Минералогический состав почв

Цель лекции:Изучить минералогический состав почв, уметь различить минералы друг от друга

Ключевые слова:перегной, гумус, органическое вещество, минеральная часть, детрит, свойства, состав, структура и т.д.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание:

1. Введение

2. Первичные минералы

3. Выветривание и образование вторичных минералов

4. Вторичные минералы

Введение

В почвах и почвообразующих породах насчитывается около 50 минералов. Первичные минералы (кварц, полевые шпаты) образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. От них состоят магматические породы. Первичные минералы подвергаются выветриванию в земной поверхности. Они содержатся, в основном, в частицах почвы диаметром более 0,001 мм.

Вторичные минералы образовались в результате экзогенных процессов выветривания из первичных минералов. Они тонкодисперсны, содержат фракции почв диаметром <0,001 мм. Из вторичных минералов в почвах преобладают алюмосиликаты (каолинит, монтмориллонит), оксиды и гидроксиды Fe, Al, а также кальцит, гипс и др.

По химическому составу выделены следующие 10 классов минералов: сили­каты, карбонаты, нитраты, сульфаты, оксиды и гидроксиды, галоиды, сульфиды и самородные элементы. Преобладающими являются силикаты и карбонаты.

Минеральный состав является одним из основных факторов, определяющих уровень почвенного плодородия, поскольку он определяет реакцию среды, по­тенциальный запас питательных веществ и гумуса, формирование структуры и пло­дородия в целом.

Минеральные вещества в почвах составляют 90-95 % в гумусовых горизонтах и более 99% в минеральных горизонтах. Исключением являются торфяные горизонты, лесные подстилки и ветошь. Минеральная часть в основном наследуется от почвообразующих пород. По мере развития почвообразовательного процесса минералы претерпевают ряд изменений.

В рыхлых почвообразующих породах и в почвах минеральная часть слагается из минералов, по своему происхождению относящимся к двум группам:

1. Первичным минералам магматического и метаморфического происхождения.

2. Вторичным минералам, образовавшихся в коре выветривания и в почвах в результате стадийного разрушения первичных минералов и синтеза из конечных продуктов выветривания.

По содержанию минералы подразделяются на породообразующие, содержание которых в почве и породах составляет более 5%, относительно редкие и акцессорные, образующие относительно ничтожную примесь в горных породах.

Первичные минералы представлены тремя группами: минералами-окислами, минералами-силикатами и минералами-солями.

Минералы-окислы

Кварц – наиболее распространенный минерал земной коры и почв. Он содержится в изверженных, метаморфических и осадочных породах. Основой кристаллохимической структуры кварца является кремнекислородный тетраэдр (SiO₄), состоящий из четырех ионов кислорода, между которыми расположен ион кремния (рис.1).

Ион кислорода

Ион кремния

Рис. 1. Кремнекислородный тетраэдр.

Кремнекислородные тетраэдры кварца соединяются в сплошной каркас, в котором ионы кислорода принадлежат нескольким тетраэдрам. Подобная кристаллохимическая структура обуславливает высокую устойчивость к процессам выветривания.

Силикаты – это большая группа минералов, основой кристаллохимической структуры является кремнекислородный тетраэдр. Они представлены полевыми шпатами, слюдами, пироксенами, амфиболами и оливином.

Полевые шпаты по массе в почве составляют ~ 50%. Их кристаллохимическая структура также как и кварца представляет собой каркас из кремнекислородных тетраэдров. В отличие от кварца внутри тетраэдров кремний частично замещен ионом алюминия, имеющего больший радиус. Возникшая нестабильность в строении компенсируется включением в структуру силикатов катионов щелочных ищелочноземельных металлов (К⁺,Na⁺,Ca²⁺). Полевые шпаты делятся на кислые и основные. К кислым полевым шпатам относятся К- и Nа- полевые шпаты. Они имеют светлую окраску, отношение SiO₂/Al₂O₃, характеризующее относительное содержание кремния и алюминия в минерале, составляет 5-6. Они представлены минералами калиевыми полевыми шпатами микроклином (триклинный) и ортоклазом (моноклинный) K[AlSi₃O₈] и натриевым полевым шпатом альбитом Na[AlSi₃O₈]. К основным полевым шпатам относятся кальциевые полевые шпаты, представителем которых является минерал анортит Ca[Al₂Si₂O₈].

Изоморфные смеси Na- и Ca- полевых шпатов образуют группу плагиоклазов. Если в плагиоклазах преобладают Na- полевые шпаты, то они относятся к кислым (олигоклаз, олигоклаз-альбит). Если в плагиоклазах преобладают Ca- полевые шпаты, то они относятся к основным (андезин, лабрадор).

Слюды входят в состав многих изверженных и осадочных пород.. Содержание их в почвах составляет 4-5%. Они имеют слоистую кристаллохимическую структуру, в которой SiO₄-тетраэдры образуют плоские сетки. Вершины обращенных друг к другу тетраэдров связаны ионами Al c OH- группой, образуя трехслойные пакеты, соединенные между собой ионами К,Mg,Fe (рис.2).

- кремнекислородные и

Al OH Al OH Al алюмокислородные тетраэдры

К, Mg, Fe

Al OH Al OH Al

Рис. 2. Кристаллохимическая структура слюд

Калийная слюда – мусковит KAl[AlSi₃O₁₀]×(OH)₂, светлая, устойчива к выветриванию. Магнезиально-железистая слюда – биотит K(Mg,Fe)[AlS₃O₁₀]×(OH)₂ темная, менее устойчива к выветриванию. Слюды в процессе выветривания легко теряют ионы щелочей.

Пироксены и амфиболы составляют 5-15 % в почвах. SiO₄ – тетраэдры их образуют цепочки, соединенные ионами Mg, Fe, Al, Са, К, Na. Это темные зеленоватые минералы. Наиболее распространены: среди пироксенов авгит R₂(Si₂O₆), среди амфиболов роговая обманка R₇ (Si₄O₁₁)× (OH)_2.

Оливин (Mg, Fe) × (SiO₄), составляет в почвах 0,5-1 %. SiO₄ – тетраэдры в оливине представлены изолированными группами, соединенными двухвалентными катионами. Минералы группы оливина чрезвычайно неустойчивы и быстро разрушаются.

Минералы-соли представлены в основном фосфатами и сульфидами.

Фосфаты в основном представлены минералом апатит Са₅ (Сl F)×(PO₄)₃. Содержание в почвах 0,3-0,5 %. Является источником Р и Сl. Иногда образует залежи.

Сульфиды в основном представлены минералами пирит и марказит FeS_2. Содержание в почвах 0,3-0,5%. Иногда образуют месторождение колчеданных руд.

К акцессорным минералам относятся:

Циркон ZrO₂SiO₂

Ильменит FeTiO₃

Сфен (титанит) Ca Ti Si O₅

Плавиковый шпат CaF₂

Эпидот Ca₂ (Al Fe³⁺) Al₂ (O(OH) SiO₄ (Si₂O₇)

Минералы с различной кристаллохимической структурой обладают неодинаковой устойчивостью к выветриванию. Если расположить главнейшие породообразующие минералы по степени возрастания их устойчивости к процессам выветривания, то будет иметь место следующая последовтельность, установленная С. Голдичем:

Оливин

Авгит Са-плагиоклаз

Роговая обманка Na-Са – плагиоклаз

Биотит Са-Na - плагиоклаз

Na – плагиоклаз

Калиевый полевой шпат

Мусковит

Кварц

Рис. 3. Устойчивость породообразующих минералов.

Дата добавления: 2014-04-28; просмотров: 701; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!