1.5. Хімічний склад гірських порід і ґрунтів. Форми хімічних сполук

Хімічний склад ґрунти в переважній мірі спадкують від гірських материнських порід на яких вони сформувались. Тверда фаза ґрунтів включає мінеральні, органічні та органо-мінеральні сполуки, в складі яких виявлені практично усі відомі хімічні елементи. Вперше хімічний склад земної кори був визначений американським геохіміком Ф. Кларком, на честь якого середній вміст окремих елементів в літосфері та ґрунтах стали називати кларком. Вміст хімічних елементів в різних породах та ґрунтах може коливатись в широких межах. При цьому, хімічний склад ґрунтів завжди дещо відмінний від материнських порід, що обумовлено процесами вивітрювання та ґрунтоутворення.

Незважаючи на те, що до складу літосфери входять всі хімічні елементи, вісім з них складають більше 99% всієї маси: майже на половину літосфера складається з оксигену (47,2%), на чверть із сіліцію (27,6%) а також в літосфері міститься 8,8% алюмінію, 5,1% феруму, вміст лужних та лужноземельних металів не перевищує 2-3% (табл. 1.6).

Таблиця 1.6

Середній вміст хімічних елементів в літосфері та ґрунтах

(за О.П. Виноградовим)

Хімічний елемент	Середній вміст, %		Хімічний елемент	Середній вміст, %
	В літо-сфері	В ґрунтах (вологий грунт)		В літо-сфері	В ґрунтах (вологий грунт)
О	47,20	55,0	Na	2,64	1,0
Н	0,15	5,0	K	2,50	1,0
N	2,3×10-2	0,10	Sr	0,04	0,02
Si	27,60	20,0	P	7,8×10-2	0,08
Al	8,80	7,0	S	0,05	0,04
Fe	5,0	2,0	Cu	0,01	5×10-4
Ti	0,60	0,40	Zn	5×10-3	1×10-3
Mn	0,09	0,06	Mo	1,5×10-3	1×10-3
Ca	3,50	2,0	B	3×10-4	8×10-4

Такі найважливіші для живлення рослин елементи як карбон, нітроген, фосфор, сульфур містяться в кількості, що не перевищує десятих та сотих частин відсотка. Іще менше в літосфері міститься мікроелементів.

Незважаючи та однотипність хімічного складу порід і ґрунтів є ряд відмінностей. В ґрунтах менше лужних та лужноземельних металів, які вимиваються в процесі хімічного вивітрювання, але значно більше оксигену, гідрогену, нітрогену, карбону, що входять в склад води та органічних сполук. Це пов’язано з життєдіяльність живих організмів та малим біологічним колообігом речовин, що формується.

Більша частина хімічних елементів у ґрунтах та породах знаходяться у вигляді оксидів, що і обумовлює високий вміст кисню, який є одним з основних елементів мінеральних, органічних сполук, первинних та вторинних мінералів, води.

Сіліцій Si. В ґрунтах поширений, головним чином, у вигляді кварцу (SiО₂). Вміст кварцу в ґрунтах України сягає 60% від усієї мінеральної частини, переважаючи особливо у легких за гранулометричним складом ґрунтах. Кварц – хімічно інертна сполука, яка мало піддається зовнішнім впливам, що обумовлює його відносне накопичення.

Сіліцій входить в склад силікатів та мінералів групи алюмоси-лікатів та феросилікатів. В результаті вивітрювання силікати посту-пово гідролізуються з утворенням колоїдних розчинів кремнезему. У розчиненому вигляді кремнезем може частково вимиватись з ґрунту, утворювати аморфні осади та вторинні мінерали.

Алюміній Al. Входить в склад первинних та вторинних алюмосилікатів. В процесі вивітрювання алюмосилікатів вивільняється оксид та гідроксид алюмінію. При лужній реакції середовища утворюються вторинні мінерали беміт, гібсит. У кислому середовищі алюміній гідроксид алюмінію стає більш рухомим, частково вимиваючись з ґрунтового профілю у формі органо-мінеральних комплексних сполук. Підвищена концентрація рухомого алюмінію токсично впливає на рослини.

Ферум Fe. Цей елемент в ходить в склад різноманітних первинних та вторинних феросилікатів, гідроксидів, оксидів, простих солей а також утворює органо-мінеральні комплекси. В гірських породах ферум міститься у вигляді таких мінералів: ільменіт, пірит, гематит, магнетит, лімоніт та інші.

В результаті вивітрювання мінералів, що містять ферум, утворюється гідроксид який випадає у вигляді аморфного гелю і, кристалізуючись, утворює мінерали гетит та гідрогетит. В сполуках ферум може знаходитись у двох формах: Fe⁺³ та Fe⁺². Окисні спо-луки феруму переважають в умовах достатньої аерації грунтів. В анаеробних умовах накопичується Fe⁺², сполуки якого характеризу-ються підвищеною розчинністю, що може призводити до пригнічення росту і розвитку рослин.

Карбон С. Карбон основа усіх органічних сполук з яких складаються рослинні та тваринні організми. У ґрунтах він входить в склад органічних тваринних та рослинних решток, гумусу, в склад мінеральних солей (карбонатів). Трансформація сполук карбону пов’язана як з мінералізацією органічних сполук, так і перетворенням карбонатів та гідрокарбонатів.

Нітроген N. Нітроген, подібно до карбону, відіграє виключно важливу роль у біосфері та входить до складу білків, нуклеїнових кислот. Вміст нітрогену у гірських породах та ґрунтах низький. На 99% нітроген ґрунту входить до складу органічних решток та гумусу. У вигляді мінеральних солей нітроген у ґрунті у значних кількостях не накопичується, оскільки відразу використовується живими організмами.

Фосфор Р. Це один з найбільш важливих „біофільних” елементів, хоча вміст його в корі вивітрювання відносно низький. В ґрунтах фосфор міститься в органічних і мінеральних сполуках. Органічні сполуки фосфору – це нуклеїнові кислоти, фітин, фосфатиди, гумінові сполуки, що переважно являють собою свіжі органічні рештки та гумус.

Мінеральні солі фосфору ґрунту нараховують понад двісті спо-лук, більша частина яких малорозчинна та малорухома. Найбільш поширеними мінералами ґрунту є апатити та фосфорити. В кислих ґрунтах фосфор переважно представлений у вигляді фосфатів Fe та Al (FeРО₄, AlРО₄ тощо). В нейтральних та лужних ґрунтах перева-жають фосфати кальцію Ca₃(РО₄)₂, Ca₅(РО₄)₃·ОН тощо.

Сульфур S. Як і у фосфору, у ґрунті половина валового сульфуру знаходиться в органічних рештках, а інша - у вигляді мінеральних солей. У верхніх горизонтах ґрунту валовий вміст сульфуру може коливатись в досить широких межах (від 0,01 до 2%). Більше його накопичується в умовах сухого клімату. Основна маса мінеральних солей сульфуру у ґрунті представлена сульфатами, які є найбільш стійкими формами солей і рідше сульфідами.

Калій К. Калій один з трьох макроелементів, які рослини поглинають у великих кількостях. Валовий вміст калію у ґрунтах відносно високий і сягає у важких ґрунтах 2% і більше. У легких піщаних ґрунтах запаси його значно менші.

Основна частина калію знаходиться у складі первинних та вторинних мінералів, таких як слюди, гідрослюди, і недоступна для живлення рослин. Частина калію, це калій поглинутий обмінно та необмінно ґрунтовим вбирним комплексом. Лише незначна доля калію (1-2% від валового) ґрунті знаходиться у формі простих мінеральних солей, які добре розчинні у воді і можуть поглинатись рослинами або вимиватися з ґрунту. Усі форми калію у ґрунті знаходяться у динамічній рівновазі і можуть переходити одна в другу, що забезпечує концентрацію доступних для рослин форм калію і їх живлення.

Кальцій Са та магній Mg. У ґрунтах ці елементи входять в склад плагіоклазів, слюд, рогових обманок, гідрослюд, в склад інших первинних та вторинних мінералів, зустрічаються у вигляді простих мінеральних солей. Значна частина цих хімічних елементів у ґрунтах це карбонати, сульфати, зустрічаються фосфати та хлориди. Кальцій та магній відіграють важливу фізіологічну роль в рослинах, у формуванні реакції ґрунтового розчину. При низькому вмісті цих елементів у материнських породах реакція ґрунтів кисла, на карбонатних породах формуються ґрунти з нейтральною реакцією.

Мікроелементи. До цієї групи відносять хімічні елементи, які містять в ґрунтах та рослинах в невеликих кількостях, але відіг-рають важливу фізіологічну роль. Нестача або надлишок мікроеле-ментів у ґрунті негативно впливає на ріст і розвиток рослин. До найбільш важливих мікроелементів відносяться бор (В), манган (Mn), молібден (Mo), купрум (Cu), цинк (Zn), кобальт (Со) та інші.

Вміст мікроелементів у ґрунтах визначається їх кількістю у материнських породах. В процесі вивітрювання та ґрунтоутворення одні елементи вимиваються із профілю ґрунту, інші можуть нако-пичуватись.

Наявність регіонів з низьким або високим вмістом окремих мік-роелементів та негативний їх вплив нестачі - надлишку на розвиток рослин, прояв хвороб тварин та людини дозволило О. П. Виноградову розробити вчення про біогеохімічні провінції.

Біогеохімічна провінція – регіон, що відрізняється від інших вмістом одного або декількох мікроелементів у ґрунтах, що може призводити до порушень обміну речовин у рослин, тварин і людини та розвитку ендемічних хвороб. Так, в Закарпатській області, а також у Поліській низовині відмічається понижений вміст йоду у ґрунтах, що призводить до розвитку ендемічного зобу.