Поиск

Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами
29.10.2015

Циркулирующие в почвах, коре выветривания и горных породах грунтовые воды перемещают и перераспределяют подвижные продукты выветривания и почвообразования в горизонтальном направлении. В наибольшей степени с почвенно-грунтовыми водами мигрируют легкорастворимые соли, растворимые металлоорганические комплексные соединения, растворимое органическое вещество. Ho с почвенно-грунтовыми водами могут также мигрировать и наиболее высокодисперсные суспензии, а также гидрозоли таких соединений, как кремнезем, полуторные окислы, гумус и органо-минеральные соединения. Дальность переноса коллоидных соединений и особенно суспензий значительно меньшая, чем истинных растворов. Чем меньше степень дисперсности суспензий и коллоидных растворов, тем, естественно, раньше они задерживаются горизонтами почвы и коры выветривания путем так называемого механического поглощения.
В транспортирующей и аккумулятивной деятельности почвенно-грунтовых вод различаются две формы.

Внутрипочвенный временный боковой сток

Боковой сток возникает в сильно переувлажненных почвах в случаях малой водопроницаемости нижележащих горизонтов и значительного притока гравитационной влаги сверху. Такие условия, например, создаются в подзолистых почвах на склонах и наклонных равнинах весной в периоды снеготаяния и дождей. Низкая водопроницаемость иллювиального горизонта В не обеспечивает необходимой скорости нисходящего движения гравитационной воды, накопляющейся в верхних элювиальных горизонтах почвы. В результате возникает висячий горизонт верховодки и слабо выраженный местный внутрипочвенный боковой отток по уклону местности, который может достигать значительных величин. По данным И.С. Васильева, боковой сток в горизонте А подзолистых почв составляет 66—84 см/сутки, в горизонте В — 39—68 см/сутки, а максимальный расход почвенно-грунтовых вод — 202 см/сутки.
Внутрипочвенный сток может возникать в почвах, имеющих замерзшие водонепроницаемые горизонты, в тот период, когда поверхность оттаивает и пересыщается влагой. В солодях, солонцовых и такырных почвах, имеющих малопроницаемые иллювиальные горизонты, при сезонном переувлажнении возникает местное перераспределение временной почвенно-грунтовой гравитационной воды по уклонам местности. Временная верховодка и перераспределение с пей подвижных продуктов почвообразования и удобрений наблюдаются также при орошении почв низкой проницаемости.
Сильно выражен боковой внутрипочвенный сток в субтропических и тропических странах в периоды обильных сезонных дождей. В это время толщи почвенных горизонтов и коры выветривания не успевают отводить в нисходящем направлении всю ту массу воды, которая в них поступает с сезонными дождями. Образуется ясно выраженный боковой поток временных грунтовых вод. В нижних частях склонов сезонные почвенно-грунтовые воды выклиниваются в виде родников и мочажин. Здесь наблюдается интенсивная аккумуляция соединений железа и марганца. Почвенные разрезы, заложенные в этот период на склонах, быстро заполняются почвенно-грунтовой водой. Спустя 1,5—2 месяца после завершения дождевого сезона циркулирующие с боковым стоком грунтовые воды в субтропических и тропических почвах исчезают вследствие оттока, транспирации и испарения.
Как ни мала скорость движения почвенно-грунтовых вод в форме бокового стока и как ни низка их концентрация, они в ходе длительного почвообразования выносят, перераспределяют и накапливают значительные количества растворенных соединений.
Процессу выноса противостоит биологический круговорот зольных веществ. Растительность поглощает ценные биофильные элементы и задерживает их в системе почва — растение. Однако даже под пологом леса с внутрипочвенным стоком ежегодно с каждого гектара уносятся заметные количества кальция, калия, азота, алюминия, кремния (табл. 37).
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами

При боковом стоке почвенных вод в почвах на склонах образуются конкреционные и плитовидные горизонты углекислого кальция и окремневшие цементированные прослои. Этим же объясняется формирование так называемых кирас — аккумуляций железа и марганца в нижних частях склонов в субтропических и тропических районах, а также образование на склонах и депрессиях макро- и мезорельефа ортштейновых горизонтов в зоне подзолистых почв.
Постоянный сток грунтовых вод

В переносе подвижных продуктов выветривания и почвообразования весьма большая роль принадлежит постоянным грунтовым водам. Обычно грунтовые воды образуют медленный поток в направлении общего уклона местности. Во многих районах и на значительных территориях почвы Советского Союза имеют грунтовые воды на глубине 0,5—3 м. В этих случаях почвенно-грунтовые воды непосредственно участвуют в почвообразовательном процессе. Поверхность грунтовых вод в смягченной и сглаженной форме повторяет рельеф местности. При этом верхний горизонт их под влиянием питания, напора и разности в высотах (т. е. уклона) находится в непрерывном движении.
Поток грунтовых вод может быть направлен в понижения, долины рек, в овраги и озера. От гор поток направлен к предгорным равнинам н низменностям, где он может выклиниваться в виде болот и родников, так называемых карасу, мелких ручьев, рек. В долине реки параллельно ее течению, в толщах аллювиальных террас существует свой поток грунтовых вод, направленный по уклону от верхнего и среднего течения реки к ее устью, дельте. В бессточных низменностях полупустынь и пустынь грунтовые воды приближаются к поверхности и испаряются, оставляя в грунтах и почвах растворенные соединения.
Временные горизонты грунтовых вод возникают на оросительных, системах вдоль каналов и на поливных полях. Медленный поток их обычно движется в сторону от трассы каналов к периферии полей и всего орошаемого оазиса.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами

Скорость движения грунтовых вод крайне невелика. Лишь в песках и галечниках она может достигать 2—5 м/сутки. В суглинках обычно скорость движения грунтовых вод не более 1 м/сутки, а в глинах — порядка 1 м/год, т. е. грунтовые воды здесь практически неподвижны.
Грунтовые воды территории России весьма разнообразны по глубине залегания и сезонным колебаниям уровня (режим грунтовых вод), по химическому составу и значению в почвообразовании (табл. 38). Выделяют следующие типы грунтовых вод:
1. Грунтовые воды зоны вечной мерзлоты — очень пресные, содержат лишь 0,02—0,01 г/л минеральных веществ. Обычно они имеют кислую реакцию и большое количество органических веществ.
2. Грунтовые воды зоны тундр — залегают близко к поверхности (0—0,5 м), содержат также ничтожное количество минеральных веществ (0,02—0,03 г/л), вместе с тем они имеют много подвижных органических веществ в форме коллоидных растворов.
3. Грунтовые воды лесных областей Севера, как правило, расположены довольно близко к поверхности, от 1—2 до 4—6 м (лишь иногда их глубина достигает 8—10 м). Минерализация грунтовых вод здесь невелика — 0,2—0,3 г/л. В составе растворенных соединений большая доля принадлежит органическому веществу, кремнезему, закисному железу. Высокие по уровню, обильные по запасу и пресные по химическому составу грунтовые воды северных лесных областей вместе с делювиальными водами питают многие крупные реки Европейской и Азиатской частей Советского Союза, принося в них значительные количества органических и минеральных веществ.
4. Грунтовые воды центральных областей Европейской части Советского Союза. Здесь довольно интенсивная овражная сеть, поэтому и уровень грунтовых вод нередко опущен до 10—20 м. Минерализация их достигает 0,5 г/л. По составу они бикарбонатно-кальциевые, иногда магниево-натриевые, в составе растворенных соединений органические вещества не представлены. Эти воды выносят в реки значительное количество легкорастворимых солей и особенно бикарбонатов и сульфатов кальция.
5. Грунтовые воды черноземных степей Европейской части России. Данная территория расчленена оврагами глубиной до 25—30 м, соответственно и грунтовые воды водоразделов здесь залегают на глубине 30— 60 м. Минерализация грунтовых вод обычно находится в пределах от 0,75 до 3 г/л. Иногда они мало пригодны для питья, так как содержат сернокислые и углекислые соли натрия. Дебит их невелик, поэтому роль в питании рек сравнительно мала. Однако испарение грунтовых вод с поверхности в долинах рек и депрессиях вызывает засоление и осолонцевание террасовых почв.
6. Грунтовые воды низменностей Причерноморья, Прикаспия, Приаралья лежат на глубинах порядка 1—10 м, минерализация их в среднем 5—20 г/л, иногда 30—50 г/л. Эти воды мало участвуют в питании рек, однако их испарение вызывает резко выраженное засоление почв, как это наблюдается в Прикаспийской низменности или вдоль Маныча.
7. Грунтовые воды закавказских и среднеазиатских полупустынь и пустынь лежат на разных глубинах — от 1 до 10—20 м. Их минерализация обычно порядка 20—30 г/л, иногда 100—200 г/л при высокой концентрации сернокислых и хлористых солей. В полупустынях и пустынях встречаются местные линзы пресных грунтовых вод, обычно в понижениях мезорельефа, где накапливаются снег, дождевые или делювиальные воды. Хотя запасы этих вод невелики, они играют важную роль в водоснабжении населения. Чем ближе уровень грунтовых вод к поверхности, тем в большей степени они участвуют в современном почвообразовательном процессе, вызывая явления оглеения, заболачивания, засоления. Пресные грунтовые воды повышают плодородие почв и снижают опасность засух, снабжая растительность влагой, кислые застойные грунтовые воды понижают плодородие почв. Соленые и щелочные грунтовые воды вызывают засоление почв и их бесплодие.
Как ни медленно движение почвенно-грунтовых вод, все же они являются могущественным фактором местного и общего перераспределения продуктов выветривания и почвообразования. Чем выше дренированность местности и чем сильнее выражена циркуляция почвенно-грунтовых вод, тем интенсивнее вынос легкорастворимых продуктов с этими водами в реки, озера и моря.
В лесных областях России от 20 до 40%, а иногда и 70% атмосферных осадков уходит на питание грунтовых вод, а в дальнейшем на питание рек. Соответственно в наибольшей степени почвенно-грунтовые воды выносят легкорастворимые подвижные продукты выветривания и почвообразования из почв лесных гумидных областей. Там, где естественная дренированность местности выражена слабо и где циркуляция грунтовых вод замедлена, грунтовые воды расходуются не на сток, а на транспирацию и испарение. В таких местах происходит осаждение из почвенно-грунтовых вод растворенных в них соединений как в виде легкорастворимых и малорастворимых солей, так и в форме осадков кремнезема, гидроокисей железа и марганца, а также вторичных алюмосиликатов, являющихся продуктами взаимодействия кремнезема и гидроокисей алюминия.
Именно с движением, интенсивным питанием и оттоком почвенных и грунтовых вод связана бедность кислых бурых, подзолистых, аллитных почв лесных влажных областей. В то же время именно в результате притока и воздействия грунтовых вод образуются темные луговые и дерновые почвы и накапливаются в почвах соединения железа и марганца в виде ортштейновых горизонтов, формируются известковые и гипсовые конкреции и стяжения, а также цементированные окремневшие горизонты. Образование древних и современных солончаков в полупустынях и пустынях мира тоже связано с солями, которые приносились и приносятся грунтовыми водами.
По мере удаления грунтовых вод от источников питания постепенно возрастает их минерализация. При движении по общему уклону местности грунтовые воды растворяют все новые порции солей, имеющихся вводовмещающих горизонтах, и все более расходуются на испарение, транспирацию, гидратацию. По мере возрастания концентрации растворенных веществ и насыщения ими раствора дальнейшее движение грунтовых вод сопровождается химической садкой, выпадением в грунт и почву менее растворимых соединений и увеличением в воде содержания более растворимых компонентов. Происходит дифференциация компонентов между твердой и жидкой фазами почв. Это явление иллюстрируется рис. 52.
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами

Грунтовой поток, расходуясь на испарение и транспирацию, со временем создает резко выраженную пространственную дифференциацию соединений. Образуются последовательные геохимические пояса аккумуляции в пространстве продуктов выветривания и почвообразования, отвечающие времени и месту насыщения раствора данным компонентом (рис. 53).
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами

Окислы тяжелых металлов и кремния, а также продукты их взаимодействия имеют тенденцию переходить в осадок из pacтворов вблизи места их образования. Аккумуляция вторичных продуктов выветривания в форме окислов и глинных минералов поэтому происходит повсеместно, так как природные воды практически повсюду насыщены ими. Несколько выше, особенно в кислой восстановленной среде, миграционная способность соединений двухвалентного железа и марганца. Однако соединения железа и марганца при доступе кислорода выпадают в окисленной форме в осадок в толщах делювия, пролювия и аллювия прежде многих других соединений.
Легко происходит аккумуляция продуктов химического и коллоиднохимического взаимодействия и коагуляции отрицательно заряженных солей кремнезема и положительно заряженных гидроокисей алюминия, железа, марганца с образованием вторичных глинных минералов, вначале аморфных, затем криптокристаллических.
Более высокая миграционная способность бикарбонатов кальция и магния приводит к тому, что выпадение их из растворов происходит позже и за пределами зоны осаждения полуторных окислов и вторичных глин. Область выпадения доломита вследствие более низкой его растворимости вписана в зону аккумуляции углекислого кальция или выше ее.
Растворимость и миграционная способность гипса и других сернокислых хлористых и азотнокислых солей высокие. Насыщение растворов ими наступает гораздо позже и осаждение происходит на весьма далеком расстоянии от мест образования. Особенно выделяются такие высокорастворимые соединения, как хлориды и нитраты щелочей и щелочных земель. Они могут мигрировать и уходить в моря и океан или в наиболее-глубокие бессточные части внутриматериковых впадин, где и аккумулируются в аллювиальных, озерных и дельтовых отложениях.
Надо отметить, что концентрирование грунтовых вод сопровождается не только накоплением в них хлоридов и сульфатов. В рассолах накапливаются (в сравнении с региональными кларками) и весьма редкие в геохимии почв компоненты: литий, рубидий, йод, барий, хром, торий, радий. Особенно поразительно в рассолах накопление таких малоподвижных компонентов, как кремний, алюминий, железо, марганец, концентрации которых иногда достигают — 2—3 г/л (табл. 39).
Перераспределение продуктов выветривания и почвообразования почвенно-грунтовыми водами

Пространственное горизонтальное перераспределение и аккумуляция продуктов выветривания и почвообразования с грунтовыми водами приводят к формированию резко выраженных по химическому составу аккумулятивных типов коры выветривания и почвенно-геохимических провинций, зон, областей. Так как перераспределение и аккумуляция продуктов выветривания и почвообразования происходят весьма длительное время и осложняются тектоническими и другими геологическими и биологическими процессами, то, естественно, в природе не образуются химически чистые продукты геохимической дифференциации, а наблюдаются постепенные переходы и смешение в пограничных полосах соединений разной подвижности.