The changes in pore space in humus aggregates of soddy podzolic soils in conditions of multiple freezing and thawing process

The paper discuss the literature data on clay mineralogy of vertisols and presents the investigation of clayey soils formed in ultra-continental climate in the Eravna depression (Buryatia). Soils are formed on the watershed and shoulder positions of the local ridge and are underlined by permafrost. Morphological analysis of soils revealed a combination of cryogenic features (permafrost wedges and cracks, cryogenic structure, above permafrost gleyization) and vertic properties (slickensides, wedge-shaped aggregates). According to the morphology, the soils were classified as Dark compact soil or Gleyic Vertisol Glossic Gelistagnic on the shoulder position, and as Chernozem-like weakly compacted cryoturbated soil or Vertic Gleyic Phaeozem Glossic Pachic Clayic Gelistagnic on the watershed where vertic features were weakly expressed. According to physical properties and clay mineralogy, the shrinking-swelling potential of the soil on the watershed is comparable to the soil of the shoulder: almost the same, and in some horizons even higher content of clay (up to 76%), fine clay (up to 54%) and swelling components in the fine clay (<0.001 mm) fraction (93-98% of montmorillonite). However, in the ultra-continental climate of Buryatia and close-lying permafrost (depth to permafrost at the end of August was about 250-280 cm), the most contrasting hydrothermic regime and the most favorable conditions for the implementation of shrinking-swelling are created in the upper steep part of the south-facing slopes. Due to the fact that soils on the watershed receive more moisture and less heat, this results in less contrasting hydrothermic conditions and less pronounced shrinking-swelling processes. The lack of conditions for full realization of shrinking-swelling potential in clayey soils of watersheds is the reason for identification of vertic features at a lower taxonomic level.

циклы замораживания-оттаивания, микротомография, микроморфометрия, набухание агрегатов, форма пор, vertisol, vertic soil, montmorillonite, hydrothermic regime, shrinking-swelling

1. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е. Изменение структуры горных пород при цикличном замораживании и оттаивании // Обогащение руд. 2015. № 2. С. 28-31. doi: 10.17580/or.2015.02.06

2. Курилко А.С. Влияние циклов замораживания-оттаивания на массообменные свойства дисперсных горных пород. Дис. … к.т.н. Якутск. 2000. 137 с.

3. Курилко А.С. Экспериментальные исследования влияния циклов замораживания-оттаивания на физико-механические свойства горных пород. Якутск: Изд-во СО РАН, 2004. 153 с.

4. Курилко А.С., Иудин М.М. Каноническое представление влияния циклов замораживания-оттаивания на прочность горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2010. № 10. С. 310-313.

5. Микростроение мерзлых пород / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Изд-во Мщск. ун-та, 1988. 183 с.

6. Ратькова Е.И., Катаров В.К., Ковалева Н.В. Уплотнение оснований лесных дорог на глинистых грунтах в межсезонные периоды // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Биологические науки. 2015. № 4. С. 95-97.

7. Ратькова Е.И., Сюнев В.С., Катаров В.К. Влияние цикла замораживание-оттаиваниена модуль деформации и коэффициент сжимаемости суглинков // Ученые записки Петрозаводского гос. ун-та. Сер. Естественные и технические науки. 2013. № 4 (133). С. 75-78.

8. Романенко К.А., Рогов В.В., Юдина А.В., Абросимов К.Н., Скворцова Е.Б., Курчатова А.Н. Исследование микростроения мерзлых почв и дисперсных пород с помощью рентгеновской компьютерной томографии: методы, подходы, перспективы // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. № 83. С. 103-117.

9. Скворцова Е.Б., Калинина Н.В. Микроморфометрические типы строения порового пространства целинных и пахотных суглинистых почв // Почвоведение. 2004. № 9. С. 1114-1125.

10. Скворцова Е.Б., Сапожников П.М. Трансформация порового пространства уплотненных почв в ходе сезонного промерзания и оттаивания // Почвоведение. 1998. № 11. С. 1371-1381.

11. Ghazavi M., Roustaie M. The in fluence of freeze-thaw cycles on the unconfined compressive strength of fiber-reinforced clay // Cold Regions Science and Technology. 2010 V. 61. P. 125-131.

12. Hazirbaba K., Zhang Y., Leroy Hulsey J. Evaluation of temperature and freeze-thaw effects on excess pore pressure generation of fine-grained soils // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2011. Т. 31. № 3. С. 372-384.

13. Hugh A.L. Henry Soil freeze-thaw cycle experiments: Trends, methodological weaknesses and suggested improvements // Soil Biology and Biochemistry 2007. V. 39. Is. 5. P. 977-986.

14. Laplante C.M.C. The application of destructive and non-destructive testing techniques to qualitatively analyze the cracking structure produced by freeze-thaw cycles in compacted fine-grained soils Degree: Ph.D., 1998.

15. Oztas T., Fayetorbay F. Effect of freezing and thawing processes on soil aggregate stability // Catena. 2003. Т. 52. № 1. С. 1-8.

16. Pardini G., Guidi G.V., Pini R., Regues D., Gallart F. Structure and porosity of smectitic mudrocks as affected by experimental wetting-drying cycles and freezing-thawing cycles // Catena. 1996. V. 27. № 3-4. P.149-165.

17. Six J., Bossuyt H., Degryse S., Denef K. A history of research on the link between (micro)aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics // Soil Tillage Research. 2004. V. 79. P. 7-31.

18. Taina I.A., Heck R.J., Deen W., Ma E.Y.T. Quantification of freeze-thaw related structure in cultivated topsoils using X-ray computed tomography // Can. J. Soil Sci. 2013. V. 93. P. 533-553.

19. Torrance J.K., Elliot T., Martin R., Heck R.J. X-ray computed tomography of frozen soil // Cold regions science and technology. 2008. V. 53. P. 75-82.

20. Wang T.-L., Bu J.-Q., Xu L., Wang Y., Yan H. Thaw subsidence properties of soils under repeated freeze-thaw cycles // Yantu Gongcheng Xuebao/Chinese J. Geotechnical Engineering. 2014. V. 36. № 4. P. 625-632.