ПРОЦЕСС СУЛЬФАТРЕДУКЦИИ

Переувлажнение и анаэробиоз в присутствии органического вещества, способного к ферментации, не всегда являются причиной возникновения глееобразования. Процесс глееобразования при таких условиях не развива­ется или оказывается резко заторможенным, если почвообразующие породы содержат сульфаты натрия, кальция или магния.

Это обусловлено тем, что сульфаты пород или вод в анаэробной среде при наличии органического вещества и анаэробной микрофлоры (в данном случае под действием сульфатредуцирующих бактерий) подвергаются вос­становлению. При этом образуется сероводород. Поскольку в восстанови­тельной среде присутствует ион двухвалентного железа, то при взаимодей­ствии с сероводородом образуется сульфид железа. Последний выпадает в осадок, т.е. обезжелезнения не происходит.

Можно выделить две группы сульфатсодержащих пород. Во-первых, суль­фаты в породах могут содержаться в виде сернокислых солей кальция и маг­ния. В результате их восстановления в анаэробной среде наряду с сероводо­родом возникает нейтральная соль — карбонат кальция (магния), не влияющая отрицательно на свойства почв:

С₆Н₁₂О₆ + 3CaSO₄ - ЗСО₂ + ЗСаСО₃ + 3H₂S + ЗН₂О + Q,

где Q — энергия, выделяющаяся при распаде углеводов. Сероводород, воз­никший в результате этой реакции, вступает во взаимодействие с двухвалент­ным железом. В осадок выпадает сульфид железа:

H₂S + Fe (ОН)₂ -► FeSj. + 2Н₂О.

Во-вторых, если породы содержат сульфат натрия, то в результате суль- фатредукции возможно появление соды, соли токсичной для растений и опасной для почв:

С₆Н₁₂О₆ + 3Na₂SO₄ -> 2СО₂ + 3Na₂CO₃ + 3H₂S + ЗН₂О + Q.

В результате выпадения в осадок сульфидов возможна закупорка сво­бодных пор почвы.

Следует подчеркнуть и то, что опасность процесса, протекающего по этой последней реакции, обусловлена не только накоплением нормальной соды в профиле почв. Она может быть также причиной подщелачивания вод водохранилищ, используемых на орошение. Это явление представляет осо­бую опасность в степной зоне, где широко распространены высокогумусные черноземные почвы, а в почвообразующих породах содержатся значитель­ные массы сульфата натрия. Чем выше запасы органического вещества и больше масса сульфата натрия в почвах и породах днища, тем интенсивнее идет процесс сульфатредукции, тем большая масса соды поступает в воды.

Железо прочно фиксируется in situ до тех пор, пока в почве сохраняются анаэробные условия. Меняются лишь формы несиликатного железа. Окси­ды и гидроксиды железа переходят в сульфиды.

При этом, однако, несмотря на переход железа из трехвалентной формы в двухвалентную, не возникает сизый глей или глей иной холодной окраски. В этом случае железо, взаимодействуя с сероводородом, дает черный, мажу­щий коллоидный минерал гидротроилит Fe(HS)₂ • лН₂О. Последний опреде­ляет черную окраску горизонта [Перельман, 1977]. Переувлажненные почвы с сульфидными черноокрашенными горизонтами не получили на террито­рии земного шара столь широкого распространения, как оглеенные почвы. Тем не менее для многих регионов Земли их значение оказывается весьма существенным, а площади занимают огромные ареалы. Сульфидные почвы широко распространены в дельтах крупных рек, на морских и океанических побережьях тропиков Восточной Азии, в значительно меньшей мере на при­морских территориях северных стран с бореальным климатом, а также в аридных областях среди содовых и иных солончаков.

Пока железо закреплено на месте в виде сульфида, основное условие глее­образования — обезжелезнение мелкозема или плазмы мелкозема в результате несбалансированного выноса — не реализуется.

При анаэробной ферментации органического вещества на фоне суль­фатредукции в условиях постоянного застойного водного режима железо прочно фиксируется на месте в виде нерастворимого сульфида железа. Про­цесс обезжелезнения мелкозема блокирован тем, что сульфид железа остает­ся на месте своего образования. Он определяет темный (или черный) цвет горизонта. При застойном водном режиме в анаэробной среде в условиях активного действия даже такого мощного восстановителя, как сероводород, оглеение, которое мы рассматриваем прежде всего как процесс обезжелезне­ния, не происходит. Таким образом, процесс сульфатредукции — биогеохими­ческий почвообразовательный процесс, возникающий в анаэробной среде при уча­стии сульфатредуцирующих бактерий, наличии в почвах или в водах сульфатов и органического вещества, способного к ферментации, и вызывающий образова­ние в почвенном профиле значительных масс сульфида железа.

Характерным морфологическим признаком участия процесса сульфат­редукции в формировании почвенного профиля являются его темная (до чер­ного цвета) окраска и появление на контакте с зоной окисления слоя ярози- та, окрашенного в золотистый цвет.

Вместе с тем на фоне застойно-промывного режима при пульсации аэроб­ных и анаэробных условий, периодическом оттоке гравитационной влаги возможно интенсивное обезжелезнение мелкозема и его плазмы. Обезжелез- нение в этом случае происходит, во-первых, за счет гидромеханического перетока суспензии, содержащей сульфид железа, и, во-вторых, в результате одновременного окисления сульфида железа с возникновением вначале яро- зита KFe₃(SO₄)₂(OH)₆, а затем железного купороса и серной кислоты:

2FeS₂ + 2Н₂О + 7О₂ -> 2FeSO₄ + 2H₂SO₄.

Железный купорос подвергается гидролизу:

FeSO₄ + 2Н₂О - Fe(OH)₂ + H₂SO₄.

Наличие серной кислоты резко повышает устойчивость в растворе Fe(OH)₂ и FeCO₃. Эти соединения с током влаги в виде истинных растворов выносятся за пределы почвенного профиля или поступают в зоны аэрации. Здесь продолжается процесс окисления железа. Возникают трехвалентные формы его гидроокиси. В зоне аэрации аморфный трехвалентный осадок гидроокиси подвергается дегидратации, возникают слабоокристаллизован- ные и окристаллизованные несиликатные минералы железа — лепидокро- кит, гетит и др.

Только после окисления сульфидов и последующего несбалансирован­ного выноса железа минеральные зерна породы освобождаются от его ок­сидных пленок и проявляют собственный цвет (обычно холодных тонов). В условиях застойно-промывного режима на сульфатных или сульфидных по­родах возникают почвы с типичными морфохроматическими признаками оглеения в виде характерной синей, сизой или светло-серой окраски.

2.3.