Тема II. Общие закономерности ландшафтной дифференциации (стр. 4 )

Карбонатизация. Растворенный атмосферный СО2 превращает осадки в очень слабую углекислоту со средним значением рН около 6. Когда дождевая вода проникает в грунт, большая часть СО2 быстро растворяется в почвенном воздухе и принимает участие в процессах выветривания. В присутствии СО2 намного ускоряются процессы разложения силикатов. Ускорение и усиление реакции происходит из-за быстрого перехода слабой углекислоты в гидрогенные и бикарбонатные ионы. В таком случае выше приведенная реакция приведет к образованию бикарбоната калия.

2KAlSi3O8+ 2H2O + CO2 = Al2Si2O5(OH)4 + K2CO3 + 4SiO2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2CO3 - карбонат калия, SiO2 - растворенный кремний

Таким образом, при карбонатизации происходит разрушение силикатной структуры ортоклаза с выделением иона калия и, в качестве конечного продукта, образуется глинистый минерал и растворимый остаток.

При разрушении других силикатов происходит образование глинистых минералов с выделением Na2CO3 из натрий содержащих шпатов и Ca(HCO3)2 для кальций содержащих минералов.

Другим примером химического изменения карбонатной водой горных пород является растворение известняков. Карбонат кальция слаборастворим в чистой воде, но при наличии слабой углекислоты идет следующая реакция:

CaCO3+ H2CO3= Ca +2 + 2(HCO3) -

Ионы кальция и бикарбоната затем выносятся в раствор, оставаясь среди загрязнителей воды и аккумулируясь в виде характерного поверхностного остатка. Во многих районах этот остаток содержит железо, которое, окисляясь, придает ярко-красный цвет почве, известной как терра-росса. Объем растворенного карбоната кальция, который может переноситься водой, зависит от количества растворенного СО2.

Окисление. Окисление как один из процессов химического выветривания понимается как химическое соединение с кислородом. Этот процесс особенно характерен для такого широко распространенного элемента как железо. Оно входит в состав многих породообразующих минералов - биотитов, авгитов, амфиболитов и высвобождается при том или ином химическом процессе, быстро окисляется и существует в виде гематита (Fe2O3) или его гидратного эквивалента - лиманита. Именно трехвалентное железо окрашивает многие почвы в красный, коричневый или желтый цвет.

Биологическое воздействие представляет собой совокупность химических процессов преобразования горных пород, происходящих под воздействием биологических агентов - растительности и микроорганизмов в почве и верхних горизонтах коры выветривания. Воздействие биологических агентов проявляется непосредственно, в виде специфических биохимических реакций или опосредованно, в виде простого ускорения других процессов химического выветривания.

Двумя важнейшими реакциями выветривания, которые имеют биохимическую природу, являются восстановление и комплексирование. Многие анаэробные бактерии получают часть необходимого им кислорода путем восстановления железа, одного из самых распространенных элементов в горных породах, до двухвалентной формы, а в некоторых случаях - до собственно металла. В результате образуются двухвалентные соединения, которые значительно лучше растворяются в воде, чем первичные трехвалентные. Поэтому, восстановление является основным путем мобилизации железа и выноса его из почвы.

Комплексирование заключается в объединении катионов металлов с молекулой углеводорода и является фундаментальным процессом в поддержании жизни растений. Корни окружаются концентрацией гидрогенных ионов, которые могут обмениваться с катионами соседних ионов. Затем катионы металлов абсорбируются растениями путем комплексирования. Образующиеся комплексные соединения растворимы только в органических растворителях, и нерастворимы в воде. Подобным образом действуют лишайники, изымающие практически все нужные им элементы из коренных пород, на которых растут до тех пор, пока поверхностный слой не будет полностью разрушен.

Опосредованное воздействие биологических агентов проявляется, например, во влиянии растительности на качество и количество фильтрующейся воды. Путем перехватывания влаги растительный покров регулирует количество осадков, достигающих собственно земной поверхности. Оседание на поверхности листовых пластин химических элементов, содержащихся в атмосферных осадках, изменяет их химический состав. Гумус и микроорганизмы почвы влияют на скорость, с которой вода перемещается через почвенные горизонты и изменяют количественный и качественный состав элементов, содержащихся в фильтрующейся воде. Особенно важным фактором, влияющим на ход химических процессов, как было сказано выше, является содержание в почвенных водах углекислого газа. В процессе жизнедеятельности окисляющих бактерий, разлагающих органические остатки, и дыхания корней растений концентрация СО2 в почвенном воздухе повышается с 0,2 до 2%, а в отдельных случаях до 10% , что значительно превышает содержание углекислого газа в атмосферном воздухе. На количество СО2 в почвенном воздухе влияет ряд факторов:

n  температура (деятельность бактерий сильно замедляется с падением температуры ниже 100С);

n  содержание влаги (биологическая активность значительно снижается, когда содержание влаги опускается ниже 10%);

n  аэрация почв;

n  характер растительного покрова.

В результате совокупного воздействия этих факторов содержание СО2 сильно меняется в зависимости от сезона и местных особенностей. Это сказывается на растворимости таких продуктов выветривания как железистые и алюмосодержащие соединения.

Как было сказано выше, выветривание неразрывно связано с климатом. Взаимосвязь между климатическими параметрами и характером и типом выветривания хорошо передают схемы Пельтье. Эти схемы построены исходя из следующих упрощений:

механическое выветривание почти полностью обусловлено попеременным замерзанием и оттаиванием,

химическое выветривание в такой степени зависит от наличия воды, что его интенсивность должна прямо соответствовать количеству осадков.

Таким образом, районы, в которых циклы замерзания - протаивания наиболее действенны и температура часто переходит через точку замерзания, являются ареной наиболее активного проявления физического выветривания.

Кроме климата на ход процессов выветривания оказывает влияние рельеф, вернее интенсивность тектонических движений, о чем указывал . Он предполагал, что обычно химическое выветривание преобладает над механическим. Особенно действенно оно в тропической зоне. Территория вторичного максимума приурочена к влажным районам умеренных широт, хотя скорость выветривания здесь в 20 раз ниже, чем в тропиках. Относительно мощному механическому выветриванию климат благоприятствует только в пустынях и на крайнем севере. Однако подчеркивал, что с увеличением амплитуды рельефа, механическая денудация в форме поверхностного смыва становится настолько интенсивной, что она в итоге совершенно подавляет химическое выветривание. Для достижения такого состояния в гумидных районах тропической зоны необходимо исключительно быстрое тектоническое поднятие, тогда как в умеренных широтах условия для механической денудации гораздо лучше и преобладать она может и при относительно небольших тектонических поднятиях.

Арктическая зона характеризуется преобладанием физического выветривания, особенно морозного, обусловленного низкими температурами. Коры выветривания представлены малоизмененными обломочными отложениями малой мощности. Процессы химического выветривания не выражены, вторичных глинистых минералов не образуется. Перенос водными потоками продуктов разложения ослаблен, органических соединений очень мало, почвы практически отсутствуют.

Тундра. Так же как в предыдущей зоне преобладают процессы физического выветривания с очень незначительной активностью химического. Из-за низких температур, несмотря на обилие воды, деятельность микроорганизмов подавлена. Следствием этого является медленный биологический круговорот атомов, малая продуктивность растительной массы, ослабленная минерализация органических остатков. Типоморфными и вместе с тем самыми подвижными элементами являются, ион водорода и двухвалентное железо (Н+, Fe2+).

В лесной зоне с умеренно теплым климатом морозное выветривание ослабляется, и активизируются процессы химического выветривания. Активно протекают процессы гидратации, в меньшей степени гидролиза и карбонатизации. С влагой вниз перемещаются (выщелачиваются) растворимые продукты химического выветривания и, прежде всего, щелочи и щелочные земли. В разложении и переносе минеральных веществ существенную роль играют гумусовые соединения (фульвокислоты и их соли) почвы и микроорганизмы (преимущественно грибы). Кора выветривания в этих условиях представляет собой комплекс продуктов выветривания сиаллитно-глиногенного состава (смесь гидратов алюминия, железа и кремния). Типоморфные элементы - ион водорода, алюминий, железо, кремний. В большом дефиците кальций, и многие редкие элементы - кобальт, фтор, молибден, йод.

В степной зоне с умеренно теплым климатом и непромывным режимом формируется сиаллитно-карбонатная кора выветривания, лессовидная, обогащенная карбонатами кальция и магния и калия. Вымытые Cl - SO42- и частично Na, Mg и K входят в состав образующихся глинистых минералов – сиаллитов, содержащих Si и Al2O3 – монтмориллонита, бейделлита и др. В почвах и коре выветривания существуют как нисходящие, так и восходящие потоки, что приводит к формированию горизонтов, обогащенных солями (хлоридами и сульфатами). Благодаря содержанию кальция грунтовые и почвенные воды имеют слабощелочную реакцию и отличаются высокой прозрачность: коллоиды не вымываются, фиксируясь в коре выветривания. Типоморфными элементами являются кальций, магний, натрий.

В полупустынях умеренного пояса химическое выветривание и водная миграция химических элементов ослаблены и образование глинистых минералов происходит замедленными темпами. В аридных пустынях (субтропических и тропических) господствует физическое выветривание, стимулированное резкими суточными колебаниями температуры. В этих ландшафтных зонах миграция растворов преимущественно восходящая, они нейтральные или слабощелочные. Подъем грунтовых вод приводит к формированию горизонтов, обогащенных легко растворимыми солями (хлоридами и сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов и содой). Типоморфными являются кальций, магний, калий, частично натрий и хлор. На солончаках к типоморфным элементам относится также сера.