Физическое состояние почвенных коллоидов

Коллоидные системы почвы могут находиться в состоянии золя или геля. Золи — это подвижные коллоидные растворы, в которых твердые частицы почвы отделены друг от друга дисперсионной водной средой. Одноименно заряженные частицы коллоидов взаимно отталкиваются, гидратируются диполями молекул воды и находятся в коллоидной системе в дисперсном состоянии. Коллоидная масса, а с ней и вся почва, приобретает свойства текучести, бесструктурное™, сплошное™, безвоздушное™, слитости. Это явление экологически крайне неблагоприятное и не типично для большинства почв. Исключение составляют только солонцы.

Снижение электрокинетического потенциала и уменьшение заряда частиц разноименно заряженных коллоидов приводит к их слипанию, увеличению в размерах и выпадению в осадок. Коллоидная система переходит в состояние геля. Процесс соединения коллоидных частиц называется коагуляцией, дальнейшее осаждение — седиментацией. Из раствора коллоиды выпадают в осадок под воздействием высыхания или увеличения концентрации простых солей в почвенном растворе. При коагуляции золь, имеющий жидкое состояние, переходит в гель, имеющий твердое состояние. Коллоиды в почвах находятся на 99,9% в состоянии геля. Частицы коллоидов сцепляются между собой, образуя пространственную структуру, в ячейках которой удерживается вода. Обратный процесс перехода коллоидов в раствор, геля в золь, называется пептизацией.

В большинстве почв коагуляция необратима, и только незначительная часть (менее 0,1%) коллоидов пептизируется. Для некоторых почв, например солонцов, чередование явлений каогуляции и пептизации составляет сущность почвообразовательного процесса.

По количеству удерживаемой воды коллоиды разделяются на гидрофильные и гидрофобные. Из гидрофильных можно назвать коллоиды некоторых глинистых минералов, например монтмориллонита, а также органические коллоиды. Гидрофобны коллоиды соединений железа и алюминия. Почвы с гидрофильными коллоидами вязки, пластичны, сильно набухают при увлажнении, очень липки. Противоположны свойства гидрофобных коллоидов.

Физическое состояние коллоидов в значительной степени зависит от состава поглощенных катионов. Чем больше валентность поглощенных ионов, больше их заряд, тем меньше будет диссоциация их от коллоидной частицы, меньше электрокинетический потенциал частицы, тем легче идет процесс коагуляции.

К. К. Гедройц расположил все катионы по их коагулирующей способности в ряд, который он назвал лиотропным:

Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, находятся в основном в состоянии золя; при замене одновалентных катионов двухи трехвалентными они переходят в гель. Так, насыщение почвенного поглощающего комплекса натрием способствует образованию золя, распылению почвы, увеличению заряда почвенных коллоидов и их гидратации. Замещение натрия кальцием способствует коагуляции и образованию водопрочной структуры.

Типичные гели обладают тиксотропными свойствами. В этом случае образовавшийся из золя гель не отделяется от дисперсионной среды в виде осадка, а застудневает вместе с ней. Коллоиды и более крупные частицы образуют своеобразный каркас, внутри которого свободное пространство заполнено раствором (водой). По внешнему виду тиксотропный гель напоминает студень или скисшее молоко. Образование его происходит медленно с постепенным нарастанием вязкости. Вторая особенность — при механическом воздействии (помешивании, встряхивании) гель может снова перейти в золь.

Тиксотропия наблюдается в почвах тундровой зоны. Поверхность тиксотропной почвы до механического воздействия ничем не отличается от почвы, не имеющей такого свойства. Но при механическом воздействии (копка шурфа, проезд вездехода) выступает вода, почва становится текучей. Тиксотропные почвы плохо проницаемы для воды и воздуха, поэтому в них развивается заболачивание.