Горная порода почва минерал

Минералы это природные химические соединения кристаллической структуры, образовавшиеся на Земле как результат геологических и геохимических процессов

Минералы находятся в твердом (кварц, слюда, кальцит), жидком (ртуть, вода) и газообразном (углекислота, сероводород) состоянии. В настоящее время известно около 4000 минералов, и этот список постоянно пополняется. Большинство из них встречается очень редко или только в определенных местах. Существенную роль в сложении горных пород играют лишь несколько десятков минералов, которые называют породообразующими. Минералы входят в состав всех горных пород, рудных и нерудных полезных ископаемых. Из одних минералов получают металлы, другие служат строительным материалом. Минералы, входящие в состав агрономических руд, используют в качестве минеральных удобрений для повышения плодородия почв. Минералы, которые участвуют в образовании почвы, называются почвообразующими.

По происхождению минералы разделяют на:

Эндогенные — образуются в недрах Земли при раскристаллизации магмы за счет внутренней энергии Земного шара Магма&#150 это природный глубинный поликомпонентный раствор-расплав, содержащий различные элементы, их оксиды и летучие компоненты (F, Cl, H2O, CO2)
Экзогенные — образуются на поверхности Земли под действием:

Выветривание&#150 это экзогенный геологический процесс разрушения минералов и горных пород под действием солнечной энергии, химических, физических и биологических факторов

б) кристаллизации насыщенных водных растворов;

в) биогенного происхождения — из растительных остатков растительных и животных организмов;

Метаморфогенные — образуются при перекристаллизации ранее образовавшихся минералов

Минералообразование протекает в условиях взаимодействия атмосферы, биосферы, гидросферы и земной коры: основной источник &#150 литосфера.

В почвах и почвообразующих породах выделяют первичные и вторичные минералы.

Первичные минералы слагают магматические горные породы и имеют размеры >0,001 мм.

Вторичные минералы возникли из первичных под воздействием климатических и биологических факторов и имеют размеры Классификация минералов по химическому составу

Силикаты
Оксиды и гидроксиды
Карбонаты
Фосфаты
Сульфаты
Галоиды
Сульфиды
Нитраты
Самородные элементы

Физические свойства минералов

Окраска &#150 обусловлена красителем хромофором или ионом красителем, валентностью ионов, присутствием молекул воды, наличием включений
Цвет черты &#150 соответствует цвету минерала в порошке, оставляемому на фарфоровой пластине, имеющей матовую, а не глянцевую поверхность. Черту оставляют минералы с твердостью не более 6.
Прозрачность &#150 способность минералов пропускать свет. По степени прозрачности подразделяются на: а) прозрачные, б) полупрозрачные, в) непрозрачные
Блеск &#150 интенсивность отраженного света от поверхности минерала; зависит от показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, включений, трещиноватости. Выделяют следующие виды блеска: а) металлический, б) полуметаллический, в) неметаллический (стекляный, алмазный, шелковистый, перламутровый, жирный, восковый, матовый)
Спайность &#150 способность минералов раскалываться по определенным направлениям (плоскостям спайности). Выделяют следующие виды спайности: а) весьма совершенная, б) совершенная, в) средняя, г) несовершенная, д) весьма несовершенная

Спайность зависит от внутреннего строения минерала.

Излом &#150 характер поверхности на месте раскола минерала. У минералов с выраженной спайностью (весьма совершенная, совершенная) излом может быть: ровный, ступенчатый, занозистый, волокнистый. У минералов с невыраженной спайностью (несовершенная) излом бывает: неровный, зернистый, раковистый, землистый

Твердость &#150 способность минерала противостоять механическим воздействиям. Определяется по 10 балльной шкале Мооса. Суть определения состоит в следующем: каждый минерал царапает все предыдущие и сам царапается последующими.

Горные породы – полиминеральные агрегаты, слагающие земную кору и возникшие в результате затвердевания природных силикатных расплавов, накопления осадков и преобразования ранее существовавших горных пород в процессе метаморфизма. Каждая горная порода образует в земной коре объемное тело (слой, пласт, массив, покров), имеет определенный вещественный (химический) состав и обладает специфическим внутренним строением.

Магматические горные породы образуются при остывании и затвердевании расплавленных масс (магмы), находившихся ранее на значительной глубине под земной корой и поднявшихся затем под влиянием геологических процессов в более холодные верхние горизонты или на поверхность земной коры. Практически не являются почвообразующими породами.

Осадочные породы покрывают около 75% суши и образуются на поверхности Земли в ходе экзогенных физико-геологических процессов. Их формирование происходит при участии выветривания, переноса и отложения разрушенного материала. В результате переноса происходит разделение обломков по размеру, химическому и минералогическому составу. При отложении вещества из воды, атмосферы и движущихся льдов образуются осадки. Уплотняясь и обезвоживаясь, они превращаются в осадочные породы.

Осадочные горные породы подразделяются на обломочные, глинистые, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы делятся по форме и размерам обломков (табл.). Остроугольные обломки образуются преимущественно в результате процессов физического выветривания. Окатанные обломки появляются за счет окатывания глыб, щебня и дресвы в реках или прибрежной полосе морей и озер. Обломочные породы встречаются в рыхлом и сцементированном состоянии. Рыхлые породы состоят из зерен или обломков, не связанных между собой цементирующим материалом, легкорассыпающиеся. Сцементированные породы представляют собой обломки, скрепленные между собой каким-либо цементирующим материалом, например кальцитом, оксидами железа, кремнеземом.

Глинистые горные породы, или пелиты («пелос» — глина, грязь) — эти породы считаются наиболее распространенными среди осадочных образований. На их долю приходится более половины всех осадочных горных пород. По происхождению занимают промежуточное положение между обломочными и хемогенными породами. Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при выветривании которого под воздействием атмосферных явлений образуется каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов, являющиеся основными минералами глинистых пород. Глины содержат больше 30% тонкодисперсных частиц ( 100 глыбы брекчия валуны конгломерат 100-10 щебень брекчия галька конгломерат 10-1 дресва брекчия гравий конломерат 1-0,1 песок песчаник песок песчаник 0,1-0,01 алеврит алевролит алеврит алевролит Практическое задание

Изучите коллекцию минералов, разделите их на классы, ориентируясь на химические формулы;
Научитесь работать со шкалой Мооса;
Научитесь определять цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, спайность, излом минералов;
Разделите коллекционные образцы в соответствии с классификацией горных пород по происхождению, химическому составу и внешнему виду (структуре и текстуре);
Опишите диагностические признаки всех горных пород в коллекции;
Научитесь распознавать горные породы по характерным для них признакам;
Для выполнения работы используйте информацию, предложенную вам на занятии преподавателем (конспект), а также материалы учебников.

Контрольные вопросы

Что такое минералы? На какие группы минералы делят по происхождению?
Какие существуют пути образования вторичных минералов?
Каково почвообразующее значение минералов?
Каковы основные физические свойства, диагностирующие минералы?
В какой форме минералы встречаются в природе?
Какие классы минералов вы знаете? Назовите, к какому классу относятся минералы, представленные в коллекции?
Дайте определение понятию почвообразующей породы?
Как влияют почвообразующие породы на почвообразовательный процесс и свойства почв?
Охарактеризуйте основные экзогенные процессы и их роль в формировании четвертичных отложений?
Назовите классификацию четвертичных отложений и почвообразующих пород?
К каким почвообразующим породам приурочены почвы легкого гранулометрического состава?
К каким почвообразующим отложениям (флювиогляциального, ледникового или озерно-ледникового генезиса) приурочены почвы тяжелого гранулометрического состава?

Наверх

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Home » Агрохимия » Минеральная часть почвы

Минеральная часть почвы

Минеральная часть почвы — основная составляющая почв, включающая

Минеральная часть почвы возникла в ходе процессов выветривания горных пород и минералов верхних слоев литосферы и их превращений. Это подтверждается схожим химическим составом литосферы и почв. Почвенный покров образовался под совокупным влиянием на минеральную природу физических и химических факторов, а также живых организмов, прежде всего растений и микроорганизмов.

Геохимический состав почвы наследуется от почвообразующих пород. Так, высокое содержание оксида кремния определяет высокое содержание его в почве. На карбонатных породах образуются почвы, обогащенные щелочноземельными элементами.

Биологических фактор почвообразования

Благодаря деятельности живых организмов в почве по сравнению с земной корой содержание углерода увеличилось в 20 раз, азота — в 10 раз.

Почвообразование в естественных условиях протекает очень медленно. Применение удобрений и агротехнических приемов позволяет ускорить этот процесс. Так, внесение удобрений усиливает жизнедеятельность растений и почвенной микрофлоры, что приводит к накоплению органических веществ и биологически важных элементов.

Силикаты и алюмосиликаты

По химическому строению минералы делятся на силикаты и алюмосиликаты. Из силикатов для всех типов почв во фракциях песка и пыли преобладает кварц — SiO₂, характеризующийся низкой поглотительной способностью и высокой водопроницаемостью. В почвах его содержание, как правило более 60%, в песчаных — более 90%. Кварц химически инертен, отличается высокой прочностью.

Основой минеральной части почв составляют кремнекислородные соединения. Самый распространенный почвенный минерал — кварц, или оксид кремния. Алюминий и железо преимущественно входят в состав алюмосиликатных и ферросиликатных минералов. Атомы кремния и кислорода образуют прочносвязанные группы SiO₄, имеющие тетраэдрическую структуру. В связи с четырехвалентностью кремния, группы SiO4 могут образовывать между собой различные сложные комбинации соединения.

Группы соединений тетраэдров SiO₄

В структурах минералов тонкодисперсных фракций почв кремнекислородные тетраэдры могут соединяться в слои, цепочки или отдельные группы тетраэдров SiO₄. Суммарная степень окисления этих групп отрицательна. В сложных сочетаниях кремнекислородных тетраэдров часть атомов кремния может замещаться атомами алюминия.

В кристаллической решетке кварца тетраэдры SiO₄ соединены между собой посредством атомов кислорода с четырьмя другими тетраэдрами SiO₄. Общая формула кварца (SiO₂)_n. В кристаллической структуре полевых шпатов часть атомов кремния замещена на алюминий. Для компенсации возникающего отрицательного заряда кремнеалюмокислородного каркаса в их состав включаются атомы натрия, кальция и других, встраивающиеся в «полостях» решетки. Так, полевой шпат альбит имеет формулу Na[SiAlO₈].

Кристаллическая структура кварца

Алюминий в тетраэдрической координации с ионами кислорода или гидроксильной группы ОН образует октаэдрические группы, где атом алюминия окружен шестью атомами кислорода или гидроксильной группами. Формула такого соединения (слоя) [Аl(ОН)₃]•n соответствует минералу гиббситу (гидраргиллиту).

Структуру таких минералов можно представить следующим образом:

Формуле отражает химический состав слоя (пакета), а точки — межпакетные промежутки.

Минеральная часть почв состоит из первичных и вторичных минералов. В песчаных и супесчаных почвах в основном преобладают первичные минералы, суглинистые почвы состоят из первичных и вторичных минералов, а глинистые — преимущественно из вторичных с примесью кварца. Разделение минералов на первичные, то есть с размером частиц более 0,001 мм и вторичные менее 0,001 мм условно, так как последние являются продуктами физико-химического выветривания первичных и образования при этом гидратов полуторных оксидов кремнезема и иных соединений.

В процессе выветривания гидролиз полевого шпата и слюды приводит к замещению катионов металлов в кристаллических решетках минералов на ионы водорода:

Физико-химическое выветривание нераздельно от биологического преобразования пород и минералов под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Первичные минералы почвы

Первичные минералы почвы — минералы, перешедшие из земной коры в почву без изменения своей структуры. К ним относятся минералы почвенного скелета:

кварц и его разновидности,
полевые шпаты: ортоклазы, плагиоклазы, слюды, роговые обманки, авгит, турмалин, магнетит, кальцит, доломит и др.

Первичные минералы почвы входят в состав материнских почвообразующих пород, образовавшихся в результате выветривания и разрушения горных пород. В почвах они присутствуют в виде песчаных частиц размером от 0,05 до 1,0 мм и пылеватых частиц размером от 0,001 до 0,05 мм. В небольшом количестве присутствуют в виде илистых размером менее 1 мкм и коллоидных размером менее 0,25 мкм частиц.

Из первичных минералов под влиянием физико-химических процессов, таких как гидратация, гидролиз, окисление и жизнедеятельности почвенных организмов образуются гидраты полуторных оксидов и кремнеземы, минеральные соли, а также вторичные минералы.

При разрушении полевых шпатов и слюд высвобождается калий, кальций, магний, железо и некоторые другие питательные элементы для растений.

Вторичные минералы почвы

Вторичные минералы, или минералы глин, — каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. В основном представлены в виде илистых и коллоидных частиц, реже в виде пылеватых частиц.

В кристаллических решетках алюмосиликатных минералов мелкодисперсной фракции почв лежат комбинации кремнекислородных тетраэдрических и алюмогидроксильных октаэдрических слоёв.

Кристаллическая решетка каолинита образована пакетами из двух слоев, связанных между собой атомами кислорода: тетраэдрического кремнекислородного и октаэдрического алюмогидроксильного:

Кристаллические решетки монтмориллонита и гидрослюд образованы одним алюмогидроксильным слоем и двумя присоединёнными к нему кремнекислородными:

Связь между пакетами у минералов каолинитовой группы сильнее, а межпакетные пространства небольшие. Поэтому взаимодействие микрокристаллических частиц с водой протекает только на внешней поверхности.

У минералов монтмориллонитовой группы межпакетные пространства больше, а связь между пакетами слабее, поэтому молекулы воды могут проникать в межпакетные пространства. В катионном обмене с почвенным раствором минералов этой группы принимают участие катионы, расположенные на поверхности частиц и находящиеся в межпакетных промежутках. Этим объясняется высокая обменная поглотительная способность минералов монтмориллонитовой группы и наличие необменного поглощения катионов. Эта группа характеризуется высокой дисперсностью, набухаемостью, липкостью и вязкостью.

Почвенные глинистые минералы разделяются на:

Наибольшей поглотительной способностью обладают монтмориллонитовые минералы, наименьшей — каолинит. Так, емкость поглощения каолинита в 8-15 раз меньше емкости поглощения монтмориллонита. Эта особенность имеет значение в поглощении удобрений.

Монтмориллонит — Мg₃(OН)₄[Si₄O₈(OН)₂]·Н₂O — характеризуется высокой дисперсностью: 40-50% коллоидных (размер менее 0,0001 мм) и 60-80% илистых (размер менее 0,001 мм) частиц. Преобладает в черноземах. Из-за высокой дисперсности емкость поглощения достигает 120 мг-экв/100 г, при увлажнении набухает. В межплоскостное пространство кристаллической структуры могут проникать катионы (К + , NH₄ + , Na + , Са 2+ и др.), которые при дегидрации (подсушивании) почвы фиксируются и становятся недоступными для растений до следующего насыщения влагой.

Вторичные алюмосиликатные минералы находятся в почве в виде мелкодисперсных кристаллов и характеризуются высокой поглотительной способностью.

Группа каолинитов менее дисперсна, обладает небольшой набухаемостью и липкостью, емкость поглощения — не более 25 мг-экв/100 г почвы, размер частиц менее 0,001 мм, водопроницаемость хорошая.

В дерново-подзолистых и черноземных почвах, сформированных на покровных суглинках, в составе высокодисперсных фракций преобладают монтмориллонит и гидрослюды. В красноземах, желтоземах и дерново-подзолистых почвах, сформировавшихся на продуктах древнего гумидного выветривания гранита, содержание минералов каолинитовой группы значительно выше.

Гидрослюды образуются из слюд, имеют непостоянный химический состав, по физическим свойствам занимают промежуточное положение между монтмориллонитом и каолинитом. Гидрослюды присутствуют во всех почвах в илистой и коллоидной фракциях. Из-за высокой дисперсности обладают большой поверхностью и поглотительной способностью.

Слюды определяют агрохимические и агрофизические свойства почвы. Являются источником калийного питания растений, в их состав входит до 5-7% калия. Энергия коллоидного поглощения калия большая, вследствие чего в поглощающем комплексе его содержится 0,510 ммоль/100 г почвы. Красноземы и латериты вследствие небольшого содержания слюд и гидрослюд и избытком минералов каолинитов группы с низким содержанием калия, отличаются дефицитом калия.

К слабо окристаллизованным минералам, существенно влияющих на поглотительную способность почв, относятся аллофан, свободная кремнекислота, различные кислоты и их соли. В состав минеральной части почвы входят аморфные вещества: гидраты оксидов алюминия Al₂O₃ • nН₂O, железа Fe₂O₃ • nН₂O и кремния SiO₂ • nН₂O. Наибольшее их содержание отмечается в красноземах и желтоземах. В изоэлектрических точках этим вещества образуют аморфные осадки, которые по мере старения образуя новые минералы:

Источник

➤

Горная порода почва минерал