Поиск

Типы дисперсных систем в почвах
28.10.2015

В составе дисперсных систем почв различают грубодисперсные суспензии, гидрозоли, гидрогели.
Суспензии. Почвенные суспензии представлены частицами с диаметром более 0,25—0,30 мк, взвешенными в почвенных и грунтовых водах. В обычных условиях грубодисперсные суспензии в почвах, как правило, не существуют. Однако в некоторых случаях они могут периодически появляться, например, когда на поверхности почвы имеется текучая вода после ливня или снеготаяния или при нисходящем движении гравитационной воды по крупным трещинам и ходам. Суспензии постоянно присутствуют также и в речных водах.
Почвенные суспензии отличаются большой неустойчивостью, легко и быстро оседают на стенках трещин и пор на поверхности структурных отдельностей или внутри губчатой массы почвенных горизонтов. He исключено, что таким путем тонкие суспензии глин и гумуса могут вмываться в более глубокие горизонты, образуя уплотнения и цементацию на месте выпадения в осадок.
Оседание суспензий происходит особенно интенсивно в присутствии солей. Поэтому суспензии, принесенные речными водами в дельты и озерно-морские водоемы, быстро оседают под влиянием легкорастворимых солей. Поливная вода также представляет собой суспензию, в твердой фазе которой находятся органические вещества, глинистые, пылеватые и тонкопесчаные частицы. Такого рода суспензии могут быть устойчивыми лишь при условии непрерывности движения ирригационной воды в каналах и на полях. При застаивании поливных вод на полях происходит быстрое оседание твердой фазы суспензии и осветление стоячей воды. Это отчетливо наблюдается на рисовых полях.
Гидрозоли. В форме гидрозолей почвенные коллоиды существуют также сравнительно редко. Гидрозоли появляются и могут устойчиво существовать в почвах лишь при большом содержании капиллярной, гравитационной или грунтовой воды. В этих условиях (после сезонных дождей, поливов, подъема грунтовых вод, снеготаяния) происходит интенсивное оводнение почвенных горизонтов и переход коллоидов в подвижное состояние гидрозолей. Эти гидрозоли перемещаются вместе с водой.
При выветривании первичных минералов изверженных пород гидрозоли эпизодически появляются в почвенных растворах в форме гидроокисей железа и алюминия, а также относительно устойчивых соединений кремнекислых щелочей. Почвенные растворы и грунтовые воды со щелочной реакцией (pH выше 8,5) способствуют переходу почвенного гумуса, органо-минеральных коллоидных частиц и коллоидного кремнезема (SiO2*nН2О) в состояние подвижных гидрозолей.
Необходимо различать две группы гидрозолей: суспензоиды и эмульсоиды. Суспензоиды это системы, в которых дисперсная фаза представлена тончайшими твердыми частицами глин каолинитового, кварцевого, иллитового типа. Суспензоиды относительно мало устойчивы, легче коагулируют и после коагуляции не всегда вновь способны к переходу в подвижное состояние гидрозоля.
Типичные эмульсоиды представляют собой коллоидную систему, дисперсная фаза которой составлена тончайшими частицами жидкости и распылена в жидкой дисперсионной среде. Коллоидные частицы эмульсоидов отличаются высокой гидратированностью (оводнением), что отсутствует у коллоидных частиц суспензоидов. Поэтому эмульсоидные гидрозоли характеризуются гораздо более высокой устойчивостью, подвижностью и способностью перемещаться в толщах почвенных горизонтов. Растворы, подобные желатине, клею, белкам, представляют собой типичные примеры эмульсоидных гидрозолей.
Почвенными коллоидами, близкими к эмульсоидным гидрозолям, являются гуматы аммония и натрия, растворы кремнекислых щелочей, гидроокись кремния. Эти эмульсоидные гидрозоли в почвах отличаются высокой степенью дисперсности и большой миграционной способностью. Минералы группы монтмориллонита обладают ясно выраженными свойствами эмульсоидов, особенно в щелочной среде.
Осаждение эмульсоидных гидрозолей из растворов в осадок происходит или вследствие очень высокой концентрации легкорастворнмых солей, или вследствие дегидратации коллоидных частиц при замерзании или высушивании. Эмульсоидные гидрозоли часто и легко образуют гели. Осадки эмульсоидных коллоидов после повторного увлажнения обычно легко вновь переходят в подвижное состояние гидрозолей. Особняком стоят лишь продукты осаждения коллоидного кремнезема, которые после подсушивания, вследствие начала кристаллизации, утрачивают способность вновь переходить в форму подвижного гидрозоля,
Суспензоидные и эмульсоидные гидрозоли обладают различным отношением (сродством) к воде. Эмульсоидные коллоиды гидрофильны, а суспензоидные — гидрофобны. Соответственно различна их устойчивость против коагуляции, а также способность при увлажнении вновь переходить в подвижное состояние гидрозолей. Различие гидрофильных и гидрофобных коллоидов хорошо иллюстрируется схемой С.М. Липатова (рис. 70).

Типы дисперсных систем в почвах

Из сказанного ясно, что миграция эмульсоидных коллоидов при почвообразовании может быть довольно значительной. Велика также их роль в формировании элювиальных, иллювиальных и аккумулятивных горизонтов и различных новообразований.
Гидрогели. Преобладающая часть продуктов коллоидного типа в почвах находится, однако, в состоянии более или менее оводненных гелей или осадков. Некоторая часть таких осадков находится в аморфном состоянии. Таковыми могут быть свежеосаждепные хлопья гуматов, гидроокиси кремния, алюминия и железа, продукты их взаимной коагуляции — аллофаноиды. Аморфные пленки минеральных и органо-минеральных гелей, как показал А.Ф. Тюлин, покрывают также первичные обломки минералов, агрегаты механических частиц, грани и трещины крупных отдельностей. Минеральные почвенные гели и коагели обладают способностью сравнительно быстро переходить в скрытокристаллическое состояние, сохраняя в то же время относительно высокую дисперсность и коллоидные свойства. Скрытая кристалличность подобных минеральных, органо-минеральных и органических почвенных коллоидов легко обнаруживается рентгенографически и электронно-микроскопически. Большая часть вторичных глинных минералов почв и почвообразующих пород представляет собой скрытокристалличсские высокодисперсные вещества, морфологически подобные гелям.
Наиболее яркими примерами аморфных гелей являются сухие и малооводненные агар-агар, желатина, клей, некоторые белки, целлюлоза, каучук. В составе почвенных коллоидов этих веществ практически нет. Близкими к ним органическими гелями является почвенный гумус, клетки и плазма микроорганизмов, клеточные оболочки окончаний корешков растений. Особенно широко представлены в почвах продукты взаимной коагуляции (коагели) гидроокисей кремния и полуторных окислов. Здесь имеются все переходы от чисто аморфных форм коагеля до кристаллической.
Высохшие пленки солей метакремневых и ортокремневых кислот (жидкое стекло) также представляют собой типичные минеральные гидрогели, встречающиеся в почвах щелочного типа. В некоторых случаях благодаря присутствию монтмориллонита и аморфного кремнезема вся масса почвенных горизонтов приобретает облик аморфно-криптокристаллического геля. Такими гелеподобными образованиями являются иллювиальный горизонт солонцов и солодей, верхние гумусовые горизонты содовых щелочных солончаков, плотные, вязкие, слитные горизонты западнопредкавказских черноземов, корочка такырных почв.
Почвенные коллоиды находятся в этих горизонтах в форме гидрофильных (более или менее подсохших, в зависимости от времени года) смесей минеральных, органических и органо-минеральных коллоидов. При высыхании эти гелеподобные почвенные горизонты ведут себя подобно массе агара, крахмала или клея: они растрескиваются на полигональные отдельности, не давая комковато-зернистых структурных агрегатов (рис. 71). При увлажнении гелеподобные горизонты набухают, увеличиваются в объеме, заплывают, делаются водонепроницаемыми, вязкими и полужидкими, напоминая высокооводненные гидрогели агар-агара и желатины.
Типы дисперсных систем в почвах