Топырақтану геология негіздерімен

Топырақтың жалпы және ең басты бірінші экологиялык қызметі – жер бетіндегі тіршіліктің табиғи ортасы больш, тірі ағзалардың, жан-жануарлардың өмір сүруіне жағдай жасауы болып саналады. Топырақтың ғажайып ерекшелігі, оның бойында тіршілік ететін организмдердің өте тығыз орналасуы. Біздің планетамызда құрлықтардың бет ауданы теңіздер мен мұхиттардың бет ауданынан 3 есе кем екеніне қарамай, құрлықтағы қалыптасқан экожүйелердің биологиялық массасы, суда қалыптасқан биомассадан жүздеген есе көп. Сонымен бірге құрлық өсімдіктерінің және жануарларының түрлері сулы ортаны мекендегендерге қарағанда көп басым. Осы салыстырулар атмосфераға, гидросфераға және литосфераға қарағанда топырақ құрылымы жағынан жоғары дәрежеде дамыған тіршілік ортасы екенін дәлелдейді. Топырақта әрі қатты, әрі сұйық, әрі газ бөліктерінің болуы осында жайғасқан ағзалардың тіршілігіне кажетті, қолайлы жағдай туғызады. Топырақтың бойындағы органикалық-минералдық заттар автотрофты, гетеретрофты ағзалар мен ацидофил және алколофилдердің дамуына оң әсерін тигізеді.

Топырақтың екінші маңызды экологиялық қызметі – құрлық биогеоценозында өтіп жататын геологиялык және биологиялық заттар мен энергия айналымдарының сыбайластығының орталық буыны болады. Фотосинтез арқылы түзіліп жиналған органикалык заттар топырақтық минералды заттарға ыдырап, қайтадан тіршілік сатысының құрамына қосылады. Топырактың осы кызметімен оның құрамындағы организмдер және өсімдіктер фотосинтезі қосылып оның биологиялык өнімділігі негізін жасайды. Сөйтіп жер үстіндегі тіршіліктің кезекті сатысының жүруінің негізі болады.

Ауыл шаруашылығы тұрғысынан қарағанда топырақтағы биологиялық өнімділікті, яғни өсімдіктердің өнімін қалыптастыруына жағдай жасауы, оның құнарлығы болып есептелінеді. Топырақтың кұнарлылығы оның келесі басты экологиялык кызметі болып саналады. Өйткені адамдар өміріне азық-түліктің барлығына дерлік және өндіріске қажет көптеген шикізаттар топырақтың кұнарлығы аркылы алынады.

Топырақ баскада көптеген экологиялык қызметтер атқарады. Олар мыналар: организмдерді сумен қамтамасыз етуі, атмосфера және жер асты сулармен келген заттарды сіңіруі, өсімдік тұкымдарын сақтауы, гидротермалды өктем кұбылыстарды бәсеңдетуі, топырақтағы тірі организмдердің саны мен құрамын реттеуі, биогеоценоздардың даму тарихының айғағы ретінде өз кескінінде қалдыктарды жинақтауы, сақтауы.

Қорыта келгенде, топырақ-табиғаттың қымбат байлығы, кұрлықтағы биоценоздар тіршілігінің арқауы. Аты әлемге әйгілі эколог Ж.Дорст топырақтың маңызын төмендегідей сипаттаған: «Топырақ біздің ең қымбат байлығымыз. Ол құрлыктағы табиғи және жасанды биоценоздар кешенінің баянды ортасы. Сайып келгенде тіршілік жердің ең бетінде орналасқан жұқа қабатына тәуелді».

Қазіргі топырактану геология ғылымынан дамып, бөлініп шыққан және әліде геологиямен тығыз байланысты болып келеді. Топырақтанудың шығу тегін, дамуын, топырақ жамылғысының жер шарында таралу ерекшеліктерін, оның минералдық құрамын зерттеуде геология ғылымының үлкен маңызы бар.

Топырақты және онын құнарлығын зерттеу барысында топырақтану ғылымы үшін микробиология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы, өсімдіктану, жануартану, экология ғылымдарымен байланысының кажеттілігі туады.

Сонымен бірге топырақтың химиялық құрамын, физикалық қасиеттерін аныктауда, зерттеу барысында алынған мағлұматтарды статистикалық жолмен сұрыптап, математикалық болжамды мөлшерлік үлгі (модель) жасау үшін химия, физика, математика, информатика ғылымдарының алатын орыны айрықша.

Топырақтану ғылымынын өрістеп-дамуы баскада жаңа ғылым салаларының пайда болуына ьқпалын тигізді. Олар биохимия, геоботаника, биогеоценология, ландшафтану, экология ж.б. В.В. Докучаевтың әдістеме жүйесін колдана отырып, оның оқушысы және жолын қуушы академик В.И.Вернадский биосфера және ноосфера туралы ілімнің негізін қалады. Қазіргі экология және қоршаған орта жайлы ілімдердің дамуына В.В.Докучаевтың дамытқан ғылыми тұжырымдары (концепциялары) қомақты үлес косты.

Топырақтанудың кең ауқымды түрде басқа ғылымдармен қатынасының тығыз болуы топырактың ерекше табиғи дене екендігіне және алуан түрлі ғылымдар зерттейтін жер геосфераларының тоғыскан межесінде топырақтың пайда болып, оның дамуының әрі карай жүріп жатқандығында. Топырактану ғылымы дами отырып казіргі кезде әр-алуан ғылыми бағыттағы тарауларға бөлінеді.

Бастапқыда бұл ғылымды екі үлкен топқа жіктеуге болады. Біріншісі - жалпы топырактану (іргелі), екіншісі-арнайы топырактану ( қолданбалы).

Жалпы топырақтану бағытында ғалымдар топырақтың негізгі қасиеттерін, пайда болуын, таралуын, жіктелуін зерттейді. Ал арнайы топырақтану бағытында ғалымдар топыракты пайдалану барысында туатын мәселелерді зерттеп, анықтайды.

Іргелі топырактану ғылымының дамыған салалары: топырақ морфологиясы, топырак физикасы, топырақ минералогиясы, топырақ географиясы, топырак тарихы, топырак құнарлығы, топыракты корғау, топырақ картографиясы ж.б.

Арнайы топырактану бағытында осы ғылымның салалары-ауыл шаруашылық топырақтануы, орман шаруашылығы топырақтануы, инженерлік топырақтану, мелиорациялык топырақтану, экологиялык топырақтану болып келеді. Топырактану ғылымы жоғары дәрежеде ауыл шаруашылығымен, оның ішінде егіншілік саласымен тығыз байланысты.

Топырақтану ғылымы топырақтың дамуын, құрамын, касиеттерін, оның бойында жүріп жаткан өзгерістерді зерттеу үшін әр саладағы ғылымдардың озық әдістемелерімен бірге келесідей зерттеу әдістерін кеңінен қолданады:

- географиялық салыстырмалы әдіс топыракты пайда болу жағдайлармен қатар зерттеп, оның қасиеттерімен құрамының топырақ түзуші факторлармен корреляциялық байланысын аныктау;

- далалық тәжірибелерде, орнықты түрде топырақтың қасиеттерін, режимлдерін зерттеу әдісі;

- топырақтың тік кескінін зерттеу әдісі;

- топырақтағы өзгерістер процестерінің моделін жасау арқылы зерттеу жүргізу әдісі ж.б.
2.6 Топырақ туралы алғашқы білімнің дами бастауы өте ерте заманнан, жер бетінде адамдардың егіншілікпен шұғылдана бастаған уакытымен сәйкес басталып, одан кейін егіншілік туралы білімнің әрі карай дами түсуімен байланысты болып отырды. Бірақ ертеде көптеген уақыт бойы адамдар топырақ туралы тек қана жекелеген мағлұматтар жинап, оның қасиеттеріне бақылау ғана жүргізіп отырды.

Антикалық ежелгі кезендерде-ақ топырақ туралы алғашқы ілімдерді егіншілер айта бастаған. Ежелгі грек философтары Аристотель, Теофраст жердің суреттемелерін берген, таңғажайып, жақсы, құнарлы, құнарсыз, кедей, өте жақсы деп айтқан. Бірақ топырақтану ғылым ретінде одан біраз уақыттан кейін дамыды. ХҮШ-ХІХ ғ. бірінші жартысында Батыс Европада топырақ туралы 2 бағыт болды:агрогеологиядық және агрокультурхимиялық.

Бірінші бағыттың өкілдері (Фаллу, Берендт, Рихтгофен және т.б.) топырақты қопсытылған тау жынысы ретінде қарастырған, оны қатты тау жыныстарынын үгілуі нәтижесінде түзіледі деп айтты, өсімдіктерге тек пассивті рөль берілді, олар тек қоректі элементтерді пассивті жолмен ұстап алушылар деп қарастырылды.

Агрокультурхимиялық бағыт өкілдері А. Тэер, Ю. Либих еңбектерімен байланысты. А.Тэер өсімдіктер топырақтың органикалық заттарымен қоректенеді деген гипотеза шығарды (гумус теориясы). 1840 жылы Ю.Либих өзінің «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений» еңбегінде өсімдіктер топырақтан минералды коректі қосылыстарды сіңіреді дейді. Ю.Либих топырақты табиғи құрылым сияқты емес, тек қарапайым масса ретінде қарастырады, оны шығу тегімен және дамуымен байланыстырмайды.

Сонымен, агрогеологиялық және агрокультурхимиялық бағыттар топырақтану негізін құра алмады, өйткені топырақтың табиғи және тарихи калыптасқан дене ретінде пайда болғанын дәлелдемеді.

Ресейде де топырақтану ғылым ретінде пайда болды, осында топырақтанудың ғылыми негіздері мен зерттеу тәсілдері қаланды. Топырақтың алуантүрлілігі мен байлығы, егіншіліктің кең орын алуы топырақ зерттелуіне үлкен жол ашты.

1725 жылы Ресейде Ғылым Академиясы ашылды, осыдан кейін орыс ғалымдары Паллас, Гюльденштед және М.В.Ло­моносов өздерінің зерттеулерін бастады. М.В.Ломоносов топырақтың шығу тегі мен қасиеттері туралы маңызды пікір айтты: « Тас тауларда жас мүктер кездеседі, содан кейін олар қарайып, жер болады, жер ұзақ уақыт қалыптасып, басқа өсімдіктер мен ірі мүктің өсуіне себеп болады». М.В.Ломоносов алғашқы рет топырақтың түзілуі тау жыныстарына уақыт және өсімдіктердің әсері болатыны тұжырымдаған.

Топырақ зерттеулері «Бос экономикалық коғам» (1765) ұйымы ашылғаннан кейін одан сайын күшейді.1765 жылы ашылып, осы қоғам Ресейде ауыл шаруашылығын зерттеуді мақсат етті. Пайдалынылатын жерлерді бағалау үшін топырақты зерттей бастады.

XIX ғ екінші жартысында Ресейдің Европалық бөлігінің алғашқы топырақ карталары шықты. XIXғ. екінші жартысында орыс ғылымының басты өкілдері профессор В.В.Докучаев, П.А. Костычев, Н.М, Сибирцевтің арқасында топырақтану ғылым ретінде дамыды.

В.В. Докучаев (1846-1903) топырақтану ғылымының негізін қалады, жаратылыс тарихы немесе генетикалық топырақтанудың жаратушысы болды. Көп жылдар бойы В.В.Докучаев егіс танабында кара топырақты зерттеді, осының нәтижесінде оның классикалық еңбегі «Орыс қара топырағы» (1883ж) шықты. Онда қара топырақтың шығу тегі теориясы, оның касиеттері, анализдердің нәтижесі, морфологиялық сипаттамасы, географиялық таралу ерекшеліктері, кұнарлылығын көбейту жолдары қарастырылды.

Топырақ - жеке табиғи дене, жануар, өсімдік, минерал секілді, ол да үздіксіз уақыт пен кеңістікте өзгеріп отырады. В.В.Докучаев топыраққа алғаш рет дәл анықтама берді. Топырақтың қалыптасуы күрделі процесс, онда 5 табиғи фактор қатысады: жер бедері, өсімдік және жануар әлемі, топырақ түзуші жыныстар, елдің жасы (уақыты).

В.В.Докучаевтің айтуы бойынша топырақтың түзілуінде тірі және өлі табиғат қатысады. Осы анықтамалардан табиғат аймақтары туралы ілімі де шығады, яғни тірі және өлі табиғаттың өзара қатысатын ортасы туралы ілім. Табиғат аймақтары туралы ілім топырақтанудан да басқа ғылымдарға терең әсерін тигізді: геоботаника, физикалық география, ормантану, геохимия.

В.В.Докучаев солтүстік жер шарының топырақтарының классификациясын ұсынды. Оларда бұлардың әрқайсысы өзіне тән топырақтың дамуына, желденуіне, климаттық жағдайларға, өсімдіктер түрлеріне, флора мен фаунаға, бедерлерге әсер етеді деп көрсетті.

В.В. Докучаевке топырақтанудың қалаушысы ретінде осы зерттеу тәсілдерінің нұсқауларының әзірлемешісі болды, топырақтану заңдылықтарын және негіздерін белгіледі, құнарлылықты тиімді көтерудін практикалық шараларын әзірледі. В.В.Докучаевтің топырақ туралы ілімі геология, геохимия, минералогия, геоботаника. ормантану, өсімдіктану, география дамуына айтарлықтай әсерін тигізді.

В.В.Докучаев Ресейдің табиғи жағдайларын, ауыл шаруашылығын терең білді, осының бәрі оған топырақтануды ғылым ретінде жоғары деңгейге коюына ықпал етті.

В.В.Докучаев елдің дала аймақтарындағы құрғақшылыққа назар аударып, дала аймақтарының су режимін жаксарту және кұрғакшылықтан зардап шекпейтін шараларды ұсынды, яғни дала аймактарын егін аймақтарына ауыстыруды қарастырды. В.В.Докучаев үлкен әдеби мұра калдырды. Оның 225 тіркелген және басылған жұмыстары бар. Оның ең басты еңбектері: «Орыс қара топырағы» (1883), «Табиғи аймақтар туралы ілім» (1899ж), «Нижегород губерниясының жерлерін бағалау туралы» (14 жұмыс,1884-1886жж.), «Полтава губерниясының жерлері туралы материалдар» ( 18 жұмыс, 1889-1894жж), «Орман департаментінің шығарған экспедициясының еңбектері» ( 18 жұмыс, 1884-1898), «Орыс топырақтарын зерттеу туралы материалдар» (10 жұмыс, 1885-1886жж), «Біздің дала бұрын және қазір»(1889ж).

1899 жылы В.В.Докучаев «Топырақтану» журналын шығара бастайды, ол казіргі кезде де шығады.

В.В.Докучаев жаратылыстану мен агрономияның қалаушысы. Оның еңбектері орыс және Кеңес Одағының топырақтануының деңгейін барлық әлемге паш етті.

Н.М.Сибирцев (1860-1900) В.В.Докучаевтің оқушысы және ізбасары. Өзінің еңбектерінде ол В.В.Докучаевтің топырақтанудағы ілімдерін әрі карай жалғастырып, П.А.Костычевтің да топырақ-ауылшаруашылық дақылдарының өсу ортасы деген ілімдерін жалғастырды. Н.М.Сибирцевтің негізгі зерттеулері топырақтың жіктелуіне, топырақты зерттеу тәсілдеріне, құрғақшылықпеп күреске және топырақты бағалауға байланысты болды. Ол В.В.Докучаевтің көмекшісі болды, Нижегород губерниясына топырақты зерттеуге онымен бірге экспедицияға (1882ж) шықты, орман департаментінің ұйымдастырған экспедициясында болды.

Н.М.Сибирцев топырақ абиотикалық және биотикалық факторлардың тау жыныстарына әсерінен пайда болады деген. Н.М.Сибирцев 1894 жылы Ново-Александрийск ауыл шаруашылық институтының топырақтану кафедрасының бірінші басқарушысы болды, 1899 жылы Н.М.Сибирцев топырақтану оқулығын шығарды.

П.А. Костычев (1845-1895) Сибирцевтің айтуы бойынша «Топырақтанудың» екінші қалаушысы болды. Оның жұмыстары агрономиялық топырақтанудың негізін салды. Оның ауылшаруашылығын жақсы білуі топырақ пен өсімдіктерді бір-бірімен байланысын зсрттеп, топырақтану мен жертануда бірқатар маңызды теорияларын ұсынды.

П.А. Костычев топырақты жердің үстіңгі қабаты деп білді, оның терең қабатында өсімдіктердің тамырлары жинақталған, олар топырақ түзуде үлкен роль аткарады деп тұжырымдаған. Ол алғашқы рет топырақтың қарашірігінің түзілуі микроағзалардың тіршілігімен байланысты екендігі туралы кағиданы шығарды.

П.А. Костычев өсімдік қалдықтарының ыдырау жылдамдығына температура, ылғалдылық, топырақтың физикалық қасиеттері, әктің әсері бар екенін дәлелдеді. П.А.Костычев топырақтың өнімділігіне судың үлкен маңызы бар екеніне назар аударды. Ол агротехника тәсілдерін топырақтың қасиетімен байланыстыруды, климаттық жағдайларды ескере отырып, өңдеу жолдарын өзгерту қажет екенін, тіпті бір территория болса да, онда бірнеше ауа-райының болуы мүмкіндігіне назар аударды.

1886 жылы «Ресейдің кара топырақ аймақтары» жұмысында ол қарашіріктің пайда болу негіздерін қарастырып, өнімділікті көбейтудегі шараларды хабарлады. П.А.Костычевтің жұмыстарында топырақтану мен жер егістерінің арасындағы байланыстарды жариялау болды.

XIX ғасырдың соңғы онжылдығында және XX ғасырдың басында топырақтану тарихында топырақты генетикалық ілімнің негізінде зерттей бастады. Жалпы жаратылыстану пәндерінің- химия, физика, биологияның дамуы топырақтануға да өз әсерін тигізді. Осы кезде топырақ химиясы, физикасы, биологиясы деген салалар пайда болды.

Топырақтың шығу тегі мен классификациясын зерттеуде К.Д.Глинки, С.С.Неуструева, Л. И. Прасолова деген ғалымдар көп еңбек сіңірді.

К.Д.Глинка (1867-1927) I академик-топырақтанушы. Оның басшылығымен бірнеше топырақ зерттеу экспедициялары құрылды, әсіресе Ресейдің азия бөлігі зерттелді (1908-1915жж).

К. Д. Глинка 1908 жылы топырақтанудың фундаменталды оқулығын шығарды, ол 6 басылымда шықты. К.Д.Глинканың тау жыныстарының үгілуі және топырақтың шығу тегі мен жіктемесі туралы көптеген еңбектері жарық көрді.

1900 жылдан бастап К.Д.Глинка Новоалександрийск, Воронеж, Ленинград ауыл шаруашылық институттарында кафедра басқарушысы болды, ол топырақ комитеті және В.В.Докучаев атындағы топырақ институтының ұйымдастырушысы болды.

П.С.Коссович (1862-1915ж) топырақтың физикалық, химиялық, агрохимиялық қасиеттерін эксперимент жүзінде зерттеушісі болды. Өзінің «Топырақ туралы ілім»(1911), «Топырақтану курсы» (1903), «Генетикалық топырақ жіктемесіндегі топырақ түзуші процестердің маңызы» (1910) еңбектерінде ол топырақтар туралы ақпаратты жітілдіріп қана коймай, топырақ жіктемесі, эволюциясы, топырақ түзушілік туралы көзқарастарын қосты.

С.С.Неуструев (1874-1928) ең үлкен үлесі Докучаевтің топырақ түзушілік туралы түсініктерін терең зерттеу болды. Ол алғашқы рет топырақ географиясы курсында топырақ түзілуі ел ландшафтының ерекшеліктермен байланыстырды, топырақты «қандай болса да табиғи ландшафт топырақтың ерекше касиеттеріне байланысты» деді.

Л. И. Прасолов (1875—1954) өз елінің топырақтарының географиясы туралы бірқатар классикалық жұмыстар жазды, әсіресе Поволжье, Приазовье, Забайкалье аймақтарының, топырақ картографиясының негізін қалады, әлем және өз елінің топырақ карталарын басып шығарды.

В.Р.Вильямс (1863-1939) - белгілі Кеңес Одағының ғалымы, академик, топырақтанушы, агроном. Ол топырақтанудың жаңа биологиялық бағытын қалыптастырды, ол В.В.Докучаевтің генетикалық топырақтануы мен Костычевтің агрономиялық топырақтануын бір-бірімен байланыстырды.

В.Р.Вильямс заттардың үлкен және кіші биологиялық айналымдары, топырақтың өнімділігі, гумус, құрылымы жөнінде маңызды концепцияларды түсіндірді.

Б.Б.Полынов (1877-1952) - ірі кеңес одағының топырақтанушысы, академик. Үгілу және топырақ түзушілікте биогеохимиялық жағдайлары туралы маңызды түсінік енгізді.

Кеңес Одағы кезінде топырақтың географиясы, картографиясы, физикасы, химиясы, биологиясы, минералогия және мелиорациясы сияқты жеке бөлімдері қалыптасты. Бұл жағдайларға өз үлесін К.К.Гедройц, А.Н.Соколовский, И.Н.Антипов-Каратаев қосты.

К.К.Гедройц (1872-1932) - белгілі ғалым, академик. Ол топырақ сіңіргіш қасиеттерін зерттеді, кейіннен ол химиялық анализдің көп тәсілдерін ашты, оның «Топырактың химиялық анализі», «Топырақтың сіңіргіш қасиеті туралы ілім», «Сортаң жер және олардың шығу тегі» сияқты ғылыми еңбектері бар.

Қазіргі кезде топырақтану ғылымының барлық бөлімдерінде теоретикалық зерттеулермен қатар, топырақты есепке алу, бағалау, картография жұмыстарының үлкен масштабымен ерекшеленеді. Топырақтанушылар жер өнімділігін көбейту мен жоғары деңгейде пайдалануға үлкен үлесін қосып отыр. Қазіргі таңда топырақ процестерін және тәртіптерін зерттеу үшін стационарлы қондырғылар үлкен рөль аткарады.

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?

3.1 Үгілу, үгілу типтері

3.2 Топырақ түзу жыныстары

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

3.4 Топырақ құрылу процестері және құбылыстары
3.1 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.

Аллювиальды шөгінді немесе аллювий – тау жыныстары үгінділерінің өзен бойында немесе аңғарларында белгілі бір арнамен ағатын су тасқындарының әрекетінен түзілетін шөгінділері (малта тас, қиыршық тас, құм). Аллювиальды ағынды көлдердің түптік шөгіндісі мен өзендердің атыраулық шөгіндісі кіреді. Әртүрлі механикалық құрамдағы аллювиалдың түрлілігі айқын, бөліктердің түрлілігі бойынша материалдарды жақсы іріктеуімен ажыратылады.

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.
3.3 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.