Т. М. Блисов Топырақтану Оқушылардың оқытушымен өзіндік жұмыстарын (дүрмектік) орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

1903 жылы жарық көрген «Ресей. Отанымыздың толық географиялық сипаттамасы» атты көп томдық еңбектің 18 томында Қазақстанның ғеографиялык жағдайы, соның ішінде топырақ жамылғысы туралы мағлұмат жарияланды.

Ресейдің Азия бөлігінін әсімдіктерін және топырактарын зерттеуді 1907-1916 жылдары К.Д.Глинка ұйымдастьірып, басқарды Осы жылдары Қазақстан топырағын зерттеуге С.С.Неуструев, А.И.Бессонов, Р.И.Аболик, Л.И.Прасолов, И.В.Ларин және т.б катысты. Жүргізілген жұмыстардың нәтижесі негізінде К.Д.Глинканың (1909, 1926), Л.И.Прасоловтың (1926), А.И.Безсоновтын (1910) бірнеше кітаптары басылып шығып, оларда еліміздің топырақтары туралы мәнді мағлұматтар жарияланды.

1939 жылы Кеңестер Одағынын Ғылым академиясының қазақ филиалы құрамында топырақ зерттеу бөлімі ашылып, оның негізінде 1945 жылы Қазакстан Ғылым академиясының топырақтану институты құрылды. Осы топырақтану институтын 1945-1968 жылдары аралығында белгілі топырақ танушы Өмірбек Оспан/ұлы Оспанов басқарды. Ө.О. Оспанов (1906-1993ж.ж.) Қазақстанда топырактану ғылымының негізін қалаушы ұлтымыздың алғашқы топырақтанушы маманы. Ол 1932 жылы Мәскеудегі К.А.Тимирязов атындағы ауыл шаруашылығы академиясын топырақтану және агрохимия мамандығы бойынша бітіріп, ҚСРО Ғылым академиясының В.В. Докучаев атындағы топырақтану институтының аспирантурасында білімін жалғастырды.

Қазақ Ғылым академиясының президенті Қ.И.Сатпаевтің орынбасары ретінде қызмет аткара жүріп ол еліміздің топырактану ғылыми зерттеу институтының ашылуына, Қазақстан топырақтарын тың игеру жылдары ұтымды зерттеуге, топырақтанушы ғалымдарымыздың ғылыми жұмыстарының әлемдік деңгейге сай жүргізуіне аса зор үлес қосқан ғалым.

Сол кездерде онымен бірге жұмыс істеген топырақтанушы ғалымдар К.Ш.Фаизов, И.В.Матыщук, П.И. Тимошин, Ш.А.Шолақов, А.М.Дурасов, Н.П.Панов.

Кейінгі жылдары елімізде топырактану ғылымы одан әрі алға басып дамып келеді.

Әдебиет:

1, с.5-17; 37-45; 2, с. 6-14.; 42-61; 9, 5-12; 29-32; 11, 200б.

1 Топырақ деген не?

2 Топырақты неге ерекше табиғи дене деп қараймыз?

3 Топырақтың табиғаттағы басты қызметтері қандай?

4 Топырақтың негізгі экологиялық қызметтерін атап көрсетіңіз.

5 Топырақтанудың негізгі салаларын атап өтіңіз.

6 Қазақстан топырақтарын зерттеу тарихына қысқаша сипаттама беріңіз.

7 Топырақтанудың негізгі даму сатыларын атаңыз.

8 Топырақтану ғылымының дамуына В. В. Докучаев үлесі қандай?

9 Топырақтану қандай ғылыми және тәжірибелік міндеттерді атқарады?

2.1 Үгілу, үгілу типтері

2.2 Топырақ түзу жыныстары

2.3 Топырақ түзілу процесінің жалпы схемасы, геологиялык, биологиялық және биогеохимиялық айналымдар

2.4 Топырақ құрылу процестері және құбылыстары
2.1 Топырақ тау жыныстарынан үгілу процестерінің нәтижесінде түзіледі. В.В.Докучаев топырақ пен тау жынысының арасындағы шекті анықтайды, тау жынысы судың, ауаның, әр түрлі органикалық түрлерінің әсерлеріне ұшырауынан ғана топыраққа айналады.

Үгілу тау жыныстарын топырақ түзуге дайындайды және олардың қалыптасу процесіндегі ең маңызды бөлімі болып табылады.

Үгілуді тау жыныстары минералдарының химиялық өзгеруі мен механикалық бүліну деп түсіндіріледі.

Тау жыныстарының үгілу процесі өтетін сыртқы горизонттары үгілу қабаты деп атайды. Мұнда 2 зона ажыратылады: беткі зона немесе осы заманғы үгілу және терең зона немесе ғасырлық үгілу.

Топырақ түзілу процесі өтетін осы заманғы үгілу қабатының қалыңдығы бірнеше см-ден 2-10м аралығында ауытқиды.

Үгілудің бірыңғай процесінде басым әрекеті бойыша факторлардың 3 түрін ажыратады. Олар: физикалық, химиялық және биологиялық.

Үгілу үстіңгі қабаттан басталып, осы жерде тәуліктік және мерзімдік температураның үлкен градиенті пайда болады. Үгілу процесі біртіндеп жыныстың тереңдеу қабаттарына еніп, тұрақты температура белдеуінде сөнеді.

Физикалың үгілу ерекше қарқынмен температура тербелісінің ең үлкен амплитудасында жүреді. Мысалы ыстық шөл аймағында жыныстың беткі қабаты кейде 60-70⁰С дейін ысып,ал түнде шамамен 0⁰С дейін сууыйды. Физикалың үгілу тау жыныстарының жарықтарында болатын судың әсерінен тездетіліп, үлкен күштің капиллярлық қысымын туғызады (жарықтарда 1мк көлемі шамамен 1,5кг/см² қысымды құрайды , жарықтарда 1ммк 1500кг/см² дейін). Судың бұзушы күші қату кезінде көп байқалады. Су қату кезінде өзінің көлемінен 7 есеге үлғайып, тау жыныстарының жарықтар қабырғаларында 890 кг/см² және одан да көп қысым көрсетеді.

Құрғақ климат аймақтарында аналогиялық рөлді жарықтарда кездесетін және сонда кристалданатын тұздар атқарады, сонымен ангидрид (CaSO₂) сумен байланыса отырып, гипске (CaSO₄*2H₂O) айналады, 33⁰/₀ көлемге көбитеді. Физикалық үгілу нәтижесінде тау жынысы ауа мен суды өткізгіш және судың кейбір мөлшерге ұстап қалатын қабілеті бар жұмсақ массамен жабылады.

Минералдардың сумен ыдырауы температура жоғарлағанда және көмірқышқыл газына қаныққанда күшейеді. Соңғысы суда минералды талқандаушы әсерін күшейтетін қышқыл реакцияны көбейтеді.

Минералдардың химиялық ыдырау жолына температура әсер етеді. Температураны 10⁰ С көтерген сайын химиялық реакция 2-2,5 есеге тездетіледі.

Мұнымен химиялық үгілудің экваторлық аймақтағы қарқындылығы мен полярлық аймақтағы бәсеңділігі түсіндіріледі.

Химиялық үгілу процестеріндегі маңызды рөлді оттегі атқарады, ол тау жыныстарының айтарлықтай түбіне еніп, тотығу процесін қамтамасыз етеді. Химиялық үгілу процесінде бірнеше қатарлар ажыратылады, олардың ішіндегі ең маңыздылары: еру, гидролиз, гидратация және тотығу процестері.

Тау жыныстарының көмірқышқыл газымен басқа қосылыстардан тұратын сумен еру процесі табиғатта кең тараған:

Судың магмалық жыныс минералдармен әрекеттесуінде негізгі химиялық реакция-гидролиз болып табылады. Гидролиз реакциясы сілтілік және жер сілтілік металдардың диссоциаланған су молекуласы-сутек иондарының кристалл торлары катиондарынң алмасуына әсер етеді.

Бұл реакцияныы ортоклаз үшін схемалық түрде көрсетуге болады:
К₂Аl₂Si₆O₁₆+2H₂O→H₂Аl₂Si₆O₁₆+2КОН
Түзілген КОН кремнезем бөлімінің ыдырауымен кристалдық тордың бұзылуы және калонит түзілуі жүретін сілтілік реакция ерітіндісіне себепші болады. Мысалы:
H₂Аl₂Si₆O₁₆ + nH₂O^ H₂Аl₂Si₆O₈H₂O+4 SiO₂ nH₂O
КОН СО₂ – мен бірге карбонаттың түріне ауысады.
2КОН+ СО₃ →К₂СО₃ +H₂O
Тропикалық және субтропикалық климат жағдайында байқалатын жоғары температурамен үйлескен судың көп мөлшері мен СО₂ газының қатысында аллюминий мен кремнезм тотықтырушы бос гидраттар түзетін гидроилз каолиниті байқалады. Мысалы:

H₂Аl₂Si₂O₅H₂O→ Аl₂O₃nH₂O+ Si₂O₂nH₂O

Сонымен қатар гидратацил су қызметтеріне байланысты, яғни су бөлшектерінің минералдар бөлшектерімен химиялық бірігу процесі.

Мысалы:
2Fe₂О₃+3H₂O→2Fe₂О_3*3H₂O

гематит лимонит

Пириттің тотығуы кезінде сульфаттар және темір тотығының гидраттары қатар жаңа минералдар түзуге қатысатын күкірт қышқылы қалыптасады:

2FeS₂+ 7O₂ + 2H₂O = 2FeSO4+2H₂SO₄,

12FeSO₄ + 6H₂O + 3O₂ = 4Fe₂(SO₄)₃ + 4Fe(OH)₃,

2Fe₂ (SO₄) з + 9H₂O = 2Fe₂O₃ • 3H₂O + 6H₂SO₄.
Тотығу процесі кезінде тау жыныстарының бастапқы реңі өзгеріп, сары, қошқыл, қызыл түстер пайда болады. Қатты тотыққан жыныстар әдетте топырақты кеуекті құрылымға әкеліп соқтырады (үгілудің қызыл түсті қабығы).

Химиялық үгілу нәтижесінде физикалық күйі мен минералдардың кристалдық торларынң бұзылуы жүреді. Жыныс жаңа минералдармен байытылып, ылғал сыйымдылық, сіңіру қабілеттеріне ие болады.

Үлкен жыныстарды бұзатын қыналар көмірқышқылы мен ерекше қына қышқылын бөледі. Қыналар жыныстарды тек химиялық емес, механикалық бұзады, олар сонымен қатар біріншілікті минералдардың түйіршіктеріне бірігу жазықтығы бойынша гифалардың енуін қамтамасыз етеді. Жануарлар өсімдіктер сияқты тау жыныстарын механикалық қопсытып, өздерінің бөліністерімен өзгеріске ұшыратады. Үгілу кезіндегі тау жыныстарының бұзылу сипаты минералдық құрамнан жынысқа өтетін орта жағдайларына байланысты. Соңғысы үгілу өсімдіктерінің құрамында байқалады. Қышқыл жыныстардың үгілуінде құм мен құмдақ, ортасында саздақ және негізгісінде – ауыр саздақ пен саз түзіледі.

Концентрация және ерітіндінің тұзды құрамы, реакция, тотығу-тотықсыздану жағдайлары маңызды роль атқарады. Үгілу процестері көп жағдайда климатпен байланыстырылады. Үгілудің ерігіш өнімдері құрғақ климат жағдайында қорғалып, ылғал климат жағдайында жуылады.

Үгілу процесінің қарқындылығы бойынша 2 негізгі түрін ажыратады: аллитті және сиаллитті.

Үгілудің сиаллитті түрі екіншілікті алюмосиликат пен ферросиликат түзілетін орташа мөлшердегі ылғалды қоңыржай климат жағдайында дами алады. Осыған орай үгілу процесінде тау жыныстары физикалық және химиялық төзімді келіп, өсімдіктер өмірі үшін қолайлы жаңа қасиеттерге ие болады.

Сонымен үгілу кезінде тау жыныстары терең физикалық және химиялық өзгерулерге шалдығады және тау жынысы өсімдіктер тіршілігіне қолайлы жаңа қасиеттерге ие болады.

Магмалық жыныс литосфераның 95 %-ын құрай отырып, топырақ түзілуі жыныс ретінде шектелген таралымға ие және ең бастысы таулы аймақтарда кездеседі (Кавказ, Орал).

Шөгінді жыныс 3 топқа бөлінеді:

1. 
   сынғыш
   
2. 
   сазды немесе балшықты
   
3. 
   химиялық және органикалық шығу жынысы
   

Құмды жыныстар құрылысы бойынша борпылдақ-құм және цементтелген құмдақ болып бөлінеді. Құмды жыныстардың минералдық құрамы әр түрлі болады. Олардың арасында мономикті, олигомикті және полимикті сияқты айырмашылықтарды ажыратады. Мономикті жыныстар кварц пен басқа минералдардың аздаған қоспаларынан тұрады. Олигомикті жыныстарда минералдардың 75 – 45 % -ы кварц , ал қалғандары домалақ шпаттар слюдалар. Полимикті жыныстарда кварц, далалық шпаттар немесе түсті минералдар түйіршіктері кездеседі.

Алевритті жыныстар немесе алевриттер мөлшері 0,1-0,01мм болатын жіңішке түйіршіктерден тұрады. Олар құм мен саз арасындағы аралық орынды алады. Оларға құмдақ, саздақ және сары топырақ жатады.

Сазды жыныстар - <0,01мм шамадағы бөлімдерден тұратын, олардың ішінде <0,001мм бөлімдерге ие шөгінді жыныстар тобы. Саздың түсі өзінің құрамындағы минералдар мен қоспаларға байланысты.

Нығыздалу нәтижесінде түзілген тығыз, өте қатты сазды жыныстар және иілімді саздардың дегидраттану мен цементтенуі аргиллиталар деп аталады.

Шөгінді жыныстар арасында химиялық және органикалық пайда болуына қарай келесі негізгі топтарды ажыратады: карбонатты, кремнийлі, күкіртқышқылды және галлоидты (гипс, тасты, тұз,т.б.), темірлі, фосфорлы және каустобиолит—органогенді жанғыш жыныстар (шымтезек, көмір,мұнай және т.б.).

Топырақ түзуші жыныстардың қалыптасуында химиялық және органикалық пайда болған шөгінді жыныста маңызды рөлді карбонатты шөгінді алады. Карбонатты жыныстардың ішінен әктастарды, мергелдер, доломиттер және борды бөледі.

Метаморфтық жыныстар үлкен қысым мен жоғары температура әсерінен жер қыртысының терең қабаттарында магмалық және шөгінді жыныстарда түзіледі. Оларға әртүрлі тақтатастар (сазды, слюдалы, кремнийлі), мраморлар (ізбестен түзілген), кварцтар (құмдақтан түзілген) жатады.

Метаморфтың жыныстың үгілу өнімдері топырақ үшін аналық жынысты сирек пайдаланады, олар магмалық жыныс сияқты таулы аймақтарда кездеседі.

Барлық тау жыныстарын жасына қарай 2 үлкен топқа бөлуге болады:

1. 
   көне немесе түпкілікті, көбіне тығыз жыныстар.
   
2. 
   төрттік немесе осы заманғы, ең континентальдық немесе теңізден пайда болған борпылдақ шөгінді жыныс.
   

Біздің еліміздің, әсіресе Европалық бөлігінің жазық кеңістікте түгелдей дерлік топырақ қалыптасатын 2-топтың мықты тұнба қабаттарымен жабылған.

Топырақ түзуші жыныстар шығу тегі бойынша келесі негізгі категорияларға бөлінеді: элювиальды, делювиальды, пролювиальды, аллювиальды, көлдік, мұз, теңіз.

Элювиальды жыныс немесе элювий – тау жыныстарының үгілген жерінде пайда болған үйінділері. Осы заманғы элювиальды жамылғыны көп жағдайда «үгілу қабаты» деп атайды. «Элювий» және «үгілу қабаты» терминдері синоним ретінде қолданылады. Элювиальды жыныстар денудация процесі немесе қатты нашарлаған жазық су айратын кеңістіктерде біршама дамыған. Беткейлерде элювиалдар болмайды немесе аз мөлшерде дамиды. Элювий борпылдақ жыныста құрамы мен қасиеті бойынша соңғы жыныстан аз ерекшеленеді.

Тығыз жыныстардағы элювиальды түзіліс механикалық және минералдық құрамы бойынша біркелкі емес. Олар әдетте соңғы жыныстардың түрлі көлемдегі сынықтарын құрайды. Элювил түсі қатты құбылғыш және соңғы жыныс пен үгілу сипатына тәуелді.

Элювияның өзгеше белгілері соңғы жыныс пен үгілу өнімдерінің тығыз генетикалық байланысы және вертикалды қабатты бақылау кезіндле оған біртіндеп өтуі болып табылады.

Элювийдің механикалық құрамы құмды, құмбалшықты, балшықты және қиыршық тасты болып келеді. Қазақстандағы үлгісі – Бетпақ дала.

Делювиальды шөгінділердің белгілері қабаттану және кейбір жабысқан механикалық бөліктерінің іріктелуі: біршама ірілері беткей бойынша жоғары шөгеді, ал біршама ұсақтары беткейдің етек жағында.

Делювийлердің механикалық әртүрлі-құмды, құмдақ, саз және саздақ болады. Бұл шаюды төндіретін жыныстың механикалық құрамына және олардың делювиальды тасқындарының іріктелу дәрежесіне байланысты болады.

Барлық жағдайда делювий ақырғы жынысқа қарағанда ұсақ түйіршікті болып келеді. Делювий шөгінділер беткейлерде негізінен шлейф түрінде жиі кездеседі, ені бойынша ұлғайып көрші шлейфтермен құбылады. Олар бөктер бойынша жоғары көтеріліп, біртіндеп ұлғайып, делювий құрамы бойынша өзіне жақын элювиймен біріге отырып, су айрыққа жетеді.

Элювий мен делювий арасындағы шекті жүргізу қиын жерлерде оларды жалпы атаумен біріктіреді.

Пролювиальды шөгінді. Таулы аймақтарда уақытша күшті тасқындар ұсақ топырақтармен бірге іріктелмеген түйіршікті материалдардың көптеген мөлшерін алып кететін күшке ие. Тау аралық алқаптарда өзен сағаларының алқаптарында және сай-салалы жүйеде жиналған борпылдақ шөгінді жыныс, ерекше конустар түзе отырып, оны тау етегінде шөгеді. Осы тасқындардан қалыптасқан шөгінділерді пролювит немесе пролювиальды шөгінділер деп атайды.

Осы шөгіндердің арасында шымтезек линзалары, өсімдік пен жануар организмдерінің қалдықтары, судағы және жердегі молюскалардың, кейде омыртқалылар сүйектері кездеседі.

Аллювийдің бірнеше типтері ажыратылады. Бұл аллювиальды типтері су тасқынының гидрологиялық сипатына қарай әртүрлі көрінеді. Өзендердің тегіс территориясында аллювияның барлық типтері дамыған.

Көлді шөгінділері – қазіргі және бұрынғы (көне) геологиялық кезеңдерде көл табандарында шөккен жыныстар. Жаратылысына қарай механикалық (малта тас, қиыршық тас, құм, лай, құмайт, балшық), химиялық (көл боры, табиғи сода, ас тұзы, гипс, мирабилит) және органикалық (шымтезек, сапропель, диатомит) түрлері болады.

Жамылғы құмбалшықтар (покровные суглинки) және балшықтар – суаралық кеңістікте мұздардың еру жерінде үйілген тараған құрылысы біркелкі, тығыз, орта және жеңіл шаңды құмбалшық. Тобыл-Обаған өзендерінің арасында көрінеді.

Лесстер және лесс тәрізді құмбалшықтар – біртұтас құрамды және дақ қуысты сарғыш – қоңыр немесе жалын түсті, шөгінді тау жынысы. Лесс қабаты өте қалың (он шақты метр) жар бағаналары бөлшектенеді. Суда жақсы өткізеді, шөгу қабілеті жоғары. Лессте көбінесе құнарлы қара және құба топырақтар дамиды. Үлгісі – Қаратаудың маңайындағы тегістік.

Эол шөгінділері – жел әсерінен жер бедері формаларында (құм төбелер, дөңдер, шағыл құмдар-барханы) қалыптасқан борпылдақ жыныс. Құрғақ аймақтарда тарайды.

Мұздақты морендік шөгінділер - мұздардың массаларымен ауыстырылып орныққан және үйілген тау жыныстарының үгілу өнімдері.
2.3 Топырақ түзілу процесі – жер планетасында тіршілікке ең маңызды процесс, үйткені жердің үстіңгі қабатында жансыз тау жыныстарынан топырақ түзілу нәтижесінде құнарлығы бар жаңа табиғи дене – топырақ қалыптасады.

Сонымен, топырақ түзілу бес факторы бөлінеді:

- тау (аналық) жыныстары;

- тірі организмдер;

- жер бедері (рельеф);

- уақыт.

Топырақ түзілу процесінің теориялық негізін қалаушы орыс және шет ел ғалымдары В.В. Докучаев, П.А. Костычев, Н .М. Сибирцев, В. Р.Вильямс, К.Д, Глинка, Г. Йенни, Ф.Дюшофур болды. Кейінгі жылдары осы бағытта топырақтану ғылымына үлкен үлес қосқан ғалымдар И.П. Герасимов, В.А. Ковда., Б.Б. Полынов., И.В. Тюрин., А.А. Роде т.б. Табиғатта, топырақтың құралуы-өте ұзаққа созылатын құбылыс. Ол биологиялық, физикалық, химиялық процестердің қатысуымен жүреді. А.А.Роденің анықтамасы бойынша топырақ түзілуі процесі дегеніміз оның қабатында өтіп жататьш заттармен энергияның өзгеру және жылжу құбылыстарының жиынтығы.

Топырақ тау жыныстарының ұзақ геологиялык мерзім ішінде физикалық, химиялық жолдармен үгілген, мүжілген және табиғи күштер арқылы жылжып шөккен тау жыныстарына тірі ағзалардың коныстанып, олардың биологиялык мүжілуі байқалған уақыттаң бастап дами бастайды. Осы топырақ құралудың бастапқы кезеңінде онын құралуына бактериялар, балдырлар одан кейін қоныстаңған саңырау-құлақтар және төменгі сатыда дамыған өсімдіктер әсер етеді. Тау жынысы құрамы осы ағзалардың қалдыктары түсіп, оның құрамында органикалық заттар пайда болған. Осылай дайындалған ортада жоғары дәрежедегі дамыған өсімдіктер қоныстанып, олардың жаксы дамыған тамыр жүйесінің және көп мөлшері органикалық қалдықтарынын әсерінен топырак құрау процесі үдей түскен. Осы кезеңде топырақ кабатында жәндіктер мен жануарлардың жануарлардыңда әрекеті молайған. Өсімдіктер мен ағзалардың әрекетінің әсерінен топыракта органикалық заттар қоры және карашірінді немесе гумус жиналған. Олардың құрамында қоректік заттар қоры шоғырланған. Осыған байланысты топырақтың физикалык және басқа да қасиеттері жақсара түскен. Сөйтіп, кұнарсыз тау жынысынан бірте-бірте топырақ пайда болады.

Топырақтың кұралу және даму құбылыстары жер шарында өтіп жататын әр түрлі күрделі заттар және энергия айналымдарына араласып қатынасады. Ол айналымдардың бастылары геологиялык, биологиялық және биогеохимиялық.

Үлкен геологиялық зат айналымының жалпы схемасы 2-суретте келтірілген. Геологиялык зат айналымы аркылы тау жыныстары үгіліп шөгіп топырак түзілуіне қолайлы жағдай туады.

2-сурет. Үлкен геологиялык зат айналымның жалпы схемасы

Одан соң ол заттар биологиялык өнім құрамына енеді. Организмдердің қалдықтары жер бетіне түсіп және топырақ ішінде ыдырағанда қоректік заттар оған қайтадан оралады.

Осы айналымның нәтижесінде топырақтың жоғарғы қабатында биофильды элементтер шоғырланады.

Биогеохимиялық айналымы өзара келісімді жүйе ретінде кеңістікте және белгілі бір уакыт аралығында топырактың тірі немесе өлі бөлігінде сатылап жүретін заттардын өзгерістерімен жылжу құбылыстары.

Бұл зат айналымның өзгешілігі оның жер бетіне келіп түсетін күн нұры радиациясының жыл мезгілі ішінде өзгеруіне, өсімдік дүниесінің өсіп дамуының кезеңдеріне сәйкес құбылуы яғни кезеңденіп жүруі.