Физико-химические свойства почвы

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента:

Минеральная основа – 50–60% – Na, K, Ca, Mg и др. (общего состава почвы); органическое вещество – до 10% (гумус или перегной); воздух – 15–22% (О₂, СО₂ NН₃, Н₂S и др.); вода – 25–35% (почвенный раствор).

Физические свойства почвы характеризуются следующими показателя­ми, как фильтрационность, влагоемкость, капиллярность, гигроскопичность, испаряющая способность, зоны испарения – линии Гофмана.

Тепловые свойства почвы обусловлены тем, что Земля, поглащает солнечную энергию и нагревает затем воздух. Темные и сухие почвы нагреваются сильнее. Земля обладает небольшой теплопроводностью и суточные колебания передаются менее 1 м., а колебания наружной температуры на глубину 2 м. передаются только через 2 месяца. Это свойство почвы используется для хранения скоропортящихся продуктов, где зимой теплее, а летом холоднее, чем в наружном воздухе (погреба). На глубине 12–20 м. в течение всего года сохранятся постоянная температура грунта ниже этого уровня температуры увеличивается на 1°С при опускании на каждые 35 м.

Мы ходим по Земле и не ощущаем ее внутреннего тепла. На глубине 2–3 км. температура земных слоев достигает 100°С, на глубине 50 км. – 700–800°С, на глубине 500 км. – около 1500–2500°С, в центре Земли до 5000°С «Твердая» земля (рис. 7.1) состоит из трех сфер:

 

 

Рис. 7.1. Схема внутреннего строения Земли

 

– земной коры, имеющей толщину от 7 (под океаном) до 150 км.;

– мантии, простирающейся до глубины 2900 км.;

– земного ядра.

Радиус «твердой» сферы Земли около 6371 км., ее окружность – 40 000 км.

Поэтому в шахтах на глубине 500–600 м. температура достигает 40–45°С. Грунт на территории Беларуси промерзает до 150 см. Это имеет значение при прокладке водопроводных труб – водоснабжение и канализация.

Минеральный скелет почвы – это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания.

Минеральные фрагменты, образующие вещество почвенного скелета, различны – от валунов и камней до песчаных крупинок и мельчайших частиц глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий (частицы менее 2 мм.) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 нм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту. Соотношение частиц разных размеров в мелком грунте исследуют путем механического анализа в лаборатории или при наличии опыта на ощупь в поле.

В почвах различных районов могут содержаться все виды элементов таблицы Д.И.Менделеева. Значительно расширились и углубились наши представления о роли и значении микро- и макроэлементов в процессах, обуславливающих жизнь всего живого в том числе и человека.

Роль элементов определяется не только их нахождением в почве, но их агрегатным состоянием и механическими свойствами почвы велика в этом роль воды, почвенных растворов, коллоидов почвы, почвенного воздуха. Это и определяет распространение микро- и макроэлементов в почвах различного состава в разных климатических районах.

Академик В.И.Вернадский, рассматривал геохимические процессы образования и обмена химических элементов, как процессы взаимного обмена почвы и организма, как процессы обуславливающие жизнь. В табл. 7.1. представлено содержание элементов в почве и в организме человека.

 

Таблица 7.1

Содержание элементов в почве

И в организме человека

Элементы	Почва вес в %	Состав организма в % к весу тела
Кислород (О2)	49	62
Углерод (С)	2	21
Кальций (Са)	1,37	1,90
Калий (К)	1,36	0,23
Натрий (Nа)	0,63	0,08
Железо (Fe)	3,8	0,005

 

Впервые на эту существенную сторону обратил внимание А.П.Виноградов, на существование биогеохимических эндемий, где избыток или недостаток в почве химических элементов, необходимых в определенных количествах для нормального развития организма животных и человека. Например, в Австралии имеется недостаток кобальта (Со) в почве, ввиду этого в стране не может развиваться овцеводство, так как овцы заболевают анемией, ибо кобальт необходим для образования гемоглобина в эритроцитах.

Недостаток йода в почве, воде, пищевых продуктах вызывает у людей эндемический зоб. Суточная потребность нем 50–200 мкт. Содержание его в почве 3–8% нужного его количества человеку. Недостаток селена способствует преждевременному старению, нарушению иммунной системы и развитию малокровия. Основной источник селена – мясо, яйца, творог.

Повышение температуры с ростом глубины объясняется существованием теплового потока, направленного от земного ядра к периферии твердой Земли, главная причина существования которого – выделение тепла в результате распада содержащихся в Земле радиоактивных элементов.

Запасы горячей воды и пара относительно невелики – большая часть геотермальной энергии сосредоточена в сухих породах. Кроме того, нагретая вода и пар сравнительно редко выходят на поверхность Земли, образуя горячие источники – гейзеры. В большинстве случаев для выхода их наружу необходимо бурить скважины.

Почва находится под постоянным прессом воздействия компонентов: климата, погоды, флоры, фауны, антропогенных нагрузок (могут накапли­ваться эффекты суммируются).

Прогрессируют эрозивные процессы, снижение способности к самоочищению, падает плодородие. Последствия загрязнений связано с влиянием на состояние:

– атмосферного воздуха;

– поверхностные и подземные воды;

– растительность, овощи, фрукты, злаковые;

– здоровье человека по этим цепям.

Избыточное поступление в почву других химических веществ, которые по пищевым цепям передаются человеку, например:

– внесение в почву минеральных удобрений, органо-минеральных удобрений, а также ядохимикатов для борьбы с вредителями сельского хозяйства;

– накопление в почве радионуклидов, особенно долгоживущих – Sr–90, Сs – 137, а также бластомогенных веществ – различные смолы, деготь, нефтепродукты и прежде всего 3,4 – бензпирен. Нахождение этих бластомогенных веществ (ксенобиотиков) в почве является результатом промышленных выбросов автотранспорта в атмосферу и последующего их оседания от стирания асфальта, автопокрышек, что представляет серьезность проблемы загрязнения атмосферного воздуха и почвы города, связывая с ней возникновение рака у жителей больших городов.