весь документ - Южный федеральный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Технологический институт
Федерального государственного образовательного
учреждения высшего профессионального
образования
«Южный федеральный университет»
В.Г. Галалу
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ПОЧВОВЕДЕНИЕ
ТАГАНРОГ 2009
УДК 631.4(075.32)
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор кафедры прикладной информатики
Технологического Института Южного Федерального Университета Беляков С.Л.;
Доктор технических наук, профессор кафедры автоматизированных систем
научных исследований и экспериментов Технологического Института Южного
Федерального Университета Турулин И.И.
Галалу В.Г. Инженерная геология и почвоведение – Таганрог: Изд-во ТТИ
ЮФУ, 2009. – 132 с.
В монографии рассматриваются вопросы, связанные с оценкой земельных участков
с точки зрения инженерной геологии и сельскохозяйственного производства. Подробно
рассмотрены происхождение планет Солнечной системы, представлены необходимые
сведения о Земле, как одной из планет Солнечной системы. Приведена современная
теория формирования внешней оболочки Земли, описаны основные геологические
процессы, формирующие элементы рельефа земной поверхности. Описаны причины
возникновения землетрясений, вулканической деятельности, оползней и селей, методы
защиты от этих стихийных бедствий. Представлены основные характеристики минералов,
слагающих земную поверхность и процессы метаморфизма.
Во второй части монографии рассматриваются вопросы, связанные с теорией
преобразования бесплодной горной породы в зрелую плодородную почву. Представлены
законы широтного и высотного распространения почв, разработанные русским ученым
В.В. Докучаевым. Описаны все типы почв на территории России, подробно описаны
серые лесные почвы, типичные черноземы, южные и каштановые черноземы, имеющие
наибольшее сельскохозяйственное значение. Описаны полевые и лабораторные методы
определения типов почв. В заключение представлена структура земельных ресурсов
России и описаны основные направления повышения сельскохозяйственного потенциала
нашей страны.
Автор выражает надежду, что монография будет полезна студентам специальности
«Городской Кадастр» и специалистам в области почвоведения и позволит улучшить
качество подготовки по данной дисциплине.
Табл. 12 Ил.21. Библиогр.: 5 назв.
© Технологический институт Южного Федерального
Университета, 2009
© Галалу В.Г. 2009
Оглавление
1.Инженерная геология
5
1.1. Происхождение планет солнечной системы. ...................................................................5
1.2. Общие сведения о Земле, как планете ..............................................................................8
1.3. Форма и строение Земли ....................................................................................................9
1.4. Внутреннее строение Земли ............................................................................................10
1.5. Литосфера и атмосфера....................................................................................................12
1.6. Тепловой режим Земли ....................................................................................................15
2.Минералы и их происхождение
15
2.1 Физические свойства минералов .....................................................................................17
2.2. Основные породообразующие минералы ......................................................................18
2.3. Магматические горные породы ......................................................................................21
2.4. Кислые породы .................................................................................................................23
2.5. Средние горные породы...................................................................................................25
2.5. Основные породы .............................................................................................................27
2.6. Ультраосновные горные породы. ...................................................................................28
3. Осадочные горные породы
29
3.1. Породы обломочного происхождения ...........................................................................30
3.2. Породы органического и химического происхождения. ..............................................32
3.3. Метаморфические горные породы .................................................................................33
4. Тектонические явления в земной коре
35
4.1. Землетрясения. ..................................................................................................................36
4.2. Вулканическая деятельность. ..........................................................................................38
4.3. Цунами ...............................................................................................................................40
5. Формы рельефа земной поверхности.
42
5.1. Равнинный рельеф ............................................................................................................43
5.2. Горный рельеф ..................................................................................................................43
5.3. Формы рельефа. ................................................................................................................43
6. Природные геологические процессы
46
6.1. Геологическая деятельность ветра. ................................................................................46
6.2. Геологическая деятельность водных потоков. ..............................................................47
6.3. Геологическая деятельность рек. ....................................................................................49
6.5. Геологическая деятельность озер и болот. ....................................................................53
6.5. Геологическая деятельность ледников. ..........................................................................55
6.6. Методы борьбы с природными стихийными бедствиями. ...........................................57
7. Подземные воды
57
7.1. Физические и химические свойства воды. .....................................................................58
7.2. Верховодка и грунтовые воды. .......................................................................................59
7.4 Факторы, влияющие на уровень залегания грунтовых вод. ..........................................61
8. Инженерно-геологические исследования для промышленного и гражданского
строительства.
61
2. ПОЧВОВЕДЕНИЕ
62
2.1.Почвообразовательные процессы ....................................................................................63
2.2.Строение почвенного профиля. .......................................................................................68
2.3. Органическое вещество почвы. .......................................................................................70
2.4. Процесс образования гумуса. ..........................................................................................71
2.5. Гранулометрический состав почвы. ...............................................................................72
2.6. Методы оценки состава почвы. .......................................................................................74
2.7. Физические и физико – механические свойства почв. .................................................76
2.8. Физико-механические свойства почвы ..........................................................................77
2.9. Водный режим почв. ........................................................................................................79
2.10. Водный режим почв .......................................................................................................82
2.11. Воздушный режим почвы. .............................................................................................83
2.12. Тепловой режим..............................................................................................................85
2.12. Структура почв ...............................................................................................................86
2.13. Кислотность и щелочность почв. ..................................................................................89
2.14. Плодородие почвы..........................................................................................................91
2.15. Виды плодородия ...........................................................................................................92
2.16. Факторы, влияющие на плодородие почв. ...................................................................93
2.17. Питание растений ...........................................................................................................95
2.18. Общие закономерности географического распределения почв. ................................98
3. Классификация почв.
100
3.1. Почвы арктической и тундровой зоны. ........................................................................102
3.2. Почвы таежно-тундровой зоны .....................................................................................106
3.3. Серые лесные почвы лесостепной зоны .......................................................................109
3.4. Черноземные почвы лесостепной и степной зон.........................................................112
3.6. Почвы сухих степей. ......................................................................................................118
3.7. Почвы полупустынь. ......................................................................................................122
3.8. Почвы влажных субтропиков. .......................................................................................124
3.9. Земельные ресурсы России............................................................................................125
Библиографический список:
128
Основоположник теории почвоведения В.В. Докучаев ...............................................129
1.Инженерная геология
1.1. Происхождение планет солнечной системы
Самые древние горные породы земной коры имеют возраст несколько
миллиардов лет. Земля в целом, очевидно, возникла несколько раньше, чем
земная кора. В середине XVIII века немецкий философ И. Кант предложил
свою теорию образования Солнечной системы, основанную на законе
всемирного тяготения. Она предполагала возникновение Солнечной системы
из облака холодных пылинок, находящихся в беспорядочном хаотическом
движении. В 1796 году французский учёный П. Лаплас подробно описал
гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой
туманности. Лаплас учёл основные характерные черты Солнечной системы,
которые должна была объяснить любая гипотеза её происхождения. В
настоящее время наиболее разработанной является гипотеза О. Ю. Шмидта,
разработанная в середине прошлого века.
В Солнечную систему входит Солнце, 9 больших планет вместе с их 34
спутниками, более 100 тысяч малых планет (астероидов), порядка 10 в 11
степени комет, а также большое количество мелких метеорных тел
(поперечником от 100 метров до ничтожно малых пылинок). Центральное
положение в Солнечной системе занимает Солнце. Его масса приблизительно
в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в систему.
Гравитационное притяжение Солнца является главной силой, определяющей
движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Среднее
расстояние от Солнца до самой далекой от него планеты Плутон составляет 6
миллиардов километров, что очень мало по сравнению с расстояниями до
ближайших звёзд. Все большие планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс,
Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон обращаются вокруг Солнца в одном
направлении (в направлении вращения самого Солнца), по почти круговым
орбитам, мало наклоненным друг к другу (и к солнечному экватору).
Расстояния
от
планет
до
Солнца
образуют
закономерную
последовательность: промежутки между соседними орбитами возрастают с
удалением от Солнца. Эти закономерности движения планет в сочетании с
делением их на две группы по физическим свойствам указывают на то, что
Солнечная система не является случайным собранием космических тел, а
возникла в едином процессе.
Планеты земного типа
ВЕНЕРА,
вторая от Солнца и ближайшая к Земле
большая планета Солнечной системы.
Среднее расстояние от Венеры до
Солнца равно 108,21 млн. км, что
составляет 0,72333 а.е. Период вращения
224,7 сут., средний диаметр 12400 км,
масса
4,87·1024кг,
температура
0
100  200 С
ЗЕМЛЯ,
третья от Солнца большая планета
Солнечной системы. Благодаря своим
уникальным, быть может, единственным
во Вселенной природным условиям,
стала местом, где возникла и получила
развитие органическая жизнь. Среднее
расстояние от Солнца 149,6 млн. км,
период вращения 365,24 сут., средний
диаметр 12756 км, масса 5,974·1024 кг,
0
температура 15  20 С . Один спутник –
Луна.
МАРC,
четвертая от Солнца большая планета
Солнечной системы. Среднее расстояние
от Солнца 227,99 млн. км (1,524 а. е.),
период вращения 780 сут., средний
диаметр 6780 км, масса 6,44·1023кг,
температура 20  300 С
Марс имеет 2 спутника
Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим
промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между
планетами, при которых они могли бы существенно изменять своё движение
в результате взаимных притяжений. Это обеспечивает длительное
существование планетной системы. Планеты вращаются так же вокруг своей
оси, причём почти у всех планет, кроме Венеры и Урана, вращение
происходит в том же направлении, что и их обращение вокруг Солнца.
Измерения возраста метеоритов (по содержанию радиоактивных элементов и
продуктов их распада) показали, что они, а, следовательно, вся Солнечная
система существуют около 5 миллиардов лет. Этот возраст Солнечной
системы находится в согласии с измерениями древнейших земных и лунных
образцов.
Солнце — центральная и единственная звезда нашей Солнечной
системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты
и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды,
кометы и космическая пыль. Масса
Солнца
составляет
99,8 %
от
суммарной массы всей Солнечной
системы.
Солнечное
излучение
поддерживает жизнь на Земле
(фотоны необходимы для начальных
стадий
процесса
фотосинтеза),
влияет на климат. Солнце состоит из
водорода (~73 % от массы и ~92 % от
объёма), гелия (~25 % от массы и
~7 % от объёма[5]) и следующих,
входящих в его состав в малых
концентрациях, элементов: железа,
никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и
хрома[6]. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V
(«жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000K,
поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного
рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли
прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый
жёлтый оттенок. Как и все звёзды главной последовательности, Солнце
вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода.
1.2. Общие сведения о Земле, как планете
Наша планета – Земля – движется вокруг Солнца по близкой к
круговой орбите (эксцентриситет 0,017), радиус которой – 149,6 млн. км –
принят за 1 астрономическую единицу. Период обращения по орбите
составляет 365,256 земных суток или 1 год. Средняя скорость движения по
орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг оси – звездные сутки –
23ч56м4,099с. Наклон земного экватора к орбите составляет 23°27' и
обеспечивает смену времен года. Масса Земли равна М = 5,974•1024 кг,
средняя плотность 5,515 г/см3. Экваториальный радиус планеты составляет R
= 6 378 км. Земля имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км). Сплюснутость
Земли с полюсов объясняется вращением. Ускорение свободного падения на
поверхности составляет, в среднем, g = 9,78
м/с2: у полюсов больше, на экваторе
меньше. Земная поверхность очень молода.
В
относительно
короткий
(по
астрономическим стандартам) период в 500
миллионов лет эрозия и тектонические
процессы разрушили и создали заново
большую
часть
поверхности
Земли,
уничтожив тем самым почти все следы
ранней геологической поверхности (типа
кратеров, появившихся в результате
столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6 миллиардов лет, а возраст самых
старых известных камней - приблизительно 4 миллиарда лет. Самые старые
окаменелости живых организмов имеют возраст меньше чем 3.9 миллиардов
лет. На 71% Земная поверхность покрыта водой. Земля - единственная
планета, на которой вода может существовать в жидком виде на поверхности.
Жидкая вода, как мы знаем, необходима для жизни. Способность океанов
сохранять тепло также очень важна в поддержании относительно устойчивой
температуры Земли. Жидкая вода также ответственна за эрозию и
выветривание континентов Земли - процесс, уникальный в солнечной
системе сегодня. Атмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21
% со следами аргона, двуокиси углерода и воды. Когда Земля только
формировалась, в ее атмосфере, возможно, было очень большое количество
двуокиси углерода, но к нынешнему времени большая его часть уже входит в
состав карбонатных горных пород, немного меньший его объем содержится в
растворенном виде в океанах и остальная часть использовалась и
используется растениями для жизни. Очень малое количество
присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода чрезвычайно важно
для поддержания поверхностной температуры Земли через парниковый
эффект. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную
температуру приблизительно на 35° C выше той температуры, которая была
бы без него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна.
Присутствие свободного кислорода совершенно замечательно с химической
точки зрения. Кислород в атмосфере Земли производится и поддерживается
биологическими процессами. Без жизни не было бы в атмосфере и
свободного кислорода. Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение
Земли примерно на 2 миллисекунды в столетие. Исследования показывают,
что 900 миллионов лет назад год состоял из 481 18-часового дня. У Земли
умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре.
Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев
атмосферы Земли вызывает полярные сияния. Нарушения в этих явлениях
заставляют магнитные полюса перемещаться относительно поверхности
Земли; северный магнитный полюс в настоящее время находится в северной
Канаде. У Земли только один естественный спутник – Луна.
1.3. Форма и строение Земли
По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и
растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км,
полярный - 6356,777 км, экваториальный - 6378,160 км. Масса Земли
5,976·1024 кг, средняя плотность 5518 кг/м3.
Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по
эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167); среднее
расстояние от Солнца 149,6 млн. км, период одного обращения по орбите
365,24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси
происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10-5 рад/с, что примерно
соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности
Земли на экваторе — около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости
эклиптики под углом 66° 33' 22''. Этот наклон и годовое обращение Земли
вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли
смену времен года, а собственное ее вращение - смену дня и ночи. Вращение
Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно - на
0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные
вариации продолжительности суток.
Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с
амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются и небольшие сезонные их
перемещения.
Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км2, из которых примерно
70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км,
максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем
воды 1370 млн. км3, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет
соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она
поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота
(вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м. Горы занимают свыше 1/3
поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши,
саванны и редколесья - около 20%, леса - около 30%, ледники - свыше 10%.
Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями.
По
современным
космогоническим
представлениям
Земля
образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет назад из захваченного притяжением
Солнца протопланетного облака. На образование первых, наиболее древних
из изученных горных пород потребовалось 100-200 млн. лет. Примерно 3,5
млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни.
Homo sapiens («Человек разумный») как вид появился примерно
полмиллиона лет назад, а формирование современного типа человека относят
ко времени отступления первого ледника, то есть около 40 тыс. лет назад.
У Земли имеется единственный спутник - Луна. Ее орбита близка к
окружности с радиусом около 384400 км.
1.4. Внутреннее строение Земли
Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют
сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее
толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при
сейсмических событиях - при естественных землетрясениях и в результате
взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три
области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой - кора - имеет
среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от
материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры
меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя
воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в
десятки раз больше.
Рис.1 Строение Земли
Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под
ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже
- примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый
слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см3 - у
поверхности Земли, 2,67 г/см3 - у гранита, 2,85 г/см3 - у базальта.
На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли,
которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры
резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже
которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических
волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности
в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7
г/см3.
В коре и мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их
вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно
влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению
сейсмических зон на планете.
Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница
Гуттенберга) - между мантией и внешним ядром - располагается на глубине
2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до
8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до
нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По
современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа
(88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы
обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого
приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый
сплав (80% Fe, 20% Ni).
В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли,
имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная
дифференциация приводят к выделению тепла. Температура в центральной
части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности
приближается к 60°С (в тропических пустынях Африки и Северной
Америки), а минимальная составляет около - 90°С (в центральных районах
Антарктиды).
Земля окружена атмосферой, нижний ее слой (тропосфера)
простирается в среднем до высоты в 14 км; происходящие здесь процессы
играют определяющую роль для формирования погоды на планете.
Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Слой от 14 до 50-55
км называют стратосферой; здесь температура возрастает с увеличением
высоты. Еще выше (примерно до 80-85 км) находится мезосфера, над которой
наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Для
биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Область выше 50-80 км
называют ионосферой. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно
ионизируются под действием солнечной радиации, в частности,
ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения
доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там
живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько
разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть
существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте
порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные
пояса.
1.5. Литосфера и атмосфера
Литосфера (от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) —
твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до
астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя
об изменении пластичности пород. Литосфера разбита на блоки —
литосферные плиты, которые двигаются по относительно пластичной
астеносфере.
Литосферная плита — это крупный стабильный участок земной
коры, часть литосферы. Согласно теории тектоники плит, литосферные
плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической
активности — границами плиты. Существует два принципиально разных
вида земной коры — кора континентальная и кора океаническая. Некоторые
литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример —
крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной
коры, впаянного в кору океаническую. Литосферные плиты постоянно
меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и
спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. Литосферные
плиты также могут тонуть в мантии планеты, достигая глубины ядра. Более
90% поверхности Земли покрыто 13-ю крупнейшими литосферными
плитами:
Атмосфера (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая
оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её
поверхность покрывает гидросферу и частично кору, внешняя граничит с
околоземной частью космического пространства. Верхняя граница
тропосферы находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в
умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Это
нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы
атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного
пара.
В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают
облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом
высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м. За «нормальные
условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3,
барометрическое давление 101,34 кПа, температура плюс 20 °C и
относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто
инженерное значение.
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км.
Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом
(0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый
теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных
радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают
свечение атмосферы. До высоты 100 км атмосфера представляет собой
гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях
распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс,
концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от
поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура
понижается от 0 °C в стратосфере до -110 °C в мезосфере. На высоте около
2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый
ближнекосмический
вакуум, который заполнен сильно разреженными
частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода.
1.6. Тепловой режим Земли
Тепловой режим Земли — совокупность факторов, определяющих
распределение температур и тепловых потоков на планете Земля. Солнце
является основным источником тепла и света на Земле. Оно излучает в
мировое пространство громадное количество энергии, часть которой
перехватывает Земля. Количество тепла, даваемое Солнцем, достаточно для
того, чтобы расплавить ежегодно слой льда мощностью в 36 м,
покрывающий всю земную поверхность при t = 0°. Другие источники
энергии ничтожны. Луна и звёзды нам посылают очень мало тепла.
Собственная теплота Земли оказывает ничтожное действие на температуру
земной поверхности и прилегающих слоёв атмосферы (около 1/5000 доли
тепла, посылаемого Солнцем). Тепловой поток зависит от градиента
температуры. Если он положительный, то есть недра Земли излучают тепло,
то температура должна повышаться с глубиной. Рост температуры с
глубиной особенно ясно ощущается при бурении. Среднее значение
геотермического градиента равно 20°C/км, т.е. на глубине 100 км
температура не должна превосходить 2000°C. Более точно температуру для
этих глубин определяют по очагам вулканов, она составляет приблизительно
1200°C.
2.Минералы и их происхождение
Минерал
- природное тело, приблизительно однородное по
химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате
физико-химических процессов в глубинах и на поверхности Земли. Известно
более 3000 минеральных видов; наиболее распространены: силикаты ( 25%
от общего числа минералов); оксиды и гидрооксиды ( 12%); сульфиды и их
аналоги (13%); фосфаты, арсенаты, ванадаты ( 18%). Физические и
химические свойства минералов обусловлены их кристаллической
структурой и химическим составом. В основу классификации минералов
положены различия в типах химических соединений, кристаллических
структур и их пространственных мотивов (островные, цепочечные, слоистые
и др.). Диагностическими признаками минералов являются: форма
выделений, цвет, плотность, твердость, механические, оптические,
магнитные, электрические и др. свойства.
Эндогенными (внутренними) процессами называются такие
геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими
недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в
том числе и в глубинных. В недрах Земли, под внешними ее оболочками,
происходят
сложные
физико-механические
и
физико-химические
преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы,
воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие
последнюю. Вот эти - то преобразующие процессы и называются
эндогенными процессами. Наиболее отчетливо эндогенные процессы
выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы,.
связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на
ее поверхность.
Экзогенные процессы. Поверхность Земли и ее недра непрерывно
изменяются под воздействием самых разнообразных сил и факторов. Эти
процессы изменения протекают в подавляющем своем большинстве крайне
медленно с точки зрения человека, незаметно не только непосредственно для
его глаза, но часто и незаметно для многих сменяющих друг друга поколений
людей. Однако именно эти медленные процессы в течение миллионов и
миллиардов лет истории Земли приводят к наиболее разительным и крупным
переменам в ее лике и внутреннем строении. Они и составляют главное
содержание истории Земли. Среди геологических процессов есть и такие,
которые проявляются очень бурно и приводят к катастрофическим
последствиям.
Сюда
относятся
мощные
извержения
вулканов,
разрушительные землетрясения, внезапные горные обвалы и т.п. Но эти
процессы проявляются достаточно редко, охватывают относительно
небольшие площади и играют в истории Земли значительно меньшую роль.
Для удобства изучения геологические процессы разделяют на две
большие группы: процессы внешней геодинамики, или внешние экзогенные
процессы, и процессы внутренней геодинамики, или внутренние эндогенные
процессы.
Экзогенные процессы возникают в результате взаимодействия
каменной оболочки с внешними сферами: атмосферой, гидросферой и
биосферой. Эндогенные процессы проявляются при воздействии внутренних
сил Земли на ту же каменную оболочку.
Разделение процессов на внешние и внутренние носит несколько
условный характер, так как между ними нет категорического разграничения,
а наоборот, наблюдается довольно тесное взаимодействие. Тем не менее,
подобное деление методически вполне оправдано.Экзогенные процессы в
свою очередь подразделяются на три большие группы: процессы
выветривания, процессы денудации и процессы аккумуляции, или
осадконакопления.
2.1 Физические свойства минералов
Минералы обладают широким разнообразием физических свойств,
знание которых необходимо для точной диагностики и определения условий
их образования.
Морфология. Морфология минералов отражает их структуру и условия
образования. Облик кристаллов бывает изометричный, таблитчатый,
столбчатый, шестоватый, игольчатый, листоватый, чешуйчатый и др.
Цвет, прозрачность, блеск.
Цвет бывает обусловлен внутренними свойствами минерала, наличием
дефектов или примесей, отражением света от внутренних плоскостей. Ряд
названий минералов дан по их характерному цвету: альбит (белый), гематит
(кровавый), рубин (красный), родонит (розовый) и др. Окраска часто вызвана
присутствием элементов-хромофоров. Некоторые из них разным минералам
могут придавать различную окраску, например, Cr2O3 вызывает красную
окраску рубина и пиропа, ярко-зеленую — изумруда, уваровита, фуксита,
александрита, фиолетовую —кеммеририта. Хромофорами являются и другие
элементы группы железа — Ti, Mn, Fe, Co, Ni, а также Cu, U, Mo и др.
По степени прозрачности выделяют прозрачные (горный хрусталь,
исландский шпат и др.), полупрозрачные (сфалерит, киноварь) и
непрозрачные (магнетит, пирит и др.) минералы. Интенсивность блеска
зависит от показателя преломления (N). Различают блеск стеклянный у
минералов с N=1,3-1,9: лед, флюорит, кварц, галит, карбонаты, силикаты;
алмазный у минералов с N=1,9-2,6: циркон, касситерит, сера, алмаз,
сфалерит; полуметаллический (N=2,6-3,0): куприт, гематит; металлический
(N>3,0): пирротин, галенит, халькопирит, пирит, арсенопирит, золото и др.
Некоторые минералы обладают характерным «жирным» блеском (нефелин),
восковым
(каолинит),
шелковистым
отливом
(асбест,
селенит),
перламутровым отливом (тальк, мусковит, гипс).
Спайность.
Многие минералы обладают способностью раскалываться
только по определенным направлениям, это свойство называется
спайностью. Спайность весьма совершенная — у слюд; совершенная — у
кальцита, галенита, каменной соли (галита); средняя — у полевых шпатов;
несовершенная — у апатита, кварца.
Твердость.
Важной характеристикой является твердость, для оценки
которой служит шкала Мооса (0-10 ед.). Иногда твердость сильно меняется в
зависимости от направления царапания. Например, дистен (в переводе —
двойная твердость) имеет по удлинению кристаллов твердость 4,5, а поперек
— 7. Самородные металлы (медь, золото) обладают ковкостью, слюды —
упругостью, но большинство минералов — хрупки.
Плотность. Плотность (в г/см3) минералов сильно меняется, выделяют
минералы легкие ( от 1 до 3,5): янтарь, битумы, гипс, кварц; со средней
плотностью (от 3,5 до 6,0): сидерит, малахит, пирит; тяжелые (более 6,0):
церуссит, касситерит, галенит, медь, золото, минералы платиновой группы
(17-23).
2.2. Основные породообразующие минералы
Породообразующие минералы - минералы, входящие в качестве
постоянных существенных компонентов в состав горных пород; наиболее
распространенные минералы земной коры. Каждой генетической группе
пород свойственны свои породообразующие минералы:
- для магматических пород характерны кварц, полевые шпаты, слюды и др.;
- для осадочных пород характерны кальцит, доломит, глинистые минералы.
В настоящее время известно около 3000 минералов. В образовании же
горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными
породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты,
железисто-магнезиальные, карбонаты, сульфаты.
Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят
кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.
Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiО2 - один из самых
распространенных
минералов
в
природе.
Фото кварца
Средняя плотность его составляет
2,65 г/см3, предел прочности при
сжатии до 200 МПа, твердость - 7,
имеет
высокую
химическую
стойкость - его разрушает только
фтористоводородная
и
горячая
фосфорная кислоты. Характерным свойством кристаллического кварца
является способность вступать в химическое взаимодействие с известью при
температуре 150-200 °С в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя
это свойство, получают силикатные материалы.
Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiО2 x NH2О. Он вступает в
химическое взаимодействие со щелочами при обычной температуре.
Применение его в бетонах в качестве заполнителей может привести к их
разрушению через 10-15 лет.
Минералы группы алюмосиликатов — полевые шпаты, слюды, каолиниты.
Полевые шпаты составляют 58% всей литосферы и являются самыми
распространенными
минералами.
Разновидностями их являются ортоклаз
и плагиоклазы. Ортоклаз - калиевый
полевой шпат - K2О x Al2О3 x 6SiО2.
Имеет среднюю плотность 2,57 г/см3,
твердость - 6-6,5. Является основной
Фото
полевого
шпата
частью гранитов, сиенитов.
Плагиоклазы - минералы, состоящие из
смеси твердых растворов альбита и анортита.
Альбит - натриевый полевой шпат - Na2О x Al2О3 x 6SiО2. Имеет плотность
2,6 г/см3, твердость - 6-6,5.
Анортит - кальциевый полевой шпат – CaO x Al2О3 x 2SiО2. Его плотность 2,75 г/см3, твердость - 6-6,5.
Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.
Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120-170 МПа, что
ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды,
содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.
Слюды - водные алюмосиликаты слоистого строения, способные
расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида мусковит и биотит. Мусковит - калиевая бесцветная слюда. Обладает
высокой химической стойкостью, тугоплавкий минерал. Биотит - железистомагнезиальная слюда черного или зелено-черного цветов.
Слюды
имеют
твердость
2-3.Мусковит
встречается в изверженных и осадочных породах, биотит - в изверженных.
Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из
биотита в результате воздействия гидротермальных процессов. При
нагревании вермикулита до 750 °С
теряется химически связанная вода, в
результате
чего
объем
его
увеличивается в 18-40 раз. Вспученный
вермикулит применяют в качестве
теплоизоляционного материала.
Фото слюда-биотит
Слюды понижают прочность горных
пород и ускоряют их выветривание.
Каолинит - Al2О3 x 2SiО2 x 2H2О - минерал, получаемый в результате
разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых
масс. Применяют для изготовления керамических материалов.
Железисто-магнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются
пироксены, амфиболы и оливин.
К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам роговую обманку, входящую в состав гранитов.
Оливин входит в состав диабазов и базальтов. Продукт выветривания
оливина - хризотил-асбест.
Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную
окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против
выветривания.
Минералы группы карбонатов. К ним относят кальцит, магнезит, доломит.
Они входят в состав осадочных горных пород.
Кальцит - СаСО3 - имеет среднюю плотность 2,7 г/см3, твердость - 3.
Вскипает при воздействии слабого раствора соляной кислоты. Входит в
состав известняков, мраморов, травертинов.
Магнезит - MgCО3 - имеет среднюю плотность 3,0 г/см3, твердость - 3,5-4.
Вскипает от горячей соляной кислоты. Образует породу с тем же названием.
Доломит - CaCО3 x MgCО3 - имеет плотность 2,8-2,9 г/см3, твердость - 3,5-4.
По свойствам занимает среднее положение
между кальцитом и магнезитом. Входит в
состав мраморов. Образует породу с таким же
названием.
Фото доломита
Минералы
группы
сульфатов
-
гипс
и
ангидрит.
Гипс - CaSО4 x 2H2О - имеет среднюю плотность 2,3 г/см3, твердость - 1,5-2,0,
цвета - белый, серый, красноватый. Строение - кристаллическое. Хорошо
растворяется в воде. Образует породу - гипсовый камень.
Ангидрит - CaSО4 - имеет среднюю плотность 2,9-3 г/см3, твердость - 3-3,5,
строение - кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс.
2.3. Магматические горные породы
Магматические горные породы, изверженные горные породы,
образовавшиеся при застывании и кристаллизации магмы. Сложены обычно
силикатами. По содержанию кремнезема (SiO2) магматические горные
породы подразделяют на ультраосновные (SiO2< 44%), основные (44-53%),
средние (53-64%), кислые (64-78%).
В зависимости от условий образования магматические породы
разделяются на глубинные и излившиеся. Глубинные породы образуются на
больших глубинах в условиях высоких температуры и давления, медленного
и равномерного остывания магмы. Оно завершается формированием
разновидностей с полнокристаллической структурой, массивной текстурой и
равномерным распределением минеральных составных частей в массе
породы, любые участки которой одинаковы по составу и структуре .
Химический и минеральный состав магматических горных пород
Список элементов, которые можно встретить в том или ином
количестве в магматических породах, довольно обширен, в них содержатся
практически все химические элементы. Главными являются: кислород,
кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, титан и
водород, но самый распространенный из них — кислород — составляет в
среднем половину веса магматических пород. Химический состав горных
пород выражают окислами соответствующих химических элементов: SiO2,
Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O и K2O. Химический состав пород не
соответствует химическому составу магмы, из которой они образовались, так
как многие составные части магмы (вода, углекислота, соединения Cl, F и
другие летучие соединения) при застывании выделяются из нее.
В основу классификаций магматических горных пород положен их
химический состав. За основу большинства классификаций принято
содержание окиси кремния (SiO2), которое и служит критерием для
подразделения пород на группы. Для этого определяют валовой состав
породы, то есть процентное содержание всех элементов, входящих в состав
породы, выраженных в виде оксидов. Сумма всех элементов в виде оксидов
составляет 100 %. Содержание SiО2 является диагностическим критерием для
классификации породы.
Если расположить все магматические породы по мере возрастания
содержания в них кремнезёма, то получится практически непрерывный ряд.
На одном конце его окажутся очень бедные кремнеземом (< 45%) и в то же
время богатые магнием и железом, на другом — породы, богатые (> 65 %)
кремнезёмом, но с малым содержанием магния и железа.
Процентное содержание окиси кремния в породе служит определенным
критерием ее кислотности, в связи с чем термином «кислая порода», стали
обозначать породы, богатые SiO2, а «основная порода» — бедные
кремнеземом, но обогащенные СаО, МgО, FеО. В табл. 1 приведено
подразделение магматических пород по их кислотности. По мере увеличения
кислотности пород, содержания окислов железа и магния закономерно
убывают. В обозначенных группах изменяется состав минералов.
Ультраосновные породы сложены только оливинами и пироксенами; в
основных к ним присоединяется кальциевый минерал — плагиоклаз . К
средним породам относятся главным образом полевошпатовые породы с
небольшой примесью железо-магнезиальных минералов.
Таблица 1
Название
Содержание
Породы
SiO2
Ультраосновные
< 45%
дунит, перидотит, пироксенит, горнблендит,
кимберлит, оливенит
Основные
45-52%
габбро, лабрадорит, базальт, диабаз
Средние
52-65%
сиенит,
диорит,
трахит,
андезит
полевошпатовый порфир, порфирит
Кислые
(кислотные)
65-70%
гранит, липарит, кварцевый порфир
Ультракислые
> 75 %
пегматит
В кислых породах уменьшается содержание магнезиально-железистых и
кальциевых силикатов и появляются щелочные полевые шпаты и кварц. В
ультракислых породах доля кварца значительно возрастает.
Минеральный состав. Минеральный состав магматических горных пород
также разнообразен: полевые шпаты, кварц, амфиболы, пироксены, слюды, в
меньшей степени — оливин, нефелин, лейцит, магнетит, апатит и другие
минералы. К породообразующим минералам магматических горных пород,
на долю которых приходится около 99 % их общего состава относятся: кварц,
калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, лейцит, нефелин, пироксены,
амфиболы, слюды, оливин и др.
Следует отметить, что общие особенности вещественного состава
заметны уже при макроскопическом знакомстве с породой. Вместе с тем
иногда недостаточность макроскопического метода очевидна, так как,
пользуясь им, исследователь не может дать точного определения названия
горной породы, поскольку неизвестен состав слагающих ее плагиоклазов и
особенностей состава темноцветных минералов.
2.4. Кислые породы
Кислые горные породы — породы, содержащие более 65 % кремнезёма
(SiO2). Главными породообразующими минералами являются:
Кварц — один из самых рапространённых
минералов
в
земной
коре,
породообразующий минерал большинства
магматических и пород. 12 процентов земной
коры состоит из кварца.
Химическая
кремния).
формула:
Полевые шпаты — группа широко
распространённых,
в
частности
—
породообразующих минералов из класса
силикатов (Feldspat — от нем. «фельд» — поле
и греч. «спате»
— пластина, из-за
способности раскалываться на пластины по
спайности). Большинство полевых шпатов —
представители твёрдых растворов тройной
системы изоморфного ряда К[АlSi3O8] —
Na[АlSi3O8] — Са[Аl2Si2O8]. Полевые шпаты
— наиболее распространенные породообразующие
составляют около 50 % от массы Земной коры.
SiO2
(диоксид
минералы,
они
Грани́т (итал. granito, от лат. granum — зерно) — кислая
магматическая горная порода. Состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого
полевого шпата и слюд — биотита и/или мусковита. Граниты очень широко
распространены в континентальной земной коре. Эффузивные аналоги
гранитов — риолиты.
Минеральный состав гранита: полевые шпаты (кислый плагиоклаз и
калишпат, причём последний преобладает) — 60–65 %; слюда — 25–30 %;
темноцветные минералы (биотит, редко роговая обманка) — 5–10 %.
Пемза — пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате
выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Цвет пемзы
в зависимости от содержания и валентности железа изменяется от белого и
голубоватого до желтого, бурого и чёрного. Пористость достигает 60 %.
Твердость по шкале Мооса около 6, плотность 2-2,5 г/см³, объемная масса
0,3-0,9 г/см³. Большая пористость пемзы обуславливает хорошие
теплоизоляционные свойства, а замкнутость большинства пор — хорошую
морозостойкость. Огнестойка. Химически инертна.
Используется как заполнитель в легких бетонах (пемзобетоне), как
гидравлическая добавка к цементам и извести. В качестве абразивного
материала применяется для шлифовки металла и дерева, полировки
каменных изделий. Так же используется для гигиенического удаления
огрубевшей кожи стоп. В химической промышленности из пемзы
изготовляют фильтры, используют как инертную основу для различных
катализаторов.
2.5. Средние горные породы.
Средние горные породы - магматические горные породы, содержащие 56—
65% кремнезёма. К ним относятся главным образом полевошпатовые породы
с небольшой примесью железо-магнезиальных минералов (пироксена,
роговой обманки); среди полевых шпатов характерны средние плагиоклазы
(олигоклаз, андезин). По веществ, составу среди них различают натриевый
(диориты, андезиты, порфириты) и калиевый (сиениты, трахиты) ряды.
Диорит (фр. diorite, греч. diorízo — разграничиваю, различаю) — глубинная
магматическая интрузивная горная порода, среднего состава, нормального
ряда щелочности. Состоит из плагиоклаза (андезина, реже олигоклазаандезина) и одного или несколько цветных минералов,
чаще всего
обыкновенной роговой обманки. Встречаются также биотит или пироксен.
Цветных минералов около 30%. Иногда присутствует кварц, и тогда порода
носит название кварцевого диорита.
Цвет. Обычно тёмно-зеленый или коричнево-зеленый.
Структура. Полнокристаллическая, равномерно кристаллическая, от мелкодо гигантозернистой.
Текстура. Массивная. Удельный вес. 2,7—2,9
Форма залегания. Штоки, жилы, лакколиты и
др. интрузивные массивы. Диориты часто
встречаются совместно с гранитами, слагая
отдельные
фазы
внедрения
сложнопостроенных батолитов.
Отдельность. Пластовая, параллелепипедальная.
Диагностика. Окраска диорита более светлая, чем у габбро, иногда имеют
совершенно лейкократовый облик.
Андезит (от названия горной системы Анды англ. Andes в Южной
Америке) — вулканическая горная порода среднего состава, нормальной
щелочности. Содержание кремнезема (SiO2)
составляет 52-65 %.
Минеральный
состав:
Плагиоклаз,
вкрапленники полевых шпатов, роговой
обманки, биотита
Цвет: Тёмно-серый или почти чёрный.
Структура:
Неполнокристаллическая
(порфировая), мелкозернистая.
Текстура: Плотная или пористая. Удельный вес: 2,5.
Форма залегания: Вулканические потоки и экструзивные купола.
Отдельность: Столбчатая, в случае подводных излияний — подушечная.
Генезис: Эффузивный аналог диорита.
Сиенит (от Syene — Сиена, греческое название древнеегипетского города
Сун, ныне Асуан)
Кислотность.
порода.
SiO2
52-65 %
—
средняя
Химический состав. Калиевый полевой шпат,
плагиоклаз, с примесью цветных минералов:
роговой обманки, биотита, пироксена, изредка
оливина. В отличие от гранита практически не
содержит кварца (менее 5%). В зависимости от
содержания цветных минералов сиениты
называют роговообманковыми, слюдяными,
кварцевыми и др. В химическом отношении сиениты характеризуются
содержанием кремнезёма от 55 до 65%, а по содержанию щелочей
разделяются на нормальные и щелочные.
Цвет. Светлоокрашенные породы, сероватые и розоватые, в зависимости от
цвета калиевого полевого шпата и содержания темноцветных минералов.
Структура. Полнокристаллическая, равномерно кристаллическая, иногда
порфировидная, мелко- и среднезернистая.
Текстура. Массивная. Удельный вес: 2,6.
Отдельность. Пластовая или параллелепипедальная.
Месторождения. Украина (Волынская область), Урал, Казахстан, Кавказ,
Средняя Азия, США, Канада, Германия, Норвегия и др. Сиенитами сложены
знаменитые Красноярские столбы.
Практическое значение. Строительный материал.
Диагностика. В отличие от гранита «не блестит», так как практически не
содержит кварца.
2.5. Основные породы
Основные горные породы - магматические горные породы,
относительно бедные кремнеземом (44-53% SiO2) и богатые магнием и
кальцием (габбро, базальты и др.).
Габбро (итал. gabbro) — магматическая
интрузивная
основная
горная
порода
основного состава. Главными минералами
габбро является основной плагиоклаз и
моноклинный пироксен, иногда также
содержатся оливин, ромбический пироксен,
роговая обманка и кварц.
Цвет.
Чёрная,
тёмно-зелёная,
иногда
пятнистая порода.
Структура. Полнокристаллическая, равномерно кристаллическая, крупно- и
среднезернистая.
Текстура. Массивная, иногда пятнистая, полосчатая. Удельный вес. 2,9-3,1
Генезис. Интрузивная горная порода.
Месторождения. Распространены в различных районах Великобритании, в
Северной Америке (в горах Адирондак) и вдоль побережья п-ова Лабрадор
(Канада), в ЮАР, Франции, Шотландии (Великобритания) и др.; крупные
массивы габбро известны на Урале, Украине, Кольском полуострове, в
Закавказье и др.
Практическое значение. Габбро иногда содержат скопления рудных
минералов и в этих случаях могут использоваться как руды меди, никеля и
титана. Часто применяются в качестве строительного и облицовочного камня
высокой
прочности,
для
наружной
и
внутренней облицовки,
преимущественно в виде полированных плит и для приготовления щебня и
дорожного камня.
Диагностика. От диорита отличается большим содержанием темноцветных
минералов и, следовательно, более темной окраской.
Базальт — основная эффузивная горная порода нормального ряда. В
качестве порфировых вкраплеников базальты часто содержат плагиоклаз,
оливин и пироксены. Для базальтовых потоков характерна столбчатая
отдельность. Она возникает неравномерного остывания породы. Базальты —
самые распространённые магматические породы на поверхности Земли, да и
на других планетах. Основная масса базальтов образуется в срединноокеанических хребтах и формирует океаническую кору. При кристаллизации
базальтовой
магмы
на
глубине
обычно
образуются
сильно
дифференцированные, расслоённые интрузии (такие как Норильские). В
таких массивах встречаются месторождения медно-никелевых руд и
платиноидов.
2.6. Ультраосновные горные породы.
Ультраосновные горные породы — силикатные горные породы с
содержанием SiO2 менее 45 %. В большинстве случаев содержат много MgO.
Среди
ультаосновных
пород
по
минеральному составу выделяются дуниты и
оливиниты . Ультраосновные породы широко
распространены в мантии. В земной коре они
часто встречаются в составе расслоенных
интрузий.
Пироксенит (от фр. péridot — перидот, или
оливин)
Кислотность. SiO2 <45 % — ультраосновная горная порода.
Химический состав. Пироксен, роговая обманка, из акцессорных минералов
присутствует оливин, биотит, магнетит, ильменит, иногда хромит.
Цвет. Тёмные, зеленовато-серые, иногда с буроватым оттенком, черные.
Структура. Полнокристаллическая, равномерно кристаллическая, средне- и
крупнозернистая.
Текстура. Массивная, часто афанитовая (плотная), иногда порфировидная.
Удельный вес. 3,1-3,25. Форма залегания. Небольшие массивы.
Отдельность. Пластовая, параллелепипедальная.
Практическое значение. Месторождения сульфидных руд, никеля.
Диагностика. По сравнению с перидотитами и дунитами более тёмно
окрашены (почти чёрные), имеют более крупнокристаллическое строение.
Дунит — ультраосновная интрузивная горная порода, нормального
ряда. Более чем на 90 % состоит из оливина с примесью хромита. Как
примеси содержит хромит и магнетит. Цвет черный, темно- и светлозеленый. Классическая область развития дунита - Урал.
3. Осадочные горные породы
Горные породы являются плотными или рыхлыми агрегатами
разнообразных минералов или обломков каких – либо пород. Они имеют
относительно постоянный минеральный состав и специфическое внутреннее
строение, определяемое структурными и текстурными особенностями.
Осадочные горные породы возникают путем осаждения вещества в
водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников.
Осаждение происходит механическим, химическим и биогенным путем.
Осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и
биогенные (органогенные), преобладают глинистые (около 50%), песчаные и
карбонатные (в сумме около 45%) породы. Составляют около 10% массы
земной коры и покрывают 75% поверхности Земли. С осадочными горными
породами связано большинство полезных ископаемых (уголь, нефть, горючие
газы, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота, платины,
алмазов, фосфориты, стройматериалы).
Осадочные породы представляют особый интерес для строителей, так
как служат основаниями и средой для различных сооружений и повсеместно
доступны в качестве строительных материалов. Они имеют вторичное
происхождение, поскольку исходным материалом для их формирования
являются продукты разрушения ранее существовавших пород. Процесс
образования осадочных пород протекает по схеме: физическое и химическое
выветривание пород, механический и химический перенос, отложение и
накопление продуктов их разрушения и, наконец, уплотнение и цементация
рыхлого осадка с превращением его в породу. Все осадочные породы имеют
одинаковые формы залегания в виде пластов, с которыми связаны их
характерные текстурные признаки — слоистость и пористость. Последняя
особенно важна, так как оказывает большое влияние на физико-механические
свойства пород: прочность, среднюю плотность, водопоглощение,
морозостойкость, механическую обработку и др.
По условиям образования осадочные породы делятся на три группы:
обломочные, химические и органогенные. Между ними существуют
переходные разновидности смешанного генезиса.
3.1. Породы обломочного происхождения
Обломочные горные породы состоят из обломков более древних
горных пород и минералов. По величине обломков различают
грубообломочные, песчаные, пылеватые и глинистые породы.
Породы обломочного (механического) происхождения являются
продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов
и пород. Они разделяются по крупности обломков: грубообломочные,
среднеобломочные
(песчаные),
мелкообломочные
(пылеватые)
и
тонкообломочные (глинистые). Независимо от размеров частиц обломочные
породы могут быть рыхлыми или сцементированными.
К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления
крупных обломков. Валуны состоят из грубоокатанных обломков,
обработанных и перенесенных водой или ледником. По генезису валунный
камень может быть ледниковым, речным, морским, озерным.
Галька и гравий образуются аналогично, при переносе обломков на
большие расстояния реками, горными потоками, а также под действием
морского прибоя, приобретая при этом различную степень окатанности и
сортировки. Гравий применяют в железобетонных сооружениях, дорожном
строительстве и как фильтрующий материал.
Песчаные (среднеобломочные) породы представляют собой рыхлые
соединения, состоящие из обломков минералов 2 мм и менее. Таких
обломков в породе должно быть не менее 50%. В песчаных породах
преобладают твёрдые, устойчивые к выветриванию минералы: кварц, слюда,
полевой шпат. Достаточно редко встречаются пески, состоящие из одного
минерала. Окраска песка может быть разной: белая, серая, бурая, чёрная.
Удельный вес песка 2.64. Объёмный вес – 1800 кг/м3. Пески распространены
повсюду и имеют важное значение для строительства.
Пылевые и глинистые (тонкообломочные) породы состоят более чем
наполовину из мельчайших (менее 0,01—0,001 мм) чешуеобразных частиц
глинистых минералов. Главным фактором при применении глин в
строительстве и производстве строительных материалов является их
минеральный состав.
Рыхлые обломочные породы в естественных условиях подвергаются не
только уплотнению, но и цементации циркулирующими водными
растворами. Эти растворы могут быть глинистыми и кремнеземными.
Примеры: конгломерат и брекчия — сцементированная галька и щебень.
Объёмный вес этой породы 1500-2000 кг/м3. Прочность на сжатие зависит от
возраста породы и колеблется от 100 до 1500 кг/см3. Песчаники — порода,
образованная цементированием мелких частиц. Объёмный вес: 1800-2500
кг/м3.
Пирокластические породы - формируются из твердых вулканических
продуктов (вулканического пепла, песка и пыли), которая оседая на
поверхности земли образуют достаточно твердые породы с признаками
осадочного и магматического происхождения.
Вулканические
пеплы
представляют
собой
рыхлые,
слабоцементированные скопления твёрдых вулканических частиц (песка и
пыли). В пеплах встречаются и большие куски горных пород и вулканическое
стекло.
Вулканические туфы состоят из обломков излившихся пород и
магматических минералов, сцементированных тепловым материалом.
Окраска — белая, серая, розовая. Объёмный вес: 750-1400 кг/м3. Пористость
до 70%. Туфы применяют как стеновой и облицовочный камень.
3.2. Породы органического и химического
происхождения.
Непрерывно текущие химические реакции и жизнедеятельность
организмов приводят к образованию разнообразных горных пород. Их
разделяют по составу на карбонатные, кремнистые, сернокислые, галоидные,
железистые, фосфоритные и каустобиолиты.
Карбонатные породы — чаще всего углекислый кальций или магний
(СаСО3 или МgСО3). Особенно распространен известняк, который может
образоваться и химическим, и органическим путем.
Осадочные породы химического происхождения образовались
в результате выделения из водных растворов кристаллов различных
минералов и осаждения их на дне водоемов. К таким породам относятся
каменная соль, ангидрид, гипс.
Осадочные породы органического происхождения образовались
из остатков древней растительности и живых организмов — это каменный
уголь, известняк, доломит, торф.
Органогенного происхождения известняки — плотные, часто
плитчатые породы, нередко сложенные нацело сцементированными
раковинами моллюсков, брахиопод, нуммулитов и др. Это — известнякиракушечники. Однако они могут испытать перекристаллизацию, и тогда
получается зернистая плотная порода, органическое происхождение которой
трудно установить. Простым глазом не узнаешь органическую природу
широко распространенной мягкой пишущей породы — мела, но микроскоп
открывает, что он состоит в основном из множества раковинок мельчайших
животных из группы простейших и панцирей водорослей.
Близок к известняку доломит. Доломиты - горная порода химического
происхождения; в этой породе около 95% минерала доломита СаМg(СО3)2 и
5% кальцита СаС03. Чистый доломит встречается очень редко: обычно
доломитовая порода представляет собой переход от чистого известняка к
доломиту. Отличить доломит от известняка можно действием на породу
слабой соляной кислотой (НСL): от капли ее на известняке возникает бурное
вскипание. Если на породе не остается грязного пятна, то это чистый
известняк; пятно же указывает на примесь глины. Доломит от холодной
соляной кислоты не вскипает. Окраска белая, серая, красноватая, структура
зернистая, плотная. Объемный вес 2700-2900 кг/м3. Область применения: в
качестве строительного щебня, камня для бетона и огнеупорных материалов.
К известнякам химического происхождения относят известняки
оолитовые, сложенные скоплением шаровидных известковых зерен —
оолитов; известковый туф — пористая известковистая порода; известковые
натеки — сталактиты, висящие как сосульки, или сталагмиты,
поднимающиеся от земли и образующиеся от капель, которые падают с
потолка пещеры. Известняк с 20% глинистой примеси называют глинистым, с
30—50% — мергелем, который используется как сырье для изготовления
цемента. Кремнистые породы образуются в результате скопления скелетных
остатков одноклеточных животных — радиолярий и диатомовых водорослей.
К органическим породам принадлежат каменный и бурый угли, антрацит,
торф, нефть, природный горючий газ.
Породы химического происхождения — это продукт осаждения
вещества из природных растворов, из вод морей, рек, озер или из подземных
вод. Из подземных вод при выходе на дневную поверхность может
выделяться известь, образуя натеки и известковые туфы. В лагунах —
заливах, отделившихся от моря перемычкой, в жарком климате вода
интенсивно испаряется, и содержание в ней растворенных солей: хлористых,
сернокислых, углекислых — быстро увеличивается. После испарения 40%
первоначального объема морской воды из раствора выпадает гипс (СаЗО42Н2О), а при испарении 90% начнет осаждаться каменная соль
(КаС1).Размеры залежей солей достигают различных величин. Например,
Илецкое месторождение занимает площадь 3 км2 при мощности 138 м;
соляной массив г. Чапчачи (на левом берегу Волги, недалеко от Волгограда)
имеет длину 2,5 и ширину 1 км, мощность 33м. Каменная соль известна в
отложениях различного геологического возраста. Она бывает белого, серого
до черного цвета от примесей глины и органического вещества; реже
красной, розовой, желтой от примесей водных окислов железа; иногда
голубоватой или синеватой, что объясняют наличием распыленного натрия.
3.3. Метаморфические горные породы
Метаморфические
(вторичные)
породы
образовались
под
воздействием высоких температуры и давления, химически активных
газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в породах.
Воздействию этих факторов, особенно проявляющихся при тектонических
процессах, подвергаются как магматические, осадочные, так и ранее
метаморфизованные породы. Результат такого воздействия — изменение
структурных и текстурных свойств, а иногда и химического состава пород.
Минеральный состав метаморфических пород сходен с составом
материнских пород, но наряду с первичными минералами: кварцем,
полевыми шпатами, амфиболами, слюдами — появляются вторичные,
характерные только для метаморфических пород: гранаты, хлориты,
серпентин
и
др.
Они
имеют
кристаллически-зернистую структуру с
вытянутой
формой
частиц
и
разнообразные виды текстур. Наиболее
типичными
текстурами
являются
сланцеватая с параллельным расслоением
в
одном
направлении
чешуйчатых, листоватых, пластинчатых минералов; полосатая (гнейсовая) с
линейным расположением чередующихся полос различного минерального
состава, а также массивная текстура, развивающаяся при перекристаллизации
однородных первичных пород без изменения расположения их зерен. Формы
залегания метаморфических пород соответствуют формам залегания
материнских
магматических и осадочных пород.
К
наиболее
распространенным
метаморфическим
породам
относятся
гнейсы,
кристаллические сланцы, кварциты и мраморы.
Гнейсы - светлоокрашенные серые, красноватые и других оттенков
кристаллически-зернистые породы, образующиеся при метаморфизме
кислых магматических и осадочных пород. Они используются в виде
облицовочных плит, для кладки фундаментов, в качестве мостильного и
бутового камня и др. Гнейсы являются самыми распространенными
метаморфическими породами. Их месторождения известны в Карелии, на
Кольском полуострове, в Восточной Сибири, Средней Азии, на Украине,
Кавказе и др.
Кварциты образуются путем метаморфизации кварцевых песков и
песчаников под влиянием динамотермического метаморфизма с
преобладанием высоких температур и превращаются в кварциты - очень
плотные и твердые мелко- и среднезернистые белые, желтые, серые,
красноватые породы с массивной или сланцеватой текстурой. Красивые
разновидности кварцитов — прекрасный декоративный и облицовочный
материал.
Мраморы образуются при перекристаллизации известняков и
доломитов преимущественно под влиянием динамотермального метаморфизма с преобладанием температурного фактора. Их применяют для
внутренних отделочных работ, а в виде крошки — при приготовлении
цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона. Месторождения
мрамора находятся в Карелии, на Урале, в Сибири, на Украине, Кавказе.
4. Тектонические явления в земной коре
Тектоническими движениями называют перемещения вещества
земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких
недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е.
изменения первичного залегания горных пород. Особенно отчетливо эти
изменения наблюдаются на примере осадочных пород, которые первично
отлагаются в виде горизонтально залегающих пластов, а вследствие
тектонических нарушений оказываются смятыми в складки или
разорванными на отдельные чешуи и блоки. Тектонические движения в
конечном счете создают наблюдаемую структуру земной коры, т. е. они
являются созидательными движениями («тектонос» по-гречески—
созидательный). В результате этих движений и возникают основные
неровности рельефа поверхности Земли.
Тектонические движения можно разделить на два типа: радиальные —
колебательные движения и тангенциальные движения. В первом типе
движений напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли,
во втором—по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень
часто эти движения взаимосвязаны, или один тип движений порождает
другой. В результате этих типов движений создаются три вида тектонических
деформаций: 1) деформации крупных прогибов и подъемы; 2) складчатые и
3) разрывные.
Первый тип тектонических деформаций, вызванный радиальными
движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах
земной коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие
образование подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний
совершаются относительно медленно, ощутимых разрушений не приносят и
непосредственным наблюдениям человека не поддаются.
Складчатые деформации вызываются тангенциальными движениями и
выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки,
иногда короткие, быстро затухающие морщины.
Третий тип тектонических деформаций характеризуется образованием
разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль
трещин этих разрывов.
4.1. Землетрясения.
Землетрясения — подземные толчки и колебания поверхности Земли,
вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими
процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение
водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок).
Небольшие толчки может вызывать также подъём лавы при вулканических
извержениях.
Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но
большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными.
Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные
разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью,
большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается
катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном
обходится без цунами).
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они
способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются
колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами, возникающими
при сейсмических смещениях на морском дне.
Основной причиной землетрясения является быстрое смещение участка
земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации
упруго - напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов
землетрясений возникает близ поверхности Земли. Само смещение
происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения
к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый
переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных
(сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр,
в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения
структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент
превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.
Наиболее разрушительные землетрясения









23 января 1556 — Ганьсу и Шеньси, Китай — 830 000 человек погибло;
1737 — Калькутта, Индия — 300 000 человек погибло;
1755 — Лиссабон — от 60 000 до 100 000 человек погибло;
1923 — Великое землетрясение Канто — Токио и Йокогама, Япония
(8,3 по Рихтеру) — 143 000 человек погибло, около миллиона осталось
без крова в результате возникших пожаров;
1948 — Ашхабадское землетрясение, Туркмения — 110 000 человек
погибло;
26 апреля 1966 — Ташкентское землетрясение — (8.3 по Рихтеру)
сильно разрушен город, 80 000 человек погибло;
28 июля 1976 — Тяньшань, Северо-восточный Китай (8,2 по
Рихтеру) — более 655 000 человек погибло;
1985 — Мексика (8,2 по Рихтеру) — более 7 500 человек погибло;
7 декабря 1988 — Спитакское землетрясение: Армения, разрушены
города Спитак, Ленинакан и множество посёлков, 25 000 человек
погибло, столько же получило увечья;
 28 мая 1995 — Нефтегорск,
Северо-восточный Сахалин
(магнитуда — 7.5) 1841
человек погибло;
 Сычуаньское землетрясение,
Китай (2008), около 60 000
человек погибло.
Землетресение в Китае, 2008 год.
Для классификации силы землетрясений общепринятой является шкала
Рихтера, созданная и представленная в 1935 г. американским геологом Чарльзом
Рихтером (1900-1985). Шкала основана на принципе логарифма: каждое
деление увеличивается в 10 раз, и его основанием является общая энергия,
выделяемая при землетрясении. Вот некоторые косвенные оценки
интенсивности землетрясения:
3-5 баллов — качаются люстры, звенит посуда;
6 баллов — движется и падает мебель;
7 баллов — появляются трещины в стенах;
8-9 балллов - разрушения в зданиях, обрушиваются отдельные секции;
10 баллов — обвалы многих зданий;
11 баллов - катастрофическое землетрясение, разрушающее 75% зданий, в
горах обвалы, трещины в земле, рушатся мосты и надежды;
12 баллов - катастрофическое землетрясение, разрушающее 90% зданий, в
горах обвалы, трещины в земле, рушатся мосты, а также значительные
изменения в рельефе.
4.2. Вулканическая деятельность.
Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся в
глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом.
Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а только
на определенных участках земной коры, на стыках тектонических плит,
положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.
Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а
застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные
горные породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения магмы в земную
кору получили название, глубинного вулканизма, или плутонизма.
Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения,
проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде
кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же
как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда
толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили
человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения
построек и т. д. Кроме кратковременных и сильных колебаний типа
землетрясения, земная кора испытывает колебания, при которых одни
участки ее опускаются, а другие поднимаются. Движения эти совершаются
очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже
миллиметров в столетие, они недоступны непосредственным наблюдениям
без приборов. Но так как эти движения совершаются повсеместно и
непрерывно в течение многих миллионов лет, то конечные результаты их
весьма существенны.
Вследствие этих колебательных движений многие области, ранее
бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки
земной поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров
над уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под
водой Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних
участках земной коры опускания или поднятия более значительны, на других
менее значительны.
Всего на Земле 4000 вулканов, из них порядка 500 действующих. К
счастью, на территории РФ всего 28 действующих вулканов, да и те
расположены далеко от густонаселенной европейской части, в основном на
Камчатке и островах Курильской гряды. Самый большой действующий
вулкан в России – Ключевская сопка (4850 м), который извергается регулярно
каждые 7-8 лет. Вулкан расположен в 30 км от Петропавловска –
Камчатского. В 2009 году произошло извержение другого вулкана –
Коряцкого (4550 м), который находится на расстоянии 50 км от
Петропавловска – Камчатского.
На европейской части РФ, в основном старые потухшие вулканы:
Казбек, Эльбрус, Арарат, Кара-Даг и т.д.
Следует отметить огромную разрушительную силу вулканических
явлений и возможные катастрофические последствия для всего Земного
шара. Самое мощное зарегистрированное извержение произошло в 1883 году,
когда взорвался вулкан Кракатау (между Явой и Суматрой). На палубах судов,
проходящих мимо вулкана на расстоянии 100-200 км, слой пепла достигал
1,5-2 м, видимость в море не превышала 500 м. Вулканический пепел был
поднят в атмосферу на высоту 50-60 км и почти 2 года прикрывал Европу и
Азию от прямых солнечных лучей, что привело к среднему охлаждению
земной поверхности на 2-3°С, неурожаю и голоду в Германии, Франции и
России. В Москве 20-го августа выпал снег, весь урожай зерновых в
Поволжье не вызрел и оказался под снегом.
Самое мощное извержение в России наблюдалось в 1945 году,
извергалась Ключевская сопка. Лава изливалась в двух направлениях, языки
лавы достигали 30 км в длину. Верхние 1,5 км конуса вулкана были
раскалены докрасна, наблюдались выбросы обломков породы до 30 тонн на
склоны вулкана и вулканического пепла на высоту до 20 км. В соответствии с
направлением ветра, часть Камчатки была засыпана пеплом толщиной до 0,6
м. Извержение сопровождалось землетрясением мощностью 5 баллов.
4.3. Цунами
Цунами (яп. 津波, где 津 - «порт, залив», 波 - «волна») — это длинные
волны, порождаемые мощным воздействием на всю толщу воды в океане или
другом водоёме. Причиной большинства цунами являются подводные
землетрясения, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или
опускание) участка морского дна. В момент смещения, направленного вверх,
на поверхности воды образуется горб высотой до 5 м. Цунами образуются
при землетрясении любой силы, но большой силы достигают только те,
которые возникают из-за сильных землетрясений (более 7 баллов), В
результате землетрясения распространяется несколько волн. Более 80 %
цунами возникают на периферии Тихого океана. При средней глубине океана
около 4000 метров скорость распространения волны получается 200 м/с или
720 км/час. В открытом океане высота волны редко превышает один метр, а
длина волны (расстояние между гребнями) достигает 500—1000 километров,
и поэтому волна не опасна для судоходства. Но при выходе волн на
мелководье, вблизи береговой черты, их скорость и длина уменьшаются, а
высота увеличивается. У берега высота цунами может достигать нескольких
десятков метров. Наиболее высокие волны, до 30—40 метров, образуются у
крутых берегов, в клинообразных бухтах и во всех местах, где может
произойти фокусировка. Районы побережья с закрытыми бухтами являются
менее опасными. Цунами обычно проявляется как серия волн, т.к. волны
длинные, то между приходами волн может проходить более часа. Именно
поэтому не стоит возвращаться на берег после ухода очередной волны, а
стоит выждать несколько часов.
Цунами – достаточно редкое явление, за последние 200 лет их было всего 14,
из них 4 катастрофических. В 1896 году гигантская волна, высотой до 30 м
накрыла побережье Японии, было разрушено 10 000 домов, более 30 000
человек погибло. В 1952 году цунами обрушилось на Камчатку и Курилы.
Вначале море отступило на 500 м, затем образовалась волна 20 м, которая
обрушилась на берег, через 10-15 минут – вторая волна высотой в 10-15 м.
Были разрушены все береговые и портовые постройки ниже 10-метровой
отметки над уровнем моря, погибло более 10 000 человек.
Причины образования цунами
Подводное землетрясение (около 85 % всех цунами). При землетрясении под
водой образуется вертикальная подвижка дна: часть дна опускается, а часть
приподнимается. Поверхность воды приходит в колебательное движение по
вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, — среднему уровню
моря, — и порождает серию волн.
Оползни. Цунами такого типа возникают часто (около 7 % всех цунами). Так
9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя
возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 900 м.
Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты
более 500 м.
Вулканические извержения (около 5 % всех цунами). Крупные подводные
извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных
вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также
заполняет полости от извергнутого материала, в результате чего возникает
длинная волна. Классический пример — цунами, образовавшееся после
извержения Кракатау в 1883 году. Огромные цунами от взрыва вулкана
Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей
сложности 5000 кораблей, погибло 36 тысяч человек.
Человеческая деятельность. В наш век атомной энергии у человека в руках
появилось мощное средство вызывать по своему произволу сотрясения,
раньше доступные лишь природе. В 1946 году США произвели в морской
лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом
20 тыс. тонн. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва
поднялась на высоту 28,6 м.
Падение метеорита может вызвать огромное цунами, так как, имея огромную
скорость падения, данные тела имеют также колоссальную кинетическую
энергию, которая будет передана воде, следствием чего и будет волна. Так,
падение метеорита около 65 млн. лет назад тоже вызвало цунами, отложения
которого найдены на территории штата Техас. Погибли сотни динозавров.
Признаки появления цунами. Внезапный быстрый отход воды от берега на
значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем
выше могут быть волны цунами. Люди, находящиеся на берегу и не знающие
об опасности, могут остаться из любопытства или для сбора рыбы и ракушек:
хоронить их не придется, т.к. они будут унесены далеко в море.
5. Формы рельефа земной поверхности.
Рельеф — (фр. relief, от лат. relevo — поднимаю), совокупность неровностей
суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам,
происхождению, возрасту и истории развития.
Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм.
Рельеф образуется главным образом в результате длительного
одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных и
экзогенных процессов. Основными формами рельефа являются гора,
котловина, хребет, лощина. На крупномасштабных топографических и
спортивных картах рельеф изображают горизонталями, числовыми
отметками и дополнительными условными знаками. На мелкомасштабных
топографических и физических картах рельеф обозначается цветом (зеленый
— равнина, коричневый — горы) и отмытием.
Элементы рельефа:
Поверхности, линии и точки, составляющие формы рельефа. Поверхности
могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми и
сложными. Линии являются пересечением двух поверхностей. Различают
водоразделительную,
водосливную
и
подошвенную
линии.
Водоразделительная – идёт по вершинам и разделяет водослив двух
противоположных склонов. Водосливная линия идёт по дну балок, долин
оврагов и рек. Подошвенная линия ограничивает основания гор и
возвышенностей.
Формы рельефа - отдельные неровности поверхности литосферы:
- выпуклые - положительные формы рельефа
- вогнутые - отрицательные формы рельефа.
Формы рельефа различаются:
- по размерам: планетарные формы, мегарельеф, макрорельеф, мезорельеф,
микрорельеф;
- по происхождению: тектонические, вулканические, водно-эрозионные,
ледниковые, карстовые, эоловые и др.;
+ по возрасту и другим признакам.
Формы рельефа обычно сопряжены между собой и группируются в типы
рельефа, составляющие в совокупности рельеф Земли.
5.1. Равнинный рельеф
Равнины — участки поверхности суши, дна морей и океанов, для которых
характерны: небольшое колебание высот (до 200 м) и незначительный уклон
местности (до 5°). равнины занимают 64 % территории суши. Крупнейшая
равнина мира: Амазонская низменность (свыше 5 млн. км²).
В зависимости от абсолютных высот различают: низменные (до 200 м);
возвышенные (200—500 м); нагорные или высокие (более 500 м) равнины.
По структурному признаку выделяют равнины платформенных и горных
областей.
По преобладающим внешним процессам можно выделить: денудационные и
аккумулятивные равнины. Денудационные образованы в результате
разрушения возвышенных форм рельефа. Аккумулятивные образовались
путём накопления осадочных отложений.
5.2. Горный рельеф
Горный рельеф – это крупные возвышенности с высотой более 200-300 м. По
высоте горы делят на:
- высокие – это более 2-3 тысяч метров (Карпаты, Кавказ);
- средневысокие – 700-2000 тыс. метров;
- низкие – менее 700 метров.
5.3. Формы рельефа.
Положительные формы рельефа - относительно повышенные участки
поверхности литосферы различной высоты на суше или в пределах морского
дна. К положительным формам рельефа относятся:
1) Гора - поднятые над равнинами и резко расчлененные участки земной
поверхности со значительными перепадами высот (от нескольких десятков
метров до нескольких километров). От прилегающих равнин горы отделены
чётко выраженной линией подошвы склона или предгорьями.
В зависимости от площадей, занимаемых горами, их строения и возраста
выделяют горные пояса, горные системы, горные страны, горные хребты и
поднятия более мелкого ранга. Горы формируются в тектонически активных
областях; по происхождению горы делятся на тектонические, эрозионные,
вулканические.
Горы занимают 64 % Азии, 36 % Северной Америки, 25 % Европы, 22 %
Южной Америки, 17 % Австралии и 3 % Африки. В целом, 24 % земной
поверхности приходится на горы. 10 % всех людей живет на территории гор.
Из гор берет свое начало большинство рек Земли.
Горы делятся на низкие (абсолютная высота 500—1000 м), средне-высокие
(1000—2500 м), высокие (более 2500 м).
2) Горный хребет - хорошо выделенная единая осевая линия, образованная
крупными складками местности (горами) и имеющая значительную
протяжённость, с чётко выраженными гребнями и склонами, обращёнными в
противоположные стороны. Форма, протяжённость и высота горного хребта
зависят от эпохи возникновения и истории развития, а также от
составляющих его пород.
Горный хребет, как правило, образует линию водораздела.
Совокупность горных хребтов образует горную систему.
3) Горный кряж – не высокий горный хребет с пологими склонами и
плоскими вершинами
4) Плоскогорье — обширный участок горного рельефа высотой от 200 м над
уровнем моря и более с преобладанием плоских или слабоволнистых
водораздельных поверхностей.
Плоскогорья образовываются горизонтально залегающими слоями горных
пород-пластов в условиях платформенного тектонического режима,
испытывая общее поднятие и значительное эрозионное расчленение.
Наиболее крупные плоскогорья — Среднесибирское (Россия), Анатолийское
(Турция).
Одним из самых больших и высоких плоскогорий является также Тибетское
плоскогорье, которое получило название «крыша мира». Тибетское
плоскогорье занимает площадь 2,5 млн км² и находится на высоте 5000 м над
уровнем моря.
5) Плато (фр. plateau, от plat — «плоский») — возвышенная равнина с
ровной или волнистой слабо расчленённой поверхностью, ограниченная
отчётливыми уступами от соседних равнинных пространств.
6) Холм - небольшая возвышенность, в плане округлой или овальной формы,
с пологими склонами и слабо выраженным подножием. Относительная
высота до 200 м. На холмах часто строились города, поэтому многие из них
имеют свои названия (например, Капитолий, Целий).
7) Курган – искусственный холм менее 50 метров
8) Бугор – изолированная возвышенность с плоской вершиной и крутизной
склонов 10-15 градусов
Отрицательные формы рельефа - относительно пониженные участки
поверхности суши или дна водоемов различной глубины.
1) Котловина - замкнутая впадина. Часто котловина бывает заполнена
водой — образуется озеро. По происхождению котловины бывают
тектонические (прогиб земной коры), ледниковые (понижения между
моренными холмами) и другие.
2) Впадина - более или менее замкнутое понижение земной поверхности
относительно окружающей местности в пределах суши, дна океанов и морей.
3) Долина – вытянутое понижение рельефа, имеющее уклон в одном
направлении. В долине склоны могут быть и крутыми и пологими
4) Балка – вытянутое углубление значительной длинны.
5) Овраг — форма рельефа в виде относительно глубоких и крутосклонных
незадернованных ложбин, образованных временными водотоками.
Овраги возникают на возвышенных равнинах или холмах, сложенных
рыхлыми, легко размываемыми породами, а также на склонах балок. Длина
оврагов от нескольких метров до нескольких километров. Выделяют
молодые (интенсивно развивающиеся) и зрелые овраги.
6) Лощина – небольшое углубление, глубиной не более 5 метров с
пологими склонами.
6. Природные геологические процессы
Геологические процессы - движение геологической среды в
физическом времени, обусловленное:
- взаимодействием геологической среды с другими частями среды обитания
человека (окружающей среды), а также - взаимодействием между элементами
самой геологической среды.
Следствием геологических процессов являются изменения структуры,
состава, состояния и свойств слагающих компонентов геологической среды
горных пород, подземных вод, рельефа.
Различают эндогенные и экзогенные геологические процессы.
6.1. Геологическая деятельность ветра.
Выветривание - процесс механического разрушения и химического
изменения горных пород и минералов на земной поверхности и в самых
верхних частях земной коры под воздействием:
- различных атмосферных агентов: атмосферных осадков, ветра, колебаний
температуры воздуха, воздействия на породы атмосферного кислорода и др.;
- грунтовых и поверхностных вод;
- жизнедеятельности растительных и животных организмов и продуктов их
разложения.
Само выветривание не создает форм рельефа, но очень важно для
подготовки горных пород к переносу водой, ветром, льдом и т.д.
Различают физическое и химическое выветривания, а также биологическое
выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому
воздействию организмов на горные породы.
1) Физическое выветривание - процесс разрушения горных пород на обломки
разной величины в результате их растрескивания при изменении объема,
главным образом вследствие резких колебаний температуры и периодической
смены увлажнения.
Обычно физическое выветривание происходит без изменения химического и
минералогического состава породы; наиболее интенсивно протекает в
пустынях.
2) Химическое выветривание - процесс разрушения горных пород и
минералов под воздействием кислорода, углекислоты, солей, кислот, щелочей
и других веществ, содержащихся в воздухе, водах, почвах, горных породах, а
также вследствие химического воздействия организмов. При химическом
выветривании меняется химический состав горных пород, образуются новые
соединения. Наиболее благоприятными условиями для химического
выветривания являются условия влажного теплого климата.
3) Биологическое выветривание – разрушение горных пород под действием
живых организмов, бактерий и корней растений. Например мхи и лишайники
съедают за одно столетие примерно 1 см толщины валунов и камней. Корни
растений обладают большой силой и попадая под фундамент легко
разрушают его.
6.2. Геологическая деятельность водных потоков.
На поверхность материков постоянно выпадают осадки в виде дождя и
снега ≈ 112 тыс. км3 в год. Вода, растекаясь по поверхности разрушает
горные породы, переносит и откладывает продукты разрушения. Они могут
быть глинистыми, пылеватыми, песчаными и даже крупными обломками. У
подошв гор образуется делювий, а в долинах – пролювий. Пролювий –
комплекс рыхлых пород с прослойками песка и ила.
Ручьи размывают отдельные элементы рельефа и образуют овраги.
Овраги имеют устье, ложе и вершины. Активные овраги не имеют
растительности по склонам, пассивные – имеют небольшую глубину, по
склонам – заросли кустарника, терновника, дикой вишни.
Овраги имеют глубину от 2-х до 50-ти метров и длину до 5 км.
Селевой поток - поток с очень большой концентрацией минеральных
частиц, камней и обломков горных пород (до 50—60 % объема потока),
внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек и сухих логов и
вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов.
Сель — нечто среднее между жидкой и твердой массой. Это явление
кратковременное (обычно оно длится 1—3 ч), характерное для малых
водотоков длиной до 25—30 км и с площадью водосбора до 50—100 км2.
Существуют классификации селей по высотному положению,
геоморфологическому строению бассейнов, по причинам, вызывающим сели,
по степени насыщенности наносами и их фракционному составу. Различают:
грязевые, грязекаменые и водокаменные сели. Сели могут производить
огромные разрушения. Борьба с селями ведется преимущественно путём
закрепления почвенного и растительного покрова, строительства
специальных гидротехнических сооружений.
Для борьбы с селями проводят профилактические меры и
строительство инженерных сооружений. Применение тех или иных способов
борьбы определяют зонами селевого бассейна. Профилактические меры
принимают для предупреждения появления селя или ослабления его
действия ещё в самом начале процесса. Наиболее радикальным средством
является лесонасаждение на селеопасных горных склонах. Лес регулирует
сток, уменьшает массу воды, рассекает потоки на отдельные ослабленные
струи. В зоне водосбора нельзя вырубать лес и нарушать дерновый покров.
Здесь же целесообразно повышать устойчивость склонов террасированием,
перехватывать и отводить воду нагорными канавами, земляными валами. В
руслах селей наибольший эффект дают запруды. Эти сооружения из камня и
бетона, установленные поперек русла, задерживают сель и отбирают у него
часть твердого материала. Полузапруды отжимают поток к берегу, который
менее подвержен разрыву. Селеулавливатели применяют в виде котлованов и
бассейнов, закладываемых на пути движения потоков; строят
берегоукрепительные подпорные стенки, препятствующие размыву берегов
русла и защищающие здания от ударной силы селя. Эффективны
направляющие дамбы и селехранилища. Дамбы направляют поток в нужном
направлении и ослабляют его действие. На участках населённых пунктов и
отдельных сооружений, расположенных в зоне отложения пролювия,
устраивают отводные каналы, направляющие дамбы, русло рек забирают в
высокие каменные берега, ограничивающие растекание селевого потока. Для
защиты дорожных сооружений наиболее рациональны селеспуски в виде
железобетонных и каменных лотков, пропускающих сели над сооружениями
или под ними.
Лавина (нем. Lawine, от позднелатинского
labina — оползень) — масса снега, падающая
или соскальзывающая со склонов гор.
Наиболее благоприятны для лавинообразования
склоны крутизной 25-45°, однако известны сходы
лавин со склонов крутизной 15-18°. На более
крутых склонах снег не может накапливаться в
больших количествах и скатывается небольшими
дозами по мере поступления. Объём снега в лавине может доходить до
нескольких сотен кубических метров. Однако, опасными для жизни могут
быть даже лавины объёмом около 5 м³.
Существуют несколько классификаций лавин, например:



По объёму;
По рельефу лавиносбора и пути лавины (осов, лотковая лавина,
прыгающая лавина);
По консистенции снега (сухая, мокрая).
Скорость движения сухих лавин обычно составляет 20-70 м/с (до 125 м/с)
при плотности снега от 0,02 до 0,3 г/см³. Мокрые лавины движутся со
скоростью 10-20 м/с (до 40 м/с) и имеют плотность 0,3-0,4 г/см³. Сход лавины
из сухого снега
сопровождается образованием воздушной волны,
производящей значительные разрушения.
Снежные лавины, в той или иной степени, распространены во всех
горных районах России
(Кавказ, Военно-Грузинская дорога)
и в
большинстве горных районов мира. В зимний период они являются основной
природной опасностью гор.
6.3. Геологическая деятельность рек.
Реки участвуют в формировании ландшафта. Они смывают почву,
разрушают камни и переносят песок, гальку и булыжники вниз по течению.
Эти водные артерии могут даже менять направление, отрезая изгибы в своем
обычном русле и образуя пресные озера.
Любая река имеет свое начало (исток). Чаще всего это родник — место,
откуда она пробивается тоненькой струйкой из-под камней. Этот ручеек
пополняется дождевой водой, стекающей с близлежащей территории —
бассейна, — и преодолевая многие тысячи километров, полноводной рекой
впадает в море. Течение рек зависит от ландшафта. На разных участках пути
от истока к устью (месту впадения, например, в море) скорость течения не
одинакова.
Многие реки берут свое начало в горной местности, откуда быстрым
потоком стекают вниз. В Норвегии и вдоль андских прибрежных территорий
Южной Америки реки короткие и быстрые. Молодые горные потоки
настолько бурные, что адаптироваться к ним удается лишь немногим водным
растениям и рыбам. Довольно распространенным явлением здесь являются
водопады. Вода там всегда чистая и холодная, а дно реки покрыто галькой.
На этом участке река обычно течет по дну крутых V-образных ущелий и
долин, образуя живописнейшие ландшафты. В средней части река неспешно
течет по равнинной местности, давая приют многим видам растений и рыб.
Ее дно покрыто мелким гравием и тиной. Она становится шире и
полноводней, так как несет в себе воды окрестных ручьев и воды притоков.
Наводнения и эрозия. В своем нижнем течении река еще медленнее. Ее
берега становятся пологими, и если вследствие проливного дождя или таяния
снега значительно поднимается уровень воды, она выходит из берегов и
затапливает узкую прибрежную зону, называемую поймой. На своем пути к
морю реки разрушают камень и прорезают долины. Они передвигают грунт,
камни и другие породы. Проточная вода обладает немалой силой, но несущая
способность у нее незначительная. Камни и мелкие осколки, которые
переносит вода, усиливают ее абразивный (разрушительный) эффект. Сила
проточной воды поднимает все, что лежит на дне реки и ее берегах. Камни в
воде хаотично ударяются о другие камни и о берег. В быстром и
беспорядочном течении большие камни крошатся на мелкие части. Даже
мелкий материал, такой как песок или ил, обладает абразивными свойствами,
подобно используемому в домашних условиях чистящему порошку. Под их
воздействием острые части камней стачиваются, превращаясь с годами в
гладкую гальку.
Мощность реки. Мощность реки в значительной степени зависит от объема
воды и от уклона. Например, маленький горный ручеек иногда превращается
в стремительный поток, способный ворочать огромными валунами, когда
вследствие таяния снега или бури объем воды быстро увеличивается.
Неторопливые равнинные реки иногда становятся быстрыми, когда
вследствие тектонических движений повышается уровень земли, увеличивая
уклон потока. Такие реки формируют новые глубокие долины. Возможно,
самым ярким примером деятельности рек является Большой Каньон на югозападе США. Это огромное ущелье в скале протянулось на 450 км, а
максимальная глубина каньона, вырезанного водами Колорадо, составляет
1,6 км. За миллионы лет уровень поверхности, по которой течет река,
повысился. Так как р. Колорадо прокладывала себе путь через скалы, земля
поднималась, а русло становилось все глубже и глубже. Ученые считают, что
за все это время реке пришлось прорезать почти 3 км горной породы на
своем пути, причем 1,4 км верхнего ее слоя были полностью смыты с плато.
Перенос материалов. Размер кусков породы, переносимых водой, зависит
от скорости течения. При скорости в 30 км/ч река может передвигать даже
огромные валуны, которые перекатываются по дну. Вода, текущая со
скоростью 10 км/ч, двигает гальку. При скорости в 0,5 км/ч река может
переносить только песок и ил. Жидкие, т. е. растворенные в воде, материалы
также перенося течением реки. Вода способна растворять породу, особенно
такую мягкую и податливую, как известняк.
Когда река достигает равнинной местности, силы потока не всегда хватает
для дальнейшей транспортировки собранной породы. Поэтому она
постепенно откладывает свою "ношу" на дно. Большие камни оседают
быстрее, мелкие ложатся на дно позже.
Ветвление. Отложения равнинной реки образовывают отмели, в свою
очередь формирующие сеть мелких, перемещающихся рукавов. Этот процесс
называется ветвлением. Очень много разветвляющихся рек в районе Великих
равнин в Северной Америке.
Еще одна форма отложений наблюдается, когда река с горной местности
стекает на равнину. Она может разлиться и расположить осадки в форме
веера. Такого рода отложения называются конусами выноса.
Затапливая окрестные земли, река обычно наслаивает пласты вблизи своих
берегов. В результате выстраиваются берега, превышающие уровень
равнины. Такие берега называют естественными прирусловыми валами.
Очень часто уровень реки, протекающей между такими валами, находится
заметно выше уровня равнины.
Ил и дельта. Сотни лет назад, до строительства высотной Асуанской
плотины в Египте, Нил ежегодно затапливал пойменные пахотные земли
вдоль своих берегов, оставляя слой плодородного ила. Не зря древние
египтяне поклонялись Нилу как божеству-кормильцу. Принесенный Нилом
ил достигал морского побережья. Там он накапливался, создавая дельту —
равнинную местность, где река разливалась по нескольким каналам. От
формы дельты Нила, напоминающей греческую большую букву (дельту), и
пошло название такого образования. Сегодня большая часть намытого Нилом
ила скапливается на дне озера Насер за Асуанской плотиной. В результате
этого береговая линия дельты Нила постепенно отступает.
Старицы. С внешней стороны меандра река размывает берег, а на
внутреннюю намывает песчаные и гравиевые осадки. Материал на внешней
стенке сдвигается вниз по течению, и со временем меандры перемещаются
вниз — блуждают. Они никогда не стоят на месте, а иногда полностью
отрываются от основного русла реки. Во время паводков вода, вышедшая из
берегов, иногда соединяет расположенные рядом изгибы, русло
выпрямляется, а один из изгибов изолируется и превращается в пойменное
озеро — старицу. При тектоническом подъеме местности река углубляет
русло, и меандры становятся врезанными.
Круговорот воды. Реки составляют важную часть процесса, который
географы называют круговоротом воды в природе. Это процесс,
начинающийся с испарения морской воды под воздействием солнечного
тепла и формирования облаков. Потом они возвращают свою влагу земле в
виде осадков. Большая их часть выпадает в море. Остальные попадают на
сушу, но, стекая с возвышенностей или превращаясь в источник, они со
временем возвращаются в море через речную систему.
6.4. Геологическая деятельность морей и океанов.
Водная оболочка Земли покрывает почти 71% ее поверхности (362
млн.км2 ), что в 2,5 раза больше площади суши (149 млн. км2 или 29%), так
что нашу планету можно назвать океанической. Объем вод океанов и морей
оценивается в гигантскую цифру 1,4 млрд.км3 , тогда как вся гидросфера
составляет 1,8 млрд.км3. Распределение акваторий океанов таково, что в
северном полушарии, считающимся материковым, суша занимает 39,3%, а
океаны - 60,7%. В южном, океаническом полушарии, соответственно 19,1% и
80,9%.
Геологическая деятельность океанов и морей осуществляется разными
процессами:
1) абразией (“абрадо” - соскабливать, лат.), разрушением береговых линий
волнами, приливами, течениями;
2)
переносом
разнообразного
материала,
выносимого
реками,
образующимися за счет вулканизма, эоловой (ветровой) деятельности,
разносимого
льдом, а также растворенного вещества;
3) аккумуляция или отложения осадков: биогенных, гидрогенных
(эвапоритов, железо-марганцевых конкреций), обломочных и космогенных ;
4) преобразование осадков в породы или диагенез и переотложения осадков.
6.5. Геологическая деятельность озер и болот.
Озеро — замкнутое углубление суши, в которое стекают и
накапливаются поверхностные и подземные воды. Озёра не являются частью
Мирового Океана. Озёра регулируют сток рек, задерживая в своих
котловинах полые воды и отдавая их в другие периоды. В водах озёр
происходят химические и биологические реакции. Одни элементы переходят
из воды в донные отложения, другие — наоборот. В ряде озёр, главным
образом не имеющих стока, в связи с испарением воды повышается
концентрация солей. Результатом являются существенные изменения
минерализации и солевого состава озёр.
Озёрные котловины по происхождению делятся на тектонические,
ледниковые, речные (старицы), приморские (лагуны и лиманы), провальные
(карстовые, термокарстовые), вулканические (в кратерах потухших
вулканов), завально-запрудные, искусственные (водохранилища, пруды).
Геологическая
деятельность
озер.
Характеризуется
как
разрушительной работой, так и созидательной, т.е. накоплением осадочного
материала.
Абразия берегов осуществляется только волнами и редко течениями.
Естественно, что в крупных озерах с большим водным зеркалом
разрушительное действие волн сильнее. Но если озеро древнее, то береговые
линии уже определились, профиль равновесия достигнут и волны,
накатываясь на неширокие пляжи, только переносят песок и гальку на
небольшие расстояния. Если же озеро молодое, то абразия стремится срезать
берега и достигнуть профиля равновесия. Поэтому озеро как бы расширяет
свои границы. Подобное явление наблюдается в недавно созданных крупных
водохранилищах, в которых волны срезают берега со скоростью 5-7 м в год.
Как правило, озерные берега покрыты растительностью, что уменьшает
волновое воздействие. Осадконакопление в озерах осуществляется как за
счет приноса обломочного материала реками, так и биогенным, а также
хемогенным путями. Реки, впадающие в озера, как и временные водные
потоки, несут с собой различный по размеру материал, который
откладывается у берега, либо разносится по озеру, где взвесь выпадает в
осадок.
Органогенное
осадконакопление
обусловлено
обильной
растительностью на мелководьях, хорошо прогреваемых Солнцем. Берега
покрыты разнотравьем. А под водой растут водоросли. Зимой, после
отмирания растительности она скапливается на дне, образуя слой, богатый
органикой. В поверхностном слое воды развивается фитопланктон, цветение
которого происходит летом. Осенью, когда водоросли, трава и
фитопланктон. Погружаются на дно, там образуется илистый слой,
насыщенный органикой. Т.к. на дне в застойных озерах кислорода почти нет,
то анаэробные бактерии превращают ил в жирную, желеобразую массу –
сапропель, содержащую до 60-65% углерода, которую используют как
удобрение или лечебную грязь. Сапропелевые слои имеют мощность в 5-6
метров, хотя иногда достигают 30 и даже 40 м, как, например, в
Переяславском озере на Русской равнине. Запасы ценного сапропеля
огромны и только в Белоруссии составляют 3,75 млрд. м3, там и происходит
их усиленная добыча.
В некоторых озерах формируются невыдержанные слои известняков –
ракушечников или диатомитов, образующихся из диатомовых водорослей,
имеющих кремневый скелет. Многие озера в наши дни подвергаются
большой антропогенной нагрузке, что изменяет их гидрологический режим,
уменьшает прозрачность вод, резко увеличивается содержание азота и
фосфора. Техногенное влияние на озера заключается в сокращении площадей
водосборов, перераспределении потоков грунтовых вод, использовании
озерных вод как охладителей для электростанций, в том числе АЭС.
Хемогенные отложения особенно характерны для озер аридных зон,
где вода интенсивно испаряется и поэтому происходит выпадение в осадок
поваренной и калийной солей (NaCl), (KCl, MgCl2), соединений бора, серы и
других. В зависимости от наиболее характерных хемогенных осадков озера
подразделяются на сульфатные, хлоридные, боратные. Последние
характерны для Прикаспийской низменности (Баскунчак, Эльтон, Арал).
Болото — участок суши (или ландшафта), характеризующийся
избыточным увлажнением, сточными или проточными водами, но без
постоянного слоя воды на поверхности. Для болота характерно отложение на
поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества,
превращающегося в дальнейшем в торф.
Слой торфа в болотах не менее 30 см, если
меньше, то это просто заболоченные
земли.
Болота чаще встречаются в Северном
полушарии, чаще в лесах. В России
распространены на севере Европейской
части, в Западной Сибири, на Камчатке. Исследования природы болот начал
ещё М. В. Ломоносов, большой вклад внёс советский ботаник В. С.
Доктуровский, создатель руководства по болотоведению.
Болота возникают двумя основными путями: из-за заболачивания
почвы или же из-за зарастания водоёмов. Непременным условием
образования болот является постоянная избыточная влажность. Одна из
причин избыточной увлажнённости и образования болота состоит в
особенностях рельефа — наличие низин, куда стекаются воды осадков и
грунтовые воды; на равнинных территориях отсутствие стока тоже ведет к
застою воды и образованию болота; кроме того к образованию болота
приводит зарастание водоёма. Причиной застоя воды близ поверхности
могут быть свойства самой почвы и подстилающих её пород: плотные,
непроницаемые для воды субстраты (глины), водоупорные слои известняков
и т. д. Наконец, большую роль в образовании болот играет климат: в странах,
где выпадает большое количество осадков, воздух влажен, а испарение идёт
медленно, заболоченность развита сильнее.
Постоянное
избыточное
увлажнение
обуславливает
многие
особенности среды, в которой растут растения. Это недостаточность
кислорода, более низкая, чем на окружающей территории температура,
сниженная активность микроорганизмов — все эти условия приводят к
образованию торфа.
6.5. Геологическая деятельность ледников.
Ледник —
масса
льда,
преимущественно
атмосферного
происхождения, испытывающая вязко-пластическое течение под действием
силы тяжести и принявшая форму потока. Образуются ледники в результате
накопления и последующего преобразования твёрдых атмосферных осадков
(снега) при их положительном многолетнем балансе. Современные ледники
покрывают площадь около 11 % суши. В них сосредоточено более 25 млн
км³ льда — почти две трети объёма пресных вод на планете. Ученые
считают, что за последние 600 тысяч лет на территории современной Европы
произошло не менее 20-ти крупных оледенений. Последние льды отступили
от Санкт – Петербурга всего 12 тысяч лет назад, а доходили они до
Днепропетровска.
Общим
условием
образования ледников является
сочетание
низких
температур
воздуха с большим количеством
твёрдых атмосферных осадков, что
имеет место в холодных странах
высоких широт и на вершинах
гор. Однако, чем больше суммы
осадков, тем выше могут быть
температуры воздуха. Так, годовые
суммы твёрдых осадков меняются
от 30-50 мм в Центральной
Антарктиде до 4500 мм на ледниках Патагонии, а средняя летняя
температура от −40 °C в Центральной Антарктиде до +15 °C у концов самых
длинных ледников Средней Азии, Скандинавии, Новой Зеландии, Патагонии.
В зависимости от изменяющихся во времени соотношений
аккумуляции и расхода происходят колебания края ледника. В случае
существенного усиления питания и превышения его над таянием, край
ледника продвигается вперёд — ледник наступает, при обратном
соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся равновесии
питания и расхода край ледника занимает стационарное положение.
Ледники выполняют большую разрушительную, переносную и
созидательную работу. Двигаясь по земной поверхности, они дробят, крошат
встречающиеся на пути обломки скал, истирают, бороздят и полируют
поверхности горных пород, выпахивают рыхлые отложения, оставляя после
себя вытянутые в направлении движения волны выпахивания. Захваченные
ледниками обломки усиливают их разрушительную деятельность.
Обработанные ледниками скалы – это бараньи лбы, а группа бараньих лбов –
это курчавые скалы (Кольский полуостров, Финляндия). Отложения ледника
называются мореной. Среди ледниковых отложений наиболее часто
встречаются моренные глины и суглинки, а также валунные суглинки с
крупными обломками. Морены не слоисты, залегают в виде карманов, валов,
холмов и др. Мощность морен четвертичного определения 2 - 35 м., более
ранних - до 180 м.
6.6. Методы борьбы с природными стихийными
бедствиями.
За много веков человечество выработало достаточно стройную
систему мер защиты от стихийных бедствий, осуществление которой в
различных районах мира могло бы значительно снизить число человеческих
жертв и величину материального ущерба. Но до сегодняшнего дня мы, к
сожалению, можем говорить только об отдельных примерах успешного
противостояния стихиям. Тем не менее, целесообразно еще раз перечислить
главные принципы защиты от стихийных бедствий и компенсации их
последствий. Прежде всего, следует запретить жилищное строительство в
потенциально опасных районах страны (опасность вулканической
деятельности, землетрясений, оползней, цунами и т.д.). В тех районах,
которые уже заселены, необходимо четкое и своевременное прогнозирование
времени, места и интенсивности возможного стихийного бедствия. Это дает
возможность своевременно оповестить население об ожидаемом ударе
стихии. Правильно понятое предупреждение позволяет людям подготовиться
к опасному явлению путем либо временной эвакуации, либо строительства
защитных инженерных сооружений, либо укрепления собственных домов,
помещений для скота и т.д. Должен быть учтен опыт прошлого, и его
тяжелые уроки должны быть доведены до сведения населения с
разъяснением, что подобное бедствие может повториться. В некоторых
странах государство скупает земли в ареалах возможных стихийных бедствий
и организует субсидируемые переезды из опасных зон.
7. Подземные воды
Подземные воды — воды, находящиеся в толще горных пород верхней части
земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.
Классификация.
По условиям залегания подземные воды
подразделяются на почвенные, верховодку, грунтовые, межпластовые.
По степени минерализации подземные воды делятся на:
- пресные: до 1 г/л;
- солоноватые: 1-10 г/л;
- соленые: от 10 до 35-50 г/л; и
- рассолы: более 35-50 г/л.
По температуре подземные воды делятся на:
- переохлажденные: ниже 0 град.С;
- холодные: 0-20 град.С; и
- термальные: выше 20 град.С.
В зависимости от качества подземные воды делятся на питьевые и
технические.
Запасы подземных вод. Подземные воды — часть водных ресурсов
Земли; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн км³.
Подземные воды рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от
других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в
процессе эксплуатации.
Происхождение подземных вод. Подземные воды имеют разное
происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых
и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,52,0 м, которые образуют грунтовые воды, т.е. так называемая верховодка);
другие занимают более глубокие полости в земле.
7.1. Физические и химические свойства воды.
Вода — оксид водорода — одно из наиболее распространенных и
важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше
поверхности суши. Чистой воды в природе нет, — она всегда содержит
примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода
называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и
88,81 % кислорода.
Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую
плотность она имеет при 0°С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности
жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0°
С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту
и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель.
Молекула воды имеет угловую форму, атомы водорода по отношению к
кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь:
та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а та
часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности
молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
Под свойствами воды понимают совокупность биохимических,
органолептических, физико-химических, физических, химических и других
свойств воды. Многие свойства воды аномальны, это вызвано особенностями
строения молекулы воды. Вода (Н2О)– это окись водорода, она является
наиболее важным и распространенным веществом, в природе не существует
чистой воды, в ней обязательно содержатся какие-либо примеси, чистая вода
не имеет вкуса и запаха, прозрачна, ее получают в процессе перегонки, после
этого она называется дистиллированная.
При переходе воды из твердого состояния в жидкое ее плотность не
уменьшается, а возрастает, также плотность воды увеличивается при ее
нагреве от 0 до 4°С, максимальную плотность вода имеет при 4°С, и только
при последующем ее нагревании плотность уменьшается.
Еще одним свойством воды является то, что она обладает высокой
теплоемкостью (4,1868 кДж/кг), это объясняет, почему в ночное время и при
переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или во время
перехода от зимы к лету так же медленно нагревается, благодаря этому
свойству вода является регулятором температуре на Земле.
Физические свойства воды аномальны, вода является единственным
веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном
состояниях.
7.2. Верховодка и грунтовые воды.
Верховодка - временное скопление подземных вод в поверхностном слое
водоносных отложений в пределах зоны аэрации, лежащих на линзовидном,
выклинивающемся водоупоре.
Это безнапорные подземные воды,
залегающие наиболее близко к земной поверхности и не имеющие
сплошного распространения. Образуются за счёт инфильтрации
атмосферных и поверхностных вод, задержанных непроницаемыми или
слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и линзами, а также в
результате конденсации водяных паров в горных породах. Характеризуются
сезонностью существования: в засушливое время они нередко исчезают, а в
периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь. Подвержены
резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий
(количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и др.). К
верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных
образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка
возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов
и др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание
местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений.
Грунтовые воды - подземные воды первого от поверхности Земли
постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт
инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр,
водохранилищ, оросительных каналов; местами запасы грунтовых вод
пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например,
водами артезианских бассейнов), а также за счёт конденсации водяных
паров.
Сверху
грунтовые
воды
обычно
не
перекрываются
водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не
на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является
свободной, ненапорной.
Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают
зональность их географического распределения, которая тесно связана с
зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных,
лесостепных и степных районах распространены пресные (или
слабоминерализованные) грунтовые воды; в пределах сухих степей,
полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные грунтовые воды,
среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках.
Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в
аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных
областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и
закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах).
В низинах, оврагах, долинах и др. отрицательных участках рельефа
ниже уровня грунтовых вод происходит их истечение на поверхность в виде
родников. Они в значительной степени питают собой пруды, озёра и реки.
Межпластовые воды - не залегают в непосредственной близости от
поверхности, а перекрыты "водоупором" (слоем глинистого грунта) большей
или меньшей мощности. В связи с этим описанные выше недостатки
верховодки у них отсутствуют. Водообильность связанных с межпластовыми
водами источников и химический состав вод, расположенных в них,
сравнительно постоянны.
7.3. Факторы, влияющие на уровень залегания
грунтовых вод.
1) метеорологические: количество выпадающих осадков, температура,
скорость испарения воды и атмосферное давление. Максимальный уровень
грунтовых вод наблюдается в период таяния снега и в период затяжных
дождей. В средней полосе России уровень грунтовых вод колеблется на ±1.5
метра
2) гидрологические: влияние уровня воды в расположенных по близости
водоёмах. В период паводков наблюдается повышение уровня грунтовых вод
в зоне до 1 км от рек и озёр.
3) строительная деятельность человека: водохранилища, пруды,
оросительные каналы интенсивно поднимают уровень грунтовых вод.
8. Инженерно-геологические исследования для
промышленного и гражданского строительства.
Инженерные изыскания, инженерно-геологические и инженерно геодезические изыскания являются неотъемлемой частью строительных
работ вне зависимости от размеров и значимости объекта строительства и
выполняются на ранних стадиях проектирования. Результаты этой работы
являются одним из основополагающих факторов, влияющих на выбор того
или иного проектного решения.
Данные, полученные в ходе инженерных изысканий, входят в обязательный
состав проектной документации, необходимой для получения разрешения на
строительство.
Геологические изыскания имеют своей целью изучение
геологических особенностей участка будущего строительства и физикохимических свойств грунта с участка. Геологические исследования дают
первоначальную информацию об особенностях места застройки, полученная
информация крайне важна для проектирования строительных работ, а также
для обеспечения безопасности эксплуатации будущего здания или
сооружения.
Если говорить более конкретно, то геологические изыскания
направлены на изучение состава и свойств поверхностных пластов земной
коры и возможное влияние деятельности человека на геологические
процессы на данном участке. Данные исследований позволяют судить о
технической возможности строительства данного объекта, выбор
оптимального пространственного расположения и компоновки сооружений и
зданий.
Геологические изыскания состоят из множества этапов работ
различного рода, которые служат для сбора и обработки информации, чтобы
отразить геологическую картину участка застройки наиболее полно. В
частности, осуществляется бурение отверстий для взятия проб грунта и
лабораторные исследования этих проб, проводится зондирование
статическое и динамическое для определения показателей прочности и
деформации почвы. Немаловажными являются исследования водоносных
горизонтов и особенностей химического состава подземных вод. По
результатам, полученным в ходе геологических изысканий, составляется
подробный технический отчет, который и служит ориентиром для многих
параметров проектирования. Инженерная геология важна и с точки зрения
оценки рисков, связанных с возведением объектов и сооружений, как-то
оползни, эрозии почв, негативное воздействие подземных вод и т.д.
2. ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Почвоведение - наука о почве; изучает ее происхождение, развитие,
строение, состав, свойства почв, их географическое распространение и
рациональное использование. Изучение почв началось в конце 18 века. К
середине 19 века появилось агро-геологическое направление почвоведения,
рассматривающее почву как геологическое образование. Генетическое
почвоведение, установившее понятие о почве как о естественноисторическом теле, обладающем свойствами живой и неживой природы,
создано в России в конце 19 века В. В. Докучаевым. Агрономическое
направление почвоведения (взаимоотношение почвы и растительности,
почвенное плодородие) развил П. А. Костычев, географическое
(сравнительный анализ почвенного профиля в связи с почвообразованием) —
Н. М. Сибирцев, К. Д. Глинка и др. Основы коллоидной химии почв
разработал в начале 20 века К.К. Гедройц.
Почва – это особое природное образование, сформировавшееся в
результате преобразований горных пород под воздействием живых и
отмерших организмов (растительных, животных и микроорганизмов),
солнечного тепла и атмосферных осадков, т. е. в результате
почвообразовательного процесса. В результате непрерывного взаимодействия
этих факторов образуется плодородный слой почвы. Почва занимает
уникальное положение в природном мире, так как имеет общие свойства и с
живой и с неживой природой.
Почва является результатом преобразования поверхностных слоев литосферы
совместным воздействием воды, воздуха и организмов.
Плодородие почвы – способность почвы обеспечивать потребности
растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы
достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физикохимической средой для нормальной деятельности.
Различают потенциальное (естественное) и эффективное (приобретенное
под влиянием обработки, удобрений, мелиорации и т.п.) плодородие почвы.
Земля – это поверхность суши, природный ресурс, характеризующийся
пространством, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами,
водами, а также объект социально-экономических отношений, являющийся
главным средством производства в сельском хозяйстве и пространственным
базисом размещения и развития всех отраслей народного хозяйства.
2.1.Почвообразовательные процессы
Почвообразовательный процесс - это переход бесплодной горной породы
в новое качественное состояние - плодородную почву под влиянием факторов
внешней среды.
Этот переход происходит под влиянием внешней среды в 3 этапа:
1. Вначале скальные горные породы в результате физического и химического
выветривания переходят из массивного состояния в раздробленное. При этом
породы приобретают рыхлость, пористость, водо- и воздухопроницаемость,
влагоемкость. Из-за образования большого количества мелких частиц
увеличивается
их
общая
поверхность,
усиливается
химическое
выветривание, в результате образуются новые, в том числе и растворимые в
воде, соединения. Так возникает рыхлая порода, но одни процессы
физического и химического выветривания не создают почву из горной
породы, они подготавливают ее к началу почвообразования.
2. На породах поселяются высшие зеленые растения, бактерии и
микроорганизмы. Корни растений пронизывают большие объемы пород и
извлекают из них элементы зольного питания: фосфор, калий, кальций,
магний, серу, железо и др. Причем корни извлекают химические элементы не
в тех соотношениях, в которых они содержатся в породе и почве, а в тех, в
которых они требуются растениям. Листья растений поглощают из воздуха
диоксид углерода, который в процессе фотосинтеза соединяется с водой,
образуя углеводы. Таким образом, растения синтезируют органическое
вещество из диоксида углерода, воды, зольных элементов и азота. Азот
появляется в породе в результате биохимической деятельности
микроорганизмов, фиксирующих этот элемент из атмосферного воздуха.
3. Растения отмирают, но их органические остатки, – опад и корешки
накапливаются в верхних слоях земной поверхности и служат источником
питания и энергии для микроорганизмов. Часть растительных остатков
превращается в новые органические вещества и накапливается в виде гумуса
в верхнем слое, другая часть минерализуется и становится доступной для
новых поколений растений.
Великий русский ученый, основоположник почвоведения В.В. Докучаев
доказал, что почва формируется под влиянием следующих факторов:
климата, почвообразующих пород, типов растительности и возраста
местности.
Климат.
В различных природных условиях климат (многолетний
режим погоды) подчиняется закону зональности. Он зависит от
географической широты, высоты над уровнем моря, форм рельефа и
удаленности от морей и океанов. Сильнее всего на почвообразование влияют:
температура, атмосферные осадки и ветер.
Большое значение имеет характеристика климата по температурным
показателям и условиям увлажнения. Выделение групп климатов основано на
показателях суммы температур выше 10 °C за вегетационный период:
Группы климатов
Σ t ºC > 10 °C
Кол-во теплых дней
Холодные (полярные)
<600 ч
60 – 70 Мурманск
Холодно-умеренные
600 - 2000 ч
110 – 120 Вологда
Тепло-умеренные
2000 – 3800 ч
170 – 180 Москва
Теплые (субтропические)
3800 – 8000 ч
280 – 300 Абхазия
Жаркие (тропические)
>8000 ч
365 Гвинея
По условиям увлажнения выделяют 6 групп климатов, их различают по
гидротермическому коэффициенту – это отношение количества выпавших
осадков к испаряемости с открытой водной поверхности:
Группа климатов
Гидротермический коэффициент, ρ
Очень влажные
>1,33 (Гвинея, Бразилия)
Влажные
1,33÷1,00 (Индия, Вьетнам)
Полувлажные
1,00÷0,55 (Москва)
Полусухие
0,55÷0,33 (Таганрог)
Сухие
0,33÷0,12 (Казахстан)
Очень сухие
<0,12 (Сахара)
Климат оказывает прямое и косвенное влияние на почву. Прямое: осадки
размывают почву, солнце нагревает или охлаждает почву. Косвенное: через
растительный и животный мир. Ведущая роль в почвообразовании и
формировании плодородия почв принадлежит трем группам организмов –
зеленым растениям, микроорганизмам и животным. Каждая из этих групп
организмов выполняет свою роль, но только при их совместной деятельности
материнская горная порода превращается в почву.
Зеленые растения синтезируют органическое вещество. После
завершения жизненного цикла растений часть биомассы в виде корневых
остатков и наземного опада ежегодно возвращается в почву. В верхних
горизонтах накапливаются элементы питания, образуются и разрушаются
органические вещества. Таким образом, вместе с биомассой в почвах
аккумулируется и солнечная энергия.
Биологический круговорот веществ в природе.
Тип
Общая
Биомасса
растительности биомасса (т/га) корней (т/га)
Прирост за
1 год (т/га)
Ежегодный
опад (т/га)
Тундра
50
30
10
10
Южная тайга
3000
735
85
55
Дубравы
4000
900
90
65
Луговые степи
250
170
137
137
Сухие степи
100
85
42
42
Пустыни
полупустыни
45
38
12
12
Распределение
растительности
подчиняется
закону широтной
зональности. В каждой природной зоне продуктивность растительных
сообществ зависит от климатических и почвенных условий. В лесах общая
биомасса наибольшая, однако, ежегодный прирост в них значительно
меньше, чем в луговых степях. Ежегодный опад в лесах, особенно хвойных,
составляет незначительную часть, что является причиной низкого
плодородия лесных почв. В травянистых сообществах луговых степей
ежегодный прирост больше, чем в лесах, и почти вся биомасса ежегодно
возвращается в почву, формируя мощный гумусовый горизонт и создавая
высокое плодородие. Таким образом, от типа растительности и
интенсивности биологического круговорота зависят почвообразовательный
процесс и свойства почв.
В почве и на ее поверхности находится огромное количество
микроорганизмов: бактерий, грибов, а также водорослей и лишайников. В
верхних слоях их количество колеблется от миллионов до миллиардов в 1 г
почвы, а общая масса составляет 3….8 т/га. Наименьшее содержание
микроорганизмов характерно для почв тундры и северной тайги, а
наибольшее – для черноземных и сероземных почв.
Бактерии – наиболее распространенные в почве микроорганизмы.
Больше всего их в верхних горизонтах, особенно в пахотном слое, где
создаются лучшие условия аэрации. По потребности в свободном кислороде
воздуха бактерии делятся на аэробные, анаэробные и факультативные.
Аэробные бактерии живут при наличии кислорода воздуха, анаэробные – без
доступа воздуха, а факультативные – как в присутствии воздуха, так и без
него.
Кроме того, бактерии по способу добывания энергии делятся на
фотосинтезирующие
и хемосинтезирующие.
К фотосинтезирующим
относятся цветные, зеленые и пурпурные бактерии. Для превращения
углерода СО2 в органические соединения своего тела они используют
солнечную энергию (фотосинтез). К хемосинтезирующим относятся
нитрифицирующие бактерии, серобактерии и железобактерии.
Грибы – это гетеротрофные, не содержащие хлорофилла растения,
питающиеся остатками растений и животных. Их можно считать
«всеядными»,
азот они усваивают из минеральных и органических
соединений. Углерод грибы потребляют из крахмала, пектина, клетчатки,
лигнина и даже амидов. Им необходимы также минеральные вещества
(фосфор, калий, магний, сера, железо, марганец и др.).
Многие виды грибов выполняют важную функцию по снабжению
растений питательными веществами. У некоторых древесных пород (дуб,
береза, осина, сосна и др.) окончания корней окутаны грибной микоризой,
которая выполняет функцию всасывающего аппарата.
Грибы принимают активное участие в почвообразовательном процессе, в
разложении грубых остатков, поступающих в почву, и в образовании гумуса.
Актиномицеты широко распространены в почве, воде, навозе и других
средах. В 1 г почвы их число может достигать 15..36 млн, а масса в пересчете
на 1 га – 500..700 кг. Они разлагают клетчатку, лигнин и активно участвуют в
образовании гумуса.
Водоросли – автотрофные фотосинтезирующие микроорганизмы,
распространенные преимущественно на поверхности почвы. В их клетках
содержится хлорофилл, с помощью которого происходит фотосинтез образование СО2 и воды органического вещества.
Лишайники состоят из гриба и водорослей, находящихся в
симбиотическом сожительстве. Гриб обеспечивает водоросли водой и
минеральными элементами питания, а водоросли синтезируют углеводы,
которые потребляет гриб.
Почва – среда обитания многих
беспозвоночных и позвоночных животных.
представителей
простейших,
Простейшие – это микроскопические одноклеточные организмы, к
которым относятся жгутиковые, амёбы, корненожки и инфузории. Они
питаются бактериями, водорослями и более мелкими видами простейших.
Большинство простейших живут в поверхностном 15-сантиметровом слое в
аэробных условиях и участвуют в разложении органических веществ.
Беспозвоночные животные (дождевые черви, членистоногие – клещи,
ногохвостки и т.д.) принимают активное участие в почвообразовании.
Дождевые черви улучшают физические свойства почвы: проделывают
многочисленные ходы, повышают пористость, аэрацию и водопроницаемость
почвы. Они также улучшают химические свойства почвы, снижают ее
кислотность. Насекомые (жуки, муравьи и др.) разрыхляют почву, улучшают
ее физические свойства, участвуют в переработке растительных остатков и
обогащают почву гумусом.
Позвоночные животные (кроты, суслики, мыши и др.) проделывают в
земле различные ходы, смешивают растительные остатки с породой и почвой.
Растительность, переработанная в пищеварительных органах животных,
попадая в почву, превращается в гумус.
2.2.Строение почвенного профиля.
В результате почвообразовательного процесса почва приобретает ряд
морфологических (внешних) признаков, которыми она отличается от
материнской породы:
- строение почвенного профиля;
- мощность почвы и отдельных ее горизонтов;
- гранулометрический состав;
- окраска и т.д.
Почвенный профиль – это сочетание почвенных горизонтов, связанных
общностью своего происхождения. Горизонты каждого типа почвы
обозначены буквами латинского алфавита.
Выделяют следующие почвенные горизонты:
А – гумусовый – поверхностный горизонт аккумуляции гумуса и
элементов питания, в котором не выражены процессы разрушения и
выщелачивания минеральных веществ;
А1 – гумусово-элювиальный – верхний горизонт, в котором есть признаки
разрушения и выщелачивания минеральных веществ (горизонты А и А1
имеют наиболее темную окраску и наибольшее содержание гумуса);
Апах – пахотный – верхний горизонт пахотных почв, преобразованный в
результате обработки гумусового и части нижележащего горизонта;
А2 – элювиальный – горизонт интенсивного разрушения минеральной
части почвы и вымывания продуктов разрушения. Он располагается под
гумусовым горизонтом, имеет светлую окраску (белесую, палевую); по
происхождению может быть подзолистым в подзолистых и дерновоподзолистых почвах, осолоделым – в солодях;
В – иллювиальный – горизонт, который формируется под элювиальным
или гумусовым горизонтом. В этот горизонт вмываются из вышележащего
горизонта А2 продукты разрушения. В зависимости от вмытых веществ
различают следующие виды иллювиального горизонта:
Вh – иллювиально – гумусовый – горизонт буровато – темного или
кофейного цвета, что обусловлено содержанием железисто – гумусовых
веществ;
Вf – иллювиально – железистый – горизонт вмывания железистых
веществ, придающих ему охристую или коричневую окраску;
Вк – иллювиально – карбонатный – горизонт, часто содержащий рыхлые
скопления карбонатов кальция белой окраски. В черноземных и каштановых
почвах не проявляется вертикальное перемещение веществ, поэтому горизонт
В называется переходным; по интенсивности темной окраски и сложению он
подразделяется на горизонты В1 и В2;
G – глеевый – горизонт, образующийся в условиях постоянного
избыточного увлажнения в болотных почвах. Он имеет сизоватую или
голубоватую окраску, обусловленную присутствием закисных соединений
железа. В заболоченных почвах с временным переувлажнением признаки
глееватости могут появляться в других горизонтах; в этом случае к их
буквенному обозначению добавляют букву «g», например А2g , Bg;
С – материнская порода, представляет собой породу, не измененную
почвообразовательным процессом;
D – подстилающая порода, выделяется в случаях, когда почвенные
горизонты сформировались на одной породе, а ее подстилает порода с
другими свойствами.
Мощность почвы – это толщина всех ее горизонтов от поверхности до
почвообразующей породы. Различные почвы имеют различную мощность –
от 40..50 до 100..150 см. по мощности отдельных горизонтов можно судить о
генезисе и плодородии почв. Чем мощнее гумусовый горизонт, тем
плодороднее почва.
2.3. Органическое вещество почвы.
Почва состоит из минеральных и органических веществ. Основная масса
почвы представлена минеральными веществами почвообразующих пород,
преобразованных в результате процессов выветривания и почвообразования.
Органическая часть составляет лишь несколько процентов всей массы почвы,
но она играет исключительно важную роль в формировании стабильного
плодородия, в питании растений, в создании благоприятных воднофизических свойств почвы.
Первичным и основным источником органических веществ, из которых
образуется гумус, являются отмершие части растений в виде корней и
наземного опада. Меньшее значение имеют остатки червей, насекомых и
позвоночных животных. В пахотных почвах существенное значение для
увеличения запасов гумуса приобретают органические удобрения – навоз,
торф, компосты и др.
Количество и химический состав органических веществ, поступающих в
почву, зависят от типа растительности. Под травянистой растительностью
гумус образуется в основном из мелких корней, масса которых составляет в
степной зоне 8..28 т/га, а в полупустынной и пустынной зонах 3..12 т/га.
Скорость и характер разложения растительных остатков зависят как от
состава, так и от гидротермических условий среды. В остатках растений
содержится в среднем 45% углерода, 6.5% водорода, 1.5% азота и 5% золы.
Химический состав поступающих в почву органических веществ зависит от
типа отмерших организмов.
Углеводы – составляют основную часть органических веществ. Они
служат энергетическим веществом в питании микроорганизмов и относятся к
наиболее быстро разлагаемым органическим соединениям. Несколько
медленнее разлагаются белки, аминокислоты и, наконец, клетчатка и лигнин.
Белки по составу делятся на простые, состоящие только из аминокислот,
и сложные, состоящие из протеинов и других соединений. Растительные
белки подвергаются разложению и новому микробному синтезу вторичных
белков, образующих плазму бактерий.
Лигнин относится к классу ароматических соединений, наиболее
устойчивых против разложения растительных тканей, но он хорошо
гумифицируется и служит важным гумусообразователем.
Липиды составляют большую группу жиров и жироподобных веществ,
нерастворимых в воде. Они служат дополнительным источником энергии для
микроорганизмов.
Дубильные вещества, воски, смолы относятся к весьма устойчивым
соединениям. Дубильные вещества подавляют жизнедеятельность бактерий и
разлагаются только под воздействием грибной микрофлоры.
Вместе
с органическими остатками в почву поступают зольные
элементы: K, Ca, Mg, P, Fe, Al, Mn, Cu, Si, и др. Их название связано с тем,
что при сжигании растений они остаются в золе, а не улетучиваются, как это
происходит с углеродом, водородом, кислородом и азотом.
2.4. Процесс образования гумуса.
Поступающие в почву органические остатки
почвенной микрофлоры подвергаются процессам
гумификации.
под воздействием
минерализации и
Минерализация – окисление органического вещества до конечных
продуктов разложения – СО2, Н2О и простых минеральных солей.
Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических
процессов превращения органических остатков в специфические гумусовые
вещества – гумус.
Гумус – специфическое темноокрашенное
органическое вещество почвы кислотной природы.
высокомолекулярное
Процесс гумусообразования зависит от условий увлажнения, воздушного
и теплового режимов, состава растительных остатков и жизнедеятельности
микроорганизмов.
В состав гумуса входят две группы соединений: органические вещества
индивидуальной природы и специфические органические вещества –
гумусовые.
Органические вещества индивидуальной природы представлены
соединениями, входящими в состав растительных остатков. К ним относятся
белки, аминокислоты, углеводы, жиры, воски, дубильные вещества, лигнин и
другие соединения. На долю этих веществ в почвенном гумусе приходится не
более10..15%. Специфические органические вещества – гумусовые –
составляют 80..90% всей массы почвенного гумуса. В состав гумусовых
веществ входят гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК) и гумин.
Гуминовые кислоты – это темноокрашенные высокомолекулярные
азотосодержащие органические кислоты.
Фульвокислоты
–
это
желтоокрашенные
высокомолекулярные
азотосодержащие органические кислоты.
Гумин – инертная часть почвенного гумуса, находящаяся в прочных
связях с минеральной частью почвы, особенно с глинистыми минералами. В
состав гуминов входят углистые частицы в виде инертных включений, не
участвующие в почвенных процессах.
Запасы гумуса в верхнем горизонте почвы.
Тип почвы
Запасы гумуса (т/га)
Содержание гумуса,
%
Подзолистые
50
2-4
Серые лесные
109
4-6
Черноземы (типичные)
224
8-10
Черноземы (южные)
120
6-8
Темно-каштановые
черноземы
99
3-4
Сероземы
37
1,5-2
К основным мероприятиям, способствующим накоплению гумуса в
почве относится внесение органических удобрений (навоз, компост, торф, а
так же зеленых удобрений измельченной травы; вносят примерно от 30 до 40
т /га). Частое рыхление почвы уменьшает количество гумуса.
2.5. Гранулометрический состав почвы.
Почвообразующие породы и образовавшиеся на них почвы состоят из
частиц (гранул) различного размера. Отдельные частицы называются
механическими элементами. Свойства механических элементов зависят от
их размеров. Близкие по размерам элементарные частицы объединяются во
фракции. Группировка частиц по размерам во фракции называется
классификацией механических элементов. В основе классификации почв и
пород по гранулометрическому составу лежит соотношение частиц
физической глины и физического песка. Эта классификация была предложена
профессором В.Г. Качинским.
Размер частицы, мм
Название механических Группа функций
элементов (фракций)
>3
Камни
3..1
гравий
1÷0,05
Песок крупный
Почвенный скелет
Физический песок
Песок мелкий
0,05 – 0,001
Пыль крупная, средняя, Физическая глина
мелкая
<0,001
ил
В состав почв и пород входят различные фракции механических
элементов в разных количественных соотношениях. Содержание в почве
механических элементов, объединенных во фракции, называется
гранулометрическим (механическим) составом.
Классификация почв по гранулометрическому составу:
Краткое название Содержание глины в %
почвы
Подзолистый тип Степной тип
Солонцы
Песок: рыхлый
0-5
0-5
0-5
5 - 10
5 - 10
5 - 10
Супесь
10 - 20
10 - 20
1015
Суглинок: легкий
20 – 30
20 – 30
15 – 20
средний 30 – 40
30 – 45
20 – 30
40 – 50
45 - 60
30 – 40
50 – 65
60 – 75
40 – 50
средняя
65 – 80
75 – 85
50 – 65
тяжелая
>80
>85
>65
связный
тяжелый
Глина: легкая
2.6. Методы оценки состава почвы.
Для предварительного анализа почвы подходят полевые методы:
Метод раскатывания влажной почвы в шнур.
I.
1)
Образец почвы следует слегка растереть в ступке, увлажнить и размять до
тестообразного состояния.
2)
Взять образец почвы размером с лесной орех и попробовать раскатать его
между ладошками до диаметра 3 мм.
a)
Шнур не образуется – тип почвы – песок
b)
Образует только зачатки шнура – супесь
c)
Шнур дробится – легкий суглинок
d)
Шнур сплошной, но при свертывании в колечко – разламывается –
средний суглинок
e)
Получается кольцо, но с трещинами – тяжелый суглинок
f)
Шнур сплошной – колечко без трещин – глина
II.
Метод анализа почвы в сухом состоянии.
1)
Образец почвы 2 – 3 см3 следует растереть на ладони или между пальцами.
a)
Глинистая почва – комочки очень твердые, трудно растираются в
порошок, при растирании на ладони образуется легкая депрессия, песок не
ощущается.
b)
Тяжело суглинистая почва – то же самое, но ощущается небольшое
количество песка.
c)
Средне - суглинистая почва – комочки более податливые, при
растирании образуется одинаковое количество песка и глины.
d)
Супесчаная почва – комочки легко раздавливаются на ладони, в
основе песок (60 – 70%).
e)
Песчаная почва – комочков нет, ощущается сыпучая песчаная масса
почти полностью из мелкого песка.
III. Метод профессора Филатова.
Позволяет легко и быстро определить в лабораторных условиях примерное
содержание глины и песка и по их соотношению определить тип почвы.
1)
Для определения содержания глины почву растереть в ступке и просеять
через сито с ячейками порядка 1 мм, остатки взвесить – это будет скелет
почвы. Далее 5 мл засыпать в мерный цилиндр – мензурку и добавить 50 мл
воды и раствор CaCl2 .
Содержание глины определить по приросту объема почвы:
2)
Увеличение объема
Содержание глины, %
4
90,7
3,5
79
3
67
2,5
56
2
45
1,5
34
1
22,7
0,5
11,3
Для определения содержания песка берут мензурку и насыпают 10 мл
образца почвы, доливают в нее воду 100 мл, хорошо размешивают
деревянной палочкой и ждут 100 секунд, затем сливают воду.
Опять долить 100 мл воды, размешать, ждать 100 секунд и снова вылить.
Повторять, пока вода не будет чистой, в мензурке останется только песок.
1 мм песка будет соответствовать 10% объему песка в почве.
3)
Содержание пыли оценивается по остаточному признаку. Все это
заносится в таблицу. Например,
Образец
почва
Содержание
скелет
Ул. Вишневая, 5%
17, Мэри П.
почва
глина
песок
пыль
12%
38%
45%
Супесь
легкая
2.7. Физические и физико – механические свойства почв.
К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность
твердой фазы и пористость.
Плотностью почвы, dv называют массу m единицы объема v абсолютно
сухой почвы, взятой в естественном сложении, и выраженную в граммах на
кубический сантиметр: dv=m/v.
Плотность почвы зависит от гранулометрического и минералогического
состава, структуры, содержания гумуса и обработки. После обработки почва
вначале бывает рыхлой, а затем она постепенно уплотняется, и через
некоторое время ее плотность мало изменяется до следующей обработки.
Самую низкую плотность имеют верхние гумусированные и оструктуренные
горизонты. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная
плотность составляет 1,0 … 1,1 г/см3.
От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен в почве,
жизнедеятельность микроорганизмов и развитие корневых систем растений.
Плотности пахотного слоя почвы дают следующую оценку (по Н.А.
Качинскому):
Плотность (г/см3)
оценка
<1,0
Почва
вспушена
или
органическим веществом
1,0 – 1,1
Свежевспаханная почва
1,2 – 1,3
Пашня уплотнена
1,3 – 1,4
Пашня сильно уплотнена
1,4 – 1,8
При вспашке подняты сильно
уплотненные нижние горизонты
богата
Плотность твердой фазы почвы – это масса сухой почвы m в единице
объема твердой фазы почвы без пор vs: d=m/vs.
Пористость (или скважность) почвы – это суммарный объем всех пор
между частицами твердой фазы почвы. Пористость вычисляют по
показателям плотности почвы dv и плотности твердой фазы d и выражают в
процентах к общему объему почвы:
P = (1 – dv/d)100%
Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности,
содержания органического вещества. В пахотных почвах пористость
обусловлена обработкой и приемами окультуривания. При любом рыхлении
почвы пористость увеличивается, а уплотнении уменьшается. Чем
структурнее почва, тем больше общая пористость.
Оценка пористости почв:
Пористость %
>70
65 – 55
55 – 50
<50
40 - 25
Оценка почвы
Сильно
вспушена
и
имеет
избыточную пористость
Оптимальная почва
Удовлетворительная для пахотного
слоя
Неудовлетворительная
почва,
необходимо перепахать
Были подняты нижние горизонты.
Пористость почвы обеспечивает передвижение воды в почве,
водопроницаемость и водоподъемную способность, влагоемкость и
воздухоемкость. По общей пористости можно судить о степени уплотнения
пахотного слоя почвы. От пористости в значительной степени зависит
плодородие почв.
2.8. Физико-механические свойства почвы
К наиболее важным физико-механическим свойствам почвы относятся
пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и
сопротивление при обработке. От этих свойств зависят условия обработки
почвы, работа посевных и уборочных агрегатов.
Пластичность и липкость почвы обусловлены наличием в ней глинистых
частиц и воды.
Пластичность – это способность почвы изменять свою форму под
влиянием внешней силы и сохранять ее после устранения этой силы. Чем
больше в почве илистых частиц, тем яснее выражена ее пластичность.
Наибольшая пластичность характерна для глинистых почв. У песчаных почв
пластичность отсутствует. Пластичность зависит также от состава
поглощенных катионов и содержания гумуса. Так, при значительном
содержании в почве поглощенных катионов натрия ее пластичность
увеличивается, а при насыщении кальцием – уменьшается. С увеличением
содержания гумуса пластичность почвы уменьшается.
Липкость находится в непосредственной связи с пластичностью и
также обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды. Сухие почвы
не обладают липкостью. По мере увлажнения примерно до 80% липкость
повышается, а затем начинает уменьшаться.
Набухание это увеличения объема почвы при увлажнении.
Наибольшую набухаемость имеют глинистые почвы с высоким содержанием
коллоидов, на поверхности которых происходит сорбция влаги. Песчаные
почвы с очень низким содержанием коллоидов совсем не набухают.
Обменные катионы натрия сильно повышают набухаемость почв, поэтому
солонцы отличаются высокой набухаемостью. При значительной
набухаемости разрушается почвенная структура.
Усадка – процесс, обратный набуханию. При высыхании почвы
образуются трещины, разрываются корни растений, повышаются потери
влаги за счет испарения. Чем больше набухаемость почвы, тем сильнее ее
усадка.
Связность почвы – это способность оказывать сопротивление внешнему
усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность выражают в
граммах на квадратный сантиметр. Наибольшую связность в сухом состоянии
имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую – песчаные. При
оструктуривании глинистых и суглинистых почв резко снижается их
связность.
Твердость – способность почвы сопротивляться сжатию и
расклиниванию. Твердость и связность зависят от гранулометрического
состава, содержания гумуса, состава обменных катионов, структурности и
степени увлажнения. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные
кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают
высокой твердостью и связностью. На их обработку требуется меньше
энергозатрат.
Удельное сопротивление – это усилие, которое затрачивается на
подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Оно
характеризуется сопротивлением почвы в килограммах, приходящимся на 1
см2 поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельное
сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется
в пределах 0,2…1,2 кг/см2.
Для улучшения физических и физико-механических свойств почвы
применяют комплекс мероприятий: внесение органических удобрений,
возделывание многолетних трав, посев сидеритов, выбор сроков и приемов
обработки почвы в зависимости от состояния ее влажности. Известкование
кислых почв и гипсование щелочных изменяют состав поглощенных
катионов и улучшают физико-механические свойства. Этому способствует
также мероприятия, снижающие уплотнение почва машинами (минимизация
обработок, глубокое рыхление и др.).
2.9. Водный режим почв.
Вода обеспечивает многие физические и химические процессы в почве, а
также перемещение питательных веществ в пространстве. Процессы
выветривания и почвообразования, формирования генетических горизонтов
почвенного профиля и гумусообразования совершаются под воздействием
почвенной влаги.
Вода – обязательное условие жизни растений и всего живого на Земле.
Она входит в состав живых клеток, является переносчиком питательных
веществ в системе почва – растения и средством защиты растений от
перегрева в процессе транспирации.
Вода в почве может находиться в парообразном, твердом и жидком
состояниях. Парообразная вода содержится в почвенном воздухе. Пары воды
поступают в почву из атмосферы, а также образуются в почве при испарении
жидкой воды и льда. Почвенный воздух обычно насыщен парами воды,
относительная влажность его близка к 100%. С повышением температуры
увеличивается давлении водяного пара и он передвигается от теплых слоев
почвы к более холодным. При конденсации пар превращается в жидкую воду.
Так, в зимнее время в метровом слое почвы засушливых районов
накапливается до 10..14 мм конденсированной влаги.
Твердая вода (лед) растениям недоступна, но она служит источником
жидкой и газообразной воды.
Оптимальное развитие растений и жизнь почвенных микроорганизмов
возможны только при достаточной влагообеспеченности почв. Растения
расходуют воду в больших количествах. Так, на образование 1 т
органического вещества сельскохозяйственной культуры расходуется
200…1000 тонн воды. Количество воды, необходимое растениям для создания
единицы сухого вещества за вегетационный период, называется
транспирационным коэффициентом. Этот показатель зависит от
метеорологических и почвенных условий. В сельскохозяйственной практике
выделяют группы менее требовательных и более требовательных к влаге
растений:
Просо
270..300 Картофель
280..450
Рожь
370..720 Свекла сахарная
300..1500
Ячмень
380..500 Люцерна
510..1100
Пшеница
340..620 Кукуруза
350..380
На воду в почве воздействуют силы тяжести, силы молекулярного
притяжения твердой фазы почвы и силы притяжения между молекулами
воды. Различают следующие формы воды в почве: химически связная,
сорбированная (гигроскопическая, пленочная), свободная (капиллярная,
гравитационная) и грунтовая.
Химически связанная вода входит в структуру минералов, не участвует в
физических процессов и совершенно недоступна растениям.
Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц
силами сорбции и подразделяется на гигроскопическую и пленочную.
Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных частиц слой
толщиной в 2..3 молекулы. Чем выше относительная влажность воздуха и
ниже температура, тем больше воды адсорбируется почвой.
Пленочная вода покрывает частицы почвы пленкой толщиной в
несколько десятков молекул воды и удерживается дополнительными
сорбционными силами.
Свободная вода передвигается в почве под воздействием капиллярных и
гравитационных сил, поэтому ее разделяют на капиллярную и
гравитационную воду.
Капиллярная вода заполняет тонкие поры почвы и передвигается под
влиянием капиллярных (менисковых) сил по различным направлениям.
Гравитационная вода свободно передвигается сверху вниз по крупным
некапиллярным промежуткам под влиянием силы тяжести (гравитации). В
период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода
потребляется растениями. Просачиваясь в нижние горизонты, она пополняет
грунтовые воды.
Грунтовые воды залегают над водоупорным горизонтом и могут быть
источником водного питания растений. Однако при близком залегании они
вызывают в северных районах заболачивание, а в южных – засоление почвы.
К водным свойствам относятся водопроницаемость, влагоемкость,
водоподъемная способность и испаряющая способность.
Водопроницаемость – способность почвы пропускать через себя
определенное количество воды.
С водопроницаемостью связано использование водных ресурсов. При
низкой водопроницаемости часть атмосферных осадков или поливной воды
может непроизводительно стекать по поверхности, вызывая при этом эрозию
почвы. Чрезмерно высокая водопроницаемость песчаных почв также
приводит к потере продуктивной влаги, которая быстро уходит из
корнеобитаемого слоя в более глубокие горизонты. Почвы считаются хорошо
проницаемыми, когда вода в течение первого часа проникает в почву на
глубину до 15 см. Водопроницаемость зависит от гранулометрического
состава, структурности, сложения почв, а также от состава поглощенных
катионов. Наибольшей водопроницаемостью отличаются песчаные и
оструктуренные рыхлые почвы. Водопроницаемость глинистых и
тяжелосуглинистых почв низкая. Средне-водопроницаемые почвы за первый
час пропускают воду на глубину 5..15 см, а слабоводопроницаемые – до 5 см.
Водопроницаемость изменяется под воздействием агротехники. После
оструктуривания тяжелых бесструктурных почв значительно улучшается их
фильтрационная способность.
Влагоемкость – способность почвы удерживать определенное
количество воды. Количество воды, удерживаемое почвой, неодинаково и
зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, состава солей и
поглощения катионов.
Высокая влагоемкость характерна для глинистых почв, богатых
коллоидами, и для почв с высоким содержанием гумуса. Почвы, содержащие
известь, хлориды и нитраты, также имеют высокую влагоемкость. Самая
низкая влагоемкость характерна для песчаных малогумусных почв.
Водоподъемная способность - свойство почвы поднимать воду по
капиллярам. Капиллярные силы начинают вызывать восходящее
передвижение воды в порах размером 1-3 мм, но особенно ярко это выражено
в порах размером 0,1….0,003 мм. Чем тоньше капилляр, тем выше
поднимается вода. Самой высокой способностью поднимать воду по
капиллярам обладают суглинистые почвы (3…6 м). В песчаных почвах поры
крупные, поэтому подъем воды по капиллярам в них не превышает 0,5…0,7
м. В глинистых почвах тонкие капилляры заполнены связанной водой, вода
поднимается по капиллярам на высоту 0,7…1,0 м. скорость капиллярного
подъема зависит от размера пор. По крупным порам вода поднимается
быстрее, но на небольшую высоту. В почвах с тонкими капиллярами скорость
подъема воды уменьшается, а высота подъема возрастает.
Водоподъемная способность зависит от гранулометрического состава,
структурности и сложения почв и пород. Благодаря водоподъемной
способности почв грунтовые воды являются дополнительным источником
снабжения водой. Однако если грунтовые воды засолены, то при подъеме их
к поверхности происходит засоление почв.
Испаряющая способность – еще одно важное свойство почвы.
Восходящий подъем характерен не только для капиллярно-подпертой влаги,
связанной с грунтовой водой, но и для капиллярно-подвешенной. Глинистые
и суглинистые бесструктурные почвы, в которых преобладают капиллярные
поры, теряют много воды на испарение. Структурные почвы теряют
значительно меньше влаги, что связано с разобщенностью капилляров
крупными межагрегатными порами, ослабляющими водоподъемную
способность. Испарение влаги возрастает с увеличением скорости ветра,
сухости воздуха и температуры. Южные склоны теряют больше воды, чем
северные.
2.10. Водный режим почв
Совокупность всех явлений, касающихся поступления влаги в почву, ее
передвижения, удерживания и расхода, называют водным режимом почв.
Количественно его выражают через водный баланс, который характеризует
приход влаги в почву и расход из нее. Основная приходная статья водного
баланса – осадки, дополнительные – грунтовые воды и поверхностный
приток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды
почвой, транспирация (испарение влаги листьями растений), поверхностный
сток и инфильтрация в почвенно-грунтовую толщу.
Типы водного режима почв выделяют по величине приходно-расходных
статей водного баланса. Применительно к различным условиям установлены
различные типы водного режима.
Мерзлотный (застойный) тип распространен в тундре, где многолетняя
мерзлота является водоупором. В этих условиях верхний горизонт почвы в
летний период насыщен водой.
Промывной тип характерен для таежно-лесной зоны, где количество
осадков превышает испаряемость. Почвы и породы ежегодно весной и
осенью промываются водой до грунтовых вод.
Периодически промывной тип распространен в лесостепной зоне, где в
сухие годы осадки увлажняют почвенно-грунтовую толщу, не достигая
грунтовых вод (непромывной режим), а во влажные годы происходит
сквозное промачивание (промывной режим).
Непромывной тип характерен для степной, сухостепной и пустынной
зон, где испаряемость превышает сумму атмосферных осадков. Осадки
распространяются только в верхних горизонтах и не достигают грунтовых
вод. Запасы воды, накопленные к весне за счет осенних осадков и талой воды,
интенсивно испаряются и потребляются растениями. В полупустынной и
пустынной зонах без орошения земледелие невозможно.
Выпотной тип водного режима наблюдается на участках с близким
залеганием грунтовых вод в зоне сухих степей, полупустынь и пустынь, где
испаряемость сильно превышает сумму осадков. При высоком содержании
солей в грунтовых водах с восходящим током воды в почву поступают
легкорастворимые соли и почва засоляется.
Кроме того, выделяют ирригационный тип водного режима в условиях
орошения. Ирригационный тип характеризуется чередованием промывного и
непромывного режимов. При поливе создается промывной тип, который
затем сменяется непромывным. В почве периодически наблюдаются то
нисходящие, то восходящие токи воды.
Регулирование водного режима почв достигается различными
мелиоративными и агротехническими приемами с учетом конкретных
почвенно-климатических условий. Для устранения избыточного увлажнения
болотных почв устраивают открытый или закрытый дренаж. Водный режим
почв с временным избыточным увлажнением можно улучшить с помощью
таких агротехнических приемов, как гребневание, бороздование, а также
путем создания глубокого пахотного слоя. Гребни увеличивают испарение, а
по бороздам происходит сток воды.
В засушливых районах необходимы мероприятия по накоплению влаги и
рациональному ее использованию. Для этого применяют снегозадержание с
помощью стерни, кулисных растений, валов из снега. Для уменьшения
поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое
бороздование, щелевание, полосное размещение культур и применяют другие
приемы. В полупустыне и пустыне основной способ улучшения водного
режима – орошение.
2.11. Воздушный режим почвы.
Для роста и развития культурных растений требуется нормальный
газообмен между почвой и атмосферой. Приток в почву кислорода нужен для
прорастания семян, дыхания корней и микроорганизмов. При недостатке
кислорода, в почве развиваются анаэробные процессы, образуются
токсичные для растений соединения, ухудшаются физические свойства
почвы, снижается доступность питательных веществ для растений.
В почвенном воздухе, по сравнению с атмосферным, меньше кислорода
и больше диоксида углерода. В атмосферном воздухе содержание азота
составляет 78% (по объему), кислорода – 21%, диоксида углерода - 0,03%, а в
почвенном воздухе азота 78..80%, кислорода 5..20%, диоксида углерода
0,1..15%. состав атмосферного воздуха довольно постоянный, а в почвенном
воздухе содержание О2 и СО2 может сильно колебаться. Благоприятные
условия для произрастания растений создаются при содержании кислорода в
почвенном воздухе около 20%.
Высокое содержание СО2 в почве отрицательно действует на
прорастание семян и дыхание корней. Однако диоксид углерода необходим
для фотосинтеза растений.
Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном
адсорбированном и растворенном.
Свободный воздух находится в крупных порах почвы. Эти поры
обеспечивают постоянную аэрацию почвы, наибольшую подвижность и
доступность воздуха. В тонких капиллярах подвижность воздуха падает по
мере уменьшения их диаметра.
Адсорбированный почвенный воздух удерживается поверхностью
твердых частиц почвы. Газы адсорбируются в зависимости от свойств
молекул в такой последовательности: азот < кислород < диоксид углерода <
аммиак. Сухие почвы содержат наибольшее количество адсорбированного
воздуха. При влажности почв выше максимальной гигроскопичности вода
вытесняет поглощенные газы.
Почвы глинистые и суглинистые, богатые органическим веществом,
содержат больше адсорбированного воздуха, чем легкие с низким
содержанием гумуса.
Растворенный почвенный воздух состоит из газов, имеющих различную
растворимость в воде. Хорошо растворяются аммиак, сероводород, диоксид
углерода. Растворимость кислорода небольшая, но он поддерживает
окислительные свойства почвенного раствора.
С увеличением содержания СО2 в почвенном растворе увеличивается
растворимость карбонатов, гипса, фосфатов и других солей.
Содержание и состав почвенного воздуха зависят от воздухоемкости,
воздухопроницаемости и газообмена.
Воздухоемкость – способность почвы содержать определенное
количество воздуха. Содержание воздуха выражают в процентах к объему
почвы. Воздухоемкость зависит от пористости и влажности почвы. Чем
больше пористость, тем выше воздухоемкость. С увеличением влажности
почвы уменьшается воздухоемкость, а при полном насыщении всех пор водой
присутствует только растворенный воздух.
Воздухопроницаемость – способность почвы пропускать через себя
воздух. Она зависит от гранулометрического состава, структуры почвы и
объема пор между агрегатами. Чем больше воздухопроницаемость, тем
лучше газообмен и выше содержание кислорода в почвенном воздухе.
Газообмен почвенного воздуха с атмосферным происходит под
действием ветра, диффузии, изменения температуры и давления, а также в
результате изменения количества влаги в почве при выпадении осадков,
орошении и испарении.
Воздушный режим почв включает все процессы поступления воздуха в
почву, передвижения, изменения состава и газообмена почвенного воздуха с
атмосферным. Улучшают воздушный режим с помощью агротехнических и
мелиоративных мероприятий.
2.12. Тепловой режим
Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи
тепла называется тепловым режимом почвы.
Количество лучистой энергии, поступающей в почву, зависит от
географического положения территории, а также от свойств верхних слоев
почвы – окраски, гранулометрического состава, содержания влаги, структуры
и других физических свойств.
К тепловым свойствам почвы относятся: теплопоглотительная
способность, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность характеризуется показателем альбедо
– количеством солнечной радиации, отраженным поверхностью почвы и
выраженным в процентах к солнечной радиации, достигающей поверхности
почвы. Чем меньше альбедо, тем больше солнечного тепла поглощает почва.
Темные почвы с высоким содержанием гумуса поглощают больше тепла, чем
светлоокрашенные, влажные – больше, чем сухие.
Теплоемкость – свойство почвы поглощать определенное количество
тепла. Она измеряется количеством тепла, необходимого для нагревания 1 см3
или 1г почвы на 1°C. Теплоемкость почвы зависит от минералогического и
гранулометрического состава, содержания гумуса, влажности, пористости и
воздухоемкости. Чем влажнее почва, тем больше тепла требуется для ее
нагревания. Вот почему глинистые и суглинистые почвы, имеющие высокую
влагоемкость, называют холодными. Песчаные почвы теплее глинистых и
суглинистых; у них низкая влагоемкость, а из-за плохой испаряющей
способности они слабее охлаждаются.
Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Измеряется
количеством тепла, которое проходит в 1с через 1 см2 слоя почвы толщиной 1
см. тепло в почве передается через твердые частицы, а также через воду и
воздух. Наименьшей теплопроводностью обладают
воздух и гумус,
несколько лучшей – вода, наибольшей – минеральная часть почвы.
Чем больше в почве гумуса и пор, заполненных воздухом, тем меньше
она проводит тепла, тем дольше удерживается в почве солнечная энергия.
Тепловой режим почв формируется под влиянием потока солнечной
радиации и условий увлажнения. Показателем теплового режима служит
температура почвы. Она зависит от климата, рельефа, свойств почвы,
растительного и снежного покрова.
Различные элементы рельефа получают неодинаковое количество тепла.
Самые теплые – южные склоны, затем следуют западные, восточные, а
наиболее холодные – северные. Растительный покров уменьшает нагревание
почвы в летний период, а в холодное время года способствует накоплению
снега и сохранению тепла. Снежный покров предохраняет почву от
воздействия низких температур воздуха. Под снегом почва промерзает на
небольшую глубину, а в бесснежные зимы промерзание может достигать
0,7..0,9м и более. Снегозадержание способствует не только увеличению
запасов влаги, но и сохранению тепла почвы.
При организации территории хозяйств почвенные контуры объединяют в
однородные массивы. При размещении сельскохозяйственных культур нужно
учитывать тепловые свойства почв, знать, какие почвы теплые, а какие
холодные.
2.12. Структура почв
В
результате
почвообразовательного
процесса
элементарные
обособленные частицы почвы склеиваются в структурные отдельности
(агрегаты, комки) разных формы и размера.
Способность почвы распадаться на агрегаты (комки) называют
структурностью, а совокупность агрегатов различных размера и формы –
почвенной структурой.
Хорошо окультуренная структурная почва при вспашке легко
распадается на комковатые или зернисто-комковатые отдельности.
Бесструктурные почвы представляют собой либо рассыпчатую массу
(песчаные), либо, наоборот, однородно-плотную монолитную массу,
распадающуюся при обработке на крупные глыбы.
Структурные агрегаты создаются под влиянием природных условий и
хозяйственной деятельности человека. Различные типы и разновидности почв
характеризуются
определенной
структурой.
Глыбистая
структура
наблюдается на неокультуренных почвах и всегда играет отрицательную
роль. Глыбы мешают прорастанию семян, быстро высыхают, теряя
продуктивную влагу. Комковатая структура характерна для пахотных и
верхних горизонтов целинных почв. Структурные отдельности неровные,
неправильной формы, округлые с шероховатой поверхностью. Ореховатую
структуру имеют серые лесные почвы. Агрегаты более-менее правильной
формы, поверхность граней сравнительно ровная, ребра острые. Зернистая
структура характерна для черноземов, пойменных и дерново-карбонатных
почв. Форма агрегатов почти правильная, иногда округлая, с шероховатой
поверхностью.
В процессе обработки разрушаются агрономические ценные агрегаты с
образованием порошистой и пылевой структуры. Чем больше пылеватость
почв, тем ниже их плодородие. Такие почвы после дождя образуют корку. В
южных районах почвы с пылеватой структурой подвергаются пылевой
эрозии. Призматическая структура встречается в нижних горизонтах почв
различных типов. Столбчатые агрегаты характерны для иллювиальных
горизонтов солонцов. Во влажном состоянии этот горизонт набухает, а при
высыхании происходит усадка почвы, уплотнение и образование столбчатых
отдельностей, разделенных трещинами. Корни растений на таких почвах
развиты слабо. Пластинчатая и плитчатая структура характерна для
подзолистых почв. Она образуется в местах контакта пахотного слоя и
плужной подошвы. Все виды структуры, делящиеся на горизонтальные
отдельности, имеют отрицательное значение, так как мешают
проникновению воды и корней.
В зависимости от формы и размеров выделяют следующие типы и виды
структуры.
Классификация структурных отдельностей почв.
Форма структуры (род)
Вид структуры
I тип. Кубовидная структура
Грани и ребра выражены плохо
Глыбистая
Крупноглыбистая
Мелкоглыбистая
Комковатая
Крупнокомковатая
Комковатая
Мелкокомковатая
Пылеватая
Грани и ребра выражены хорошо
Ореховатая
Крупноореховатая
Ореховатая
Мелкоореховатая
Зернистая
Крупнозернистая
Зернистая
Мелкозернистая
II тип. Призмовидная структура
Грани и ребра выражены плохо
Столбчатовидная
Крупностолбчатовидная
Столбчатовидная
тонкостолбчатовидная
Грани и ребра выражены хорошо
Призматическая
Крупнопризматическая
Призматическая
Мелкопризматическая
Карандашная
III тип. Плитовидная структура
Плитчатая
Сланцеватая
Плитчатая
Пластинчатая
Листовая
Чешуйчатая
Скорлуповатая
Грубочешуйчатая
мелкочешуйчатая
Размер
агрегатов, мм
>100
100..50
50..30
30..10
10..0,5
<0,5
>10
10..7
7..5
5..3
3..1
1..0,5
>50
50..30
<30
>50
50..30
30..10
<10
>5
5..3
3..1
<1
>3
3..1
<1
2.13. Кислотность и щелочность почв.
Вода в почве представляет собой почвенный раствор, содержащий
минеральные и органические вещества, а также растворенные газы.
Выпадающие атмосферные осадки уже содержат определенное
количество растворенного углекислого газа, N2 и O2. Т.е. в сущности,
почвенный раствор может иметь кислотную или щелочную систему. Состав и
концентрацию почвенных растворов можно в определенной степени
регулировать, используя определенные технические приемы и удобрения.
Всякая почва имеет определенную реакцию, которая может быть
нейтральной, кислотной или щелочной. Реакция почвенного раствора зависит
от соотношения в нем свободных ионов H+ и OH-.
Кислотность. Способность почвы подкислять почвенный раствор
обусловлена наличием в почве кислот, гидролитически кислых солей, а также
поглощенных ионов водорода и алюминия.
Кислотность почвы вызывается ионами водорода. В зависимости от того,
в каком состоянии ионы водорода находятся в почве, кислотность может быть
активной (актуальной) и потенциальной.
Активная (актуальная) кислотность зависит от концентрации свободных
ионов водорода в почвенном растворе. Их источником являются
органические кислоты, образующиеся при разложении растительных
остатков, и угольная кислота, появляющаяся в почве при растворении
диоксида углерода в воде.
Активную кислотность в почве могут обусловливать и некоторые
минеральные гидролитические кислые соли алюминия и железа. Это связано
с тем, что соли слабых оснований и сильных кислот, в водных растворах при
гидролизе расщепляются с образованием кислоты. Например, хлорид
алюминия при взаимодействии с водой (гидролиз) расщепляется с
образованием соляной кислоты, которая создает кислую реакцию раствора:
AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl
Такая реакция может происходить только в почвах, не насыщенных
основаниями. А в почвах, насыщенных основаниями, активной кислотности
нет. Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные
почвы, нейтральную – черноземы, щелочную – каштановые почвы, сероземы
и солонцы.
Для
определения
активной
кислотности
почву
заливают
дистиллированной водой (5 частей воды на 1 часть почвы), взбалтывают,
фильтруют и в полученном растворе с помощью индикатора или pH-метра
определяют рН.
Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и
гидролическую. Она обусловлена содержанием ионов водорода и алюминия,
находящихся в поглощенном состоянии.
Обменная кислотность обусловлена содержанием поглощенных ионов
водорода, которые могут быть вытеснены из ППК раствором нейтральной
соли KCl. При обработке почвы 1н. раствором KCl ионы калия замещают
ионы водорода и занимают их место в ППК. Перешедшие в раствор ионы
водорода соединяются с оставшимися в нем ионами хлора, образуя соляную
кислоту:
[ППК]H+ + KCl = [ППК]K+ + HCl
Появившуюся в почвенном растворе соляную кислоту можно определить
с помощью индикатора или рН-метра.
Гидролитическая кислотность зависит от содержания как обменных, так
и прочносвязанных ионов водорода. Для определения гидролической
кислотности почву обрабатывают раствором гидролитически щелочной соли
– ацетатом натрия (уксуснокислым натрием). Эта соль в водных растворах
гидролитически расщепляется на слабую кислоту и сильное основание,
которое придает раствору щелочную реакцию, обеспечивая при этом более
полное вытеснение поглощенного водорода.
Вначале при взаимодействии ацетата натрия с водой образуется щелочь:
CH3COONa + HOH = CH3COOH + NaOH
Затем натрий щелочи вступает в поглощающий комплекс и вытесняет
поглощенный водород:
[ППК]H+ +NaOH + CH3COOH = [ППК]Na+ + H2O + CH3COOH
Количество образовавшейся уксусной кислоты определяют титрованием
щелочью. Гидролитическую кислотность выражают в миллиграмм эквивалентах (мг-экв) на 100г почвы. Для растений каждого вида существует
оптимальный диапазон кислотности почв:
Культура
Рожь
Пшеница
Овес
Ячмень
Просо
Кукуруза
Рис
Гречиха
рНсол
5,5..5,7
6,0..7,5
5,0..7,5
6,8..7,5
5,5..7,5
6,0..7,0
4,0..7,5
4,7..7,5
Культура
Горох
Капуста
Подсолнечник
Конопля
Свекла сахарная
Картофель
Люпин
Лен
рНсол
6,0..7,0
6,0..7,4
6,0..6,8
7,0..7,5
7,0..7,5
5,0..5,5
4,0..6,0
6,0..6,5
Щелочность. Щелочная реакция обусловлена присутствием в почве
карбонатов. Как и кислотность, щелочность ухудшает свойства почв,
угнетающе действует на растения и микроорганизмы. Различают актуальную
и потенциальную щелочность.
Актуальная щелочность зависит от содержания в почвенном растворе
гидролитически щелочных солей (Na2CO3, NaHCO3 и др.), при диссоциации
которых в почвенном растворе преобладают гидроксил-ионы:
Na2CO3 + 2HOH ↔ H2CO3 + 2Na+ + 2OHПотенциальная щелочность обусловлена поглощенным натрием. При
взаимодействии почвы с угольной кислотой почвенного раствора ион
водорода вытесняет из поглощенного состояния натрий, который, соединяясь
с СО2, образует соду:
[ППК] + H2CO3 ↔ [ППК] + Na2CO3
Сода является наиболее токсичным карбонатом в почве, она создает
сильную щелочность, которую культурные растения переносят хуже, чем
кислотность. Для понижения щелочности проводят гипсование почвы:
[ППК] + CaSO4 ↔ [ППК]Ca + Na2SO4
Дозу гипса рассчитывают по общей щелочности и содержанию
обменного натрия. Актуальная и потенциальная щелочность связаны друг с
другом через процессы ионного обмена.
2.14. Плодородие почвы.
Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребности
растений в элементах питания, воде и обеспечивать корневые системы
воздухом, теплом и другими факторами жизни.
Для нормального роста и развития культурные растения нуждаются в
определенных условиях. Плодородной считается такая почва, которая
содержит достаточное количество доступных для культурных растений
элементов питания, обладает хорошими физическими свойствами, не
содержит вредных веществ и имеет благоприятную для корней растений и
микроорганизмов реакцию почвенного раствора. Культурные растения,
возделываемые на такой почве, в течение всего вегетационного периода не
испытывают недостатка ни в питательных веществах, ни в воде, ни в воздухе.
Свойства и режимы почв, определяющие уровень почвенного
плодородия, можно объединить в четыре группы.
1. Химический состав определяет питательный режим почв и реакцию
среды. От содержания в почве всех необходимых элементов питания и
количества
их
доступных
форм
зависит
обеспеченность
сельскохозяйственных
растений
азотом,
фосфором,
калием,
микроэлементами. Наиболее плодородными являются почвы с высоким
содержанием органических веществ. Гумус – это постоянный источник
плодородия почв. В процессе непрерывного образования и минерализации
гумуса растения получают азот, фосфор, калий, углерод (в виде диоксида
углерода) и другие элементы питания, необходимые для формирования
урожая.
Вредное влияние на растения оказывают водорастворимые соли в
токсичных количествах. От содержания растворимых солей и состава
поглощенных катионов зависит реакция среды. Почвы с высоким
поглощением поглощенного водорода имеют кислую реакцию, а почвы,
насыщенные натрием, - щелочную. И то и другое снижает плодородие почвы,
поэтому нужно проводить соответствующие мероприятия, чтобы
поглощающий комплекс был насыщен преимущественно кальцием.
2. К физическим свойствам, повышающим плодородие почв, относятся
агрономически ценная водопрочная зернистая или комковая структура,
достаточная пористость обеспечивающая аэрацию, хорошая впитывающая и
водоудерживающая способность и другие свойства. Водно-воздушный режим
зависит от качества структуры, пористости и водно-физических свойств.
Оптимальный водно-воздушный режим – это благоприятное сочетание
содержания влаги и кислорода в составе почвенного воздуха.
3. Тепловые условия характеризуются суммой температур выше 10 °С в
почве на глубине 0..20 см, длительность вегетационного периода, а также
глубиной промерзания почв. По этим параметрам выделяют почвы теплые,
умеренно теплые, умеренные, умеренно холодные, холодные, мерзлотные и
длительно сезоннопромерзающие.
4. Биологические свойства почв
характеризуются уровнем
биологической активности различных микроорганизмов, участвующих в
процессах гумификации м мобилизации элементов питания растений в
доступной для них форме.
2.15. Виды плодородия
Различают естественное (природное), искусственное, эффективное
(экономическое), потенциальное плодородие.
Естественное
плодородие
обусловлено
природным
почвообразовательным процессом, происходящим без вмешательства
человека. Оно характерно для целинных почв и определяется биологической
продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой на
единице площади за определенный период. Природное плодородие зависит
от климата, химических, физических, биологических свойств почвы и
содержания элементов питания растений.
Искусственное плодородие создается в результате земледельческого
освоения почв под влиянием обработки, внесения удобрения, мелиорации и
других агротехнических приемов по окультуриванию почв. Вместе с тем
окультуренная почва наряду с искусственным всегда обладает и
естественным плодородием. Поэтому трудно определить, какая часть
плодородия окультуренной почвы относится к искусственному плодородию, а
какая – к природному.
При земледельческом использовании почв искусственное и
естественное плодородие в совокупности составляют эффективное
(экономическое) плодородие.
Оно измеряется урожайностью, которая
зависит не только от уровня природного плодородия, сколько от технологии
возделывания, свойств растений, погодных условий и организационных
факторов.
Потенциальное плодородие определяется запасами элементов питания
растений и взаимодействием всех других свойств, способных в
благоприятных условиях поддерживать глубокий уровень эффективного
плодородия. Высокое потенциальное плодородие имеют черноземы, низкое –
подзолистые почвы. К почвам с высоким уровнем потенциального
плодородия можно отнести также болотные низинные торфяные почвы,
которые имеют большой запас элементов питания и после осушительных
мелиораций способны обеспечить хорошие условия для произрастания
растений.
2.16. Факторы, влияющие на плодородие почв.
К факторам, лимитирующим плодородие почв, относятся показатели
состава, свойств и режимов почв, снижающие урожай культурных растений и
биопродуктивность естественных фитоценозов. В первом приближении их
можно обозначить как отклонения от оптимальных показателей. Степень
отклонения характеризует уровень лимитирующего фактора и степень
снижения урожая. Теоретической основой исследований факторов,
лимитирующих почвенное плодородие, являются законы лимитирующего
фактора и совокупного действия и оптимального сочетания факторов жизни
растений.
Следует различать общепланетарные лимитирующие факторы,
характерные для почв всех природных зон, внутризональные (региональные),
характерные для определенных зон и регионов, и местные, характерные для
небольших территорий.
К общепланетарным можно отнести: недостаточную обеспеченность
элементами питания, повышенную плотность, неудовлетворительную
структуру, пониженное содержание легкоразлагаемого органического
вещества.
К внутризональным (региональным) – повышенную кислотность,
повышенную щелочность, недостаток и избыток влаги, эрудированность и
дефлированность почв, каменистость, засоленность, солонцеватость и др.
К местным факторам, лимитирующим почвенное плодородие, можно
отнести локальное загрязнение почв радионуклидами и тяжелыми
металлами, нефтепродуктами, нарушение почвенного покрова горными
выработками и др.
Для ряда свойств почв и режимов определены критические уровни
показателей, при которых резко ухудшаются другие агрономически важные
свойства и режимы почв и резко снижается урожай растений или его
качество.
В почвах с низким естественным плодородием выделяют освоенные,
окультуренные и культурные разности. Освоенные почвы формируются в
условиях низкой агротехники, при нерегулярном внесении невысоких доз
органических и минеральных удобрений. Окультуренные и культурные –
формируются при высокой агротехнике, регулярном внесении органических
и минеральных удобрений и проведении необходимых мелиоративных
мероприятий (осушение, орошение, известкование, внесение высоких доз
торфа, пескование глинистых почв, глинование – песчаных и др.). В
результате мероприятий, направленных на устранение лимитирующих
факторов, плодородие окультуренных почв существенно выше по сравнению
с освоенными аналогами.
Процесс противоположный окультуриванию предложено называть
выпахиванием. Выпахивание – снижение уровня плодородия пахотных почв,
ухудшение агрономических свойств (снижение содержания гумуса,
обесструктуривание, переуплотнение, почвоутомление) в результате
использования их при низком уровне поступления источников гумуса
(органических удобрений и послеуборочных остатков) в течение ряда лет. В
настоящее время ведутся научные исследования по количественной оценке
степени выпаханности. Выпаханными могут быть как освоенные, так и в
разной степени окультуренные почвы. В выпаханных почвах наиболее часто
проявляется почвоутомление и фитотоксичность почв, резко снижающие
урожай растений.
Почвоутомление – многофакторное явление, проявляющееся в
агроценозах, особенно в условиях монокультуры. Агрономы выделяют
следующие, наиболее существенные причины почвоутомления:
 односторонний вынос питательных элементов, нарушение
сбалансированного питания растений;

изменение физико-химических свойств почв, сдвиг pH;

ухудшение структуры и водно-физических свойств почв;

нарушение биологического режима, развитие патогенной
микрофлоры (грибков Fusarium, Penicilliumn и др., бактерий Pseudomonas,
некоторых актиномицетов);

накопление фототоксичных веществ (калинов) – производных
фенолов, хинонов и нафтизина, обусловливающих токсичность почв;

размножение вредителей и злостных сорняков.
Почвоутомление
рассматривается
как
результат
нарушения
экологического равновесия в системе почва-растение вследствие
одностороннего воздействия на почву культурных растений.
2.17. Питание растений
Различают корневое и воздушное питание растений. Корнями растения
поглощают воду и элементы питания из почвы, а листьями – диоксид
углерода из воздуха. Растения создают органическое вещество в результате
усвоения диоксида углерода, воды и минеральных солей. Для роста и
развития растениям необходимы наряду с углеродом, кислородом и
водородом азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо. Эти элементы
растения потребляют в больших количествах, поэтому их называют
макроэлементами. Растениям необходимы также микроэлементы: марганец,
бор, молибден, медь, цинк, кобальт и др. содержание микроэлементов в сухом
веществе растений составляет тысячные и стотысячные доли процента.
Макроэлементы. Азот поступает через корни растений из почвы. Он
необходим для роста растений, образования белков, нуклеиновых кислот,
хлорофилла и других органических веществ растительных клеток. При
недостатке азота в почве растения желтеют, становятся этиолированными и
отстают в росте и развитии. Источником азотного питания растений служат
нитраты – соли азотной кислоты и соли аммония. Через корни азот поступает
в форме аниона NO и катиона NH4. В почве азот накапливается в результате
усвоения атмосферного азота свободноживущими в почве бактериями (3..5
кг на 1га) и клубеньковыми бактериями, живущими на корнях бобовых
растений (70..200 кг на 1 га). Для получения высоких урожаев в почву вносят
органические и минеральные азотные удобрения. К последним относятся
аммиачная селитра, сульфат аммония, хлорид аммония, селитры (кальциевая,
натриевая, калийная), мочевина и др. Органические удобрения – навоз, торф,
компосты – создают хорошие условия для азотного питания растений.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот (рибонуклеиновой – РНК
и дезоксирибонуклеиновой - ДНК). При недостатке фосфора листья
приобретают красновато-фиолетовый оттенок. Большинство почв имеют
низкое и среднее содержание подвижных соединений фосфора. Это связано с
тем, что анионы фосфорной кислоты, соединяясь с катионами кальция и
особенно железа, образуют труднорастворимые соединения. Из почвы
фосфор поступает через корни растений в виде фосфат-иона.
Калий участвует в процессах превращения простейших сахаров в
сложные углеводы, а также усиливает синтез органических веществ в
растениях. При недостатке калия, чаще всего на легких почвах, происходит
омертвение крайних частей листьев, которые вначале буреют, а затем
скручиваются.
Кальций необходим для роста корневых систем, регулирования кислотнощелочного равновесия и нейтрализации образующейся в растениях
щавелевой кислоты.
Магний необходим растениям для образования хлорофилла и синтеза
органического вещества. Он усиливает ферментативную активность и
регулирует окислительно-восстановительные процессы в растении. При
недостатке магния на листьях между жилками появляются желто-белесые
пятна, листья постепенно опадают. В магниевых удобрениях нуждаются
песчаные и супесчаные подзолистые и дерново-подзолистые почвы.
Применяют доломитовую муку, содержащую магний.
Железо растения потребляют в малом количестве, но оно играет важную
роль в образовании хлорофилла, ферментов и в окислительновосстановительных процессах. В почвах, как правило, содержится
достаточное количество железа, и только в некоторых карбонатных южных
почвах оно связывается в труднорастворимые соединения. В таком случае
растения страдают хлорозом, выражающимся в пожелтении листьев. Для того
чтобы этого избежать, растения опрыскивают 0,05..0,50%-ным раствором
железного купороса.
Сера входит в состав некоторых белков и растительных масел. Почвы
обычно лучше обеспечены серой, чем другими элементами. Если же
ощущается недостаток серы, то у растений желтеют сначала верхние, затем
нижние листья.
Микроэлементы. Марганец входит в состав ферментов растений и
участвуют в в окислительно-восстановительных процессах. От недостатка
этого микроэлемента заболевают хлорозом яблоня, вишня, слива, малина, а
из полевых культур – свекла, картофель, овес. Недостаток марганца
наблюдается в песчаных и торфяно-болотных почвах. Считается, что 2..3 мг
марганца на 1 кг почвы вполне достаточно для нормального роста и развития
всех культур.
Бор участвует в образовании белков и комплексных соединений с
углеводами и другими растительными веществами. При недостатке бора у
растений опадают завязи, появляется пустоцвет, снижается урожай семян,
сахарная свекла поражается гнилью.
Молибден необходим для образования белков в растениях, а также для
поглощения азота из атмосферы азотфиксирующими бактериями.
Молибденовые удобрения вносят с семенами или опрыскивают растения
раствором солей, содержащих молибден. Применение этих удобрений
значительно повышает урожайность клевера, люцерны, сахарной свеклы,
томата и других культур.
Медь способствует улучшению жизнедеятельности листьев, задерживает
их старение. От недостатка меди растения заболевают хлорозом, не образуют
семян, особенно страдают злаковые и бобовые, а яблоня и другие садовые
деревья преждевременно сбрасывают листья. Медные удобрения необходимо
применять на болотных торфяных почвах.
Цинк в небольших дозах необходимо для роста и развития растений. При
его недостатке часто не образуются завязи, а на листьях появляются
хлоротичные пятна. Почвы в основном обеспечены цинком, однако его
недостаток в первую очередь ощущают плодовые деревья, в том числе
цитрусовые, а также полевые культуры – кукуруза, соя, фасоль.
Кобальт необходим для жизнедеятельности клубеньковых бактерий на
корнях бобовых растений. Соли кобальта вносят в почву с другими
удобрениями или обрабатывают их растворами семена.
2.18. Общие закономерности географического
распределения почв.
Происхождение почв связано с завоеванием организмами суши.
I стадия – начинается с поселения на поверхности бесплодных горных
пород низших организмов,
среди которых наиболее распространены
бактерии, водоросли, грибы, лишайники, создающие условия для более
сложных группировок организмов. На первой стадии питательные элементы
уже концентрируются в поверхностных слоях породы, т.е. возникает
плодородие, однако в связи с низкой продуктивностью растительных
сообществ биологический круговорот веществ малоинтенсивен.
II стадия – начинается с появлением высших растений, когда
интенсифицируется биологический круговорот веществ. В результате
высокой продуктивности растений в поверхностном слое накапливается все
больше питательных элементов. В зоне распространения корней растений и
деятельности микроорганизмов формируются генетические горизонты с
различными морфологическими признаками, химическим составом,
специфическими веществами. К концу второй стадии, продолжающейся
несколько сотен и даже тысяч лет, начинают стабилизироваться некоторые
свойства и признаки почв (мощность отдельных горизонтов, запасы
питательных веществ, гумуса, и т.д.).
III стадия – при относительно неизменных экологических условиях
почвы уже характеризуются устойчивым биологическим круговоротом
веществ, стабильными в течении длительного времени составом и
свойствами, т.е. они достигают фазы зрелости.
Развитие почв – постепенное образование из почвообразующих пород
зрелых (полностью сформированных) почв, достигающих динамического
равновесия с комплексом факторов почвообразования. При изменении
экологических условий начинается эволюционная фаза.
Эволюция почв – переход сформировавшихся почв в новые типы или
подтипы в результате эволюции природной среды. Вследствие развития и
эволюции в почвах наблюдаются остаточные (унаследованные от
материнских пород), рецентные (приобретенные в процессе развития в
неизменной экологической среде) и реликтовые свойства.
Географическое распространение почв на земной поверхности
подчиняется
определенным
закономерностям.
Основные
законы
горизонтальной
и
вертикальной
почвенной
зональности
были
сформулированы В.В. Докучаевым в 1899г.
Закон горизонтальной зональности. Основные типы почв
распространены на равнинах по континентам закономерно в виде
горизонтальных (широтных) зон (полос), последовательно сменяющих одна
другую при изменении широты местности в зависимости от изменения всех
важнейших природных факторов почвообразования от экватора к полюсам. В
основе зональности лежит неравномерное поступление солнечной энергии на
разных широтах. С широтным распределением тепла связаны распределение
влаги, циркуляционное выпадение осадков, развитие определенных видов
растительности и почв.
Широтная (горизонтальная) зональность проявляется, прежде всего, в
наличии на земной поверхности почвенно-биоклиматических поясов,
обусловленных преимущественно термическими особенностями климата. В
Северном полушарии Земли выделяют следующие пояса: полярный,
бореальный, суббореальный, субтропический и тропический. Они
представляют собой совокупности почвенных зон и вертикальных почвенных
структур по сходству радиационных и термических условий. В их пределах
выделяют почвенно-биоклиматические области, т.е. совокупности,
объединенные не только по радиационным, термическим условиям, но и по
увлажнению, степени континентальности климата.
Закон широтной зональности проявляется и в обособлении внутри
поясов на внутриконтинентальных равнинах почвенных зон – территорий с
преобладанием одного основного типа почв, сопряженных с определенной
растительностью. Зональные почвы формируются под зональными
растительными сообществами на равнинных водораздельных возвышенных
территориях, где на почвообразование не влияют грунтовые воды, а также
исключаются застаивание поверхностных вод и приток их со стороны.
В пределах полярного пояса выделены две зоны – арктическая
(арктические пустынные почвы) и субарктическая (тундровые глеевые,
тундровые иллювиально-гумусовые). Далее следуют зоны: таежно-лесная
(подзолистые и дерново-подзолистые почвы), широколиственных лесов
(бурые лесные почвы), лесостепная (серые лесные почвы, черноземы),
степная (черноземы со своеобразными подтипами для степи), сухостепная
(каштановые почвы), полупустынная (бурые полупустынные почвы).
Проявление закона горизонтальной зональности усложняется из-за
местностей рельефа, различий в темпах биологического круговорота
элементов в системе почва – растение.
Интразональные почвы – почвы, не типичные для данной зоны, а
встречающиеся во многих зонах (болотные, пойменные, солонцовые, на
карбоновых породах). К азональным почвам относятся молодые,
формирующиеся почвы, не успевшие приобрести зональных особенностей
(на свежем аллювии, элювии плотных пород, примитивные щебнистые,
молодые рыхлые почвы на песках и т.д.)
Закон фациальности почв. Провинциальные особенности климата
определяют осложнение горизонтальной зональности
и способствуют
возникновению специфических местных явлений, вплоть до образования
своеобразных типов почв с определенными закономерностями их
географического распределения. Этот закон проявляется в обособлении
внутри почвенных зон почвенных провинций в связи с биоклиматическими
различиями по фациальности.
Закон вертикальной почвенной зональности (поясности). В горных
системах основные типы почв распространены в виде высотных поясов,
последовательно сменяющих друг друга с нарастанием абсолютной высоты
от подножия гор к вершинам в связи с изменением природных условий.
Расположение почвенных типов или структур этой зональности определяется
положением горной страны в системе горизонтальных почвенных зон,
положением ее по отношению к преобладающему движению воздушных
масс, наличием температурных инверсий (стекание масс холодного воздуха
по склонам в определенные сезоны и застаивание его в депрессиях). Первые
два фактора определяют общий порядок смены и число зон в горах данной
почвенно-биоклиматической области (аналогично широтной зональности при
движении с юга к северу).
3. Классификация почв.
Классификация (систематика) почв – объединение почв в группы по
генезису, строению, важнейшим свойствам и плодородию. Она включает
установление
принципов
классификации,
разработку
системы
таксономических единиц, номенклатуру и диагностику почв.
Таксономическая единица (таксон) – почвенная единица, которая
определяет последовательность учета генетических характеристик и точность
установления места почвы в системе классификации.
В России действует классификация почв, разработанная учеными
Почвенного института им. В.В. Докучаева и обобщенная в руководстве
«Классификация и диагностика почв в СССР» (1977), в котором дана
диагностика около 180 типов почв. Это генетическая классификация почв,
отражающая морфологические, экологические и эволюционные их
особенности. Она построена на логически обоснованной системе
таксономических единиц. Все типы почв сгруппированы по зональноэкологическим группам, каждая из которых характеризуется типом
растительности, суммой температур почвы на глубине 20 см от поверхности,
длительностью замерзания почвы, коэффициентом увлажнения.
Основная таксономическая единица классификации – генетический
почвенный тип. В один тип объединяются почвы, развивающиеся в
однотипных природных условиях и характеризующиеся ярким проявлением
основного почвообразовательного процесса, т.е. однотипностью поступления
и трансформации органического вещества, минеральной массы, характером
миграции и аккумуляции вещества и почвенных режимов в целом, сходством
строения почвенного профиля. Примеры типов почв: подзолистые, бурые
лесные, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые полупустынные,
красноземы, желтоземы, солончаки, солонцы, солоди.
Генетические типы почв подразделяются на подтипы, роды, виды,
разновидности и разряды. Подтипы – группы почв, в которых из-за смены
провинциальных природных условий общие признаки почвенного типа
дополняются особыми чертами в их профиле. Появление подтипов
обусловлено наложением дополнительного процесса почвообразования
(например, чернозем оподзоленный, глееподзолистая почва), спецификой
положения в пределах почвенной зоны (чернозем южный), существенной
динамикой основного признака типа (светло-серые, серые и темно-серые
лесные почвы). При выделении подтипов учитывают не только
подзональную, но и фациальную смену природных условий.
Роды выделяют в пределах подтипа для выявления наиболее важных
местных условий, связанных со свойствами почвообразующих пород,
составом и глубиной залегания грунтовых вод, наличием реликтовых
признаков, антропогенных характеристик почвообразования.
В пределах рода различают виды почв как определенные группы почв,
различающиеся по степени развития основного почвообразовательного
процесса, проявляющегося в мощности горизонтов, интенсивности
накопления гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей, (мало-, средне- и
многогумусные черноземы; слабо-, средне- и сильноподзолистые почвы и
т.д.). Виды выделяют и по степени эродированности, окультуренности и
другим признакам.
В пределах вида выделяют разновидности почв, отражающие различия
их по гранулометрическому составу верхних почвенных горизонтов
(связнопесчанные, супесчаные, легкосуглинистые, среднесуглинистые,
тяжелосуглинистые, глинистые).
Разряды почв – почвы одного вида и одного гранулометрического
состава, но различные на почвообразующих породах разного происхождения
и петрографического состава (на граните, известняке, аллювии, на моренных
отложениях и др.).
Почвенная карта – специальная карта, изображающая почвенный покров
определенной территории. В зависимости от масштаба и назначения
различают следующие почвенные карты: обзорные, мелко-, средне- и
крупномасштабные и детальные карты. Обзорные карты обычно имеют М от
1 : 1000000 и мельче. Характеризует почвенный покров континентов,
отдельных республик или краев. Полностью для РФ эта почвенная карта
была подготовлена в масштабе 1 : 150000000. Карта сопровождается
легендой, в которой описаны почвы отдельных регионов.
3.1. Почвы арктической и тундровой зоны.
Крайний Север Евразии представлен Евроазиатской полярной почвенноклиматической областью, которая делится на две зоны: арктических почв
Арктики и тундровых почв Субарктики.
Арктические почвы распространены на островах Северного Ледовитого
океана (Земля Франца-Иосифа, Северная Земля) и на северо-восточной части
полуострова Таймыр. Южная граница проходит примерно по 75…77° с.ш.
Тундровые почвы расположены к югу от арктических, простираются от
Берингова пролива до северо-западной окраины Кольского полуострова. Они
расположены на островах от Чукотского полуострова до Северного моря
(острова Врангеля, Новосибирские, Медвежьи, Белый, Новая Земля, Вайгач,
Колгуев и т.д.), на побережье материка по южной границе от 72° с.ш. в
Восточной Сибири до 66..68° с.ш. (бассейны рек Колымы и Чукотки).
Арктическая зона.
Арктика — от греческого слова arkticos — северный, которым древние
греки обозначали расположенное в северной стороне неба созвездие Большой
Медведицы.
Климат. Среднегодовая температура воздуха составляет -10..-16°C; в
январе -25..-36°C, в июле 0,7..1,6°C. Период с температурой выше нуля
длится менее двух месяцев (июль, август), но и в это время температура
может снижаться до -4°C. Безморозный период длится 12..15 дней.
Абсолютный минимум достигает -60°C. Осадки выпадают преимущественно
в твердом виде (100..250 мм). Фактически это арктическая пустыня.
Рельеф. Основные типы рельефа – плато с останцовыми
возвышенностями, расчлененные троговыми долинами, а также высокие и
низменные равнины или низменности. Большую роль в формировании
рельефа играли абразия, экзарация, ледниковая и водно-ледниковая эрозия и
аккумуляция. На поверхности развиты котловины, цирки, кары, кольца,
холмисто-моренные образования, увалы, террасы, береговые валы, каменные
россыпи.
Растительность. В арктической зоне растительность крайне разреженная,
часто носит очаговый характер. Преобладают поверхности, покрытые
корочкой
водорослей,
и выходы
изверженных или осадочнометаморфических пород. Встречаются накипные и другие лишайники, мхи,
арктоальпийские кустарники (дриада, камнеломки, кассиопея), некоторые
злаки (щучки, мятлики) в виде куртин или отдельных растений по крупным
трещинам, каменным бордюрам вокруг многоугольников.
Почвообразующие породы. Это глубокообломочный элювий и делювий
массивных кристаллических и плотных осадочных пород, известняков,
доломитов, базальтов, долеритов, а также моренные, морские, аллювиальные,
озерные щебнисто-каменные отложения различного гранулометрического
состава.
Почвы Арктики. На генезис почв влияет вечная и многолетняя мерзлота,
оттаивающая лишь в короткий летний период (1,5…2 мес) до глубины 30..50
см, причем температура деятельного слоя и в это время близка к нулю. Почвы
формируются лишь на участках с мелкоземом, в основном фрагментарно и
комплексно в связи с комплексностью растительности, развивающейся
избирательно в соответствии с условиями рельефа, экспозиции, увлажнения,
характера материнских пород. В арктической зоне выделяется тип –
арктически-пустынные почвы, который включает два подтипа: пустынноарктические и арктические типичные почвы.
Арктические типичные почвы развиты преимущественно в южной части
арктической зоны на невысоких плато и водораздельных возвышенностях.
Профиль почв маломощный – до 40..50 см: А0 – мохово-лишайниковая
подушка мощностью до 3 см; А1 – гумусовый горизонт мощностью до 10 см,
коричнево-бурый, чаще суглинистый, непрочно зернисто-комковатой
структуры; А1С – переходный горизонт мощностью 30..40 см, от светлобурого до бурого цвета, суглинистый, комковато-ореховый, плотный,
трещиноватый; С – почвообразующая порода, светло-бурая, мерзлая, с
кристаллами и линзами льда.
Тундровая зона.
По своеобразию природных условий тундра разделяется на подзоны –
арктическую, типичную и южную, включая лесотундру. Карельское слово
«тундра» означает безлесное пространство. Она включает в России
равнинные (Кольскую, Канинско-Печорскую, Северо-Сибирскую, ЧукотскоАнадырскую) и горные (Урало-Новоземельскую, Таймырскую, Чукотскую)
провинции.
Климат. В западных районах климат тундры формируется под влиянием
океанов. Среднегодовая температура колеблется от нуля до -10°C и ниже
(воркутинские тундры). На островах Северного Ледовитого океана и на
азиатской части побережья климат более континентальный: среднегодовая
температура -4..-16°C. Лето очень короткое, прохладное, со средней
температурой июля 2,8..9°C. Зима очень холодная, умеренно снежная, со
средней температурой января – 15..35°C. Абсолютный минимум -50..-58°C.
Сумма температур выше 10°C колеблется от нуля (арктическая тундра) до
400..600°C (южная тундра и лесотундра), продолжительность периода с
температурой выше 5°C – соответственно от 40 до 100 дней. Количество
осадков 300..500 мм в год, испаряемость всего 150..300 мм в год. Максимум
осадков приходится на лето, минимум – на зиму. Вечная мерзлота
распространяется почти повсеместно, мощность мерзлоты достигает 100..200
м.
Рельеф. На большей части территории рельеф в основном равнинный.
Районы, примыкающие к Уралу, и на дальнем северо-востоке заняты
холмами, увалами или грядами с замкнутыми термокарстовыми
понижениями, обычно заболоченными или с водой (чаще озера). Холмистый
рельеф характерен для Кольского полуострова, а холмисто-увалистый – для
равнин Северо-Сибирской низменности. Однако наблюдается и типично
горный рельеф – Хибины, Полярный Урал, Чукотский горный массив.
Почвообразующие породы. Это морские песчано-глинистые отложения,
ледниковые суглинки и глины, аллювиально-озерные отложения различного
гранулометрического состава с торфом.
Растительность. Арктические тундры имеют крайне разреженный
растительный покров, состоящий из мхов и лишайников. В типичных и
южных тундрах растительность более разнообразна, травяной покров более
сомкнут.
Для травяного покрова дернистых тундр характерны овсяница овечья,
щучка альпийская, щучка извилистая, вейник лапландский. На
дренированных породах легкого гранулометрического состава, по долинам
рек и морским побережьям встречаются тундровые луговины с сомкнутым
ковром из трав или луговинная тундра из горечавки весенней, мытника,
фиалки двуцветной, незабудки, астрагала и злаков. По речным долинам и в
южных тундрах встречаются низкорослые пойменные леса. Много озер
ледникового и термокарстового происхождения.
В связи с неблагоприятными условиями среды растения приобретают
низкорослость, образуют стелющиеся над землей формы, корневая система
расположена близко к поверхности. Растения в основном многолетние. Среди
травянистых растений форму подушек имеют крупки, камнеломки.
Почвы тундр.
Генетический тип тундровых почв выделил В.В. Докучаев (1889), а Н.М.
Сибирцев (1990) в своей классификации отметил их как зональные.
Гумусообразование на этих почвах отличается низкой интенсивностью
трансформации органических остатков из-за малого поступления их с
опадом, низких температур, переувлажнения, слабой биохимической
активности. Органические остатки разлагаются медленно, формируются
грубые органо-аккумулятивные горизонты, часто оторфованные.
Зональный тип почв на водоразделах с суглинистыми и глинистыми
почвообразующими породами – тундровые глеевые почвы. Подтипы почв:
аркто-тундровые глеевые, тундровые глеевые типичные, собственно
тундровые глеевые, тундровые глеевые оподзоленные.
Аркто-тундровые глееватые почвы распространены на суглинистоглинистых почвообразующих породах под злаково-осоково-разнотравномоховой растительностью. Профиль почв состоит из следующих горизонтов:
А0 – подстилка из мхов, корней осок и других растений мощностью до 5 см;
А0А1 – перегнойный горизонт мощностью менее 10 см, коричневато-бурого
или темно-коричневого цвета с серым оттенком, с большим количеством
корней, суглинистый, мокрый; Вg – темно-бурый или коричнево-бурый с
бледными рыжеватыми и сизоватыми пятнами горизонт, который с глубины
20..30 см переходит в бурый горизонт В. По гранулометрическому составу
почвы преимущественно суглинистые и глинистые.
Тундровые
глеевые
оподзоленные
почвы
распространены
в
кустарниковой тундре и лесотундре. Под слабооторфованной подстилкой А0
мощностью 3..5 см залегает грубогумусовый, иногда оторфованный горизонт
А1(Ат) мощностью до 30 см, коричнево-бурого цвета, суглинистого
гранулометрического состава, с многочисленными корнями растений и ясным
переходом в нижележащий горизонт А2(А2В).
3.2. Почвы таежно-тундровой зоны
Таежно-лесная зона относится к умеренно холодному (бореальному)
поясу. Она занимает огромные пространства в Евразии и Северной Америке.
Эта зона пересекает территорию России с востока на запад, граничит на
севере с тундрой, на юге – с лесостепью. В таежно-лесной зоне выделяют
следующие почвенно-биоклиматические области: Северо-Европейская,
Восточно-Европейская, Западно-Сибирская, Среднесибирская, ВосточноСибирская и Камчатская.
Климат. В основном климат умеренно холодный и умеренно влажный. В
Северо-Европейской области климат наиболее мягкий, отсутствует мерзлота,
в Восточно-Европейской области климат более континентальный, в
Восточной Сибири – резко континентальный, на Камчатке – муссонный.
Среднегодовая температура изменяется от 2..4°C в европейской части зоны до
-6...-17°C в Восточной Сибири. Зима в Северо-Европейской области
умеренно-холодная, длинная, снежная, со средней температурой наиболее
холодного месяца в северной тайге до -15°C и в южной тайге до -4°C. Весна и
осень, - длинные и влажные, а лето короткое, прохладное и влажное со
средней температурой наиболее теплого месяца 10..17,5°C.
В Западно-Сибирской области зима длинная и умеренно снежная. Лето
короткое, прохладное или умеренно теплое. Температура января -16..-24°,
июля 11..18°C. в Восточной Сибири зима длинная, суровая и снежная.
Температура января -25..-45°C. Лето короткое. Среднегодовая сумма
температур за вегетационный период составляет в северной тайге
400..1200°C, в средней – 1200..1600, в южной -1400..2000 и в европейской
части южной тайги – до 2450°C.
Рельеф. Его можно разделить на равнинный, плоскогорный и горный.
Восточная граница расположения равнин – река Енисей. В СевероЕвропейской области (Карелия) широко распространены холмисто-волнистые
моренные равнины (Западно-Карельская возвышенность и др.), пониженные
слабохолмистые равнины, камовые и озовые формы.
Восточно-Европейская область расположена в пределах ВосточноЕвропейской равнины, где встречаются на общем равнинном фоне
возвышенности и пониженные пространства. На севере простирается
плоская приморская равнина с абсолютными высотами 80..100м,
продолжающаяся в виде низменностей по рекам – преимущественно
пологоувалистых равнин. Наиболее крупные из них Валдайская
возвышенность, Клинско-Дмитровская гряда, Смоленско-Московская
возвышенность, они сильно расчленены речными и овражно-балочными
системами. Из крупных низменностей (абсолютной отметки 100..150 м)
особо следует отметить Мещерскую низину, представляющую собой
слабоволнистые или плоские равнины с заболоченными участками, озерами.
Почвообразующие породы. В Северо-Европейской области преобладают
завалуненные моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые песчанносупесчанные и суглинистые наносы, реже двучленные отложения (пески и
супеси, подстилаемые суглинками и глинами), элювий кристаллических
горных пород, главным образом гранитов, гнейсов. В Восточно-Европейской
области доминирует моренные и водно-ледниковые, двучленные отложения, а
в южной тайге – также покровные суглинки и глины, редко лёссовидные
суглинки, элювий и делювий коренных пород, ленточные глины. К древним
речным террасам приурочены древнеаллювиальные, главным образом
песчаные и супесчаные, отложения, а к поймам рек – современный аллювий.
Растительность. Зональный тип растительности – лесной, а
интразональные типы – пойменный и болотный. Широко распространена и
луговая растительность, преимущественно вторичная. В европейских
таежных (хвойно-лесных) областях главные лесообразующие темнохвойные
породы – ель европейская и ель сибирская, а в Приуралье появляется пихта
сибирская. Из мелколиственных пород произрастают береза повислая и
пушистая, ольха серая и черная, а из широколиственных (главным образом в
южной тайге) – дуб, клен, вяз, ясень, липа.
В северной тайге распространены изреженные (редкостойкие) еловые
леса с примесью березы пушистой, с моховым напочвенным покровом. Из
кустарничков и кустарников встречаются багульник, голубика, вороника.
Среди еловых лесов преобладают долгомошные и сфагновые типы. Вырубки
заболачиваются. Ельники зеленомошной группы приурочены к самым
дренируемым и прогреваемым местообитаниям (склоны гряд, коренные
берега рек). После пожаров, вырубок чаще формируются березовые леса. В
средней тайге распространены темнохвойные еловые леса, обычно в
меньшей степени заболоченные. На пеках много сосняков. В еловых лесах
подлесок отсутствует или представлен в слабой степени ивой, рябиной,
крушиной, черемухой, можжевельником. Моховой покров сплошной.
Почвы зоны.
Почвы объединяют в связи с основными почвообразовательными
процессами (подзолистым, дерновым и болотным) в типы: подзолистый,
дерновый, болотный, дерново-подзолистый, болотно-подзолистый; выделяют
также особую группу мерзлотно-таежных почв.
Подзолистые почвы. Наименование этих почв происходит от русского
слова «подзол», т.е. белесый, напоминающий цвет печной золы.
Подзолообразование – абиотический процесс, протекающий в хвойных
таежных лесах с бедной травянистой растительностью или без нее в условиях
промывного водного режима и кислой среды. Сущность подзолистого
процесса – разрушение в верхней чести профиля почвы первичных и
вторичных минералов, вынос продуктов разрушения, кроме кремнезема, в
нижележащие горизонты и грунтовые воды. Отмирающие части таежной
растительности, бедные питательными веществами и основаниями,
разлагаются под влиянием грибной микрофлоры с образованием различных
водорастворимых органических соединений, главным образом фульвокислот
и низкомолекулярных кислот.
Подзолистые почвы распространены в северной и средней подзонах
таежно-лесной зоны. Они развиваются в условиях преобладания осадков над
испарением на хорошо дренированных, преимущественно низменных
территориях и возвышенностях под хвойными лесами с моховым,
кустарничково-моховым покровом на различных отложениях, в основном
моренных и флювиогляциальных, различного гранулометрического состава.
Они подразделяются на два типа: глееподзолистые и подзолистые.
Подзолистые почвы формируются в средней тайге под хвойными лесами
с моховым и мохово-кустарничковым покровом на различных породах. В
типичном случае они имеют следующее морфологическое строение: А0 –
лесная подстилка мощностью 2..10 см, состоящая из древесного опада,
остатков мхов, слаборазложившаяся, оторфованная и пронизанная гифами
грибов; А0А1 – грубогумусовый слой (1..3 см); А2 – подзолистый
(элювиальный) горизонт мощностью 1..25 см, белесой, светло-серой или
палевой окраски, пластинчато-листоватой, плитчатой или чешуйчатой
структуры; языки и карманы проникают в горизонт В на глубину 1м и более.
Мощность почв достигает 120..150 см. профиль почв дифференцирован
по количеству илистых частиц – меньше всего их в горизонте А2 и больше
всего в горизонте В.
Дерново-подзолистые почвы. Сформированы в южной тайге под
хвойно-широколиственными,
хвойно-мелколиственными,
сосноволиственными
мохово-травянистыми и
травянистыми
лесами на
почвообразующих породах различного гранулометрического состава.
В данном типе выделяют подтипы: дерново-подзолистые и дерновоподзолистые глееватые почвы. Дерново-подзолистые почвы имеют
следующее строение: А0 – лесная подстилка мощностью 3..7 см из
растительных остатков различной степени разложения, бурой или
коричневато-бурой окраски; А0А1 –переходный органо-минеральный
горизонт мощностью 1..2 см, серовато-коричневый; А1 – гумусовоэлювиальный горизонт (3..20 см и более), в основном от светло-серой до
серой, плохо выраженной мелкокомковатой или порошистой структуры;
горизонт рыхлый, содержит много корней растений; переход отчетливый;
А1А2 – переходный элювиально-аккумулятивный горизонт (5..10 см),
белесовато-светло-серый или серый, порошистый, содержит корни растений;
переход ясный или резкий.
Мощность и свойства дерново-подзолистых почв варьируют в
значительных пределах в зависимости от фациальных особенностей климата,
гранулометрического, минералогического и химического составов,
почвообразующих пород. наибольшую мощность (более 250 см) имеют
дерново-подзолистые суглинистые почвы океанической фации центральной
части Европы, а наименьшую (до 100.130 см) – почвы Зауралья, Восточной
Сибири.
3.3. Серые лесные почвы лесостепной зоны
Эти почвы распространены в северной части лесостепи под
широколиственными лесами или мелколиственными с примесью хвойных
пород (в Сибири) в виде прерывистой полосы от предгорий Карпат до
Забайкалья в Восточной Сибири. В пределах этой полосы рассмотрим только
Восточно-Европейскую почвенно-биоклиматическию область.
Среди почв лесостепной зоны наиболее интенсивно используются в
аграрном производстве серые лесные неоподзоленные почвы; занятая ими
общая площадь сельскохозяйственных угодий равняется 354,89 тыс. га,
пашни - 202,72 тыс. га. Это соответственно составляет 88,2 и 85,2% от всего
количества данных угодий в лесостепной зоне.
Климат. В Восточно-Европейской области климат в целом
субконтинентальный умеренный.
Среднегодовая температура воздуха
составляет от 7 до 2,5°C в европейской части. Зима в Восточно-Европейской
области умеренно холодная со средней температурой января от -8..-13°C
(Средне-Русская провинция) до 16°C (на Верхнекамской возвышенности), а
лето характеризуется умеренно высокими температурами (средняя
температура июля 18,5..20°C). Безморозный период длится от 170..200 дней
на западе до 115..130 дней на востоке области. Осадков выпадает 500..550 мм
на территории Средне-Русской провинции и 350..400 мм в Предуралье.
Основное количество осадков выпадает в теплый период. Испаряемость
500..550 мм в год. Коэффициент увлажнения 1,0..1,2.
Рельеф и почвообразующие породы. В европейской части лесостепь
находится главным образом в пределах Уфимского плато, средней части
Среднерусской и Приволжской возвышенностей. Рельеф волнистый,
пологоувалистый или увалисто-холмистый, сильно расчлененный овражнобалочной и речной сетью. Почвообразующими породами служат покровные и
лёссовидные суглинки и глины, лёссы, моренные, реже делювиальные,
флювиогляциальные и аллювиальные отложения, элювий коренных пород.
Растительность. До освоения человеком в Восточно-Европейской
области были распространены луговые степи, остепненные луга в сочетании
с широколиственными лесами. Большая честь территории лесостепи
распахана, в нетронутом виде сохранились лишь отдельные крупные
массивы, приуроченные к возвышенным участкам водоразделов и хорошо
дренированным балкам, а также к поймам и склонам балок. Эти участки
покрыты травянистыми лесами: западнее Днепра – буковыми, буково –
грабовыми и дубово-грабовыми, от Днепра до Волги в центральной полосе –
липово-дубовыми с примесью ясеня, клена, вяза, от Волги до Урала –
дубовыми, липовыми, дубово-липовыми. За Волгой заметны березы, часто с
примесью пихты и сосны. В травяном покрове липово-дубовых и дубовых
лесов наиболее характерны сныть, осока волосистая, медуница
лекарственная, фиалка удивительная, мятник лесной, душица и др. по
опушкам и на полянах разрастаются кустарники (терн, степная вишня,
бобовник и др.).
Генезис, классификация, состав и свойства почв.
Серые лесные почвы по своим свойствам занимают переходное
положение от дерново-подзолистых к черноземам. Впервые они были
описаны В.В. Докучаевым под названием «типичных лесных земель». Он
выделил их в самостоятельный тип, сформировавшийся в результате
своеобразного
процесса
почвообразования
под
травянистыми
широколиственными лесами в условиях лесостепи. В таких лесах
подзолистый процесс протекает в весьма слабой степени, а дерновый
развивается в лучших условиях, чем в таежно-лесной зоне, что связано с
более
благоприятными
климатическими
условиями,
своеобразием
биологического круговорота веществ и водного режима.
В почвы и на их поверхности ежегодно поступает опад лесной и
травянистой растительности (его масса составляет 7..11 т/га, а иногда и
больше), богатый азотом (50..90 кг/га) и основаниями, особенно кальцием
(70..100 кг/га). На фоне ослабленного промывного режима при слабом
сезонном анаэробиозе или его отсутствии, при более благоприятном
тепловом режиме органическая масса разлагается быстрее, чем в таежнолесной зоне. Однако опад полностью не разрушается, а также накапливается
в виде лесной подстилки. Выделяют три подзональных подтипа серых
лесных почв: светло-серые, серые и темно-серые лесные почвы.
Почвы разделяются по глубине вскипания: высоковскипающие (выше 1
м) и глубоковскипающие (глубже 1 м), а также по мощности гумусового
горизонта (А1+А1А2): мощные (более 40 см), среднемощные (40..20 см),
маломощные (менее 20 см).
Среди серых лесных почв, используемых в земледелии, выделяются
подтипы: светло-серые лесные освоенные (Апах=20..25 см, гумуса 1,5%);
светло-серые лесные окультуренные (Апах>20 см, гумуса 4..5%); серые
лесные освоенные (Апах>20..25 см, гумуса 2..3,5%); темно-серые лесные
освоенные (гумуса 3..4%).
Светло-серые лесные почвы среди почв данного типа отличаются
наибольшей оподзоленностью и наименьшей мощностью гумусового
горизонта. Их почвенный профиль включает следующие горизонты: А0(Ад) –
в целинных почвах лесная подстилка или дернина темно-бурого цвета; А1 –
гумусово-элювиальный горизонт (15..20 см и меньше) – обычно светлосерый, ореховатой с пластинчатостью или комковато-ореховато-плостинчатой
структурой, с кремнеземистой присыпкой, густо пронизан корнями; на
пахотных почвах горизонт Апах бесструктурный и распыленный, переход
постепенный; А1А2 – переходный
гумусово-эллювиальный горизонт
серовато-белесоватого цвета, пластинчатый или плитчато-ореховатый, с
кремнеземистой присыпкой, постепенно переходит в горизонт А 2В; А2В –
переходный элювиально-иллювиальный горизонт серовато-бурого цвета.
Серые лесные почвы отличаются от светло-серых почв ослаблением
подзолистого и большим развитием дернового процесса. В целинных почвах
лесная подстилка А0 маломощная (до 2 см), гумусово-элювиальный горизонт
А1 более мощный (до 25..35 см), серый, комковато-ореховый или комковатопылеватый, густо пронизан корнями, рыхлый. Переход в следующий
горизонт А1А2 (10..15 см) постепенный.
Темно-серые лесные почвы в отличие от светло-серых и серых лесных не
всегда имеют в профиле горизонты А0 и А1А2, а в горизонте, переходном от
гумусового к иллювиальному, доминируют признаки гумусового. По
свойствам почвы близки к черноземам оподзоленным. Для них характерен
довольно мощный горизонт А1 (до 30..40, а иногда и до 45..55 см) темносерого цвета, в основном комковатый, реже ореховато-комковатый, с массой
корней.
Гранулометрический состав серых лесных почв варьируется от
легкосуглинистого до глинистого. Верхние горизонты легче нижних,
особенно они обеднены илом. С глубиной содержание ила возрастает в
горизонте В.
Реакция почв кислая и слабокислая. Светло-серые лесные почвы имеют
преимущественно сильнокислую и кислую реакцию по всему профилю с
насыщенностью основаниями в верхних горизонтах. Серые и темно-серые
почвы характеризуются кислой и слабокислой реакцией.
По условиям режима питания, физическим и физико-химическим
свойствам лучшими почвами считаются темно-серые почвы, худшими –
светло-серые лесные, обедненные подвижными формами азота и фосфора.
Земледельческая освоенность почв высокая – до 70%, причем в структуре
земельных угодий преобладает пашня. В северной европейской части
лесостепи освоено 47..66% земель; основное направление сельского
хозяйства – свекловично-зерновое и зерновое. Здесь выращивают озимую
пшеницу, кукурузу, подсолнечник, хмель, картофель, лен, бахчевые, сахарную
свеклу. Широко развито садоводство.
В связи с развитием водной эрозии в этих районах, а также и во всей
европейской части распространения серых лесных почв необходимо
проводить противоэрозионные мероприятия (обработка почв поперек
склонов, бороздование, щелевание, устройство земляных гребней и др.).
3.4. Черноземные почвы лесостепной и степной зон.
Эти почвы относятся к суббореальному поясу, занимают значительные
территории в Евразии и Северной Америке. В России они распространены в
Поволжье, Предкавказье, Центрально-Черноземных областях, южной части
Западной Сибири, в межгорных котловинах Восточной Сибири.
Северная граница черноземных почв в европейской части России пролегает около Орла, Тулы, южнее Нижнего Новгорода и Казани. Южная граница
проходит у берегов Азовского моря до Дона, далее следует вдоль Кавказского
хребта, около Грозного принимает северное направление, пересекает Волгу.
Южная граница лесостепной зоны проходит через Курскую область, около Воронежа, Тамбова, поднимаясь к Уфе, прерывается в районе Уральских
гор и вновь возобновляется в Сибири. Господствующие почвы - черноземы.
Обширность территории с севера на юг, а особенно с запада на восток
обуславливает неоднородность ее природных условий. Наиболее
существенные изменения климата наблюдаются при движении с запада на
восток и выражаются в постепенном уменьшении тепла, нарастании сухости
и
континентальности
климата.
Продолжительность
периода
со
среднесуточной температурой выше 5° на западе зоны - около 300 дней, к
Сибири снижается до 180. Количество осадков - от 550 до 350 мм в год.
Значительная часть их выпадает в летний период (в западной части зоны до
30-40 %, а в восточной - до 50-60 %). Летние осадки отличаются
неравномерностью и нередко имеют ливневый характер, поэтому часть их не
успевает впитаться в почву и стекает по поверхности. Высокие летние
температуры способствуют сильной испаряемости влаги с одной стороны и
высокой интенсивности транспирации растениями с другой. Часто у растений
наблюдается дефицит влаги. Гидротермический коэффициент в лесостепи
близкий к 1, а в степи обычно ниже 1, что свидетельствует о недостатке влаги
во время вегетационного периода.
Для большинства районов Воронежской, Ростовской, Волгоградской, Саратовской и Тамбовской областей характерны частые засухи. В зоне распространения степных черноземов и особенно каштановых почв важно повысить
устойчивость растений к недостатку влаги.
Сами же черноземы характеризуются глубоким гумусовым горизонтом,
постепенно переходящим в материнскую породу. Пахотный слой отличается
рыхлостью и относительно хорошей оструктуренностью, водо- и воздухопроницаемостью. Высокое содержание гумуса (более 5 %) определяет значительное эффективное и потенциальное плодородие почв.
Климат. Географическое положение Среднерусского Черноземья между
50 и 54° с.ш. обеспечивает получение значительной суммы солнечной
радиации, равной 99ккал на 1см2 горизонтальной поверхности (г. Воронеж).
Существенное влияние на состояние местного баланса тепла и влаги оказывает атмосферная циркуляция, которая активно участвует в сезонном
перераспределении тепла и влаги. В течение теплого времени года
доминирует режим солнечной антициклональной сухой погоды. Он
формируется в массах континентально-умеренного воздуха. Такой воздух
господствует в течение всего года.
Воздушные морские массы атлантического происхождения и
арктический воздух с северо-запада и севера приходят на территорию
Среднерусского Черноземья в измененном виде. Летом сюда надвигаются
воздушные массы континентально-тропического происхождения из
Казахстана и Средней Азии.
Значительное протяжение Среднерусского Черноземья с запада на восток
обусловливает некоторую разницу в повторяемости воздушных масс в
западной и восточной половинах территории. На западе воздушные морские
массы наблюдаются в 1,5—2 раза чаще, чем на востоке (особенно зимой, что
вызывает оттепели). Поэтому климатические контрасты между востоком и
западом зимой очень заметны.
Зимой температура меняется с юго-запада на северо-восток. В январе в
Курской области средняя температура составляет -7°С, в Тамбовской области
(самой холодной из-за накопления холодных масс воздуха в Окско-Донской
низменной равнине) равна —10...—12°С.
Летом температура в основном изменяется с севера на юг. В июле на
севере она составляет 18—19°С, к югу повышается до 20—22°С. Район
Среднерусской возвышенности имеет несколько пониженные температуры по
сравнению с Окско-Донской низменностью.
Атмосферные осадки. Количество осадков убывает в направлении с
северо-запада на восток и юго-восток от 650 до 450мм в год. Годовая сумма
осадков 500—550мм отмечается на большей части Среднерусской
возвышенности, в западной и центральной частях Окско-Донской
низменности. Около 450—500мм выпадает на востоке и юго-востоке
территории. Только в долине р. Хопра и его притоков годовое количество
осадков меньше 450мм и местами достигает 400мм. Пятнистость в
распределении осадков по территории связана с неровностями рельефа и
наличием Среднерусской, Калачской, Приволжской возвышенностей.
Величина испаряемости с открытой водной поверхности увеличивается в
юго-восточном направлении от 600мм на северо-западе территории до 800мм
на юго-востоке. Отношение годовой суммы осадков к величине испаряемости
изменяется от близкой к нейтральной на северо-западе до мало
благоприятной на юго-востоке.
Влагообеспеченность. Осадки и температурный режим периода активной
вегетации создают условия влагообеспеченности сельскохозяйственных
культур, которые оцениваются гидротермическим коэффициентом (ГТК).
ГТК территории Белгородской и Воронежской областей изменяется от 0,9 до
1,1 и они относятся к незначительно засушливой зоне.
Изменение климатических условий на территории Среднерусского
Черноземья лежит в основе широтной зональности почв. Выделенным
климатическим зонам и подзонам соответствуют определенные почвенные
подзоны. Подзоне северного лесостепья соответствуют, серые лесные почвы,
черноземы оподзоленные и выщелоченные, подзоне южного лесостепья серые лесостепные почвы и черноземы типичные (показатель увлажнения
около 1,0); подзоне
крупно дерновинных ковыльных степей с
показателем увлажнения близким 0,9-0,7- черноземы обыкновенные и
подзоне мелко дерновинных ковыльных степей с показателем увлажнения
меньше 0,7 — южные черноземы.
Рельеф.
В тесной зависимости от геологического строения и
геологической истории находится рельеф местности, который на территории
Воронежской области крайне неоднороден.
Правобережье Дона, расположенное на восточных отрогах СреднеРусской возвышенности (а также на Калачской возвышенности) представляет
собой приподнятую, сильно изрезанную реками, балками и оврагами
возвышенность. Левобережная часть области, занимающая пространства в
пределах Окско-Донской низменности к востоку от рек Дон и Воронеж и к
северу от Калачской возвышенности, представляет низменную плоскую
слабо эродированную равнину, разделяющую Средне-Русскую и
Приволжскую возвышенности. Наивысшая абсолютная высота местности
наблюдается в окрестностях г. Нижнедевицка, где она достигает 260 м над
уровнем моря. Наиболее низкая абсолютная высота местности наблюдается
на крайнем юго-востоке, где р. Дон пересекает границу Воронежской и
Ростовской областей.
Низменная плоская слабо расчлененная равнина расположена в среднем
на высоте 150 м над уровнем моря с отклонениями в сторону минимума до 80
м (г. Лиски) и в сторону максимума до 175—190 м (на водоразделе р. Битюг
и Токай).
Склоны речных долин имеют ясно выраженные террасы. Обычно
выделяют четыре надпойменные террасы: первая возвышается над
меженным уровнем реки на 8-12 м, вторая - на 15—25 м, третья - на 30-40 м и
четвертая - на 50-60 м.
Наибольшее развитие имеют первая и вторая
террасы, третья встречается реже, а четвертая еще реже.
Поверхность террас представляет собою равнинные участки,
прорезанные неглубокими, но часто широкими ложбинами и балками.
Речные долины имеют ясно выраженную асимметрию склонов. У
большинства рек правый берег высокий, крутой, левый — пологий и низкий.
Поверхность водоразделов в пределах области имеет общие черты и вместе с
тем существенные различия.
На территории Воронежской области имеются все типы рельефа. Такое
сложное разнообразие рельефа не могло не сказаться на почвообразовании,
географическом и топографическом распространении почв.
Почвообразующие породы. В пределах черноземных областей России
почвы сформировались на разных по генезису и свойствам материнских
породах, обладающих пестрым литологическим и гранулометрическим
составом. Девонские, каменноугольные, меловые и юрские отложения в
качестве почвообразующих пород встречаются чрезвычайно редко.
Несколько чаще в степной и лесостепной частях рассматриваемого
региона в качестве почвообразующих пород выступают неогеновые глины.
Для них характерны зеленовато-оливковый цвет, значительная карбонатность,
призмовидная структура. Во влажном состоянии они становятся липкими,
вязкими. Неогеновые глины содержат 60—80% физической глины и 45—
55% ила.
Лессовидные тяжелые суглинки. В центральной и южной частях
Среднерусской возвышенности, не покрывавшихся днепровским ледником,
почвообразующими породами служат лессовидные суглинки элювиальноделювиального происхождения. Мощность их колеблется от 2—5м на
водоразделах до 10-15м на склонах речных долин и балок.
Покровные лессовидные глины. На территориях покрывавшихся
днепровским ледником, почвы сформировались преимущественно на
покровных лессовидных глинах, подстилаемых мореной днепровского
оледенения, мощностью 1—10м. Мощность покровных лессовидных глин
колеблется от 3 до 15м. В северной части рассматриваемого региона они
отличаются вертикальной неоднородностью и в пределах верхней 2—3метровой толщи этих пород отмечаются прослои и линзы песков, тонкая
горизонтально слоистость. На остальной территории покровные глины
имеют однородный гранулометрический состав до глубины 4-6м.
Растительность.
Растительность, как известно, является ведущим
фактором почвообразования. Поэтому характеристика растительного покрова
как фактора почвообразования представляет особый научный интерес.
В настоящее время Воронежская область по растительному покрову,
определяющему направление почвообразовательного процесса, делится на
две неравные части: лесостепную и степную. Северная часть области, занятая
лесостепью, охватывает очень большие пространства, благодаря чему она
неоднородна как по флористическому составу, так и по соотношению
отдельных растительных формаций. Лесостепная зона в пределах
Воронежской области делится на подзону типичной лесостепи и подзону
южной лесостепи. Степная зона в пределах Воронежской области делится на
подзоны северной и южной степи. В подзоне типичной лесостепи лесные
массивы в настоящее время занимают частично водораздельные плато,
склоны водоразделов, балки, речные долины. Растительность и флора лесных
массивов (дубовых) представлены следующими видами растений.
Первый ярус их состоит из дуба с примесью ясеня, второй – из липы,
клена остролистного и ильма. Часто можно видеть березняки и осинники,
которые возникли здесь как временные леса после вырубки дубов. Подлесок
состоит из орешника, черемухи, лесной жимолости и других кустарников. В
травяном покрове преобладает или сныть, или медуница.
Классификация почв.
Типичные (мощные) черноземы имеют широкое распространение в
северной, лесостепной, части Воронежской области. Они занимают площадь,
равную примерно половине территории всей области. В этой части области
типичные черноземы являются зональными и преобладающими почвами. На
почвенной карте они выделяются в самостоятельную подзону, вытянутую с
запада на восток. Неодинаковые природные условия (климат, растительность,
рельеф, материнские породы), определяемые большими пространствами
подзоны типичных черноземов, отложили известный отпечаток и на
почвенный покров.
В пределах своей подзоны и в отельных ее районах типичные черноземы
не имеют сплошного распространения. Они занимают наиболее выровненные
места (водораздельные плато, слабо выраженные склоны водоразделов),
характеризующиеся тяжелым механическим составов материнских пород и
травянистой растительностью. Среди господствующих здесь типичных
черноземов пятнами залегают почвы других типов. Обычно отклонение
условий и сочетаний факторов почвообразования от зональных вызывает
развитие интразональных типов и подтипов почв. Так, на материнских
породах легкого механического состава развиваются почвы более северных
широт (серые лесные, дерново-подзолистые). На материнских породах
тяжелого механического состава, сильно обогащенных карбонатами кальция
и магния, а также солями натрия, формируются почвы более южных широт
(перегнойно-карбонатные, солонцовые). Профиль чернозема типичного
мощного характерен, он малогумусный, тяжелосуглинистый.
На Окско-Донской низменной равнине отмечается существенное
различие гранулометрического состава черноземов типичных Левобережного
придолинно-террасового
района,
занимающего
террасированные
левобережья Дона и Воронежа шириной от 20 до 35км, и всей остальной ее
территории. На террасах Дона между Воронежем и Павловском встречаются
небольшие массивы черноземов типичных среднесуглинистых. На остальной
территории Окско-Донской низменности равнинны, доминируют черноземы
типичные легкоглинистые. Содержание физической глины колеблется в
пределах 61-69% в верхней полутораметровой толще этих почв.
Черноземы обыкновенные. В пределах Воронежской области
обыкновенные черноземы получили широкое распространение. Они
занимают примерно 50% всей площади. Обыкновенные черноземы
обособлены в виде самостоятельной подзоны, которая широкой полосой
тянется с юго-запада на северо-восток.
Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы встречаются террасах
рек. В среднесуглинистых черноземах преобладает песчаная фракция (3647%), на втором месте находится иловатая (22—26%), а сумма всех
пылеватых фракций составляет 31—39%. Для легкосуглинистых почв
характерно дальнейшее увеличение содержания песчаных фракций, на долю
которых приходится 2/3 почвенной массы. Иловатая фракция остается в
числе преобладающих, но содержание составляет всего лишь 16-18%.
Черноземы обыкновенные супесчаные резко отличаются не только
слабой гумусированностью, но и составом гумуса. С увеличением в них
содержания песчаных фракций меняется соотношение основных групп
гумусовых веществ.
3.6. Почвы сухих степей.
Эта зона, начиная с низовьев Дуная, тянется узкой полосой вдоль
берегов Черного и Азовского морей, охватывает значительные площади
Ставропольского
края,
Ростовской,
Астраханской,
Волгоградской,
Саратовской, Ульяновской областей и далее проходит по линии Актюбинск
— Кустанай — Акмолинск — Павлодар — Семипалатинск. Южная граница
зоны совпадает с северной границей пустынь и проходит севернее берегов
Каспийского и Аральского морей.
Ковыльно-полынные и ковыльно-типчаковые сухие степи, под которыми
формируются каштановые и бурые почвы, занимают 107 млн. га, или 4,8%
территории страны.
Климат. Климат зоны сухой, континентальный с жарким сухим летом,
холодной зимой п небольшой мощностью снегового покрова. В летний
период с поверхности почвы испаряется в 2— 4 раза больше влаги, чем ее
выпадает. В северной части зоны, где формируются темно-каштановые
почвы, выпадает 300— 400 мм осадков в год, в центральной — 300—350 мм
и в южной со светло-каштановыми почвами — 250—350 мм. Количество
осадков с запада на восток уменьшается до 200—250 мм. Средняя годовая
температура в европейской части зоны равна + 3°С, а в азиатской +2—3° С.
Безморозный период составляет 180—190 дней в европейской и 110—120
дней в азиатской частях зоны. Здесь часты суховеи, вызывающие пыльные
бури и гибель растений.
Рельеф. Рельеф зоны преимущественно равнинный или равниннослабоволнистый с отчетливо выраженным микрорельефом. Встречаются
западины, лиманы.
Почвообразующие породы разнообразны. В причерноморской части и
Ставропольском крае — это лёссовидные суглинки. В Прикаспийской
низменности распространены желто-бурые глины н суглинки, богатые
солями Na+, Са2+, Mg2+, встречаются также морские пески и супеси.
Приволжская возвышенность покрыта желто-бурыми лёссовидными
суглинками, элювием песчаников, известняков, мергелей. Растительность
зоны сравнительно бедна по составу, особенно в южной части. Среди
травянистых растений преобладают ковыль, типчак, полынь, тонконог,
различные эфемеры, образующие полынно-типчаковые степи. Луговая
растительность проникает в зону сухих степей по долинам и поймам рек.
Древесные растения в этой зоне приурочены к пониженным участкам, чаще
всего к склонам и днищам балок, оврагов, поймам рек. Здесь произрастают
дуб, клен татарский, осина, сосна, вяз, акация белая. Лесные насаждения
развиваются на темно-каштановых и каштановых почвах. Однако леса в этой
зоне имеют ограниченное распространение, преобладающим типом
растительности является степная.
Растительность. В зоне сухих степей растительный покров
неоднородный, комплексный. Растительность в основном низкорослая,
изреженная (проективное покрытие не превышает 50..70%). В северной части
распространены типчаково-ковыльные степи (подзона темно-каштановых
почв), в которых доминируют злаки (ковыли, типчак, тонконог) с примесью
разнотравья. В центральной части им на смену приходят полыннотипчаковые и полынно-типчаково-полынные степи (подзона каштановых
почв) , а в южной – подзона светло –каштановых почв.
По склонам и днищам балок, по долинам рек встречается древесная
растительность (клен татарский, дуб, осина, спирея, степная вишня и др.).
Темно-каштановые и каштановые почвы преимущественно распаханы.
Классификация почв. В зоне сухих степей сильно выражена
комплексность растительного и почвенного покрова в связи с наличием
микрорельефа и засоленностью почвообразующих пород. большую роль в
возникновении неоднородности почвенного покрова играют слабая
дренированность местности, аридность климата, жизнедеятельность роющих
животных, эрозия, хозяйственная деятельность человека и др.
Тип каштановых почв впервые был введен В.В. Докучаевым (1883) в
качестве зонального для сухих степей умеренного пояса. В данном типе
выделяют три подтипа почв: темно-каштановые, каштановые и светлокаштановые.
Среди каштановых почв доминируют обычные, солонцеватые,
карбонатные и глубоковскипающие роды почв.
Темно-каштановые почвы расположены в северной подзоне сухих
степей под ковыльно-типчаковой и типчаковой растительностью с примесью
разнотравья. Они характеризуются хорошо выраженным горизонтом А
темно-серого цвета с коричневым оттенком или буровато-темно-серой
окраски, комковатой или пороховато- и комковато-зернистой структуры на
целине и пылевато-комковатой – в пахотных почвах. Мощность горизонта А
колеблется от 25..35 см в европейской части до 10..15 см в Восточной
Сибири. Горизонт В1обычно темно-бурый, серо-бурый, уплотненный и
комковатый, а горизонт В2 неравномерно прогумусированный, плотноватый,
призмовидно-комковатый. Мощность гумусового слоя: 60…70 см
(европейская часть), 35..45 (60) см (Восточная Сибирь). Вскипание
наблюдается на глубине 40..50 см. в материнской породе залегают
легкорастворимые соли и гипс (в основном с глубины 1,5..2,0 м). в Восточной
Сибири в темно-каштановых почвах выделения гипса и легкорастворимых
солей отсутствуют.
Каштановые почвы распространены в средней подзоне сухих степей под
полынно-типчаковой и полынно-типчаково-ковыльной растительностью.
Они имеют буровато- и коричневато-серую окраску горизонта А, меньшую по
сравнению с темно-каштановыми почвами мощность гумусового слоя (30..40
см), меньшую глубину вскипания (40..45 см), склонны к образованию
призмовидно-крупнокомковатой структуры в подгоризонтах В1 и В2, сильнее
уплотнены горизонты при вспахивании, более высокое залегание гипса
(90..150 см) и легкорастворимых солей.
Светло-каштановые почвы формируются в южной подзоне сухих степей
под полынно-злаковой и полынной растительностью. Они имеют небольшую
мощность гумусового слоя. Горизонт А почв (около 15 см) светловато-серокоричневый, бесструктурный или чешуйчато-слоеватый непрочной
структуры, рыхлый, а подгоризонт В1 серовато-бурый, уплотненный
призмовидно-комковатый. Плотный иллювиально-карбонатный горизонт
залегает ближе к поверхности, чем у каштановых почв. Горизонт гипсовый и
легкорастворимых солей залегает на глубине 60..120 см. Светло-каштановые
почвы в основном обладают признаками солонцеватости (блестящая
буровато-коричневая корочка на структурных отдельностях, большое
уплотнение).
Сельскохозяйственное использование каштановых почв.
Комплексное интенсивное использование земельных ресурсов в
Поволжье, строительство волжских водохранилищ, регулирование стока
мелких рек, создание крупных ирригационно-мелиоративных систем привело
к заметному изменению окружающей среды, местами сопровождаемому
полной или частичной ликвидацией почвенного и растительного покрова,
нарушением естественного гидрохимического и водного режима почв и
грунтовых вод. Негативные последствия этого - деградация почв, развитие
процессов переувлажнения, засоления и осолонцевания почв.
В результате сельскохозяйственного использования почв степной и
сухо-степной зон происходят значительные изменения в морфологических
профилях
почв,
их
основных
свойствах,
направленности
почвообразовательного процесса. К сожалению, чаще всего эти изменения
происходят не в лучшую сторону. Как свидетельствуют данные, плодородие
используемых почв в основном снижается. Снижается содержание гумуса с
одновременным понижением биоэнергетического потенциала степных
ландшафтов, ухудшаются агрофизические, водно-физические свойства и
мелиоративное состояние почв. Особенно сильно почвы претерпевают
изменения при использовании их под орошаемое земледелие. Наиболее
отчетливо происходящее можно проследить на примере Саратовской области,
где почти вся площадь используемых почв относится к почвам степной и
сухо-степной зон, представленных в основном черноземами обыкновенными
и южными, темно-каштановыми и каштановыми почвами. Из общей валовой
площади около 10 000 тыс. га на долю сельскохозяйственных угодий в
области приходится 8418,1 тыс. га, на пашню - 6324,0 тыс. га, сенокосы - 98,8
тыс.га, пастбища - 1943,5 тыс. га. Площадь орошаемых почв, составляет
364,3
тыс.
га. Грунтовые
воды
преимущественно
пресные
и
слабоминерализованные.
При сопоставлении современных основных показателей по почвам
Саратовской области с данными 50-летней давности выясняется, что в
используемых почвах произошло уменьшение содержания гумуса на 1-1,5 %,
в связи с этим ухудшились и другие свойства почв, в том числе
агрофизические. Распаханные почвы более подвержены ирригационной
эрозии и дефляции. Таким образом, перед земледельцами стоит сложная
задача по восстановлению плодородия почв и биоэнергетического
потенциала степных ландшафтов, которую необходимо решать комплексно в
условиях получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур..
3.7. Почвы полупустынь
Полупустынная зона расположена в основном в Заволжье и в
Прикаспийской низменности. Полупустыня имеет менее благоприятные
почвенно-климатические условия для развития растительности. Климат здесь
более засушливый, летние температуры высокие. Почвы отличаются большой
сухостью и засоленностью. В таких условиях развивается скудная полынная
растительность, а злаки играют подчиненную роль. Разреженный травостой
низкорослый, часто встречаются оголенные участки, покрытые налетами
солей. Только ранней весной полупустыня бывает живописной. В это время
цветут тюльпаны и маки. Но вскоре они отцветают. Жаркое летнее солнце
иссушает почву, выжигает сочные былинки весенних растений, и основной
фон полупустыни в это время создают полыни и злаки.
В условиях резкого недостатка влаги даже малейшие, неуловимые для
глаз неровности поверхности создают различия в водном режиме верхних
горизонтов и, следовательно, различия в почвообразовательном процессе.
Растения же очень чутко реагируют на малейшие изменения среды. Этими
причинами и объясняется пятнистость полупустыни. Каждой разновидности
почв соответствует своя растительность. На светло-каштановых почвах
растут типчак, белая полынь, ромашник. На лугово-каштановых - ковыль,
типчак, на солонцах - черная полынь, прутняк, на солончаках развиваются
солянки - сарзан, солерос. На всех этих растительных сообществах заметную
роль в травостое играют мятлик луковичный и полынок.
На Прикаспийской низменности встречаются довольно обширные
лиманы и небольшие падины. Глубина лиманов обычно не превышает 3-3,5
м. Весной лиманы заполняются талыми водами, которые застаиваются здесь
длительное время и обильно увлажняют почву. Благодаря лучшему
увлажнению в лиманах развивается богатая растительность (пырей, острец,
луговое разнотравье). Под этой растительностью формируются плодородные
дерновые лиманные почвы. Лиманы используются как сенокосные угодья,
урожайность сена очень высокая (35-40 ц. с гектара).
В полупустынной зоне почвообразование идет в менее благоприятных
условиях по сравнению со степями, поэтому здесь господствуют светлокаштановые почвы, солонцы и солончаки. Светло-каштановые почвы
солонцеваты и поэтому обладают слабой водопроницаемостью. Мощность
перегнойного слоя всего 25-30 см, так как процессы накопления здесь крайне
замедлены ввиду низкой влажности и уменьшения органической массы. Из-за
плохой промываемости в этих почвах скапливается большое количество
солей кальция, полезных для растений. Вот почему при глубокой вспашке и
хорошей влагозарядке, снегозадержании, а также при искусственном
орошении
светло-каштановые
почвы
дают
хорошие
урожаи
сельскохозяйственных культур.
Солончаки распространены главным образом на Прикаспийской
низменности и особенно в районе соленых озер. В сухое время года на их
поверхности появляются солевые налеты. Образованию солончаков
способствуют минерализованные грунтовые воды, которые по капиллярам
поднимаются вверх, вода испаряется, а соли остаются в почве. Солончаки для
земледелия малопригодны. Они могут быть использованы лишь после их
рассоления поливом.
Полупустынная зона освоена под земледелие. Орошение позволяет
значительно поднять урожайность сельскохозяйственных культур в этой зоне
и расширить кормовую базу. Травянистая растительность степей и
полупустынь имеет большое хозяйственное значение, ее используют под
сенокосы и пастбища. Такие растения, как шалфей, полынь горькая являются
лекарственными: кустарники - шиповник, боярышник - витаминоносными.
Эфиромасличные растения (ландыши и другие) используются в
парфюмерной и пищевой промышленности.
Настоящим оазисом среди полупустыни является Волго-Ахтубинская
пойма. Большое количество тепла, влаги, света, плодородные пойменные
почвы создают здесь благоприятные условия для развития богатой
растительности. Значительные площади заняты лесами из дуба, клена, вяза,
осины, тополя, ветлы. В травяном покрове главную роль играют злаково-
разнотравные луга, используемые под сенокосы и пастбища. По долинам рек
в степной и полупустынной зонах развиты плодородные пойменные почвы.
Они образуются на речных наносах, имеют сложное строение. Ежегодно
после половодья на них отлагается ил, богатый питательными веществами.
Эти почвы используются под огороды, бахчи, садово-ягодные культуры, на
них развиваются прекрасные луга, дающие хорошее сено.
Степь в далекие времена представляла огромный зелено-золотой океан
разнообразных трав и цветов. Под влиянием деятельности человека
растительность давно утратила первоначальный облик. Степи распаханы и
превращены в сельскохозяйственные угодья, на которых выращивают
различные культурные растения. Вместо целинной травянистой
растительности на огромных просторах колосятся моря пшеницы, ржи,
ячменя, всюду разбросаны большие зеленые массивы кукурузы, желтеет
подсолнечник, часто встречаются бахчи. По долинам рек зеленеют сады и
огороды.
Большое внимание уделяется искусственному лесоразведению. По югу
России проходят четыре государственные лесополосы: Пенза - Каменск,
Воронеж - Ростов, Камышин - Волгоград, Саратов - Астрахань. Кроме того,
посажено много полезащитных лесных полос в колхозах и совхозах,
озеленяются берега водохранилищ, прудов, населенные пункты. Вокруг
Волгограда создано зеленое кольцо. В лесопосадках высаживают дуб, вяз
мелколистный, желтую акацию, смородину золотистую, плодовые деревья.
Общая площадь лесонасаждений (680 тыс. га) почти такая же, как и
естественных лесов.
В условиях континентального засушливого климата области леса
способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Они
улучшают микроклимат, сохраняют влагу, препятствуют размыву
поверхности.
3.8. Почвы влажных субтропиков
Тропическая зона занимает обширные пространства в Африке, Южной
Азии, Северной Австралии, в Центральной и Южной Америке. Под
саваннами и зимнезелеными лесами формируются красно-бурые и черные
почвы. Под влажными тропическими лесами и отчасти под лесами лаврового
типа — красноземы, желтоземы и латеритные почвы. (Название
«латеритный» происходит от латинского слова «латер» — кирпич.)
Кроме тропической зоны, латериты, красноземы и желтоземы
распространены во влажных субтропических областях. В РФ красноземы и
желтоземы встречаются на Черноморском побережье Кавказа, от Сочи до
Батуми, и на побережье Каспийского моря в районе Талыша (Ленкорань), где
выпадает много осадков и развиваются пышные субтропические леса,
опутанные лианами. На красноземах и желтоземах в РФ выращивают чай,
цитрусовые культуры, тутовое дерево, бамбук, эвкалипты, пальмы.
3.9. Земельные ресурсы России
Территория Российской Федерации составляет почти 1/7 часть суши и
имеет более 13% всех земных запасов нефти и газа. Но, самое главное наше
богатство заключается в том, что мы имеем достаточное количество
плодородных земель: 170 млн. га – плодородных почв и 21% всех
продуктивных лесов. Наша страна имеет почти 50% всех мировых запасов
пресной воды (включая Байкал). По расчётам зарубежных ученых
потенциальная величина национального богатства России составляет более
350 триллионов долларов, из них 80% - это оценки природно-ресурсного
потенциала (земля, нефть, газ и другие полезные ископаемые). По этому
потенциалу мы в 2 раза богаче США, в 6 раз – Германии, в 22 раза Японии.
Под земельными ресурсами обычно понимаются определенные площади
поверхности суши с различными ландшафтами, почвами, климатическими
условиями и рядом других свойств.
Общий земельный фонд Российской Федерации составляет почти 1710
млн. га при средней плотности населения около 86 чел./тыс. га и освоенности
земель, по данным ФАО, - менее 20%.
Территория Российской Федерации характеризуется специфическими
особенностями и в первую очередь явно выраженной неоднородностью
климатических и литолого-геоморфологических условий, а также
геологической истории, что определяет разнообразие почвенного покрова.
Более одной трети территории России занимают горные регионы с
выраженной вертикальной зональностью этого покрова. Общими чертами
горных почв являются их маломощность, каменистость и подверженность
эрозионным процессам. В целом почвенный покров России отличается
большой сложностью. Наряду с высокоплодородными, встречаются и
бедные, малопродуктивные почвы, а также нуждающиеся в проведении
специальных мероприятий по мелиорации и повышению плодородия.
Широтная зональность почв хорошо прослеживается в западной части
России. В Восточной Сибири и на Дальнем Востоке эта зональность сильно
нарушена горным рельефом. В пределах широтных почвенных зон
биоклиматические условия заметно изменяются в направлении с севера на
юг.
На территории Российской Федерации наиболее широко развиты
полярное и бореальное почвообразования, охватывающие арктическую,
субарктическую и таежно-лесную зоны. Формирующиеся здесь тундровые,
подзолистые и торфяно-болотные почвы занимают почти 40% равнинной
территории России. Для лесных зон суббореального пояса, занимающих
около 14% равнинных территорий России, характерны многочисленные
разновидности подзолистых, дерново-подзолистых, в меньшей степени
бурых и серых лесных почв. Почвы подзон южной тайги и смешанных лесов
- наиболее освоенная в сельскохозяйственном отношении территория
таежно-лесной зоны. Сельскохозяйственные угодья занимают здесь 17,3%
площади территории, в том числе пашня - около 10%.
Более 70% территории страны характеризуется низким уровнем естественной
комфортности для проживания населения и весьма слабо пригодно для
земледелия.
Наибольшим плодородием характеризуются почвы лесостепной и
степной зон территории Российской Федерации. Они охватывают более 12%
равнинных площадей страны. Среди представленных здесь типов почв
наибольшее распространение получили серые лесные почвы, черноземы
оподзоленные и выщелоченные, черноземы типичные (в лесостепной),
черноземы обыкновенные и южные (в степной зоне).
Благоприятные почвенно-климатические условия зоны распространения
черноземов предопределили интенсивное использование этих земель. За
исключением неудобств (оврагов, болот и т.п.) естественная растительность
не сохранилась. Сельскохозяйственные угодья в настоящее время занимают
более 57% площади лесостепной (в том числе пашня - около 40%) и 73%
степной зоны (в том числе пашня - около 47%). Сильнее распахана
европейская часть страны, особенно Предкавказье. В отдельных районах
черноземной зоны распахано до 85-90% всей земельной площади. Это
основная база производства зерна в стране.
Для зоны сухих степей (около 1,3% общей площади Российской
Федерации) наиболее характерны каштановые почвы, распадающиеся на три
подтипа: темно-каштановые (содержание гумуса 4-5%); каштановые (3-4%
гумуса) и светло-каштановые (2-3% гумуса). Сельскохозяйственные угодья
занимают более 85% всей площади, в том числе пашня - около 52%,
пастбища - около 34%. Пашня сосредоточена главным образом в подзоне
темно-каштановых почв, обладающих более высоким природным
плодородием и лучше обеспеченных влагой.
В зоне полупустынь и пустынь (0,9% общей площади Российской
Федерации) распространены главным образом светло-каштановые и бурые
пустынно-степные почвы, большей частью солонцеватые, в комплексе с
солонцами, лугово-каштановыми почвами, солончаками и массивами
незакрепленных песков. Земледелие возможно лишь при искусственном
орошении. Сами почвы отличаются малогумусностью и почти повсеместной
засоленностью.
Сравнительное сопоставление качества земельных ресурсов по их
пригодности для различных видов землепользования требует разработки
единой системы классификации. Выделяют, как правило, следующие
категории земель:
1.Земли сельскохозяйственных предприятий, организаций, а также граждан,
т.е. территории, используемые в первую очередь для нужд сельского
хозяйства.
2. Земли, находящиеся в ведении городских, поселковых и сельских
администраций - территории, находящиеся в пределах черты (границы)
населенных пунктов, а также земля, переданная в ведение администрации.
3. Земли промышленности, транспорта и иного назначения - территории,
предоставленные предприятиям, различным объединениям и организациям
для осуществления возложенных на них специальных задач (промышленного
производства, транспорта, связи и т.п.).
4. Земли природоохранного назначения - территории с особо охраняемыми
природными объектами и комплексами, которые имеют природоохранное,
научное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение.
5. Земли лесного фонда - территории, покрытые лесной растительностью и не
покрытые, но предназначенные для ее восстановления.
6. Земли водного фонда - территории, занятые водоемами, ледниками,
болотами (за исключением тундровой и лесотундровой зон),
гидротехническими и другими водохозяйственными сооружениями, а также
земли, выделяемые под полосы отвода водоемов, магистральных каналов и
коллекторов.
7. Земли запаса - земли, не предоставляемые юридическим и физическим
лицам в собственность, владение, пользование или аренду, а также земли,
право собственности, владения и пользования которыми прекращено в
соответствии с действующим законодательством.
Библиографический список:
1.Почвоведение. Под ред. И.С. Кауричева. -- М.; Агропромиздат, 1989
2. Хабаров А.В., Яскин А.А. Почвоведение. – М.; Колос, 2001, учебное
пособие, 232 с.
3. Ананьев В.П., Коробкин В.И. Инженерная геология. – М.; Высшая школа,
1973
4. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. – М.; Колос, 1996
5.Варламов А.А., Хабаров А.В. Экология землепользования и охрана
природных ресурсов. – М.; Колос, 1999
Основоположник теории почвоведения В.В. Докучаев
ДОКУЧАЕВ Василий Васильевич (1846-1903), известный русский
естествоиспытатель,
профессор
Петербургского
университета.
В
классическом труде «Русский чернозем» (1883) заложил основы
генетического почвоведения. Создал учение о географических зонах. Дал
научную классификацию почв (1886). В книге «Наши степи прежде и
теперь» (1892) изложил комплекс мер борьбы с засухой. Основал первую в
России кафедру почвоведения (1895). Идеи Докучаева оказали решающее
влияние на развитие физической географии, лесоведения, мелиорации и др.
С 1871 по 1877 Докучаев совершил ряд
экспедиций по северной и центральной России
и южной части Финляндии с целью изучения
геологического строения, способа и времени
образования речных долин и геологической
деятельности рек. Экскурсии проводились по
заданиям
ряда
научных
обществ:
Петербургского общества естествоиспытателей,
Минералогического общества, Императорского
экономического общества. Докучаев собрал
много фактических данных, противоречащих
существовавшим тогда гипотезам об образовании речных долин. Он отвел
решающую роль балкам и оврагам в образовании долин. За научный труд
«Способы образования речных долин Европейской России» в 1878 г. он
получил степень магистра. Уже в начальном периоде научной деятельности
Докучаева,
посвященной
исследованию
новейших
геологических
образований России, проявились характерные черты его как выдающегося
ученого: широкий круг воззрений, умение находить новые факты и обобщать
известные, смелое выдвижение гипотез.
Особое внимание Докучаев уделял исследованию чернозема. Им была
составлена программа исследований чернозема европейской России.
Комиссия по разработке программ исследований русского чернозема, в
которую входили, кроме Докучаева, профессора Д. И. Менделеев, А. М.
Бутлеров, А. А. Иностранцев, одобрила план исследований, разработанный
В.В.Докучаевым, и поручила ему само исследование.
Результатом исследований по чернозему стал научный труд «Русский
чернозем», в котором изложены области распространения, происхождение,
химический состав, принципы классификации и методы исследования этой
почвы. Этим трудом впервые в истории были заложены основы научного
почвоведения. За данную работу Докучаев был удостоен Петербургским
университетом степени доктора, от Вольного экономического общества
получил особую благодарность, а от Академии наук — полную
Макарьевскую премию.
В 1882 Докучаев принимает предложение Нижегородского
губернского земства произвести полное почвенное и геологическое
обследование губернии с целью более правильной оценки земель.
Результатом 6-летних исследований Докучаева с его учениками явились
«Материалы по оценке земель Нижегородской губернии» с почвенной и
геологической картой, с описанием климата, дикой и культурной
растительности, животного мира и пр. По предложениям губернских земств
также были обследованы земли Полтавской губернии, степных районов юга
России.
В 1888 Докучаев организовал постоянную Почвенную комиссию при
Вольном экономическом обществе с целью исследования почв, дальнейшей
разработки почвенной классификации и методики составления почвенных
карт. Им была создана первая классификация почв. В частности им были
выделены следующие виды почв: 1) светло-серые северные; 2) серые
переходные; 3) черноземные; 4) каштановые переходные; 5) южные бурые
солонцеватые. Эта первая естественно-научная классификация почв,
усовершенствованная в дальнейшем Н. М. Сибирцевым
и другими
почвоведами, используется и сейчас.
Взгляд на почву как на динамический комплекс, способный к
эволюции, признается сейчас почвоведами всего мира. Докучаевым выделено
семь мировых зон: бореальная, северная лесная, лесостепная, степная, сухих
степей, зона пустынь, субтропическая. Это деление — основное в русской
школе физической географии.
Почвенные коллекции, собранные Докучаевым, экспонировались на
Всероссийской сельскохозяйственной выставке в Москве в 1895, а в 1896 на
Всероссийской нижегородской выставке получили диплом 1 разряда.
Представленные на Всемирной выставке в Париже в 1899 году В.В.
Докучаевым почвенные коллекции получили золотую медаль выставки и в
немалой степени способствовали получению кредита от французских банков
в размере 10 млн. франков на строительство железных дорог в Сибири и на
Дальнем Востоке.
Учебное издание
Галалу Валентин Гаврилович
Инженерная геология и почвоведение
Ответственный за выпуск
Галалу В.Г.
Редактор
Проценко И.А.
Корректор
Селезнева Н.И.
АР 020 565 от 23.06.1997
Офсетная печать
Формат 60  84 1/16
Усл. п. л. – 8,25.
Подписано к печати
Бумага офсетная
Уч. изд. л. – 8,5
Заказ №
Тираж
50 экз.
«С»
Издательство Технологического института
Южного Федерального университета
ГСП 17А, Таганрог, 28, Энгельса, 1
В.Г. Галалу
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ПОЧВОВЕДЕНИЕ