Из чего образуется почва. Как образуется почва. Почвообразование – это сложный природный процесс образования почвы из горной породы под воздействием факторов почвообразования в пределах биогеосферы Земли

Почва - уникальное природное образование, характеризующееся плодородием. Довольно часто в к этому слову употребляется «земля». Как образовалась почва на нашей планете и какие факторы повлияли на данный процесс?

Что такое почва?

Это верхняя прослойка суши на земном шаре. Образование почвы происходило под действием на ряда факторов. Она обладает своим неповторимым составом, строением и свойствами.

Это одна из самых важных составляющих биосферы и биоценозов на Земле, поскольку здесь осуществляется поддерживание экологических связей абсолютно всех живых существ с твердой, жидкой и газообразной оболочками планеты.

Докучаев, который наиболее подробно занимался изучением вопроса о том, как образовалась почва, называл ее «отражением ландшафта», потому что через нее выражаются главные особенности конкретного района. Почвенный покров одновременно является определяющим для растительных сообществ, но в то же время сам зависит от них.

Свойства почвы

Наиболее важным свойством почвенного покрова является плодородие, выражающееся в его способности к обеспечению развития и роста растений.

К физическим свойствам относят:

• механический состав (плотность и размер почвенных частиц);
• влагоемкость (способность впитывать и удерживать воду);
• микробный состав;
• кислотность.

Факторы образования почвы

Ход напрямую зависит от природных условий или факторов, в которых он протекает. Также необходимо учитывать их комбинации, поскольку они определяют направленность всего процесса.

Условия образования почвы подразделяют на пять типов:

• почвообразующая порода;
• растительные сообщества;
• деятельность животных и микроорганизмов;
• климатические условия;
• рельеф;
• возраст почвенного покрова.

В настоящее время также отдельно выделяют еще два фактора - воздействие воды и человека. В вопросе о том, как образовалась почва, ведущим фактором является биологический.

Почвообразующие породы

Абсолютно весь почвенный покров нашей планеты начал образовываться на основе горных пород. Определяющим фактором является их химический состав, поскольку почвенный покров вбирает в себя часть материнских пород. На характер и направленность процесса влияют свойства горных пород, такие как плотность, пористость, способность проводить тепло, размер микрочастиц.

Климат

Влияние климата на процесс почвообразования весьма многообразно. Основными факторами воздействия климата являются осадки и температурный режим. Условиями для процесса выступают количество теплоты, влажность, а также их циркуляция и распределение в пространстве. Климатический фактор проявляется и в процессе выветривания. Климат также оказывает косвенное влияние, поскольку определяет существование определенных видов растительных сообществ.

Растения и животные

Растения своими корневыми системами пронизывают материнскую горную породу и доставляют к поверхности ценные минеральные вещества, которые впоследствии преобразуются в органические соединения.

Как образуется перегной почвы? Отмершие части растений, насыщенные зольными веществами, остаются в верхних горизонтах. Благодаря постоянному синтезу и распаду органики на поверхности почвенный покров становится плодородным.

Растительные сообщества изменяют микроклимат местности. К примеру, в лесах летом довольно прохладно, повышена влажность, минимальна сила ветра, в отличие от лугов.

Большое количество живых организмов живет в верхнем плодородном В процессе их жизнедеятельности растения и их органические остатки разлагаются. Впоследствии продукты жизнедеятельности животных вновь поглощаются растениями.

Совокупность растительных и животных сообществ на определенных территориях оказывает влияние на формирование типа почвы. Например, черноземы образуются только под лугово-степным типом растительности.

Рельеф

Данный фактор оказывает косвенное влияние на процесс образования почвы. Рельеф определяет закон перераспределения влаги и тепла. В зависимости от высоты меняется температурный режим. Именно с высотой связана вертикальная зональность в горных районах планеты.

Характер рельефа определяет степень воздействия климата на почвообразование. Перераспределение осадков происходит из-за перепадов высот. В низменных участках влага скапливается, а на склонах и возвышенностях она не задерживается. Южные склоны в северном полушарии получают больше тепла по сравнению с северными.

Возраст почв

Почва является природным телом, которое постоянно развивается. То, каким мы видим сейчас почвенный покров, - это лишь одна из ступеней его непрерывного развития. Даже если почвообразовательные процессы в будущем не изменятся, верхний плодородный слой может подвергнуться коренным преобразованиям.

Возраст бывает двух типов - относительный и абсолютный. Абсолютным возрастом называется время, которое прошло с моменты образования почвенного покрова до настоящей стадии его развития. Однако не все части суши в течение всего периода своего исторического развития являлись ею. Относительный возраст - разница в развитии верхнего плодородного слоя в рамках одной территории.

Возраст может быть различным - от сотен до тысяч лет.

Как образовалась почва?

Этот вопрос интересует уже несколько поколений ученых и исследователей. Рассмотрим ниже общепринятую версию истории почвообразовательного процесса.

Земля имеет твердое раскаленное ядро, которое окружено горячей мантией с вязкой структурой. Сверху располагается внешняя кора, в состав которой входят горные породы.

Четыре миллиарда лет назад Земля начала остывать. В некоторых местах магма выходила на поверхность и образовала базальты, а там, где оставалась под ней, формировались граниты. Первичная материнская порода менялась под действием внешних факторов, постепенно происходил синтез новых минеральных веществ.

После того как в атмосфере появился кислород, начал формироваться осадочный слой. Постепенно в результате процесса выветривания материнская порода становилась более рыхлой и насыщалась кислородом. Таким образом, возникали глины, пески, гипс и известняк.

Общепринятой является точка зрения о том, что жизнь на планете существует вот уже более трех миллиардов лет. Согласно последним исследованиям, в это время на Земле уже жили бактерии и простейшие одноклеточные. Первые живые организмы легко приспосабливались к новым факторам внешней среды и были всеядными. В процессе жизнедеятельности они выделяли некоторые ферменты, которые растворяли горные породы и довольно быстро размножались. Постепенно образующаяся почва заселялась мхами, лишайниками, а затем растениями и животными. В результате такого заселения образовывался перегной.

Почвенный покров очень важен для человека. Его нужно изучать для целей развития сельского и лесного хозяйства, а также для инженерных и строительных изысканий. Знания о свойствах верхнего плодородного слоя земли используются при решении проблем геологической разведки и добычи минеральных ресурсов, здравоохранения, экологии.

На этом уроке вы узнаете, как образуется верхний плодородный слой - почва. Узнаете об особенностях почвы и её обитателей.

Тема: Взаимосвязь неживой и живой природы

Урок: Как образуется почва

Наш урок будет посвящен почве и её образованию. И высокое дерево, и маленькая травинка укрепились своими корнями в земле, вернее в её верхнем слое, который называется почвой.

А как же образовалась почва? Основа образования почвы - горные породы Земли. Дно водоёмов, равнины, горы сложены из горных пород, которые в течение миллионов лет разрушались под воздействием солнечного тепла, воды, воздуха и живых организмов. Мельчайшие частицы горных пород скапливаются в трещинах скал, скатываются вместе с потоками воды в низкие места. В трещины легко проникают вода, воздух, бактерии, мелкие животные и семена растений. В результате на камнях прорастают пучки трав, мелкие кустарники и даже деревья. Корни растений продолжают расширять трещины, разрушая породы.

Рис. 2. Проросшие растения на камне ()

Проходят годы, образование почвы - процесс очень длительный. Через тысячу лет у подножия скал из остатков растений образуется почва. Это верхний плодородный слой земли толщиной до 2 см. На мягком вулканическом пепле этот процесс происходит быстро, всего за 50-60 лет. Животные принимают участие в образовании почвы. Они рыхлят породу, смешивают её с полусгнившими корнями растений, а когда гибнут, сами становятся её частицами. Итак, образование почвы происходит в результате разрушения горных пород под воздействием всех компонентов природы: солнечного тепла, воды, воздуха, живых организмов. Только все части природы, действуя друг на друга, образуют почву. Нет горных пород и живых организмов - не будет и почвы. Нет воды и воздуха - почва не образуется.

Давайте вспомним прогулку в осенний лес. Сможете доказать на основе своих наблюдений, что почва связывает в единое целое неживую и живую природу?

Сухие листья, хвоинки, травы, веточки деревьев падают на землю и скапливаются в самом верхнем её слое. Под опавшими листьями и ветками находятся песок и глина, мелкие камешки, останки животных и растений, перегной, а это относится к неживой природе. Всё это скоплено корнями растений, ведь каждое растение берёт из почвы питательные вещества. В почве всегда присутствуют бактерии, грибы, мелкие животные, а это относится к живой природе. Кто берёт из почвы питательные вещества, мы знаем. А кто же их вновь пополняет? Ведь если запасы не пополнять, то почва быстро оскудеет. Животные почвы прокладывают в ней ходы, куда попадает вода и воздух, они перемешивают почву, измельчают остатки растений, а бактерии, которые всегда живут в почве, превращают эти остатки в перегной.

Листья и травы разлагаются в почве сравнительно быстро. Всего через полгода они превращаются в прекрасные удобрения. Таким образом, питательные вещества постоянно возвращаются в почву и вновь расходуются растениями. Происходит почвенный круговорот. Почва связывает в единое целое неживую и живую природу.

А каких животных можно увидеть в почве? В лесной подстилке замерла божья коровка, что-то перетаскивают в свои подземные жилища муравьи, а вот кроты и дождевые черви проводят в почве всю свою жизнь.

А земляной шмель только зимует. Лягушки и улитки прячутся в почве от дневной жары, а майские жуки откладывают яйца, из которых появляются их потомства.

Жуки проникают в почву на глубину до 2 метров, муравьи - до 3 метров. Кроты - до 5 метров, а дождевые черви - до 8 метров.

Кроты приносят очень большую пользу почве, прокладывая глубокие ходы, кроты выбрасывают землю на поверхность, а эта земля в полтора раз богаче кальцием, магнием, железом и другими питательными веществами.

Учёные подсчитали, что в березовом лесу кроты поднимают из глубины на поверхность такой обогащённой земли до 10 тонн на гектар. Получается, что большую часть берёзового леса удобряют кроты. А ещё в небольших кучках в земле, кротовинах, скапливается вода, которая увлажняет почву.

Чем же питаются животные почвы? Они питаются остатками живых организмов, корнями растений и другими мелкими животными. Корни одуванчиков грызут личинки майских жуков, а личинками любят лакомиться кроты. Крот, наевшись, отправляется спать, и спит часа 4, проснувшись, он немедленно отправляется искать себе пищу. Делая глубокие ходы, крот постоянно натыкается на вредных насекомых и их личинок. За сутки крот съедает столько, сколько весит сам и даже больше. Голодать крот не может, 17-18 часов без еды для него губительны. Вот поэтому зимой кроты не могут залечь в спячку.

Между растениями и животными почвы существует пищевая зависимость: корень одуванчика - личинка - крот. Не будет одуванчика - погибнут личинки, не будут личинок - будут голодать кроты. Поэтому ученые считают, что все живые организмы связаны между собой цепями питания. Пищевая цепь показывает, кто кого ест. Между обитателями почвы существую очень много цепей питания, но в каждой такой цепи, первое звено - это растение. Ведь только оно способно на свету образовывать питательные вещества из углекислого газа и воды с растворёнными в ней минеральными солями. Второе звено - растительноядные животные, третье звено - хищные и всеядные животные. Когда хищные или всеядные животные погибают, то их останки становятся пищей для бактерий и других мелких животных.

Сегодня на уроке вы узнали о том, что почва - это единство живой и неживой природы, как образуется почва, и какие существуют цепи питания.

1. Вахрушев А.А., Данилов Д.Д. Окружающий мир 3. М.: Баллас.
2. Дмитриева Н.Я., Казаков А.Н. Окружающий мир 3. М.: ИД «Федоров».
3. Плешаков А.А.Окружающий мир 3. М.: Просвещение.

1. Энциклопедия Кругосвет ().
   
2. Энциклопедия животного мира ().
   
3. Наука и жизнь ().
   

1. Что такое почва?
2. Какие животные обитают в почве?
3. Может ли почва восстановиться?

Почвообразование – это сложный природный процесс образования почвы из горной породы под воздействием факторов почвообразования в пределах биогеосферы Земли.

Процессы почвообразования

Почвообразование – важное звено в процессе геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Геологический круговорот – это процесс переноса веществ с суши в океан и обратно. Биологический круговорот – это совокупность процессов обмена веществом и энергией между почвой, материнской горной породой, атмосферой и биотой.

Почвообразование – это специфический биосферный процесс, в результате которого почва приобретает ряд специфических характеристик, отсутствующих в материнской почвообразующей породе и отличающих почву от всех других компонентов биосферы. К числу наиболее существенных характеристик такого рода относят наличие в почве специфического органического вещества – почвенного гумуса и биофильных элементов. Биофильные элементы – это элементы, которые живые организмы поглощают из геохимической среды организмами и используют их в процессах обеспечения жизни. К ним относятся: макроэлементы - N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe и микроэлементы - Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I.

В результате почвообразования почва приобретает специфическое строение. Почвенный профиль представляет собой систему горизонтов , более или менее параллельных дневной поверхности, формирование которых обусловлено механизмами почвообразования (рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Почвенный профиль (фотобанк «Геофото»)

2.1.1. Основные факторы почвообразования

Почвообразовательный процесс протекает под влиянием внешних по отношению к почве природных условий – факторов почвообразования. Факторы почвообразования следует разделить на два типа: природные (естественные) и антропогенные (искусственные ).

Природные (естественные) факторы .

Выделяют шесть природных факторов почвообразования:

1. материнские, или почвообразующие горные породы;

2. климат;

3. рельеф;

4. растения и живые организмы;

5. земное тяготение

Все природные факторы являются равнозначными. Каждый из них оказывает свое специфическое влияние на почвообразование и без участия какого-либо из них почвообразование невозможно.

Почвообразующая порода является той основой, из которой формируется почва. Минеральная часть в подавляющем большинстве почв составляет 90 –95% почвенной массы. Выделяют две основные функции материнской горной породы в почвообразовании: формирование состава почвенных масс и подстилающей породы. Состав горных пород определяет химический, минералогический, гранулометрический состав будущих почв (рис. 2.2.), например, наиболее богатые почвы формируются на карбонатных суглинках, а на песках они беднее, однако теплее и лучше аэрированы. Порода в значительной степени определяет и скорость почвообразования. Материнские породы на территории России большей частью представлены четвертичными осадочными смешанными горными породами.

Рисунок 2.2. Функции и роль почвообразующей горной породы в формировании почв.

Климатический фактор определяет обеспеченность почвообразования влагой (атмосферные осадки) и энергией (солнечная радиация – свет и тепло). Климат на различных широтах земного шара различен. Различают арктический, субарктический, умеренный, субтропический и тропический климат. В соответствии с климатическими условиями различают и растительные зоны, отличающиеся количеством растительного органического вещества, и, соответственно, скоростью и продолжительностью биологического круговорота и тип процесса почвообразования. Благоприятные для жизни гидротермические условия обеспечивают протекание в почве процессов, влияют на сообщества растительных и животных организмов, увеличивая их продуктивность, что в конечном итоге влияет на интенсивность почвообразования. Известно, что при повышении температуры на 10 о С скорость химических реакций увеличивается в 2–4 раза (правило Вант-Гоффа) (табл. 2.1.).

Таблица 2.1. Суммы активных температур в различных географических поясах

*Сумма активных температур – показатель, характеризующий количество тепла и выражающийся суммой средних суточных температур воздуха или почвы, превышающий определённый порог: 0, 5, 10 о С или биологический минимум температуры, необходимой для развития растения. Например, потребность некоторых культур в тепле: яровая пшеница 1200–1700; овёс –1000÷1600; просо – 1410÷1950; гречиха – 1200÷1400; кукуруза – 1100÷2900; картофель – 1200÷1800.

Водный режим географических поясов определяют по отношению среднегодовой суммы осадков к годовой испаряемости – так называемый коэффициент увлажнения (КУ) Г.Н. Высоцкого-Н.Н. Иванова. Он является наиболее объективным показателем атмосферного увлажнения. При КУ >1 увлажнение избыточное (наблюдается в высоких широтах – примерно к северу и к югу от 50-й параллели), а при КУ<1 – недостаточное увлажнение (например, в пустынях КУ практически приближается к нулю).

Рельеф определяется характером чередования пониженных и повышенных участков суши. Различают три вида рельефа: микрорельеф (колебания высот до нескольких метров); мезорельеф (колебания высот до нескольких десятков метров); макрорельеф (колебания высот от нескольких десятков до нескольких сот метров). Влияние рельефа связано с количеством поступающего на поверхность почвы света, тепла и влаги. На степень освещения и нагрева почв влияет угол уклона рельефа, экспозиция уклона, крутизна (на южном склоне больше тепла, чем на северном). Рельеф перераспределяет полученную из атмосферы воду. Больше всего воды поступает в низинную часть рельефа. Все поднятия на земле – положительные элементы рельефа, на них меньше всего влаги. Обычно сверху находится грубая механическая порода (валуны, камень, гравий), снизу более мелкий и тонкий механический состав (суглинки, лёсы). Положительные элементы рельефа не участвуют в процессах почвообразования путём грунтовых вод, а отрицательные участвуют. Рельеф оказывает влияние на климатические условия, а соответственно на жизнь растений, животных, микроорганизмов, на перераспределение тепла и влаги, что сказывается на процессах почвообразования в целом. Кроме этого рельеф обусловливает перемещение почвенных масс по склону в результате эрозионных и аккумулятивных процессов.

Функции растительных и живых организмов в почвообразовании весьма разнообразны. Почвообразование является биогенным процессом, и оно начинается с момента появления растений и живых организмов на массивно-кристаллических или осадочных породах. Растительные и живые организмы являются единственным источником органического вещества, которое служит материалом для образования почвенного гумуса. Другая важная функция организмов базируется на способности живого вещества к избирательному поглощению элементов из почв. Благодаря этому свойству организмы в существенной степени определяют химический состав почв.На рис. 2.2. представлены растительные и живые организмы, без участия которых невозможен почвообразовательный процесс.

Зеленые низшие и высшие растения используют в процессе роста радиационную энергию Солнца, вовлекая в биологический круговорот огромное количество химических элементов, ежегодно формируя около 233 млрд. т органического вещества на поверхности и внутри почвы. Корни растений чисто механически разрыхляют почву, увеличивая водо- и воздухопроницаемость пород, изменяют своими выделениями свойства материнских пород, что способствует развитию микроорганизмов.

Микроорганизмы за счет выделяемых ими ферментов разлагают органические вещества и образуют органо-минеральные соединения – гумус. По данным Е.Н. Мишустина (1987) количество микроорганизмов колеблется от нескольких сотен в 1 г дерново-подзолистых почв до 3 миллиардов в черноземных почвах. Масса микроорганизмов может составлять от 3 до 8 т/га в черноземных почвах.

Грибы разлагают клетчатку, лигнин и другие органические вещества почвы и также способствуют образованию гумуса.

Дождевые черви (живут на глубинах до 12 м), проделывая ходы в почве, рыхлят и аэрируют ее, что способствует развитию корневой системы растений, кроме того, перерабатывая органические остатки, образуют гумус. За один год черви, живущие на 1 га способны переработать до 100 т органических остатков и перемешать ~120 т земли.

Насекомые и животные также активно разрушают органическое вещество, минерализуют его и, тем самым, выступают посредниками в обмене между почвой, атмосферой, обеспечивая круговорот элементов питания.

Земное тяготение. А.А. Роде и В.Н. Смирнов считают гравитационное поле Земли фактором, который определяет нисходящий процесс передвижения жидких и твердых веществ.

Время . Возраст почв исчисляется с начала почвообразовательного процесса. Почва – природное, постоянно изменяющееся природное тело. Считается, что тот вид, который сегодня имеют все существующие на Земле почвы, представляет собой лишь одну из стадий в длительной и непрерывной цепи их эволюции, а отдельные теперешние почвенные образования, в прошлом представляли другие формы и в будущем могут подвергнуться существенным превращениям даже без резких изменений внешних условий.

Различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютным возрастом почв называют промежуток времени, прошедшей с момента возникновения почвы до нынешней стадии ее развития. Почва возникла тогда, когда материнская порода вышла на дневную поверхность и стала подвергаться процессам почвообразования. Например, в Северной Европе процесс современного почвообразования стал развиваться после окончания последнего ледникового периода.

Однако в пределах разных частей суши, которые одновременно освободились от водного или ледникового покрова, почвы далеко не всегда будут иметь в каждый данный момент одну и ту же стадию своего развития. Причиной этого могут быть различия в составе почвообразующих пород, в рельефе, растительности и других обстоятельствах. Относительным возрастом почв называют различие в стадиях развития почв на одной общей территории, имеющей одинаковый абсолютный возраст.

Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий – от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. (Согласно данным, Л. Александровского увеличение мощности гумусового горизонта до 15 см происходит приблизительно за 100 лет). Возраст территории вообще и почвы в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их эволюции оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав почвы. При сходных географических условиях почвообразования почвы, имеющие неодинаковые возраст и историю, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам.

Итак, можно констатировать, что все естественные факторы почвообразования взаимосвязаны и действуют одновременно, оказывая влияние не только на интенсивность биологического круговорота и почвообразования, но и друг на друга. Так, изменение микроклиматических условий может вы­звать смену растительного покрова и почв. Почвы в свою оче­редь могут оказать воздействие на смену растительности и из­менить микроклиматическую обстановку

Антропогенные (искусственные) факторы . Влияние хозяйственной деятельности человека на почвооб­разование проявляется в регулировании состава и характера растительности, изменении свойств самих почв и процессов, протекающих в них. На огромных лесных и сельскохозяйствен­ных территориях производят механизированную обработку почв, при которой уничтожается естественная растительность, эксплуатируются леса, проводятся мелиоративные работы, вно­сятся органические, бактериальные и минеральные удобрения. Происходит изменение естественных физических и химических свойств почв, приостанавливаются нежелательные для чело­века направления процессов почвообразования, изменяются биологические свойства. При увеличении, например, содержа­ния кальция (известковании) в почве становится больше орга­нического вещества, меняется реакция среды, возрастает коли­чество микроорганизмов и элементов питания; в результате повышается плодородие почвы. Осушение приостанавливает бо­лотный процесс, а орошение в засушливых районах создает условия для накопления органического вещества в почвах, по­вышая плодородие почв и урожай растений.

В результате хозяйственной деятельности человека изменя­ются характер и интенсивность биологического круговорота ве­ществ, почвы дополнительно получают органическое вещество и элементы питания, формируется мощный пахотный горизонт, создаются окультуренные почвы с повышенным плодородием. Различной хозяйственной деятельностью охвачено 500 млн. га земель. Однако применение неправильных приемов ведения хо­зяйства вызывает развитие неблагоприятных почвообразова­тельных процессов: заболачивания, засоления, разрушения ор­ганического вещества и потери элементов питания.

2.1.3. Стадии почвообразования и эволюция почв

Образование почв и, соответственно, биологического выветривания горных пород, началось с появлением жизни на Земле. А до этого происходили процессы физического и химического выветривания горных пород.

В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяются конкретным набором факторов почвообразования в каждой конкретной точке Земли. Процесс почвообразования подразделяют на ряд стадий. Историческая реконструкция эволюции почв выглядит следующим образом.

I. Стадия начального или первичного почвообразования характеризуется тем, что в тонкой приповерхностной корочке поселились микроорганизмы, и начался почвообразовательный процесс. Свойства почвенного тела, характерные для развитых почв, еще не сформировались. Первыми на горных породах поселились бактерии и сине-зеленые водоросли. Затем – диатомовые водоросли и грибная микрофлора. Часть органических соединений вступала в реакцию с минеральными веществами с образованием органо-минеральных комплексов. Постепенно улучшались условия минерального питания живых организмов за счет повышения доступности минеральных элементов благодаря продолжающимся процессам выветривания и развивающейся поглотительной способности почв. Мощность почвенного профиля на начальной стадии образования невелика (обычно несколько сантиметров), а сам профиль слабо дифференцирован на горизонты и их число невелико. В слабой степени выражена аккумуляция биофильных элементов.

II. Стадия преобразования горных пород . В горных породах продолжало накапливаться органическое вещество, развивалась поглотительная способность. Благодаря увеличению степени рыхлости пород в них постоянно содержались воздух и вода. Это создавало условия для активного химического выветривания составляющих пород минералов; возросло количество и доступность живым организмам минеральных элементов; формировались водные растворы различного ионного состава, которые передвигались в толще рыхлых пород, вступая в химические реакции; изменился температурный режим рыхлых пород по сравнению с плотными породами и т.д. Рыхлые осадочные обломочные породы с дочетвертичными почвами в последний четвертичный геологический период подверглись очередному переотложению ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами, ветром, морем, реками. Образовались новые почвообразующие породы. Эта стадия продолжалась до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и набором определенных свойств.

III. Завершающая стадия формирования . Перечислим основные изменения горных пород, на завершающем этапе их превращения в почву под влиянием агентов почвообразования:

Образование нового органического вещества (гумуса) в верхних слоях материнской породы;

Увеличилась концентрация биофильных элементов и их доступность растениям в верхних частях породы. Элементы включались в состав растений. В результате процессов жизни азотфиксирующих, нитрифицирующих и аммонифицирующих микроорганизмов в растениях произошло накопление соединений азота как источника питания растений. В почвах установился определенный пищевой режим благодаря биологическому (малому) круговороту веществ в системе почва → растения → животные организмы → почва. Однако из этого круговорота часть элементов ежегодно вовлекается в геологический (большой) круговорот веществ в природе;

Сформировалось важное свойство почв – поглотительная способность, которая определяется коллоидными свойствами органической и минеральной частей твердой фазы почв, ее пористостью, большой удельной поверхностью гранулометрических компонентов, реакционной химической способностью твердой фазы и почвенных растворов, особенностями усвоения элементов живыми организмами.

Установились реакция почв (кислая или щелочная), соотношение протекающих в почве окислительных и восстановительных растворов.

Установились водные, воздушные, тепловые свойства и режимы почв в соответствии с климатическими условиями, гранулометрическим составом твердой фазы, ее плотностью, структурой и другими физическими свойствами.

Сформировались характеристичные микробиологические ценозы с различным соотношением групп микроорганизмов, численностью микрофлоры

В результате продуцирования и выделения в окружающую среду (в почву и атмосферу) растениями и микроорганизмами физиологически активных веществ, угнетающих или, напротив, способствующих росту, созреванию других растений и микроорганизмов, установился аллелопатический (от греч. allelon взаимно и pathos – страдание) режим. Первоначально аллелопатию считали исключительно отрицательным взаимодействием. Об этом свидетельствует и выбор термина, предложенного австрийским физиологом растений X. Молишем в 1937. Однако установлено, что летучие выделения ароматических трав благоприятно действуют на растущие рядом овощи: одуванчик выделяет большое количество газа этилена, ускоряющего созревание плодов, его соседство полезно яблоням и овощным культурам. Базилик душистый улучшает вкус томатов, а укроп – капусты. Шалфей, иссоп, петрушка, укроп, лаванда, чабер, чабрец, майоран, ромашка, кервель – хорошо действуют почти на все овощи. Яснотка белая (глухая крапива), валериана, тысячелистник делают овощные растения более здоровыми и устойчивыми к болезням.

Сформировался почвенный ферментативный комплекс; ферменты (энзимы) катализируют многие важнейшие почвенные биохимические реакции, в том числе процессы гумусообразования, превращения азот- и фосфорсодержащих органических соединений, веществ углеводного характера и др.

На последней стадии формирования почва приходит в состояние равновесия с комплексом факторов почвообразования. Продолжительность этой стадии может быть неопределенно долгой. В стадии равновесия поддерживается более или менее постоянное динамическое равновесие между почвой и средой, т.е. существующими факторами почвообразования.

Рисунок 2.3. Общие представление о процессах почвообразования.

Существует и другая историческая реконструкция стадий почвообразования:

I – cтадия начального почвообразования . Обычно весьма длительна. Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы.

II – cтадия развития почвы протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвообразующей породы. К концу этой стадии формируется зрелая почва с характерным для нее профилем и комплексом свойств. Процесс развития почв постепенно замедляется и приходит к некоторому равновесному состоянию, когда комплекс факторов почвообразования и свойства почв соответствуют друг другу и находятся в динамическом равновесии.

III – cтадия динамического равновесия называется климаксной и может длиться неопределенно долго. На каком-то этапе климаксная стадия сменяется эволюцией почвы.

IV – cтадия эволюции почвы наступает либо в результате саморазвития экосистемы, в которую она входит в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования – климата, растительности, характера грунтового увлажнения, под влиянием распашки территории, орошения или осушения и т.д. Стадия эволюции почвы может быть сопоставлена со стадиями развития и ведет к новому климаксному состоянию. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым набором характеристик.

Примеры эволюции одних типов почв в другие многочисленны. Например, формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории; формировании каштановых или черноземных почв при остепнении луговых почв и т.д. В этом случае почва образуется не непосредственно из почвообразующей породы, а из предшествовавшего вида почвы. Циклов почвообразования на одном и том же субстрате может быть несколько. Подобные почвы называют полигенетическими. В профиле полигенетических почв обычны унаследованные реликтовые черты и другие признаки, не связанные с современным этапом почвообразования. Эволюция почв может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы или по пути ее уменьшения, по пути засоления или рассоления, по пути деградации почвенного плодородия или его нарастания.

Процессы почвообразования можно рассматривать как совокупность циркуляционных явлений превращений и перемещения вещества и энергии при взаимодействии большого геологического и малого биологического круговоротов в пределах педосферы Земли (от греч. педон – почва ) – синоним почвенного покрова ввел С.А. Захаров. На рис. 2.4. показано место педосферы среди других природных сфер.

Рисунок 2.4. Взаимоотношение сфер и положение педосферы (почв) среди других природных тел.

2.1.2. Элементарные почвообразовательные процессы

Почвообразовательный процесс на поверхности земли протекает под влиянием огромного разнообразия сочетаний факторов почвообразования, что приводит к разнообразию типов почвообразования и соответствующих им почв. В то же время в различных почвах повторяются одни и те же процессы, однокачественные по существу, но различающиеся по интенсивности и в деталях своего проявления. Примером таких процессов может служить накопление в почве гумуса (гумусонакопление), проявляющееся во всех почвах, хотя и на разных качественном и количественном уровнях. Другим примером может служить процесс рассоления – вынос нисходящими токами воды легкорастворимых солей из профиля изначально засоленной почвы. Важно подчеркнуть, что эти процессы являются специфическими почвенными процессами.

Такие общие для разных типов почвообразования процессы получили название элементарных почвообразовательных процессов . Эти процессы являются довольно сложными по своей природе, и понятие «элементарный» не следует трактовать буквально. Список этих процессов в настоящее время нельзя считать завершенным, как нельзя считать полностью установленными методологию и критерии их выделения. Однако сам принцип расчленения общего процесса почвообразования на составляющие является вполне правомерным и перспективным. В настоящее время выделено несколько десятков элементарных почвообразовательных процессов. Основные из них представлена ниже.

1. Биогенно-аккумулятивные процессы–процессы, протекающие в почве под непосредственным влиянием живых организмов, их остатков и их продуктов жизнедеятельности (подстилкообразование, торфообразование, гумусообразование, гумусонакопление).

2. Гидрогенно-аккумулятивные процессы –процессы, связанные с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование (засоление, загипсовывание, окарбоначивание (обызвесткование), оруднение, окремнение, латеритизация, плинтификация, олуговение, тирсификация, кольматаж).

3. Элювиальные процессы–процессы, связанные с разрушением или преобразованием почвенного материала в элювиальном горизонте с выносом из него продуктов разрушения или трансформации нисходящими потоками воды либо латеральными (боковыми). В результате этого элювиальный горизонт становится обедненными теми или иными соединениями и относительно обогащенными оставшимися на месте соединениями или минералами (выщелачивание, оподзоливание, лессовирование, псевдооподзоливание, псевдооглеение, осолодение, сегрегация, отбеливание, ферролиз, элювиально-гумусовый процесс, Al-Fe-гумусовый процесс, коркообразование).

4. Иллювиально-аккумулятивные процессы–процессы аккумуляции веществ в средней или нижней части профиля элювиально-дифференцированных почв. Включают в себя процессы отложения, трансформации и закрепления вынесенных из элювиального горизонта соединений. Каждому элювиальному процессу может соответствовать свой иллювиальный процесс, если элювиирование не идет за пределы почвенного профиля. (Глинисто-иллювиальный процесс, гумусо-иллювиальный процесс, железисто-иллювиальный процесс, алюмогумусо-иллювиальный процесс, железистогумусо-иллювиальный процесс, Al-Fe-гумусоилювиальный процесс, подзолисто-иллювиальный процесс, карбонатно-иллювиальный процесс, солонцово-иллювиальный процесс).

5. Метаморфические процессы–процессы трансформации породообразующих минералов in situ без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле (сиаллитизация (оглинивание), монтмориллонитизация, гумуссиаллитизация, ферраллитизация, ферсиаллитизация, рубефикация (ферритизация), ожелезнение, оглеение, оливизация, слитизация, оструктуривание, отвердевание, мраморизация).

6. Педотурбационные процессы (педотурбации ) – группа процессов механического перемешивания почвенной массы под влиянием разнообразных факторов и сил (самомульчирование, растрескивание, криотурбация, вспучивание, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация, гильгаиобразование, агротурбация).

7 . Деструктивные процессы –процессы, ведущие к разрушению почвы как природного тела и в конечном итоге к уничтожению ее (эрозия, дефляция, стаскивание, погребение).

Почвенный покров Земли кажется нам обычным и вечно существующим в природе. Однако это не так. Природа создавала почву в течение 4,5 миллиардов лет! Основой для образования почвы послужили продукты выветривания горных пород. Выветривание - это сложный процесс, результат совместного действия многих физических, химических и биологических факторов. Видео 37.

Условно это отражено в формуле: Горные породы + Солнце + воздух + вода + живые организмы = почва.

Процесс почвообразования никогда не прекращается, конечно, он идет и в наши дни, но очень медленно. Почва находится в постоянном процессе развития - формирования или разрушения.Длительность процесса образования почвенного покрова Земли обусловлена многими факторами. На образование почвы требуются многие тысячелетия. В то же время нерациональное природопользование, губительное для почвы, может уничтожить ее всего за несколько лет.

Как Вы думаете, следует почву отнести к возобновляемым, или невозобновляемым природным ресурсам? Можно ли дать однозначный ответ на этот вопрос?

Благодаря почвенному покрову Земли обеспечивается жизнь растений, животных и человека. Почва - важнейший компонент всех наземных экологических систем Земли и сама является уникальной экосистемой (см. подробнее темы 2 и 3). Она осуществляет связи живых организмов с литосферой, атмосферой и гидросферой. Почва - это объект изучения отдельной науки - почвоведения. Родоначальник почвоведения - выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев. В Петербурге находится Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева, который является одним из крупнейших в мире музеев почвенно-экологического профиля. В музее можно получить ответы на вопросы - Что такое почва? Как она образуется? Что на этой почве растет? Кто в этой почве живет? Музей является хранителем богатейшей коллекции почв из различных природных зон мира.

В настоящее время ученые выделяют около ста типов почв. Почему существуют разные типы почв?

Многобразие почв связано, разумеется, с многообразием условий, в которых они формировались. Особенно большое значение имеют климат и свойства тех пород, из которых образовалась почва.

Рассмотрите рисунок и сравните чернозем, дерново-подзолистые и тундровые подзолистые почвы.

Знаете ли Вы, какие типы почвы характеры для Вашей местности? В почве имеется нескольких слоев, связанных между собой. Видео 38. Среди них различают коренную породу, которая подвергается выветриванию при выходах ее на поверхность, и материнскую, из которой формируется верхний слой почвы. Нижележащий слой называется подпочвой.

Уникальное свойство почвы - плодородие. Именно оно обеспечивает существование жизни на Земле. Плодородие почвы обусловлено содержанием в ней гумусных веществ (гумуса). Гумус - это скопление органических веществ, которые образовались при гниении растительных и других остатков живого. Он придает почве черный цвет и обеспечивает рост и развитие растений (т.е. жизнь на Земле). Чем больше в почве гумуса, тем она плодороднее. Больше всего гумуса содержится в черноземных почвах. Видео 39.

Из чего состоит почва?

Примерно 50% пространства в почве занимает воздух, заполняющий промежутки между твердыми частицами. Около 45% массы почвы приходится на долю минеральных веществ, около 5% - на долю органических веществ. Однако эти сведения о составе почвы не дают настоящего представления о ней.

Мы привыкли думать, что почва мало населена, что основная масса живых организмов находится на ее поверхности. Но это совсем не так! Для многих животных она является средой обитания. Все знают, что в почве живут и дождевые черви, и личинки насекомых, и сами насекомые. Почва служит местом гнездования и строительства жилищ для многих птиц и других животных. Расчеты ученых показывают, что масса живого в почве составляет? массы живых обитателей лесов и более? массы живого степной растительности.

Установлено, что чем меньше размеры организмов, тем больше их число в почве. Так, в 1 м 3 почве находится несколько десятков миллионов червей и насекомых. А в 1 грамме почвы содержится более миллиона простейших микроорганизмов. В целом количество почвенных микроорганизмов на Земле ученые оценивают приблизительно в один миллиард тонн! Однако значение живых организмов в почвенных процессах определяется не их массой, а той огромное работой, которую они совершают. Видео 40.

Мы не замечает работу почвенных бактерий, которые непрерывно перерабатывают отмирающие части растений и других организмов. Но если бы она прекратилась, поверхность Земли была бы завалена этими остатками. Трудно представить, что было бы с нашей прекрасной Планетой через какие-нибудь сто лет! А дождевые черви, как известно, питаясь, заглатывают почву. Если в одном гектаре почвы обитает около 140 тысяч дождевых червей, то их масса составляет 500 кг! А это значит, что за один год они пропускают через свой организм около десяти тонн почвенной массы!

В чем заключается биосферная функция почвы?

Важно понимать, что для характеристики почвы недостаточно знать ее состав. Научное знание о почве связано с пониманием того, что она представляет собой сложное природное тело, имеющее определенное строение(структуру). Будем помнить: Почва - это не механическая смесь различных веществ. Почва - это сложнейшая система взаимодействия минеральных, органических веществ и живых организмов.

Благодаря их взаимодействию почва выполняет свои биосферные функции. Но, повторим, оно обеспечивается не только составом, но и строением почвы.

Почва состоит из очень мелких частиц. В пленке воды, обволакивающей почвенные частицы, живут микроскопические организмы. Более крупные поселяются между частицами почвы, как в пещерах. И те, и другие составляют с почвой единое образование. Тем, что живут на поверхности частиц, необходим воздух, а те, что находятся внутри частиц, способны жить без воздуха.

Питание, дыхание и все другие процессы жизнедеятельности живых организмов приводят к множеству изменений в составе почвы. При этом они вовлекают в эти процессы вещества, содержащиеся в воздухе и растворенные в воде, а сами выделяют образовавшиеся в процессе их жизнедеятельности новые вещества.

Таким образом, почва выполняет свою биосферную функцию как конечного звена, обеспечивающего создание всей биомассы Планеты.

Разрушение почвы может происходить как в результате природных процессов, так и под влиянием нерациональных действий человека.

Разрушение почвенного покрова на месте рубки леса

Такие природные процессы, как наступление ледников, извержение вулканов, образование гор, землетрясения, ураганы, смерчи или наводнения, не могут не влиять на состояние земной коры и на процессы почвообразования. Но естественная эрозия почвы(разрушение и снос верхних наиболее плодородных слоев в результате действия воды и ветра) - это медленный непрерывный процесс, одновременно с которым формируется новый почвенный слой. В отличие от естественной,антропогенная эрозия почвы вызвана вмешательством человека в природную среду в хозяйственных целях. Нерациональное использование полей и пастбищ, вырубка леса, осушение водоемов и тому подобное - все это может уничтожить плодородие почвы за очень короткий срок.

Например, первые поселенцы в Америке так нещадно эксплуатировали землю, что за 100 лет погубили 20% пахотных земель. Почва также разрушается вследствие заболачивания, опустынивания.

Горькое свидетельство безоглядной эксплуатации человеком природы - это и пустыни Северной Африки, и Прибалтийские дюны, и эродированные пространства в Австралии, Пакистане, в Индии и Канаде. Только в европейской части нашей страны насчитывается до 2 миллионов оврагов, которые образовались в основном вследствие распашки земли. Ежегодно земельные угодья теряют слой плодородной почвы, на создание которого природа затратила тысячи лет. Почвоведы называют эрозию настоящей трагедией.

Ученые считают, что для сохранения экологической устойчивости территории в каждой природной зоне должно соблюдаться определенное соотношение пашен, пастбищ и лесов. Так, например, в лесостепи, по исследованиям В.В. Докучаева, лесов должно быть 10-18%. Сейчас из-за чрезмерной распашки их осталось значительно меньше.

По современным данным человечество уже утратило за исторический период около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни. Это больше, чем площадь всей современной пашни в мире, составляющей 1,5 млрд. га.В конце ХХ века стало очевидным, что деградация почв приобрела угрожающие размеры и является одной из основных угроз глобального экологического кризиса. Это особенно тревожно, если учесть, что, последним оценкам, в мире насчитывается более одного миллиарда голодающих, то есть каждый шестой житель планеты. А это значит, что сейчас страдают от голода и истощения больше людей, чем когда бы то ни было в истории человечества, в то время как плодородие почв и площадь пригодных для сельского хозяйства земель сокращаются.

Мы когда-нибудь задумываемся над тем, что в нашей жизни значит почва? Пожалуй, очень редко. Нам кажется, что, поскольку почва - это не цветок, не насекомое, не зверь, что с ней может случиться? Так и будет всегда лежать под ногами. А вместе с тем всемирно известный эколог Жан Пьер Дорста сказал: "Почва - наш самый драгоценный капитал. Жизнь и благополучие всего комплекса наземных биоценозов, естественных и искусственных, зависит, в конечном счете, от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли".

Недооценивая роль этого величайшего природного богатства, человечество ставит под угрозу само свое существование.

Охрана почвы от ее разрушения, борьба с уменьшением ее плодородия - важнейшая экологическая проблема, требующая безотлагательного пристального внимания мирового сообщества.

Очень, конечно, интересно узнавать, из чего получилось то или вот это, как образовалось такое чудо, наша Земля, просто земля или почва. Ведь уже благодаря созданию грунта появились растения, животные, насекомые, рыбы, да и мы. Или наоборот? Пишу. и жутковато становится, давно «это» было, да что было-то, невозможно осмыслить.

По мнению учёных, наша Земля состоит из твёрдого (из-за огромного давления) ядра в центре. жидкого ядра, обладающего электромагнитными свойствами, далее идёт горячая вязкая мантия и внешняя кора, состоящая из горных пород.

Конечно, всё это очень упрощено для лучшего понимания, но. как оказалось, о космосе люди знают больше, чем о том, что у них внизу под ногами творится.

Итак, давно это было. Миллиарда 4 лет назад. Под земной корой бушевал ад, постепенно остывая. Где-то расплавленная магма находила силы, выбиралась на поверхность, образовала базальты, в других местах — таилась недалеко от её поверхности — так получались граниты. Интересно, что под океанами гранитного пласта нет.

Магматическая горная порода обсидиан — вулканическое стекло

Гранит

Эти первичные горные образования подвергались жестоким изменениям под влиянием сил природы, в результате получались другие породы.

Глубоко при высокой температуре и давлении возникали сланцы и гнейсы.

Таким образом образовался базальтовый, гранитный, а затем, особенно с появлением в атмосфере кислорода, осадочный слой земной коры, который продолжает формироваться в настоящее время.

Процесс превращения твёрдых горных образований в рыхлые осадочные называется выветриванием. Выветривание бывает физическое, химическое, органическое, является важным процессом, ведущим к образованию почвы.

Так со временем на поверхности земной коры возникали гипс, пески, глины, известняки.

Предполагается, жизнь на земле возникла примерно 3,5 миллиарда лет назад, в период архея. Найденные в горных породах того времени углерод, графит говорят о том, что тогда образовались простейшие бактерии — археи, прокариоты.

Каким образом это произошло, мы не знаем. Наиболее вероятно, эта форма жизни возникла под влиянием некоторых условий (парниковый тёплый климат, испарение из глубин определённых газов, и т.п.) . По другой версии учёных эти очень выносливые бактерии были занесены на нашу планету метеоритом с Марса.

Как бы то ни было, но именно благодаря их всеядности, живучести, на земле стали образовываться условия, благоприятные для развития жизни, почвы. Археи вырабатывали из своего тельца ферменты. которые могли «растворять» камни, то есть преобразовывать минералы гор. В процессе органического выветривания огромные количества археев разрушали камни, сами же неустанно быстро размножались (из одной получалось две каждые полчаса).

В итоге на земной коре из продуктов выветривания (песок, глина), жизнедеятельности одноклеточных организмов, из самих бактерий, не имеющих ядра (археев) медленно- медленно стал создаваться почвенный слой.

Теперь уже создались условия для заселения образующейся почвы одноядерными одноклеточными. а также мхами, лишайниками. Они также разрушают горные образования, изменяют их состав. Отмирающие мхи, лишайники разлагаются бактериями, в результате чего получается перегной, образование почвы идёт гораздо быстрее.

Таким образом готовится пища для появления более развитых зелёных культур, деревьев, а затем животных, которые, погибая. в свою очередь вносят вклад в образование почвы на планете. Вот такой круговорот.

Так, постепенно, в течение миллиардов лет, происходит изменение, развитие нашей планеты, её почвенного покрова, растительного, животного мира.

«Вначале было слово, и слово было у Бога, и слово было Бог»… Очень хочется добавить «…и слово было — Жизнь». Ведь всё на нашей планете создавалось для жизни!