Минералогический состав почв А И Попов Минералогический

Минералогический состав почв А. И. Попов

Минералогический состав почв – минералы твердой фазы почв Минералы (от лат. mina – шахта) – внутренне однородные твердые компоненты земной коры, образованные естественным путём. Большинство минералов выделяется в виде кристаллов, имеющих определенные формы. Минералы следует рассматривать как носители информации не только о себе, но и о геологических процессах, вследствие которых они образовались.

Минеральный состав Около 50 -60 % объёма и до 90 -97 % массы почвы составляют минеральные компоненты. Минеральный состав почвы отличается от состава породы, на которой она образовалась, это отличие тем сильнее, чем старше почва. Минералы, являющиеся остаточным материалом в ходе выветривания и почвообразования, носят название первичных. Почва характеризуется высоким содержанием вторичных минералов, образованных в результате глубокого химического преобразования первичных, или же синтезированных непосредственно в почве.

Минералы почв В почвах содержатся первичные и вторичные минералы. Нередко один и тот же минерал образуется в природе различными путями, в одних случаях он первичный минерал, а в другом – вторичный, например гипс: при образовании из морской воды он – первичный минерал, а при трансформации известкового шпата – вторичный минерал.

Минералы могут быть кристаллическими или аморфными Классификация минералов основана на их химических и кристаллографических свойствах

По условиям образования минералы можно подразделить: l связанные с осаждением вещества из холодных и субтермальных растворов; l являющиеся следствием реакций замещения в сухом виде; l сублиматы

По химическому составу минералы можно подразделить: l Самородные l Оксиды и гидроксиды l Сульфиды l Карбонаты l Галоиды l Сульфаты l Фосфаты l Силикаты и алюмосиликаты

Самородные элементы (углерод) Алмаз Графит

Самородные элементы (неметаллы) Сера самородная

Самородные элементы ( «полуметаллы» ) Мышьяк (As) Сурьма (Sb) Висмут (Bi)

Самородные элементы (металлы) Железо Серебро Медь Платина Уран Золото

Минералы оксиды и гидроксиды Подразделяются на 2 подкласса: l Оксиды и гидроксиды металлов l Оксиды и гидроксиды кремния

Оксиды и гидроксиды металлов Большинство оксидов и гидроксидов может иметь как экзогенное, так и эндогенное происхождение. Магнетит, гематит, ильменит, корунд встречаются в магматических породах; первые два из перечисленных минералов являются также обычными компонентами почв. Гематит, гиббсит и диаспор минералы, часто образующиеся за счёт гидротермальной деятельности, а также широко распространенные в почвах и существенно определяющие свойства последних. Гётит практически всегда имеет экзогенное происхождение. Гётит и гематит определяют красную и бурую окраску огромного количества почв.

Оксиды и гидроксиды металлов Наиболее распространены соединения железа и алюминия: l магнетит (магнитный железняк) Fе 3 О 4 l гематит (красный железняк) Fе 2 О 3 l ильменит (Fе, Тi)2 О 3 l корунд Аl 2 О 3 l лимонит (бурый железняк) смесь минералов: • гётита Fе. ООН и гидрогётита Fе. ООН • n. Н 2 О l боксит смесь минералов: • гиббсита Аl(ОН)3 и диаспора Аl. ООН

Оксиды и гидроксиды металлов Лимонит Магнетит Гематит Гётит Гидрогётит

Оксиды и гидроксиды металлов Боксит Диаспор Ильменит Рутил Гиббсит Бёмит

Оксиды и гидроксиды металлов Корунды

Оксиды и гидроксиды кремния Этот подкласс не всегда осносится к оксидам; ряд исследователей склонен рассматривать оксиды кремния как частный случай каркасных силикатов. Важнейшим оксидом кремния является кварц (Si. О 2), который составляет 12 % от массы земной коры. Прозрачный кварц называют горным хрусталем, фиолетовый – аметистом, жёлтый – цитрином, чёрный – морионом. Выделяются также скрытокристаллические разновидности: халцедон, кремень, агат, яшма, тигровый глаз.

Оксиды и гидроксиды кремния Кварц (Si. O 2) и другие силикаты

Оксиды и гидроксиды кремния Морион и горный хрусталь Раухтопаз – дымчатый горный хрусталь Сердолик – скрытокристаллическая, тонковолокнистая разновидность кварца

Оксиды и гидроксиды кремния Все оксиды кремния имеют эндогенное происхождение. Кварц является обычной составляющей большинства горных пород различного происхождения; соответственно, он входит и в минеральную часть почвы.

Оксиды и гидроксиды кремния Гидроксид кремния известен только один – это аморфный минерал опал, образующийся при выпадении кремния в осадок из растворов, как поверхностных, так и гидротермальных. Формула – Si. О 2 • n. Н 2 О, т. к. гидроксид кремния содержит переменное количество воды. Опал достаточно часто образуется непосредственно в почвах в результате выветривания силикатов, формируя характерные натёки и даже сцементированные горизонты.

Оксиды и гидроксиды кремния Опалы

Оксиды и гидроксиды кремния Опал является изменяющимся аморфным количеством кремнезёмом воды, с содержащий кристаллы кристобалита и тридимина. Тридимит и кристобалит встречаются в почвах, формирующихся на вулканогенных породах.

Оксиды и гидроксиды кремния Тридимит Кристобалит – высокотемпературный полиморф кварца и тридимита

Минералы-сульфиды Минералы, относящиеся к минералам-сернистым соединениям и являющиеся сульфидами меди, серебра, золота, свинца, цинка, ртути, кобальта, никеля, олова, висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка, платины, железа. Сернистые минералы – минералы, к которым относятся не только собственно сернистые (сульфиды), но и аналогичные им селенистые (селениды), теллуристые (теллуриды), мышьяковистые (арсениды) и сурьмянистые (стибниды) соединения.

Минералы-сульфиды Представители этой группы: l Пирит (серный колчедан) Fе. S 2 l Марказит (гребенчатый колчедан) Fе. S 2 l Пирротин (магнитный колчедан) Fе. S l Халькопирит (медный колчедан) Сu. Fе. S 2 l Галенит (свинцовый блеск) Рb. S l Сфалерит (цинковая обманка) Zn. S l Киноварь Нg. S

Минералы-сульфиды Марказит Пирротин Халькопирит

Минералы-сульфиды Галенит Сфалерит Киноварь

Минералы-карбонаты Карбонаты широко распространенные минералы, имеющие чаще всего экзогенное происхождение. Это типичные минералы осадочных пород и почв. Основные представители: l Кальцит Са. СО 3 l Магнезит Мg. СО 3 l Доломит Са. Мg(СО 3)2 l Сидерит (железный шпат) Fе. СО 3 l Малахит Сu 2 СО 3(ОН)2

Минералы-карбонаты Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения.

Минералы-карбонаты В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит (Сu 3(СО 3)2(ОН)2), он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.

Минералы-карбонаты Кальцит

Минералы-карбонаты Магнезит

Минералы-карбонаты Доломит

Минералы-карбонаты Сидерит

Минералы-карбонаты Малахит Азурит

Минералы-сульфаты Большинство сульфатов имеет экзогенное происхождение. Основные представители этой группы: l гипс Са. SО 4 • 2 Н 2 О l ангидрит Са. SО 4 l мирабилит (глауберова соль) Nа 2 SО 4 • 10 Н 2 О l барит (тяжёлый шпат) Ва. SО 4

Минералы-сульфаты Гипс самый распространенный из этой группы минерал, встречается как компонент осадочных пород и часто присутствует в почвах тёплых засушливых областей. Добывается в больших количествах во многих странах; используется для изготовления штукатурки, цемента, как наполнитель при изготовлении бумаги и красок, а также в качестве удобрения при мелиорации солонцов. Безводный сульфат кальция, ангидрит встречается реже.

Минералы-сульфаты Барит образуется как в метаморфических породах, так и в результате экзогенных процессов. Барит используется во многих областях человеческой деятельности в силу своей химической инертности: при изготовлении красок, бумаги, эмалей, а также как утяжелитель шоколада. Мирабилит формируется исключительно путём выпадения в осадок из холодных растворов на поверхности Земли. Встречается в галоморфных почвах.

Минералы-сульфаты Мирабилит Гипс Ангидрит Барит

Минералы-галоидные соединения К этим минералам относят соли соляной и плавиковой кислоты (естественные соединения брома и йода существуют, но являются крайне редкими). Хлориды экзогенного происхождения; большинство из них хорошо растворимо в воде. Фториды имеют эндогенное происхождение. Представители: l Галит (поваренная соль) Nа. Сl l Сильвин КСl l Сильвинит Nа. Сl • КСl l Карналлит КСl • Мg. Сl 2 • 6 Н 2 О l Флюорит (плавиковый шпат) Са. F 2 l Криолит Na 3 Al. F 6

Минералы-галоидные соединения Из галоидных соединений наибольшее распространение имеет галит, или поваренная соль, минерал, употребляемый человеком в пищу; помимо этого, галит является основным источником натрия и хлора для химической промышленности. Cильвин и карналлит используются в качестве удобрений. Флюорит и криолит используются преимущественно как флюс при выплавке стали и алюминия.

Минералы-галоидные соединения Встречаются галоидные соединения в осадочных породах преимущественно морского происхождения. Такие минералы, как галит, сильвин и карналлит часто формируются в почвах аридных (сухих) областей; особенно характерны они для галоморфных почв, солончаков.

Минералы-галоидные соединения Галит Сильвин

Минералы-галоидные соединения Карналлит Флюорит Криолит

Минералы-фосфаты Главные представители: l Апатит Са 5(РО 4)3(ОН, Сl, F) l Вивианит Fе 3(Р 04)2 • 8 Н 2 О l Бирюза Cu. Al 6(PO 4)4(OH)8 • 5 Н 2 О

Минералы-фосфаты Это малораспространенная группа минералов имеет важное значение в жизни человека, так как апатит, входящий в нее, служит сырьем для изготовления фосфорных удобрений и синтетических моющих средств. Апатит может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Гидроксильная группа, хлор и фтор, перечисленные в формуле апатита, означают, что в этом минерале возможно изоморфное замещение указанных анионов, причём самым распространённым является фторапатит, т. е. апатит, в котором фтор преобладает над хлором и гидроксидом.

Минералы-фосфаты Вивианит, бесцветный в восстановительных условиях и ярко-синий после окисления минерал, имеет исключительно экзогенное происхождение. Встречается в болотных почвах, поскольку образуется при недостатке кислорода и избытке органического вещества. Бирюза, красивый голубой или зелёный поделочный камень, также имеет только экзогенное происхождение.

Минералы-фосфаты Апатит Вивианит Бирюза

Силикаты и алюмосиликаты Это важнейший класс минералов, представители которой вместе с кварцем составляют 95 % от массы земной коры. Одна третья часть известных минералов относится к классу силикатов и алюмосиликатов. Все магматические и многие метаморфические горные породы в основном сложены минералами этой группы. Ранее силикаты рассматривались как соли гипотетических кремниевых кислот; впоследствии выяснилось, что силикаты не могут классифицироваться на основании состава анионной части, поскольку имеют не молекулярную, а ионную структуру.

Силикаты Широко распространенные минералы, представляющие собой сложные и разнообразные по составу и кристаллохимической конституции соли метакремниевой и ортокремниевой кислот, в которых иногда кремний замещается алюминием (алюмосиликаты), бором, титаном и некоторыми другими химическими элементами. Составляют 85 % массы твердой земной коры.

Силикаты и алюмосиликаты В настоящее время принято подразделять силикаты и алюмосиликаты по строению их кристаллической решетки на следующие подклассы: l а) островные, l б) кольцевые, l в) цепочечные, l г) ленточные, l д) слоистые, l е) каркасные.

Островные силикаты Минералы с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (ортосиликаты, содержащие радикал ортокремневой кислоты – [Si. O 4]4–) или группами тетраэдров (диортосиликаты, содержащие два радикала ортокремневой кислоты и имеющие один общий атом кислорода – [Si 2 O 7]6–), а также минералы с кольцевыми анионными радикалами, состоящими из трёх, четырёх или шести кремнекислородных тетраэдров ([Si 3 O 9]6–, [Si 4 O 12]8–, [Si 6 O 18]12–)

Островные силикаты

Островные силикаты Классы силикатов Расположение тетраэдров Примеры Ортосиликаты Эпидот, гранат, оливин, сфен, перидот Диортосиликаты Каламин Кольцевые силикаты Берилл, турмалин

Островные ортосиликаты Эпидот (Са 2(Аl, Fe)3[Si 2 O 7] [Si. O 4]O[OH]) Сфен Гранаты (Mg, Fe, Mn)3 Al 2(Si. O 4)3 Оливин (Mg, Fe)[Si. O 4], или 2 Mg. O·Si. O 2) Перидот

Островные диортосиликаты Каламин Zn 4[Si 2 O 7][OH]2 · H 2 O

Кольцевые силикаты Берилл Al 2 Be 3[Si 6 O 18] Турмалин

Цепочечные силикаты – минералы, структура которых состоит из обособленных непрерывных цепочек из кремнекислородных тетраэдров, имеющих два общих атома кислорода ([Si 2 O 6]4–, например, пироксены)

Пироксены К этой группе относятся: l Авгит l Диопсид l Жадеит l Сподумен l и другие

Цепочечные силикаты (пироксены) Авгит Ca(Mg, Fe, Al)[(Si, Al)2 O 6] Диопсид Ca. Mg [Si 2 O 6] Сподумен Li. Al[Si 2 O 6] Жадеит Na. Al[Si 2 O 6]

Ленточные силикаты – минералы, структура которых состоит из обособленных непрерывных лент или поясов в виде сдвоенных силикатных цепочек ([Si 4 O 11]6–, например, амфиболы)

Ленточные силикаты (амфиболы) Роговая обманка Ca 2 Na(Mg, Fe 2+)4(Al, Fe 3+)[(Si, Al)4 O 11]2[OH]2

Листовые силикаты – минералы, структура которых состоит из кремнекислородных тетраэдров, соединённых друг с другом в листы ([Si 2 O 5]2–, например, тальк, слюды, гидрослюды, первичные хлориты и др. )

Листовые силикаты Тальк Mg 3[Si 4 O 10] [ОН]2, или Mg. O· 4 Si. O 2·H 2 O

Слюды, группа минералов – алюмосиликатов слоистой структуры с общей формулой R 1(R 2)3 [Al. Si 3 O 10](OH, F)2, где R 1 = К, Na; R 2 = Al, Mg, Fe, Li. Мусковит (KAl 2[AISi 3 O 10](OH)2) – алюминиевая слюда Биотит (K(Mg, Fe)3 [AISi 3 O 10](OH, F)2) – магнезиальножелезистая слюда Лепидолит (KLi 2 -x. Al 1+x [Al 2 x. Si 4 -2 x. O 10](OH, F)2) – литиевая слюда

Каркасные силикаты – минералы, структура которых состоит из кремнекислородных тетраэдров, имеющих общие атомы кислорода (например, кварц, полевые шпаты, фельдшпатоиды, скаполиты и цеолиты)

Полевые шпаты Санидин (K[Al. Si 3 O 8]) Анортит (Ca[Al 2 Si 2 O 8], или Ca. O·Al 2 O 3· 2 Si. O 2)

Полевые шпаты Альбит (Na[Al. Si 3 O 8]) Ортоклаз (К[Аl. Si 3 O 8], или K 2 O·Al 2 O 3· 6 Si. O 2) Большинство полевых шпатов – представители твёрдых растворов тройной системы изоморфного ряда К - Na - Са, конечные члены которой соответственно - альбит, ортоклаз, анортит

Плагиоклазы – группа минералов – натриево-кальциевыйх полевых шпатов – ряда альбит (Ab) Na. Al. Si 3 O 8 – анортит (An) Ca. Al 2 Si 2 O 8. Минерал Содержание, % Na 2 О Al 2 O 3 Si. O 2 19, 4 Ca. O Альбит— анортит 68, 6 Ab(0 -l 0 An) Альбит 11, 8 Олигоклаз 8, 7 5, 2 23, 9 62, 1 70 Ab— 30 An Андезин 5, 7 10, 3 28, 3 55, 7 50 Ab— 50 An Лабрадор 4, 0 13, 3 31, 8 51, 9 30 Аb— 70 Аn Битовнит 1, 6 17, 2 34, 2 46, 9 10 Ab— 90 An 20, 1 36, 6 43, 3 An(0 -l 0 Ab) Анортит Содержание анортитовой составляющей (An): - кислые плагиоклазы 0– 30 % - средние плагиоклазы 30– 60 % - основные плагиоклазы 60– 100 %

Фельдшпатоиды (фельдшпатиды) – минералы группы каркасных алюмосиликатов, недосыщенных кремнекислотой, к которым относятся нефелин, лейцит, содалит и др. Нефелин (Na[Al. Si. O 4], или Na 2 O • Al 2 O 3 • 2 Si. O 2]) Лейцит (K[Al. Si 2 O 6], или K 2 O·Al 2 O 3·Si. O 2) Содалит (Na 8 Ca 2(Al. Si. O 4)6 CI 2, или 3 Na 2 О • ЗА 2 О 3 • 6 Si. O 2 • 2 Na. Cl)

Цеолиты Группа минералов, водосодержащие алюмосиликаты преимущественно кальция, натрия, калия, реже бария, стронция, сложного состава. При осторожном нагревании легко отдают воду и поглощают ее обратно.

Алюмосиликаты – широко распространенные породообразующие минералы, в кристаллической структуре которых кремний и алюминий взаимно замещаются, входя в сложные, кислотного характера алюмокремниевые радикалы К алюмосиликатам относятся, например, полевые шпаты, слюды, хлориты, глинистые минералы

Глинистые минералы – группа водных силикатов (солей кремниевой кислоты) составляющих основную массу глин и определяющих их физико-химические, механические и другие свойства. Продукт выветривания преимущественно алюмосиликатов, магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. Диаметр частиц глинистых минералов не превышает 0, 01 мм.

Глинистые минералы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам В зависимости от структуры, химического состава и физико-химических свойств различают следующие группы глинистых минералов: каолиниты, гидрослюды и хлориты, вермикулиты, монтмориллониты, смешаннослойные минералы, группа палыгорскита с цепочной структурой.

Глины Мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита, монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистых минералов), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы.

Группа каолинита Каолинит (Al 4[Si 4 O 10](OH)8) Галлуазит (Al 4[Si 4 O 10](OH)84 H 2 O)

Группа гидрослюд и хлоритов - слюдо- или хлоритоподобные минералы Общая формула гидрослюд: Kx(Al, Mg, Fe)2 -3 • [Si 4 -x. Alx. O 10] • (OH)2 • n. H 2 О, где х 0, 5, n 1, 5. Иллит Глауконит Вермикулит Хлорит

Смектиты – группа глинистых минералов с трехслойными пакетами, с переменным содержанием натрия, алюминия, железа, магния; способны к адсорбции и набуханию. Обладают высокой удельной поверхностью, межполоскостное расстояние способно существенно изменяться при гидратации или высушивании минералов. К смектитам относятся монтмориллонит, нонтронит, сапонит и другие минералы

Группа монтмориллонита Общая формула: (Ca, Na. . . ) (Mg, Al, Fe)2 [(Si, Al)4 O 10] (OH)2·n. H 2 O

Палыгорскит — водный алюмосиликат магния (волокнистый минерал из группы асбеста) Наряду с монтмориллонитами, один из возможных компонентов бентонитовых глин

Нонтронит Общая формула: Fe 2(Si 4 O 10)(OH)2×n. H 2 O

Сапонит Общая формула: (Ca 05, Na)03(Mg, Fe)3(Si, Al)4 О 10(OH)2*4 H 2 О.

Первичные минералы Минералы, которые произошли выделением из раствора, расплавленной массы, парообразного состояния, а также входящие в состав магматических горных пород. К ним относятся минералы, например: – гипс, галит, сильвин и др. (образовавшиеся при испарении морской воды), – оливин, санидин, анортит и др. (образовавшиеся при остывании лав), – сера, хлорид натрия и др. (при возгонке по трещинам и в кратерах вулканов).

К первичным минералам относятся кварц, полевые шпаты, амфиболы и пироксены, слюды, апатит и др. В почвообразующей породе могут сохраняться, подвергаясь лишь физическому измельчению без изменения их химического состава.

Вторичные минералы – минералы, образовавшиеся в результате биохимической и геохимической трансформации – выветривания – некоторых первичных минералов. Представлены глинистыми минералами (группы каолинита, монтмориллонита, гидрослюд, хлорита, смешано-слойных и др. ), минералами оксидов железа, алюминия, марганца и кремния, а также минералами-солями.

Благодарю за внимание!