Б.Б. Полынов (1934) ввел понятие об остаточных и аккумулятивных типах коры выветривания. До него корой выветривания назывались лишь остаточные продукты, накопившиеся па месте их образования. В дальнейшем изложении мы различаем остаточные, транзитные и аккумулятивные типы коры выветривания, которые формируются остаточными и перемещенными продуктами выветривания.
Для остаточной коры выветривания характерно определенное сочетание горизонтов (слоев) сверху вниз. Самые верхние горизонты коры выветривания обычно совмещены с почвой, обогащены гумусом и представлены вновь образованными минералами, глубоко отличными от минералов исходной горной породы.
Подпочвенные толщи остаточной коры выветривания имеют лишь слабые признаки содержания гумуса, но они также весьма отличаются от исходных горных пород и могут иметь значительную мощность. Наконец, в нижней части толщи коры выветривания прослеживаются явные черты слабо измененной исходной горной породы. Еще глубже появляется собственно горная порода, не затронутая выветриванием или измененная лишь в малой степени. Рис. 17 хорошо показывает пример довольно мощной (9—10 м) остаточной ферраллитной коры выветривания серпентина, образовавшейся в условиях тропиков Кубы.
Процессы выветривания и почвообразования тесно сопряжены между собой как в пространстве, так и во времени. Однако если в процессах выветривания ведущими являются факторы абиотические, то в процессах почвообразования — биологические, связанные с жизнедеятельностью высших и низших растительных и животных организмов. В современную биогенную стадию существования земной планеты это разделение условно, так как и вода, и двуокись углерода, и кислород — главные агенты выветривания — сами имеют биогенный характер.
В маломощных остаточных корах выветривания почвенные горизонты практически полностью совпадают с толщей коры выветривания. В этих случаях почвообразование неотделимо от выветривания ни во времени, ни в пространстве. Весьма трудно также разделить почвообразование и формирование аккумулятивных типов коры выветривания, так как эти процессы часто идут одновременно и совмещены в пространстве.
Только для мощных древних почв и древних, остаточных кор выветривания характерно ясное обособление почвенного профиля от глубже лежащих горизонтов коры выветривания. Мощность остаточной коры выветривания достигает десятков и сотен метров, мощность же почвенного профиля составляет обычно не более 5—7 м, определяемых глубиной проникновения прямых биогенных факторов (корней, землероев, червей, нисходящих токов гумусовых растворов).
В зависимости от природных условий, свойств горных пород, продолжительности и истории процесса формируются типы и разновидности коры выветривания: юные или древние, остаточные, транзитные или аккумулятивные, кислые, нейтральные или щелочные, богатые или бедные набором, минералов и элементов питания растений, благоприятные или неблагоприятные для развития почв того или иного уровня плодородия. Поэтому знание процессов образования и типов коры выветривания является одним из важнейших условий правильного понимания происхождения и свойств почв и почвенного плодородия.
Хотя термин «выветривание» широко вошел в геологию и почвоведение, нельзя считать его удачным. Некоторые советские и западные исследователи употребляют термин «изменение» (альтерация), но он не получил признания в русском языке. Наиболее полно современное представление обо всей совокупности процессов разрушения горных пород, транспорта и переотложения продуктов разрушения, образования свежих осадочных пород в тесном сочетании с почвообразованием передает термин, предложенный А.Е. Ферсманом (1934) — гипергенез (гипергенные процессы, гипергенная оболочка).
Разделение процессов выветривания на частные формы производится условно. Выветривание представляет собой единый процесс. Но этот процесс исключительно сложный и связан со следующими группами факторов.
Физико-механические факторы: уменьшение давления после выхода пород на поверхность; колебания температуры и различия в линейном и объемном расширении; боковое давление, вызываемое адсорбированной водой, льдом, корнями растущих растений или кристаллами образовавшихся солей; разрушительная деятельность текучей воды, движущегося льда, оползней или ветра.
Химические и физико-химические факторы: гидратация; растворение в воде с кислой или щелочной реакцией; гидролиз; окисление — восстановление; карбонатизация; дебазация; десиликация; сорбция; коагуляция.
Биологические и биохимические факторы: поглощение растениями и бактериями элементов в обмен на выделяемые анионы и катионы; химические соединения, образующиеся при жизни и после смерти организмов, особенно органические кислоты, гумус и хелаты, продукты полной минерализации органических веществ; реакции восстановления и окисления, обязанные микроорганизмам, и т. д.
Учитывая специфическое значение перечисленных факторов, часто употребляют выражения: физическое выветривание, химическое выветривание, биологическое выветривание; в то же время всегда имеется в виду, что эти факторы выветривания действуют совместно. Однако известная последовательность в сменах ведущего значения факторов выветривания имеется. Так, на самых ранних стадиях идет преимущественно физико-механическое выветривание. По мере возрастания раздробленности породы к этому прибавляется химическое и биохимическое выветривание; усиливается разрушение первичных минералов и новообразование вторичных.
На более поздних стадиях и, особенно во влажном теплом климате, когда образовались глинные минералы и развилась поглотительная способность, химическое (включая физико-химические процессы) и биологическое преобразование материала является уже главным фактором выветривания. На этой стадии постепенно завершается распад первичных минералов и, что самое главное, происходит разрушение и ресинтез вторичных минералов до их наиболее устойчивых для данных условий форм.
Для оценки роли частных явлений, составляющих процесс формирования коры выветривания, целесообразно рассмотреть в отдельности особенности механического, химического, физико-химического и биологического изменения горных пород.
3.7 Механическое раздробление и возрастание дисперсности горных пород.
Важнейшая роль в процессах выветривания принадлежит механическому раздроблению горных пород и возрастанию степени дисперсности. Массивное монолитное сложение и макрокристаллическая структура, свойственные магматическим и метаморфическим породам, утрачиваются. Выветрелая порода через ряд стадий превращается в смесь обломков тем меньшего диаметра, чем дольше длится или интенсивнее проходит выветривание и чем лучше сохраняются образовавшиеся продукты. Первоначальные трещины остывания пород или термического выветривания, усиленные действием растущих корней деревьев, разделяют породу на крупные блоки и глыбы диаметром 2—3 м. Затем со временем образуется грубый материал с размером обломков порядка 5—10 см. И, наконец, порода превращается в мелкообломочную землистую массу. Механический состав толщи делается гравийным, а в последующем суглинистым и глинистым. Объемный вес породы с величин 2,5—2,6 уменьшается до 1,3—1,5. Появляется пористость, достигающая со временем 45—50% объема.
Благодаря общему возрастанию дисперсности и приобретению аморфного или скрытокристаллического строения развивается поверхностная энергия и поглотительная способность. Формируются также воздухопроницаемость, влагоемкость и водопроводимость. Все эти качественные признаки отсутствуют в магматических и метаморфических исходных породах.
3.8 Растворение веществ.
По мере возрастания степени раздробленности выветривающейся горной породы в водныерастворы и газовую фазу постепенно переходят компоненты, которые были связаны в минералах горных пород. Воды, мигрирующие в коре выветривания, благодаря этому приобретают определенный состав, отражающий особенности пород и стадию выветривания. Кислые породы относительно легко отдают в раствор Li, В, Na, C1, К, Si, A1. Воды, проходящие через основные породы, легче обогащаются соединениями Mg, Ca, Ni, Си. Поэтому циркулирующие в породах растворы в одних случаях относительно богаты щелочами и кремнеземом, а в других — щелочными землями.
В изверженных породах также имеются газы в поглощенной форме или в виде пузырьков: С1, СО и СО2 и H2S, N и др. При разрушении эти породы отдают закись углерода, углекислоту, сероводород, метан, водород, азот, хлор, пары соляной кислоты, аргон.
4. Горные породы и их роль в почвообразовании.
Литосфера, т. е. твердая оболочка земного шара, состоит из закономерных ассоциаций различных минералов, образующих определенные типы горных пород. Верхние горизонты этих пород под воздействием климатических и биологических факторов превращаются в почвы. Различия в свойствах почвообразующих горных пород унаследуются почвами. Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах; всегда различаются.
Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразовательного процесса. Механические свойства горных пород, их плотность и проницаемость, минералогический состав, и химические особенности существенно сказываются скорости и направлении почвообразовательного процесса. Первоначальный запас горных породах фосфора, кальция, серы, калия и других элементов в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия почв, особенно во влажном климате. При равнинном рельефе вариации свойств почвообразующих пород обычно незначительны. В странах горного рельефа пестрота горных пород исключительно велика, и там прямое их влияние на особенности почвообразования наиболее резко выражено.