Минералогический состав почв Минералогический состав рыхлых почвообразующих

Минералогический состав почв

Минералогический состав рыхлых почвообразующих пород и почв (за исключением торфяных) состоит из: p первичных минералов, перешедших в мелкозем из разрушенных плотных изверженных, метаморфических или осадочных пород, p вторичных глинистых минералов, которые представляют собой продукт трансформации первичных минералов или новообразованы в ходе выветривания и почвообразования.

Первичные минералы почв Сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0, 001 мм (крупной фракции почв)

Горные породы, в соответствии с главными геологическими процессами их образования, разделяют на три генетические класса: 1) магматические горные породы — продукты затвердевания природных силикатных расплавов (магм); 2) 3) осадочные горные породы — продукты преобразования осадков, накопившихся на земной поверхности в результате разложения других, ранее существовавших пород и жизнедеятельности организмов; метаморфические горные породы — продукты перекристаллизации магматических и осадочных пород без их расплавления.

Магматические горные породы (интрузивные и эффузивные) характеризуются содержанием полевых шпатов (60%), пироксенов и амфиболов (17%), кварца (12%), слюд (4%), других силикатов (6%)

Осадочные горные породы по генезису разделяют на: p обломочные p биогенные (каменный уголь, торф, нефть и др. )

Обломочные горные породы

Метаморфические горные породы характеризуются содержанием полевых шпатов, плагиоклаза, слюд, карбонатов

Рыхлые почвообразующие породы (за исключением элювия изверженных пород) – продукт многократного переотложения и длительного изменения материала плотных пород под действием физических и биохимических агентов → накопление более устойчивого к выветриванию кварца.

Содержание первичных минералов в различных отложениях следующее: p p p в песках составляет 90 -98% массы мелкозема, в суглинках 50 -80% в глинах 10 -12%.

Группы породообразующих минералов (даны в порядке возрастания устойчивости к выветриванию) карбонаты (кальцит, доломит) → оливин → пироксены → амфиболы (роговая обманка и др. ) → биотит → хлориты → эпидоты → плагиоклазы средние и основные → плагиоклазы кислые → калиево-натриевые полевые шпаты → апатит

Неустойчивые к выветриванию первичные минералы служат источником ряда элементов питания – P, K, Ca и др. Содержание минералов группы устойчивых к выветриванию позволяет в обобщенной форме судить о степени выветривания первичных минералов в профиле почв. Коэффициенты устойчивости – отношение суммы устойчивых минералов к неустойчивым.

Способы изучения первичных минералов почв Основной способ изучения первичных минералов почв – их оптическая диагностика с помощью поляризационного микроскопа и бинокулярной лупы (иммерсионный и шлифовой методы, заимствованные из практики геологических исследований). Диагностика преобладающих первичных минералов во всей массе почвенного образца может быть проведена в шлифах, изготовляемых для микроморфологического изучения почв.

Вторичные минералы почв Сосредоточены в тонкодисперсных гранулометрических фракциях размером <0, 001 мм и представлены глинистыми минералами, минералами оксидов железа и алюминия, аллофанами, а также минералами-солями.

Глинистые минералы Составляют основную часть вторичных минералов; определяют минералогический состав глин (отсюда и название).

Роль глинистых минералов: p p определяют емкость поглощения почв, благодаря их высокой поглотительной способности; основной источник поступления минеральных элементов в растения.

К p p p главнейшим относятся: глинистым минералам минералы группы каолинита, минералы группы гидрослюд, минералы монтмориллонитовой группы, группа смешаннослойных минералов, минералы группы хлорита.

Общие свойства для всех глинистых минералов: p p p слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность, поглотительная способность При этом отдельные их группы могут различаться в своем строении и свойствах, тем самым существенно влияя на свойства почв.

Минералы группы каолинита Относятся к диоктаэдрическим слоистым алюмосиликатам, имеющим жесткую кристаллическую решетку. p емкость поглощения каолинита не превышает 25 мг∙экв/100 г; p минерал не впитывает воду в межпакетное пространство → не обладает способностью к набуханию.

Почвы, содержащие в значительном количестве каолинит (почвы субтропической и тропической зон, почвы на древних корах выветривания), характеризуются: p p общей низкой емкостью поглощения; хорошей водопроницаемостью (в связи с низкой набухаемостью)

Минералы группы гидрослюд (группы иллита) Трехслойные алюмосиликаты нерасширяющейся решеткой. p p с емкость поглощения гидрослюд составляет 45 -50 мг∙экв/100 г; гидрослюды содержат значительное количество калия (до 6 -8% К 2 О), частично усваиваемого растениями.

Вермикулит

Минералы группы гидрослюд широко распространены в осадочных породах → поэтому в различных количествах присутствуют почти во всех почвах, особенно часто в подзолистых и сероземах.

Минералы монтмориллонитовой группы (группы смектита) Характеризуются трехслойным строением с сильно расширяющейся при увлажнении кристаллической решеткой. p емкость поглощения монтмориллонита составляет 80 -120 мг·экв/100 г; p гидрофильны, что обусловлено особенностями строения подвижной кристаллической решетки; p высоко дисперсны (содержание фракций менее 0, 2 -0, 3 мкм достигает 40 -50% от общего количества частиц менее 0, 001 мм).

Нонтронит

Для минералов монтмориллонитовой группы характерны разнообразные изоморфные замещения, например: p для бейделлита – характерно замещение части кремния на алюминий, p для нонтронита – замещение части алюминия на железо. Минералы этой группы свойственны почвам, имеющим нейтральную и слабощелочную реакцию, - черноземного, каштанового типов, солонцам, реже почвам других типов.

Группа смешаннослойных минералов Состоят из слоев различных индивидуальных минералов → обозначаются составными названиями, например: гидрослюда-монтмориллонит, хлорит-вермикулит. Обладают различными характеристиками (химическими, физическими свойствами, емкостью поглощения) в зависимости от характера переслаивания и доли участия индивидуальных минералов.

Группа смешаннослойных минералов наиболее распространена в почвах умеренного и холодного гумидного, а также арктического поясов, где глинистые минералы на 30 -80% представлены этой группой.

Минералы группы хлорита Слоистые силикаты, содержащие в межслоевых промежутках полимерные ионы гидроксида алюминия По происхождению могут быть первичными и вторичными. Кристаллическая решетка вторичных состоит из чередования слоев слюдяного и бруситового типов.

Клинохлор Хлорит

Основные пути гипергенного образования глинистых минералов: 1. постепенное стадийное изменение первичных минералов в глинистые с унаследованием их кристаллической структуры → слоистые силикаты - слюды и хлориты 2. выветривание полевых шпатов, ортосиликатов и др. , → полное разрушение исходных минералов → синтез новых минералов из образовавшихся продуктов при их взаимодействии и кристаллизации.

Минералы гидроксидов железа и алюминия Наиболее распространены: p из минералов группы железа – гематит и гетит; p из минералов группы алюминия – гиббсит

Гематит Гиббсит Гетит

Основные характеристики, обуславливающие свойства почв: p p присутствие пленок из тонкодисперсных минералов гидрооксидов железа на поверхности почвенных агрегатов делает их более влагоемкими, минералы этой группы могут связывать в малоподвижных формах значительное количество фосфорной кислоты.

Минералы гидроксидов железа и алюминия встречаются в иллювиальных горизонтах подзолистых почв, желтоземах и красноземах. Гетит и гиббсит в значительных количествах присутствуют в ферраллитных и железистых почвах, где образуются из аморфных гидратов оксидов железа и алюминия при их кристаллизации.

Аллофаны Формируются в почвах при взаимодействии кремнекислоты и гидроксидов алюминия, образовавшихся при разрушении первичных и вторичных минералов, золы растительных остатков. Аллофаны в почве повышают: p емкость поглощения, p гидрофильность, p липкость, p набухаемость.

Минералы-соли Встречаются в виде примесей к глинистым минералам в почвах аридных и семиаридных зон (иногда в почвах могут присутствовать минералы-соли, являющиеся по своему происхождению первичными). Высокая влажность почвы → минералы-соли растворяются → насыщение почвенного раствора; Высыхание почвы → выпадение в осадок минералов-солей (твердая фаза почв).

Наиболее распространенные минералы-соли в почвах: p p p карбонаты – кальцит, арагонит, доломит (Са. СОз·Мg. СОз) и др. ; сульфаты – гипс (Ca. S 04· 2 Н 2 О), ангидрит (Ca. S 04), мирабиллит (N 2 S 04· 10 Н 2 О) и др. ; хлориды - галит (Na. Cl) и др.

Арагонит Ангидрит Галит

Большое количество минералов-солей характерно для соленосных почвообразующих пород (приморские отложения, древние морские осадки) и засоленных почв, а также для переувлажненных почв, подвергшихся дренированию

Оценка минералогического состава почв Практически во всех почвах присутствуют почти все группы глинистых минералов, хотя в разных соотношениях. Однако есть определенные типы почв, характеризующиеся специфическим минералогическим составом.

Факторы, оказывающие влияние минералогический состав почв: p p p p на минералогический и химический состав исходной почвообразующей породы, климатическая обстановка почв, величина р. Н и окислительновосстановительный потенциал среды, условия дренажа, присутствие катионов в среде, возраст выветривания и почвообразования, присутствие органических компонентов.

Вулканические почвы (андосоли) содержат большое количество первичного вулканического стекла и вторичных аллофанов. В илистой фракции вертисолей преобладает монтмориллонит. Ферраллитные почвы, в частности красноземы, состоят в основном из трех компонентов - кварца, каолинита и минералов группы оксидов железа и алюминия

В болотных почвах преобладают вивианит и оксиды железа.

В окисленных маршевых и мангровых почвах преобладает ярозит.

В солончаках – минералы-соли, состав которых определяется типом засоления.