Взаимодействия между циркулирующими в коре выветривания растворами и элементами твердой фазы

Смотрите также:

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ. Элювий...

Элювиальные коры выветривания...

Древняя кора выветривания ...

Борис Борисович Полынов. Геохимия ...

Полынов о Докучаеве

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Биология почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Криогенез почв  

Биогеоценология

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

 Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Происхождение растений

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

Общая биология

Мейен - Из истории растительных династий

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Пособие по биологии

§ 38. Между циркулирующими в коре выветривания растворами и элементами твердой фазы неизбежно возникают взаимодействия.

 Особенно крупную роль играют в этом случае те процессы физико-химического поглощения катионов растворенных солей, которые характерны для коллоидального раздробления частиц горных пород и почв (т. е. частиц, размеры которых менее 0.1 у), но .в известной степени свойственны и элементам более крупного раздроблении* Хорошо известно, что, поглащаясь как органическим, так и минеральным поглащающим комплексом, катионы способны взаимно вытеснять из поглащающего комплекса и замещать в нем друг друга, но в то же время нам известно, что они обладают различной энергией поглощения, или, правильнее, вхождения в поглощающий комплекс,

В частности, для интересующих нас катионов исследования установили следующий порядок по нисходящей величине энергии вхождения в поглощающий комплекс:

Са", Mg", К-, Na\

т. е. при прочих равных условиях (одинаковом участии в растворе) кальций будет поглощаться скорее и больше, чем магний, магний более, чем калий, и этот последний более, чем натрий. Но наибольшей величиной этой энергии обладает, как известно, водородный ион.

Эти экспериментально и теоретически хорошо обоснованные положения находят себе достаточно яркое подтверждение в природных соединениях. Так, например, поглощающий комплекс, содержащий в поглощенном состоянии в наибольшем количестве кальций, представляет одно из наиболее распространенных соединений поверхностной части коры выветривания. Мы находим поглощенный кальций во всех почвах как тропических, так и умеренного климата лесов, степей и пустынь, мы констатируем его в валунных глинах, ленточных глинах области оледенения, красноземах Кавказа, не говоря уже, понятно, о лёссах и лёссовидных суглинках. Последние исследования акад. К. К. Гедройца заставляют предполагать, что присутствие поглощенного кальция характерно для всякого корнеобитаемого слоя податмосферной коры выветривания, как условие, обеспечивающее жизнь растений, обладающих корневым питанием. Такое широкое, можно сказать, повсеместное распространение поглощенного кальция хорошо согласуется как со слабой устойчивостью против выветривания первичных минералов кальция, его обычным присутствием в природных растворах коры выветривания, так и его высокой способностью к вхождению в поглощающий комплекс. Fine более высокой способностью к поглощению, как мы уже это отметили, обладают водородные ионы, но природные растворы с высокой концентрацией водородных ионов не представляют такого повсеместного распространения, как растворы солей и, главным образом, бикарбоната кальция.

Все же области действия кислых растворов, т. е. растворон с известной концентрацией водородных ионов, занимают в коре выветривания достаточно широкие пространства, и .этим пространствам соответствуют системы поглощающего комплекса, в которых наряду с кальцием присутствует, а иногда даже преобладает поглощенный водород. Мы можем установить следующие основные типы наиболее широко распространенных в коре выветривания абсорбционных соединений:

I)         [SiAL 2nOH'] nCa" (nMg"f 2пК\ 2nNa")

II)        [SiAl.. 2nOH'j 2nH* (nCa", nMg")

Первое — минеральный поглощающий комплекс, насыщенный преимущественно кальцием, в значительно меньшей степени содержащий поглощенный магний и в самой ничтожной степени — щелочные катионы. Это соединение мы неизменно констатируем на обширных пространствах горных и равнинных степей, и среди них только в районах усиленного засоления оно уступает место другой системе, о которой мы будем говорить ниже. Минеральному комплексу, насыщенному поглощенным кальцием, сопутствует и органический в том же состоянии насыщения кальцием и магнием. Само собой разумеется, что скопление этих гумов кальция может быть только там, где образуется более или менее значительное количество гумуса. Наоборот, в области влажного климата, где рыхлая кора выветривания подвергается более или менее значительному промыванию, преобладают абсорбционные соединения с некоторым количеством поглощенного водорода. В них также обычно (по весу) преобладает кальций, но при расчете на относительное количество поглощенных яуомсг часто преобладание, и иногда значительное, остается за водородом.

Во всяком случае, кальций, как мы видим, присутствует во всех этих соединениях и, выражаясь минералогическим языком, мы смело можем утверждать, что месторождением абсорбционных систем с поглощенным кальцием является кора выветривания суши всех пяти частей света.

 Было бы, однако, заблуждением утверждать, что это состояние кальция является вполне устойчивым для коры выветривания. Правда, оно относительно прочнее, нежели, например, абсорбционное соединение, насыщенное натрием, 1 но зато менее прочно, чем система минерального поглощающего комплекса, насыщенная по преимуществу магнием (см. ниже).

Широкое распространение комплексов, насыщенных и поглотивших кальций, объясняется не столько прочностью этих систем, сколько тем, что в цикле превращений кальция в коре выветривания эти системы представляют характерную почти неизбежную фазу, через которую проходят громадные количества его. Органический поглощающий комплекс при разрушении (тлении) выделяет кальций в форме карбоната, из минерального — кальций легко извлекается растительными организмами, но следует все же допустить, что некоторая часть поглощенного кальция уходит из зоны выветривания вместе с осадочными породами в более глубокие оболочки земной коры.

§ 39. Специальные анализы, определяющие состав поглощенных оснований в почве, часто констатируют присутствие среди них и щелочных катионов, но количества их и особенно калия оказываются обычно настолько ничтожными, что при современных методах анализа могут рассматриваться не выходящими за пределы ошибок.

Эти количества иногда даже склонны приписывать присутствию некоторых следов щелочных оснований в применяемых реактивах. Если принять во внимание более слабую энергию поглощения щелочных оснований по сравнению с энергией поглощения кальция, более высокую устойчивость против выветривания первичных щелочных алюмосиликатов по сравнению с силикатами кальция и потому более высокое содержание последнего в природных растворах, циркулирующих среди коренных кремнеглиноземных пород, то указанные отношения между поглощенными щелочами и кальцием становятся понятными, и мы не делаем большой ошибки, когда во втором типе указанных нами абсорбционных соединений — типе, свойственном районам усиленного промывания коры выветривания, совершенно не указываем поглощенных щелочей.

В некоторых, однако, случаях, связанных с районами обильного скопления в наносах и почвах легкорастворимых натриевых минеральных солей (NaCl, NaaSC>4, Na3COa), мы обнаруживаем как минеральный, так и органический поглощающий комплекс с заметным содержанием поглощенного натра:

[SiAl... 2nOH'] 2nNa-.

Это абсорбционное соединение, обладая высокой дисперсностью, представляет весьма неустойчивую систему. Его распад в некоторых случаях обнаруживается весьма наглядно, и у нас нет никаких оснований искать в коре выветривания продуктов кристаллизации этой абсорбционной системы в ее нераспавшейся форме.

Несколько иначе обстоит дело с другой категорией случаев, в которых абсорбционные системы насыщены по преимуществу поглощенным магнием. Выше нами уже отмечалась высокая химическая устойчивость магнезиальных силикатов — точнее — устойчивость в этих силикатах связи магния с кремнеземом (§ 36). Замечательно, что нечто подобное наблюдается и в абсорбционных соединениях с поглощенным магнием. Уступая кальцию в энергии вхождения в поглощающий комплекс, магний много превосходит его в силе, с которой он удерживается в поглощенном состоянии и которая делает весьма трудным вытеснение его из поглощенного состояния другими катио- < нами.1 Образование в природе абсорбционных систем с преобладанием поглощенного магния связано с определенными условиями.

Допустим, что некоторая масса продуктов выветривания какой-либо сложной породы подвергается энергичному выщелачиванию большими массами воды с растворенной углекислотой. Вначале просачивающиеся растворы будут содержать по преимуществу углекислый кальций, как продукт наиболее легко выветривающихся кальциевых минералов. Поэтому и поглощающий комплекс будет насыщаться главным образом кальцием. При последующем действии, когда кальциевые минералы будут в значительной степени уже разрушены и лишены кальция, растворы будут получать основания более стойких щелочных алюмосиликатов и магнезиальных силикатов. Тогда магний будет в некоторой степени вытеснять кальций из поглощенного состояния и поглощаться во всяком случае больше, чем щелочи.

В дальнейшем, если представить себе полное или почти полное разрушение силикатов, в воде с углекислотой будут действовать почти исключительно ионы водорода. Это поведет к еще большему относительному обогащению комплекса поглощенным магнием, так как водород легче будет вытеснять кальций, чем магний, и мы получим, таким образом, кремнеглиноземный или кремне- железный комплекс, насыщенный по преимуществу магнием и водородом, т. е. некоторую аналогию водных силикатов или алюмосиликатов магния. Но вода с углекислотой, обладая кислой реакцией, будет до известной степени растворять соединения железа в форме карбоната и, следовательно, будет содержать некоторое количество ионов Fe", которые также могут поглощаться рядом с магнием и родородом. Очевидно также, что в этой системе может удерживаться и некоторое количество ранее поглощенного кальция.

Такие именно явления наблюдаются почвоведами в так наз. ортштейногенных горизонтах почв, свойственных странам влажного климата.  Возможно, что в более крупном масштабе они проявляют себя в еще более низких горизонтах коры выветривания, вообще говоря, слабо изученной. В ортштейногенных горизонтах поглощающий комплекс слагается сложными коагелями и гелями кремнезема, гидроокиси железа, глинозема и органических веществ (гумов), из которых последние рано или поздно сгорают, и образуются системы аналогичные водным магнезиалъно-железным силикатам, алюмосиликатам и феррисиликатам. Можно считать доказанным, что эта аналогия обусловливается не только совпадением в составляющих как абсорбционные соединения, так и кристаллические минералы элементах, но, в известной группе случаев, и генетической связью между абсорб- ниоиными соединениями и кристаллическими минералами, в которые эти системы переходят с течением времени.

Происхождение, например, таких кристаллических минералов как палыгорскиты, равно и к с и л о т и л ы за счет абсорбционных систем, как это уже было сказано выше(§ 33), можно считать установленным после того, как нам удалось проследить это превращение на ряде микроскопических объектов в действующих и реликтовых ортштейногенных горизонтах.а Едва ли можно сомневаться, что и среди других многочисленных водных силикатов магния встречаются не только продукты превращения первичных минералов, но и кристаллизации абсорбционных систем (§§ 32—33), и мы имеем основание полагать, что изоморфизм магния с железом в этих минералах был обусловлен уже процессами коры выветри* в а н и я.

Таким образом, щелочные и щелочно-земельные металлы дают в пределах коры выветривания четыре категории типичных абсорбционных соединений. Одна из этих категорий, отмеченная преобладанием или значительным участием поглощенного натрия, связана в своем существовании со специфическими условиями засоления и, повидимому, быстро разрушается уже в пределах самой коры выветривания.

Другие же, как наиболее распространенные в самой поверхностной части коры выветривания системы с преобладанием поглощенного кальция и водорода, так и соединения, поглотившие по преимуществу магний, являются формами, в которых названные основания могут вместе с осадочными породами уходить из зоны выветривания в более глубокие оболочки для дальнейших преобразований, причем, однако, абсорбционные соединения с поглощенным магнием во многих случаях, как мы уже видели, подвергаются кристаллизации уже в пределах зоны выветривания.

 Но в то же время, пока все эти соединения находятся в коре выветривания и особенно в верхних ее горизонтах, их поглощенные основания могут извлекаться растениями в процессе корневого питания   и вытесняться другими катионами с образованием новых солей.

Так, например, для некоторых областей коры выветривания весьма характерным является процесс образования гипса за счет вытесненного из поглощенного состояния кальция:

[SiAl.. 2пОН'] nCa- + Na2S04 Г; [SiAl.. 2nOH'] 2nNa' + CaS04.

В условиях податмосферного выветривания, как это уже было отмечено выше, мы не находим абсорбционных систем с более или менее заметным содержанием поглощенного калия, но в области морского дна образование уже известного нам феррисиликата-главконита (№ 33) можно, повидимому, рассматривать как кристаллизацию абсорбционный системы, в которой калий занимает не последнее место среди поглощенных оснований.

К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания