Спрямованість процесів грунтоутворення

Грунт — арена взаємодії малого біологічного і ве-
ликого геологічного кругообігу речовин. Вчення про біологічний
кругообіг речовин в грунті розробив В. Р. Вільямс на основі на-
укових ідей В. І. Вернадського про роль живих організмів в біохі-
мічних процесах на нашій планеті.

Під біологічним кругообігом речовин розуміють надходження
з грунту, гірських порід і атмосфери в організми хімічних елемен-
тів, синтез органічних речовин, розкладання їх мікроорганізмами
і повернення хімічних елементів в грунт і атмосферу. В результаті
біологічного кругообігу речовин грунтоутворююча порода взаємодіє
з живими організмами та продуктами їх життєдіяльності. В цьо-
му і полягає суть процесу грунтоутворення.

Одночасно під впливом великого (геологічного) кругообігу хі-
мічні елементи мігрують по профілю грунту, що зумовлює форму-
вання його хімічного складу.

Взаємодія біологічного і геологічного кругообігів проявляється
через ряд протилежно спрямованих процесів, які відбуваються в
грунті у процесі його формування. Б. Г. Розанов (1988) наводить
13 таких процесів:

1. Руйнування первинних і вторинних мінералів — неосинтез
мінералів.

2. Біологічна акумуляція елементів в грунті — засвоєння хі-
мічних елементів організмами з грунту.

3. Гідрогенна акумуляція елементів в грунті — геохімічне ви-
несення елементів з грунту.

4. Розкладання органічних сполук — синтез нових органічних
сполук.

5. Вбирання іонів з розчину твердою фазою грунту — перехід
іонів з твердої фази в розчин.

6. Розчинення речовин — випадання речовин в осад.

7. Пептизація колоїдів — коагуляція колоїдів.

8. Низхідний рух розчинів — висхідний рух розчинів.

9. Зволоження грунтової маси — висихання грунтової маси.

10. Набухання грунту— усадка грунту.

11. Нагрівання грунту — охолодження грунту.

12. Окислення — відновлення.

13. Фіксація азоту — денітрифікація.

Сукупність цих процесів і становить загальний процес грунто-
утворення. Багато з цих процесів мають циклічний характер.

Всі грунтоутворюючі процеси О. А. Роде поділив на макропро-
цеси і мікропроцеси. Макропроцес охоплює весь профіль грунту в
цілому, а мікропроцеси відбуваються в межах ізольованих ділянок
грунтового профілю. Макропроцеси, які є специфічними для грунто-
утворення, І. П. Герасимов назвав елементарними грунтовими про-
цесами (ЕГП). Цей термін набув загального визнання серед грун-
тознавців.

Аналізуючи та узагальнюючи концепції О. А. Роде і І. П. Гера-
симова, Б. Г. Розанов (1988) всі ЕГП поділив на сім груп, а саме:

1. Біогенно-акумулятивні (гумусоутворення, торфоутворення).

2. Гідрогенно-акумулятивні (засолення, оруднення, загіпсову-
вання).

3. Метаморфічні (оглеєння, озалізнення, сіалітизація).

4. Елювіальні (вилуговування, опідзолення, осолодіння).

5. Ілювіально-акумулятивні (підзолисто-ілювіальний, глинисто-
ілювіальний).

6. Педотурбаційні (спучування, розтріскування, кріотурбація).

7. Деструктивні (ерозія, дефляція, поховання).

Таким чином, процес грунтоутворення — це сукупність різнома-нітних елементарних грунтових процесів, які формують склад твер-
дої фази грунту, розчину і грунтового повітря, будову і властиво-
сті грунту.

Уявлення про сукупність процесів грунтоутворення та взаємо-
дію фаз грунту можна дістати із загальної схеми грунтоутворення
(рис. 10).

ГЕОХІМІЯ ГРУНТОУТВОРЕННЯ

Геохімія грунтоутворення вивчає міграцію і транс-
формацію хімічних сполук як по вертикалі в межах грунтового
профілю, так і по горизонталі в межах грунтового покриву даної
місцевості. Рушійною силою геохімічних процесів є взаємодія ма-
лого біологічного і великого геологічного кругообігу речовин. Фак-
торами міграції хімічних сполук грунту є: життєдіяльність орга-
нізмів, рух водних розчинів і повітряних мас. Хімічні сполуки
грунтів і грунтоутворюючих порід мають різну міграційну здат-
ність. Це зумовлює різну швидкість їх переміщення і, як наслідок,
поступову диференціацію, перерозподіл їх у просторі.

Міграційна здатність хімічних сполук і хімічних елементів за-
лежить від ступеня дисперсності і розчинності даного мінералу.
Серед різних фракцій механічних елементів глинисті частки най-
швидше переміщуються водними потоками на велику відстань і
беруть участь у формуванні глинистих алювіальних і делювіальних
відкладів. Міграційна здатність розчинених у воді речовин набага-
то більша міграційної здатності глинистих суспензій.

Крім того, на швидкість міграції хімічних елементів впливає
реакція середовища. В кислому середовищі (рН-6 і менше) зро-
стає міграційна здатність багатьох хімічних елементів (Fe, Мn,
Аl, Са та ін.). Лише деякі сполуки краще розчиняються в лужно-
му середовищі (сполуки кремнезему).

Отже, рухомість різних елементів неоднакова. Хімічні елемен-
ти грунтів і грунтоутворюючих порід за їх геохімічною рухомістю
(міграційною здатністю) Б. Б. Полинов (1947) поділив на п’ять
груп:

—енергійно виносяться: Сl, Br, J, S, 10n
—легко виносяться: Са, Na, К, Mg 1n
—рухомі: Р, Мn 0,1n
—малорухомі: Fe, Аl, Ті 0,01n

—інертні: SiO₂ (кварц) 0

 

Користуючись даними рядами рухомості хімічних елементів,
можна передбачити, що сполуки елементів І і II груп легко вино-
сяться з грунту і накопичуються в ілювіальному горизонті. Отже,
процентний вміст їх в різних горизонтах грунтового профілю не-
однаковий.

Щоб оцінити вплив великого геологічного кругообігу речовин
в перерозподілі хімічних елементів по профілю грунту, О. І. Пе-
рельман (1955) ввів поняття коефіцієнта водної міграції (коефі-
цієнт міграційної здатності) — відношення середнього вмісту цьо-
го елемента в річковій воді до середнього його вмісту в літосфері.
Групи елементів за коефіцієнтом міграційної здатності подібні до

рядів Б. Б. Полинова. Чим менша ця величина, тим менше вино-
ситься хімічного елемента і тим більше його залишається у грунті.

Процес перерозподілу хімічних елементів по профілю грунту
здійснюють також вищі рослини. Вони засвоюють хімічні елемен-
ти з нижніх горизонтів грунту і грунтоутворюючої породи і транс-
портують їх в надземні органи. Після відмирання рослин і розкла-
дання органічних решток винесені з глибини хімічні елементи аку-
мулюються у верхньому горизонті грунту. Щоб оцінити вплив
біологічного кругообігу на перерозподіл хімічних елементів, кори-
стуються коефіцієнтом концентрації хімічних елементів наземною
рослинністю. Дана величина виражається відношенням вмісту хі-
мічного елемента в сухій масі рослин до вмісту даного елемента в
літосфері. Чим більша дана величина, тим більше вищі рослини
акумулюють даний елемент в гумусовому горизонті грунту. До та-
ких елементів належать вуглець, азот, фосфор, сірка, хлор, бром,
йод.

Таким чином, хімічний склад грунту відрізняється від хіміч-
ного складу літосфери. В грунті міститься більше елементів, які
інтенсивно накопичуються рослинністю і які мають низьку мігра-
ційну здатність. Ряд хімічних елементів міститься в грунті в мен-
шій кількості, ніж в літосфері, в зв’язку з їх високою міграційною
здатністю.

ЕНЕРГЕТИКА ГРУНТОУТВОРЕННЯ

Поряд з обміном речовин в процесі грунтоутворен-
ня відбувається обмін енергії. Грунт, як самостійне природне тіло,
є певною термодинамічною системою. Основні положення енерге-
тики грунтоутворення розробив В. Р. Волобуєв.

Основним джерелом теплової енергії для всіх процесів грунто-
утворення є сонячна радіація, інші джерела енергії (тепло, що
надходить з глибин Землі, енергія екзотермічних реакцій і енер-
гія радіоактивного розпаду) не мають суттєвого значення в тепло-
вому балансі грунтів. Протягом року Земля одержує від Сонця
21·10²⁰ кДж енергії. Однак не вся ця енергія бере участь у грунто-
утворенні. Згідно з даними В. Р. Волобуєва (1963), енергія, яка
бере участь у грунтоутворенні, витрачається на випаровування,
транспірацію, вивітрювання, перетворення органічних і мінераль-
них речовин мікроорганізмами, механічне переміщення солей та
тонкодисперсних часток. Значна частина енергії акумулюється в
гумусі. За даними В. А. Ковди (1973), сумарний запас гумусу на
суші нашої планети становить 2,4·10¹² т, в якому акумульовано
5,44·10¹⁹ кДж внутрішньої енергії.

Сумарні витрати енергії на грунтоутворення найменші в тундрі
і пустинях (8—20 кДж/см²·рік), найбільші у вологих тропіках

(250—290 кДж/см²·рік) та в лісовій і степовій зонах помірного
поясу (42—167 кДж/см²·рік). Наведені дані свідчать про те, що
інтенсивність грунтоутворення у вологих тропіках в 7 разів вища,
ніж в тропічних пустинях. Витрати енергії на грунтоутворення
збільшуються від тундри до тропіків більш як у 20 разів. Основна
частка енергії (95—99,5%) витрачається на випаровування і транс-
пірацію, на біологічні процеси — 0,5—5,0%, на процеси вивітрю-
вання — соті і тисячні частки процента.

Кількість енергії, яка витрачається на грунтоутворення, зале-
жить від вологості грунту. Чим вища вологість грунту, тим біль-
ше енергії використовується на грунтоутворення. В сухому грунті
процеси грунтоутворення практично припиняються.

Відношення суми енергії, витраченої на грунтоутворення до ра-
діаційного балансу, В. Р. Волобуєв (1963) назвав повнотою вико-
ристання радіаційної енергії. В аридних умовах повнота викорис-
тання енергії на грунтоутворення незначна, в гумідних вона дося-
гає 70—80%. На Землі немає умов, де б ця величина досягала оди-
ниці.