УДК 551
МОРФОЛОГИЯ КАРБОНАТНЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ В ПОЧВАХ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
© 2010 г. А. М. Кузнецова, О. С. Хохлова*
Лаборатория электронной микроскопии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы;
Е-таИ: alsu25@mail.ru *Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино Московской области Поступила в редакцию 29.10.2008 г.
Обобщены материалы по колломорфным формам карбонатных новообразований (КНО) в почвах и сделана попытка установить их генезис и пути формирования. Спектр почв, в которых изучались некристаллические КНО, очень широк, как по типам, так и по регионам, генезису, возрасту, почво-образующим породам и условиям функционирования. Традиционные представления о КНО только как о кристалломорфных образованиях оказываются неверны, наряду с кристалломорфными существуют и колломорфные КНО, при этом они не приурочены к какому-то определенному типу почвы. Выявлены также переходные формы КНО: колломорфная пленка с полурастворившимися, вросшими кристаллами. Колломорфная поверхность образуется в результате внутрипочвенных взаимодействий на разделе твердой и жидкой/газообразной фаз: растворение происходит только на самой границе раздела фаз. Это по сути даже не растворение в чистом виде, а перестройка кристаллической решетки в "коллоидный гель". Меняется морфология образца, при этом молекулы не переходят в раствор, а перестраиваются. Показана возможность прямого выпадения колломорфного кальцита из коллоидных растворов уже в виде скрытокристаллической пленки. Толщина колло-морфной пленки варьирует от одного микрона до первых мм, что зависит от гранулометрического состава почвы: в почвах на более легких породах колломорфная пленка КНО тоньше.
В современном почвоведении морфология карбонатных новообразований (КНО) описана подробно на всех уровнях: от макро- до субмик-роморфологического [Парфенова, Ярилова, 1977; Поляков, 1989; Лебедева, Овечкин 1975, 2003; Хохлова, Кузнецова 2002; Хохлова и др. 2000, 2004]. Размеры почвенных КНО варьируют в широких пределах — от нескольких сантиметров до нескольких микрон (отдельные кристаллы в основной почвенной массе). Согласно традиционным представлениям, КНО — это хорошо рас-кристаллизованная масса с различными формами кристаллов: призматическими, ромбоэдрическими, скаленоэдрическими, шестоватыми, игольчатыми и др. [Соколова и др., 1988; Герасимова и др., 1992]. Часто кристаллы образуют разнообразные агрегаты — друзы, конкреции. В зависимости от условий почвообразования кристаллы могут быть хорошей сохранности или же иметь следы травления (мелкие и крупные каверны), растворения и "срастания".
Генезис почвенных карбонатов различен: осаждение при движении почвенных растворов вверх по профилю в холодные и сухие сезоны [Афанасьева, 1974]; химическое осаждение из ми-
нерализованных грунтовых вод [Добровольский, 1961]; перекристаллизация литогенных карбонатов, унаследованных от почвообразующих пород [Поляков, Ярилова 1978], биогенные процессы — жизнедеятельность бактерий и актиномицетов [Wright, Tucker, 1991; Verrecchia, Verrecchia, 1994], биохимическая активность дрожжей [Аристов-ская, 1980]. Именно пути формирования и трансформации КНО определяют их морфологический облик [Поляков, 1980, 1989]: игольчатые кристаллы люблинита в калькретах образовались по гифам грибов [Wrigth, 1994]; происхождение журавчиков относят к гидрогенному генезису [Зайдельман и др., 2000]; в аридных условиях белоглазка формируется с совершенными кристаллами [Khokhlova, Kuznetsova, 2004]; для гумидных эпох характерны КНО с неясными, расплывчатыми формами и несовершенными кристаллами [Хохлова, Кузнецова, 2002].
В современных (голоценовых) почвах КНО формируются в основном из кальцита, реже из магнезиального кальцита [Овечкин, 1984], редко из доломита. Палеопочвы (плейстоценовые и каменноугольного периода) имеют наряду с каль-цитовыми аккумуляциями, еще и арагонитовые,
99
7*
Counts
7200 6400 _ Si 1
5600 " Pd I
4800 - O
4000 -
3200 - 1 1 Ag
2400 1600 "е Cu Mg Cu Cu Au Pd pd и
800 ill
0 1 4i
Ca
I
Fe
I
12 3 4
Cu Au Cu Au
Mil
6 7
-l-
8
9 10 keV
показал, что в истинных растворах и золях карбоната кальция также идет нормальный рост колло-морфной корки. В вязких гелях, "студнях" или расплавах идет рост зародышей во всем объеме пространства кристаллизации с образованием массивных зернистых или сферолитовых тел.
Факторов, влияющих на морфологию минеральных агрегатов, в реальности весьма немного [Степанов, 1970]. И главные из них следующие:
1. Влияние кинетики кристаллизации. Карбонаты кальция при возрастании степени пересыщения раствора (или скорости кристаллизации, что то же самое), образуют сначала крупные совершенные кристаллы (очень малая степень пересыщения), затем мелкие несовершенные (средняя степень пересыщения), далее игольчатые и скелетные кристаллы (высокая степень пересыщения), и, наконец, суспензии мелких скелетных кристаллов, возникающих при объемной кристаллизации (очень высокая степень пересыщения).
2. Влияние способа переноса питающих
рас-
Рис. 1 ЭДС-спектр: пленки кальцита на алюмосили-катном зерне, ув. 2000, образец 2.
и доломитовые 1994; Кузнецова и др.,
2004; Кабанов, 2005].
Исследования КНО в почвах аридных и семиа-ридных регионов на субмикроуровне также показали, что большей частью они представлены кристаллической массой различной морфологии [Хохлова и др., 2000]. Колломорфные формы кальцита характерны для сталактитов и сталагмитов [Максимович, 1965; Степанов, 1971; НШ, Forti, 1986]. Натечные агрегаты минералов (так называемые колломорфные агрегаты) могут образоваться из коллоидных растворов, а также из истинных растворов при особом механизме зарождения и быстром росте кристалликов. Натечные агрегаты карбоната кальция имеют вид сосулек, шишек, почковидных корок, неправильных натеков с характерным концентрически-зональным или ради-ально-лучистым строением [Степанов, 1998; Тур-чинов, 1993]. Многие считают, что так называемые "колломорфные" структуры минеральных агрегатов являются вторичными, возникшими за счет перекристаллизации первичных коллоидных осадков (гелей) [Дымков, 1957]. Однако В.И. Степанов [1998], рассматривая прямую модель роста,
творов. Для наиболее распространенного суб-аэрального случая выделяются три основных типа питания — линейное (осевое), реализующееся как через капиллярную, так и через гравитационную подачу раствора, площадное, реализующееся исключительно через капиллярные пленки, и объемное, реализующееся исключительно через гравитационные потоки.
Возможность существования колломорфных форм КНО в почвах в литературе практически не описана за исключением наших работ, где такие формы обнаружены на отдельных объектах исследования в степной зоне России, но не исследованы специально [Хохлова и др., 2008]. Возможность перемещения карбонатного материала в виде коллоидных растворов дискутируется. В последние годы коллоидная природа почвенных комплексов активно изучается [Федотов, Добровольский, 2006; Федотов и др., 2006]: предложено считать почву четырехфазной системой, в которой постоянно присутствует коллоидный раствор. Основу его составляет гумус, армированный органическими и минеральными коллоидными частицами, которые в свою очередь взаимодействуют между собой за счет дальней агрегации, образуя периодические коллоидные структуры, включающие в свой состав почвенную влагу. Неорганические коллоидные структуры при этом авторами не рассматриваются.
Неоднократно сталкиваясь в своей работе при изучении почвенных КНО в различных регионах с проявлениями их колломорфных форм, считаем, что назрела необходимость обобщить материалы по этим формам КНО в почвах и попытаться
Fe
0
« 4 V-" л
* А
Т jta^WA ■ V Г ' > ' Г ' h -
Рис. 2. Начальные стадии формирования колломорф-ных КНО (образец 1): а — карбонатная пленка, частично покрывающая алюмосиликатную основу; б, в — карбонатная пленка, полностью покрывающая алюмосиликатные зерна, повторяя их рельеф.
Рис. 3. Колломорфная кальцитовая пленка на зернах алюмосиликатов (образец 2): а — карбонатная пленка с кавернами покрывает алюмосиликатную основу; б, в — карбонатная пленка со следами кальцитовых кристаллов.
установить их генезис. Это и явилось основной целью предлагаемой работы.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объектов исследования были выбраны КНО из почв нескольких регионов, разного генезиса и возраста, развитых на разных почвообразующих породах. Единым для всех этих почв
является: а) функционирование в условиях чередования влажного и сухого сезонов различной длительности (от семиаридных и аридных регионов степной зоны России до тропических-субтропических мира — модельный образец № 9, образец № 6 средиземноморского побережья Туниса и образец № 10 из прерий Аргентины); б) наличие макроморфологически выраженных форм КНО (белоглазка, прожилки, журавчики,
Рис. 4. Различные формы колломорфной структуры КНО (образец 3): а, б — карбонатная пленка с отдельными каль-цитовыми кристаллами на поверхности; в, г — континуальная карбонатная пленка, сглаживающая рельеф алюмоси-ликатной основы.
калькретовые горизонты); в) все образцы бурно вскипают при обработке 10% соляной кислотой.
Образец 1. Белоглазка из горизонта ВСа погребенной палеопочвы. Черноземы южные на супес-чано-песчаных отложениях, Южное Приуралье, Россия.
Образец 2. Карбонатные трубочки из горизонта ВСа. Черноземы южные на суглинистых аллювиальных отложениях, Южное Приуралье, Россия.
Образец 3. Белоглазка из гор. ВСа погребенной палеопочвы. Черноземы обыкновенные на лессовидных суглинках, степи межгорных котловин Северного Кавказа, Россия.
Образец 4. Горизонты ВСа серии переотложенных парабрянских почв возраста погребения 20—44 тыс. лет назад. Криоаридные палеопочвы на лессовидных отложениях. Долина правого притока р. Дона, Воронежская область, Россия.
Образец 5. Горизонт ВССа темно-серой лесной глинистой почвы на лессовидных карбонатных тяжелых суглинках. Участок "Поляна", Шебе-кинский район, юг Белгородской области.
Образец 6. Основная пористая плотная масса гориз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.