Кліматичні фактори ґрунтоутворення

План

1.      Значення сонячної радіації в ґрунтоутворенні.

2.      Тепловий режим і теплові властивості ґрунту

3.      Вплив атмосферних опадів на ґрунтоутворення

4.      Сукупний вплив атмосферних опадів і температури на ґрунтоутворення

5.      Роль вітру в ґрунтоутворенні

Клімат є один з основних факторів ґрунтоутворен­ня і географічного поширення ґрунтів. Про різнобічний вплив йо­го на ґрунтоутворення зазначав ще В. В. Докучаєв. Тепер відомо, що клімат впливає на ґрунтоутворення як прямо (визначає гідро­термічний режим ґрунту), так і опосередковано — через рослин­ність, мікроорганізми і тварин.

Основними кліматичними факторами, які впливають на про­цеси ґрунтоутворення, є сонячна радіація, атмосферні опади і ві­тер.

1. ЗНАЧЕННЯ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ В ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Сонячне світло, яке приносить теплову енергію на поверхню Земної кулі, є основним джерелом енергії для життя і ґрунтоутворення.

Сонячна енергія, увібрана ґрунтом, витрачається на такі про­цеси, як нагрівання, випаровування, транспірація, фотосинтез, синтез гумусу тощо.

Теплові умови ґрунтоутворення на нашій планеті дуже різно­манітні, але в загальних рисах вони зумовлені величинами ра­діаційного балансу.

Величини радіаційного балансу корелюють з такими показни­ками, як середньорічна температура і сума активних температур (табл. 4).

Високі середньорічні температури (+32; +35 °С) характерні для тропіків, найнижчі (—30; —35 °С) — для полярних областей. Отже, різниця середньорічних температур на Землі досягає 60

Таблиця  4.  

Планетарні термічні пояси

Сума активних температур використовується для агрономіч­ної і ґрунтової оцінки територіального термічного режиму. Для трав'янистої рослинності активними є температури вище 4-5 °С, для лісової — вище +10 °С.

З табл. 4 видно, що середньорічна температура, величина ра­діаційного балансу і сума активних температур за рік збільшу­ються від полярних областей до тропічних. Природно, що в цьому ж напрямку збільшуються інтенсивність вивітрювання, синтез ор­ганічної маси, активізується життєдіяльність тварин і мікроорга­нізмів. У тому ж напрямку підвищується інтенсивність ґрунтоут-ворюючих процесів: руйнування мінералів, розкладання органіч­них решток, синтез гумусних кислот тощо. За високих середньо­річних температур утворюється більше глинистих часток як про­дукту інтенсивного вивітрювання.

Температура ґрунту впливає на швидкість хімічних реакцій. Згідно з правилом Вант-Гоффа, при підвищенні температури на 10 СС швидкість хімічних реакцій збільшується у 2—3 рази. Тому в районах з високою середньорічною температурою геохімічні про­цеси відбуваються значно швидше, ніж у широтах з холодним клі­матом. Це зумовлює річну швидкість вивітрювання, формування різних кір вивітрювання і, як наслідок, різноманітний хімічний склад ґрунтів. Крім того, від температури залежить ступінь ди­соціації хімічних сполук у водних розчинах. При підвищенні тем­ператури від 0 до 50° дисоціація збільшується у 8 разів.

Одним з елементарних процесів ґрунтоутворення є випарову­вання ґрунтової вологи, який залежить від температури. Випаро­вування зумовлює підвищення концентрації ґрунтового розчину і випадання солей в осад, що спричинює утворення вторинних мі­нералів і соленакопичення в ґрунтах.

Крім того, температура впливає на розчинення газів в ґрунто­вому розчині, на швидкість коагуляції і пептизації та інші фізико-хімічні процеси.

2. ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ І ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТУ

Швидкість і характер хімічних, біологічних і фізико-хімічних процесів зумовлюються тепловим режимом ґрунту, який сформувався на даній території.

Тепловим режимом ґрунту називають суму явищ надходження, перенесення, акумуляції і віддачі тепла. Тепловий режим харак­теризує тепловий стан ґрунту. Основним його показником є тем­пература ґрунту. На формування теплового режиму ґрунту впли­вають атмосферний клімат (приток сонячної радіації, умови зво­ложення, континентальність тощо), рельєф, рослинність, сніговий покрив і теплові властивості ґрунту.

Тепловими властивостями ґрунту називають сукупність власти­востей, які зумовлюють здатність ґрунту поглинати і переміщувати в своїй масі теплову енергію. До них належать: теплопоглинання, теплоємкість і теплопровідність.

Теплопоглинальна (відбивальна) здатність — здатність ґрунту поглинати (відбивати) променеву енергію Сонця. Вона виража­ється відношенням кількості відбитої енергії до кількості енергії, яка досягла поверхні ґрунту (альбедо, А, %). Чим менше альбедо, тим більше поглинає ґрунт сонячної радіації. Альбедо залежить від кольору, вологості, рослинного і снігового покриву, структурного стану і вирівняності поверхні ґрунту. Темні вологі ґрунти поглинають більше сонячної радіації, ніж світлі і сухі. Так, аль­бедо вологого чорнозему становить 8, а сухого сірозему — 25—-30%.

Теплоємність — кількість тепла, потрібного для нагрівання 1 г ґрунту (питома теплоємкість) або 1 см3 ґрунту (об'ємна тепло­ємність) на 1 °С. Теплоємність залежить від мінералогічного і ме­ханічного складу ґрунту, вмісту органічних речовин, вологості і пористості ґрунту. Найбільшу теплоємність мають вологі глинис­ті ґрунти, оскільки вода і глинисті мінерали мають найбільшу теп­лоємність серед інших компонентів ґрунту. Для нагрівання таких ґрунтів потрібно багато тепла. Швидко нагріваються сухі піщані ґрунти тому, що кварц і повітря мають низьку теплоєм­ність.

Теплопровідність — здатність ґрунтової маси проводити теп­ло. Вимірюється кількістю тепла, яке проходить за 1 сек через 1 см2 ґрунту завдовжки 1 см. Найбільшу теплопровідність мають кварцовий пісок і вода, найменшу — повітря і органічні речовини. В середньому теплопровідність мінеральної частини в 100 разів більша теплопровідності повітря і в 28 разів теплопровідності во­ди. Тому пухкі ґрунти мають малу теплопровідність, а вологі — велику Для характеристики теплового режиму ґрунту використовують добовий і річний хід температури на певних глибинах, тепловий баланс і глибину промерзання даного ґрунту.

Залежно від середньорічної температури і характеру промер­зання ґрунту В. М. Дімо (1972) виділила 4 типи температурного режиму ґрунтів: мерзлотний, тривало сезоннопромерзаючий, сезоннопромерзаючий і непромерзаючий.

Мерзлотні ґрунти характерні для територій з багаторічною мерзлотою, їх середньорічна температура є мінусовою.

В тривало сезоннопромерзаючих ґрунтах переважають плюсові середньорічні температури. Тривалість їх промерзання 5 місяців і більше.

Сезоннопромерзаючі ґрунти мають плюсову середньорічну тем­пературу. Тривалість їх промерзання не більше 5 місяців.

Непромерзаючі ґрунти мають плюсову середньорічну темпе­ратуру профілю і не промерзають. Характерні для субтропічного і тропічного поясів та для теплової південноєвропейської фації по­мірного поясу.

У практиці землеробства широко застосовують прийоми регу­лювання теплового режиму ґрунтів. Так, приток сонячного тепла до поверхні ґрунту і його випромінювання регулюють шляхом затінення рослинністю, мульчуванням, розпушенням, влаштуван­ням утеплених грядок, гребенів, снігозатриманням тощо.

3. ВПЛИВ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ НА ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Ефективний вплив тепла і світла на біологічні і ґрунтоутворюючі процеси можливий лише при наявності достат­ньої кількості вологи. Тому значення атмосферних опадів у ґрун­тоутворенні дуже велике. На ґрунтоутворення певним чином впли­ває як кількість, так і сезонний розподіл атмосферних опадів.

Атмосферні опади, які надходять у ґрунт, розчиняють міне­ральні та органічні сполуки, переміщують їх в нижні горизонти (вилуговують), переносять рухомі форми сполук і механічні част­ки з підвищених елементів рельєфу на понижені. Ці процеси здій­снюють води поверхневого і підземного стоків.

Під впливом атмосферних опадів відбуваються процеси гід­ролізу первинних мінералів і формування вторинних глинистих мінералів. Атмосферні опади приносять на поверхню ґрунту пи­луваті частки, розчинені солі, кислоти, азот, аміак, СО2, токсичні сполуки. Волога атмосферних опадів утримується в порах і капі­лярах ґрунту і використовується рослинами для синтезу органіч­ної речовини, яка в майбутньому витрачається на поповнення за­пасу гумусних речовин і є джерелом енергії і поживних речовин для тварин і мікроорганізмів. Таким чином, атмосферні опади пря­мо і опосередковано впливають на процеси гуміфікації.

Низхідний рух води врешті-решт формує генетичні горизонти ґрунту — гумусний, елювіальний, ілювіальний та ін. Інтенсивний стік атмосферних опадів спричинює водну ерозію ґрунтів.

Характер атмосферних опадів на даній території впливає на термічний режим ґрунтів. Так, відсутність потужного снігового покриву в районах з суворими зимами (Сибір, Центральна Азія) призводить до глибокого промерзання і розтріскування ґрунту, на значних територіях утворюється багаторічна мерзлота. Потужний сніговий покрив утеплює ґрунт. Все це впливає на процеси ґрунто­утворення і зумовлює особливості землеробства.

Ступінь зволоження ґрунтів зумовлює їх хімічний склад. В аридних областях формуються ґрунти з високим вмістом карбо­натів і водорозчинних солей, з низьким вмістом гумусу, з малою ємкістю вбирання. В гумідних ландшафтах посилюється проми­вання ґрунту, підвищується вміст гумусу, глинистих мінералів і вбирна здатність ґрунту. В умовах перезволоження значно під­вищується кислотність ґрунту, знижуються вміст гумусу і ємкість вбирання.

5.СУКУПНИЙ ВПЛИВ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ І ТЕМПЕРАТУРИ НА ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Раніше було висвітлено окремо вплив атмосфер­них опадів і температури на ґрунтоутворення. Насправді ці фак­тори тісно взаємопов'язані і діють сукупно. Тому, оцінюючи роль клімату як фактора ґрунтоутворення, слід одночасно враховувати вплив атмосферних опадів і температури. Вчені ґрунтознавці вже давно шукали форму вираження сукупного впливу теплоти і опа­дів на ґрунтоутворення. Над цим питанням працювали Г. М. Ви-соцький, Б. Б. Полинов, Р. Лянг, Г. Ієнні, В. Р. Волобуєв та інші.

Було запропоновано кілька варіантів вираження сукупного впли­ву тепла і опадів, але вони не набули загального визнання.

Оригінальним підходом до вирішення цієї проблеми стала кон­цепція гідротермічних рядів, яку розробив В. Р. Волобуєв (1956). Він довів загальнопланетарний зв'язок між атмосферними опада­ми, середньорічними температурами, радіаційним балансом, ви­паровуванням і особливостями ґрунтового покриву. На основі ана­лізу співвідношення цих факторів було встановлено гідротермічні умови формування основних типів ґрунтів і виділено їх кліматич­ні ареали. За гідротермічними умовами ґрунти поділяють на дві катего­рії.

/ — піски пустинь; 2 — сіроземи; 3 — бурі ґрунти напівпустинь; 4 — каштанові ґрунти; 5 — каштанові ґрунти Африки; 6 — чорноземи; 7 — сірі лісові; 8 — підзолисті ґрунти; 3 — бурі лісові; 10 — тундрові ґрунти; // — жовтоземи; 11 — червоноземи; 13 — коричневі ґрунти сухих лісів і чагарників (Африка); 14 — чорні тропічні ґрунти; 15 — бурі ґрунти тро­пічних напівпустинь; 16 — червоно-бурі ґрунти саван.

1. Ґрунти, в яких біологічні процеси пригнічені. Вони утво­рились у регіонах з низьким зволоженням (500 мм за рік), але в різних термічних поясах. До цієї категорії належать сіроземи пус­тинь, каштанові і тундрові ґрунти.

2. Ґрунти, що утворилися у теплих і помірних тропічних ши­ротах. Ця категорія ґрунтів сформувалась в обмежених термічних умовах, але в широкому діапазоні кількості атмосферних опадів (1000—5000 мм за рік). Це — бурі лісові ґрунти, жовтоземи суб­тропіків і латеритні вологих тропіків.

На графіку позначено ряди зволоження (гідроряди) і терміч­ні ряди. Гідроряди об'єднують ґрунти, які формуються в різних термічних умовах, але в умовах майже однакового зволоження. Терморяди, навпаки, об'єднують ґрунти, які формуються в умовах різного зволоження, але в близьких термічних умовах. Всього по­значено сім гідрорядів (пустинний (А), сіроземний (В), каштано­вий (С), чорноземний (О), три підзолистих (Е, Р, О)) і сім терморядів (арктичний (І), субарктичний (П), помірно холодний(III), помірний   (IV),  помірно теплий   (V), субтропічний   (VI)   і тропічний (VII).

Сумарний ефект сукупного впливу опадів і температури на ґрунтоутворення дуже складний. Характер процесу ґрунтоутворен­ня, крім того, залежить від поєднання гідротермічних умов з ре­льєфом, геохімічним балансом речовин та іншими факторами.

5. РОЛЬ ВІТРУ В ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Крім сонячної радіації і атмосферних опадів на ґрунтоутворення впливає також вітер. Він переносить мінеральні і органічні частки з однієї території на іншу, перерозподіляє опа­ди, посилює випаровування і таким чином бере участь у форму­ванні механічного, хімічного складу і водного режиму ґрунту.

Всі процеси руйнування, перенесення і відкладання механіч­них часток порід і ґрунтів, які відбуваються під впливом вітру, називають еоловими. Виділяють еолову дефляцію, еолову корозію» і еолову акумуляцію.

В умовах сухого клімату, при відсутності рослинного покриву дрібні частки ґрунту захоплюються повітряним потоком, піднімаються на значну висоту, переносяться на значну відстань і ви­падають при послабленні сили вітру або з атмосферними опада­ми. Так само переносяться легкорозчинні солі з поверхні морів і океанів під час штормів. В період діяльності вулканів повітряні маси насичуються аерозолями і аеросуспензіями, які переносяться вітром на значні відстані. Аналогічні явища відбуваються навколо відкритих кар'єрів і промислових підприємств, які викидають в атмосферу велику кількість відпрацьованих речовин.

Інтенсивність видування ґрунту визначається багатьма факто­рами: швидкістю вітру, наявністю рослинного покриву, механіч­ним і структурним складом ґрунту, рельєфом тощо. При сильній дефляції виникають пилові бурі.

В результаті дефляції видувається верхній родючий шар, зни­жується родючість ґрунту. В місцях акумуляції принесених вітром речовин (балки, яри, лісосмуги, населені пункти, сільсько­господарські угіддя) _гинуть багаторічні насадження і посіви, за­носяться родючі землі, зрошувальні канали, дороги тощо.

Отже, еолові процеси причиняють значну шкоду сільському, водному і іншим галузям народного господарства. Як денудація, так і акумуляція різко порушують нормальний перебіг процесів-ґрунтоутворення.