Вопрос 5. Выветривание и его виды.

Выветривание – это процесс разрушения и изменения состава пород вследствие колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды, химического воздействия воды, растворенных в ней газов, кислот и щелочей, под действием ветра, растений и животных и др. Выветривание наиболее интенсивно протекает на поверхности земли, но распространяется и в глубину, особенно по зонам ослабления в породах – трещинам, разломам.

Различают выветривание физическое, химическое и биологическое или органическое.

Физическое выветривание преобладает в условиях резко континентального или холодного климата и его значение состоит в раздроблении, дезинтеграции пород.

При химическом выветривании меняется минералогический состав пород. Активные реагенты при этом – вода, кислород, углекислота, органические кислоты. Наиболее общие процессы химического выветривания - растворение, гидратация, окисление, гидролиз; некоторые процессы называют по характеру образующихся при этом минералов: каолинизация, карбонизация, серпентинизация и др.

Биологическое или органическое выветривание, связывая его с действием живых организмов; примеры биологического выветривания – действие корней растений, мхов и лишайников, животных - землероев, различных микроорганизмов.

В природе все виды выветривания протекают совместно, при определяющем влиянии того или другого, в зависимости от конкретных условий – климатических, геологических, гидрогеологических и др. В результате выветривания породы изменяются на некоторую глубину – обычно несколько метров, а в районах тропического климата до 100 метров. Эта зона сильно измененных пород вместе с почвой называется корой выветривания. Крупнообломочные и песчано-глинистые породы коры выветривания представляют собой элювиальные отложения или элювий. Исходя из условий образования, элювиальные отложения представлены крупнообломочными, песчаными и глинистыми породами и характеризуются следующими свойствами:

- обломки имеют неокатанную, угловатую форму (щебень, дресва, хрящ); поверхность песчаных частиц шероховатая, что связано с отсутствием переноса материала;

- слоистость отсутствует, имеет место постепенный переход одной зоны в другую;

- неоднородность механического состава;

- минералогический состав элювия связан с подстилающей материнской породой;

- наибольшее распространение и мощность элювия характерны для невысоких плоских водоразделов и отрицательных форм рельефа (понижений), где слабо проявляется денудация;

- нижняя граница элювия обычно неровная из-за разнообразия влияющих на выветривание факторов.

Возможность использования элювия в качестве основания сооружения зависит от мощности и вида грунта, его состава и состояния, а также от действующих нагрузок. Здания и сооружения с умеренными нагрузками успешно возводятся на элювиальных грунтах, особенно в районах широкого их распространения (Урал, Дальний восток). С другой стороны, для тяжело-нагруженных особо ответственных сооружений (плотины, опоры мостов и др.) может потребоваться полное удаление выветренных пород. Например, при возведении плотины Братской ГЭС снималось 1,5 метра верхней части слоя диабаза – основания плотины.

Особый характер имеет выветривание глинистых пород, происходящее в котлованах, откосах, подземных выработках. Увеличение влажности вызывает набухание породы с нарушением цементационных связей. Подсыхание приводит к усадке с появлением трещин. Аналогичные результаты может дать снятие части природной нагрузки (например, при отрывке котлована). Все такие изменения приводят к разупрочнению грунта и последующему разрушению. Это характерно и для таких полускальных пород, как аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, опоки и др. Поэтому в строительных технологиях не допускаются длительные перерывы между разработкой котлована и бетонированием фундамента.

Выветривание – всеобщий процесс, действующий и на материалы искусственных сооружений, откосы выемок и насыпей и т.д. Защита от выветривания достигается нанесением на поверхности пород и материалов стойких покрытий или пропиткой их различными вяжущими веществами.

Выветривание (гипергенезис) - процесс разрушения горных пород и минералов под влиянием некоторых природных факторов (воздуха, воды, колебания температуры и живых организмов). При этом образуются другие породы и синтезируются новые минералы. Выветривание - это совокупность сложных и разнообразных процессов, количественных и качественных изменений горных пород. Горизонты горных пород, где происходит процесс выветривания, называют корой выветривания. Мощность ее бывает от нескольких сантиметров до 2-10 м. Характер разрушения горных пород и, как правило, состав продуктов выветривания зависят от условий окружающей среды и от минералогического состава самой породы.

Геохимическими исследованиями доказано, что при выветривания кислых пород формируются пески и супеси, средних - суглинки и основных - тяжелые суглинки и глины. Все названные рыхлые отложения имеют определенные физические и физико-механические свойства, позволяющие для протекания процессов почвообразования. Этим отличаются от не выветренных скальных пород. Как правило, современные почвы формируются на сложных комплексах продуктов выветривания. Самыми распространенными почвообразующих породами являются рыхлые отложения четвертичного периода. Они разнообразны по составу, строению, свойствам, что отражается на почвообразовании и уровне плодородия почвы.

Вопрос 6. Почвообразовательный процесс и его составляющие.

Общая схема почвообразовательного процесса

Почвообразовательный процесс относится к категории биофизико-химических процессов. Почвообразовательным процессом называется совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще.

Почвообразовательный процесс – это переход горной породы в новое качественное состояние – почву под влиянием факторов внешней среды. Вначале скальные горные породы результате выветривания переходят из массивного состояния в раздробленное. При этом породы приобретают рыхлость, пористость, водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость. Почвообразовательный процесс начинается тогда, когда на горных породах поселяются высшие зеленые растения и микроорганизмы. 

Корни растений пронизывают большие объемы пород и извлекают из них элементы зольного питания в необходимых для себя количествах. Листья растений поглощают из воздуха диоксид углерода, который, в процессе фотосинтеза соединяется с водой, образуя углеводы. После отмирания растений их органические остатки откладываются в верхних слоях земной поверхности и служат источниками питания и энергии для микроорганизмов. 

Генезис любой почвы состоит, как минимум, из трех последовательных стадий.

Начало почвообразования (первичный почвообразовательный процесс) совпадает с началом функционирования пионерных наземных экосистем (биогеоценозов) в условиях одновременного и взаимосвязанного действия пяти факторов почвообразования. Уже на начальной стадии функционирования экосистем в них складывается биологический круговорот, характеризующийся низкой биологической продуктивностью. На начальных стадиях почвообразования имеют место и процессы небиологической природы: физические, физико-химические, химические, осуществляющиеся преимущественно на атомно-ионном, молекулярном и коллоидном уровнях, например, процессы растворения - осаждения, испарения - конденсации и т. д.

Их нельзя отнести к специфическим почвенным, поскольку каждый из них, взятый в отдельности, за редким исключением, не формирует специфических почвенных признаков, хотя во всех почвах и на всех стадиях почвообразования они представлены очень широко. Эту группу процессов, в результате которых осуществляются элементарные акты превращения и переноса вещества, принято называть микропроцессами или элементарными почвенными процессами первого порядка. На начальной стадии почвообразования эти процессы протекают независимо друг от друга. На заключительном этапе данной стадии осуществляется постепенная взаимосвязь между биологическим круговоротом и абиотическими элементарными микропроцессами. Складывается характерный для почв биогеохимический круговорот веществ.

Стадия развития почвы. Возрастает биологическая продуктивность наземных экосистем и объем биологического круговорота в результате расширения масштабов деятельности высших растений. В результате поглощения и трансформации веществ в организмах элемент возвращается в почву в составе других соединений, которых раньше не было в породе. Они отличаются большей растворимостью, более доступны для других организмов и растений, в результате чего увеличивается объем биологического круговорота, изменяется вещественный состав почв. На данной стадии протекают процессы, формирующие специфические признаки почв, это:

1) почвенные мезопроцессы, или элементарные почвенные процессы второго порядка. К этой группе относятся такие процессы, как оподзоливание, гумусовая аккумуляция, лессиваж, торфообразование, агрегатообразование и др. В результате действия почвенных мезопроцессов формируются специфический вещественный состав и физические свойства почвы, а также возникает пространственная дифференциация свойств и процессов на агрегатном (микроагрегатном) и горизонтном уровнях.

2) почвенные макропроцессы, или собственно почвообразовательные процессы, приводят к формированию не отдельных специфических признаков и отдельных генетических горизонтов почв, а определенных почвенных типов со свойственной им системой генетических горизонтов: черноземов, подзолистых почв и т. д. Почвенные макропроцессы формируются в результате определенного сочетания почвенных мезопроцессов в условиях специфического проявления биогеохимического круговорота.

Стадия формирования почвы может продолжаться сотни, тысячи лет и более.

Стадия зрелой почвы. На данной стадии вовлечение новых элементов из минералов почвообразующей породы происходит в более ограниченных масштабах. Состав почвы и ее основные свойства относительно стабильны во времени. Реализуются все группы процессов (микро-, мезо- и макропроцессы, биологические и абиотические и т.д.). Почвы достигают данной стадии при стабильных длительных внешних условиях.

Завершающий этап почвообразования. На третьем этапе формируются современные почвы. Агентами процесса являются растения, животные и продукты их жизнедеятельности, вода, О₂, СО₂, которые действуют неодинаково в различных природных зонах. В каждой природной зоне образуются типичные для неё почвы с характерными свойствами и режимами.