Влияние гумуса на процессы выветривания минералов
26.08.2012
Косвенное влияние. Косвенное влияние органического вещества на процессы химического выветривания минералов сказывается благодаря образованию конечных продуктов распада, как СО2, азотная и серная кислоты при аэробных условиях, и Н2, H2S и т. п. при анаэробных. Постоянное выделение углекислоты в непосредственном контакте с минеральной частью почвы, несомненно, значительно усиливает общеизвестные процессы выветривания силикатов и алюмосиликатов, происходящие под влиянием СО2 и Н2О атмосферы. А образование азотной и серной кислот, даже в незначительных количествах, может сильно повышать концентрацию водородных ионов, обусловливая характерные черты кислотного выветривания. Особенно большое значение в этом последнем рядом авторов, и особенно Бланком, приписывается серной кислоте, образующейся при окислении серы белковых веществ. По мнению Бланка, именно серной кислоте, а не гуминовым кислотам, принадлежит главная роль в так называемом гуминовокислом выветривании пород в районах распространения кислого «грубого» гумуса и торфа. В этом взгляде есть значительная доля преувеличения, хотя наличие серной кислоты в кислых почвах в ряде случаев несомненно. Образующиеся под влиянием серной кислоты сульфаты вследствие своей растворимости легко подвергаются вымыванию. При анаэробных условиях выделение Н2 ведет к образованию сернистых соединений; возникновение последних может быть обязано также восстановлению сульфатов.
Непосредственное влияние гумуса на процессы выветривания. Вопрос о непосредственном влиянии гумусовых веществ на процессы выветривания силикатов и алюмосиликатов до сих пор еще недостаточно изучен.
Взгляды и выводы прежних авторов о разлагающем действии гумусовых веществ и, в частности, гуминовой кислоты на силикаты и алюмосиликаты не были подтверждены убедительными экспериментальными данными. Опытные исследования Никласа по изучению влияния торфа и наблюдения, произведенные по этому же вопросу А. Никифоровым, скорее приводят к обратному выводу о слабом влиянии гумусовых веществ на выветривание силикатов и алюмосиликатов.
Более определенные результаты были получены К.Д. Глинкой в опытах по изучению влияния гуминовой кислоты (выделенной из лесного суглинка и подзола) и щелочных гуматов.
Свободная гуминовая кислота, по мнению Глинки, действует на алюмосиликаты подобно углекислоте, отнимая основания и способствуя отщеплению избытка кремнезема, т. е. усиливает гидролиз, происходящий под влиянием воды. Полуторные окислы при этом в раствор не переходят.
В дальнейшем, когда благодаря гидролизу в растворе окажется большое количество щелочи, начинает действовать щелочной раствор гумата. Опыты с щелочными растворами гуматов привели названного автора к заключению, что эти растворы представляют собой чрезвычайно энергичный реактив; при действии их на природные силикаты происходит не только частичное разложение последних, но и сложный обмен между неразложенной частью алюмосиликата и минеральным комплексом раствора, причем в обменную реакцию, кроме щелочен и щелочных земель, вступают и полуторные окислы.
Раманн выдвинул взгляд о решающей роли гумусовых веществ в каолинизировании полевошпатовых пород. По его мнению, нормальное выветривание под влиянием атмосферных деятелей не может привести к образованию залежей каолинита, так как в этом случае железо выделяется в форме окиси, между тем при каолинизировании железо удаляется. Каолинизирование по Раманну происходит под слоем торфа, причем железо удаляется в форме гумата или в виде комплексных органических соединений.
Это мнение об образовании каолинита под торфяниками нашло ряд последователей в Германии, где в пользу его говорила связь между залежами каолинита и бурых углей. Однако дальнейшие исследования привели к выводу, что указанная связь не является генетической и что мнение о каолинизировании пород под влиянием торфа не соответствует действительности; влияние это приводит к результатам, более сходным с подзолообразованием, чем с каолинизированием. Отрицательный вывод в отношении взглядов Раманна получил особую убедительность после работ Гаррасовица, согласно которому каолинизация представляет собой промежуточную стадию на пути образования аллитов и обязана вымыванию кремнекислоты при сохранении глинозема, тогда как под влиянием гумусовых веществ происходит вымывание последнего и накопление кремнезема.
Здесь, однако, можно отметить, что указанные явления, характерные для подзолообразования, захватывают, как правило, только поверхностный горизонт, под которым располагается часто более мощный иллювиальный горизонт, характеризующийся накоплением глинозема. Что же касается кремнекислоты, то она вымывается и при подзолообразовании; об этом свидетельствует значительное содержание SiО2 в естественных водах, содержащих одновременно и воднорастворимый гумус. По исследованиям Матсона, гуминовая кислота энергично вытесняет ион SiO3 из коллоидальных алюмосиликатов. Вымывание кремнекислоты в присутствии растворимых гумусовых веществ также вполне понятно с коллоидно-химической точки зрения, поскольку оба золя - кремнекислоты и гумуса - имеют отрицательный заряд.
Таким образом, в вопросе о роли гумуса в процессах выветривания силикатов и алюмосиликатов имеются различные мнения, основанные на недостаточно полном изучении явлений. Наиболее определенные данные, полученные Глинкой, которые устанавливают различный ход процессов при кислой и щелочной реакциях, относятся только к одной группе сложного комплекса веществ, входящих в состав гумуса, именно к гуминовой кислоте; влияние же других групп соединений, в частности - более подвижных низкомолекулярных органических кислот, характерных для кислого гумуса влажных областей, на процессы выветривания силикатов почти не затронуто исследованиями.
Более определенные данные имеются в отношении влияния гумусовых веществ па разложение карбонатов и фосфатов. На разложении карбонатов гуминовыми кислотами основан предложенный Такке метод определения кислотности торфяных почв.
Разложение фосфатов кальция гуминовой кислотой и щелочными гуматами было установлено уже давно рядом исследователей и подтверждается многочисленными работами современных авторов. Аналогичные явления были установлены и в отношении фосфатов Аl и Fe, хотя здесь имеются и противоречивые данные. Из новейших работ по этому вопросу можно отметить работу А.П. Вишнякова, выводы которого вносят поправки к установившимся взглядам.
По данным Вишнякова, гуминовая кислота не переводит фосфорную кислоту фосфатов кальция и железа в молекулярный раствор. Гуматы натрия вызывают пептизацию фосфатов кальция, что автор объясняет образованием гидрофильной оболочки на поверхности частиц фосфата кальция, которая, благоприятствуя процессу пептизации, препятствует молекулярному растворению фосфата. Аналогичное объяснение дается факту сильно пептизирующего действия гуматов (молекулярной степени дисперсности) на фосфаты железа при щелочной реакции. Здесь, однако, не исключена возможность образования комплексных соединений гуминовой кислоты и железа и переход части фосфата в молекулярно-дисперсное состояние. К сожалению, у автора отсутствуют данные по изучению влияния гуминовой кислоты в условиях кислой реакции, так как при незначительной концентрации гуминовой кислоты она нейтрализовалась взятым для опыта количеством фосфата (особенно в опытах с фосфатом кальция). Этот факт, однако, указывает на способность гуминовой кислоты отнимать основание из фосфатов, что дает право предполагать, что при избытке гуминовой кислоты, по сравнению с фосфатами, может происходить вытеснение последней в свободном состоянии. На эту способность гуминовой кислоты замещать РО4 при взаимодействии с коллоидными фосфатами Аl и Fe указывает Матсон, который, однако, отмечает, что это вытеснение идет с гораздо большим трудом, чем вытеснение SiO3 из коллоидных алюмосиликатов.
Это предположение находится в соответствии с фактом положительного действия фосфоритов на кислых почвах, хотя причины этого, может быть, связаны не только с влиянием гуминовой кислоты, но и более энергичных низкомолекулярных органических кислот, а также с влиянием свободных минеральных кислот, например серной кислоты, если принять во внимание указанные выше взгляды Бланка, а также Кап-пена и др. Однако и в этом случае на долю гуминовых веществ выпадает известная, хотя и косвенная роль, ввиду установленной способности гуминовой кислоты в известной мере разлагать соли сильных кислот с выделением последних в свободном состоянии. Увеличение растворимости фосфорной кислоты при взаимодействии гуминовой кислоты с фосфоритом в присутствии солей минеральных кислот было установлено еще К. Тарховым, затем И. Белецким.
По Демолону, в вытеснении фосфорной кислоты в подвижной форме активную роль играют и нейтральные гуматы, причем гуматы не менее, а даже более активны, чем цитраты и оксалаты; это заключение, однако, не подтвердилось в исследованиях других авторов.
