авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Почвообразование и выветривание на плотных гипсах в бореальной зоне: пространственно-временные закономерности

-- [ Страница 3 ] --

1) холодный гумидный климат с сезонным промерзанием-оттаиванием почв и резким преобладанием осадков над испарением (Р >> ЕТ);

2) таежная растительность;

3) мономинеральные плотные гипсы (без примесей карбонатных и других минералов).

Данная модель реализуется на базе упрощенной комбинации ЭПП. Трансформация минеральной массы осуществляется следующими процессами: физическая дезинтеграция гипса, биохимическое растворение гипса, тотальный вынос кальция и сульфат-иона в растворе и переотложение гипса в виде кутан. Органогенные горизонты, формируемые процессами поверхностного накопления низкозольной подстилки и грубого гумуса,

предупреждают механический снос образующегося гипсового мелкозема и являются источником органических и железистых соединений, мигрирующих в нижележащие гипсовые горизонты. Корни растений, глубоко проникающие в профиль ППГ, также продуцируют органические кислоты. Органические вещества участвуют в биохимическом растворении гипса, подкисляя почвенный раствор и делая его более агрессивным растворителем. Отмершие корни растений и гифы грибов, сконцентрированные внутри крупных трещин в гипсе, служат первичным материалом для ЭПП внутрипрофильного гифово-корневого гумусонакопления и локальной миграции гумусовых веществ. Процесс иммобилизации гумусовых веществ и оксидов железа сопряжен с процессом образования гипсовых кутан.

В ходе почвообразования профиль ППГ "вгрызается" в материнскую породу, в которой отсутствуют минералы, длительно-устойчивые к воздействию бореального климата и биоты. Профиль ППГ и минеральные гипсовые горизонты существуют только потому, что унаследованная литогенная трещиноватость и современная физическая дезинтеграция создают ресурсы рыхлого материала, который не успевает раствориться в условиях холодного гумидного климата Европейской части России. То есть, скорость физической дезинтеграции существенно выше скорости биохимического растворения гипса, что является главным и определяющим условием формирования ППГ в холодном гумидном климате. В этом и заключается принципиальное отличие данной модели от других моделей почвообразования, подразумевающих изменение минералогического и химического состава почвенной толщи по сравнению с материнской породой, как например на гипсах с примесями карбонатных и силикатных минералов (где происходит относительное накопление кальцита и кремнезема, а также новообразование кальцита).

(4.4.) Генезис гипсовых кутан: ЭПП внутрипрофильной миграции и переотложения гипса.

Буровато-охристые гипсовые кутаны на нижних гранях белых щебней плотного гипса являются специфическими новообразованиями ППГ. Такие новообразования не были описаны до настоящего времени; хотя было известно, что продуктами переотложения гипса в разных климатических условиях могут являться гипсовая мука, гажа, друзы, щетки, трубочки, розы и пр. [Герасимова и др.,; Климентьев и др.; Ромашкевич, Герасимова; Сонненфелд; Черников и др.; Ямнова, Черноусенко; Herrero et.al.].

На основании детального морфологического исследования мы можем предполагать, что образование кутан на нижних гранях щебней в профиле ППГ происходит следующим образом (рис. 4). Почвенные растворы стекают по трещинам (с верхних и боковых граней щебня); и на нижних гранях щебня эти растворы удерживаются силами капиллярного подтягивания и достигают пересыщения по гипсу (в результате испарения), что приводит к его кристаллизации. Аналогичным образом интерпретируется генезис гипсовых кристаллов, развитых в виде покрова на стенках пещер Подольского Приднестровья [Рогожников].

 Мелкий размер кристаллов исследованных кутан может быть связан с присутствием-5

Мелкий размер кристаллов исследованных кутан может быть связан с присутствием органического вещества в почвенном растворе [Сонненфелд]. Линзовидная форма кристаллов кутан также указывают на почвенное происхождение [Porta].

(4.5.) К вопросу о превращении гипса в карбонаты.

Существует несколько гипотез об образовании кальцита из гипса в верхних горизонтах почв (см. раздел 1.6), выдвинутых на основании исследований почв на окарбоначенных гипсах. Мы не исключаем возможность таких процессов, поскольку окарбоначенные гипсовые почвы имеют щелочную реакцию, благоприятствующую синтезу кальцита. Однако в изученных нами абсолютно бескарбонатных ППГ создается кислая обстановка, где синтез кальцита невозможен.

(4.6.) Пространственные закономерности почвообразования на плотных гипсах в таежной зоне Европейской части России.

Большинство исследованных ППГ имеет малые элементарные почвенные ареалы (ЭПА) (первые м2) и ничтожно низкую долю в почвенном покрове. Они находятся в окружении зональных почв, формирующихся на моренах, и имеют органогенные горизонты, характерные для таежных почв. Можно отметить следующие биоклиматически-обусловленные изменения ППГ от северной тайги к южной: уменьшение мощности подстилочно-торфяных горизонтов и степени морфологического проявления процесса иллювиирования гумуса, увеличение выраженности признаков биогенного оструктуривания.

Минеральная часть ППГ очень сильно изменяется под влиянием топогенно-литогенных факторов, которое маскирует влияние биоклиматических факторов. В профилях ППГ со сходными по мощности и строению подстилочно-торфяными горизонтами можно обнаружить абсолютно разные гипсовые горизонты – малоизмененную материнскую породу (на вершинах гипсовых карстовых останцов) или мощные дезинтеграционно-метаморфические горизонты (в аккумулятивных позициях на отложениях коллювия плотных гипсов).

На склонах, растворение гипса под действием латеральных потоков приводит к выклиниванию дезинтеграционно-метаморфического горизонта и усиленному переотложению гипса в виде кутан в нижней части склона; при этом подстилочно-торфяный горизонт не меняется, развиваясь под однородным растительным покровом (рис. 5).

Существенные различия наблюдаются между ППГ, имеющими малые и большие ЭПА: первые, как было упомянуто выше, формируются под продуктивными лесными фитоценозами, а последние поддерживают малопродуктивные олиготрофные редколесья.

Анализ ППГ с большими размерами ЭПА (под редколесьем) и малыми ЭПА (под сосновым лесом) на сходных элементах рельефа показал, что возрастание мощности подстилочно-торфяных горизонтов сопровождается снижением мощности минеральной толщи ППГ (рис. 6).

По-видимому, с ростом мощности подстилки снижается скорость дезинтеграции гипса в почвенном профиле, т.к. подстилка сглаживает колебания температуры минеральных горизонтов при сезонном промерзании. Кроме того, подстилка задерживают влагу в почвенном профиле, увеличивая время контакта гипсовой муки с раствором и, тем самым, повышая скорость ее растворения.

Теоретически, снижение мощности подстилок ППГ от северной тайги к южной должно сопровождаться увеличением мощности дезинтеграционно-метаморфического горизонта, чему также должно способствовать усиление промерзания почв, наблюдающееся при движении на восток. Однако, природа не предоставила объектов для проверки этой гипотезы: описанные в южной тайге ППГ располагались на эродированных бровках склонов и на коллювиальных отложениях, и поэтому влияние топогенно-литогенных факторов полностью маскировало влияние биоклиматических факторов.

(4.7.) Макрогеографические закономерности почвообразования на плотных гипсах

Анализ литературы показал, что модель почвообразования на плотных гипсах, где ведущим процессом является физическая (криогенная) дезинтеграция гипса в условиях сезонного промерзания почв и (био)химическое растворение в условиях промывного водного режима, реализуется только в холодном гумидном и семигумидном климате. Начиная с умеренного климата (южная Польша) процесс дезинтеграции плотного гипса затухает на фоне усиления растворения. В теплом семиаридном климате (Испания, Италия) мелкозем в ППГ формируется в результате осаждения гипса при испарении растворов сульфата кальция, являющихся продуктом растворения плотных гипсов [Herrero et.al., Dazzi et. al.]. Этот процесс может достигать огромных масштабов в аридном климате. Например, отложения гипсовых песков "White sands" на юге штата Нью Мексико, США образованы в результате стекания сульфатно-кальциевых растворов на дно депрессии с последующим испарением воды и осаждением гипса [Бетехтин; и др.].

 Макрогеографические закономерности проявления дезинтеграции и других-8

Рис. 7. Макрогеографические закономерности проявления дезинтеграции и других педогенных процессов на плотных гипсах – их зависимость от среднегодовой температуры и коэффициента увлажнения.

Таким образом, при переходе от бореальных гумидных областей к семиаридным и аридным происходит принципиальная смена механизма мелкоземообразования на гипсах – вместо процессов физико-химического разрушения плотной породы до муки преобладающими становятся процессы отложения гипса в виде муки при испарении пересыщенных растворов сульфата кальция. В первом случае мука сложена исходным гипсом породы, а в последнем – вторичным, новообразованным гипсом. Зависимость основных процессов педогенного преобразования плотных гипсов показана на рис. 7. Имеющиеся в настоящее время данные по ППГ позволяют считать представленную нами схему закономерностей почвообразования на плотных гипсах от климатических параметров гипотетической Далеко не все опубликованные работы по ППГ позволяют четко понять, какими процессами формируются ППГ в тех или иных климатических условиях. Полностью отсутствуют данные по ППГ теплых гумидных областей (здесь следует ожидать тотальный вынос гипса и отсутствие мелкозема в почвах) и по ППГ холодных (семи)аридных областей, где криогенное дробление плотных гипсов может сочетаться с переотложением гипса.

Глава 5. ОЦЕНКА СКОРОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ПЛОТНЫХ ГИПСАХ

(5.1.) Методика экспериментальных исследований

В северной тайге (Пинега) были проведен четырехлетный опыт по изучению скоростей основных ЭПП на начальных стадиях почвообразования на девяти модельных гипсовых глыбах средней массы 26 кг, отобранных из свежих обнажений коренного берега р. Пинега и установленных в карстовом логу, причем одни были оставлены открытыми, а другие накрыты материалом лесной подстилки. Также проведен двухлетний опыт по оценке скорости биохимического растворения десяти гипсовых таблеток средней массы 40 г, выпиленных из глыбы плотного гипса и заложенных под лесную подстилку.

(5.2.) Результаты экспериментальных исследований

На поверхности открытых модельных глыб быстро накапливался хвойно-лиственный опад и поселились мхи. Под накапливающимся опадом за 4 года постепенно сформировался фрагментарный слой (1.5 мм) гипсовой муки, частично окрашенной в палевые тона гумусовыми соединениями, образовавшимися при разложении растительного опада. Такая же окраска характерна для горизонта BDMhcs полноразвитых почв на плотных гипсах. То есть, всего за 4 года на модельных гипсовых глыбах сформировался микропрофиль почвы "О- BDMhcs-Mcs" мощностью 3 мм.

Морфологические признаки дезинтеграции (рост трещинноватости) на модельных глыбах, накрытых лесными подстилками, появлялись медленнее, а признаки растворения (рост каверн) – быстрее, чем на открытых глыбах. Под лесной подстилкой криогенная дезинтеграция гипса замедляется, поскольку подстилка сглаживает колебания температуры при сезонном промерзании. А растворение гипса ускоряется, поскольку подстилка задерживает влагу, тем самым увеличивая время контакта гипса с раствором (аналогичные тенденции были выявлены при сравнении ППГ под подстилками разной мощности, см. раздел 4.6.).

Скорость тотального выноса растворенного гипса оценивалась по потерям массы модельных гипсовых глыб (табл. 2). В начале эксперимента процесс растворения гипса, по-видимому, конкурировал с процессом гидратации реликтов ангидрита (присутсвие последних было выявлено нами в шлифах горизонтов ППГ); известно, что гидратация ангидрита с образованием гипса сопровождается увеличением массы на 20,91% [Porta].

Таблица 2. Изменение массы модельных гипсовых глыб.

№ глыбы m, кг в начале опыта 1-й год 2-й год 4-й год
m, кг 1-й год m/m, г/кг m, кг 2-й год m/m, г/кг m, кг 4-й год m/m, г/кг
Открытые модельные глыбы
1 27.6 +0.2 +7 +0.2 +7 -0.4 -14
3 17.1 -0.2 -12 -0.7 -38 0 0
5 24.0 +0.3 +12 -0.1 -4 -0.2 -8
7 23.1 +0.1 +4 0.0 0 -0.1 -4
9 39.2 +0.3 +8 +0.5 +14 -0.5 -13
средние 26.2 +0.1 +4 -0.1 -4 -0.2 -8
-0.1 кг/год; -4 г/кг в год
Накрытые модельные глыбы*
2 26.1+1.8* = 27.8 +1.7 +61 -0.8 -28 -1.1 -39
4 21.4+1.5* = 22.9 -0.4 -17 -0.3 -13 -0.3 -13
6 27.6+1.7* = 29.3 +0.9 +31 -1.1 -37 -0.9 -31
8 23.2+1.9* = 25.1 -0.2 -8 -0.5 -19 -0.8 -32
средние 26.3 +0.5 +19 -0.7 -26 -0.8 -31
-0.5 кг/год; -19 г/кг в год

*Взвешивание глыб в 1-4 годы проводилось вместе с материалом накрывающих их подстилок.

За первый год масса большинства глыб увеличилась (табл. 2), т.е. процессы гидратации доминировали над процессами растворения. На второй год большинство глыб стало легче, что указывает на затухание процессов гидратации на фоне продолжающегося растворения. На четвертый год надежно выявлены существенные потери массы. В целом, у накрытых глыб колебания массы были более существенными, чем у открытых глыб (рис. 8). Задержка влаги в материале подстилки могла служить причиной как более сильной гидратации накрытых глыб (по сравнению с обнаженными) в начале эксперимента, так и их более сильного растворения в последующие годы. Из-за гидратационной компенсации весовых потерь, вызванных тотальным выносом растворенного гипса, мы можем дать только грубую оценку скорости растворения: как средней ежегодной потери массы гипсовых глыб со второго по четвертый год эксперимента (отбрасываем данные за первый год, где преобладают гидратационные прибавки массы). Скорости растворения гипса на обнаженных и накрытых подстилками глыбах составляли, соответственно 4 и 19 г/кг гипса в год.

В двухлетнем опыте по растворению гипсовых таблеток под лесной подстилкой (подстилочно-торфяными горизонтами) уменьшение массы составляло в среднем 21 г/кг гипса в год (табл. 3), что сопоставимо со средней скоростью растворения накрытых подстилками гипсовых глыб 19 г/кг в год. Варьирование скорости растворения по отдельным образцам может быть связано со специфическими дефектами поверхности и особенностями формы каждого образца, неравномерным распределением влаги под лесными подстилками, а также присутствием включений ангидрита и их гидратацией.

Таблица 3. Скорость растворения гипсовых таблеток под лесной подстилкой.

№ п/п таблетки масса таблеток до опыта, г Площадь поверхности таблеток, см2 m, г / год m/m, г/кг в год m/S, г/см2 в год
1 62.0 52.8 0.1 2 0.002
2 27.2 30.8 1.2 43 0.039
3 37.9 38.0 2.5 64 0.066
4 20.2 25.1 0.2 10 0.025
5 62.9 55.2 1.4 21 0.013
6 41.0 39.9 0.5 12 0.013
7 67.8 57.3 1.2 16 0.021
8 21.3 26.9 0.2 9 0.007
9 27.7 28.2 0.5 18 0.018
10 25.3 26.8 0.6 23 0.022
средние 40 38 0.8 21 0.02


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.