ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVI, Nr 2, S. 157—164, WARSZAWA 1985
LESZEK SZERSZEŃ, TADEUSZ CHODAK
SKŁAD MINERAŁÓW ILASTYCH GLEB WAPNIOWCOWYCH WYTWORZONYCH W RÓŻNYCH WARUNKACH KLIMATYCZNYCH
Katedra Gleboznawstwa Akadem ii Rolniczej w e W rocławiu
Jednym z głównych czynników decydujących o przebiegu procesu w ietrzenia skał jest klim at ![2, 3, 5, 6, 7]. Intensywność i kierunek jego oddziaływania zależy przede wszystkim od tem peratury, a także od prze biegu opadów.
Na powstawanie określonych grup m inerałów ilastych wpływa nie tylko klim at, ale również skała macierzysta, odczyn, roślinność i in. [3, 6, 9].
W niniejszej pracy podjęto próbę wykazania w pływ u klim atu na ja kość produktów w ietrzenia i powstawania m inerałów ilastych w glebach wytworzonych ze skał wapiennych.
OBIEKTY I METODYKA BADAŃ
Do badań wzięto próbki gleb wapniowcowych z trzecsh różnych stref klim atycznych (tab. 1), a mianowicie:
— z klim atu arktycznego (zachodni Spitsbergen) wytworzonych z pre- kam bryjskich, krystalicznych wapieni zmetamorfizowanych,
— z klim atu umiarkowanego (rejon górski Sudetów) w ytworzonych z prekam bryjskich, krystalicznych wapieni zmetamorfizowanych,
— z klim atu um iarkowanie suchego (Irak, rejon Zakho) wytworzo nych z wapieni trzeciorzędowych L.
Na podstawie analizy term icznej stwierdzono, że skały macierzyste badanych gleb są jednorodne, a głównym ich m inerałem jest krystalicz ny węglan w apnia (kalcyt). W pobranych z poszczególnych poziomów genetycznych próbkach tych gleb oznaczono:
— skład granulom etryczny metodą Bouyoucosa w modyfikacji Ca- sagrande’a i Prószyńskiego,
1 Za dostarczone próbki glebow e z Iraku składam y serdeczne podziękow anie drowi J. O strowskiem u.
J.;ick;,óre w ł a ś c i w o ś c i ha-iinj-ch г Д ^ Ь Iiorae n r o p e r t i e s o f o o i l o i n v e s t i g a t e d Na z wa i l o k a l i z a c j a g l e b y P o z i o m G ł ę b o k o ś ć ś r e d n i c a c r , ^ 3 t e k w mm p a r t i c l e s d i a i n mm P o w i e r z c h n i a w ł a ś c i w a S p e c i f i c S u b s t a n c j a Г» m e / 1 0 0 g S o i l k i n d a n d l o c a l i t y H o r i z o n 0 , 0 5 -0 , -0 -0 2 a m o r f i c z n a D s p t h 1 - 0 , 0 5 < 0 , 0 0 2 a r e a m2 / g A m o r p h i c s u b s t a n c e % 1 N KC1 C a C 0 3 % Ca Mg Na К A r k t y c z n o - t u n d r o w a r ę d z i n a i n i c j a l n a p o l i g o n a l n a A 1 2 - 1 0 5 4 3 6 10 5 1 , 6 3 , 2 6 , 9 9 , 5 2 7 . 2 4 , 2 4 0 , 0 2 0 r 0 5 P o l y g o n a l a r c t i c t u n d r a i n i t i a l r e n d z i n a S p i t s b e r g o i ^ A 1 / С 2 5 - 3 5 5 3 36 11 6 5 , 0 4 , 0 6 , 9 1 0 , 5 2 6 , 8 4 , 6 0 0 , 0 7 0 , 0 7 R ę d z i n a b r - u n a t n a A 1 2 - 1 0 2 5 56 19 9 0 , 1 2 , 5 6 , 9 _ 1 1 , 2 5 . 9 5 0 , 6 0 0 , 2 0 B r o w n r e n d z i n a S u d e t y M o u n t a i n s / В / 2 0 - 3 0 2 3 54 2 3 8 6 , 7 0 , 6 6 , 8 1 2 , 0 1 0 , 4 5 , 8 6 2 , 2 6 0 , 2 0 С 6 0 - 7 0 49 40 11 5 7 , 3 0 , 7 7 , 4 2 9 , 0 7 , 2 2 , 6 9 0 , 1 7 0 , 1 5 R ę d z i n a c i e m n o c z e r w o n a A 1 2 - 1 0 8 4 4 46 2 2 3 1 , 1 7 , 6 1 7 , 2 2 6 , 2 2 , 9 0 0 , 5 0 1 , 4 0 D a r k r e d r e n d z i n a A 1 3 5 - 4 5 3 43 54 2 4 0 1 , 0 7 , 6 1 7 , 7 2 6 , 2 5 , 5 0 0 , 5 0 0 , 9 0 » I r a q / Z a k h o / с 8 0 - 9 0 6 36 58 2 1 8 0 , 8 7 , 8 * 2 6 , 3 1 3 , 0 3 , 3 0 0 , 5 0 0 , 2 0
Minerały ilaste gleb wapniowych w różnych klimatach 159 — pH — potencjometrycznie,
— kationy zasadowe metodą Pallm anna,
— substancję amorficzną — zmodyfikowaną metodą Gatta,
— frakcję <0,002 mm wydzielono przy użyciu wirówki po usunięciu węglanów,
— skład m ineralny frakcji ilastych — metodą dyfraktom etrii ren t genowskiej (Cu, 20 mA, 40 kV) i derywatograficznie (naważka 800 mg, czułości DTA, DTG i TG 1/10, 1/15, 200 mg),
— powierzchnię właściwą m ateriału glebowego — metodą sorpcji gli ceryny.
KLIMAT
Rozkład tem p eratu r badanych obszarów w okresie roku jest zbliżo ny, ale wartości średnie miesięczne różnią się zasadniczo (rye. 1). W Iraku w żadnym miesiącu średnia tem peratura nie spada poniżej 5°C, a na
Hyc. 1. Średnie m iesięczne opady i tem peratury na Spitsbergenie, w Sudetach i Iraku
Mean m onthly precipitation and tem peratures in Spitsbergen, Sudety territory and Iraq
Spitsbergenie tylko w lipcu jest nieco wyższa od 0°C, w pozostałych zaś miesiącach jest niższa niż 0°C. Toteż wartości średnich rocznych tem pe ra tu r dla poszczególnych stref wynoszą odpowiednio: w Iraku 20,7°C, w Sudetach 6,1°C, a na Spitsbergenie — 3,4°C. Niska tem peratura p a
nująca na Spitsbergenie powoduje, że w glebach tego rejonu w ystępuje na różnych głębokościach stała zmarzlina [1, 6].
W omawianych strefach wielkość opadów jest również zróżnicowana. Zaznacza się to nie tylko w rocznej sumie, ale również w ich przebiegu w okresie roku. W strefie arktycznej ilość opadów jest o ponad połowę niższa niż w dwóch pozostałych i wynosi około 340 mm, gdy tymczasem w Sudetach około 750 mm [5], a w Iraku około 720 mm. M aksimum opadów we wszystkich badanych strefach przypada na miesiące letnie.
N ajkorzystniejsze w arunki dla procesów biochemicznych m ają Sude ty. Natom iast układ opadów i tem peratury na terenie Iraku jest dla tych procesów niekorzystny, przy bowiem bardzo wysokiej tem peraturze i braku opadów od czerwca do września włącznie w ystępuje duże p a rowanie wody z gleby, co powoduje zahamowanie nie tylko procesów biologicznych, ale i chemicznych. Niska tem peratura i małe opady na Spitsbergenie powodują, że okres wegetacji jest krótki i bardzo słaby, a decydującym procesem glebotwórczym jest w ietrzenie fizyczne skał.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Skład granulom etryczny badanych gleb jest w yraźnie zróżnicowany. Największy stopień rozdrobnienia i najwięcej iłu koloidalnego m ają rę dziny z Iraku, najniższy zaś gleby ze Spitsbergenu. Gleby Sudetów zaj m ują miejsce pośrednie. Intensywność procesu w ietrzenia chemicznego można uszeregować następująco: Irak > Sudety > Spitsbergen.
Odczyn wierzchnich w arstw badanych gleb kształtuje się od obojęt nego do słabo zasadowego (gleby Iraku). Kompleks sorpcyjny omawia nych gleb wysycony jest głównie jonami wapnia, których jest na 100 g od 7,2 w poziomie С gleby z Sudetów do* ponad 27 me (w poziomie A L w glebie ze Spitsbergenu). Drugie miejsce pod względem ilości zajm uje magnez, którego wartości wynoszą od około 2,7 do praw ie 6 me (tab. 1).
Małe ilości w kompleksie sorpcyjnym stanowią kationy sodu (od 0,02 do 0,6 me) i potasu (od 0,05 do 1,4 me na 100 g gleby). Kationów jedno- wartościowych, a zwłaszcza potasu, jest najw ięcej w glebach z Iraku, a najm niej w glebach arktycznych. Zjawisko to spowodowane jest praw dopodobnie składem granulom etrycznym i w arunkam i klimatycznymi Iraku (duża ew apotranspiracja).
Suma kationów jest o połowę niższa w glebach klim atu um iarkow a nego (Sudety) niż w pozostałych strefach klimatycznych. Zawartość sub stancji amorficznej w glebach klim atu arktycznego jest znacznie wyższa niż w glebach pozostałych stref. Decyduje o tym prawdopodobnie prze bieg procesu w ietrzenia oraz kum ulacja substancji organicznej w klim a cie arktycznym.
Powierzchnia właściwa oznaczona w próbkach w całości (frakcje <C 1 mm) jest 3- do 4-krotnie wyższa w glebach z Iraku niż w glebach
Minerały ilaste gleb wapniowych w różnych klimatach 161 klim atu arktycznego. Gleby klim atu umiarkowanego zajm ują miejsca
pośrednie. Zróżnicowanie to w ynika ze składu granulometrycznego,
a zwłaszcza z zawartości iłu koloidalnego oraz jego składu m ineralne go (ryc. 2-3).
Skład m ineralny frakcji < 2 ^m wyizolowanej z gleby ze Spitsber genu stanowi illit oraz w mniejszych ilościach chloryt i kaolinit (ryc. 2a). Rędziny z Sudetów we frakcji mniejszej niż 2 ^m m ają skład illito- wo-montmorylonitowy. M inerały te w poziomie próchnicznym w ystępu ją jako mieszanopakietowe, o czym świadczy rozmycie linii w granicach
a
Ryc. 2. D yfraktogram y i derywatogram y frakcji < 2 цш
a — rędzina poligonalna — poziom A j c , Spitsbergen, b — rędzina brunatna — poziom A u
Sudety
X -ray diffractogram s and derivatograms of the < 2 д т fraction
а — polygonal rendzina — horizon AJC, Spitsbergen, b — brown rendzina — horizon A u
Sudety
b
Ryc. 3. Dyfraktogram i derywatogram y rędziny ciem noczerwonej, poziom C, Irak а — f r a k c j a < 2 / < т , b — p r ó b k a w c a ł o ś c i
X -ray diffractogram and derivatograms of dark red rendzina, horizon C, Iraq a — < 2 t*m f r a c t i o n , b — t o t a l s a m p l e
1-1,4 nm próbek nasyconych gliceryną. W skale macierzystej illit i
mont-m orylonit w ystępują również samont-modzielnie, co potwierdza odczytana na dyfraktogram ie próbki nasyconej gliceryną linia wynoszącą 1,8 nm. Dy frakcja 0,7 nm, znikająca po w yprażeniu próbki w 550°C, dowodzi nie dużej zawartości kaolinitu (ryc. 2b).
Głównymi m inerałam i frakcji ilastej w całym profilu w rędzinie z Ira ku jest m ontm orylonit i chloryt: illit i kaolinit w ystępują w niedużych ilościach (ryc. За).
Uzyskane wyniki składu mineralnego frakcji < 2 jum pokryw ają się z danymi autorów cytowanych w pracy. Badane rędziny z woj. kielec
Minerały ilaste gleb wapniowych w różnych klimatach 163 kiego w składzie m ineralnym frakcji < 2 jum oprócz m ontm orylonitu za w ierały również m inerały o pakietach mieszanych montmorylonitowo- -chlorytowo-illitowych [3]. Tych ostatnich minerałów nie stwierdzono w rędzinach zarówno z rejonu opolszczyzny, jak i z rejonu Sudetów [4, 6].
WNIOSKI
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że: klim at w pły wa na skład granulom etryczny, właściwości sorpcyjne, zawartość sub stancji amorficznej oraz skład m ineralny frakcji ilastej gleb wytworzo nych ze skał wapiennych. W ujęciu schematycznym wpływ klim atu na procesy i produkty w ietrzenia można przedstawić następująco:
klim aty: arktyczny — um iarkowany — umiarkowanie suchy, Wzrost intensywności w ietrzenia chemicznego skał wapiennych:
m inerały ilaste: i l l i t -> illit-m o n tm o ry lo n itm o n tm o ry lo n it.
LITERATURA
1[1] B a r a n o w s k i S.: Termika tundry peryglacjalnej S. W. Spitsbergenu. Acta Univ. Wrocl. nr 69, Studia Geogr. 1968, 10, s. 73.
[2] J e n n y H.: Factory poszwoobrazowanija (tłum aczenie z j. angielskiego) Moskwa 1948.
[3] K a b a t a - P e n d i a s A.: Badania geochem iczno-m ineralogiczne dwóch r ę dzin z woj. kieleckiego. Rocz. Nauk roi. 92-A-3, 1966, 347-374.
[4] Sayed Abd El-Kader Ibrahim: Studies on some physical, chem ical and mor- fological properties of the so'ils developed from different parent m aterials under different clim atic conditions. Praca doktorska (maszynopis) wykonana w Ka
tedrze G leboznawstwa AR Wrocław, 1981, s. 86.
[5] S с h m u с к A.: K lim at Sudetów. Kom itet Zagosp. Ziem Górskich PAN, Kra ków 1969, z. 5, 83-153.
[6] S z e r s z e ń L.: W pływ czynników bioklim atycznych na procesy zachodzące w glebach Sudetów i Spitsbergenu. Rocz. glebozn. 25, 1974, 2 53-99.
[7] T a r g u l d a n Wi.O.r O pierszych stadijach w yw ietriw anija i poczwoobra- zowanija parodach u tundrowoj -i tajeżnoj zonach. Poczw owiedien. 1959, 11, 37-48.
[8] T e d r o w J. C.: Pedogenic Gradients of the Polar Regions Jour. Soil Sei. 5. 1968, 19, 197-204.
[9} T e d r o w J. C.: Soil (investigation in Icnglefield Land, Grenland — Mada — leiser of Grenland, K0benhavn, 1970, nr 3, s. 93.
Л. ЩЕРЩЕНЬ, Т ХОДАК СОСТАВ МИНЕРАЛОВ ИЛИСТЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ ПОЧВ, ОБРАЗОВАВШИХСЯ В РАЗНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Резюме В настоящей работе сделана попытка показать влияние климата на качество продуктов выветривания в почвах, образовавшихся из известковых пород. Для исследований взяты кальциевые почвы из следующих климатических зон: — арктического климата — Западный Шпицберген — Тундрово-арктическая первично- -полигональная рендзина, образовавшаяся из метаморфического известняка, — умеренного климата — горный район Судет — бурая рендзина, образовавшаяся из метаморфизованного известняка, — семи-аридного климата — Ирак из района Закхо — тёмно-красная рендзина, обра зовавшаяся из третичного известняка. Результаты исследований почв, образовавшихся в разных климатических зонах, показы вают, что климат воздействует на процессы выветривания горных пород, а также хими ческие свойства в состав илистых минералов. L. SZERSZEIŚr, Т. CHODAK
COMPOSITION OF CLAY MINERALS IN SOILS OF LIMESTONE ORIGIN UNDER VARIOUS CLIMATIC CONDITIONS
Department of Soil Science, Agricultural U niversity of Wroclaw
S u m m a r y
The purpose of this paper is to present the influence of clim ate on the quality of w eathering product in the soils developed from lim estone rocks. The follow ing soils w ere used in the investigations:
— artic clim ate — V — Spitsbergen
— poligonal arctic — tundra initial rendzina d e v e lo p e d from metamorphized limestone
— temperate clim ate — the Sudety mountains - - brown rendzina developed from metamorphized lim estone.
Sem i-arid clim ate — Iraq (Zakho) — dark red rendzina — developed from tertiary lim estone. The results of the investigation of soils developed from lim estone developed under varions clim atic condition show that the clim ate exert a dicisive influence on the quality and quantity of weathering product and composition of clay minerals.
Doc. dr Leszek, Szerszeń
Ka tedra Gleboznawstw a AR Wrocław, ul. Grunwaldzka 53
