миграции и иммобилизации оксидов железа, которые диагностируются по охристой окраске гипсовой муки и кутан; однако содержание оксидов железа в гипсовом материале ничтожно мало (см. выше - параграф «валовой анализ»).

Очень ограниченно проявленный процесс биогенного оструктуривания в верхних горизонтах ППГ (единичные мелкие копролитоподобные агрегаты гипсовой муки) осуществляется представителями мезофауны – земляными червями (люмбрицидами) и многоножками (кивсяками) [Семиколенных].

(4.2.) ЭПП преобразования плотного гипса.

Основными процессами внутрипочвенного изменения гипса являются физическая дезинтеграция плотного гипса, биохимическое растворение гипса, вынос растворов сульфата кальция за пределы почвенной толщи и элювиально-иллювиальное перераспределение гипса, т.е., переотложение гипса в форме кутан (рис. 2).

На базе наших морфологических исследований можно предположить, что процессы внутрипочвенного выветривания плотного гипса в бореальной зоне ЕЧР развиваются в следующей последовательности (см. рис. 2):

1я стадия: трещиноватые плотные гипсы "разборная скала". На первой стадии внутрипочвенного выветривания ведущую роль в образовании трещин играет физическая дезинтеграция, которая развивается по унаследованной трещиноватости и приводит к увеличению густоты трещинной сети. На стадии "разборной скалы" процессы переотложения гипса в форме кутан незначительны. В слаборазвитых ППГ гипсовые кутаны очень маломощные и фрагментарные. В развитых профилях ППГ мощные гипсовые кутаны в горизонте Mcs являются, скорее всего, продуктом иллювиирования гипса из вышележащих горизонтов Mdmcs и BDMcs.

В условиях холодного гумидного климата в профиле ППГ работают следующие процессы физической дезинтеграции: криогенные (при сезонном промерзании-оттаивании), гидратационные (гидратация реликтов ангидрита с образованием гипса) и механической (в связи с ростом корней растений). Ведущее значение, по-видимому, имеют криогенные механизмы дезинтеграции (а) расклинивающее действие льда при замерзании воды в крупных трещинах и (б) криогидратация – колебания расклинивающего давления пленок воды, адсорбированных в микротрещинах [Конищев].

2я стадия: глыбисто-щебнисто-дресвянистый гипсовый материал. Развитие физической дезинтеграции и рост суммарной поверхности фрагментов гипса приводит к резкому усилению биохимического растворения и тотального выноса сульфата кальция за пределы почвенной толщи, а также к массовому образованию гипсовых кутан на нижних гранях щебня. На этой стадии выветривания количество образовавшейся гипсовой муки весьма незначительно; эта стадия соответствует горизонту Mdmcs в профиле ППГ.

(Био)химическиое растворение гипса в профиле ППГ происходит в условиях промывного режима, под действием атмосферных осадков, подкисленных органическими соединениями после просачивания сквозь подстилочно-торфяные горизонты. На рассматриваемой стадии процесс растворения приводит к формированию каверн травления в плотном гипсе и коррозии поверхности гипсовых щебней, дресвы и стенок трещин.

3я стадия: гипсовая дресва и мелкозем (мука). На этой стадии совместная работа физической дезинтеграции и биохимического растворения приводит к полному разрушению гипсового крупнозема и кутан. Физическая дезинтеграция доводит частицы мелкозема до размеров <0.1 мм (мелкого песка и пыли), и таким образом завершается. На фоне затухания физической дезинтеграции усиливается биохимическое растворение и тотальный вынос сульфата кальция. Эта стадия выветривания гипса реализуется в верхнем минеральном горизонте развитых ППГ (BDMcs).

4я стадия: гипсовая мука. Заключительные стадии выветривания реализуются также в верхнем минеральном горизонте (BDMcs) и подразумевают обработку и уничтожение гипсовой муки процессом биохимического растворения. Известно, что преобладающий механизм растворения кристаллов гипса обратен механизму роста: растворение происходит преимущественно путем послойного обтачивания частиц гипса по плоскостям спайности [Bosbach et.al.]. Поэтому обломочные частицы гипсовой муки песчаной и крупно-пылеватой размерностей в исследованных ППГ при растворении, доходя до размеров средней и тонкой пыли, приобретают правильную кристаллическую форму. Такая форма делает их похожими на кристаллы гипса в почвах теплых аридных регионов, где гипс образуется в результате осаждения при испарении растворов сульфата кальция [Ромашкевич, Герасимова; Stoops, Poch; Herrero et.al. и др.]. Однако мы считаем, что в условиях холодного гумидного климата правильные кристаллы гипса в ППГ имеют преимущественно остаточную природу, образуюясь по вышеописанному механизму.

5я стадия: полное растворение гипсовой муки. В конечном счете, процесс растворения полностью уничтожает кристаллы гипсовой муки тонко-пылеватой размерности. Таким образом, в результате внутрипочвенного выветривания минеральный материал ППГ, представленный исключительно гипсом, уничтожается без остатка.

(4.3.) Модель почвообразования в бореальной таежной зоне на полностью растворимых плотных гипсах.

Полноразвитые ППГ, формирующиеся на выположенных межвороночных повышениях в отсутствии (при минимальном воздействии) эрозионно-аккумулятивных процессов, являются примерами реализации модели педогенеза без образования устойчивых минеральных продуктов, помимо легкорастворимого гипса (рис. 3). В идеальной модели мы рассматриваем вертикальную анизотропию строения и свойств почвы, образованную вертикальными потоками вещества.

Исходные условия модели:

1) холодный гумидный климат с сезонным промерзанием-оттаиванием почв и резким преобладанием осадков над испарением (Р >> ЕТ);

2) таежная растительность;

3) мономинеральные плотные гипсы (без примесей карбонатных и других минералов).

Данная модель реализуется на базе упрощенной комбинации ЭПП. Трансформация минеральной массы осуществляется следующими процессами: физическая дезинтеграция гипса, биохимическое растворение гипса, тотальный вынос кальция и сульфат-иона в растворе и переотложение гипса в виде кутан. Органогенные горизонты, формируемые процессами поверхностного накопления низкозольной подстилки и грубого гумуса,

предупреждают механический снос образующегося гипсового мелкозема и являются источником органических и железистых соединений, мигрирующих в нижележащие гипсовые горизонты. Корни растений, глубоко проникающие в профиль ППГ, также продуцируют органические кислоты. Органические вещества участвуют в биохимическом растворении гипса, подкисляя почвенный раствор и делая его более агрессивным растворителем. Отмершие корни растений и гифы грибов, сконцентрированные внутри крупных трещин в гипсе, служат первичным материалом для ЭПП внутрипрофильного гифово-корневого гумусонакопления и локальной миграции гумусовых веществ. Процесс иммобилизации гумусовых веществ и оксидов железа сопряжен с процессом образования гипсовых кутан.

В ходе почвообразования профиль ППГ "вгрызается" в материнскую породу, в которой отсутствуют минералы, длительно-устойчивые к воздействию бореального климата и биоты. Профиль ППГ и минеральные гипсовые горизонты существуют только потому, что унаследованная литогенная трещиноватость и современная физическая дезинтеграция создают ресурсы рыхлого материала, который не успевает раствориться в условиях холодного гумидного климата Европейской части России. То есть, скорость физической дезинтеграции существенно выше скорости биохимического растворения гипса, что является главным и определяющим условием формирования ППГ в холодном гумидном климате. В этом и заключается принципиальное отличие данной модели от других моделей почвообразования, подразумевающих изменение минералогического и химического состава почвенной толщи по сравнению с материнской породой, как например на гипсах с примесями карбонатных и силикатных минералов (где происходит относительное накопление кальцита и кремнезема, а также новообразование кальцита).

(4.4.) Генезис гипсовых кутан: ЭПП внутрипрофильной миграции и переотложения гипса.

Буровато-охристые гипсовые кутаны на нижних гранях белых щебней плотного гипса являются специфическими новообразованиями ППГ. Такие новообразования не были описаны до настоящего времени; хотя было известно, что продуктами переотложения гипса в разных климатических условиях могут являться гипсовая мука, гажа, друзы, щетки, трубочки, розы и пр. [Герасимова и др.,; Климентьев и др.; Ромашкевич, Герасимова; Сонненфелд; Черников и др.; Ямнова, Черноусенко; Herrero et.al.].

На основании детального морфологического исследования мы можем предполагать, что образование кутан на нижних гранях щебней в профиле ППГ происходит следующим образом (рис. 4). Почвенные растворы стекают по трещинам (с верхних и боковых граней щебня); и на нижних гранях щебня эти растворы удерживаются силами капиллярного подтягивания и достигают пересыщения по гипсу (в результате испарения), что приводит к его кристаллизации. Аналогичным образом интерпретируется генезис гипсовых кристаллов, развитых в виде покрова на стенках пещер Подольского Приднестровья [Рогожников].

Мелкий размер кристаллов исследованных кутан может быть связан с присутствием органического вещества в почвенном растворе [Сонненфелд]. Линзовидная форма кристаллов кутан также указывают на почвенное происхождение [Porta].

(4.5.) К вопросу о превращении гипса в карбонаты.

Существует несколько гипотез об образовании кальцита из гипса в верхних горизонтах почв (см. раздел 1.6), выдвинутых на основании исследований почв на окарбоначенных гипсах. Мы не исключаем возможность таких процессов, поскольку окарбоначенные гипсовые почвы имеют щелочную реакцию, благоприятствующую синтезу кальцита. Однако в изученных нами абсолютно бескарбонатных ППГ создается кислая обстановка, где синтез кальцита невозможен.

(4.6.) Пространственные закономерности почвообразования на плотных гипсах в таежной зоне Европейской части России.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






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