Půdotvorné procesy probíhají v půdě vždy alespoň v minimální míře. V následující části jsou popsány půdotvorné procesy, jejichž průběh, intenzita a vůbec přítomnost v půdě je podmíněna půdotvornými faktory a mírou jejich účinku na morfogenezi – utváření půdních horizontů v zákonitém sledu. Tyto procesy mohou v půdě probíhat individuálně nebo za souběhu a vedou ke složitější formaci půdního tělesa, tvorbě půdních horizontů a celého půdního profilu.
Procesy rozpadu a přeměny hornin
Tyto procesy vedou buď k utváření půdy „in situ“, tedy v místě zvětrávání horniny, která postupně přechází v půdotvorný substrát, nebo dávají vzniknout sedimentům, na kterých se po transportu a uložení na deponium utváří půda z alochtonních materiálů. Tyto jsou potom zpravidla jemnozrnnější. Zrnitostí odpovídají unášecím sílám schopným přemístit sediment z místa vzniku do místa uložení.
Rozpouštění
Rozpouštění znamená přechod pevné fáze v kapalnou (která je homogenní) vlivem rozpouštědel. Zpravidla probíhá díky působení kyselin (např. ve formě CO2, který přechází v kyselinu uhličitou, nebo organických kyselin atd.). Rychle rozpustné (ve vodě) jsou např. soli (zejména chloridy) nebo sírany (zejména sádrovec nebo anhydrit), pomalu rozpustné (v kyselinách) jsou karbonáty.
Hydratace
Hydratace znamená obohacení nějaké látky na molekulární úrovni o vodu, např. vznik sádrovce z anhydritu podle rovnice CaSO4 + H2O → CaSO4 · 2H2O nebo goethitu z hematitu podle rovnice Fe2O3 + voda → 2FeOOH.
Hydrolýza
Hydrolýza je chemický proces vyvolaný iontem H+ nebo OH– obsaženým ve vodě. Důsledkem je např. změna primárních minerálů, zejména primárních Al-křemičitanů, na (v konečném důsledku) jílové minerály. Kyselá hydrolýza probíhá díky účinku H+ nebo organických kyselin nebo oxidu uhličitého, neutrální nebo alkalická hydrolýza probíhá za účinku aniontu OH–, který se uvolňuje během intenzivního zvětrávání např. v tropickém klimatu.
Hydrolýza je významný proces, který se podílí na rozpouštění minerálů a na změnách v rámci půdního profilu. Při hydrolýze jsou některé složky původní látky uvolněny z vazeb a stávají se v půdě mobilními (jako např. bazické kationty) nebo se bezprostředně po uvolnění stanou stálou součástí nových struktur a podílejí se na vzniku (neoformaci) nových minerálů (např. kaolinit).
Procesy přeměny hornin
Krystalické horniny podléhají zejména hydrolýze. Bazické horniny zvětrávají rychleji (obsahují součástky málo odolné ke zvětrávání), zatímco kyselé horniny – granitoidního typu – zvětrávají pomaleji. Při zvětrávání některé součástky vytvářejí pouze mechanicky rozpadlé zbytky, např. křemík, některé jsou při zvětrávání přeměněny – např. živce nebo slídy. Ty potom přecházejí v jílové minerály zděděné, přeměněné nebo neoformované.
Sedimentární horniny podléhají zejména změnám z rozpouštění (vznikají tak zděděné jíly jako zbytky dekarbonizace) nebo změnám z mechanického rozpadu (pískovec v písek, jílovec nebo slínovec v jíl). Zvětráváním tak přecházejí zpevněné sedimenty v původní nezpevněné.
Změna a vývoj jílových minerálů
Během těchto přeměn dochází ke vzniku rozpustných produktů, koloidních gelů s chemickým složením (obecně) R2O3) a nerozpustných zbytků (křemen, slídy). Intenzita a rychlost těchto procesů závisí na teplotě a vlhkosti, kdy odlišné jílové minerály vznikají v tropickém podnebí, aridním podnebí, podnebí mírného pásu atd.
Celková hydrolýza
Celková hydrolýza probíhá v teplém klimatu a chemicky více méně neutrálním prostředí. Neoformace závisí na pH a vodním režimu, kdy při pH < 5 a v dobře odvodněném prostředí (např. na svazích) je vytěsňován křemík a v místě zvětrávání zůstává gibbsit (oxid hlinitý) a oxidy železa.
V kyselém prostředí a středně intenzivním odvodnění se tvoří kaolinit a v místě zvětrávání zůstává zbytkový křemík a hliník. V prostředí špatně odvodněném a bohatém na báze dochází k tvorbě jílového minerálu montmorillonitu v procesu tzv. „neoformace“.
Částečná hydrolýza
Částečná hydrolýza probíhá v mírném klimatu a v prostředí s větším obsahem humifikované organické hmoty. Při slabé transformaci vznikají tzv. „zděděné“ jíly jako ilit, při intenzivnější transformaci vznikají buď degradované jíly jako je vermikulit nebo smektit nebo agradované jíly (vznikající rekonstrukcí málo stabilních jílů) jako je chlorit. Pokud degradace (hydrolytická) neustává, proces postupně přechází v podzolizaci (viz dále).
Výše uvedené procesy jsou závislé zejména na vnějších podmínkách souvisejících s klimatem. Klima však není jediným faktorem ovlivňujícím změny v minerálním charakteru půdy: vedle klimatu je významná také topografie. Ta má na lokální úrovni za následek přesun chemicky aktivních roztoků a jejich koncentraci v depresích nebo naopak ochuzení v drénovaných částech reliéfu. Zejména v intenzivním klimatu (např. tropickém) je tak topografie významným faktorem podílejícím se na procesech spojených s neoformací či děděním jílových minerálů a s tím spojeným vznikem, změnou nebo vazbami dalších chemických sloučenin.
Migrace prvků a sloučenin
Migrace (pohyb v rámci půdního tělesa) může být (A) sestupná (převažuje v humidním klimatu, kdy vsakující voda hydrolyzuje půdní částice koloidního charakteru a transportuje je do nižších partií půdního tělesa), (B) vzestupná (převažuje v aridním klimatu, kdy půdní voda vlivem intenzivního výparu „stoupá“ půdním profilem a s ní jsou vynášeny rozpuštěné soli, které se sráží na půdním povrchu v podobě výkvětů nebo kůr) nebo (C) laterální (kdy je pohyb vody ovlivněn topografií, zejména pak větší svažitostí a voda se pohybuje částečně sestupně ve směru působení gravitace a částečně souběžně s půdním povrchem).
Vymývání (Lixiviace)
Lixiviace má za důsledek migraci rozpustných solí. Má za následek snížení saturace sorpčního komplexu půdy, acidifikaci a migraci solí do místa akumulace (vysrážení), zpravidla v řádu cm až desítek cm hlouběji než kde je místo rozpouštění. Rozpouštěnými solemi jsou nejčastěji sírany, chloridy a karbonáty (dekarbonizace); v tropických rovníkových oblastech také křemičité látky.
Dekarbonizace
Dekarbonizace znamená změnu chemismu v důsledku rozpuštění karbonátů, jejich přechodu do půdního roztoku a odplavení. Při intenzivním promyvném režimu půdy mohou být karbonáty z půdy zcela vyplaveny, nebo se mohou srážet v hlubších horizontech ve formě konkrecí, nodulí, pseudomycelií, cicvárů apod. ve sprašových půdách. Dekarbonizace je iniciační proces pro ilimerizaci (viz dále).
Podzolizace (Cheluviace)
Podzolizace je acido-komplexolýza neboli hydrolýza v silně kyselém prostředí. Znamená chemický transport kovů (Fe3+, Al3+) ve formě chelátů (chemické sloučeniny, kdy je iont kovu pevně spojen s organickou molekulou v nerozpustnou sloučeninu), organických látek a částečně také kyseliny křemičité. Jejich pohyblivost je způsobena zejména přísunem okyselujících látek, což má za následek degradaci organické hmoty a destrukci krystalické mřížky jílových minerálů, tvorbu chelátů a jejich migraci do spodického horizontu. Jílové minerály se rozpadají vlivem výrazného přebytku vodíkových iontů H+, ve velké míře disociovaných z fulvokyselin. Ionty vodíku vytěsňují
křemík Si4+ z krystalických struktur. Protože má však vodík přibližně poloviční velikost a není schopen navázat kyslíky ve vrcholech tetraedrů krystalů jílových minerálů, dochází k jejich rozpadu.
Při podzolizaci jsou z eluviálních horizontů přemisťovány také bazické kationty (Mg2+, Ca2+, K+ apod.). Eluviální horizonty se vyvíjejí z horizontu Ah, který s postupující podzolizací přechází v horizont Ahe (koloidy ochuzený humózní horizont s vybělenými křemennými zrny) až Ae, Ae/Ep, až je diferencován samostatně horizont Ep (podzolizací ochuzený), který je typický světle šedou až bílou barvou.
Pod eluviálním horizontem se vyvíjejí diagnostické spodické horizonty zbarvené pigmentujícími humusovými látkami do hnědých odstínů a seskvioxidy do rezivých odstínů: Bsd (ortštějnový ztvrdlý spodický), Bh (humusoiluviální), Bhs (humusoseskvioxidový), Bs (seskvioxidový). Tyto horizonty dokládají iluviační procesy srážení transportovaných látek. Spodické horizonty obsahují alespoň 30–40 % amorfního železa, což je sledováno tzv. poměrem Feo/Fet (oxalátové železo/celkové železo) alespoň 30 %.
Půdy jsou silně kyselé a sorpčně silně nenasycené: ve spodickém horizontu je bazická saturace nižší než 30 %, saturace sorpčního komplexu hliníkem je nad 30 %. Přechody horizontů jsou často zvlněné až kapsovité a ostré.
Podzolizace probíhá za intenzivně promyvného režimu půdy, tedy při vysokých srážkových úhrnech, při vysoké propustnosti např. písčitých půd, na minerálně chudých horninách a při nízké biologické aktivitě půdy (z edafonu jsou zastoupeny zejména houby). Vyznačují se morovými formami humusu a zpomalenou humifikací. Podzolizaci podporuje kyselý, chudý a obtížně rozložitelný opad jehličnatých dřevin, např. smrku nebo borovice, při jehož rozkladu vznikají nízkomolekulární kyselé a nestabilní fulvokyseliny. Intenzita a rychlost podzolizace je značně závislá na vlastnostech matečné horniny. Na chudých píscích se může Ep horizont vyvinout i v rámci několika let. Tento materiál podzolizaci favorizuje, neboť se zde tvoří pouze nestabilní a celkově málo zastoupené vazby železa a organické hmoty. Naopak na minerálně bohatších a texturně těžších substrátech může podzolizace trvat stovky až tisíce let.
V půdní taxonomii má podzolizace vazbu na vývoj kambizemě dystrické v iniciačních fázích; v pedogenezi dále navazují kryptopodzoly s vývojem organominerálního horizontu Ahe (popř. Ep) a spodického horizontu Bsv.
Ilimerizace (Lesiviace)
IIlimerizace je proces mechanického přemisťování jílu bez změny jeho stavby. Jedná se o fyzikálně-chemický proces, při kterém dochází za mírné acidifikace (které zpravidla předchází dekarbonizace) k peptizaci půdní struktury (rozmělnění na jednotlivé půdní částice, ztráta soudržnosti půdních částic). Následně je jíl dispergován na jednotlivá zrna a mechanicky translokován do spodních částí půdy s gravitační vodou. Zde dochází ke zpětné koagulaci jílu (tvorbě agregátů), neboť jsou zde ve větší míře obsaženy soli bohaté na dvojmocné báze jako Ca2+. Jíl se zde sráží ve formě argilanů na kutanech, což jsou povlaky jílu a s ním spojené světlejší útvary na povrchu pedů (půdních agregátů).
Eluviální, ilimerizací ochuzené horizonty se označují El. Vyvíjí se v nich lamelární (lístkovitá) struktura, jsou chudé na jíl a nabývají světlých (plavých) barev. U šedozemí je eluviální horizont označován Ame. Vzniknul zpravidla vývojem z černozemí, které byly degradovány např. vlivem změny stepní vegetace na lesní, která má acidifikační charakter.
Horizont El přechází do luvického, jílem obohaceného horizontu Bt. Přechod je zvlněný při mírné ilimerizaci a klínovitý až jazykovitý při intenzivní ilimerizaci. Luvický horizont je texturně těžký, má tmavší odstíny a polyedrickou až prismatickou strukturu a je sorpčně nasycený s vysokou kationtovou výměnnou kapacitou. Při výrazné ilimerizaci je patrný výrazný přechod mezi El a Bt a vyvíjí se degradovaný horizont Btd. U šedozemí je luvický horizont obohacený také o humusové látky, má tmavé argilany a značí se Bth.
Mezi horizonty El a Bt je výrazná texturní diferenciace, která udává poměr procentického obsahu jílu v horizontu Bt : procentickému obsahu jílu v horizontu El. Při vývoji luvických subtypů půd je texturní diferenciace alespoň 1,2 až 1,8; při vývoji hnědozemí je texturní diferenciace 1,6 až 1,8; při
vývoji luvizemí 2,7 až 2,9 (min. 2,2).
Ilimerizace probíhá zejména na substrátech odvápněných spraší, sprašových hlín, polygenetických hlín nebo na substrátech zvětralin s eolickou příměsí. Ilimerizace je vázána na vývoj luvických subtypů a půdních typů referenční třídy Luvisoly (Šedozem, Hnědozem, Luvizem). Ve smyslu polygeneze půd může na ilimerizační proces navazovat oglejení, které dokládá periodickou stagnaci vody v půdním profilu: voda je v půdě s vývojem luvického horizontu zadržována na stále delší dobou a luvizem může přecházet v oglejené subtypy až v pseudogleje a stagnogleje (referenční třída Stagnosoly).
Metamorfické půdotvorné procesy
Brunifikace (Hnědnutí)
V podmínkách mírného klimatického pásu s humidním klimatem je dominantním metamorfickým půdotvorným procesem brunifikace neboli hnědnutí. Jde o vnitropůdní zvětrávání v místě rozpadu horniny (in situ) za vzniku diagnostického horizontu Bv.
Brunifikace probíhá ve slabě kyselém prostředí. Dochází k přeměně alumosilikátů a dalších silikátů, zejména obsahujících železo Fe2+. Železo přechází do oxidované formy, kdy vzniká limonit (hnědel) a goethit jako Fe-oxyhydroxid a vznikají také další barvící složky, jako oxidy Mn a sekundární (jílové) minerály. Tyto složky podmiňují vývoj okrových až rezavohnědých barev difuzně rozptýlených v půdním matrix. Z celkového obsahu železa amorfní oxidy zaujímají až 25 %.
Brunifikaci dokládá diagnostický horizont Bv (kambický, vývoj kambizemí) nebo Bp (pelický, vývoj pelozemí). Ten obsahuje vyšší podíl jílové frakce, má červenější (rezivější) a sytější barevné odstíny a vyšší strukturnost (polyedrické struktury) než organominerální (A) nebo substrátové (C) horizonty. Na rozdíl od ilimerizace, jíl v B horizontu nepochází z migrace půdním profilem, ale ze zvětrávání primárních alumosilikátů (zejména živců).
Brunifikace je proces dokládající poměrně mladý vývoj půd s nepříliš vysokým stupněm zvětrání matečné horniny. V pedogenetické řadě je to proces, na který navazují (nemusí nutně) vývojově starší podzolové půdy v případě kyselých matečných hornin nebo ilimerizované půdy v případě eolických příměsí. Oproti podzolovým půdám jsou půdy s kambickým procesem bohatší na jíl. Železo uvolněné během podzolizačních procesů vytváří rychle vazby s organickou hmotou, neboť je zde nízký podíl jílu, zatímco během kambického procesu vytváří oxidy železa, jílové minerály a organická hmota v krycím souvrství nepohyblivé komplexy. Je-li v důsledku biologické degradace železo uvolněno z humuso-jílových komplexů, rychle se sráží do formy goethitu, který je v půdách značně stabilní.
Brunifikace je také vázána na bohatší rostlinný opad, který brzdí acidifikační proces. Brunifikace však není jediný metamorfický proces: v podmínkách vrchovin tropických oblastí probíhá proces rubifikace, který je doprovázen červenou pigmentací metamorfických partií půdního profilu. V těchto půdách je celkově nízký obsah organické hmoty, a proto železo nevytváří vazby s humusovými látkami, nýbrž se přímo sráží do formy hematitu nebo ferrihydritu. Rubifikace je diagnostikována prostřednictvím rubifikovaného – chromického horizontu Br, který je červenějších odstínů a sytějších než výše nebo níže položené partie půdního profilu.
Půdotvorné procesy v hydrických podmínkách
V hydrických podmínkách mohou probíhat dva půdotvorné procesy rozdílné podle míry stagnace vody v půdním profilu. Je-li voda v půdě trvale přítomna a hladina podzemní vody je blízko půdního povrchu, probíhá glejový půdotvorný proces, je-li voda v půdě přítomna periodicky a půdní profil je občasně zaplavován vodou, probíhá půdotvorný proces oglejení. Při stagnaci vody až na půdním povrchu a za celkově anaerobních podmínek probíhá proces rašelinění neboli ulmifikace neboli paludizace.
V každém případě dochází k procesům, které se projevují ve změně oxidačního čísla ve smyslu redukce – příjmu elektronů (Fe3+ → Fe2+) nebo ve smyslu oxidace – ztráty elektronů (Fe2+ → Fe3+). Redukce probíhá za anaerobních (anoxických) podmínek, oxidace za aerobních (oxických) podmínek.
Při glejovém procesu jsou nastoleny převážně anoxické podmínky, přičemž je zaplněno více než 80 % pórů z celkové pórovitosti vodou. Glejový proces se projevuje změnou barvy diagnostických horizontů, které se značí písmenem G (Gr, Gor, Gro). Glejový proces probíhá zpravidla v texturně těžkých půdách (jílovito-hlinité, jílovité) nebo ve stratifikovaném půdním profilu, s permanentní dotací půdního profilu podzemní vodou (terénní deprese, blízkost vodních toků).
Glejový proces
Glejový proces je spojen s barevnými změnami vlivem redukce železa (šedé zbarvení), fosfátů (modravé, šedomodré zbarvení), sirníků (černohnědé až černé zbarvení) či alumosilikátů (zelenavé zbarvení), železa, hliníku a kyseliny křemičité (šedozelené zbarvení). Protože je dvojmocné železo rozpustnější nežli oxidované trojmocné, může dojít při glejovém procesu k jeho vymývání, zejména za intenzivnějšího laterálního pohybu podzemní vody. V takových případech se v půdním profilu vyvíjí hydroeluviovaný horizont Ew.
Glejový proces doprovází snížení biologické aktivity vlivem anoxických podmínek a tím akumulaci nedokonale rozložené organické hmoty za vzniku hydrogenních holorganických (Ot) nebo organominerálních horizontů At, Ahg nebo Aug a produkce metanu, sirovodíku, alkoholů atd. Glejový proces je poután s půdami referenční třídy Glejsoly, tedy s půdním typem Glej. Je to dvojfázová půda s více méně homogenním zbarvením diagnostických horizontů.
Psudoglejový proces
Při oglejení neboli pseudoglejovém procesu dochází k periodickému zamokření půdního profilu a ke střídání redukčních a oxidačních podmínek. Při redukčním stavu je zaplněno vodou více jak 80 % pórů z celkové pórovitosti. Kovy (Fe, Mn, Al) se za těchto podmínek dostávají do redukovaných forem – např. Fe(HCO3) a s nízkomolekulárními organickými látkami vytváří rozpustné, vysoce pohyblivé cheláty.
V průběhu oglejení neprobíhá výraznější vertikální posun půdních částic. Vysvětlené (světle šedé až bílé odstíny) půdní horizonty jsou tedy důsledkem zbarvení půdního matrix do šedých odstínů v důsledku redukčních pochodů. Vyplněné póry, trhliny a štěrbiny zůstávají i po následných oxidačních procesech stále šedé (vytváří se tzv. ferrany); ostatní matrice se barví do hnědých až hnědorezivých odstínů, a to ve formě jednotlivých nodulů s vysokým obsahem železa a manganu, tzv. bročků, nebo ve formě skvrn, jazykovitých záteků a rourkovitých novotvarů podél kořenů, nebo v částech půdního profilu s vyšším pH (např. kolem vápencových inkluzí).
V půdním profilu se tak vyvíjí typické mramorování s diagnostickým horizontem Bm – mramorový redoximorfní horizont s mozaikovitou barevností se střídáním hnědorezivých, okrových až rezivých odstínů, k barvě šedé v poměru převážně 1 : 1 i méně (1 : 2).
Diagnostika redukovaného železa (Fe2+) se provádí pomocí ferrikyanidu draselného nebo také hexakyanoželezitanu draselného (K3[Fe(CN)6]), kdy se v kyselém prostředí (předcházející aplikace kyseliny chlorovodíkové HCl) půda zbarvuje do modra vlivem reakce s železnatými ionty Fe2+ a vzniká hexakyanoželeznatan železnatý neboli Turnbullova nebo také pruská modř). Diagnostika reoxidovaného železa (Fe3+) se provádí pomocí ferrokyanidu draselného nebo také hexakyanoželeznatanu draselného (K4[Fe(CN)6] · 3H2O), kdy se v kyselém prostředí (taktéž předcházející aplikace HCl) půda zbarvuje do modra vlivem reakce s železnatými ionty Fe3+ a vzniká hexakyanoželeznatan železitý neboli berlínská modř).
Zasolování a odsolování půd
Půdotvorný proces zasolení znamená zvýšení obsahu snadno rozpustných solí v půdním profilu. Jedná se především o chloridy (NaCl, KCl apod.) a sírany (CaSO4, CaSO4 · 2H2O). Tento proces je podmíněn vnějšími podmínkami, a to:
- přítomností solí v půdním roztoku, které jsou zpravidla vyluhovávány z geologického substrátu;
- kapilárním zdvihem, který plyne ze vzestupného směru pohybu půdní vody. Druhá podmínka je typická pro oblasti s aridním nebo semiaridním klimatem, kde převažuje výpar nad srážkami a ve vodě rozpustné soli jsou vynášeny do svrchních vrstev půdy.
Důsledkem pak je srážení solí v půdním tělese v podobě krystalů nebo jejich vynášení až na půdní povrch a tvorba solných kůr. Vyvíjí se salický horizont S, typický vysokými hodnotami elektrické vodivosti. Přítomnost NaCl v půdním roztoku má za následek přechod sodíku do sorpčního komplexu a vytěsnění ostatních živin. Půdy se tak vyznačují výrazně extrémním chemismem.
V případě poklesu hladiny podzemní vody může dojít k vyluhování solí z půdy v důsledku přerušení kapilárního zdvihu. Následně může dojít k vymývání solí z půdy a vývoji eluviálního horizontu Es, pod kterým se nachází na sodík bohatý natrický horizont Nn. Důsledek zasolení je jednak ve zmíněném extrémním chemismu, jednak ve ztrátě půdní struktury a peptizaci půdy, jednak ke snížení dostupnosti vody rostlinám z důvodu vysokého koncentračního spádu.
K zasolení půdy může docházet také vlivem antropické činnosti – zimní údržby vozovek chemickým posypem – a to nejen v urbanizovaném území. V takových případech je potom sledována koncentrace solí ve vodních tocích a obsah sodíku v sorpčním komplexu půdy
Zdroj: Vavříček, D. Kučera, A. Lesnická pedologie pro posluchače LDF Mendelu v Brně, Ústav geologie a pedologie, Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta, [cit.: 30. 07. 2020], dostupné z: https://akela.mendelu.cz/~xcepl/inobio/skripta/Zaklady_lesnicke_pedologie_old.pdf