Роль органического вещества в процессе выветривания

    Итак, органинические вещетва участвуют при хелатизации, окислительнии и восстановлении, гидролизе. Растения используют хелатизирующие агенты для того, чтобы извлечь ионы из минералов, и таким образом способствуют более быстрому выветриванию минералов по сравнению с тем, которое происходило бы только неорганическим путем. Множество процессов окисления протекает под воздействием бактериальной деятельности, причем бактерии получают энергию за счет окисления железа, марганца, серы и, возможно, других элементов, включая. Окисление сульфидов приводит к образованию серной кислоты, которая, вероятно, играет важную роль в дальнейшем выветривании. Восстановление в значительной мере осуществляется бактериями; например, органическое вещество восстанавливается ферментирующими бактериями, а сульфаты — бактериями в сульфиды. Гидролиз - это химическое взаимодействие между минералом и водой, т.е. между ионами воды Н+ или ОН- и ионами минерала. Живые растения и нитрифицирующие бактерии представляют собой постоянный источник ионов Н+, которые создают кислую среду и выветривают близлежащие минералы.

 

 

 

 

 

 

 

 

6. РОЛЬ  ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ФОРМИРОВАНИИ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Корой выветривания называются рыхлые продукты изменения горных пород, образующиеся под почвой, в том числе, и за счет поступающих из нее растворов. Термин «кора выветривания» геологами употребляется и в более широком смысле, как остаточный продукт выветривания горных пород. Б.Б. Полынов различал остаточную (элювий) и аккумулятивную кору выветривания. От почвы кора выветривания отличается отсутствием биогенной аккумуляции элементов под влиянием растений. По остальным признакам кора выветривания близка к почве. Как и для почвы, для нее характерна инфильтрация атмосферных осадков, выщелачивание растворимых соединений, выветривание первичных силикатов с образованием глинистых минералов, формирование профиля, расчлененного на горизонты, окислительно-восстановительная и щелочно-кислотная зональность, геохимические барьеры.

    Биокосная природа коры выветривания проявляется в деятельности микроорганизмов, окисляющих органические соединения, поступающие из почвы. Наиболее благоприятные условия для формирования коры выветривания создаются во влажном и жарком климате при равнинном или слабохолмистом рельефе и спокойном тектоническом режиме. В этом случае ее мощность может достигать нескольких десятков, а по трещинам и зонам дробления – сотен метров. В сухом климате мощность коры выветривания обычно не превышает нескольких метров.

    Поведение элементов в коре выветривания определяется их химическими свойствами, типом ландшафта и особенностями развитых на данном участке горных пород. Минералы имеют различную устойчивость к выветриванию, что во многом определяет различную интенсивность миграции химических элементов. Так, амфиболы, особенно щелочные, выветриваются значительно легче, чем альбит.

    Для коры выветривания характерны процессы окисления. Железо, марганец и сера в изверженных породах находятся в основном в двухвалентной форме, а в коре выветривания, в трех-, четырех- и шестивалентной форме соответственно. Не менее характерны для коры выветривания и процессы гидратации. Почти все вторичные минералы содержат воду (кристаллизационную, гидратную и т.д.). в районах с засушливым климатом образуются также карбонаты, главным образом, кальцит.

    Общая тенденция заключается в выносе наиболее подвижных элементов и обогащении коры наименее подвижными – особенно железом, алюминием, титаном. Часть хлора и серы поступает в коры выветривания с атмосферными осадками («циклические элементы» по классификации А.И. Перельмана). Таким образом, при выветривании интенсивность выноса элементов колеблется в сотни и тысячи раз.

    По Б.Б. Полынову выветривание изверженных пород проходит ряд последовательных стадий, начиная от обломочной обизвесткованной (вынесены только хлор и сера). Далее следует силлитная стадия (вынесена значительная часть катионов), аллитная (вынесена большая часть катионов и SiO2 силикатов, в связи с чем в коре выветривания происходит относительное накопление кварца и гидроксидов алюминия и железа). Следовательно, общая направленность процессов выветривания едина, но скорость процесса и конечная стадия различны и во многом определяются климатическими условиями. В пустынях аллитная стадия не достигается. В сухих степях и пустынях кора выветривания содержит кальцит (обломочная обызвесткованная стадия), а в континентальных отложениях накаливаются легкорастворимые хлориды и сульфаты.

        В коре выветривания помимо хорошо изученной минералогической зональности установлена и отчетливая геохимическая зональность – окислительно-восстановительная и щелочно-кислотная. В геохимической классификации кор выветривания А.И. Перельманом выделены окислительный и глеевый ряды, а для нижних горизонтов некоторых кор выветривания – сероводородный (сульфидный). Классы коры выветривания выделяются по аналогии с классами почв и илов.

    Особенно широко распространены коры выветривания окислительного ряда. И это понятно. Такие коры выветривания лучше всего изучены и наиболее разнообразны по составу и строению [8].

    Кора выветривания входит в состав биосферы, отмечается всеми свойственными живому веществу процессами. Здесь происходит зарождение,  развитие, распространение организмов, причем громадное количество их проводит в коре выветривания все стадии своего развития, вырабатывая специфические, приспособленные к существованию в земле, формы. В коре же выветривания протекают как разложение трупов и органических остатков, так и другие формы их превращения, которые оставляют скопления углерода в форме лигнита, антрацита, каменного угля, шунгита, углеводородов в форме нефти, озокерита, битуминозных сланцев и т.п. образований .

    В коре выветривания наряду с расходованием и рассеянием энергии происходит и поглощение ее, и наряду с экзотермическими протекают эндотермические реакции. Эти эндотермические реакции не ограничиваются синтезом органических соединений в живом веществе, но, как это мы впоследствии узнаем ближе, проявляют себя во многих процессах, охватывающих и минеральные соединения. Так, например, наряду с окислением ювенильных сернистых соединений, в коре выветривания под влиянием разложения органических остатков возникают процессы восстановления, и в частности сернокислые соли переходят в более активные сернистые соединения и даже свободную серу. И даже инертный азот воздуха проходит в коре выветривания при содействии микроорганизмов целый ряд форм своих соединений, обусловливающих достаточно энергичные процессы.

    Кора выветривания — это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры. Этот процесс протекает во времени, и в данный историко - геологический момент мы можем наблюдать в различных местах самые разнообразные степени развития коры выветривания [3].

    Итак, корой выветривания называются  остаточные продукты  выветривания горных пород.  Здесь происходит зарождение,  развитие, распространение организмов, причем громадное количество их проводит в коре выветривания все стадии своего развития, вырабатывая специфические, приспособленные к существованию в земле, формы. В коре же выветривания протекают как разложение трупов и органических остатков, так и другие формы их превращения, которые оставляют скопления углерода в форме лигнита, антрацита, каменного угля, шунгита, углеводородов в форме нефти, озокерита, битуминозных сланцев и т.п. образований . В коре выветривания наряду с расходованием и рассеянием энергии происходит и поглощение ее, и наряду с экзотермическими протекают эндотермические реакции. В коре выветривания под влиянием разложения органических остатков возникают процессы восстановления, и в частности сернокислые соли переходят в более активные сернистые соединения и даже свободную серу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ

    Формирование почвы связано с рядом факторов. В. В. Докучаев выделяет пять факторов почвообразования: материнскую породу, на которой развивается почва, растительные и животные организмы, климат и рельеф местности. Но ведущая роль в этом сложном процессе принадлежит биологическому фактору. Поэтому почвообразование наиболее интенсивно протекает в зоне воздействия корневых систем растений и круговорота веществ, вырабатываемых организмами при их жизнедеятельности.

    Главная масса органического вещества в почвах представляет собой остатки зеленых хлорофиллоносных растений  покрытосеменных, голосеменных, папоротникообразных. Большое значение имеют остатки корневых систем, особенно в зоне развития травянистой растительности.

    Биохимическая деятельность растений заключается в том, что они, с одной стороны, извлекают из горных пород различные минеральные вещества и воду — необходимые элементы пищи, с другой — при отмирании накапливают в почве органическое вещество. Так в природе происходит непрерывный процесс движения и перемещения веществ из почвы в растения и из растений в почву уже в новом качестве. Накопленные массы мертвого органического вещества подвергаются разложению — сложной биохимической переработке. В процессе разложения органического вещества принимают участие различные животные организмы, населяющие почву. Многообразные роющие животные производят большую механическую работу. Они разрыхляют почву, перемешивают минеральные частицы с измененными растительными остатками, делают более доступным проникновение в нее воздуха и воды. Это  влечет за собой повышение интенсивности химических процессов и ускоряет разложение органического вещества. Происходят и биохимические изменения в результате питания животных растительными остатками. Интенсивность процессов разложения органического вещества зависит от температуры, влажности, степени проникновения воздуха, химических условий среды и других факторов. Наибольшее и главное значение в этом процессе имеет деятельность разнообразных микроорганизмов (бактерий и грибов), в огромных количествах находящихся в воздухе, воде и почве в самых различных условиях. В зависимости от типа микроорганизмов, населяющих почву, наблюдаются два основных вида разложения — аэробный и анаэробный.

    Бактериальный аэробный процесс разложения органического вещества почвы связан с жизнедеятельностью грибной микрофлоры и аэробных бактерий, которые могут жить и размножаться в условиях свободного доступа кислорода воздуха — в нейтральной или в слабо кислой, или в слабо щелочной среде. В результате аэробного разложения получаются простые соединения: вода, углекислота, фосфорная, серная и другие кислоты, которые реагируют с основаниями, образуют различные соединения, идущие на питание растений. С другой стороны, в процессе бактериального аэробного разложения травянистых остатков выделяется гуминовая кислота, которая при высушивании и замерзании переходит в гумин - клейкое коллоидальное вещество, нерастворимое в воде.

    Описанный процесс аэробного бактериального разложения органического вещества характерен для дернового и степного почвообразования.

    Разложение отмершей органической массы древесной растительности, богатой кислыми дубильными веществами, происходит преимущественно под воздействием низших грибов, так как кислая среда не благоприятствует развитию аэробных бактерий. В процессе такого аэробного грибкового разложения образуется креновая кислота — бесцветное органическое вещество, легкорастворимое в воде.

    При восстановлении креновой кислоты анаэробными бактериями образуется апокреновая кислота, менее растворимая в воде.

    Бактериальный анаэробный процесс разложения органического вещества почвы вызывается жизнедеятельностью анаэробных бактерий, развивающихся в условиях отсутствия кислорода. В анаэробных условиях разложение органического вещества протекает значительно медленнее в сравнении с аэробным процессом. При этом образуются различные соединения, указывающие на восстановительный характер среды, — метан, фосфористый водород, сероводород, аммиак, сернистое железо.

    В процессе бактериального анаэробного разложения травянистых растительных остатков образуется ульминовая кислота, растворимая в воде. При высыхании, замерзании она переходит в нерастворимую разновидность —ульмин.

    Во всякой почве одновременно на различных уровнях могут протекать оба процесса разложения — аэробный и анаэробный. Благоприятное сочетание этих двух процессов создает оптимальные условия для культурных растений.

    Таким образом, процесс разложения органического вещества почвы характеризуется большой сложностью и зависит от многих факторов. В процессе биохимического разложения помимо минерализации органического вещества образуются новые устойчивые органические соединения коричневого или черного цвета. Этот комплекс органических соединений называется, перегной или гумус. В состав почвенного перегноя входит 85 - 90% гуминовых веществ (специфические высокомолекулярные соединения, свойственные только перегною), состоящих из нерастворимого в щелочах гумина и ульмина и растворимых кислот — гуминовой и ульминовой кислот и фульвокислот (креновой и апокреновой). Остальная часть перегноя состоит из белков, углеводов, органических кислот, жиров, воска, смол и других органических соединений, распространенных в растительных и животных тканях и продуктах их распада. Чем больше в почве перегноя, тем она питательней, богаче. Однако в условиях Севера СССР огромные площади заняты болотными почвами, перегноя в них много, но, вследствие избытка воды и застоя ее на поверхности, перегной здесь кислый, мало питательный и, следовательно, эти почвы неблагоприятны для растений.

    Качественные особенности гумуса и количественное содержание его зависят от характера растительных формаций, из которых он образуется, и направления преобладающих биохимических процессов. Здесь отражается значение климата в почвообразовании. Наибольшее значение в этом процессе имеют атмосферные осадки и температура, от которых зависит интенсивность выветривания, создающего основу минеральной части почвы, и развитие того или иного растительного покрова.