Роль почв в природе

Районами распространения гейзеров на земном шаре являются: Исландия, Италия, США (Йеллоустонский парк), о-ва Новая Зеландия, Ява, Россия (восточная и южная части п-ова Камчатки).

 

Минеральные лечебные, промышленные и термальные воды.

Минеральными лечебными водами называют воды, которые оказывают благоприятное физиологическое воздействие на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания в воде газов, радиоактивных элементов, а также повышенной температурой.

Основными типами минеральных лечебных вод являются железистые, мышьяковистые, кремнистые, сероводородные (сульфидные), углекислые, радоновые, йодные, бромные.

К минеральным промышленным подземным водам относят такие воды, которые содержат в растворе полезные компоненты или их соединения в количествах, обеспечивающих по технико-экономическим показателям их рентабельную добычу и переработку. В настоящее время из подземных промышленных вод извлекают иод, бром, поваренную соль, а в некоторых странах также соединения бора, лития, рубидия, германия, урана, вольфрама и другие вещества.

Термальные (энергетические) воды можно использовать в теплофикации сельского хозяйства, промышленной и коммунальной теплофикации, для выработки электроэнергии.

Роль подземных вод в физико-географических процессах

Подземные воды участвуют в различных физико-географических процессах. Как уже отмечалось, сток подземных вод является одним из звеньев круговорота воды на земном шаре и составной частью речного стока. Вместе с подземными водами в реки поступают растворенные вещества, содержащиеся в земной коре. На отдельных участках земной поверхности, на склонах, в местах выхода подземных вод на дневную поверхность наблюдаются своеобразные физико-географические явления: оползни, суффозия, карст, заболачивание.

Оползни

Оползни представляют собой скользящее смещение грунтов по склону в той части, где они находятся в состоянии неустойчивого равновесия. Оползни образуются при обязательном участии подземных вод в горах, долинах рек, ручьев, оврагов, вдоль морских берегов, в искусственных выемках, по берегам озер и водохранилищ.

При обнажении водоносной толщи вплоть до водоупора и наличии некоторого уклона водоупорного пласта в сторону долины или обрыва подземная вода постепенно выносит мелкие частицы водоносной породы; сила сцепления и трение между пластами ослабевают. Часть толщи породы, покрывающей водоупорный пласт, лишенная боковой опоры со стороны склона долины, отрывается от общей массы породы и начинает постепенно скользить по увлажненной поверхности водоупорного пласта к основанию склона.

Подземные воды, подпертные оползнем, в дальнейшем не имеют непосредственного выхода на поверхность. Они проходят под телом оползня, продолжая подземный подмыв, и таким образом облегчают сдвиг новой толщи породы — возникают сложные оползни. Поверхность сложного оползня оказывается измятой, изорванной, появляются бугры, впадины, озерки и т. п. Явление оползня повторяется до тех пор, пока не восстановится равновесие в положении горных пород на склоне. Если оползающие массы размываются и уносятся водой, процесс оползания прогрессирует.

В СНГ оползни распространены по берегам больших рек — Волги, Днепра, Дона и др., по Черноморскому побережью Кавказа (от Туапсе до Сочи), в Одессе, в Крыму, на Кавказе.

Суффозия

Суффозия — явление размыва и выноса мелких минеральных частиц и растворенных веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород, обусловливающее оседание покрывающих эти породы поверхностных слоев грунта. По пути следования подземного потока возникают каналообразные ходы («водные жилы»), пустоты. По мере их увеличения рыхлая водоносная порода и покрывающие ее поверхностные слои проседают. Это проседание наиболее резко заметно в местах выхода подземных вод на поверхность — у источников.

Явление суффозии широко распространено в лёссовых равнинах засушливой зоны — на Украине, в Западной Сибири. Вода, циркулируя в толщах лёсса, выносит из него мелкие частицы и легкорастворимые соли, нарушая его структуру и устойчивость. На поверхности земли появляются своеобразные формы просадки: суффозионные воронки, провалы, поды (степные блюдца), поля просадки и т. п. По этим понижениям в рельефе можно иногда проследить направление подземного потока. Явление суффозии распространено в Средней Азии.

Карстовые явления

Карстовые явления распространены в местах залегания легкорастворимых горных пород: известняков, доломитов, гипса, поваренной соли. В результате выщелачивания поверхностными и движущимися подземными водами в глубине пород возникают обширные трещины, пустоты и пещеры, а на поверхности образуются углубления, воронки, замкнутые котловины, карстовые колодцы, создающие особую форму земной поверхности.

Карстовые явления широко развиты на побережье Адриатического моря, в Южной Франции, в Крыму, на Черноморском побережье Кавказа.

Мерзлотно- гидрогеологические явления

К числу мерзлотно-гидрогеологических явлений относятся:

Бугры пучения — это выпуклые формы рельефа, возникающие в области многолетнемерзлых или сезонномерзлых пород в результате ледообразования в грунтах.

Наледи подземных вод – это массивы льда, образующиеся при намораживании излившихся на поверхность земли грунтовых вод. В области многолетнемерзлых пород различают наледи надмерзлотных, подмерзлотных и межмерзлотных вод, а в области сезонномерзлых или кратковременномерзлых пород — так называемые ключевые и грунтовые наледи.

Термокарст – это образование просадочных форм рельефа в результате вытаивания подземного льда или оттаивания мерзлого грунта.

Термоэрозия - это разрушение мерзлых пород на берегах рек при тепловом воздействии текущих вод.

Термоабразия - процесс разрушения берегов морей, озер, водохранилищ, сложенных льдом или многолетнемерзлыми грунтами, с участием термического воздействия воды и воздуха.

 

Почвенный раствор

 

Понятие о почвенном растворе

Дождевая вода, поступающая в почву, содержит некоторое количество растворенных веществ (кислород, углекислый газ, азот, аммиак и др.) и соединений, находящихся в воздухе в виде пыли. В почве она активно взаимодействует с твердой фазой, переводя в раствор отдельные ее компоненты. Следовательно, вода (свободная и рыхлосвязанная) в почве представляет собой почвенный раствор. Прочносвязанная вода не входит в состав почвенного раствора. Жидкая фаза, или почвенный раствор, представляет собой наиболее подвижную, изменчивую и активную часть почвы.

Почвенный раствор играет большую роль в почвообразовательных процессах, биохимических и физико-химических реакциях почвы, круговороте и обмене веществ и питании растений. Поэтому Г.Н. Высоцкий сравнивал почвенный раствор с кровью организмов. В почвенном растворе (или с его участием) происходят процессы разрушения и синтеза органических веществ, вторичных минералов и органоминеральных соединений. С передвижением жидкой фазы связано перемещение по почвенному профилю продуктов выветривания и почвообразования.

(Почвенный раствор является  непосредственным источником воды  и питательных веществ, которые  растения извлекают из почвы. Этим и определяется важнейшая  роль жидкой фазы в питании  растений).

Большой вклад в изучение состава, динамики почвенного раствора, в разработку методов выделения почвенного раствора внесли Гедройц, Дояренко А.Г., Шмук А.А., Захаров С.А., Роде А.А., Крюков П.А., Комарова Н.А., Шилова Е.И.

Методы определения почвенного раствора

Изучение почвенного осуществляется тремя путями:

1) изучение почвенного раствора без предварительного его выделения, т. е. непосредственно в почве.

Это дает возможность составить представление лишь о некоторых его свойствах – это концентрация почвенного раствора по его электропроводности или по точке замерзания, определение активности ионов водорода (рН), ионов хлора и натрия, определение ОВП. В большинстве случаев эти определения проводятся в почвах, предварительно увлажненных до состояния пасты.

2) изучение почвенного раствора, выделенного из почвы тем или иным способом.

Для выделения почвенного раствора используются различные методы:

А) выжимание (отпрессовывание) почвенного раствора. Осуществляется при помощи прессов, сложность конструкций которых увеличивается по мере увеличения заданной величины производимого ими давления; последнее достигает 20000 кг\см2. Чем меньше влажность почвы и чем больше ее водоудерживающая сила, тем большее давление приходится применять для выделения почвенного раствора и наоборот.

Б) центрифугирование (для почв с высокой влажностью, приближающейся к ПВ). Используются специальные стаканчики из плексиглаза (прозрачный пластмасс, прочный от удара) в центрифуге, дающей 600 оборотов в минуту; почвенный раствор собирается в поддонник, отделенный от почвы решеткой с фильтром.

В) замещение (вытеснение) другой жидкостью. Для замещения используют этиловый спирт. Узкие высокие трубки из стекла или пластмасса наполняют на 1/8 часть длины почвой; сверху в трубку наливается вытесняющая жидкость. Просачиваясь под влиянием силы тяжести в почву эта жидкость вытесняет почвенный раствор, который собирается в приемник у нижнего конца трубки. Различные жидкости обладают различной вытесняющей способностью в зависимости от их физических свойств: удельного веса, вязкости, диэлектрической постоянной, поверхностного натяжения. Этиловый спирт обладает высокой вытесняющей способностью. Скорость вытеснения почвенного раствора зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости и влажности. Чем тяжелее и влажнее почва, тем медленнее вытесняется почвенный раствор.

Г) лизиметрический метод. Его сущность заключается в получении из того или иного горизонта почвы почвенного раствора, вытесняемого в естественных условиях дождевой или талой водой, и собирающегося широкими плоскими воронками (лизиметрами), заложенными на определенной глубине. Недостаток этого метода является то, что с помощью его можно извлекать раствор только при большой влажности почвы, когда через нее фильтруется избыток воды и концентрация почвенного раствора понижена.

3) изучение почвенного раствора при помощи водных вытяжек – взаимодействие почвы и воды.

К основным видам воздействия воды на почвенные соединения при получении водных вытяжек относятся:

А) растворение. Вода растворяет простые соли (легко-, средне- и труднорастворимые), сложные соли (алюмо- и феррисиликаты), органические соединения почвы.

Б) гидролиз. Благодаря своему гидролизующему действию вода расщепляет находящиеся в почве соли сильных кислот и слабых оснований или слабых кислот и сильных оснований, придавая раствору в первом случае кислую, а во втором – щелочную реакцию.

Сода, гидролитически расщепляясь, дает: 

Na2CO3 + 2H2O    2NaOH + H2CO3

 

                              (щелочная среда)

Хлористое железо, гидролизуясь, подкисляет реакцию среды:

FeCl3 + 3H2O        Fe(OH)3 + 3HCl

 

                               (кислая среда)

Важным вопросом для методики водных вытяжек является вопрос о соотношении между почвой и водой. Этим вопросом занимался Гедройц, который пришел к выводу, что с увеличением объема воды количество извлекаемых веществ растет для большинства почв.

Состав и концентрация почвенного раствора.

Состав и концентрация почвенного раствора являются результатом целого ряда процессов: биологических, физико-химических и физических, которые протекают в почве в тесной зависимости от ее температуры, влажности и аэрации. Темп и направление указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости и поэтому состав и концентрация почвенного раствора очень динамична.

Концентрация почвенного раствора невелика и не превышает нескольких граммов вещества на литр раствора. Исключение – это засоленные почвы, в которых содержание растворенных веществ достигают десятки и даже сотни граммов на литр. В подзолистых почвах концентрация почвенного раствора составляет 2 – 3 г\л, в черноземах – 4 – 6, в солончаках – от 10 до 300 г\л. Оптимальная концентрация для большинства с\х культур 3 – 6 г\л. (Для сравнения – концентрация солей в воде реки Дон – 0,5, а в морской воде – 35 г\л).

В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм, а также присутствуют растворенные газы: углекислый газ, кислород и др.

Минеральная часть делится на анионы и катионы.

Анионы – это HCO3-, NO3-, NO2-, Cl-, SO42-, H2PO4-, HPO42-, PO43-. Большинство из них играют роль в питании растений.

Катионы (все те, которые входят в ППК) – это Ca, Mg, Na, K, NH4, H, Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Co и др.

Анионы почвенного раствора:

А) HCO3- вместе с NO3- составляют в незасоленных почвах основную массу анионов почвенного раствора (до 90 % и больше). Количество HCO3- сильно варьирует в зависимости от интенсивности процессов окисления органического вещества и образования углекислоты, т. е. за счет жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корневой системы растений. HCO3- оказывает влияние на рН среды – вызывает щелочность.

Б) NO3- появляется в почве в результате биологического процесса нитрификации, связанного с жизнедеятельностью определенной группы микроорганизмов и заключающегося в окислении аммиака до нитритов, а затем до нитратов.

Нитрификация – окислительный процесс, протекает только в аэробных условиях. Оптимальная влажность для образования NO3- 40-70 % от ПВ, оптимальная температура 30-37 0, благоприятная реакция среды при рН = 6,0-7,5 (в кислых почвах этот процесс замедляется).

В) NO2- - это продукт жизнедеятельности нитритных бактерий, редко встречается в почве в заметных количествах, т. к. быстро окисляется нитратными бактериями до NO3-.

(Накопление NO2- в почве говорит о неблагополучии в отношении реакции среды и аэрации).

Г) Cl- - в почвенном растворе незасоленных почв содержится незначительно из-за хорошей его растворимости и вымывания в нижние горизонты за счет отрицательной адсорбции.

Д) SO42- - появляются в растворе благодаря растворению гипса, в незасоленных почвах его количество не более 20-40 мг-экв\100 г почвы.

Е) Фосфат-ионы – концентрация их в растворе невелика 1-2 мг – экв\1 литр, т. к. они труднорастворимы.. При этом реакция среды оказывает влияние на содержание фосфатов. Чем кислее раствор и чем меньше в нем других соединений кальция, тем больше растворимость кальциевых фосфатов в почве. И наоборот.