Для группировки процессов данной группы разделим процессы внутрипочвенного выветривания, под которыми понимается система трансформации минеральных соединений, неустойчивых в данной среде (как правило первичных минералов, но в полигенетичных почвах и вторичных), и процессы обратимого изменения масс (оглеение, рассматриваемое в следующем параграфе, а также оструктуривание). Выветривание, в свою очередь, традиционно разделяется на химическое и физическое.
Процессы выветривания. Рассмотрим основные микропроцессы. Физическое разрушение плотных пород почвы, выделяемое иногда в отдельный ЭПП дезинтеграции минеральной массы, (Институт географии, 1992) проходит под действием следующих агентов: 1) температурного сжатия и расширения (раздробление до 0,01-0,001 мм). Наиболее интенсивно проявляется в слабо защищённых растительностью почвах, с высокими амплитудами температур. Развитие растительности замедляет данный вид выветривания. 2) капиллярного напряжения при проникновении воды и образованию плёнки адсорбированной влаги. Возможно, составляет основную роль в разрушении пород; 3) расширения при льдообразовании – морозное выветривание, характерное для областей сезонной и вечной мерзлоты; 4) дезинтеграция при кристаллизации солей, распространена в аридных почвах. Наибольшее действие, по Ж.Педро (цит. по Элементарные почвообразовательные процессы, 1992), имеет каменная соль и гипосульфат натрия. 5) расклинивания, связанные с действием высшей растительности, напряжений при развитии корневых систем в твёрдых породах.
Химическое (биохимическое) выветривание минералов проходит под действием воды, кислорода, углекислоты и органических кислот (Герасимов, Глазовская, 1960):
1. С водой минералы вступают в реакции гидратации – превращение минерала в гидраты. Так, к примеру, когда гётит (Fe2O3) подвергается гидратации происходят реакции:
Fe2O3 + H2O => 2FeO(OH)
образуется гидрогётит, который при дальнейшей гидратации превращается в лимонит:
2FeO(OH) + H2O => Fe2O(OH)2
Лимонит, в свою очередь, гидратируется до гидрооксида железа:
Fe2O(OH)2 + H2O => 2Fe(OH)3×nH2O
2. С кислородом воздуха проходят реакции окисления, продукты приводящие к образованию глинистых минералов
2FeS2 + 7O2 + H2O => 2FeSO4 + 2H2SO4
2FeSO4 + O + 5H2O => 2Fe(OH)3 + 2H2SO4 (реакция окисления железа)
H2SO4 + CaAl2Si2O8 (анортит) + 4H2O => H2Al2Si2O8×2H2O (каолин) + CaSO4×2H2O (гипс)
3. Гидролиз (реакция под действием воды и углекислоты) обычно проходит по следующей схеме: на минерал (нейтральную соль – силикат или алюмосиликат) действует угольная (или органическая) кислота и замещает катион минерала на ион водорода (образуется кислая соль минерала и углекислая соль катиона). Затем кислая соль распадается на свободную кислоту (реагирует с почвенной массой) и гидрат окисла. Так, при гидролизе роговой обманки образуется тальк (отальковывание):
4MgSiO3 (роговая обманка) + H2CO3 => H2Mg(SiO3)4 (тальк – кислая соль) + MgCO3 (углекислая соль)
H2Mg(SiO3)4 + 3H2CO3 => HSiO2×H2O (опал) + 3MgCO3
Гидролиз полевого шпата – ортоклаза – приводит к образованию каолина и опала:
КHAl2Si6O16 (ортоклаз) + H×HCO3 => H2AlSi6O16 + KHCO3
Свободная алюмокремниевая кислота быстро распадается:
H2AlSi6O16 + nH2O => H2Al2Si2O8×2H2O (каолин) + 2SiO2×nH2O (опал)
По В.И. Вернадскому (цит. по Герасимов, Глазовская, 1960) каолин разрушается диатомовыми водорослями с образованием оксидов:
H2Al2Si2O8×2H2O => Al2O3×nH2O (боксит) + 2SiO2×nH2O (опал, кременезём)
Скорость процессов выветривания была оценена как довольно быстрая, из-за чего мы видим только конечные формы, без промежуточных.
Герасимов и Глазовская в качестве процесса выветривания называли ЭПП первичного, или примитивного почвообразования (1960). Под ним они понимали процесс химического выветривания массивных кристаллических пород до образования рыхлой массы – первичной почвы. Ими акцентировано внимание на основной роли в этом процессе низших растений. Синезелёные, зелёные и диатомовые водоросли, азотфиксирующие бактерии, грибы и актиномицеты производят разрушение первичных и синтез вторичных минералов и органических соединений. Оно проходит под действием выделений микроорганизмов кислотной или щелочной природы, углекислоты и ряда органических кислот, образующихся при отмирании. Дальнейшее разрушение идёт и при помощи лишайников, физически разрушающих породу, и создающих благоприятные условия для жизни микрофлоры. Особо подчёркнута огромная роль ЭПП первичного почвообразования для образования осадочных пород – собственно этот процесс создаёт рыхлые наносы, которые потом переносятся и в континентальные, и морские отложения. Дальнейшие исследователи, однако, и сам Герасимов в 1975, уже не употребляет в системе ЭПП этого процесса. Действительно, в него включается несколько различных процессов – как выветривание, так и накопление органического вещества; поэтому в отдельный процесс выделять его не стоит.
При выветривании в зоне гипергенеза различных минералов образуются разные соединения. Для почвообразования важными оказываются типоморфные соединения (карбонаты, кислоты), либо составляющие основу минеральной массы (глинистые минералы, оксиды железа и алюминия), определяющие какие-либо диагностические признаки (цвет почвы – оксиды железа), и накапливающиеся в почве. Таким образом, можно выделить следующие процессы образования: образование глинистых минералов (оглинение), оксидов железа, алюминия (ферралитизация) и их трансформация (рубефикация, брюнификация, и др.) и кремния, гипса (гипсообразование), карбонатов (карбонатизация). Выделяются соответствующие процессы разрушения ??? если разрушается, то выносится или образуется ещё что-л
Оглинивание. Происхождение в почве частиц тонкого гранулометрического состава может иметь несколько причин, что несколько осложняет диагностику процессов. Процесс илообразования – образование илистых частиц (элементарных почвенных частиц менее 0,001 мм диаметра) любого минералогического состава – может идти как путём процесса размельчения минеральных частиц, физического выветривания минералов не глинистой природы, как и путём новообразования глинистых минералов. Последнее и есть собственно оглинивание (Соколова, Дронова, 1983). Он может не вызывать утяжеление механического состава при одновременном прохождении процесса их разрушения (там же).
Механизм процесса оглинивания изучался ещё Б.Б. Полыновым, но на сегодняшний день остаётся много спорных и нерешённых вопросов. Имеются следующие точки зрения. Герасимов и Глазовская (1960) называют два механизма ЭПП оглинивания (оглинения или сиалитизации в их терминологии) почвенной массы: образования вторичных глинных минералов либо непосредственно при биохимическом выветривании первичных минералов, либо биогенным путём – биологическом захвате элементов и синтеза из них вторичных минералов (кристаллизации трудноподвижных соединений) при минерализации органических остатков. Биогенный путь образования глинистых минералов как ЭПП встречается и у Розанова, но в группе биогенно-аккумулятивных процессов.
Рассмотрим первый способ образования. Он проходит при положительных температурах, достаточным увлажнением и нейтральной реакцией. На первой стадии первичные минералы распадаются вышеописанными способами на гидраты оксидов минералообразующих элементов – Si, Fe, и Al – находящихся в аморфном дисперсном состоянии. Они находятся в коллоидном состоянии – размеры отдельных частиц не превышают 10-7 – 10-8 м (0,1 – 0,01 микрон). Разноимённо заряженные частицы осаждаются и коагулируются (так называемая электролитическая коагуляция коллоидов). Совместно кристаллизуются оксиды железа и кремния, алюминия и кремния. В результате образуются вторичные алюмо и ферросиликаты – синтетические глинные минералы. Среди огромного их количества можно выделить основные группы – каолинитовую (каолинит Al2О3×2SiО2×3H2O, даккит Al2О3×2SiО2×4H2O, нанкрит, галлуазит 2Al2О3×4SiО2×8H2O), монтмориллонитовую (бейделлит Al2О3×3SiО2×n3H2O, монтмориллонит 3MgO×Al2О3×4SiО2×nH2O, нонтронит), аллофановую, и другие. Процесс оглинения свершается при участии как микроорганизмов, так и высших растений (Герасимов, Глазовская, 1960).
По мнению Таргульяна, механизмом оглинивания (в подзолистых альфегумусовых почвах) в основном можно считать трансформационные изменения унаследованных от породы кристаллических решёток слоистых силикатов (цит. по Соколова, Дронова, 1983). Наконец, по проведённым исследованиям на Северном Кавказе Соколова и Дронова пришли к выводу, что основным механизмом оглинивания в почвах нетропических районов, сформированных на глинистых сланцах, являются не синтез вторичных глинистых минералов, а физическое дробление глинистых сланцев, уже содержащих глинистые минералы, сопровождающиеся небольшими трансформациями иллитов в иллит-смектитовые структуры. В подтверждение этого они указали на сходство минералогического состава в нераздробленных сланцах и горизонте внутрипочвенного выветривания. Результатом почвообразования является только более глубокое раздробление первичного элювия. Такая модель появления горизонта внутрипочвенного выветривания представляется довольно убедительной; однако возникает вопрос, к какому же ЭПП отнести данное явление – к физическому выветриванию а за оглинивание принять только синтез вторичных минералов, либо и его отнести к оглиниванию? В почвах же при отсутствии материала, физическое дробление которого даёт глинистые минералы, источником последних может служить и новообразование их из полевых шпатов, по рассмотренной выше схеме выветривания, предложенной Герасимовым и Глазовской. При этом сначала происходит изоморфное (?) замещение глинистого минерала по отдельности полевого шпата, и лишь затем идёт дробление получившегося глинистого агрегата, сопровождающиеся утяжелением гранулометрического состава. Примером могут служить подзолистые почвы на кварцевых песках (Соколова…).