2.6. Топырақтардың табиғи туындысы ретінде жалпы ерекшелігі жəне түзілуінің материалдық негіздері

Топырақ тың тү зілуіне жоғ арыда сипатталғ ан топырақ тү зуші факторлармен қ атар, оның тү зілуіне тікелей қ атысы бар материалдық негіздердің рө лі ерекше. Топырақ тү зуші материалдық негіздерге: аналық тау жынысы, осы қ абаттағ ы ауа қ ұ рамы мен ылғ ал, мекенденетін бү кіл жоғ ары жə не тө менгі сатылы организмдер қ осындылары жатады. Табиғ аттың ауа райы мен жер бедерлерінің ө згешелігі нə тижесінде ə ртү рлі топырақ тар тү зіледі. Ескеретін жай, бұ л топырақ тү зуші материалдық негіздердің кейбіреулері, мə селен, аналық жыныстар, тірі ор-ганизмдер қ осындылары жоғ арыда сипатталғ аннан ə рі топырақ тү зуші факторлар ə рі топырақ тү зуші материалдық негіздер рө лін атқ арады. Сондық тан олардың қ ай рө лде маң ызы басымырақ екенін бө ліп айту қ иын. Ол жағ дайлар тек шартты тү рде бө лінеді.

Ə детте, бір затты тү зуге қ атысатын материалдық негіздерінің ү лесін зерттеу олардың химиялық қ ұ рамын анық таудан бастала-ды. Биосферадағ ы ə ртү рлі табиғ ат денелерінің химиялық қ ұ рамын сипаттағ анда, оның қ ұ рамындағ ы ə ртү рлі элементтердің орта есеппен алатын орнын, ү лесін пайызбен шығ арады. Жер қ абатындағ ы элементтердін орташа қ ұ рамын 1924 жылы алғ аш есептеп шық қ ан американдық ғ алым Ф. У. Кларк болды. Сондық тан мұ ны Кларк кө рсеткіші деп атайды. Кейінірек жана қ осылғ ан мə ліметтерге байланысты бұ л Кларк кө рсеткіштері бірнеше рет толық тырылды (А. Е. Ферсман, 1934-1939, А. П. Вино-градов, 1962). Сонымен қ атар, ауа қ ұ рамындағ ы, судағ ы жə не тірі заттардағ ы элементтер кларкы да есептелінетін болды.

Тау жыныстарының орташа химиялық қ ұ рамы. Тау жыныстарындағ ы химиялық элементтердің Кларк ү лестеріне бай-ланысты олар:

1. Мол элементтер, кларк кө рсеткіштері – n10-n10-2

2. Аз элементтер, кларк кө рсеткіштері – n10-2-n10-. 3

3. Ө те аз элементтер, кларк кө рсеткіштері – n10-3-n10-5

Тау жыныстарының орташа химиялық қ ұ рамы, % есебімен, бо-лып ү ш топқ а бө лінеді (А. П. Виноградов, 1962; М. А. Глазовская, 1981 оқ улығ ынан).

Мол элементтер (n10-n10-2):

0-47 С а-3, 29 Ті - 0, 45 К, - 0, 06 С- 0, 023

Si-29 N3-2, 5 Н - 0, 15 S-0, 047 Сі - 0, 017

АІ-8, 05 К - 2, 5 Mn-0, 10 Sr -0, 035 Sr - 0, 017;

Fe - 4, 7 Mg -0. 87 Р - 0, 10

Аз элементтер (n10-3-10-5):

Lі, Ве, В, N, Sе, Ү, Сг, Ni, Са, Zn, Са< Рb, Сa, Nb, V, Lа< Nd, Тһ < Rb, Gе, Аз, Вг, Мо, Sn, Сs, W, U, Сd, Sn, Sb,

Ө те аз элементтер (< 10-5):

Sе, Рd. Аg, Те, Re, Нg, Ві, Rd, т. б.

Сонымен, тау жыныстарындағ ы негізгі ү лестерді О, Si, Al қ ұ райды, олар 84. 05% алады. Оларғ а тағ ы Fe, Са, Na, К, мен Мg-ді қ оссақ, сегіз элементтердің ү лесіне тау жыныстарының 98, 87%-ы тиеді. Ал енді оларғ а қ алғ ан 10 элементті қ оссақ барлығ ының мө лшері 99, 82% қ ұ рады. Бұ л элементтердің барлығ ының (18) мол элементтер аттарына ие болғ андарымен, тау жыныстары қ ұ рамындағ ы ү лестерінің алшақ тығ ын кө рсетеді. Ал аз элементтер мен ө те аз элементтерден (78) тау жыныстарының ү лесіне бар болғ аны 0, 18% ғ ана тиесілі. Дегенмен тау жыныста-рында, одан тү зілген топырақ тарда майда элементтердің ү лестері ө те аз болғ анымен, олардың тірі организмдердің тіршілігі ү шін маң ызы ү лкен. Топырақ тар тү зілу қ ұ былыстары нə тижесінде жалпы тау жыныстарының қ ұ рамын сақ тай отырып, оғ ан кө птеген элементтердің кларктары жө нінде ө згерістер енгізеді. Мə селен, топырақ тағ ы оттегі мө лшері тау жыныстарындағ ы 47% орнына 55%, сутегі 0, 15% орнына 5%. Кө міртегі 0, 023% орнына - 0, 1%, фосфор 0, 1% орнына 0, 5%, т. б.

Жер бетіне жақ ын ауаның химиялық қ ұ рамы. Топырақ тү зуші тау жыныстарының қ ұ рамымен салыстырғ анда топырақ бетіндегі ауаның қ ұ рамы, ондағ ы кездесетін аз элементтердің қ атынас мө лшері ө те алшақ.

Жер бетіне жақ ын ауаның орташа химиялық қ ұ рамы, %

(М. А. Глазовская, 1981 бойынша): N О - 1. 510-4

N - 75, 51 Ne - І. 310-5

О - 23. 15 Нe - 7, 210-5 2 – 310-6

Аz - 1, 28 СН - 1, 210-4 2

4 Хе - 1, 810-5

СО2 - 0, 046 К - 2, 910-4 О3 - 3, 610-6

Келтірілген мə ліметтерден азот жер қ ыртысында аз эле-менттер қ атарында болса, ауа қ ұ рамында ол негізін қ ұ раушы це-мент. Ауадағ ы азот – топырақ қ а берілетін азоттық негізгі кө зі ə рі биологиялық тірі организмдерге қ ажетті белок тү зетін эле-мент. Топырақ қ а ол ауадан тү сетін ылғ алдар жə не ауадан aзотты сің іретін микроорганизмдер арқ ылы келеді. Ауаның қ ұ рамындағ ы екінші негізгі элемент – оттегі. Онымен тотық тандыру реакция-лары, соғ ан байланысты тау жыныстарының ү гілуі мен топырақ тү зілу қ ұ былыстары тікелей байланысты. Озон – ауа қ ұ рамындағ ы ө те аз элемент, ө те белсенді тотық тырғ ыш.

Жасыл ө сімдіктер ү шін жə не топырақ тү зуде ауадағ ы кө мір қ ышқ ыл газының маң ызы ерекше. Жасыл ө сімдіктердің жапырағ ы арқ ылы фотосинтез жү реді. Осының нə тижесінде кө мір қ ышқ ыл газындағ ы кө міртегі ө сімдіктердің барлық органикалық бө ліктерін тү зеді: олар кейін топырақ қ а беріледі. Органикалық заттардың шіріп-ыдырау қ ұ былыстарынан пайда болғ ан топырақ тың қ ара шіріндісінде (гумус) кө міртегінің ү лесі – 58%, ол негізінен ауадағ ы кө мірқ ышқ ыл газынан тү седі.

Жер бетіндегі жə не топырақ кеуектеріндегі кө мірқ ышқ ыл газы (СО2 + Н20 Н2СО3) ылғ алмен қ осылып, кө мір қ ышқ ылын тү зеді, ал ол қ ышқ ыл жер қ ыртысындағ ы, топырақ тағ ы басқ а ə ртү рлі химиялық элементтермен қ осылып, тү рлі реакцияда жү руі арқ ылы карбонатты тұ здар тү зеді.

Топырақ қ а тү сетін ауа ылғ алдары мен жерасты ыза суларының химиялық қ ұ рамы

Ауадан тү сетін ылғ ал топырақ тан барлық тіршілік атаулыны жə не ондағ ы жү ретін бү кіл химиялық реакцияларды қ амтамасыз етеді, ерітеді, жуып-шайып тез еріген тұ здарды топырақ қ абатынан ə кетеді.

Ауадан тү сетін ылғ ал, ə детте, таза су емес, ол ө зімен ауа газдарын, шаң -тозаң дарды, тұ здарды, қ ышқ ылдарды ілестіре келеді. Кей кез-дерде ауадағ ы топырақ бетінен немесе тең із беттерінен ұ шқ ан тұ здар ылғ алмен еріп, топырақ бетіне қ айта сің іп жатады.

Мұ хит пен тең із беттерінен желмен ұ шқ ан тұ здар ə детте мұ хит, тең із жағ алауларында кездесетіні таң ғ аларлық нə рсе емес Оның мə нісі: су толқ ындарынын жағ алауғ а соғ ылуынан кө птеген су там-шылары пайда болады. Бұ л тамшылар желдің қ атты кү шімен ауағ а ұ шады да, су тез буғ а айналады, ал тамшы қ ұ рамындағ ы тұ здар жел-мен ə р тарапқ а ұ шады, кейін ауа ылғ алымен топырақ қ а сің еді.

Кейінгі жылдары жоғ арыда айтылғ ан табиғ и қ ұ былыстармен қ атар, ауадан тү сетін ылғ алдың химиялық қ ұ рамдарына ө ндірістік кү штердің де ə серлері тимей қ ойғ ан жоқ. Ə ртү рлі жылу электростан-цияларынан немесе ірі-ірі зауыттардың биік мұ ржаларынан шық қ ан тү тіндер ауаны ластауда. Аралғ а қ ұ ятын екі ірі ө зен – Ə мудария мен Сырдарияның суын тү гел жер суаруғ а пайдаланғ андық тан, Арал тең ізі кө п шегініп, бірте-бірте тайызданып, кө лемі тіпті азаюда. Осығ ан байланысты, бұ рынғ ы тең із табанының кө п алқ аптары судан босап, қ ұ рғ ап, ал қ ұ рғ ағ ан жерлерден жыл сайын миллиондағ ан тонна тұ здар мен шаң -тозаң дар ауағ а кө терілуде. Бұ лар кө терілген жерлерінен алыс аймақ тарғ а тарап, қ ышқ ылды немесе тұ зды жаң бырлар болып тү суі анық.

Топырақ қ а ауадан тү сетін ылғ алдармен қ атар, оның бетіне жақ ын жатқ ан жерасты ыза суларының химиялық қ ұ рамдарының да тигізер ə сері мол. Бірақ ə лемде ондай жерлер аса кө п емес, олар ө зендер, тең іздер мен мұ хит жағ алауларында, жерасты ағ ысы на-шар ө зен бойларының тө менгі атырауларында, суармалы егіншілік кө птеп ө ріс алғ ан, жерасты ағ ымы аз жазиралы алқ аптарда орын алады.

Жерасты суларының топырақ тың механикалық қ ұ рамдарына қ арай оғ ан ə серлері ə рқ илы. Топырақ қ ұ рамы неғ ұ рлым жең іл қ ұ мды, қ ұ мдақ болса, жерасты ыза суының соғ ұ рлым қ ылтү тіктер арқ ылы кө терілуі 0, 5-1 м-ге жетеді. Ал жер балшық ты, саз балшық ты болса, жерасты ыза сулары 3-4 м-ге кө теріледі. Топырақ тағ ы қ ұ былыстарды жерасты ыза суларының тек кө терілу дең гейімен ғ ана емес, олар тұ здану мө лшерімен жə не химиялық қ ұ рамдарымен сипатталады. Ə детте, тұ щы сулар қ ұ рамында гидрокарбонат, ал ащы суларда сульфатты-хлорлы, хлорлы-натрийлі қ ұ рамды тұ з мө лшері ө те кө п болады

Тірі заттардың химиялық қ ұ рамы. Жер қ ыртысындағ ы, судағ ы жə не жер бетіне жақ ын, ауадағ ы элементтер тірі организмдермен (ағ залармен) сің іріліп, қ айтадан топталып, топырақ қ а бастапқ ы жағ дайларына қ арағ анда басқ а тү р мен арақ атынас кү йінде қ айтарылады.

Тірі ағ залардың орташа химиялық қ ұ рамы (А. П. Виноградов, 1954, М. А. Глазовская, 1981 бойынша)

Мол элементтер (n. 10-n. 10-2):

О - 70 N - 0, 3 S - 0, 05

С – 18 Si - 0, 2 Nа - 0, 02

Н - 10, 5 Mg - 0, 04 С1 - 0, 02

Са - 0. 5 Р - 0, 07 Fе-0, 01

К - 0, 3

Аз элементтер (n. 10-3-n. 10-5):

n. 10-3 -Аl, Ва, Sг, Мn, В, Тһ, Р;

n. 10-4 - Ті, F, Zn, Рb, Сu, Ү, Сr, Вr, Gе; n. 10-5 - Ni, Рb, Sn, Аs, Со, Li, Мо, Ү, Сs;

Ө те аз элементтер n< 10-5: Se, U, Нg, Rа.

Сонымен, келтірілген мə ліметтер тірі ағ залар негізінен ү ш эле-менттен (оттегі, кө міртегі, сутегі) тұ ратынын кө рсетеді, олардың қ осындысы бү кіл тірі ағ залардың қ ұ рамының 98, 5%-ын қ ұ рады. Азот мө лшері – 0, 3%, ал бактериялар қ ұ рамында олардың мө лшері бірнеше пайызғ а жетеді. Тірі организмдерде оларды ө ртегеннен кейін немесе ыдырағ аннан қ алатын кү лде де элементтер бар. Олардың ор-таша кө лемі – 1, 5%, алайда ол В тірі ағ залардың қ ай алқ аптарғ а орна-ласуына байланысты. Кү лдік элементтердің мө лшері 5-7%, ал кейбір сор топырақ та ө сетін ө сімдіктер қ ұ рамында – 20-25%-ғ а жетеді.

Ө сімдіктер мен жануарлар химиялық элементтерді ө здерінің биологиялық қ ажеттілігіне байланысты таң дап сің іреді. Сондық тан кү лдік пішіндегі элементтер қ ұ рамы жер қ ыртысындағ ы эле-менттерге қ арағ анда тіпті ө згеше. Тау жынысынан немесе топырақ тан тірі организмдердің элементтерді биологиялық сің іру белсенділігі Б. П. Полынов пен А. И. Перельманның енгізген сің ірудің биологиялық коэффициенті арқ ылы анық талады. Бұ л ко-эффициент ө сімдік қ алдығ ындағ ы элемент топырақ тағ ы немесе тау жынысындағ ы элементке қ атынасынан алынады. Осы арқ ылы организмдердің химиялық элементтерді сің іруінің биологиялық белсенділігі анық талады.

Биологиялық сің ірудің белсенділік қ атары

(А. И. Перельман, 1972, М. А. Глазовская, 1981 бойынша)

1. Белсенді жиналатындар – Р, S, J, Сl

2. Кө бірек жиналатындар – К, Са, Мg, Nа, Sr, В, Zn, Ag

3. Нашарлау жиналатындар – Мn, Ва, Сu, Nі, Со, Мg, Аs, Cd, Вe,

Нg, Sе.

4. Нашар жиналатындар – Fe, Si, F, V, Lі, Ү, Сs.

5. Ө те нашар жиналатындар – Ті, Сr, Рb, Аl, U, Zr.

Сонымен ө сімдіктер кү лінде кездесетін элементтер, олардың таң дамалы сің ірулерінің нə тижесінде тау жыныстарындағ ы эле-менттерге қ арағ анда, ө згеше болады. Мə селен, ө сімдік кү лінде Р, S ондағ ан тіпті, жү здеген есе К, Са, Мg жə не I, Ва, Zn, Ag тау жынысындағ ы мө лшеріне қ арағ анда бірнеше есе кө п. Керісінше, ө сімдік кү лінде, тау жынысында кө п тарағ ан Si, Аl жə не Fe сияқ гы мол элементтер тым аз. Осы жағ дайларды ескере отырып, жер қ ыртысы қ ұ рамындағ ы атомдары қ айта топталады, бұ л жағ дай биосфераның геохимиясы ү шін де, биосфераның ең тірі заттар мол тарағ ан бө лігі – топырақ ү шін де маң ызды. Бұ л топырақ қ а, оның жоғ арғ ы қ абаттарының химиялық қ ұ рамына, ə сіресе, топырақ тың органикалық заттармен толығ уына ық пал етеді. Сонымен тірі ор-ганизмдер топырақ қ ұ рамын алғ ашқ ы тау жыныстар қ ұ рамына қ арағ анда тіпті ө згертеді.

Осындай материалдык негіздерден тү зілгсн топырақ тың химиялық қ ұ рамы туралы тө менде айрық ша айтылады.