Александр Перельман - Биокосные системы Земли

Кислыми и слабокислыми являются воды, pH которых колеблется от 3 до 6,5. Их кислотность обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в почвах мало катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована и в почве господствует кислая среда. В таких почвах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Кислые и слабокислые почвы исключительно широко распространены в лесных ландшафтах влажного климата и в тундре. Типоморфным здесь является водородный ион, местами также Fe 2+.

Нейтральные и слабощелочные воды имеют pH 6,5—8,5, их реакция определяется отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к CO 2. Эта обстановка менее благоприятна для миграции большинства металлов, которые здесь осаждаются в форме нерастворимых гидроокислов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (молибден, селен, уран и т. д.). Такие почвы характерны для аридных ландшафтов и районов распространения известняков во влажном климате.

При разложении органических веществ здесь тоже образуются угольная и органическая кислоты, но они полностью нейтрализуются CaCO 3и другими минералами кальция, а также магния, натрия, калия, которыми богаты почвы и породы. Типоморфными являются (в разных почвах) кальций, натрий, хлор, сера.

Сильнощелочные воды с pH > 8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды (NaHCO 3, реже Na 2CO 3). Они характерны для многих почв лесостепи и саванн (в СССР, например, для Барабинской низменности Западной Сибири, где были детально изучены Н. И. Базилевич). Многие металлы в этих почвах почти не мигрируют, как, например, кальций, магний, стронций, барий, железо. Напротив, кремний, молибден, селен и другие анионогенные элементы мигрируют интенсивно. Замечательная особенность содовых вод состоит в том, что некоторые металлы в них ведут себя как анионогенные элементы, входя в состав различных подвижных анионов. Медь, например, входит в состав аниона [Cu(CO 3) 2] 2-, алюминий — AlO 2. Скандий, иттрий, цирконий и другие элементы, малоподвижные в слабокислых и слабощелочных водах, образуют здесь растворимые карбонатные комплексы. Типоморфными в этом классе являются натрий, гидроксил (ОН -), местами — кремний.

Кроме щелочно-кислотных условий в некоторых почвах важное значение приобретает степень минерализации вод. Так, нейтральные и слабощелочные воды можно разделить на маломинерализованные (пресные кальциевые) и сильноминерализованные — хлоридно-сульфатные натриевые.

Каждая среда водной миграции в почве характеризуется определенным сочетанием окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, а также степенью минерализации вод, как это показано в табл. 1.

Таблица 1. Основные геохимические классы почв, илов, коры выветривания, водоносных горизонтов, ландшафтов

Всего по этим параметрам выделяется 15 основных геохимических обстановок миграции. Для каждого класса характерна, с одной стороны, определенная ассоциация элементов, а с другой — «запрещенная ассоциация элементов», малоподвижная в данных условиях. Так, например, в содовых кислородных водах легко мигрируют натрий, литий, фтор, молибден, уран, ванадий, натрий, бор и многие другие элементы, но эти воды «запрещены» для железа, кальция, магния, бария, стронция.

Сочетание окислительно-восстановительных и щелочнокислотных условий, а также степень минерализации вод определяют основные классы водной миграции. Каждый класс характеризуется вполне определенными химическими особенностями, типоморфными элементами.

В почве может быть один или несколько классов миграции: в горизонте А — один, в В 1 — другой, в В 2 — третий и т. д. Пятнадцатью классами не исчерпывается все разнообразие водной миграции, однако они, несомненно, наиболее распространены. По профилю почв наблюдается закономерная смена классов водной миграции. Так образуется геохимическая зональность почв. Например, в подзолах тайги, в солонцах сухих степей на расстоянии 20—50 см сменяется несколько геохимических обстановок.

В дальнейшем мы будем говорить о почвах кислого класса, кальциевого, кислого глеевого, обозначая их символами типоморфных элементов: Н-класс, Са-класс, Н—Fe-класс и т. д. Имеются и промежуточные классы: Н—Са, Са—Na и т. д. Нетрудно убедиться, что эти построения представляют собой дальнейшее развитие идей Гедройца о типах почвообразования, выделенных по обменным катионам. Но имеются и различия: классы, выделяемые автором, в отличие от построений Гедройца не являются самыми крупными таксонами, т. е. по типоморфным элементам выделяются не самые крупные единицы классификации. Типоморфный элемент не всегда обменный катион. Если для черноземов и подзолистых почв это имеет место, то для солончаков типоморфными элементами являются не обменные катионы, а элементы растворимых солей.

Рассмотрим на нескольких примерах применение геохимических принципов классификации. В первом ряду почв с преобладанием окислительной среды особенно много типов. Как уже отмечалось, компасом здесь служит докучаевская зональность.

Самостоятельным типом являются тундровые почвы, которые в качестве единицы разного таксономического ранга выделяются во многих современных почвенных классификациях. В этом типе существуют почвы кислого класса (тундровые подбуры — по В. О. Таргульяну), кальциевого класса (в горах на карбонатных породах), кислого глеевого класса (на равнинах) и карбонатного глеевого (на равнинах, сложенных карбонатными породами).

Рис. 5. Дерново-подзолистые почвы кислого класса ( А ), широко распространенные в таежной зоне, и дерново-карбонатные почвы кальциевого класса ( Б )