Химический состав земной коры и почвообразующих пород

В земной коре находится основной резерв химических элементов, которые вовлекаются в миграционные процессы под воздействием живого вещества. Концентрации и распределение химических элементов в земной коре оказывают сильное влияние на состав живых организмов суши и всего живого вещества Земли.

Химический состав земной коры был определен по результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин.

В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15—20 км. Она состоит из химических элементов, которые входят в состав горных пород.

Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элементов, из них 8 составляют 97,2—98,8 % ее массы, 2 (кислород и кремний) —75 % массы Земли.

Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее часто встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в недрах Земли, приводит к образованию самых разнообразных соединений. Химические элементы, которых больше всего в литосфере, входят в состав многих минералов (из них в основном состоят разные породы).

Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кислород, водород, кремний и алюминий являются основными компонентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли).

Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами. Это однородные химические вещества земной коры, которые образовались вследствие сложных физико-химических или биохимических процессов, например каменная соль (NaCl), гипс (CaS04*2H20), ортоклаз (K2Al2Si6016).

В природе химические элементы принимают неодинаковое участие в образовании разных минералов. Например, кремний (Si) входит в состав более 600 минералов, а также очень распространен в форме окисей. Сера образует до 600 соединений, кальций—300, магний —200, марганец—150, бор — 80, калий — до 75, соединений лития известно только 10, а йода — еще меньше.

Среди наиболее известных минералов в земной коре преобладает большая группа полевых шпатов с тремя основными элементами — К, Na и Са. В почвообразующих породах и продуктах их выветривания полевые шпаты занимают основное положе­ние. Полевые шпаты постепенно выветриваются (распадаются) и обогащают почву на К, Na, Са, Mg, Fe и другие зольные вещества, а также микроэлементы.

делить на 4 группы; 1) магматические породы и породы высокотемпературной метаморфизации, 2) рыхлые осадочные и метасоматические породы, 3) вулканогенно (или вулкано)обломочные породы, 4) плотные осадочные, метаморфические (низкотемпературной метаморфизации) и метасоматические породы.

Магматические породы (I отдел) подразделяются на 3 ряда по содержанию щелочей: нормальный, известково-щелочной и щелочной. Породы каждого из рядов делятся на группы по содержанию кремнезема: ультракислые, кислые, средние, основные и ультраосновные. Наконец, породы каждой группы по условиям кристаллизации магмы делятся на две подгруппы: интрузивные (глубинные, плутонические) и эффузивные (излившиеся, вулканические).

Метаморфические породы, сформировавшиеся при высокой температуре (400—800°), по составу и свойствам близки к интрузивным магматическим породам. Это гранито-гнейсы, гнейсы, кристаллические сланцы, амфиболиты, чарнокиты, мигматиты. Поэтому в классификации почвообразующих пород мы объединяем эти породы с магматическими. По почвообразующему эффекту они близки друг к другу.

В результате выветривания магматических пород образуются, прежде всего, рыхлые осадочные породы. Наиболее важны гранулометрические различия между ними, поскольку элементарные частицы разного размера обладают разным минералогическим и, следовательно, разным химическим составом. Камни размером, превышающим 3 мм, представлены главным образом обломками пород; гравий, дресва, хрящ — частицы размером 1—3 мм состоят из обломков пород и в меньшей степени зерен минералов, из которых чаще всего преобладают кварц и полевые шпаты. Песчаные (1—0,05 мм) и пылеватые (0,05—0,001 мм) фракции в большинстве случаев состоят преимущественно из зерен кварца и полевого шпата с более или менее значительной примесью тяжелых минералов: слюд, амфиболов, пироксенов, рудных минералов и др. Илистая фракция (частицы <с0,001 мм) представлена глинистыми минералами с примесью кварца, полевых шпатов, аморфных веществ.

Породы разного гранулометрического состава обладают не только разным минералогическим и химическим составом, но и существенно различными водно-физическими свойствами, определяющими направление почвообразования и плодородие почв. Поэтому в предлагаемом руководстве рыхлые осадочные породы подразделяются, прежде всего, по гранулометрическому составу на следующие группы: грубообломочные, пески, пылевато-суглинистые (лёссы и лёссовидные суглинки), глины, валунные суглинки, многочленные породы.

Описание рыхлых пород начинается с лёссов и лёссовидных суглинков, поскольку именно на них зональные, биоклиматические факторы отражаются особенно ярко и именно на них формируется спектр почв, наиболее фундаментально изученных со времени В.В. Докучаева.

Рыхлые породы являются не только продуктом выветривания, но также образуются в результате метасоматических процессов — глубинного преобразования различных пород гидротермальными водами. Так возникают, например, глины, особенно часто монтмориллонитовые. Поэтому II отдел почвообразующих пород представляют не только рыхлые осадочные породы, но и рыхлые метасоматические породы.

III отдел почвообразующих пород — вулканогенно-обломочные породы. Они состоят из обломков, выброшенных во время извержения вулкана. По происхождению и свойствам занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами.

В настоящее время эти породы изучены менее, чем породы другого генезиса, материала по почвообразованию на разных группах этих пород накоплено немного. В пособии основное внимание уделено эксплозивно-обломочным породам (пеплам, туфам), которые обладают наиболее своеобразными почвообразующими свойствами.

IV отдел — плотные осадочные, метаморфические и ме тасоматические породы, представленные породами, разнообразными по происхождению, минералогии, химизму, физическим свойствам. Сюда входят такие осадочные породы, как обломочные глинистые сланцы и песчаники, карбонатные известняки, доломиты и мергели, кремнистые трепелы и опоки. К этому отделу принадлежат метаморфические породы, образовавшиеся в условиях низкой и средней температурной ступени метаморфизма (до 400°), — филяиты, зеленые сланцы, кристаллические известняки и доломиты, кристаллические песчаники и такая метасоматическая порода, как серпентинит, пропилит и др.