Впервые понятие о биосфере, как особой оболочке земной коры, было введено известным геологом Э. Зюссом (1875 г.). Однако, геологическая роль биосферы и живого вещества" в земной коре получила свое освещение лишь в самое последнее время в замечательных работах акад. В.И. Вернадского. Эти работы на русском и французском языках начали появляться всего лишь с 1922 г. Наиболее полно взгляды В.И. Вернадского изложены в издании 1926 г. "Биосфера" (Ленинград, изд. ВСНХ) и "Очерках геохимии" (Ленинград, 1927).
Раньше полагали, что органическая жизнь в море не простирается глубже 600-1000 м, н только в конце XIX столетия экспедиция на корабле «Челленджер» обнаружила жизнь на величайших глубинах океана.
Все это дает нам право утверждать, что в коре выветривания наряду с расходованием и рассеянием энергии происходит и поглощение ее, и наряду с экзотермическими протекают эндотермические реакции. Эти эндотермические реакции не ограничиваются синтезом органических соединений в живом веществе, но, как это мы впоследствии узнаем ближе, проявляют себя во многих процессах, охватывающих и минеральные соединения. Так, например, наряду с окислением ювенильных сернистых соединений (FeS2,H2S), в коре выветривания под влиянием разложения органических остатков возникают процессы восстановления, и в частности сернокислые соли переходят в более активные сернистые соединения и даже свободную серу. В противоположность обычным при выветривании процессам образования гидратных соединений и карбонатов, здесь имеют место также процессы обезвоживания и освобождения углекислоты карбонатов. И даже инертный азот воздуха проходит в коре выветривания при содействии микроорганизмов целый ряд форм своих соединений, обусловливающих достаточно энергичные процессы.
Теперь подведем итоги всему сказанному о коре и зоне выветривания. Итак, кора выветривания — это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры. Этот процесс протекает во времени, и в данный историко-геологический момент мы можем наблюдать в различных местах самые разнообразные степени развития коры выветривания. Во многих случаях обнаженный гранит, гнейс или какая-либо другая изверженная или метаморфическая порода обнаруживается на самой поверхности литосферы. Это значит, что обнажившаяся порода еще не успела превратиться в кластическое состояние, но процесс ее раздробления и разрушения, несомненно, уже протекает. И действительно, если мы внимательно исследуем обнаженные части таких пород, мы всегда найдем те или другие признаки их разрушения: трещины, скопления крупных каменистых обломков у подножия скал или так называемые россыпи, щебень, гравий и в большем или меньшем количестве еще болеемелкий обломочный материал в форме песка или глинообразной массы.
Отсюда следует, что мы должны строго различать два понятия: 1) область или зону выветривания, т. е. ту верхнюю часть литосферы, которая в отдельных частях и в отдельные геологические моменты может слагаться из различного материала, как изверженных и метаморфических массивных, так и рыхлых осадочных пород, но в пределах которой процессы направлены в сторону разрушения и раздробления пород и образования коры выветривания, и 2) современную кору выветривания, т. е. те части поверхностной оболочки литосферы, которые в данный геологический момент уже сложены из рыхлых, раздробленных продуктов выветривания — иначе говоря, из всякого рода осадков, наносов и не подвергшихся еще метаморфизму осадочных пород. Мощность зоны или пояса выветривания определяется глубиной, на которую проникают факторы выветривания, способствующие раздроблению, размельчению и разрушению горных пород, т. е. температурные колебания, действие растворов, кислорода и углекислоты воздуха и проч. агентов. Эту мощность исчисляют, как мы уже отметили выше, до 0.5 км от поверхности литосферы, т. е. или от поверхности суши или от поверхности дна океанов и морей. К более точному определению этой величины мы еще вернемся впоследствии. Что касается мощности современной коры выветривания, то по понятным причинам она не может превосходить таковой пояса или зоны выветривания, но зато в сторону сокращения она может уменьшаться до размеров 1м и менее. Такими представляются выходы скал изверженных и метаморфических пород, недавно излившиеся и только что остывшие лавы, где юный покров коры выветривания представляется пока еще ничтожным и неразвившимся.
3.4 Структура коры выветривания.
Сформировавшаяся кора выветривания не представляется однородной. Уже на основании изложенного, мы можем выделить в ее пределах достаточно обособленную верхнюю, обозначенную биосферой, часть, которая носит название, почвы.
Вся вообще кора выветривания представляет собой, как мы видели, сложную дисперсную систему, в которой твердая фаза занимает в среднем около 70% всего пространства, остальное же приходится на долю жидкой и газообразной фазы. Между элементами этих фаз возникают взаимодействия, и грандиозная поверхность раздела между ними увеличивает количество и интенсивность этих взаимодействий. Энергия взаимодействий и движений в зоне и коре выветривания имеет два различных источника: первый — это более глубокие зоны литосферы, откуда материя приходит с запасом энергии, переходящей в зоне выветривания в различные активные формы; вторым источником является лучистая космическая и особенно солнечная энергия, которая поглощается внешними оболочками земной коры и в том числе зоной выветривания и также подвергается трансформации. Особенно крупную, но отнюдь неисключительную роль в этой трансформации играет биосфера, а в коре выветривания, следовательно, почва.
Соответственно протекающим в зоне выветривания поглощению и рассеянию энергии, все процессы и реакции, совершающиеся в ее пределах, можно разделить на две категории: выделяющие энергию — экзоэнергетические и поглощающие энергию — эндоэнергетические. К первой категории относятся процессы, направленные к понижению дисперсности материальной среды, а именно переход из газообразного в жидкое и из жидкого в твердое состояние, поглощение газов и паров жидкими и твердыми телами, реакции гидратации, окисления и в том числе дыхание организмов и тление их трупов, целый ряд последовательных реакций, направленных к образованию наименее растворимых нейтральных солей и т. п.
Все эти процессы дают наименее работоспособные формы весомой материи, которые, однако, не образуют склада косной материи, но вовлекаются снова во взаимодействия и движения, благодаря процессам второй категории, а именно: повышению дисперсности материальных систем, т. е. раздроблению твердых тел, переходу их в жидкое и газообразное
В.И. Вернадский различает три источника энергии геологических процессов: космическую (в том числе солнечную), земную и внутреннюю энергию материи (см. «Очерки геохимии»). Мы не сомневаемся в едином начале всех видов энергии и даем деление лишь по пространственному признаку, имеющему значение только для данного состояния данной системы.
Эти экзо- и эндоэнергетические взаимодействия, тесно переплетаясь одни с другими, и создают те частные циклы и те части общих циклов превращения материи, которые свойственны коре выветривания (Полыванов, 1934).
3.5 Кора выветривания и почвообразование.
Важнейшим звеном геологического круговорота веществ на Земле является процесс выветривания горных пород и формирования коры выветривания.
Типы пород. Вулканогенно-обломочные породы образуются из обломков, выброшенных во время извержения вулканов. Метаморфические породы — продукт изменения других пород под влиянием давления и высоких температур без расплавления и притока или оттока веществ, кроме газообразных. Метасоматические породы, в отличие от последних, образуются в условиях, обеспечивающих приток или отток веществ и сохранение первоначального объема, несмотря на повышенное давление и температуру.
По характеру влияния на почвообразовательный процесс горные породы целесообразно разделить на 4 группы; 1) магматические породы и породы высокотемпературной метаморфизации, 2) рыхлые осадочные и метасоматические породы, 3) вулканогенно (или вулкано)обломочные породы, 4) плотные осадочные, метаморфические (низкотемпературной метаморфизации) и метасоматические породы.
Магматические породы (I отдел) подразделяются на 3 ряда по содержанию щелочей: нормальный, известково-щелочной и щелочной. Породы каждого из рядов делятся на группы по содержанию кремнезема: ультракислые, кислые, средние, основные и ультраосновные. Наконец, породы каждой группы по условиям кристаллизации магмы делятся на две подгруппы: интрузивные (глубинные, плутонические) и эффузивные (излившиеся, вулканические).