Почвообразующая порода как фактор почвообразования

Почвообразующая, или материнская порода – это минеральный грунт, на котором формируется плодородный слой земли. Порода передает почвенному покрову свой гранулометрический и химический составы, от нее также во многом зависят свойства почвы. Особенно это заметно на ранних этапах формирования грунта.

В этой статье мы подробно расскажем, как можно классифицировать материнские породы, какое влияние они оказывают на почвообразовательный процесс.

Классификация материнских пород

Итак, почвообразующие породы разделяются в зависимости от следующих характеристик:

• Типа горной породы
• Возраста
• Происхождения (генезиса)

О них читайте далее.

Тип горной породы

Почва начинает формироваться на выветренных горных породах.

По своему типу и происхождению они разделяются на:

• Магматические
• Метаморфические
• Осадочные

Для процесса почвообразования важны состав и структура горной породы. С этой точки зрения мы их и рассмотрим.

Магматические породы

Магматические горные породы очень прочные и плотные, с трудом поддаются выветриванию. Чаще всего на них формируются примитивные плодородные грунты с 2-3 горизонтами (подробнее об этом читайте в нашей статье Почвенный горизонт). В тропической зоне магматические породы служат основанием для очень древних почв, возникших еще до четвертичного периода. Им несколько десятков миллионов лет.

Основной элемент магматических пород – диоксид кремния (SiO2).

По его процентному содержанию породы разделяют на:

• Основные (40-52% диоксида кремния)
  В эту группу входят габбро, базальт, дуниты. Порода имеет щелочную реакцию, содержит много кальция, железа и магния. При ее выветривании образуются глинистые минералы.
  На основных породах формируются нейтральные или слабощелочные почвы с высоким содержанием гумуса и хорошим плодородием.
• Кислые (более 65%)
  Группа включает гранит, пегматит, риолит. В составе породы много свободного кварца, калия и натрия, мало солей железа и алюминия, почти нет кальция и магния. Реакция материала кислая. При выветривании такой породы образуется песок. Грунт имеет высокую водопроницаемость, поэтому питательные элементы не задерживаются в верхних слоях.
  На кислых породах формируются подзолистые или дерново-подзолистые почвы, в тропической зоне – красно-бурые кислые плодородные грунты.
• Средние (52-65%)
  Группа включает диорит, сиенит, андезит. Это переходный тип породы, который способствует формированию слабокислой или нейтральной почвы.

Магматические породы относительно редко служат основанием для формирования почвенного покрова. Чаще всего они встречаются в горах и тропической зоне.

Метаморфические породы

Иногда эту группу еще называют видоизмененными горными породами. Она сформировалась в недрах земли путем повторной кристаллизации осадочных грунтов. Причинами метаморфизма пород служат высокая температура, большое давление, различные газовые и водные растворы.

Группа включает сланцы, гнейсы, мрамор, слюду, кварцит, амфиболит. Это плотные и прочные породы, которые медленно выветриваются. Плодородные почвы на них формируются чрезвычайно редко.

Осадочные породы

Рыхлые осадочные породы образовались после значительного выветривания магматических или метаморфических. Частично они состоят из органических остатков – полуразложившихся и окаменевших растений (например, торф или уголь), раковин морских животных (известняк, ракушечник).

Большинство почвообразующих пород относится именно к осадочному типу. Высокая пористость и рыхлая структура создают оптимальные условия для размножения микроорганизмов, развития низших и высших растений.

По своему происхождению осадочные породы делятся на:

• Механические, или обломочные
• Химические
• Биогенные

Механические осадочные породы

Обломочные породы формируются из сплошных массивов после выветривания. Они состоят из отдельных зерен с разным диаметром – от крупных глыб до мелких песчинок, пылевидных и глинистых частиц.

Зерна осадочных пород бывают:

• Окатанными
  Это глыбовые валуны, глыбы, галька, гравий, песок, глина, лёсс.
• Не окатанными
  К ним относятся глыбы, валуны, дресва.

Частицы также могут быть сцементированы между собой. Тогда они превращаются в конгломераты (окатанные), брекчии (не окатанные) или песчаники.

Химические осадочные породы

В процессе выветривания меняется не только зерновой состав, но и химическая структура породы. Образуются растворимые соли, новые соединения железа, алюминия и других элементов.

К химическим породам относится гипс, мергель, кремнезем, поваренная соль.

Биогенные осадочные породы

Они полностью или частично состоят из органических остатков. В эту группу входят торф, сапропель (донный ил водоемов, богатый органикой), каменный уголь, известняк.

Самые лучшие условия для почвообразования на мелкообломочных осадочных породах (песке, глине, лёссе). При высоком содержании кальция в умеренной климатической зоне с достаточным количеством осадков образуются черноземы. В сухих степях и полупустынях кальций становится источником засоления.

Дресва, гравий и крупнообломочные грунты – не лучшие типы материнской породы. Они не задерживают воду, а питательные вещества и тонкий слой гумуса вымываются. Почвообразование в этом случае идет очень медленно.

Возраст породы

По возрасту материнские породы разделяют на:

• Древние
• Четвертичные

Древние почвообразующие породы начали формироваться от 300 до 3 миллионов лет назад. В основном это массивно-кристаллические магматические и метаморфические разновидности. Они встречаются в горах и некоторых регионах тропической зоны.

Древние почвы часто кислые, богаты фульвокислотами, со средним или низким плодородием. Они быстро деградируют после обработки.

Четвертичный период начался 2,6 миллиона лет назад и длится до сих пор. Большинство почв на земле сформировалось в этот промежуток времени на осадочных породах.

Происхождение (генезис) породы

Отложения четвертичного периода классифицируют по их генезису.

Тут породы разделяют на:

• Элювиальные
• Делювиальные
• Пролювиальные
• Коллювиальные
• Аллювиальные
• Озерные отложения
• Ледниковые (морену и флювиогляциальные)
• Эоловые
• Покровные суглинки
• Лёсс

Дальше мы расскажем о них подробнее.

Элювиальные породы

Элювиальные породы, или элювий – это разрушенный массив, который не был перемещен с места образования. Он может формироваться на равнинах и в горах, на месте водоразделов. Свойства и структура элювия зависят от климата и характеристик исходной породы.

Основные свойства элювиальной материнской породы:

1. Отсутствие слоистости
2. Постепенный переход в массив, давший начало породе
3. Отсутствие деления на зерна с разным диаметром
4. Присутствие в материале зерен с диаметром больше 1 мм
5. Увеличение размера частиц от верхних слоев к нижним

Мощность слоя зависит от степени выветривания. На магматических и метаморфических массивах она небольшая. Такой элювий характерен для горных областей. Тут формируются малопродуктивные щебнистые и гравелистые почвы.

В осадочной породе выветривание идет более интенсивно, элювий может достигать десятков метров. Верхняя его часть состоит из глинистых и песчаных частиц. Эта порода служит основанием для плодородных почв, особенно если в ней содержится много карбонатов.

Делювиальные породы

Делювиальные породы (делювий) образуются на склонах гор из материалов, которые смываются талой водой или дождевыми потоками. Отложения идут в виде пологих шлейфов. На их вершине скапливаются крупные обломки, а в нижней части – песчаные и глинистые частицы, иногда попадаются органические примеси. Структура покрова местами слоистая.

Самая большая мощность у породы возле подножия горы. Она постепенно уменьшается к вершине. Толщина слоя 2-5 м, редко достигает 10-15 м. Возле вершины делювий смешивается с элювием, образуя делювиально-элювиальную материнскую породу.

Пролювиальные породы

Пролювиальные породы (или пролювий) образуются вследствие схождения с гор мощных селевых потоков. Для них характерна форма конуса. На вершине собраны крупные обломки, а на периферии – мелкие частицы (песок, глина, лёсс).

В центре пролювиального конуса формируются малопродуктивные щебнистые почвы с низким содержанием гумуса. На периферии гумусный слой становится толще, плодородие почвы увеличивается.

Этот тип материнской породы чаще всего встречается в пустынях и полупустынях. Иногда он сочетается с делювием, формируя пролювиально-делювиальный слой.

Коллювиальные породы

Коллювиальные породы (коллювий) также встречаются в горах. На склонах идет постепенное выветривание горного массива. Обломки под силой тяжести перемещаются вниз. В результате формируется глинистый, песчаный, галечниковый, щебнистый или глыбово-щебнистый коллювий.

Для материнской породы этого типа характерна слабая сортировка. Она образует шлейф, в его нижних слоях скапливаются крупные частицы, а в верхних – мелкие. Формируется коллювий на крутых склонах, сложенных из осадочных пород, при близком расположении грунтовых вод.

Аллювиальные породы

Аллювий, или аллювиальные породы образуются в поймах рек. Они постепенно накапливаются во время разливов. Состав аллювия во многом зависит от типа местности, через которую протекает река. Для равнин характерны мелкие песчаные, илистые и суглинистые наносы. У горных рек формируются отложения из гравия, гальки или дресвы с включениями крупных валунов.

Мощность аллювия от 10 до 50 м.

По своему расположению он разделяется на:

• Прирусловый
• Центральный
• Притеррасный

У самого русла реки откладываются галька, крупный песок, ил. По мере отдаления от воды зерна становятся мельче. В центральной части поймы и возле террас порода однородная, глинистая, суглинистая и супесчаная.

Самые плодородные почвы образуются в центре поймы. Этому способствует гранулометрический состав материнской породы, постоянное подпитывание органическими остатками во время затопления. Возле террас вода застаивается, там формируется болотная почва. Возле самой реки органический слой быстро смывается.

По времени образования аллювий разделяется на:

• Современный
• Древний

Современный аллювий — наиболее молодой тип материнской породы. Его отложение идет постоянно. В результате образуются почвы со сложным профилем, в котором минеральный грунт чередуется с органическим.

Для современного аллювия характерны такие черты:

• Слоистость
  В породе чередуются прослойки песка, глины и других отложений с разным минеральным составом. В некоторых местах присутствуют линзы и карманы (утолщенные слои) из глины, сапропеля или мелкого песка.
• Сортированность
  В нижней части аллювиального горизонта всегда скапливаются крупные зерна (гравий, галька, гравелистый песок), а в верхней – мелкий песок, пылевидные и глинистые частицы. Подобная сортированность наблюдается и по мере удаления от русла — крупные частицы скапливаются у реки, мелкие — у террас.
• Присутствие органических остатков
  В аллювии можно найти раковины пресноводных моллюсков, полуразложившиеся водоросли и даже скелеты рыб.

Древний аллювий сформировался в начале четвертичного периода. После таяния ледников реки стали очень полноводными, их пойма значительно расширилась. Сейчас эти территории представлены террасами, которые уже не затапливаются речной водой. Для них характерна малая мощность плодородного слоя, до 10-12 м. Порода песчаная, супесчаная или суглинистая, встречаются участки с валунами и глыбами. Частицы хорошо окатаны, светлые.

Древние аллювиальные породы состоят в основном из диоксида кремния и полевых шпатов, в них мало элементов питания. Поэтому на таких участках формируются почвы с низким плодородием.

Озерные отложения

Озерные отложения образовались в понижениях рельефа. В древности здесь существовали водоемы или участки, которые на длительное время затапливались.

Материнская порода в таких местах состоит из глины, суглинка, лёсса. Она слоистая. Между минеральным грунтом встречаются прослойки органического — сапропеля или торфа. В южных областях и вблизи соленых озер такие наносы часто превращаются в солончаки с прослойками гипса и растворимых солей.

В северных регионах России, на дне высохших ледниковых озер, отложились ленточные глины. Они характеризуются выраженной слоистостью. В летний период, когда ледник активно таял, в озера попадал песок и супесь, а зимой – мелкие глинистые частицы. Поэтому порода состоит из прослоек с разным гранулометрическим составом.

В ленточных глинах много питательных элементов — фосфора, калия, соединений азота. Но по своей структуре они довольно плотные. Они способствуют формированию кислых почв с высоким содержанием соединений алюминия, магния, железа.

Ледниковые породы

Эти породы образовались в период перемещения и таяния ледников. Они широко распространены в северной части Европы и Азии.

По своему происхождению породы разделяются на:

• Морены
• Флювиогляциальные

Морены

Эти породы образовались в результате выветривания под давлением ледника. Затем они были перемещены массами льда.

Отличительные особенности морены:

• Неоднородный гранулометрический состав
• Наличие крупных валунов
• Преобладание песчаных частиц
• Отсутствие сортированности
• Бесструктурность
• Красно-бурая или желто-бурая окраска (при оглеевании почвы — разложении органики без доступа кислорода с образованием солей алюминия и марганца — она серо-бурая или голубоватая)

В горных областях чаще залегают морены с крупными частицами — щебнистые, гравелистые, валунные. На равнинах у этих пород более однородный гранулометрический состав, преобладают песок и глина.

По своему химическому составу морены разделяются на:

• Бескарбонатные
  Это суглинистая порода с включениями валунов (их количество уменьшается с севера на юг). Пески мелкие и пылеватые, среди глинистых частиц преобладает монтмориллонит и каолинит.
  На таких моренах образуются кислые подзолистые почвы (иногда с признаками оглеевания).
• Карбонатные
  В породе присутствуют примеси карбонатов (известняка, мергелей). В зерновом составе преобладает песчаная фракция.

На таких моренах обычно формируются дерново-подзолистые почвенные покровы.

По месту образования относительно ледника морены разделяют на:

• Донные
  Они формируются в самом центре ледника. Отличаются они высокой плотностью, состоят из грубообломочной горной породы, равномерно распределенной по всей площади.
• Абляционные
  Образуются они в местах повреждений и оттаивания ледника. Структура более рыхлая, больше примесей ила и глинистых частиц.
• Конечная
  Они формируются по краю ледника, образуют волнистый рельеф. В структуре разнородный материал — валуны, гравий, крупный и мелкий пески, глина.

Морена редко выступает самостоятельной материнской породой. Чаще всего она перекрывается лёссовидными суглинками или водно-ледниковыми наносами. А вот на них уже начинает формироваться почва.

Если органический слой образовался непосредственно на морене, у него будет низкое плодородие. Это плотная порода с плохой водопроницаемостью. На ней застаиваются осадки, быстро образуются болото и глей.

Флювиогляциальные породы

Эти породы возникли в период таяния ледника. Мощные потоки разрушали морену и горные массивы, переносили их за сотни и тысячи километров. Так появились флювиогляциальные породы.

Состоят отложения из крупных обломков и мелкого песка с небольшими примесями глины. Частицы тут хорошо отсортированы. Ближе к леднику откладываются валуны и гравий, на периферии — мелкий песок и супесь. Сверху иногда наслаиваются суглинок и глина.

На флювиогляциальных породах образуются почвы с низким плодородием. Эти отложения бедны на питательные элементы. Через песок они быстро вымываются. На участках с глиной и суглинком вода, наоборот, застаивается, что способствует образованию болот.

Эоловые породы

Эоловые породы состоят из частиц, перенесенных ветром. Чаще всего это мелкий песок и пыль. Воздушные потоки переносят их на тысячи километров. Например, в лёссовых грунтах Европы часто выявляют песок из африканской пустыни.

Эоловые отложения слоистые, хорошо отсортированы. Под воздействием ветра возникают дюны и барханы, которые постепенно зарастают травой и деревьями. Этот фактор играет одну из ключевых ролей в формировании лёссов — мелких пылеватых глин. Ветер также способствует разрушению плотных горных массивов.

Покровные суглинки

Ученые до сих пор не пришли к единому мнению, откуда взялись покровные суглинки. Одни считают, что это продукт выветривания коренных пород элювиально-делювиального происхождения. Другие придерживаются ледниковой теории — считают суглинки продуктом разрушения морены и перемещения ее талыми водами.

Суглинки могут покрывать как ледниковые, так и коренные породы. У них слоистая структура, однородный гранулометрический состав (глинистые частицы с примесью песка, без гравия и валунов). Цвет буро-желтый, светло-коричневый, желтовато-бурый.

По химическому составу покровные суглинки разделяются на:

• Бескарбонатные
  Они состоят из крупных пылеватых частиц, содержат около 70% диоксида кремния и 3-4% оксидов кальция и магния. Слоистость выражена слабо. На таких суглинках формируются подзолистые, дерново-подзолистые и серые лесные почвы.
• Карбонатные
  Они имеют более светлый и неоднородный цвет. В толще породы видны вкрапления карбонатов в виде белоглазки и журавчиков (округлые включения и белые полосы). Содержание оксидов кальция и магния тут достигает 7-11%. На такой породе формируются дерново-подзолистые, темно-серые лесные почвы, выщелоченные черноземы.

Лёсс и лёссовый суглинок

Эта материнская порода относится к суглинкам, реже к супесям. Состоит она из частиц с размерами от 0,05 до 0,002 мм. Пористость у нее достигает 40-55%.

В лёссовых суглинках преобладают зерна 0,05-0,01 мм. Они представляют собой кварц, полевой шпат, глинистые минералы (гидрослюду, каолинит, монтмориллонит). Иногда в лёссе попадается вулканический пепел, который перемещается ветром за сотни километров от места извержения.

Происхождение лёссов до конца не выяснено.

Они могли сформироваться под влиянием:

• Сильного выветривания коренных пород
• Перемещения выветрелых пород ветром
• Перемещения и разрушения пород потоками воды после разрушения ледников
• Формирования породы на дне древних морей

На лёссах и лёссовых суглинках возникают одни из лучших условий для формирования плодородных почв. Эти пористые породы хорошо пропускают воду, в них много воздуха, есть простор для роста и развития корней. В то же время глинистые частицы могут задерживать влагу, не дают питательным элементам вымываться в нижние слои почвенного профиля. Реакция лёссов близка к нейтральной, в них часто встречаются примеси карбонатов. Многие из них частично образовались из разрушенных раковин моллюсков.

Настоящие лёссы (с диаметром частиц от 0,05 до 0,002 мм) распространены в Украине и Средней Азии. Именно на них формируются типичные черноземы. В России лёссовые суглинки встречаются в Центральном Нечерноземье, на Русской равнине, некоторых областях Сибири.

В последней части статьи мы расскажем, как именно почвообразующая порода влияет на формирование почвенного покрова.

Роль материнской породы в почвообразовании

Материнская порода составляет от 90% до 99% твердой части почвы. Она во многом влияет на плодородные свойства грунта.

От гранулометрического состава зависят следующие характеристики почвы:

• Водопроницаемость
• Влагоемкость
• Воздухопроницаемость
• Легкость обработки

Плотные почвы, состоящие в основном из глины, плохо пропускают воздух и воду. Когда они пересыхают, то становятся твердыми и с трудом обрабатываются. При увлажнении они начинают прилипать к инструментам. Корневая система растений в таком грунте развивается слабо.

Песчаные почвы хорошо пропускают воздух и воду, но из них быстро вымываются питательные вещества. В сухом климате грунт быстро пересыхает. Примеси гравия и валунов затрудняют обработку грунта. Такие частицы служат средой обитания в основном лишайников, мхов и микроорганизмов.

Оптимальные условия почвообразования возникают на суглинках, супесях и лёссах. Такие грунты обладают оптимальной водо- и воздухопроницаемостью. Они задерживают влагу, но не позволяют ей застаиваться. Питательные элементы не вымываются в нижние слои профиля.

В умеренном климате большинство почв формируется на глинах, суглинках и супесях разного происхождения. В тропиках и субтропиках в материнской породе часто присутствуют вторичные минералы — продукты биологического выветривания (разрушенные под влиянием живых организмов породы). В пустынных областях основной почвообразующий грунт — это песок и глина.

От химического состава материнской породы зависят:

• Кислотность почвы
• Наличие питательных элементов

На кислых породах формируются подзолистые и оглеенные почвы с низким плодородием. Большинству растений и сельскохозяйственных культур такая среда не подходит для роста и развития.

Породы со щелочной реакцией содержат много карбонатов. В такой среде лучше сохраняются питательные элементы и активнее проходят почвообразовательные процессы. Но в жарких сухих областях карбонатные грунты быстро засаливаются.

К основным питательным элементам относятся калий, фосфор и азот. Не менее важны для растений кальций, магний, марганец и микроэлементы (медь, цинк, селен, йод). Все соединения, кроме азота, поступают по большей части из материнской породы.

Питательными элементами богаты пойменные и элювиальные почвы с рыхлой структурой, суглинистым или супесчаным гранулометрическим составом. Грунты ледникового и делювиального происхождения обеднены, химические элементы в них быстро вымываются водными потоками.

Переизбыток растворимых солей и питательных элементов также вреден для растений. Такое явление наблюдается в морских отложениях. На таких грунтах формируются солончаки — малопригодные для растений почвы.

От качеств материнской породы зависит тип почвы в пределах одной географической широты. Плодородие грунта при одинаковых погодных условиях (температуре, влажности, количестве осадков) может значительно отличаться. Особенно большое значения почвообразующая порода имеет на начальных этапах формирования. Она фактически становится субстратом и питательной средой для первых растений и других живых организмов. В дальнейшем ее роль падает, но никогда не исчезает полностью.