Геохимия почв.

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.