Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Глееобразование и сульфатредукция.



Заслуга Г.Н. Высоцкого заключается не только в том, что он ввел в почвоведение новое понятие и новый термин «глей», подразумевая под ним однородно окрашенный в холодный цвет горизонт почвенного профиля, но и в том, что он первый попытался понять механизм формирования глеевых профилей или отдельных глеевых горизонтов. На ограниченном количестве, образцов (он выполнил анализ всего четырех образцов) ему удалось установить, что глееобразование всегда сопровождается выносом железа. Г.Н Высоцкий в упомянутой выше работе подчеркивал, что характерной особенностью глееобразования является «раскисление окиси железа, и превращение ее в закись».

Итак, по Высоцкому глей в морфологическом отношении отличается характерной окраской, а в химическом прежде всего выносом железа. Г.Н. Высоцкий установил также, что глееобразование возможно только в бескислородной (или анаэробной) среде. Позднее было установлено, что оно осуществляется при участии неспецифической анаэробной гетеротрофной микрофлоры. Поэтому глееобразование имеет биохимическую природу. Эти основополагающие, принципиальные признаки и условия глееобразования, обнаруженные более 90 лет тому назад Г.Н Высоцким, справедливы и в настоящее время.

Таким образом, для того чтобы в почве начало развиваться оглеение, т.е. происходил переход трехвалентного железа в подвижное двухвалентное и затем осуществлялся его вынос, необходимо и достаточно действия трех факторов -наличия органического вещества, анаэробной микрофлоры, застоя влаги в почве, способного вызвать развитие анаэробных (бескислородных) условий. Уточним, однако, при этом два условия глееобразования.

Для развития глееобразования необходимо, во-первых, только такое органическое вещество, которое способно к сбраживанию и генерации в результате сбраживания различных низкомолекулярных активных органических соединений (одно-, двух и трехосновных кислот, фенолов, полифенолов и др.). Последние способны восстанавливать металлы с переменной валентностью (железо, марганец), образовывать с ними комплексные металлорганические высокоподвижные соединения, действовать как кислоты, растворяя оксиды.

v. Во-вторых, глееобразование в химическом отношении это прежде всего потеря исходной почвообразующей породой железа. Такая потеря не балансируется одновременным привносом железа в результате каких-либо иных вторичных процессов, например, в результате биогенного поступления железа в оглеенную почву с опадом листьев или за счет других подобных явлений.

Итак, три достаточно простых условия - наличие органического вещества, наличие неспецифической анаэробной гетеротрофной микрофлоры и застой влаги определяют сбраживание органики в анаэробной обстановке и, как результат, несбалансированный вынос железа (т.е. глееобразование) из минеральной массы почвы. Это в свою очередь вызывает появление характерной окраски холодного цвета - неизменного признака глееобразования, о котором уже. упоминалось выше. Следует особо подчеркнуть, что глееобразование возможно только в том случае, если все три фактора, определяющие развитие этото процесса, действуют одновременно.

| Эти три весьма простых условия могут возникать и встречаться повсеместно, практически во всех природных зонах земного шара. Именно поэтому глееобразование, в отличие от подавляющего большинства других почвообразовательных процессов, получило глобальное распространение. В силу тех же причин глееобразование всегда сопровождает хозяйственную (а иногда и неразумную, бесхозяйственную) деятельность человека и может привести в конечном итоге к застою влаги в почвах, например, при поливах затоплением, при переполивах, в результате уплотнения почв при обработке, в результате подтопления в верхних бьефах водохранилищ и др.

j Мы подчеркиваем важную роль застоя влаги в почвах как ведущего фактора глееобраз'ования, не принижая, очевидно, значения двух других (органического вещества и анаэробной микрофлоры). И это не случайно. Анаэробная микрофлора практически всегда присутствует, а органическое вещество обычно находится в профиле почв. Избыточная влага оказывается главным лимитирующим фактором развития глееобразования. С ее появлением приходит в движение весь механизм глееобразования.

Изложенное позволяет определить глееобразование как почвообразовательный процесс, протекающий в анаэробных условиях при обязательном участии гетеротрофной микрофлоры и наличии органического вещества в условиях постоянного или периодического обводнения отдельных горизонтов или всего профиля. Глееобразование сопровождается переходом окисных соединений в закисные и несбалансированным выносом железа(Зайдельман, 1974,1985).

При рассмотрении глееобразования следует иметь ввиду еще одно важное обстоятельство. Восстановительная обстановка, безусловный фактор глееобразования, далеко не всегда вызывает развитие этого процесса. Это обусловлено прежде всего присутствием в анаэробной среде сероводорода. Поэтому понятия «анаэробиоз», «восстановительные условия» не являются синонимами глееобразования. В почве могут господствовать анаэробные условия, а глееобразование, тем не менее, развиваться не будет или его развитие окажется заторможенным. Это происходит обычно тогда, когда в почвообразующих породах содержатся значительные массы сульфатов натрия, кальция или магния. Кроме того, глееобразование может и не проявляться или резко тормозиться, если в почвенных или иных водах и в воздухе содержится много сероводорода. Наконец, торможение глееобразования возможно в зонах распространения сульфатных грунтовых вод.

Это обусловлено тем, что сульфаты пород или вод в анаэробной среде при наличии органического вещества и анаэробной микрофлоры (в данном случае под действием сульфатредуцирующих бактерий) подвергаются восстановлению. При этом образуется сероводород. Если в восстановительной среде есть ион двухвалентного железа, то при взаимодействии с сероводородом он образует сульфид железа и выпадет в осадок, т.е. обезжелезнения не происходит.

Можно выделить две группы сульфатсодержащих пород. Во-первых, сульфаты в породах могут содержаться в виде сернокислых солей кальция и магния. В результате их восстановления в анаэробной среде наряду с сероводородом возникает нейтральная соль - карбонат кальция (магния), не влияющая отрицательно на свойства почв

C6H12O6+ 3CaS04 -+ ЗСО2 + ЗСаСОз + 3H2S +ЗН2О + Q,

где Q - энергия, выделяющаяся при распаде углеводов. Сероводород, возникший в результате этой реакции, вступает во взаимодействие с двухвалентным железом. В осадок выпадает сульфид железа

H2S + Fe(OH)2-+FeS↓ + 2Н20.

Во-вторых, если породы содержат сульфат натрия, то в результате сульфатредукции возможно появление соды, наиболее токсичной для растений соли. Ее неблагоприятное влияние на растения проявляется при содержании, равном или большем 0.001%.

 

C6H12O6 + 3Na2S04->3C02 +3Na2СОз + ЗH2S +ЗН2О + Q

, Сода, кроме того, отрицательно влияет на физические свойства почв. При этом происходит осолонцевание профиля, ухудшение агрегатного состава, уплотнение, слитизация, резкое снижение водопроницаемости. В результате выпадения в осадок сульфидов возможна закупорка свободных пор почвы.

Следует подчеркнуть и то, что опасность процесса, протекающего по этой последней реакции обусловлена не только накоплением нормальной соды в профиле почв. Она может быть также причиной подщелачивания вод водохранилищ, используемых на орошение. Это явление представляет собой особую опасность в степной зоне, где широко распространены высокогумусные черноземные почвы, а в почвообразующих породах содержатся значительные массы сульфата натрия. Чем выше запасы органического вещества в чаше водохранилища и больше масса сульфата натрия в почвах и породах днища, тем интенсивнее идет процесс сульфатредукции, тем большая масса соды поступает в воды, тем выше рН оросительных вод и угроза вторичного осолонцевания. ^Редукцию сульфата натрия провоцирует не только почвенный гумус, но и огромные массы органики, остающиеся в ложе водохранилищ в момент его затопления в виде корневых остатков травянистой и лесной растительности, кустарника, неиспользованных масс сена, соломы и др. Профилактика содонакопления в водах водохранилищ и сохранения качества воды тесно связана с необходимостью выполнения мероприятий по устранению или резкому сокращению запасов органического вещества в их чаше.

Таким образом, железо прочно фиксируется in situ до тех пор, пока в почве сохраняются анаэробные условия. Меняются лишь формы несиликатного железа. Оксиды и гидроксиды железа переходят в сульфиды.

При этом, однако, несмотря на переход железа из трехвалентной формы в двухвалентную не возникает сизый глей или глей иной холодной окраски. В этом случае железо, взаимодействуя с сероводородом, дает черный, мажущий коллоидный минерал гидротроилит Fe(HS)2-nH20. Последний определяет черную окраску горизонта (Перельман, 1977). Переувлажненные почвы с сульфидными чёрноокрашенными горизонтами не получили на территории земного шара столь широкого распространения, как оглеенные почвы. Они имеют более локальное распространение. Тем не менее для многих регионов Земли их значение оказывается весьма существенным, а площади занимают огромные ареалы. Такие сульфидные почвы широко распространены в дельтах крупных рек, на морских и океанических побережьях тропиков Восточной Азии, в значительно меньшей мере на приморских территориях северных стран с бореальным климатом, а также в аридных областях среди содовых и иных солончаков. 'Пока железо закреплено на месте в виде сульфида, основное условие глееобразования - обезжелезнение мелкозема или плазмы мелкозема в результате несбалансированного выноса - не реализуется. В этом заключается основное отличие воздействия анаэробных условий на субстраты, содержащие и не содержащие сульфаты, отличие глееобразования от сульфатредукции. При этом очевидно и то, что восстановление железа при воздействии сероводорода может быть значительно более интенсивным, чем при оглеении, когда процесс редукции осуществляется в основном органическими редуцирующими соединениями.

При анаэробном сбраживании органического вещества на фоне сульфатредукции в условиях постоянного застойного водного режимажелезо прочно фиксируется на месте в виде нерастворимого сульфида железа. Процесс обезжелезнения мелкозема блокирован тем, что сульфид железа остается на месте своего образования. Он определяет темный (или черный) цвет горизонта. При застойном водном режиме в анаэробной среде в условиях активного действия даже такого мощного восстановителя, как сероводород, оглеение, которое мы рассматриваем прежде всего как процесс обезжелезнения, не происходит. Мелкозем и плазма мелкозема на фоне глубокого анаэробиоза в этом случае не подвержены обезжелезнению.

Вместе с тем на фоне застойно-промывного режима при пульсации аэробных и анаэробных условийпри периодическом опоке гравитационной влаги возможно интенсивное обезжелезнение мелкозема и его плазмы. Обезжелезнение в этом случае происходит, во-первых, за счет гидромеханического перетока суспензии, содержащей сульфид железа и, во-вторых, в результате одновременного окисления сульфида железа с возникновением вначале ярозита K3Fe(S04)2(OH)6 а затем железного купороса и серной кислоты

2FeS2 + 2Н20 + 702-+2FeS04 + 2H2S04

Железный купорос подвергается гидролизу

FeS04 + 2H20->Fe(OH)2 + H2SO4

Наличие серной кислоты резко повышает устойчивость в растворе Fe(OH)2 и FeC03- Эти соединения с током влаги в виде истинных растворов выносятся за пределы почвенного профиля или поступают в зоны аэрации. Здесь продолжается процесс окисления железа. Возникают трехвалентные формы его гидроокиси. В зоне аэрации аморфный трехвалентный осадок гидроокиси подвергается дегидратации, возникают слабоокристаллизованные и окристаллизованные несиликатные минералы железа - лепидокрокит, гетит и др.

Только после окисления сульфидов и последующего несбалансированного выноса железа минеральные зерна породы освобождаются от его оксидных пленок и проявляют собственный цвет (обычно холодных тонов). В условиях застойно-промывного режима на сульфатных или сульфидных породах возникают почвы с типичными морфохроматическими признаками оглеения в виде характерной синей, сизой или светло-серой окраски.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.