По сравнению с достаточно хорошо изученной биогеохимией железа о биогенных преобразованиях алюминия в настоящее время известно значительно меньше. Принимая во внимание слабую изученность данных вопросов, считаем целесообразным не только подробно остановиться на превращениях алюминия в связи с проблемой минералообразования, но и коснуться некоторых общих закономерностей его миграции и аккумуляции в почвах и коре выветривания.
Алюминий принадлежит к числу наиболее распространенных на нашей планете химических элементов. Его содержание в земной коре уступает только содержанию кислорода и кремния. В почве этот элемент присутствует в виде различных минеральных и металлорганических соединений, разнообразие которых в значительной степени определяет физико-химические и минералогические особенности почвы. Первоисточник всех содержащихся в почве, форм алюминия — минералы почвообразующей породы, в процессе разложения которых алюминий освобождается и включается в цикл дальнейших превращений.
По данным ряда авторов, освобождение алюминия при деструкции минералов может происходить либо в результате усиленного выноса всех остальных, более подвижных в соответствующих условиях химических элементов, либо вследствие воздействия микробных метаболитов, образующих с алюминием комплексные соединения, на разрушающиеся алюмосиликаты. В первом случае алюминий может накапливаться в виде минерального остатка, в последнем же он сразу подвергается хелатизации, связывается в металлорганический комплекс и приобретает подвижность.
Процессы преобразования соединений алюминия, миграция и аккумуляция этого элемента наиболее ярко выражены в почвах, формирующихся в условиях влажного климата. В зависимости от состава почвообразующей породы, физико-химического режима и природы действующих агентов в результате выветривания алюмосиликатов может происходить преимущественное накопление либо остаточного кремнезема, либо полуторных окислов. В соответствии с этим глинозем выносится из определенных почвенных горизонтов или, наоборот, закрепляется в них, что при условии проявления главным образом какого-либо одного из упомянутых процессов приводит в конечном итоге к подзоло- или латеритообразованию соответственно.
Подвижность алюминия в почвах обусловлена в значительной степени его способностью к образованию органо-минеральных комплексов, в составе которых он может мигрировать в широком диапазоне pH. Как мы видели, в основе механизма мобилизации алюминия из кристаллических решеток алюмосиликатов часто лежат реакции хелатизации. Образующиеся при этом алюмоорганические соединения широко распространены в природе, их появление в почвах — результат воздействия продуктов разложения растительных остатков и специфических гумусовых кислот на алюмосиликаты почвообразующей породы. В подзолистых почвах они присутствуют в форме органо-минеральных комплексов, образованных алюминием с гумусовыми кислотами. В иллювиальных горизонтах подзолов алюмоорганические соединения фульвокислот закрепляются и накапливаются в значительных количествах.
Комплексные соединения алюминия не только постоянно образуются в профиле почвы в результате взаимодействия продуктов превращения растительных остатков с алюмосиликатами породы, но и поступают в нее уже в готовом виде с растительным опадом. В тканях некоторых видов растений на долю глинозема приходится до 27—30% от массы содержащихся в них минеральных элементов.
По-видимому, основная часть поглощенного алюминия находится в растениях в виде комплексных алюмоорганических соединений, о чем свидетельствуют данные о токсичности ионной формы алюминия для живых организмов и о защитной функции комплексообразования, с помощью которого растение ограждает себя от отравления. В растениях обнаружены комплексные соединения алюминия с органическими кислотами, аминокислотами и белками.
Какова же дальнейшая судьба поступающих в почву и образующихся в ней алюмоорганических соединений? По-видимому, в зависимости от конкретной экологической обстановки они могут либо минерализироваться, либо выноситься за пределы почвенного профиля, либо консервироваться и закрепляться, например, в составе гумусовых веществ. В почвах влажных тропиков преобладают, вероятно, процессы минерализации и выноса алюмоорганических комплексов, а в почвах подзолистой зоны достаточно хорошо выражены процессы их консервации.
Несмотря на то что широкое распространение алюмоорганических соединений в природе очевидно, до настоящего времени пути, агенты и продукты их разложения остаются неизученными, а возможное значение процесса их превращения для почвообразования — неучтенным. Логично предположить, что при минерализации комплексов микроорганизмами алюминий должен освобождаться в неорганической форме, которая в зависимости от условий может находиться либо в растворенном состоянии, либо в виде минерального осадка. Учитывая токсичность ионов алюминия для многих живых организмов, следует ожидать, что выпадение освобождающегося алюминия из раствора должно способствовать дальнейшему разложению алюмоорганических соединений, а накопление этого элемента в виде иона — тормозить данный процесс.