Выветривание почвы: Химическое и биологическое выветривания

Содержание

Выветривание горных пород — виды, силы и причины процессов

Выветривание – это совокупность процессов физического, химического, биологического разрушения, разложения магматических, метаморфических, древних осадочных пород на поверхности земной коры или вблизи нее, формирующих исходный материал для образования осадков, осадочных пород и остаточные образования, слагающие коры выветривания.

Содержание

Что такое выветривание пород?
Продукты выветривания
Виды выветривания
- Физическое выветривание
- Химическое выветривание
- Подводное выветривание
Коры выветривания
- Латеритная кора выветривания
- Глинистая кора выветривания
- Обломочная кора выветривания
- Площадная и линейная кора выветривания

Что такое выветривание пород?

Выветривание отражает взаимодействие двух ведущих противоположных начал – дифференциации исходных пород и интеграции полученных компонентов, составляющих основу комплекса явлений литогенеза в зоне господства низких давлений, температур при обилии воды и кислорода, в условиях поверхностной части литосферы.

В ходе выветривания происходит дезинтеграция породы, разделение ее на составные части под действием различных факторов и сил. Но выветривание это не только дробление (кластогенез), фракционирование, дифференциация исходных пород, подготовка материала к последующему осадко- и породообразованию, перевод его в состояние и формы, способные к перемещению различными способами с последующим концентрированием в бассейнах седиментации различного типа. Это и способ созидания новых геологических тел, таких как наземные и подводные коры выветривания, почвы, способ образования пород и полезных ископаемых. При этом выветривание, как способ создания новых геологических тел, включает преобразования, процессы, характерные для формирования типично осадочных пород.

Продукты выветривания

Согласно традиционным представлениям остаточные, остающиеся на месте продукты выветривания, называются элювием. Этот термин использовался для обозначения рыхлых обломочных накоплений разного механического состава от глыб до глин, твердых продуктов – метасоматитов, инсоляционных образований (панцири, кирасы, калькреты, корки, горизонты). Последняя группа новообразований, порожденных выветриванием, сочетанием процессов разложения, выщелачивания (элювиирование – вымывание) и синтеза, по В. Т. Фролову называется хемоэлювием. К этой группе относятся и остаточные твердые продукты выветривания, слагающие шляпы соляных структур, железные шляпы зон окисления сульфидных месторождений. Общей характерной особенностью подобных геологических тел, сформированных в результате выветривания, является переход к породам неизменным и сохранение в той или иной степени структурных особенностей коренной породы (структурный элювий по Л. Б. Рухину).

Образование продуктов выветривания происходит на фоне естественноисторической эволюции земной коры, ее структур, форм рельефа, климата, тектонического режима. Непосредственным элементом выветривания является удаление его продуктов с места разложения пород с образованием переотложенных скоплений, разнотипных по способу переноса, механизму отложения и обстановкам седиментации. Удаление продуктов выветривания с места их образования под действием сил гравитации, ветра, водных потоков, движущихся ледников называется эрозией. Содержание этого понятия разными школами литологов понимается по разному.

Иногда вместо термина «эрозия» употребляется термин «денудация», означающий выветривание и снос. Денудация объединяет совокупность процессов, обуславливающих понижение и сглаживание земной поверхности в результате выветривания, эрозии, выноса и транспортировки материала, а также совместное разрушающее действие этих процессов. Вынос продуктов дезинтеграции пород, в том числе растворимых (элювиирование), является ее важным элементом, иначе из-за скопления разрушенного материала дальнейший процесс выветривания прекратится. Экзогенные геологические процессы способствуют мобилизации продуктов выветривания с последующим отложением. В этом плане выветривание – один из главных ландшафтнообразующих факторов, действие которого приводит к нивелировке (пенепленизации) земной поверхности. Самостоятельным геологическим образованием, порожденным процессом выветривания, являются почвы – верхний плодородный породный слой, формирующийся при существенном участии биоса в процессах выветривания, содержащий горизонт обогащения продуктами разложения, в основном, растительной биомассы.

Выветривание имеет два аспекта. С одной стороны это раздробление материнских пород, или физическое выветривание. Но процесс разрушения породы может состоять из химического разложения с участием реакций обмена, растворения, выщелачивания, окисления, гидратации, составляющих содержание выветривания химического. Обычно эти два основных типа выветривания сочетаются в разных пропорциях, причем физическое выветривание подготавливает горные породы к химическому выветриванию.

Виды выветривания

Физическое выветривание

Физическое выветривание – это дробление материнских пород, их дезинтеграция без существенного изменения состава минеральных зерен. Такое выветривание характерно для Арктики, Антарктики, горных районов, областей аридных зон – пустынь, полупустынь со скудным содержанием влаги в почве, весьма малым годовым количеством осадков при сильном солнечном нагреве, со значительным колебанием суточных и сезонных температур.

Физическое выветривание происходит, в основном, под действием изменения температуры, замерзания-оттаивания воды, действия сверлящих (роющих) животных, животных, корневой системы растений, кристаллизации содержащихся в капиллярной воде солей. Существенных изменений состава обломков при этом не происходит.

Рис. 1. Мансийские болваны, образовавшиеся в результате физического выветривания. © Aleksandr Chazov

Среди факторов выветривания отмечается, в первую очередь, изменение температуры – суточные, сезонные.

Горные породы являются агрегатом зерен различного состава, которые по разному реагируют на изменение температуры. Они обладают отличающимися коэффициентами объемного и линейного расширения, т.е. при нагревании на 1⁰С увеличивают свой объем или длину на разную величину. Например, у кристаллов кальцита по направлениям, параллельным оси симметрии третьего порядка и перпендикулярным к этой же оси, коэффициенты различаются существенно, составляя 25,6·10^-6 и 5,5·10^-6 соответственно. Не менее значительны различия этих коэффициентов у разных минеральных индивидов. Так у кварца он составляет 3,1·10^-4, у ортоклаза – 1,7·10^-3. При нагревании гранитной породы до 50⁰С размер каждого зерна кварца увеличивается на 15%. Поскольку температура в течение чуток меняется, то различия в коэффициентах объемного и линейного расширения приводят к ослаблению связей между зернами. Порода растрескивается и делится на обломки.

При физическом выветривании действуют и силы кристаллизации. Вода при замерзании, превращаясь в лед, увеличивает свой объем на 9%. При этом порода как бы расклинивается по трещинам и разрушается. Отмечается также влияние тектонических напряжений. Под их воздействием пласты пород изгибаются, сминаются с образованием разрывов, трещинноватости, т.е. происходит нарушение целостности породы. Ударное действие волны, абразия, и ветра, корразия – важные факторы физического выветривания. Волны морского прибоя и течения приводят к механическому разрушению коренных пород. Ударная волна, несущая камни, песчинки, действует на породы берега, вызывая их обрушение и растворение. Подводная абразия действует на дне озер, морей, океанов, на глубинах до нескольких десятков метров в озерах, морях и до 100 и более метров в океанах. Явление абразии и корразии – механическое разрушение, шлифование, истирание поверхности породы при трении и столкновении с твердыми частицами пород, происходят не только за счет переноса частиц движением воды, но и при переносе ветром, льдом, при перемещении под действием силы тяжести. Эрозионная деятельность льда проявляется в Арктике, в Антарктике, в хонах высоких широт, в высокогорьях. Льды, сползая, истирают и дробят породы.

Составной частью физического выветривания, эрозии и денудации является действие гравитационных факторов, определяющих начальную дифференциацию обломочного материала. Более крупные обломки накапливаются на склонах, у подножий, в понижениях рельефа. Более мелкие уносятся водой, ветром иногда на сотни километров от разрушающего массива.

В зависимости от ведущего фактора, определяющего процессы разрушения пород, выделяется несколько разновидностей физического выветривания – морозное, снежное, инсоляционное (в пустынях), биологическое, ледовое. При механическом выветривании действует комплекс процессов, характерный и для химического разложения, но при резком преобладании физического разрушения горных пород. Не перемещенные продукты, в виде разновеликих обломков, остаются на месте разрушения с постепенным переходом в неизменную породу, образуя физический элювий. В. Т. Фролов называет такой элювий каменистыми развалами или каменными руинами. Мощность слоя физического элювия различна и может достигать 30-40 м.

К числу остаточных образований относятся остающиеся на месте грубообломочные продукты механического дробления пород – перлювий после вымывания или выдувания тонких частиц, мелкозема. Образование перлювия происходит при участии течений, волнений, деятельности ветра, грунтовых вод. При этом могут образоваться скопления конкреций, фаунистических остатков, тяжелых минералов. В. Т. Фролов считает их горизонтами конденсации по механизму накопления компонентов, сходному с повышением концентрации элементов при выпаривании.

Химическое выветривание

Это сложные процессы химического разложения горных пород, включающие значительную группу химических реакций, биогенных и биохимических процессов.

Рис. 2. Преимущественно химически выветренные породы на берегу моря

Основные факторы данного типа выветривания – вода, углекислота, сильные (серная, азотная), органические кислоты, кислород, сероводород, метан, аммиак, биологическая деятельность. Ведущими процессами являются растворение, выщелачивание, окисление, гидратация, вторичная карбонатизация, гидролиз и пр. происходит вынос из зоны выветривания катионов металлов, щелочей и др. элементов, оксидов, гидроксидов в форме истинных и коллоидных растворов, в виде взвесей тончайших частиц.

Биогенный фактор – важнейший агент влияние на совокупность процессов выветривания, протекающих в обстановке взаимодействия атмосферных, гидросферных и литосферных составляющих. Биомасса оказывает каталитическое воздействие, влияет на явления деградации и синтеза как источник энергии и вещества, создает благоприятную среду для деятельности бактериального микробиоса.

Большую роль при процессах химических разложения играет структура воды, определяющая ее свойства как слабого электролита, диссоциирующего на ионы Н⁺ и ОН^—. Установлено, что при температуре 20⁰С ионное произведение воды таково: К_В = [H⁺] [OH^—] = 1·10^-14, где К_В – ионное произведение воды в г/ион на литрах. Степень диссоциации воды возрастает с увеличением температуры, что способствует активизации процессов разложения пород. Поскольку вода является электролитом, она растворяет почти все известные минералы.

Существенное значение при процессах химического выветривания играет величина кислотности-щелочности pH, которая показывает концентрацию водородных ионов. Величина pH – обратная логарифму концентрации водородных ионов, меняется в пределах 1-14 и фиксирует реакцию среды: от кислой, pH = 1-6, через нейтральную pH = 7 до щелочной pH = 8-14. Минимальные значения pH характерны для сильнокислых сред, максимальные – для высокощелочных.

От величины pH существенно зависит растворимость таких компонентов как SiO₂, Al₂O₃, Fe(OH)₃, Al(OH)₃ и др. , образующихся, в частности, при химическом выветривании. Гидрат окиси железа растворим, а следовательно может переноситься водными растворами только в кислой среде при pH = 1-4. Нейтрализация растворов вызывает его осаждение. Гидрат окиси алюминия Al(OH)₃ растворим как в кислой, так ив щелочной среде, выпадая в осадок при pH = 6-8. Кремнезем SiO₂ растворим в резко щелочной среде, будучи малоподвижным в интервале pH от 3 до 8.

Растворимость определяет возможность переноса многих компонентов и условия их осаждения.

Для реакций, происходящих при выветривании и определяющих вынос соединений с места разложения, важен такой показатель как ионный потенциал и его связь с растворимостью. Ионный потенциал определяется отношением заряда катиона к его ионному радиусу. В соответствии с этим все ионы (по В. М. Гольдшмиту) делятся на 3 группы:

растворимые – Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. Их ионный потенциал равен трем. Не подвергаются гидратации, но диполи воды притягиваются к поверхности этих катионов, образуя сольватные слои. В эту группу также входят катионы калия и цезия;
катионы-гидролизаты – трехвалентные алюминий и железо, четырехвалентный марганец. Их ионный потенциал больше 3-х. гидратируются по схеме Al³⁺ + 3H₂O = Al(OH)^{3 +} 3H⁺;
оксианионы [CO₃]^2-, [PO₄]^3- и др., имеющие ионный потенциал 9,5 и более, и возникающие путем диссоциации в воде оснований. Мигрируют обычно в форме гидрокарбонат-иона [HCO₃]^— и гидрофосфат иона [H₂PO₄]^—.

Кроме показателя кислотности-щелочности важным параметром физико-химических условий среды растворения и миграции является окислительно-восстановительный потенциал Eh. Считается, что равный нулю окислительно-восстановительный потенциал (ОКВ) соответствует реакции диссоциации водорода: Н₂ = 2Н⁺ + 2е. значение ОКВ, при котором существует двухвалентное железо, соответствует 0,44 в. Для двухвалентной меди 0,35 в. поэтому реакция сернокислой меди с самородным железом сопровождается образованием самородной меди с одновременным превращением атома железа в катион: CuSO₄ + Fe = FeSO₄ +Cu.

Особую роль в процессах химического играют продукты разрушения органического вещества, прежде всего растительных остатков. В результате образуются гуминовые кислоты. Они создают кислую реакцию среды и участвуют в химическом разложении силикатов. С катионами ряда металлов гуминовые кислоты образуют комплексные анионы – гуматы, что способствует выносу этих элементов из продуктов выветривания в форме коллоидных растворов. Кроме того, присутствие органического вещества создает восстановительную среду, а растворимость многих закисных соединений выше, чем окисных. Микроорганизмы определяют также протекание таких реакций как сульфат-редукция, продуцируют водород, переводят окисное железо в нерастворимое состояние и др.

Большое значение для химического выветривания и выноса его продуктов с места разложения материнских пород принадлежит углекислоте, образующей с некоторыми металлами хорошо растворимые комплексы. Карбонаты металлов при взаимодействии с CO₂ превращаются в бикарбонаты, что значительно повышает их растворимость.

Подводное выветривание

Процессы выветривания происходят не только на суше, но и на дне морей и океанов. Здесь под воздействием минерализованной морской воды, ее температур, давления и газового режима идет разложение горных пород, минералов и создаются элювиальные новообразования, химические, метасоматические и биологические продукты. Данная совокупность химических, биохимических процессов, приводящих к изменению состава минеральных тел, находящихся в море как во взвешенном состоянии, так и на его дне, имеет специальное название – гальмиролиз. Гальмиролизу подвергаются не только минеральные компоненты, поступающие на морское дно с суши, но и продукты вулканических извержений.

Главные факторы подводного разложения – вода, биос, газовый режим, соленость, давление, температура, а слой придонной воды содержит взвешенные частицы и микроорганизмы. Средняя температура зоны подводного разложения более низкая, по сравнению со средней температурой континентальных областей химического выветривания. Давление возрастает по мере увеличения глубины донного осадка от 20 атмосфер на глубине 200 м, до 1000 атмосфер на глубине 10170 м, что влечет за собой рост растворимости твердых веществ и газов, а также активизацию различных химических процессов, влияет на их скорость, направление и эффективность. Заметнее всего изменения давления проявляется в реакциях с участием газов, в частности кислорода и углекислого газа, количество которых в результате понижения температуры и давления на больших глубинах увеличивается, способствуя более энергичному протеканию процессов окисления и карбонатизации. Эффективность гальмиролиза зависит также от скорости накопления осадков и жизнедеятельности организмов, прежде всего бактерий.

Быстрое накопление осадков не способствует развитию процессов подводного выветривания, так как только что осажденный материал лишается длительного контакта с придонной водой изза перекрытия его новым слоем осадочных частиц. Морская вода не успевает оказать на осадок заметного химического воздействия. Известно, что в водоемах, морских, океанических, уменьшение скорости осадконакопления отмечается по мере удаления от береговой линии. Поэтому максимально явления гальмиролиза проявлены в более глубоководных частях бассейна. В литературе (Фролов, 1984, 1995) указывается на образование при гальмиролизе подводных панцирей различного состава – известняковых, доломитовых, железо-марганцевых, фосфатных, пиритных. Мощности их по сравнению с подобными наземными образованиями несколько меньше и составляют, обычно не более 1м. условия образования, по видимому, сходны с таковыми для коры выветривания на суше.

Не исключается вертикальная миграция растворенного вещества и цементация частиц. В результате гидролиза, гидратации, окисления, восстановления, миграции, осаждения при гальмиролизе синтезируются новые минералы – глинистые, цеолиты, карбонаты, гидроксиды железа и марганца, глауконит, шамозит, фосфориты, происходит образование пород, например, фосфатных. Что касается бактериальной микрофлоры и ее роли в подводном выветривании, то признается участие бактерий в процесах гальмиролиза в качестве катализаторов, ускоряющих химические процессы, но не меняющие их общей направленности и продуцирующие собственные продукты.

Таким образом, физико-химические условия среды определяют возникновение и ход подводного выветривания, достигающего максимального развития в условиях малых и нулевых скоростей осадконакопления в глубоководных областях и на подводных хребтах.

Своеобразным видом выветривания является гидротермальная и фумарольная переработка вулканитов и осадочных образований в областях вулканизма. Насыщенность сульфат-ионом, обводненность пирокластических, пепловых осадков, высокая температура и кислая среда, обеспечивающая подвижность глинозема, обуславливает формирование пестроцветного и белоцветного элювия (фумарольно-сольфатарная кора выветривания по А. С. Калугину).

Коры выветривания

Комплекс горных пород, возникших в верхней части земной коры под влиянием различных факторов выветривания, называется корой выветривания. Кора выветривания (КВ) формируется в основном в зоне аэрации и просачивания. По характеру и степени изменения исходных горных пород выделяется несколько геохимических типов кор выветривания, рассмотренных ниже.

Латеритная кора выветривания

Латеритное выветривание сопровождается образованием простых окислов при полном гидролизе силикатов. Такой тип выветривания характерен для влажного климата (тропики, субтропики) при глубоко зашедшем химическом разложении исходной породы. Профиль латеритной коры выветривания по гранитам (описание снизу вверх) включает такие зоны:

невыветрелый гранит;
измененный гранит, мощность 3 м;
горизонт структурных глин, мощность 3 м;
горизонт плотных, часто шлаковидных масс кирпично-красного темно-бурого до почти черного цвета. Это продукт полного гидролиза силикатов и выноса всех подвижных катионов, обогащения окислами и гидроокислами железа, алюминия. Эта зона является типоморфной для коры данного типа; слагающее ее образование называется латеритом;
современная коричневато-серая почва, обогащенная каолинитом с большим количеством гумуса. В основании почвенного слоя – кремнисто-железистые конкреции.

В странах тропической Африки и на о. Мадагаскар мощность таких КВ 100-150 м.

В составе зоны латерита могут присутствовать горизонты, называемые кирасы. Мощность кирасы около 4 м. они соответствуют зонам цементации латеритной коры выветривания, но наблюдаются не всегда. Кирасы со временем, теряя железо, но одновременно обогащаясь алюминием, превращаются в бокситы, руду на алюминий.

Глинистая кора выветривания

В условиях умеренного влажного климата по гранитам образуется кора выветривания глинистого профиля. Профиль коры, развитой по гранитам, включает зоны:

невыветрелый гранит;
раздробленный частично измененный гранит;
горизонт каолинитовых или монмориллонит-каолинитовых элювиальных глин.

По основным, ультраосновным породам и вулканитам состав глинистого горизонта коры меняется на монтмориллонит-нонтронитово-охристый.

В области умеренного влажного климата (таежно-подзолистая зона) формируется относительно маломощная (0,5-1,2 м) кора выветривания, отождествляемая с почвенным покровом (Страхов, 1963). Для него характерен небольшой мощности (1-3 см) гумусовый слой, обогащенный органическим веществом, составляющий здесь верхнюю часть профиля выветривания. Ниже располагается горизонт, сложенный преимущественно тонкодисперсным кремнеземом мощностью 15-20 см, иногда больше (элювиальный по Н. М. Страхову, 1963). В основании залегает слой с железистыми стяжениями, возникшими за счет поступления железа из вышележащих горизонтов. Это подзолистые почвы, подразделяемые на типы от дерновых до подзолов, для которых характерно максимальной развитие элювиального горизонта.

Значительное влияние климата на масштабы корообразования, на минеральный состав геохимического профиля КВ наряду с температурой определяется различиями в количестве влаги и биомассы, участвующих в выветривании.

Обломочная кора выветривания

В областях аридного климата с дефицитом влаги, а также в полярных и высокогорных, заметного разложения материала материнских пород не наблюдается, так как вода – это ен только среда, но и активный компонент химических реакций при выветривании. Преобладает механическое разрушение пород – кластогенез и формируются обломочные КВ.

Различия геохимического профиля кор выветривания в существенной мере связаны с климатическим фактором, климатической зоной, и зависят от состава исходной породы. Кроме климата формирование профиля коры выветривания и ее сохранение зависят от интенсивности и характера тектонических движений. Оптимальный условия для развития кор выветривания существуют в пределах устойчивых, малоподвижных фрагментов земной коры с ослабленной тектонической активностью, со сглаженными формами рельефа (пенепленизированный рельеф). Данным условиям отвечают платформы, плиты с ландшафтами равнин, холмогорий. В горно-складчатых зонах тектонически активных областей химическое выветривание проявляется, но из-за эрозии КВ могут сохраниться лишь локально, в пределах зон разломов, проседания.

Площадная и линейная кора выветривания

Различия в геолого-структурных особенностях исходного образования, подвергаемого выветриванию (субстрата), обуславливает формирование КВ двух морфогенетических типов – площадного и линейного (сапожников, Витовская, 1981). Площадные КВ образуют сплошной покров на площади до сотен и тысяч квадратных километров, мощностью от нескольких до 100 м. линейные КВ, развиваясь по тектонически ослабленным зонам, развиты более локально, в соответствие с простиранием зоны, проникая на глубины до 1000 м.

Подъем территории отдельных участков влечет за собой расчленение рельефа, что затрудняет формирование КВ. Воздымание может превышать скорость корообразрования и КВ подвергнется денудации, не успев сформироваться. Огромные массы грубодисперсного материала выносятся при этом в конечные водоемы стока. Например, р. Обь ежегодно выносит в океан 394 км³ осадочного материала. Река Меконг, имеющая истоки в Гималаях, впадая в Южно-Китайское море, выносит 1 млрд. тонн. Общая масса продуктов выветривания, выносимая всеми реками в моря и океаны в виде взвесей, обломков, называется твердым стоком и составляет 18, 5 млрд. тонн/год.

Величина твердого стока зависит от скорости течения водных потоков. Для горных рек скорость течения может составлять 700 см/с, в равнинных реках от нескольких сантиметров до 100 см/с.

ВЫВЕТРИВАНИЕ | это… Что такое ВЫВЕТРИВАНИЕ?

ТолкованиеПеревод

ВЫВЕТРИВАНИЕ

ВЫВЕТРИВАНИЕ, в геологии и физической географии — разрушение и химическое изменение горных пород и минералов на поверхности Земли в результате физических, химических и органических процессов. Влияет на образование почвы и играет основную роль в формировании ландшафтов. При механическом (физическом) выветривании в холодном и влажном климате вода просачивается в трещины породы, затем замерзает и расширяется. Тем самым расширяются трещины, и порода разламывается. Резкие изменения температуры в более засушливых регионах (пустынях) также приводят к растрескиванию породы. В трещинах, образованных изменениями погоды, могут обосноваться растения, корни которых проникают в породу и еще сильнее разрушают ее. Химическое выветривание может привести к ослаблению структуры породы и перерождению составляющих ее минералов, изменяя их размеры, объем и способность сохранять форму. Хорошо известный пример — растворение известняка кислотными дождями. Процессы химического выветривания включают окисление, гидратацию (присоединение воды), образование кремнезема, разрушение кремнезема и карбонизацию (насыщение углекислотой). Органическое выветривание — это разрушение горных пород и почвы растениями (в особенности их корнями) и животными (например, червями). Это особенно важно для почвы. В отличие от ЭРОЗИИ, в процесс выветривания не входит перенос разрушенного материала.

Выветривание — это разрушение породы на местах. Два основных вида разрушений — физическое(А и С) и химическое(В) Обычно они сочетаются. Животные (черви)и корни растений разрушают породу у поверхности, превращая ее в почву (А). При химическом выветривании (В) растворимые породы — к примеру, известняк (1) — разъедаются грунтовыми водами (3), которые представляют собой очень мягкий раствор углекислоты. Кислотный дождь, вызванный серными загрязнениями (2), также разьеда-ет породу. Глубоко под землей вода может вымыть во дотокй и пещеры. Как жара, так и мороз могут вызвать физическое выветривание (С). Когда температура пада ет ниже точки замерзания, попеременное замерзание и таяние может расщепить да же самые твердые скальные породы, например, гранит (4). Вода проникает в расщелины и скапливается там в течение дня, а ночью замерзает и расширяется (5). Расширение раскапывает скалу вдоль трещин естественною происхождения(6) В пусты нях порода расширяется и сжимается из-за резкого не репада температур; в ре зультате каменные пласты растрескиваются.

Научно-технический энциклопедический словарь.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

Синонимы:

акватолиз, гальмиролиз, гарь, исчезание, исчезновение, латеритизация

ВУЛЬВА
ВЫВИХ

Полезное

Процессы выветривания почвы | Почвы 4 Учителя

Выветривание — это расщепление горных пород и минералов на почву. Горные породы разбиты на три основные группы: осадочные, изверженные и метаморфические. Горный цикл иллюстрирует, как формируются эти различные типы горных пород. Анимированную версию рок-цикла можно найти на сайте Британского геологического общества.

Это изображение процесса превращения горных пород в осадок и почву.

Различные типы выветривания

На веб-сайте Университета Кентукки есть несколько удивительных анимаций поверхностей физического и химического выветривания, характерных для разных регионов, от теплых и влажных до сухих.

Физическое выветривание

Физическое выветривание — это разрушение горных пород на более мелкие части. Это может произойти в результате отшелушивания, циклов замораживания-оттаивания, истирания, расширения корней и циклов влажного-высыхания.

Отшелушивание в национальном парке Йосемити.C.E. Уоткинс. Виды Йосемити. Изображение 435041. Публичная библиотека Нью-Йорка

Расслоение: Когда температура горных пород быстро меняется, это может привести к расширению или растрескиванию горных пород. Особенно это происходит с гранитными породами, когда они остывают, как в национальном парке Йосемити.

Замораживание-оттаивание: При замерзании вода расширяется. Если перед зимой влага просочится в трещины, она может замерзнуть, разбивая скалы.

Истирание: Когда дует ветер, он может поднимать песок и ил и буквально разносить камни на куски.

Расширение корней: Подобно морозу-оттаиванию, корни становятся больше с каждым годом. Эти корни могут разъединить корни.

Химическое выветривание

Химические вещества постоянно вступают в реакцию в окружающей среде, вызывая химическое выветривание. Основные химические реакции включают карбонизацию, растворение, гидратацию, гидролиз и окислительно-восстановительные реакции. Во всех этих реакциях участвует вода.

Пример растворения известняка в зале собора в государственном парке Флорида Кавернс. Предоставлено: Государственный архив Флориды, Память Флориды , Марк Ладлоу.

Карбонизация: Когда вода реагирует с углекислым газом, образуется углекислота, которая может растворять более мягкие породы.

Растворение: Известняк и горные породы с высоким содержанием соли растворяются под воздействием воды. Вода уносит ионы.

Гидролиз: Минералы в породе реагируют с водой и окружающими кислотами. Атомы водорода замещают другие катионы. Полевой шпат гидратирует до глины.

Окисление-восстановление: Частицы воды и горных пород реагируют с кислородом. Это заставляет минералы и материалы ржаветь и краснеть.

Если местность жаркая и влажная, преобладает химическое выветривание. Если она более сухая, преобладает физическое выветривание.

Ссылка по теме

Кухня геологии: выветривание Видео на YouTube с Девином Денни, в котором показаны практические действия и демонстрации, которые можно выполнить с помощью выветривания.

Вернуться к Почвообразованию

Вернуться к Минералогии

Вернуться к Физическим свойствам почвы

Почвенное выветривание и почвообразование | Почвы. Часть 1: Происхождение и развитие почвы (Как почва обрела жизнь и имя)

Формирование и развитие почвы — это динамический, а не статический процесс. Почвы существовали, когда доисторические животные бродили по Земле, и, подобно этим животным, некоторые из них больше не существуют или сохранились только в виде окаменелых почв, погребенных глубоко под нашей нынешней почвой.

Выветривание описывает средства, с помощью которых почва, горные породы и минералы в результате физических и химических процессов превращаются в другие компоненты почвы. Выветривание является неотъемлемой частью развития почвы. В зависимости от факторов почвообразования в районе выветривание может происходить быстро в течение десятилетия или медленно в течение миллионов лет.

Развитие почвы отражает процесс выветривания, связанный с динамической средой, в которой она сформировалась. Выявлено пять почвообразующих факторов, влияющих на развитие конкретной почвы. Везде, где эти пять факторов были одинаковыми в ландшафте, почва будет такой же. Однако, если один или несколько факторов различаются, почвы будут другими. Факторы есть?

1. Исходный материал

2. Климат

3. Живые организмы

4. Топография

5. Время

Исходный материал состоит из горных пород и минералов. Когда другие четыре почвообразующих фактора воздействуют на исходный материал, он выветривается на более мелкие частицы, образующие почву.

Существует много типов исходного материала с различным содержанием минералов. Считается, что Земле около трех миллиардов лет. Горы были созданы и разрушены эрозией, а затем созданы снова. Моря покрыли землю и отступили, оставив слои грязи, песка и известкового карбоната толщиной в тысячи футов. Вулканы извергались. Ледники образовались в течение длительных периодов холодной погоды и таяли в течение длительных периодов теплой погоды.

Исходным материалом может быть горная порода, образовавшаяся на месте, или остатки горной породы, сдвинутые ветром, водой, льдом или даже силой тяжести. В Небраске можно найти разнообразный исходный материал, от песка в районе Сандхилл до глины в Миссури и на дне других рек.

На Великих равнинах, особенно на юге, исходные материалы в основном связаны с древними морями. Эти моря приходили в регион и несколько раз отступали, оставляя после себя отложения, которые со временем превратились в коренные породы из песчаника, известняка и сланца. Коренные грунтовые образования классифицируются как остаточные исходные материалы и могут подвергаться воздействию и разрушаться с образованием почвы.

Рисунок 1.1. Поперечное сечение слоистых исходных материалов для юго-востока Небраски, Ассоциация почв Шарпсбург-Маршалл (Старейшина, 1969 г.).

В Небраске большая часть остаточных пород (например, известняковые, песчаниковые и сланцевые коренные породы) покрыта более поздними геологическими материалами, такими как ледниковые отложения, принесенные ветром минералы или материалы, перемещенные водой ( рис. 1.1 ). Один или несколько вышележащих исходных материалов могли откладываться в какой-либо области на протяжении времени.

Рисунок 1.2. Площадь, покрытая ледяными щитами.

Ледниковые отложения образовались из больших ледяных щитов, которые перемещались по территории Канады и северо-центральной части Соединенных Штатов ( рис. 1.2 ). Считается, что ледники вторглись только в восточную часть Небраски, где они заполнили долины и сровняли холмы. Песок и гравий откладывались вместе с валунами, глиной и другими отложениями по мере таяния и отступления ледников. Реки, которые ранее были полны воды, были заблокированы, а большое количество песка и гравия, смытых со Скалистых гор, осело в центральной части Небраски. Эти скопления песка и гравия теперь являются водоносными горизонтами, которые обеспечивают наш обильный запас подземных вод.

Многие почвы на юго-востоке штата Небраска образовались из исходных материалов, отложенных ледниками, обычно называемых ледниковым наносом, ледниковым тилем или ледниковым стоком.

Большая часть исходного материала, отложившегося в древние времена, была покрыта переносимым ветром материалом. Переносимый ветром илистый материал называется лёссом. Он покрывает большую часть Небраски на разной глубине, за исключением Сандхиллз и западных частей Панхандла. Этот желто-коричневый лесс в основном встречается в зоне недр и может иметь глубину 700 футов и более в северо-восточных и центральных районах штата и всего несколько футов в западной и юго-восточной Небраске. Лессовые почвы, как правило, очень плодородны. Некоторые из них являются одними из самых продуктивных почв в мире.

Переносимый ветром песчаный материал называется эоловым песком. Он преимущественно покрывает остатки в Сандхиллз и западных частях Панхандла. Этот грубый текстурированный исходный материал обычно имеет глубину в несколько футов и встречается как в поверхностных, так и в подпочвенных зонах. Эоловые почвы не очень продуктивны, потому что они имеют очень низкую водоудерживающую способность, мало органических веществ и бедны питательными веществами по сравнению с лёссовыми почвами. Большинство из них используются для производства травы или естественной среды обитания.

Геологические материалы, перемещенные из исходного материала водой, известны как аллювий. Аллювиальные отложения встречаются в поймах рек, таких как река Платт и долины других ручьев. Поскольку русла рек постоянно меняются с течением времени, аллювиальные материнские материалы сильно различаются, как и почвы, которые их образуют.

Физические и химические процессы выветривания, которые превращают исходный материал в почву, включают:

• Изменения температуры — замерзание и оттаивание.

• Эрозия водой, ветром, льдом и силой тяжести.

• Корни растений, роющие животные, насекомые и микроорганизмы.

• Водные отношения — смачивание и высыхание.

• Изменения химического состава и объема.

Физические процессы в первую очередь приводят к распаду горных пород на все более мелкие частицы. По мере того, как частицы становятся меньше, большое влияние на почвообразование начинают оказывать различные живые организмы, поскольку они вносят свой вклад в органическое вещество. Кроме того, более мелкие частицы ускоряют химические процессы, в результате которых образуются новые химические соединения. На все эти процессы сильно влияет климат, особенно температура и осадки.

Климат

Климат штата Небраска весьма изменчив и влияет на развитие почвы. В частности, количество осадков колеблется в среднем от 33 дюймов в год на юго-востоке Небраски до 15 дюймов в год в западной Небраске ( рис. 1.3 ).

Количество воды, поступающей в почву, влияет на движение кальция и других химических соединений в почве. В конечном счете, если будет удалено больше химикатов, почвы будут более глубокими и развитыми. Осадки влияют на растительность и, следовательно, во многом определяют содержание органического вещества в почвах. Из-за большего количества осадков в восточной Небраске местная растительность включала пышные заросли высокотравных прерий. В западной Небраске, где количество осадков примерно вдвое меньше, чем на востоке, растения низкотравных прерий произрастают гораздо менее обильно. Таким образом, содержание органического вещества в почве больше на востоке, чем на западе.

Более высокие температуры могут ускорить разложение органических веществ. Температура обычно выше в южной части штата, чем в северной части ( рис. 1.3 ). В связи с этой тенденцией содержание органического вещества уменьшается с севера на юг. Однако изменение содержания органического вещества с севера на юг из-за температуры незначительно по сравнению с изменением с востока на запад из-за осадков.

Почвы в восточной Небраске обычно содержат 3 процента органического вещества по сравнению с примерно 1-2 процентами на западе.

Живые организмы

Самым многочисленным живым организмом в почве является растительность. Растительность влияет на тип разрабатываемой почвы, поскольку растения различаются по своей корневой системе, размеру, объему надземной растительности, содержанию питательных веществ и жизненному циклу. Почвы, сформировавшиеся под деревьями, сильно отличаются от почв, сформировавшихся под травой, хотя другие почвообразующие факторы аналогичны. Деревья и трава значительно различаются по своему поиску пищи и воды, а также по количеству различных химических веществ, поглощаемых корнями и оседающих в почве или на ее поверхности, когда листья деревьев и травинки отмирают.

Почвы, сформированные под травой, содержат гораздо больше органических веществ, чем почвы, сформированные под лесами, из-за их массивной волокнистой корневой структуры и ежегодного старения надземной растительности. Почвы пастбищ имеют тенденцию быть темнее, особенно на больших глубинах, и имеют более стабильную структуру, чем лесные почвы. Почвы, развитые под травой, как правило, более плодородны и лучше всего подходят для выращивания сельскохозяйственных культур. Почвы Небраски из любого исходного материала почти все сформированы под травой и при достаточном количестве воды могут быть очень продуктивными.

Тип выращивания растений влияет на состав остатков. Например, продукты распада хвои хвойных деревьев отличаются от продуктов распада листьев лиственных пород. Эти продукты распада по-разному влияют на почвообразование и развитие, когда вода перемещает их через почву.

Тип растительности и климат также влияют на вид и количество других организмов, живущих в почве, таких как насекомые, мелкие животные и микроорганизмы. Организмы жуют, рвут и переваривают растительный и животный материал, заставляя его подвергаться дальнейшему биохимическому воздействию по мере разложения. Некоторые организмы могут потреблять неразложившийся растительный и животный материал, в то время как другие питаются экскрементами организмов.

В почве живет множество организмов. К ним относятся клещи, улитки, жуки, многоножки, ногохвостки, черви, суслики, суслики, личинки, нематоды и микроорганизмы (например, бактерии, грибы, актиномицеты и водоросли). Микроорганизмы являются наиболее распространенными организмами в почве.

Активность почвенных организмов сильно зависит от температуры почвы, кислотности и соотношения почвы и воды. Их основной вклад в почву заключается в улучшении структуры почвы, преобразовании питательных веществ и плодородии, аэрации и повышении продуктивности.

Под лесами почвенные микроорганизмы более разнообразны, чем под лугами; однако микроорганизмы под лугами более активны и имеют большую массу, чем в лесных условиях. В целом на возделываемых полях меньше организмов, чем на нетронутых землях. Обобщенное соотношение массы организмов под травой/лугом:дубовым лесом:еловым составляет 13:5:1.

Среди почвенных организмов наиболее распространены бактерии, за которыми следуют актиномицеты (палочковидные микроорганизмы) и дождевые черви. До 4000 фунтов бактерий может присутствовать на одном акровом участке борозды (участок борозды = глубина почвы 6 дюймов). Это более чем в четыре раза превышает массу дождевых червей, которые могут присутствовать.

Из-за большого количества организмов, присутствующих в почве, и их способности ускорять разложение органического материала они играют важную роль в почвообразовании.

Топография

Изменения топографии влияют на соотношение влажности и температуры. Хотя считается, что Небраска находится на Великих равнинах, топография в пределах ее границ сильно различается. С широкой точки зрения штат можно разделить на регионы, включающие долины, песчаные холмы, равнины, холмистую местность, расчлененные равнины, обрывы и откосы, а также склоны склонов долины (см. Приложение 1: Топографические районы штата Небраска). Каждый из этих топографических регионов имеет некоторые общие черты, влияющие на почвообразование.

В локальном масштабе мы можем сравнить почти ровное поле с холмистым. Чем круче склон, тем больше влияние топографии на развитие почвы на холмах и крутых склонах. На склонах сток ускоряется, поэтому в почву проникает меньше воды. Таким образом, у растений, как правило, более мелкая корневая система; и производится меньше органических веществ по сравнению с почти ровной землей. Крутые склоны также подвержены большей эрозии, которая удаляет почву так же быстро или даже быстрее, чем она образуется. На почти ровной земле вода имеет тенденцию скапливаться на поверхности почвы. Здесь рост растений может быть обильным, что приводит к производству большого количества органического вещества.

Склоны южной экспозиции теплее и суше, чем склоны северной экспозиции. Фактически, топография влияет на микросреду для почвообразования так же, как климат влияет на макросреду для почвообразования.

Время

В зависимости от степени выветривания почвы делятся на молодые, зрелые и старые. Зрелая почва находится в равновесии с окружающей средой и демонстрирует полное развитие слоев или горизонтов в своем профиле (рис. 1.4).

Почвы, вероятно, никогда не достигают равновесия, но они стареют и постоянно выветриваются. Однако скорость выветривания значительно замедляется по мере того, как почва приближается к равновесию с окружающей средой. Чем дольше исходный материал подвергается воздействию, тем больше степень выветривания и тем более развита почва. Почвы на юго-востоке Канзаса, например, сильно выветрены. Исходные материалы на юго-востоке Канзаса подвергались воздействию около 200 миллионов лет. Это сопоставимо с лёссовыми почвами в Небраске, возраст которых составляет всего от 10 до 50 тысяч лет.