Метаморфизм минерального вещества.

Метаморфизм минерального вещества протекает под воздействием большой группы процессов, приводящих к трансформации ее вещественного состава и/или структуры по сравнению с почвообразующей породой без существенного перемещения унаследованного и новообразованного минерального материала и органического вещества.

1) Трансформация глинистых минералов.

Это совокупность таких изменений кристаллических решеток минералов, при которых изменяется химический состав и величина заряда, но сохраняется окристаллизованность минерала и его принадлежность к подклассу слоистых силикатов (Соколова Т. А. и др., 2005).

Выделяют два вида трансформационных изменений: деградацию и аградацию. Результатом деградации является образование глинистых минералов с лабильной кристаллической решеткой, состоящей из глинистых минералов с жесткой структурой. В почвенной литературе подробно описаны деградация иллитов (слюдистых минералов) и хлоритов. Примером деградации может служить следующий ряд: иллит → смешаннослойный иллит-вермикулит → вермикулит → монтмориллонит. В дерново-подзолистых почвах распространена деградация иллитов и магнезиально-железистых хлоритов.

Из аградационных трансформаций в дерново-подзолистых почвах распространенным является процесс хлоритизации. Хлоритизация – это процесс формирования межпакетных прослоек гидроксидов Al (реже Fe) в трехслойных силикатах. В результате такого процесса возникают хлоритоподобные минералы. Наиболее оптимальные условия хлоритизации складываются при рН=5,0. Наиболее интенсивно почвенные хлориты накапливаются в верхней 30-50 см толщи почв, если значения рН укладываются в диапазон от 4 до 6, что имеет место в дерново-подзолистых почвах. Эта группа минералов обычно отсутствует в самом верхнем минеральном горизонте, залегающим непосредственно под подстилкой, т. к. этот горизонт может содержать достаточное количество органических кислот с высокой комплексообразующей способностью, растворяющих прослойки гидроксида алюминия в почвенных хлоритах.

Соколова Т. А. с соавторами (2005) предлагает рассматривать хлоритизацию как самостоятельный ЭПП состоящий из нескольких микропроцессов, число которых, в зависимости от принятой гипотезы механизма хлоритизации, изменяется от двух до пяти.

2) Разрушение глинистых силикатов.

Этот ЭПП предполагает такое изменение минералов, в результате которого они или теряют окристаллизованность, превращаясь в аморфные соединения, или полностью растворяются.

В глинистых минералах между ионами действуют различные типы химических связей. Наиболее прочная, преимущественно ковалентная, связь существует в тетраэдрах между ионами Si и О. Менее прочные, главным образом ионные, силы удерживают в решетке элементы первой и второй групп. Растворение минералов начинается обычно с выхода из решетки щелочных и щелочно-земельных катионов. Связи Al-О в тетраэдрах менее прочны, чем Si-О; поэтому при растворении в среде, обеспечивающей возможность миграции Al, наблюдается его преимущественный, по сравнению с Si переход в раствор и остаточное накопление кремния в виде рентгенаморфного минерала – опала. Переходу Al в раствор способствует кислая реакция среды и наличие в растворе органических кислот с высокой комплексообразующей способностью, включая фульвокислоты. Когда условия среды не способствуют переходу Al в раствор, наблюдается преимущественный вынос Si и остаточное накопление соединении Al, обычно представленных гидроксидами Al (Соколова Т. А. и др., 2005).

Диагностика процесса затруднена. Обычно приводятся лишь косвенные доказательства этого процесса в почвах: обеднение профиля по сравнению с почвообразующей породой гранулометрическими фракциями и химическими элементами (Элементарные…, 1992).

Оспариваемым является сам факт разрушения глинистых минералов. Но русская школа признаёт этот процесс, и основные дискуссии разворачиваются о природе причин процесса разрушения силикатов. Роде А. А., Пономарева В. В., Гедройц К. К. разработали теорию о растворении тонкодисперсных минералов благодаря воздействию специфических и неспецифических агрессивных органических кислот выделяемых из мортмассы биоценозов. Продукты разрушения предположительно должны были выноситься или в иллювиальный горизонт, либо за пределы почвенного профиля.

 Альтернативной концепцией являются теоретические построения Зайдельмана Ф. Р. (1974, 1998). На основе оригинальных исследований и изучения литературных материалов автор приходит к выводу о том, что подзолообразование – частный случай оглеения, проявляющегося при кратковременном сезонном переувлажнении на фоне промывного водного режима. В его работах показано, что источником агрессивных кислот и хелатообразующих органических соединений являются не столько органические остатки, сколько специфическая анаэробная микрофлора, развивающаяся при наличии легкогидролизуемых органических соединений. Кратковременно развитие оглеения способствует проявлению элювиально-глеевого процесса, следствием которого является обезжелезивание почвенной массы. В то же время оглеение способствует диспергации минерального вещества и развитию лессиважа. Поэтому с позиции Зайдельмана важным профилеобразующим ЭПП является процесс глееобразования приводящий к формированию элювиального горизонта.

Существуют и более радикальные теоретические конструкции (Соколов И. А. 2004), согласно которым обезиливание массы элювиального горизонта следует искать не в проявлении процессов разрушения тонкодисперсного глинистого компонента, не в лессиваже, а в исходной текстурной неоднородности почвенного профиля.

В монографии Почвообразовательные процессы (2006) выделяется группа процессов гранулометрической (текстурной) дифференциации почв. В этой группе выделено два процесса: селективное оподзоливание и лессиваж.

 Селективное оподзоливание – макропроцесс, концептуальное понятие о котором было разработано Тонконоговым В. Д. (1996). Этот макропроцесс включает в себя совокупность деструктивных механизмов, способствующих высвобождению способных к миграции соединений железа и алюминия: кислотную агрессию (кислотный гидролиз, выделения живых корней и др.), элювиально-глеевую мобилизацию железа, избирательное биологическое поглощение химических элементов из почвы. Сущностью селективного оподзоливания (в отличие от альфегумусового подзолообразования) является избирательное разрушение относительно лабильных смешаннослойных минералов и, отчасти, гидрослюд, сосредоточенных почти исключительно в илистой фракции.

Продукты разрушения минералов илистой фракции удаляются из верхней части почвенной толщи и мигрируют с почвенными растворами за пределы профиля. Мигранты не образуют иллювиальных аккумуляций, в том числе совместно с органическим веществом. Таким образом, объясняется отсутствие иллювиального максимума ила во многих дерново-подзолистых почвах Европейской части России и Западной Сибири (Почвообразовательные процессы, 2006).

Не совсем ясна позиция Тонконогова В. Д. (1996) по отношению к концепции Зайдельмана Ф. Р. (1973, 1998). Ведь, по сути, селективное подзолообразование хорошо объединяется с редуцирующими и комплексообразующими началами глееобразования. Но лишь на отсутствии выноса оксида алюминия из илистой фракции песчаных почв в опытах Зайдельмана Ф. Р. делается вывод о том, что при глееобразовании не происходит разрушения илистой фракции, а лишь её обезжелезнение. Хотя выше приводится определение альфегумусового подзолообразования, при котором основным объектом кислотной агрессии являются минералы крупных гранулометрических фракций. Опыты Зайдельмана кратковременны, поэтому возможно предположить, что разрушение кристаллических решеток просто не успело начаться. Но в целом понятие о селективном подзолообразование интересно, позволяет заострить внимание на важных вопросах о текстурной дифференциации почв.