Благодаря чему почва плодородная перегною или солям

Этапы образования почвы: схема и описание

Процесс образования почвы длится сотни тысяч лет. Он начинается с разрушения горной породы и заселения на ней первых живых организмов. Растения, бактерии и животные способны выборочно концентрировать минеральные вещества, которые становятся питательными элементами для следующих поколений. Постепенно накапливается органика, формируется гумус, отвечающий за плодородие почвенного покрова. А вот окончания почвообразовательного процесса как такового нет. Этапы образования почвы: схема и описание Выветривание горной породы Физическое выветривание Химическое выветривание Биологическое выветривание Первичное почвообразование Развитие почвы Равновесие Эволюция В этой статье мы подробно расскажем, как появляется почва, какие этапы выделяются, в чем их особенности. Мы последовательно распишем весь процесс почвообразования, рассмотрим все стадии и покажем их на схемах. Итак, превращение горной породы в почву происходит в результате двух процессов – выветривания и почвообразования. В научной литературе они часто рассматриваются отдельно друг от друга. Мы же решили описать их вместе. На это есть свои причины: Во-первых, выветривание и почвообразование протекают совместно, часто начинают идти параллельно друг другу. Во-вторых, почвообразование невозможно без процесса выветривания. Последнее подготавливает породы к началу образования из них покровов. Иными словами, процесс выветривания является важнейшей частью почвообразования, одной из его стадий. Поэтому формирование почвы можно представить в виде следующих последовательных этапов: Выветривание горной породы Первичное почвообразование Развитие почвы Равновесие Эволюция Если представить весь процесс в виде графика, то выглядеть он будет следующим образом: Вы могли заметить, что на схеме мы не указали конкретное время образования почвы. Это связано с тем, что процесс почвообразования может длиться от нескольких десятков до тысячи лет. Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Время как фактор почвообразования. Так, например, самая плодородная почва – чернозем – формируется в промежуток от 5 до 3 000 лет. За 5 лет появляется ее примитивный почвенный профиль, а за 3 000 – зрелый. Затем чернозем переходит в стадию равновесия (на графике он обозначен цифрой 4). А вот с тундровой почвой ситуация иная: примитивный профиль у нее образуется за 10 лет, а зрелый – за 200. Все это обусловлено различными факторами и условиями почвообразования, такими как климат, рельеф, грунтовые воды, флора и фауна. О них вы можете прочитать в соответствующих статьях. Схему, которую вы видите выше, начал разрабатывать еще В. В. Докучаев – известный почвовед, родоначальник таких наук как почвоведение и география почв. Впоследствии ее дорабатывали и дополняли многие именитые ученые. Именно она описана во многих научных трудах и учебных пособиях. Мы тоже будем опираться на нее в нашем описании почвообразовательного процесса. Для вашего удобства, мы подготовили еще одну схему: На этой картинке тоже показаны и кратко описаны все стадии формирования почвенного покрова. Возможно, эта схема будет вам полезна. Мы также будем использовать ее в нашем описании. Рассмотрим этапы почвообразования, которые были даны выше. И начнем мы с такого важного процесса как выветривание.

Выветривание горной породы

Под выветриванием понимают воздействие на горные породы различных факторов внешней среды, и прежде всего – климатических. Это атмосферные осадки, ветер, температура воздуха, солнечные лучи. От их влияния порода начинает постепенно разрушаться и превращаться в рухляк. Это создает благоприятные условия для формирования на выветренных обломках почвенных покровов. Различают несколько видов выветривания: Физическое Химическое Биологическое О каждом из них мы поговорим далее.

Физическое выветривание

Физическое выветривание — это механическое разрушение горной по р оды без изменения ее химического состава. Факторами, провоцирующими этот процесс, являются: Температура воздуха
Порода состоит из разных минералов, которые неодинаково расширяются при нагревании. В результате ослабляются связи между отдельными кристаллами, появляются трещины. Температура повышается, в первую очередь, за счет нагревания лучами солнца (это также называется инсоляционным выветриванием). Но в некоторых регионах это явление связано с вулканической деятельностью: близким расположением разогретых слоев магмы и горячих вулканических источников воды. Перепады температур
Перепады суточных и сезонных температур также ведут к разрушению породы. В умеренной зоне сильное влияние оказывает морозное выветривание, связанное с сезонными температурными перепадами. В трещины попадает вода, объем которой при замерзании увеличивается на 9-10%. Из-за этого трещины расширяются, порода разрушается и со временем превращается в рухляк. Ветер
Он способствует физическому разрушению в степях и пустынях. Ветер переносит мелкие частички песка, которые шлифуют породу, оседают на ее поверхности, попадают в мелкие трещины и при перепаде температур способствуют их расширению. Тектонические сдвиги и землетрясения
В горных областях порода разрушается вследствие селевых потоков, при интенсивном сходе талых и дождевых вод со склонов, а также под воздействием силы тяжести. Физическое выветривание начинается с поверхности горных пород, на которой происходит наиболее сильное колебание температур. Постепенно процесс захватывает и глубокие слои породы. Как только их достигают влага или ветер, они также подвергаются изменениям. В результате физического выветривания горная порода становится рыхлой. На монолитных каменных поверхностях появляются трещины разного размера и глубины: Затем в эти трещины из атмосферы попадают воздух и влага: То есть плотная порода становится водо — и воздухопроницаемой. Вода и кислород, попадая внутрь камня, начинают взаимодействовать с минералами и влиять на их состав. Это запускает различные химические процессы.

Химическое выветривание

Химическое выветривание — это разрушение горной породы с изменением ее состава. Больше всего ему подвержены магматические материалы. Как мы уже сказали выше, один из основных факторов этого вида выветривания — вода. Она обладает свойствами элект р олита и растворяет практически все минералы. Такой тип выветривания называют еще гидратационным. При химическом выветривании из кристаллических решеток выносятся молекулы металлов — кальция (Ca), магния (Mg), калия (K), натрия (Na). К ним присоединяются диоксид углерода (СО2), вода (Н2О), кислород (О2). Таким образом появляются вторичные соли, оксиды и гидроксиды. При взаимодействии пород, обогащенных серой, с водой образуются сульфаты, и среда становится кислой. Кальций, напротив, способствует повышению щелочности. В кислой среде интенсивно растворяется оксид кремния, в щелочной и нейтральной — гидроксид алюминия. Так образуются вторичные глинистые минералы. При повышенной влажности из кристаллических решеток выносятся молекулы железа, марганца, кобальта, никеля, цинка, алюминия. Это провоцирует оглеение породы. Кислород, проникая в горные породы на значительную глубину, запускает процессы окисления. В первую очередь ему подвержены минералы, содержащие железо. В результате окисления также меняется первоначальная окраска горных пород, появляются желтые, бурые, красные оттенки. Важную роль в процессе химического выветривания играет и углекислый газ. Он создает с некоторыми металлами растворимые комплексы. Прежде всего это относится к кальцию. Соединяясь с СО2 , карбонаты переходят в хорошо растворимые бикарбонаты. Результатом химического выветривания становится изменение физического состояния горных пород. Прежде всего они приобретают другие свойства. Для них становятся характерны связность, влагоемкость, поглотительная способность. Также породы обогащаются новыми вторичными минералами (например, глинистыми).

Биологическое выветривание

Это выветривание еще называют органическим или биогенным. Оно начинается в тот момент, когда на горной породе появляются первые живые организмы. Бактерии, грибы, водоросли и лишайники в процессе своей жизнедеятельности выделяют сильные органические кислоты и щелочи. Они взаимодействуют с минералами, образуя растворимые соединения, и разрушают кристаллические решетки. Лишайники, мхи и другие растения прикрепляются к породе благодаря корневой системе. Их разветвленные гифы в виде нитевидных образований проникают в трещины, закрепляются там и начинают развиваться, усиливая тем самым механическое разрушение. Лишайники также меняют цвет и структуру породы, проделывая в ней небольшие углубления. Когда начинает формироваться плодородный слой, вступают в действие гуминовые кислоты и гуматы. Эти вещества способствуют выносу из породы молекул металлов и питательных элементов, провоцируют ее дальнейшее разрушение. Верхний трещиноватый слой породы называется корой выветривания. Она представляет собой разрушенную процессами выветривания поверхностную толщу глубиной от нескольких сантиметров до десятков метров. Именно ее рыхлая структура пропускает и впитывает воду, воздух. В ней интенсивно проходят химические процессы, создаются условия для поселения живых организмов и формирования почвы. Самые благоприятные условия для формирования коры выветривания сложились в теплом и влажном климате, а наименее благоприятные – в сухом и холодном. Кору выветривания можно классифицировать по нескольким параметрам: Возрасту Способу формирования Способу залегания Форме залегания Генезису горной породы Расположению минералов Геохимическому типу Составу Все эти критерии значительно влияют на дальнейшее почвообразование. Поэтому мы коротко скажем о каждой типологии. Итак, в зависимости от возраста кора выветривания бывает: Современной (голоценовой) Древней (доголоценовой) Голоцен – это современная геологическая эпоха, которая началась 12 000 лет назад и продолжается до сих пор. Таким образом, современная кора выветривания образовалась в этой эпохе, а древняя – в предыдущей (плейстоцене). По способу формирования она может быть: Ископаемой (вновь вышедшей на поверхность) Переотложенной (образовавшейся поверх другой коры) При этом ископаемой всегда является древняя кора выветривания, а переотложенной – современная, которая формируется на древней. В зависимости от способа залегания она разделяется на: Поверхностную Глубинную В дальнейшем именно на поверхностной начинает формироваться почва. По форме залегания выделяют кору: Площадную (толщиной от нескольких сантиметров до десятков метров) Линейную (уходящую на 100-200 м в глубину) В редких случаях последняя также может достигать глубины 1 500 м. При этом площадная кора выветривания покрывает породу сплошным слоем, а линейная – лишь область вдоль тектонических сдвигов и трещин. В зависимости от происхождения горной породы, кора бывает: Ортоэлювиальной (образуется на магматических породах) Параэлювиальной (на осадочных) Неоэлювиальной (формируется на четвертичных осадочных породах) Согласно расположению минералов, кора выветривания может быть: Элювиальной (значительная часть минералов вымывается в нижние слои коры) Аккумулятивной (большинство минералов остаются и накапливаются в месте образования) Транзитной, или элювиально-аккумулятивной (она объединяет характеристики двух типов) По геохимическому типу выделяют кору: Латеритную (это смесь оксидов железа, алюминия и титана, с небольшой примесью кремнезема; формируется она в тропиках и субтропиках) Сиаллитную сиферритную (состав охристо-глинистый) Выщелоченную карбонатную и силикатную (содержит карбонаты) Инфильтрационного образования (в составе окремнелые породы) Дезинтегрированную (они же обломочные) В зависимости от состава кора классифицируется на: Осколочную (с осколками свежих твердых пород) Засоленную (с растворимыми солями) Загипсованную (с высоким содержанием CaSO4) Известняковую (содержащие CaCO3) Доломитизированную (с включениями доломита — CaMg(CO)3)2) Сиаллитную (соотношение SiO2 к Al2O3 больше двух) Ферсиаллитную (соотношение SiO2 к Al2O3 больше двух; присутствует Fe2O3, его больше, чем оксида алюминия) Альферритную (соотношение SiO2 к Al2O3 меньше двух; Fe2O3 больше, чем Al2O3) Ферраллитную (количество оксида алюминия выше, чем оксида железа; соотношение SiO2 к Al2O3 меньше 2) Аллитную, или бокситовую (количество оксида алюминия превышает количество оксида кремния) Тип и состав коры выветривания определяют количество и качество питательных элементов, скорость накопления гумуса. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье Почвообразующая порода как фактор почвообразования. Породы и минералы по-разному реагируют на процессы выветривания. Одни к ним более устойчивы (например, метаморфические) , другие – менее (осадочные). Из минералов выветриванию меньше всего подвержен кварц, наиболее – минералы, содержащие закисные формы железа. Промежуточное положение занимают полевые шпаты. В результате воздействия разных видов выветривания, у горных пород появляются совершенно новые свойства, которые имеют огромное значение для дальнейшего почвообразования. Так, важнейшими новоприобретенными характеристиками породы являются: Рыхлость и раздельночастичность Слоистость Водо — и воздухопроницаемость Наличие новообразовавшихся вторичных минералов (например, глинистых, которые обладают водопоглотительной способностью) Содержание химических элементов в доступной для живых организмов формах Благодаря всем этим факторам создается благоприятная среда для поселения на рухляке низшей и высшей растительности, живых организмов. Именно они и отвечают за начало интенсивного процесса почвообразования.

Первичное почвообразование

Первичное почвообразование на начальных стадиях проходит параллельно с этапом выветривания. На плотной скальной породе начинает формироваться подобие почвы. Она физически совмещена с корой выветривания, не отделима от нее. В дальнейшем, на более зрелых стадиях развития земной поверхности, этапы разделяются. Покровы формируются лишь в самой верхней зоне коры. После разрушения горной породы на ее поверхности создаются все условия для заселения на ней живых организмов. Кора выветривания (или рухляк) обогащается питательными элементами, насыщается водой и воздухом. Это способствует появлению одноклеточных водорослей и бактерий, фиксирующих азот. Первые микроорганизмы здесь автотрофные. Они способны усваивать минеральные элементы из горной породы, атмосферы, синтезировать органическое вещество благодаря фотосинтезу. Через некоторое время на рухляке поселяются гетеротрофные бактерии и грибы, разлагающие органику. Процесс почвообразования усиливается с появлением лишайников. Они являют собой симбиоз гриба и водоросли, имеют смешанное питание. Эти растения выделяют сильные органические кислоты и щелочи, что способствует химическому выветриванию и высвобождению новых элементов питания. Сначала лишайники заселяют трещины, затем прорастают на поверхности камней (накипные разновидности). На конечном этапе появляются листовидные и кустовидные формы лишайников. Гифы (нитевидные образования) их гриба проникают глубоко в камень, способствуя его разрушению. Под «листками» накапливается влага и органическое вещество, формируется тонкий слой мелкозема. Уже на нем могут поселяться мхи и даже высшие растения. Начальный этап почвообразования длится сотни и тысячи лет. Его скорость зависит от климата, влажности. В арктической зоне, тундре и аридных областях (сухих степях, пустынях, полупустынях) он может остановиться и не продвигаться дальше. Почва в таком виде достигает стадии равновесия.

Развитие почвы

Стадия развития почвы начинается, когда на рухляке появляются травы и мелкие кустарники. Происходит быстрое накопление органического вещества. В почве появляются минералы, не свойственные первичной породе — соединения фосфора, азота, углерода, катионы кальция, магния, калия, натрия и других металлов. Эти соединения переходят в доступные для растений формы. На этой стадии начинает формироваться гумусный слой. Структура и физические свойства грунта резко меняются. Он становится еще более рыхлым, зернистым, повышается его поглотительная способность. Горная порода под воздействием внешних факторов продолжает разрушаться до мелких частиц – так появляются песок и пыль. Все это позволяет накапливать влагу и питательные вещества. В почве интенсивно образуются вторичные минералы, создается обменный фонд химических соединений. Элементы постоянно поглощаются растениями и возвращаются назад после их отмирания. Покров заселяется все большим количеством гетеротрофных организмов — грибами, бактериями, простейшими, червями, насекомыми, мелкими млекопитающими. Они принимают активное участие в разложении органики. Бактерии и грибы переводят сложные минеральные и органические вещества в доступные для растений формы. Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Биологический фактор почвообразования. На стадии развития начинают формироваться почвенный профиль и почвенные горизонты. В нижних покровах образуются слои вымывания и концентрации химических элементов. Этот этап определяет будущий тип почвы, ее свойства и плодородие. В покровах запускаются различные процессы почвообразования. В зависимости от баланса вещества, а также по качеству и составу соединений, которые накапливаются или выносятся из горизонта, процессы делятся на группы (по Б. Г. Розанову): Биогенно-аккумулятивные Иллювиально-аккумулятивные Гидрогенно-аккумулятивные Элювиальные Подробно на них в рамках этой статьи мы останавливаться не будем, лишь очень коротко скажем, с чем они связаны. Биогенно-аккумулятивный процесс – это активное накопление органики в верхних слоях. Оно происходит под влиянием жизнедеятельности флоры и фауны. К этой группе относятся гумусообразование, гумусонакопление, подстилкообразование, торфообразование, дерновой процесс и другие. Для иллювиально-аккумулятивной группы характерно отложение, преобразование и закрепление в средних слоях профиля различных веществ. Здесь выделяют процессы глинисто-иллювиальный (накопление вторичной глины), гумусово-иллювиальный (отложение гумуса), железисто-иллювиальный (накопление железа), карбонатно-иллювиальный (отложение карбонатов) и прочие. Гидрогенно-аккумулятивные процессы происходят под влиянием грунтовых вод. На них также влияют водные режимы почв. В этой группе выделяют засоление, окарбоначивание, загипсование, оруденение, окремнение и другие. Они подразумевают накопление водорастворимых солей, карбонатов, гипса, оксидов железа и кремния соответственно. Элювиальные процессы связаны с выносом того или иного вещества в другие горизонты. К ним относятся выщелачивание, декарбонизация, кислотный гидролиз глинистых силикатов, оподзоливание, осолодение, коркообразование и прочие. Стадия развития почвы может длиться от тысячи до сотен тысяч лет. Она заканчивается, когда почвенный профиль полностью сформирован, определены свойства и мощность горизонтов. Процессы накопления органики начинают замедляться. Участие минеральной породы в них сводится к минимуму.

Равновесие

Этап равновесия почвенного покрова может длиться неопределенно долго. В этот период уже полностью сформирован почвенный профиль и определен тип плодородного грунта. Устанавливается баланс химических веществ. В грунт с опадом, осадками или из материнской породы поступают минеральные вещества. Они проходят сложный цикл превращения и частично теряются (вымываются в нижние слои профиля либо попадают в атмосферу). Но потери полностью компенсируются поступлением. В почве постоянно происходят биохимические процессы. Но количество гумуса, толщина горизонтов и порядок их расположения в профиле не изменяются. На территории, которую занимает почва, устанавливается определенный тип флоры и фауны. Они зависят от состава плодородного грунта, климата, влажности, высоты над уровнем моря.

Эволюция

Смена климата, влажности, рельефа, уровня и состава грунтовых вод могут запустить процесс эволюции. Также на это может повлиять и деятельность человека. В результате в почве начинают по-другому протекать процессы разложения и накопления органики, появляются новые виды растений, микроорганизмов и животных. Это ведет к повторному формированию горизонтов. На старом (реликтовом) профиле появляются новые слои плодородного и минерального грунта. Вот несколько примеров эволюции почвы: При подъеме уровня грунтовых вод луг заболачивается. Поверх слоя луговой почвы начинается интенсивное образование торфа (при разложении с доступом кислорода) или глея (если преобладают анаэробные процессы). После вырубки леса территория зарастает травой и кустарником. В покров уже не поступают органические вещества из подстилки, которые обеспечивали подзолистый тип почвообразования. Вместо этого развивается корневая система одно — или многолетних трав, что обеспечивает запуск дернового процесса. После орошения земель в сухой степи уровень грунтовых вод резко поднимается. Они начинают испаряться с поверхности покрова, обогащая его растворимыми солями. В результате почва превращается в солончак. Кроме того, заставить почву эволюционировать могут, например, тектонические сдвиги, смена растительности в результате изменений климата и другие факторы. Эволюция грунта может как повышать, так и снижать плодородие. Второй вариант называется деградацией почвенных покровов. Практически всегда он связан с хозяйственной деятельностью человека. Неправильная вспашка склонов может спровоцировать водную эрозию, а вырубка лесов на равнине — ветровую. Нарушение правил орошения ведет к засолению почв. Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Деятельность человека как фактор почвообразования. После того, как эволюционный этап закончен, покров вновь входит в стадию равновесия. Она будет продолжаться до тех пор, пока не появятся новые факторы и условия, способные изменить свойства и характеристики местных почв. Таким образом, можно сделать вывод, что процесс почвообразования по сути является бесконечным. Формирование почвенных покровов — это динамический процесс, который начался с возникновением жизни на суше и продолжается до сих пор. Его этапы сменяют друг друга либо проходят одновременно. Выветривание горной породы продолжается и на начальных стадиях почвообразования благодаря деятельности живых организмов. Этапы развития и равновесия могут также протекать параллельно на разных участках. Стадия эволюции зачастую происходит под влиянием сельскохозяйственной деятельности человека.