Минералогический состав минеральной части почвы - Генетическое почвоведение
Известно, что рыхлые горные породы образуются в результате выветривания изверженных горных пород и представляют собой смесь продуктов химического и физического выветривания, т. е. смесь первичных и вторичных минералов. Первичные минералы обладают различной устойчивостью против разрушения, поэтому в составе рыхлых пород они могут встречаться в различных соотношениях.
Минерал - это однородное в химическом отношении тело, обладающее постоянством химического состава и определенными физическими свойствами. По физическому состоянию минералы бывают твердые, жидкие и газообразные. Многие минералы имеют определенную форму и являются кристаллическими. Большинство минералов аморфны. Количество первичных минералов, встречающихся в изверженных породах, достигает более 3000.
Примерно 92% общей массы изверженных пород состоит из четырех групп минералов: полевых шпатов, роговых обманок и пироксенов, кварца и слюды. Из них наибольшей механической прочностью обладает кварц, затем следуют полевые шпаты, роговые обманки и пироксены, слюды. В связи с этим при физическом выветривании они дробятся с различной скоростью. Более прочные будут разрушаться медленнее и сохраняться в виде более крупных частиц. Менее прочные минералы будут дробиться сильнее и быстрее переходить в более мелкие гранулометрические фракции.
Первичные минералы различаются между собой химическим составом и строением кристаллической решетки, что и предопределяет их неодинаковую устойчивость против выветривания.
Отношение радиуса катиона к радиусу аниона определяет форму кристаллической решетки и характер элементарной ячейки.
Элементарной ячейкой кремнекислородного соединения является тетраэдр, четыре вершины которого заняты крупными анионами О2+ (r = 1,32 А0), а в центре находится катион с небольшим радиусом Si4+ (r = 0,39 А0). Данный тетраэдр является основной структурной ячейкой всех существующих соединений кремния с кислородом. Ячейка SiO4 заряжена отрицательно (на 4 положительных заряда Si приходится 8 отрицательных зарядов кислорода). Отрицательный заряд ячейки может быть компенсирован путем присоединения катионов или соединением с другими кремнекислородными тетраэдрами.
Соединение тетраэдров между собой происходит через вершины, при этом определенные ионы кислорода одновременно связаны с двумя ионами кремния. Оставшиеся свободные валентности кислородных анионов нейтрализуются катионами. Кремнекислородные тетраэдры могут образовывать непрерывные структуры в виде одинарных цепочек, что характерно для пироксенов. В случае, когда кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой таким образом, что каждый из четырех кислородных ионов принадлежит двум тетраэдрам, получается структура, не имеющая свободных ионов кислорода. Подобную структуру имеет кварц (SiO2)N , который отличается большой прочностью.
Такая же форма трехмерных каркасов характерна и для полевых шпатов, однако в некоторых из тетраэдров Si заменен Al3+. В результате такого замещения образуется алюмокислородный комплекс (AlO4)5?. Он несет на единицу больший отрицательный заряд, чем SiO4, который компенсируется тем или иным катионом. Этим можно объяснить химический состав алюмосиликатов, к которым принадлежат полевые шпаты: альбит Na[Al, Si3O8], анортит Ca[Al2Si2O8] и др. В альбите из четырех ионов Si один замещен на Al3+, возникший отрицательный заряд компенсирован Na. В анортите из четырех ионов Si4+ два иона замещены на Al3+, два отрицательных заряда компенсируются Ca2+.
Минералы, в которых ион Si4+ Замещается ионом Fe3+ , называются феррисиликатами. Изоморфные замещения происходят в кристаллической решетке в период ее образования, качество и количество замещающих ионов зависит от состава и концентрации окружающего раствора.
В результате химического выветривания первичные минералы изменяют свой состав и внутреннюю структуру. Выветривание в первую очередь затрагивает поверхность минералов, поэтому с их измельчением возрастает суммарная поверхность, и процессы разрушения ускоряются.
Важнейшим фактором химического выветривания является вода, а также присутствующие в почве кислород и углекислота. Основными типами реакций, происходящими в почве, являются: гидратация, гидролиз, растворение, окисление-восстановление.
Гидратация - это притяжение молекул воды к поверхности минералов. Реакции Гидролиза Приводят к замене катионов кристаллической решетки на Н+ - ионы воды. Присутствие в минералах Fe2+ также способствует выветриванию, так как Окисление Fe2+ до Fe3+ приводит к изменению объемов, занимаемых ионами в кристаллической решетке, что вызывает в конечном итоге ее разрушение.
При полном разрушении силикатов образуются простые продукты выветривания: гидрата окислов Fe, Al, одно - и двухвалентных оснований, гидрат окиси кремния (кремниевая кислота) и некоторые другие кислоты. В коллоидном и растворенном состоянии кремниевая кислота может вступать в реакцию с полуторными окислами, образуя при этом сложные соединения. Освобождающиеся при выветривании основания, реагируя с кислотами, образуют простые соли, являющиеся вторичными минералами: карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты, силикаты. В разной степени растворяясь в воде, они могут накапливаться в условиях засушливого климата.
Помимо простых вторичных минералов, при выветривании могут образовываться вторичные Алюмосиликаты и Феррисиликаты. Эти минералы входят в состав различных глин и поэтому носят название глинистых (глинных). Являясь частью почв, они определяют очень важные для развития растений почвенные свойства (поглотительная и обменная способность, кислотность, буферность, водоудерживающая способность и др.). Из большого числа глинных минералов, для почв наибольшее значение имеют группы: каолинита, мантмориллонита и гидрослюд.
Минералы группы Каолинита имеют двухслойную кристаллическую решетку, которая состоит из двух слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и слоя алюмо-кислородно-гидроксильных октаэдров.
В кремнекислородном слое вершины тетраэдров повернуты в одну сторону и являются "кислородными мостиками", связывающими тетраэдрический и октаэдрический слои: О2Ї одновременно связан с атомами Si4+ и Al3+. В целом элементарная ячейка каолинита электронейтральна и соответствует формуле Al4Si4O10(OH)8 Или Al2Si2O5(OH)4. При разламывании пакетов боковые поверхности кристаллов имеют ненасыщенные валентности, что может вызывать адсорбцию ионов из окружающего раствора. Расстояние между пакетами каолинита равна 7,2 А0 и не изменяется. Он не впитывает воду в межпакетные пространства и поэтому не набухает.
Монтмориллонит состоит из трехслойных пакетов: октаэдрический слой заключен между двумя тетраэдрическими. Межпакетные расстояния монтмориллонита изменяются от 9,4 до 21,4 А0 и варьируют в зависимости от количества поглощенной воды. Способность монтмориллонита к набуханию значительна. Структура монтмориллонита отвечает химической формуле Al4Si8O20(OH)4 - nН2О. В этой формуле nН2О - вода, разделяющая пакеты. Кристаллическая решетка электрически нейтральна и содержит по 44 положительных и отрицательных заряда. Минералам группы монтмориллонита характерны разнообразные изоморфные замещения: Si в тетраэдрических слоях может быть частично замещен на Al3+, а алюминий в октаэдрическом слое замещается Fe2+ и Fe3+, Mg2+ и другими металлами.
Из глинистых минералов в почвах большое место принадлежит группе гидрослюд, в которую входят гидромусковит (иллит), гидробиотит и другие гидратированные слюды. Кристаллическая решетка иллита построена так же, как и у монтмориллонита. Разница состоит в том, что в тетраэдрах часть Si4+ (до 1/4) замещена Al3+. При этом образовавшийся отрицательный электрический заряд компенсируется ионом К+, который прочно связывает пакеты между собой. Поэтому межпакетная вода в иллите отсутствует.
Кроме распространенных индивидуальных глинистых минералов, в природе существуют так называемые смешанно-слоистые минералы, пластинки которых состоят из чередующихся пакетов различных минералов, например, иллита, монтмориллонита и т. д.
Глинистые минералы в природе образуются двумя путями. Первый путь представляет собой постепенное изменение первичных минералов, что приводит к образованию новых форм кристаллических решеток. Вторичные минералы могут возникать также путем синтеза из простых продуктов распада первичных минералов: полевых шпатов, амфиболов, вулканических стекол и т. д. Образующиеся при распаде вещества вступают между собой в реакции взаимодействия, продукты которых выпадают в осадок.
Скорость разрушения первичных и механизм образования вторичных минералов зависят от ряда факторов: 1) особенности первичного минерала (кристаллическая структура, степень дисперсности, химический состав и т. д.), 2) сочетание первичных минералов, 3) температуры, 4) влажности, 5) реакции среды, 6) условий выноса продуктов выветривания, 7) жизнедеятельности организмов.
Основные породы разрушаются быстрее кислых и поэтому продукты их выветривания в большей мере обогащены каолинитом. Сухой и холодный климат замедляет разрушение минералов, а теплый и влажный - ускоряет. В условиях промывного режима происходит вымывание щелочей, щелочноземельных оснований, кремнезема, и, как следствие, из гидрослюд и монтмориллонита образовывается каолинит и галлузит.
Так как в различных гранулометрических фракциях преобладают различные минералы, поэтому рыхлые породы, подвергаясь сортировке по фракциям, сортируются также по минералогическому составу. Например, в песках содержатся в основном, первичные минералы (кварц, полевые шпаты), в глинах - вторичные, в суглинках - смесь первичных и вторичных. Минералогический состав илистой фракций (< 0,001мм) резко отличается от состава более крупных фракций. Из первичных минералов в этой фракции встречается главным образом кварц, который из-за химической устойчивости может сохраниться в виде очень мелких частиц, другие минералы этой группы присутствуют в очень малых количествах. В данной фракции сосредотачивается основная масса вторичных алюмосиликатов.
Химический состав почв тесно зависит от состава почвообразующих пород. Химические элементы, входящие в состав литосферы, содержатся в ней в неодинаковых количествах. При этом состав литосферы значительно отличается от состава почвы (табл.4)
Литосфера почти на половину состоит из кислорода - 47,2%, второе место занимает Si - 27,6%, потом Al - 8,8% и Fe - 5,1%. Калий, кальций, магний составляют по 2-3%, остальные химические элементы составляют менее 1%.
Почвы, по химическому составу, значительно отличаются от литосферы. В них более высокое среднее содержание О и Н, в 20 раз больше С, в 10 - N, меньше, чем в литосфере - Al, Fe, Ca, Na, K и Mg. Состав почв относительно почвообразующих пород более динамичен.
Таблица 4. Среднее содержание химических элементов в литосфере и почвах, в весовых % (по Виноградову, 1950)
Элементы |
Литосфера |
Почва |
Элементы |
Литосфера |
Почва |
O |
47,2 |
49,0 |
C |
(0,1) |
2,0 |
Si |
27,6 |
33,0 |
S |
0,09 |
0,085 |
Al |
8,8 |
7,13 |
Mn |
0,09 |
0,085 |
Fe |
5,1 |
3,8 |
P |
0,08 |
0,08 |
Ca |
3,6 |
1,37 |
N |
0,01 |
0,1 |
Na |
2,64 |
0,63 |
Cu |
0,01 |
0,002 |
K |
2,6 |
1,36 |
Zn |
0,005 |
0,005 |
Mg |
2,1 |
0,6 |
Co |
0,003 |
0,0008 |
Ti |
0,6 |
0,46 |
B |
0,0003 |
0,001 |
H |
(0,15) |
? |
Mo |
0,0003 |
0,0003 |
Похожие статьи
-
Почвенный профиль. Морфологические признаки почв. В результате длительного почвообразовательного процесса изменяются внешний вид и свойства материнской...
-
В случае контактового метаморфизма происходят изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных...
-
Форма рудных тел, Минеральный состав - Колчеданные месторождения
Форма рудных тел колчеданных месторождений и особенности их внутреннего строения соответствует степени метаморфизма вмещающих пород. В породах слабо...
-
Факторы почвообразования - Генетическое почвоведение
В. В. Докучаев говорил, что почва есть результат совокупного, весьма тесного, векового взаимодействия между водой, воздухом, землей, растительными и...
-
Почвообразовательный процесс - Генетическое почвоведение
Многие миллионы лет потребовалось для того, чтобы массивные горные породы, покрывающие землю, превратились в почву. Прежде чем начался...
-
Полевые шпаты - 55% Пироксены и амфиболы - 15 Кварц и его разновидности - 12 Глинистые минералы - 1.5 Кальцит - 1.5 Вода в свободном и поглощенном...
-
Радиометрические методы - Методы изучения элементного состава минерального вещества
Атомы химических элементов состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов оболочки. Ядро состоит из нуклонов, к которым...
-
Окраска породы на сколе имеет однородную темно-серую окраску. Также порода покрыта коркой буроватого цвета - это, скорее всего, свидетельствует о том,...
-
Органическое вещество почв - Генетическое почвоведение
Органические вещества твердой части почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Негумифицированные...
-
ГЕОЛОГИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ, СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ - Геология земной коры
Литосфера напластование минерал горная порода Предполагают, что Земля состоит из нескольких оболочек: литосферы -- наружной твердой толщиной до 50--70...
-
МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. льгпт - логос, слово, учение / англ. Mineralogy; нем. Mineralogie; фр. Minйralogie; ит. Mineralogнe) - наука о минералах....
-
Монтмориллонитовые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение
На втором месте по распространенности находятся минералы группы монтмориллонита. Около 30% образцов содержали монтмориллонит в качестве преобладающего...
-
Введение - Генетическое почвоведение
Курс географии почв занимает особое место в географическом образовании, что обусловлено исторически. Генетическое почвоведение - наука, положившая начало...
-
Содержание нормативных минералов по данным пересчета, % Минеральный состав по петрографическим данным, % Магнетит 6 10,1 10-15 Рудные Ильменит 4,1 КПШ...
-
Введение - Строение земной коры
Земная кора является наиболее хорошо изученной твердой оболочкой Земли. Название "кора" исторически связано с представлением о твердой оболочке,...
-
Гидрослюдистые глины - Влияние состава и состояния глинистых грунтов на морозное пучение
Количественные подсчеты показывают, что преобладающим минералом в глинистых породах различного возраста является гидрослюда: для пород додевонского...
-
Осадочные горные породы характеризуются не меньшей пестротой и разнообразием своего состава, чем магматические и метаморфические образования. В составе...
-
Литературный обзор - Почвы холмисто-моренных ландшафтов природного парка "Вепсский лес"
Почвенный покров Северо-Запада России отличается значительным разнообразием, которое обусловлено пестротой почвообразующих пород и форм рельефа,...
-
Изучение фазового состава вмещающих пород сырья и ванадиевой минерализации углерод-кремнеземистой формации Северо-Западного Каратау Нижнекембрийские...
-
Группа амфиболов - Анализ химического состава амфиболов на примере Хибинского щелочного массива
Конституция амфиболов по сравнению с пироксенами является более сложной, хотя с точки зрения качественного состава между теми и другими много общего....
-
Магнетит (акцессорный минерал) распределен по породе неравномерно, составляет 10-15% , концентрируется в порах породы, а также в небольшом количестве...
-
Подзолистые почвы, дерново-подзолистые почвы, преобладающий тип почв в сев, части СССР. Обширная территория, протянувшаяся широкой полосой от зап, границ...
-
Спектральный анализ - Методы изучения элементного состава минерального вещества
Спектральные методы являются наиболее распространенным видом исследования элементного состава вещества. Они широко используются для анализа как жидких,...
-
Минеральный состав Определение минералогического состава глин методом рентгеноструктурного анализа выполнено на кафедре минералогии и петрографии и в...
-
Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами ее эволюции и...
-
Инженерно-геологические процессы - Геологический разрез
Выветривание -- совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием...
-
Понятие химического выветривания Представим общее понятие выветривания. Выветривание - неравновесный процесс изменения и разрушения минералов и горных...
-
Введение, Основы учения о минералах - Основы учения о минералах
Минеральные образования и состоящие из них массы горных пород, включая минеральные полезные ископаемые, являются продуктами развития Земли, т. е. таких...
-
Типы выветривания - Кора выветривания: формирование и практическое значение
Физическое выветривание. Физическое выветривание (Рис 1.1) - это дробление материнских пород, их дезинтеграция без существенного изменения состава...
-
Горные породы: Известняк, песчаник, гнейс - Почвоведение и инженерная геология
Известняк -- осадочная горная порода органического (биогенного), реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция,...
-
Скарновые месторождения - основной для России в промышленном отношении тип. Месторождения представлены магнезиальными и известковыми скарнами....
-
АЛМАЗ, Химический состав - Алмаз
АЛМАЗ, минерал, кристаллическая кубическая полиморфная модификация самородного углерода, по блеску, красоте и твердости превосходящий все минералы....
-
Химические показатели почв - Почвы холмисто-моренных ландшафтов природного парка "Вепсский лес"
Кислотность почв, характеристики почвенно-поглощающего комплекса (ППК) играют важную роль при прогнозировании сельскохозяйственной пригодности почв, при...
-
Сосна обыкновенная PinussylvestrisL. Географический ареал сосны простирается по всему бореальному поясу лесов Евразии. Сосна малотребовательна к теплу,...
-
Состав мантии ниже границы 670 км - Планета Земля
Проведенные в последние два-три десятилетия исследования структурных переходов минералов с использованием рентгеновских камер высокого давления позволили...
-
ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ, Состав и структура - Предупреждение образования гидратов природных газов
Состав и структура Гидраты природных газов представляют собой физико-химическое соединение воды с углеводородами. По внешнему виду это белая...
-
Трехобмоточный трансформатор - Модернизация силовой части буровой установки ZJ40DBS
Если необходимо получить несколько напряжений, то вместо требующихся для этого нескольких отдельных двухобмоточ-ных трансформаторов с различными...
-
Состав верхней мантии - Планета Земля
Проблема состава, структуры и минеральных ассоциаций глубинных земных оболочек или геосфер, конечно, еще далека от окончательного решения, однако новые...
-
Состав земной коры - Строение земной коры
Земная кора состоит из нескольких слоев, толщина и строение которых различны в пределах океанов и материков. В связи с этим выделяют океанический,...
-
Состояние изученности вопроса - Эрозия почв
Лесная мелиорация - система организационно хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель. Мелиорация рассчитана на...
Минералогический состав минеральной части почвы - Генетическое почвоведение