Биокосные системы Земли

Из всех подвижных элементов типоморфными являются элементы, обладающие наибольшей миграционной способностью и накапливающиеся в данной почве. Остальные подвижные элементы приобретают как бы подчиненное значение. Так, в солончаках помимо солей натрия содержатся и соли кальция (кальцит и гипс), однако они не играют такой существенной роли, как более растворимые соли натрия. Поэтому в солончаках типоморфны натрий, сера, хлор, но не кальции. В черноземах, где солей натрия обычно мало, соли кальция начинают оказывать существенное влияние на почву, т. е. кальций становится типоморфным элементом. Менее подвижные кремний и алюминий имеют в данной почве второстепенное значение. Во влажных тропиках, где кальций почти нацело удален из почвы, типоморфны водородный ион и алюминий.

Это позволило сформулировать принцип подвижных компонентов, который применительно к почвам состоит в следующем: роль элемента в почве определяется его содержанием в ней и интенсивностью миграции.

При выделении классов почв большое значение приобретают кислотность и щелочность среды, так как условия миграции большинства химических элементов зависят от актуальной реакции природных вод, которая измеряется pH. Многие химические элементы, образующие катионы (катионогенные), легко мигрируют в кислых водах и хуже — в щелочных. К этой группе относятся преимущественно металлы — железо, медь, никель, кобальт и т. д. Химические элементы, образующие анионы (анионогенные), напротив, лучше мигрируют в щелочных водах, чем в кислых. Это неметаллы и часть металлов. Некоторые элементы в зависимости от степени окисления и pH могут быть и в катионной, и в анионной форме (например, цинк, алюминий, уран, молибден). Миграция части элементов практически не зависит от pH, так как они образуют очень легкорастворимые соединения, подвижные в водах любого состава (Na, Cl и др.). По кислотно-щелочным условиям почвенные воды разделяются на четыре основные группы.

К сильнокислым относятся воды с pH < 3. Такая кислотность обычно обязана окислению пирита и других сульфидов, приводящему к образованию свободной серной кислоты. В сернокислых водах легко мигрирует большинство металлов, в том числе железо, алюминий, медь, цинк и т. д. Типоморфным в таких водах является водородный ион (Н⁺), иногда железо, медь, цинк и другие металлы. Сильнокислые почвы известны на участках окисляющихся сульфидных руд, в дельтах некоторых рек.

Кислыми и слабокислыми являются воды, pH которых колеблется от 3 до 6,5. Их кислотность обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в почвах мало катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована и в почве господствует кислая среда. В таких почвах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Кислые и слабокислые почвы исключительно широко распространены в лесных ландшафтах влажного климата и в тундре. Типоморфным здесь является водородный ион, местами также Fe²⁺.

Нейтральные и слабощелочные воды имеют pH 6,5—8,5, их реакция определяется отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к CO₂. Эта обстановка менее благоприятна для миграции большинства металлов, которые здесь осаждаются в форме нерастворимых гидроокислов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (молибден, селен, уран и т. д.). Такие почвы характерны для аридных ландшафтов и районов распространения известняков во влажном климате.

При разложении органических веществ здесь тоже образуются угольная и органическая кислоты, но они полностью нейтрализуются CaCO₃ и другими минералами кальция, а также магния, натрия, калия, которыми богаты почвы и породы. Типоморфными являются (в разных почвах) кальций, натрий, хлор, сера.

Сильнощелочные воды с pH > 8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды (NaHCO₃, реже Na₂CO₃). Они характерны для многих почв лесостепи и саванн (в СССР, например, для Барабинской низменности Западной Сибири, где были детально изучены Н. И. Базилевич). Многие металлы в этих почвах почти не мигрируют, как, например, кальций, магний, стронций, барий, железо. Напротив, кремний, молибден, селен и другие анионогенные элементы мигрируют интенсивно. Замечательная особенность содовых вод состоит в том, что некоторые металлы в них ведут себя как анионогенные элементы, входя в состав различных подвижных анионов. Медь, например, входит в состав аниона [Cu(CO₃)₂]^2-, алюминий — AlO₂. Скандий, иттрий, цирконий и другие элементы, малоподвижные в слабокислых и слабощелочных водах, образуют здесь растворимые карбонатные комплексы. Типоморфными в этом классе являются натрий, гидроксил (ОН^-), местами — кремний.