ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.09.2020
Просмотров: 4886
Скачиваний: 17
Присутствие
в
минералах
Fe
2+
также
способствует
выветриванию
,
так
как
окисление
Fe
2+
до
Fe
3+
приводит
к
изменению
объемов
,
занимаемых
ионами
в
кристаллической
решетке
,
что
вызывает
в
конечном
итоге
ее
разрушение
.
Наибольшей
устойчивостью
обладает
кварц
,
на
состояние
которого
боль
-
шинство
описанных
реакций
заметного
влияния
не
оказывают
,
однако
и
он
в
не
-
которой
степени
подвергается
гидратации
.
При
полном
разрушении
силикатов
образуются
простые
продукты
выветри
-
вания
:
гидрата
окислов
Fe, Al,
одно
-
и
двухвалентных
оснований
,
гидрат
окиси
кремния
(
кремниевая
кислота
)
и
некоторые
другие
кислоты
-
угольная
,
серная
,
соляная
,
фосфорная
и
другие
,
образующиеся
при
окислении
элементов
,
содержа
-
щихся
в
горных
породах
.
Высвободившаяся
при
выветривании
кремниевая
кислота
при
слабокислой
реакции
частично
переходит
в
состояние
геля
(SiO
2
nH
2
O),
при
слабощелочной
-
золя
.
В
дальнейшем
аморфный
кремнегель
может
терять
воду
и
закристаллизо
-
ваться
,
образуя
вторичный
кварц
.
Кроме
этого
,
часть
кремниевой
кислоты
может
образовывать
с
основаниями
растворимые
в
воде
соли
,
которые
впоследствии
мо
-
гут
быть
вымыты
.
В
коллоидном
и
растворенном
состоянии
кремниевая
кислота
может
вступать
в
реакцию
с
полуторными
окислами
,
образуя
при
этом
сложные
соединения
.
Аморфные
соединения
,
содержащие
SiO
2
и
R
2
O
3
в
разных
соотноше
-
ниях
называются
аллофонами
.
Теряя
воду
,
гидраты
полуторных
окислов
могут
постепенно
кристаллизоваться
,
образуя
вторичные
минералы
:
лимонит
- 2Fe
2
O
3
·
3H
2
O,
гетит
- Fe
2
O
3
·
H
2
O,
гематит
- Fe
2
O
3
,
гиббсит
- Al
2
O
3
·
3H
2
O,
бемит
- Al
2
O
3
·
H
2
O.
Освобождающиеся
при
выветривании
основания
,
реагируя
с
кислотами
,
об
-
разуют
простые
соли
,
являющиеся
вторичными
минералами
:
карбонаты
,
сульфа
-
ты
,
нитраты
,
хлориды
,
фосфаты
,
силикаты
.
В
разной
степени
растворяясь
в
воде
,
они
могут
накапливаться
в
условиях
засушливого
климата
.
Помимо
простых
вторичных
минералов
,
при
выветривании
могут
образовы
-
ваться
вторичные
алюмосиликаты
и
феррисиликаты
.
Эти
минералы
входят
в
состав
различных
глин
и
поэтому
носят
название
глинных
.
Являясь
частью
почв
,
они
определяют
очень
важные
для
развития
растений
почвенные
свойства
(
погло
-
тительная
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
решет
-
ку
,
которая
состоит
из
двух
слоев
:
слоя
кремнекислородных
тетраэдров
и
слоя
алюмо
-
кислородно
-
гидроксильных
октаэдров
.
В
кремнекислородном
слое
вершины
тетраэдров
повернуты
в
одну
сторону
и
яв
-
ляются
“
кислородными
мостиками
”,
связывающими
тетраэдрический
и
октаэдри
-
ческий
слои
:
О
2
¯
одновременно
связан
с
атомами
Si
4+
и
Al
3+
.
В
целом
элементарная
ячейка
каолинита
электроней
-
тральна
и
соответствует
формуле
Al
4
Si
4
O
10
(OH)
8
или
Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
.
При
разламывании
пакетов
боковые
по
-
верхности
кристаллов
имеют
ненасыщенные
валентно
-
сти
,
что
может
вызывать
адсорбцию
ионов
из
окружаю
-
щего
раствора
.
Расстояние
между
пакетами
каолинита
равна
7,2
А
0
и
не
изменяется
.
Он
не
впитывает
воду
в
межпакетные
пространства
и
поэтому
не
набухает
.
К
этой
группе
минералов
от
-
носятся
,
кроме
каолита
,
галлузит
(
структурная
формула
Al
2
Si
2
O
5
(OH
4
)
·
2
Н
2
О
),
метагаллузит
(Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
·
4
Н
2
О
),
диккит
и
накрит
.
Монтмориллонит
состоит
из
трехслойных
паке
-
тов
:
октаэдрический
слой
заключен
между
двумя
тетра
-
эдрическими
.
Межпакетные
расстояния
монтморилло
-
нита
изменяются
от
9,4
до
21,4
А
0
и
варьируют
в
зави
-
симости
от
количества
поглощенной
воды
.
Способность
монтмориллонита
к
набуханию
значительна
.
Структура
монтмориллонита
отвечает
химической
формуле
Al
4
Si
8
O
20
(OH)
4
·
n
Н
2
О
.
В
этой
формуле
n
Н
2
О
-
вода
,
раз
-
деляющая
пакеты
.
Кристаллическая
решетка
электриче
-
ски
нейтральна
и
содержит
по
44
положительных
и
отрицательных
заряда
.
Мине
-
ралам
группы
монтмориллонита
характерны
разнообразные
изоморфные
замеще
-
ния
: Si
в
тетраэдрических
слоях
может
быть
частично
замещен
на
Al
3+
,
а
аллюми
-
ний
в
октаэдрическом
слое
замещается
Fe
2+
и
Fe
3+
, Mg
2+
и
другими
металлами
.
Например
,
у
минерала
бейделлита
в
отличие
от
монтмориллонита
один
из
четы
-
рех
ионов
Si
4+
тетраэдрического
слоя
замещен
Al
3+
,
появившийся
избыточный
от
-
рицательный
заряд
компенсируется
ионом
гидроксила
(Al
3
Si
3
O
9
(OH)
3
·
nH
2
O.
К
этой
же
группе
принадлежит
минерал
нонтронит
с
формулой
Fe
2
Si
4
O
10
(OH)
3
·
nH
2
O,
где
в
октаэдрах
ион
Al
3+
замещен
на
Fe
3+
.
Из
глинных
минералов
в
почвах
большое
место
принадлежит
группе
гидро
-
слюд
,
в
которую
входят
гидромусковит
(
иллит
),
гидробиотит
и
другие
гидротизи
-
рованные
слюды
.
Кристаллическая
решетка
иллита
построена
так
же
,
как
и
у
монтмориллонита
.
Разница
состоит
в
том
,
что
в
тетраэдрах
часть
Si
4+
(
до
1/4)
за
-
щищена
Al
3+
.
При
этом
образовавшийся
отрицательный
электрический
заряд
компенсируется
ионом
К
+
,
который
прочно
связывает
пакеты
между
собой
.
По
-
этому
межпакетная
вода
в
иллите
отсутствует
.
Гидробиотит
образуется
из
био
-
тита
-
слюды
темного
цвета
,
в
которой
все
октаэдрические
места
заняты
Mg
2+
и
Fe
2+
.
Кроме
распространенных
индивидуальных
глинистых
минералов
,
в
природе
существуют
так
называемые
смешанно
-
слоистые
минералы
,
пластинки
которых
состоят
из
чередующихся
пакетов
различных
минералов
,
например
,
иллита
,
мон
-
тмориллонита
и
т
.
д
.
Существует
так
же
еще
группа
вторичных
минералов
:
аллофоны
.
Они
состо
-
ят
из
тетраэдров
и
октаэдров
,
но
расположены
беспорядочно
,
поэтому
вследствие
отсутствия
кристаллического
строения
они
обладают
аморфными
свойствами
.
Глинистые
минералы
в
природе
образуются
двумя
путями
.
Первый
путь
представляет
собой
постепенное
изменение
первичных
минералов
,
что
приводит
к
образованию
новых
форм
кристаллических
решеток
.
Превращение
первичных
минералов
происходит
примерно
через
такие
стадии
:
полевые
шпаты
,
слюды
→
гидрослюды
→
монтмориллонит
→
као
-
линит
,
галлузит
→
гиббсит
,
гетит
При
отклонениях
от
этой
схемы
полевые
шпаты
,
минуя
стадию
гидрослюд
,
пре
-
образовываются
в
монтмориллонит
или
каолинит
.
Вторичные
минералы
могут
возникать
также
путем
синтеза
из
простых
про
-
дуктов
распада
первичных
минералов
:
полевых
шпатов
,
амфиболов
,
вулканиче
-
ских
стекол
и
т
.
д
.
Образующиеся
при
распаде
вещества
вступают
между
собой
в
реакции
взаимодействия
,
продукты
которых
выпадают
в
осадок
.
Известно
,
что
химическое
выветривание
выражается
следующими
стадиями
:
1)
гидратации
силиката
; 2)
окисление
закиси
железа
; 3)
постепенного
гидролиза
-
уменьшения
содержания
щелочей
и
замене
Н
+
; 4)
переход
Al
из
четверной
ком
-
бинации
в
шестерную
; 5)
частичный
вынос
кремнезема
.
Образование
слюдоподобных
минералов
из
полевых
шпатов
происходит
вследствие
выноса
части
SiO
2
, K
2
O, CaO.
Гидратация
способствует
замещению
некоторого
количества
ионов
К
+
ионами
Н
+
,
что
приводит
к
образованию
слюд
.
Этот
процесс
можно
проиллюстрировать
на
примере
превращения
монтморилло
-
нита
в
гиббсит
.
При
отслоении
одного
тетраэдрического
слоя
у
монтмориллонита
приводит
к
образованию
каолинита
,
при
этом
ионы
кислорода
“
кислородных
мостиков
”
за
-
мещаются
гидроксилами
.
В
дальнейшем
при
присоединении
воды
каолинитом
из
него
образуется
гибб
c
ит
и
SiO2.
Скорость
разрушения
первичных
и
механизм
образования
вторичных
мине
-
ралов
зависят
от
ряда
факторов
: 1)
особенности
первичного
минерала
(
кристал
-
лическая
структура
,
степень
дисперсности
,
химический
состав
и
т
.
д
.), 2)
сочета
-
ние
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
вы
-
ветривания
в
большей
мере
обогащены
каолинитом
.
Поэтому
более
древние
поч
-
вы
,
подвергавшиеся
процессам
выветривания
и
почвообразования
,
содержат
от
-
носительно
много
минералов
группы
каолинита
,
гибсита
и
гетита
,
которые
явля
-
ются
конечными
продуктами
выветривания
.
Сухой
и
холодный
климат
замедляет
разрушение
минералов
,
а
теплый
и
влажный
-
ускоряет
.
В
условиях
промывного
режима
происходит
вымывание
ще
-
лочей
,
щелочноземельных
оснований
,
кремнезема
,
и
,
как
следствие
,
из
гидрослюд
и
монтмориллонита
образовывается
каолинит
и
галлузит
.
Растения
,
которые
в
процессе
жизни
взаимодействуют
с
почвой
(
поглощение
воды
,
элементов
питания
,
кислорода
,
а
так
же
выделение
продуктов
жизнедея
-
тельности
),
вносят
существенные
изменения
в
состав
и
свойства
почвенного
рас
-
твора
,
реакцию
среды
,
значение
окислительно
-
восстановительного
потенциала
,
что
в
значительной
мере
оказывает
влияние
на
условия
разрушения
и
синтеза
ми
-
нералов
.
Как
отмечалось
выше
,
число
первичных
минералов
в
природе
невелико
,
по
-
этому
и
количество
вторичных
минералов
не
отличается
большим
разнообразием
.
Наиболее
часто
встречающимися
минералами
являются
группы
гидрослюд
(
гид
-
робиотит
)
и
монтмориллонита
(
монтмориллонит
,
белделлит
,
нотронит
),
далее
следуют
каолинит
,
галлузит
,
вермикулит
,
гиббсит
.
Основная
масса
рыхлых
пород
состоит
из
относительно
небольшого
числа
минералов
.
Из
группы
первичных
минералов
в
их
состав
входят
кварц
,
полевые
шпаты
,
слюды
и
роговые
обманки
,
из
вторичных
-
слоистые
алюмосиликаты
,
окиси
и
гидроокиси
железа
и
алюминия
.
Так
как
в
различных
гранулометрических
фракциях
преобладают
различные
минералы
,
поэтому
рыхлые
породы
,
подвергаясь
сортировке
по
фракциям
,
сорти
-
руются
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
(< 0,001
мм
)
резко
отличается
от
состава
более
крупных
фракций
.
Из
первичных
минералов
в
этой
фракции
встречается
главным
образом
кварц
,
кото
-
рый
из
-
за
химической
устойчивости
может
сохраниться
в
виде
очень
мелких
час
-
тиц
,
другие
минералы
этой
группы
присутствуют
в
очень
малых
количествах
.
В
данной
фракции
сосредотачивается
основная
масса
вторичных
алюмосиликатов
-
монтмориллонит
,
каолинит
,
иллитовые
минералы
,
вермикулит
.
Сохранность
по
-
левых
шпатов
обуславливается
главным
образом
их
механической
прочностью
,
которая
позволяет
им
сохраняться
в
виде
относительно
крупных
частиц
.
Этим
объясняется
небольшое
содержание
полевых
шпатов
в
составе
мелких
фракций
.
Химические
элементы
,
входящие
в
состав
литосферы
,
содержатся
в
ней
в
не
-
одинаковых
количествах
.
При
этом
состав
литосферы
значительно
отличается
от
состава
почвы
(
табл
. 7.5)
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
состав
-
ляют
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,
мень
-
ше
,
чем
в
литосфере
-Al, Fe, Ca, Na, K
и
Mg.
Состав
почв
относительно
почвооб
-
разующих
пород
более
динамичен
.
Таблица
7.5.
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
8.
Физические
свойства
твердой
фазы
почв
Твердая
фаза
почв
характеризуется
следующими
основными
свойствами
:
структурой
,
общими
физическими
,
физико
-
механическими
и
тепловыми
.
Структура
почвы
–
совокупность
агрегатов
различной
величины
,
формы
и
качественного
состава
.
Структурность
–
способность
почвы
распадаться
на
агре
-
гаты
.
В
песчаных
и
супесчаных
почвах
структурные
элементы
обычно
находятся
в
раздельно
-
частичном
состоянии
,
то
есть
такие
почвы
–
бесструктурны
.
В
сугли
-
нистых
и
глинистых
почвах
иногда
структура
также
может
отсутствовать
.
Агрономическое
значение
структуры
очень
велико
.
Она
определяет
физиче
-
ские
свойства
почв
,
условия
обработки
и
сильно
влияет
на
рост
и
развитие
расте
-
ний
.
Структура
оценивается
по
ее
размеру
,
пористости
,
механической
прочности
,
водопрочности
.
Наиболее
агрономически
ценными
считаются
макроагрегаты
0,25-10
мм
,
обладающие
высокой
пористостью
(
более
45%),
механической
проч
-
ностью
и
водопрочностью
.
Структурной
считается
почва
,
содержащая
более
55%
водопрочных
агрегатов
размером
0,25-10
мм
.
Часто
используют
коэффициент
структурности
-
отношение
количества
мезоагрегатов
к
сумме
макро
- (
более
7
или
10
мм
)
и
микроагрегатов
(
до
0,25
мм
).
Структуру
характеризуют
два
основ
-
ных
показателя
–
связность
и
водопрочность
.
Под
связностью
структуры
понима
-
ется
ее
устойчивость
к
механическим
воздействиям
.
Водопрочность
–
способ
-
ность
не
разрушаться
при
увлажнении
.
Только
связная
и
водопрочная
структура
способна
сохранять
благоприятное
сложение
при
многократных
обработках
и
ув
-
лажнении
.
В
ином
случае
структура
быстро
разрушается
при
обработке
или
ув
-
лажнении
осадками
,
и
почва
становится
бесструктурной
.