Зональность геохимических процессов.

Выражением геохимической зональности является:

· зональность процессов выветривания и типов кор выветривания,

· процессов почвообразования и типов почв,

Под корой выветривания понимают континентальные образования, возникающие на земной поверхности в результате выветривания горных пород. Процессы выветривания горных пород (механического разрушения и химического преобразования) определяются такими факторами как колебания температуры, химическое и механическое воздействие атмосферы, воды и живых организмов. Эти факторы в значительной степени подчиняются закону географической зональности и поэтому процессы выветривания также зональны. Зонален и результат этих процессов - кора выветривания. В зависимости от климатических условий меняется механический и химический состав кор выветривания, подвижность химических элементов, высвобождающихся при разрушении минералов горных пород. Каждая природная зона характеризуется определенным набором химических элементов, называемых типоморфными, определяющих химические особенности кор выветривания и формирующихся на них почв.

Физическое выветривание приводит к разрушению монолитности горных пород и к их дезинтеграции под воздействием возникающих в породе напряжений без изменения их химического состава. Источником этих напряжений являются механическое и температурное расширение, рост кристаллов и деятельность живых организмов.

Механическое расширение является реакцией горной породы на уменьшение давления вышележащих блоков горных пород при денудации. В результате такого расширения в монолитных горных породах возникают трещины, параллельные дневной поверхности, которые в дальнейшем расширяются другими процессами физического выветривания.

Температурное выветривание связано с небольшой теплопроводностью горных пород, которая приводит к сильному нагреванию днем и охлаждению ночью только очень тонкого поверхностного слоя горных пород. Эти температурные контрасты между поверхностью горной породы и ее внутренними частями приводят к растрескиванию и разрушению поверхности монолитной горной породы. Этот тип выветривания наиболее характерен для пустынных и высокогорных районов, летнего периода в тундрах.

Вода, попадающая в трещины горных пород, при замерзании осуществляет дальнейшее расширение трещин. Аналогичное воздействие на горные породы связано с попадающими в трещины растворимыми солями, которые при кристаллизации оказывают на трещины значительное давление. Разрушение горных пород в результате кристаллизации воды происходит практически во всех природных зонах, сезонные температуры в которых опускаются ниже 0⁰С, а в результате кристаллизации солей - в основном в аридных районах.

Существенное воздействие на горные породы оказывают живые организмы. Известно, что растущие корни в благоприятной обстановке способны расклинивать трещины в коренной породе. Поскольку клетчатка стенок клетки крепче многих металлов, а корневые системы проникают на глубину до десяти метров, можно предположить, что это и есть главное средство физического разрушения. Однако на практике трудно установить действенность корней, так как очень часто они следуют по полостям, уже созданным другими агентами. При этом следует помнить о двойном влиянии корневой системы. С одной стороны они действуют как стабилизирующий агент, скрепляющий выветрелый материал, и тем самым препятствующий дальнейшему обнажению свежей породы, с другой они иногда оказывают прямое разрушающее воздействие, например при ветровале крупных деревьев. Животные принимают малое участие в непосредственном разрушении коренных пород, но играют большую роль при нарушении уже образованного обломочного материала, тем самым, усиливая эффективность других процессов выветривания.

Химическое выветривание приводит к разрушению первичных минералов горных пород и формированию новых, вторичных минералов, более соответствующих поверхностным условиям, т.е. к изменению минерального состава горных пород. Химическое выветривание включает процессы растворения, гидратации, гидролиза карбонатизации и окисления, а также комплекс процессов биохимического воздействия.

Возможность химического выветривания определяется рядом свойств самих горных пород, влияющих на их подверженность химическому изменению. Более 98% земной коры слагают 8 химических элементов, самый распространенный из которых - кислород, составляет более половину общего веса земной коры. Далее следуют кремний (менее четверти общего веса земной коры), алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. По объему почти вся земная кора состоит из анионов кислорода, соединенных с катионами металлов в форме окислов. Наиболее важным из них являются кремнезем (SiO₂), образующий минерал кварц и окислы алюминия (Al₂O₃) и железа (Fe₂O₃). Значительная часть минералов образована силикатными тетраэдрами (Si₂O₄), выступающими в роли «строительных кирпичиков». Благодаря различному типу химических связей между этими тетраэдрами и соединяющими их катионами и замещению части ионов кремния в тетраэдрах алюминием возникает огромное разнообразие силикатных минералов. Основные процессы химического выветривания выражаются в нарушении тетраэдральной решетки и выносе скрепляющих их катионов.

Существенную роль в процессах химического выветривания играет дождевая вода, имеющая сложный химический состав. Она содержит, кроме растворенного атмосферного кислорода и двуокиси углерода, морские соли, окись азота, растворенную азотную кислоту, двуокись серы и растворенную серную кислоту. Эти постоянные компоненты дождевой воды дают ей возможность бесконечно разнообразного воздействия на горные породы. Как только вода просачивается, ее состав испытывает дальнейшие изменения благодаря реакциям с минеральными и органическими фракциями почвы и грунта.

Условно, всю совокупность химических процессов, изменяющих горные породы, принято подразделять на процессы растворения, гидратации, гидролиза, карбонатизации и окисления. Но в природе эти процессы протекают совместно, и их суммарный результат сильно изменяет результаты воздействия каждого из них.

Растворение. Основная часть первичных горных пород обычно не растворяется водой (за исключением галита или каменной соли). Главнейшее значение растворения заключается в его роли переносчика продуктов других процессов выветривания, так как если материал не выносится, он может замедлить или совершенно изменить весь ход разложения породы. Процесс растворения зависит от внешних факторов и, прежде всего от рН среды. Например, растворимость двухвалентного железа или марганца быстро возрастает в слабокислых условиях, но для того, чтобы сделать растворимым алюминий, требуется, чтобы рН среды был не более 4. Поэтому остаточные продукты одной и той же породы в различных ландшафтах (в разных кислотно-щелочных условиях) могут сильно отличаться. Изменения свойств среды объясняют и изменения в процессе переосаждения свойств растворителя при его миграции через почву и кору выветривания.

Гидратация считается началом всех более глубоких химических преобразований горных пород. При взаимодействии с водой большинство силикатных глинистых минералов включает воду в свою молекулярную структуру и при этом сильно разбухает. Это разбухание является главной причиной размельчения крупнозернистых изверженных пород, которые разрушаются благодаря прогрессивному расширению содержащихся в них гидратных минералов.

Гидролиз силикатных минералов представляет собой довольно сложный химический процесс, заключающийся в фактически полном разрушении первичной силикатной решетки и в выносе соединяющих ионов. Перестроенная кремний-алюминиевая решетка вмещает много воды и в результате образуется водный глинистый минерал. Этот процесс приблизительно может быть выражен следующей химической реакцией (на примере калий - содержащего минерала ортоклаза)

2KAlSi₃O₈ + 2H₂O = Al₂Si₂O₅(OH)₄ + K₂O + 4SiO _2,

где KAlSi₃O₈ – ортоклаз, Al₂Si₂O₅(OH)₄ – каолинит, K₂O - растворенная окись калия, SiO_{2 ,} -растворенный кремний

Натрий и кальций - содержащие полевые шпаты разлагаются похожим путем. Процесс гидратации в естественных условиях сильно ускоряется при загрязнении воды, особенно в присутствии растворенного СО₂.

Карбонатизация. Растворенный атмосферный СО₂ превращает осадки в очень слабую углекислоту со средним значением рН около 6. Когда дождевая вода проникает в грунт, большая часть СО₂ быстро растворяется в почвенном воздухе и принимает участие в процессах выветривания. В присутствии СО₂ намного ускоряются процессы разложения силикатов. Ускорение и усиление реакции происходит из-за быстрого перехода слабой углекислоты в гидрогенные и бикарбонатные ионы. В таком случае выше приведенная реакция приведет к образованию бикарбоната калия.

2KAlSi₃O₈+ 2H₂O + CO₂ = Al₂Si₂O₅(OH)₄ + K₂CO₃ + 4SiO₂,

где KAlSi₃O₈ – ортоклаз, Al₂Si₂O₅(OH)₄ – каолинит, K₂CO₃ - карбонат калия, SiO₂ - растворенный кремний

Таким образом, при карбонатизации происходит разрушение силикатной структуры ортоклаза с выделением иона калия и, в качестве конечного продукта, образуется глинистый минерал и растворимый остаток.

При разрушении других силикатов происходит образование глинистых минералов с выделением Na₂CO₃ из натрийсодержащих шпатов и Ca(HCO₃)₂ для кальцийсодержащих минералов.

Другим примером химического изменения карбонатной водой горных пород является растворение известняков. Карбонат кальция слаборастворим в чистой воде, но при наличии слабой углекислоты идет следующая реакция:

CaCO₃+ H₂CO₃= Ca ⁺² + 2(HCO₃) ^-

Ионы кальция и бикарбоната затем выносятся в раствор, оставаясь среди загрязнителей воды и аккумулируясь в виде характерного поверхностного остатка. Во многих районах этот остаток содержит железо, которое, окисляясь, придает ярко-красный цвет почве, известной как терра-росса. Объем растворенного карбоната кальция, который может переноситься водой, зависит от количества растворенного СО₂.

Окисление. Окисление как один из процессов химического выветривания понимается как химическое соединение с кислородом. Этот процесс особенно характерен для такого широко распространенного элемента как железо. Оно входит в состав многих породообразующих минералов - биотитов, авгитов, амфиболитов и высвобождается при том или ином химическом процессе, быстро окисляется и существует в виде гематита (Fe₂O₃) или его гидратного эквивалента - лиманита. Именно трехвалентное железо окрашивает многие почвы в красный, коричневый или желтый цвет.

Биологическое воздействие представляет собой совокупность химических процессов преобразования горных пород, происходящих под воздействием биологических агентов - растительности и микроорганизмов в почве и верхних горизонтах коры выветривания. Воздействие биологических агентов проявляется непосредственно, в виде специфических биохимических реакций или опосредованно, в виде простого ускорения других процессов химического выветривания.

Двумя важнейшими реакциями выветривания, которые имеют биохимическую природу, являются восстановление и комплексирование. Многие анаэробные бактерии получают часть необходимого им кислорода путем восстановления железа, одного из самых распространенных элементов в горных породах, до двухвалентной формы, а в некоторых случаях - до собственно металла. В результате образуются двухвалентные соединения, которые значительно лучше растворяются в воде, чем первичные трехвалентные. Поэтому, восстановление является основным путем мобилизации железа и выноса его из почвы.

Комплексирование заключается в объединении катионов металлов с молекулой углеводорода и является фундаментальным процессом в поддержании жизни растений. Корни окружаются концентрацией гидрогенных ионов, которые могут обмениваться с катионами соседних металлов. Затем катионы металлов абсорбируются растениями путем комплексирования. Образующиеся комплексные соединения растворимы только в органических растворителях, и нерастворимы в воде. Подобным образом действуют лишайники, изымающие практически все нужные им элементы из коренных пород, на которых растут до тех пор, пока поверхностный слой не будет полностью разрушен.

Опосредованное воздействие биологических агентов проявляется, например, во влиянии растительности на качество и количество фильтрующейся воды. Путем перехватывания влаги растительный покров регулирует количество осадков, достигающих собственно земной поверхности. Оседание на поверхности листовых пластин химических элементов, содержащихся в атмосферных осадках, изменяет их химический состав. Гумус и микроорганизмы почвы влияют на скорость, с которой вода перемещается через почвенные горизонты и изменяют количественный и качественный состав элементов, содержащихся в фильтрующейся воде. Особенно важным фактором, влияющим на ход химических процессов, как было сказано выше, является содержание в почвенных водах углекислого газа. В процессе жизнедеятельности окисляющих бактерий, разлагающих органические остатки, и дыхания корней растений концентрация СО₂ в почвенном воздухе повышается с 0,2 до 2%, а в отдельных случаях до 10%, что значительно превышает содержание углекислого газа в атмосферном воздухе. На количество СО₂ в почвенном воздухе влияет ряд факторов:

· температура (деятельность бактерий сильно замедляется с падением температуры ниже 10⁰С);

· содержание влаги (биологическая активность значительно снижается, когда содержание влаги опускается ниже 10%);

· аэрация почв;

· характер растительного покрова.

В результате совокупного воздействия этих факторов содержание СО₂ сильно меняется в зависимости от сезона и местных особенностей. Это сказывается на растворимости таких продуктов выветривания как железистые и алюмосодержащие соединения.

Как было сказано выше, выветривание неразрывно связано с климатом. Взаимосвязь между климатическими параметрами и характером и типом выветривания хорошо передают схемы Пельтье. Эти схемы построены исходя из следующих упрощений:

· механическое выветривание почти полностью обусловлено попеременным замерзанием и оттаиванием,

· химическое выветривание в такой степени зависит от наличия воды, что его интенсивность должна прямо соответствовать количеству осадков.

Таким образом, районы, в которых циклы замерзания - протаивания наиболее действенны и температура часто переходит через точку замерзания, являются ареной наиболее активного проявления физического выветривания. Считая, что химическое выветривание ускоряется при высоких температурах и плотном растительном покрове, Пельтье установил районы, где такие условия преобладают. Исходя из сказанного, Пельтье были определены климатические режимы, характеризующиеся разным сочетанием механического и химического выветривания и составлены схемы, дают общее представление об относительной роли каждого из этих процессов в разных природных зонах.

Кроме климата на ход процессов выветривания оказывает влияние рельеф, вернее интенсивность тектонических движений, о чем указывал Н.М. Страхов. Он предполагал, что обычно химическое выветривание преобладает над механическим. Особенно действенно оно в тропической зоне. Территория вторичного максимума приурочена к влажным районам умеренных широт, хотя скорость выветривания здесь в 20 раз ниже, чем в тропиках. Относительно мощному механическому выветриванию климат благоприятствует только в пустынях и на крайнем севере. Однако Н.М.Страхов подчеркивал, что с увеличением амплитуды рельефа, механическая денудация в форме поверхностного смыва становится настолько интенсивной, что она в итоге совершенно подавляет химическое выветривание. Для достижения такого состояния в гумидных районах тропической зоны необходимо исключительно быстрое тектоническое поднятие, тогда как в умеренных широтах условия для механической денудации гораздо лучше и преобладать она может и при относительно небольших тектонических поднятиях.

Арктическая зона характеризуется преобладанием физического выветривания, особенно морозного, обусловленного низкими температурами. Коры выветривания представлены малоизмененными обломочными отложениями малой мощности. Процессы химического выветривания не выражены, вторичных глинистых минералов не образуется. Перенос водными потоками продуктов разложения ослаблен, органических соединений очень мало, почвы практически отсутствуют.

Тундра. Так же как в предыдущей зоне преобладают процессы физического выветривания с очень незначительной активностью химического. Из-за низких температур, несмотря на обилие воды, деятельность микроорганизмов подавлена. Следствием этого является медленный биологический круговорот атомов, малая продуктивность растительной массы, ослабленная минерализация органических остатков. Типоморфными и вместе с тем самыми подвижными элементами являются, ион водорода и двухвалентное железо (Н+, Fe²⁺).

В лесной зоне с умеренно теплым климатом морозное выветривание ослабляется, и активизируются процессы химического выветривания. Активно протекают процессы гидратации, в меньшей степени гидролиза и карбонатизации. С влагой вниз перемещаются (выщелачиваются) растворимые продукты химического выветривания и, прежде всего, щелочи и щелочные земли. В разложении и переносе минеральных веществ существенную роль играют гумусовые соединения (фульвокислоты и их соли) почвы и микроорганизмы (преимущественно грибы). Кора выветривания в этих условиях представляет собой комплекс продуктов выветривания сиаллитно-глиногенного состава (смесь гидратов алюминия, железа и кремния). Типоморфные элементы - ион водорода, алюминий, железо, кремний. В большом дефиците кальций, и многие редкие элементы - кобальт, фтор, молибден, йод.

В степной зоне с умеренно теплым климатом и непромывным режимом формируется сиаллитно-карбонатная кора выветривания, лессовидная, обогащенная карбонатами кальция и магния и калия. Вымытые Cl ^-, SO₄^2- и частично Na, Mg и K входят в состав образующихся глинистых минералов – сиаллитов, содержащих Si и Al₂O₃ – монтмориллонита, бейделлита и др. В почвах и коре выветривания существуют как нисходящие, так и восходящие потоки, что приводит к формированию горизонтов, обогащенных солями (хлоридами и сульфатами). Благодаря содержанию кальция грунтовые и почвенные воды имеют слабощелочную реакцию и отличаются высокой прозрачность: коллоиды не вымываются, фиксируясь в коре выветривания. Типоморфными элементами являются кальций, магний, натрий.

В полупустынях умеренного пояса химическое выветривание и водная миграция химических элементов ослаблены и образование глинистых минералов происходит замедленными темпами. В аридных пустынях (субтропических и тропических) господствует физическое выветривание, стимулированное резкими суточными колебаниями температуры. В этих ландшафтных зонах миграция растворов преимущественно восходящая, они нейтральные или слабощелочные. Подъем грунтовых вод приводит к формированию горизонтов, обогащенных легко растворимыми солями (хлоридами и сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов и содой). Типоморфными являются кальций, магний, калий, частично натрий и хлор. На солончаках к типоморфным элементам относится также сера.

Во влажных тропиках и субтропиках химическое выветривание охватывает слои земной коры в десятки метров и завершается полным разложением минералов, так как почвенные воды, обогащенные углекислым газом и большим количеством органических кислот, образующихся при быстром разложении обильных растительных остатков, обладают большой разрушительной силой. Из почв вымываются и переходят в растворбольшая часть оснований и почти вся окись кремния. Накапливаются наименее подвижные продукты разложения гидроокислы железа и алюминия, которые образуют коллоидные осадки, сохраняются в почве и придают ей красный цвет. Тропические коры выветривания имеют сиаллитно-ферралитный и аллитный состав, типоморфными элементами являются Н⁺, алюминий, железо, типоморфными соединениями - гидраты алюминия, железа, латериты, бокситы, каолины.

Зональность почвенного покрова и процессов почвообразования. Под почвой понимают поверхностные рыхлые накопления состоящие из минеральной части ( мелкораздробленных горных пород в различной стадии выветривания) и органических масс образующихся от разложения преимущественно растительных остатков. Минеральная часть почв является источником легко растворимых (подвижных) минеральных солей, необходимых для жизнедеятельности растений. Органические остатки после своего распада, образуют специфические органические соединения (гумусовые кислоты), в том числе и растворимые в воде. Между продуктами распада неорганических и органической части происходят обменные реакции, приводящие к образованию новообразований, сохраняющихся в почве в виде твердых веществ, растворов и коллоидных смесей (органо-минеральные комплексы). Процессы разрушения как минеральной так и органической частей и обменные реакции происходят только в воде, и их интенсивность определяется количеством, температурой и интенсивностью циркуляции воды. Поэтому характер почв в плакорных (водораздельных) условиях определяется средним количеством атмосферных осадков при определенных температурных условиях, т.е. является зональным. При дополнительном увлажнении (поступлении грунтовых вод вследствие их близкого залегания) возникают интразональные почвы.

Неорганическая часть почв является результатом распада горных пород, содержащих соли кремниевой кислоты - силикатов (алюмосиликатов - полевых шпатов и железомагнезиальных силикатов - оливинов, пироксенов и биотитов) и окислов кремния (80% и 20% неорганической части почвы соответственно). К ним нужно прибавить растворимый углекислый кальций (известняковый шпат), имеющий органическое происхождение. В зависимости от конкретных климатических условий минеральная часть почв подвергается выщелачиванию. Поэтому растворимая часть почв отражает зональные условия, а нерастворимая - азональна и одинакова во всех природных зонах.

Интенсивность химического выветривания минеральной части почв зависит от длительности теплых (с температурой более 0⁰С) и холодных периодов, от длительности сухих и влажных периодов и общего количества поступающих осадков, ибо при равных температурах разные соединения требуют разного количества воды (разных объемных соотношений). Например, для растворения единицы объема карбоната кальция при температуре 0⁰С требуется 10⁴ частей воды, водного сернокислого кальция (гипса) - 10³ частей воды, а хлористого натрия (поваренной соли) - 3 части. Так как поступающее количество воды (осадков) зонально, зональны и процессы растворения, определяющие химических состав почвенных горизонтов. При малых количествах осадков (аридная зона) растворяются легкорастворимые хлориды (NaCl), при увеличении количества осадков - растворяются среднерастворимые соединения, например гипс (зона умеренного и достаточного увлажнения), а при систематическом увлажнении начнется вымывание труднорастворимых соединений, например углекислого кальция (зоны достаточного и избыточного увлажнения). Поэтому в гумидных зонах из верхних почвенных горизонтов вынесены все растворимые соединения, в том числе и CaCO₃, и в коллоидных соединениях лесных почв преобладает водородный ион (из диссоциированной воды) и отсутствует кальций. Образующиеся при разложении растительных остатков органические кислоты придают почвенным растворам кислый характер. Агрессивные кислые почвенные воды интенсивно разрушают как минеральную часть почв, в том числе и силикаты, так и органическую. Коагуляция мелких частичек почв в этих условиях очень слабая и почвы бесструктурны или имеют мелкоплитчатую структуру, неустойчивую в воде. Почвы зон обильного увлажнения различаются повышенным содержанием гидратов окислов железа разной степени гидратации. В зависимости от степени гидратации, эти гидраты придают почвам разную окраску: от бурой (подзолистые почвы таежной зоны), желтоватой (почвы зоны широколиственных лесов умеренного пояса и субтропических лесов) до красной (красноцветные почвы тропической зоны).

Влияние разной растворимости на характер почвенного профиля отчетливо выражено в лесостепной зоне. Осадков в этой зоне выпадает меньше, чем в лесной, промываемость почв ниже, поэтому в нижних горизонтах почвенного профиля (на глубине 1,2-1,3 м) скапливаются труднорастворимые углекислые соли. На суглинистых материнских породах в почвенном поглощающем комплексе появляется кальций, который препятствует вымыванию и, тем самым, способствует накоплению органических соединений. В результате, формируются почвы, сходные с черноземами (деградированные черноземы). На песчаных отложениях сохраняются геохимические условия лесной зоны (дефицит кальция и углекислых солей, наличие в почвенном поглощающем комплексе водородного иона). Обильный растительный опад листьев и луговых трав приводит к накоплению гумуса в верхней части почвенного профиля. Но малого количество кальция, которое содержится в минеральной части почв, не хватает для нейтрализации кислот, образующихся при разложении органических остатков. Почвенные растворы кислые, происходит выщелачивание и формируются выщелоченные серые лесные почвы, сходные как с подзолистыми почвами, так и с деградированными черноземами.

По мере увеличения засушливости происходит уменьшение выщелоченности углекислого кальция и постепенный подъем горизонта его накопления к поверхности. В более низких горизонтах начинают скапливаться среднерастворимые соли (гипс). В аридных условиях, в почвах пустынь (сероземах) гипсовый горизонт может лежать на глубине 15-20 см.

В почвенном поглощающем комплексе черноземов, темно-каштановых, светло-каштановых и сероземных почв преобладает кальций. Но, по мере аридизации, его значение в накоплении органических веществ уменьшается. Это объясняется ослаблением выщелачивания легкорастворимых солей (NaCl) и диссоциированный в растворах натрий замещает в почвенном поглощающем комплексе кальций. Он способствует появлению щелочной реакции, которая наиболее выражена в сероземах. В случае почти полного замещения в почвенно-поглощающем комплексе кальция натрием почвообразование идет по солонцовому типу. Происходит ухудшение условий произрастания растительной массы, снижается ее объем и возрастает интенсивность распада органических соединений. В тех участках пустынной и полупустынной зон, где наблюдается близповерхностное залегание грунтовых вод, подъем солей, в том числе и легко растворимых, происходит интенсивнее и почвообразование идет по солончаковому типу.

Аналогичная картина зональности наблюдается в тропической зоне. От пустынь к саваннам происходит увеличение увлажнения, рост биомассы и поступления органических веществ в почву. Наличие засушливого сезона позволяет органическим веществам накапливаться в верхних горизонтах почв, и формируются сильногумусированные темные почвы саванн. При приближении к экваториальной зоне и увеличении количества осадков, несмотря на увеличение биомассы, почвы саванн постепенно переходят в слабогумусные выщелоченные ферраллитные почвы зоны влажных тропических лесов.

Таким образом, тип почвы определяется климатом и количеством поступающей органической массы, и, в соответствии с зональностью этих факторов, зонально и почвообразование. Выделяют следующие области почвообразования: полярная, бореальная, суббореальная лесная, суббореальная лугово-степная и степная, субтропическая и тропическая переменно-влажная ксерофитных лесов и саванн, субтропическая и тропическая полупустынь и пустынь, тропическая и экваториальная влажных лесов.

Область полярного почвообразования включает зоны арктических и тундровых почв.

Арктические и пустынно-арктические почвы, зональные для арктической зоны, очень маломощные (первые десятки см) со слаборазвитым гумусовым горизонтом, красновато-коричневого или оранжевого цвета, связанного с присутствием гидроокислов железа. Сформированы они под мохово-лишайниковым разреженным покровом и развиты локально, в понижениях рельефа, где может накапливаться мелкоземистый материал. Минеральная часть почв представлена грубозернистым песчано-щебнистым материалом. В составе гумуса преобладают фульвокислоты. Реакция почв нейтральная, в почвенном поглощающем комплексе преобладает кальций, он насыщен основаниями. Для этих почв характерно накопление подвижного железа, вызванного его криогенным подтягиванием и закреплением в форме малоподвижных комплексных железоорганических соединений, которые под воздействием замерзания и высыхания необратимо коагулируют. Водный режим почв непромывной. Суровый климат определяет малую роль микроорганизмов в почвообразовании, а малое количество осадков - локальное развитие солончаковых явлений.

Тундровые почвы - более влажные, торфянистые, для них характерно оглеение всего деятельного слоя. Зональными почвами тундровой зоны являются тундровые глеевые почвы, которые подразделяются на 4 подтипа: арктундровые, тундровые глеевые типичные, собственно тундровые глеевые и тундровые глеевые оподзоленные. Верхние горизонты почвы грубогумусные и торфянистые во влажном климате и гумусовые в более континентальном. Реакция почвенного раствора меняется от кислой до слабокислой (рН 5-6). В почве содержится много полуторных окислов, особенно оксидов железа. Для этих почв характерна слабая дифференциация почвенного профиля, низкая проницаемость и слабая аэрация. Микрофлора тундровых почв близка по составу к арктической, но более обильна. Численность микроорганизмов в 1 г почвы колеблется от сотен тысяч до нескольких миллионов. Микробные процессы отличаются слабой биохимической активностью, поэтому растительные остатки разлагаются очень медленно, что ведет к их накоплению и формированию грубогумусных и оторфованных горизонтов. Невысокая зольность опада, малое содержание в нем оснований, особенно оснований кальция, неблагоприятный температурный режим, слабая аэрация определяют замедленное разложение органических остатков и образование большого количества водорастворимых органических веществ с преобладанием в составе гумусовых соединений фульвокислот.

Область бореального и суббореального почвообразования лесной зоны. По условиям почвообразования в бореальной области выделяют несколько зон: почвы субполярных лесов и лугов (лесотундры) и почвы таежно-лесной зоны. Последние подразделяют на следующие почвенные подзоны: мерзлотно-таежные, северо-таежные глееподзолистые северной тайги, подзолистые средней тайги, дерново-подзолистые южной тайги и смешанного леса.

Почвы субполярных лесов и лугов содержат много органической массы, поступающей при отмирании трав лугов, что способствует накоплению гумуса и развитию иллювиально-гумусового процесса. Возникают типы дерново-грубогумусных и дерново-торфянистых почв.

Почвы таежно-лесной зоны, при значительном разнообразии характеризуются рядом общих черт:

· растительный опад низкозольный, кислый, преобладают трудноразлагаемые соединения;

· переувлажнение и низкие температуры определяют медленные темпы разложения опада и его накопление в виде подстилки, запас которой в несколько раз превосходит ежегодный опад;

· гумусовый горизонт маломощный, гумус представлен преимущественно фульвокислотами, гумусонакопление не характерно;

· водный режим промывной, с активным развитием процессов оподзаливания, с длительным водозастойным периодом и развитием процессов оглеения.

Ареал мерзлотно-таежных почв (криоземов) совпадает с ареалом вечной мерзлоты и приурочен к лиственничной светлохвойной тайге. Многолетняя мерзлота оказывает многостороннее воздействие на почвы. Почвы отличаются холодным профилем, в течение 7-8 месяцев они имеют отрицательную температуру. Низкие температуры затрудняют всасывание растениями воды и минеральных веществ, замедляют их рост и развитие, тормозят разложение органических остатков. Мерзлота и суровость климата определяют малую мощность почвенных профилей, образование при разложении опада грубого гумуса фульфатного состава или торфа. Вследствие короткого лета, малого количества осадков и отсутствия сквозного промачивания, подзолообразование выражено очень слабо или отсутствует совсем. Характерно обогащение верхних горизонтов подвижными формами железа. Криогенные процессы обуславливают большую мозаичность подтипов мерзлотно-таежных почв - от мерзлотно-болотных до осолоделых и черноземовидных-луговых.

Глееподзолистые почвы формируются под хвойными и смешанными лесами с мохово-лишайниково-кустарничковым покровом. Они формируются в условиях сильного переувлажнения и низких температур, которые определяют замедленные темпы разложения опада и его накопление в виде лесной подстилки, запас которой почти в 20 раз превосходит ежегодный наземный опад. Водный режим почв промывной, с длительным водозастойным периодом весной и осенью, поэтому наблюдается сочетание подзолистого и болотного процессов. Болотный процесс выражается в развитии оглеения непосредственно под грубогумусной подстилкой. Таким образом, характерными признаками глееподзолистых почв является отсутствие гумусового горизонта и поверхностное оглеение. Почвы характеризуются кислой реакцией (рН - 3,2-4,3), максимум кислотности приходится на обедненные поглощенными основаниями и полуторными оксидами верхние горизонты. Преобладает фульватный гумус, способный образовывать подвижные формы с полуторными оксидами.

Более благоприятные климатические условия зоны средней тайги способствуют формированию здесь, на суглинистых породах и дренированных водоразделах, под пологом густых хвойных лесов, типичных подзолистых почв. Характерной особенностью этих почв является отсутствие или малая мощность гумусового горизонта и особая роль лесной подстилки. Ее рассматривают как особый биогеоценотический компонент, горизонт интенсивной деятельности растительности и животного населения, обусловленный высокой концентрацией в нем элементов питания, чьи энергетические ресурсы влияют на развитие всего биогеоценоза. Наиболее активно подстилка воздействует на физические и химические свойства почвы, в значительной степени определяя направление почвообразовательного процесса.

Опад хвойных лесов, состоящий преимущественно из веток, хвои и остатков мхов беден зольными элементами (зольность 1,5-2%) и азотом и богат трудноразлагаемыми дубильными веществами - суберином, лигнином, восками и смолами. Опад накапливается на поверхности в виде подстилки, в разложении которой принимает участие, в основном, грибная флора, способная существовать в более кислой среде, и меньше - бактерии. Образующийся при этом гумус характеризуется преобладанием фульвокислот, одновременно образуются и низкомолекулярные органические кислоты (уксусная, лимонная, муравьиная и др.). Фульвокислоты и органические кислоты выщелачиваются из лесных подстилок, проникают в верхнюю часть почв, определяя кислую реакцию почвенного раствора, и рас