Группы геохимической подвижности продуктов выветривания и почвообразования

Подвижность различных соединений довольно изменчива.

Продукты выветривания и почвообразования можно объединить в группы и ряды геохимической подвижности. Б. Б. Полынов установил пять трупп относительной подвижности элементов при выветривании и миграции:

Руководствуясь этими рядами подвижности элементов при выветривании, можно предвидеть, что соединения элементов I и II групп будут легко выноситься из элювиальной коры выветривания и накапливаться в аккумулятивной коре выветривания. Соединения элементов III и IV групп, наоборот, будут относительно накапливаться в элювиальных горизонтах и корах выветривания.

А. И. Перельман (1955) предложил понятие коэффициента водной миграции, под которым следует понимать отношение среднего содержания данного элемента в речной воде к среднему его содержанию в литосфере (кларку) или к среднему содержанию этого элемента в горных породах, дренируемых рекой и притоками. В общих чертах группы элементов по коэффициентам водной миграции, подсчитанным А. И. Перельманом, близки к рядам Б. Б. Полынова, хотя в некоторых деталях они отличаются.

Главные отличия приходятся на условия восстановительного режима с образованием H₂S, когда миграционная активность серы, железа, марганца, кобальта, меди и других элементов сильно меняется.

Однако в природе не всегда выдерживаются эти закономерности. Нередко создаются условия, когда фактическая потеря элементов из коры выветривания и почв резко отличается от ожидаемой теоретически. Сопоставление большого числа материалов позволило нам дать эмпирическую группировку соединений по их геохимической подвижности, связанную в основном с условиями геохимии почв.

Соединения очень высокой подвижности. К этой группе относятся нитраты, хлориды щелочей и щелочных земель, сульфаты натрия, калия, магния, цинка, урана, карбонаты натрия и калия.

Относительную геохимическую подвижность этих соединений можно принять за 100. Наиболее растворимые из них — нитраты и хлориды, а также бромиды и йодиды — выщелачиваются в условиях элювиальных и горно-эрозионных ландшафтов, при большом увлажнении особенно интенсивно. Они же весьма энергично накапливаются в почвах и коре выветривания аккумулятивных аридных ландшафтов и тем в большем количестве, чем суше климат.

Сульфаты и карбонаты щелочей, обладая при низких температурах несколько меньшей растворимостью, нередко отстают в выщелачивании, задерживаются в транзитных ландшафтах по пути их миграции, хотя также являются постоянными компонентами в процессах аккумуляции солей и почвах внутриматериксвых низменностей, речных пойм и дельт приморских береговых низменностей.

Соединения высокой подвижности. К этой группе относятся углекислые и двууглекислые соли магния, кальция, стронция, цинка, сернокислые кальций и стронций, фульваты большинства металлов. Их относительная подвижность в элювиально-аккумулятивных процессах почвообразования на 0,5—1 порядок ниже соединений первой группы и может быть обозначена индексом 50—10. Соли кальция и магния, отличаясь достаточно высокой растворимостью, выщелачиваются в областях господства элювиальных процессов. В аккумулятивных и транзитных ландшафтах сернокислые и углекислые соли кальция образуют резко выраженные скопления в виде конкреций или сплошных горизонтов.

В качестве катионов кальций, магний, калий и натрий интенсивно поглощаются и задерживаются коллоидно-дисперсными системами почв и осадочных пород. Калий поглощаясь растительными и животными организмами и входя в состав вторичных минералов, особенно гидрослюд, отстает в своей миграции от натрия. Магний, участвуя в процессах доломитизации и необменно поглощаясь вторичными силикатами и алюмосиликатами (монтмориллонит), также относительно отстает в выносе в сравнении с натрием. Кальций же входит в состав многих биогенных образований (скелеты, раковины) и представлен в почвах малорастворимыми соединениями (карбонаты, фосфаты). Поэтому и во второй группе продуктов наибольшей миграционной подвижностью отличаются соединения натрия, которые являются также и высокорастворимыми. Этому способствует и низкая биогенность натрия, значение которого в зольном составе растений невелико.

Соединения первой и второй групп в виде разнообразных смесей солей разной растворимости и в разной концентрации присутствуют в почвенных растворах, в грунтовых и речных водах. Они же участвуют в формировании минерализованных подземных вод и различных рассолов. В условиях аридного климата эти соли интенсивно накапливаются в грунтах и почвах степей, саванн, пустынь, образуя соленосные осадочные породы и засоленные почвы.

Соединения умеренной подвижности. К этой группе продуктов почвообразования и выветривания, обладающих относительно небольшой, но все же вполне выраженной миграционной способностью, принадлежат ионные и коллоидные растворы кремнезема, бикарбонаты и фосфаты железа, марганца, кобальта, комплексные соединения алюминия, железа, марганца, кобальта, никеля, меди с органическими кислотами.

Относительная подвижность соединений этой группы на 2—2,5 порядка ниже по сравнению с соединениями первой группы и может быть обозначена в среднем индексом 0,5—1,0. Соединения фосфора в большинстве малорастворимы и, кроме того, интенсивно захватываются растительными и животными организмами, на длительное время задерживаясь в биологическом круговороте. Значительные количества подвижного кремнезема поглощаются низшими и высшими организмами, участвуя в образовании панцирей, скелета или механических тканей (диатомовые, радиолярии, фитолитарии злаков и древесины).

Освобождающиеся в процессе выветривания соединения кремнезема, фосфора, марганца, железа ограничены в пространственной миграции, задерживаются частично в области элювия либо выпадают вследствие хемогенных и биогенных реакций в осадок в области делювия, пролювия и аллювия транзитных ландшафтов. Однако значительные количества соединений кремнезема, фосфора, марганца, железа, кобальта, никеля уходят с водами грунтового и поверхностного стока в аккумулятивные области, образуя скопления в пойменных осадках и почвах, в дельтовых и прибрежных зонах морей и океанов, в озерах и болотах. Известны скопления вторичного кварца в солончаках Африки.

Соединения низкой подвижности. Значительно меньшей подвижностью в коре выветривания и почвах отличаются соединения алюминия, титана, окисных железа и марганца. Их подвижность в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем у соединений первой и второй групп. Это относится к гидроокисям названных металлов, а также к карбонатам и сульфатам бария и отчасти стронция, цинка. Однако иногда соединения алюминия перемещаются в заметных размерах, Образуя аккумулятивные месторождения бокситов. Все же общепризнано положение, что соединения алюминия и титана преимущественно накапливаются в остаточной коре выветривания, т. е. в области элювия. Именно поэтому древние элювиальные коры выветривания во влажных тропиках представлены минералами гидроокиси алюминия с примесью титана.

Несколько иначе обстоит дело с соединениями железа. Образуя в коре выветривания в основном окисные формы, соединения железа также характеризуются низкой миграционной способностью и ясно выраженной тенденцией к накапливанию в остаточных продуктах элювиальных кор выветривания. Однако чуткая реакция железа на восстановительные условия и повышенную кислотность среды, образование при этом растворимых бикарбонатов и комплексных органо-минеральных соединений приводят к тому, что железо, подобно марганцу, иногда приобретает относительно высокую подвижность и может интенсивно выноситься из области элювия. Соответственно в гидроморфных условиях соединения железа и марганца образуют часто значительные скопления в почвах, болотах, озерах, лагунных и шельфовых зонах морей. По этим же причинам соединения железа образуют резко выраженные горизонты накопления в почвах (латеритные коры, орштейн, железистые кирасы).

Соединения ничтожной подвижности (инертные). В эту группу Б. Б. Полыновым отнесен кремнезем кварца. Сюда должны быть отнесены такие высокоустойчивые минералы, как циркон, глинные минералы, а также сульфиды металлов. А. И. Перельман указывает на ничтожную миграционную способность соединений тория, ниобия, тантала. Относительная подвижность этой группы соединений приближается к нулю. Вследствие своей инертности кварц и циркон являются типичными компонентами остаточной коры выветривания, относительно накапливаясь в толщах элювия. По этим причинам кварц или циркон часто принимаются за соединение-свидетель, по отношению к которому рассчитывается миграционная способность других продуктов выветривания и почвообразования.

Не следует, однако, забывать, что инертность кварца, глин и циркона не абсолютна. При высоких степенях дисперсности, особенно в условиях циркуляции щелочных растворов, кремнезем кварца способен к постепенному, очень слабому растворению и миграции. При геологической продолжительности процессов это может привести к существенным результатам. Глины также в какой-то мере могут пептизироваться и мигрировать (лесиваж).