Сплошной минеральный слой почвы это

Происхождение минеральной части почвы, из чего состоит и характеристика

Для того чтобы успешно выращивать различные культуры, нужно хорошо разбираться в составе грунтов и понимать, из чего формируется и состоит минеральная часть почвы. Она скомпонована из различных по величине частиц и имеет разный состав, что обеспечивает разнообразие видов грунтов на планете. На ее формирование оказывают влияние десятки факторов, в том числе связанные с человеческой деятельностью.

Происхождение и состав минеральной части почвы

Минеральный компонент почвы сформировался при выветривании горных пород и минералов, находящихся в верхнем слое литосферы.

Также серьезное влияние на минеральный состав почвы оказывает метаморфоз, то есть превращение одних компонентов в другие в результате влияния следующих факторов:

1. Физических.
2. Химических.
3. Биогенных, то есть связанных с деятельностью живой природы, включая микроорганизмы и растительный мир.

Минеральный состав почвы тем больше отличается от исходной горной породы и минералов, чем дольше она существует. Минеральная часть достигает 55-60 % объема почвы и составляет 90-97 % ее массы. Это означает, что именно этот компонент играет основную роль в качестве и пригодности грунтов для выращивания культурных растений.

Процессы образования минералов и горных пород

Основные процессы образования минералов и горных пород делятся на два типа:

1. Глубинные (эндогенные), происходящие в глубине планеты и питающиеся за счет энергии ее ядра. Эти процессы формируют первичные минералы и базовые породы (в основном, кристаллического типа). Они делятся на магматические и метаморфические.
2. Поверхностные (экзогенные), происходящие на поверхности под влиянием энергии Солнца. Таким способом образуется основная масса вторичных минералов и осадочных пород.

Магматические процессы характеризуются протеканием при высоком давлении и температуре. Магма поднимается из глубин Земли, кристаллизуется и приводит к формированию магматических горных пород.

Существует несколько вариантов магматических процессов, но суть их всех состоит в подъеме расплавленной магмы и формированию из нее базовых пород. После этого в ход вступают другие процессы, связанные с давлением, температурой, перемещением слоев и смешиванием их, а также с влиянием горячих водных потоков, нагретых вулканической активностью планеты. Проходя через разные горные породы, вода вымывает из них компоненты, формирует соли и переносит их на близкие или дальние расстояния, давая жизнь новым минералам.

Биогенные процессы минералообразования

Эти процессы образования минералов связаны с жизнедеятельностью биологических организмов. Десятки живых существ формируют скелеты на минеральной основе или откладывают минералы в тканях. Таким способом формируются кристаллы кальцита, самородная сера, возникающая в колониях сине-зеленых водорослей у термальных источников и гейзеров, некоторые производные кремнезема – халцедоны и опалы, а также перламутр и драгоценность биологического происхождения – жемчуг.

Некоторые разновидности речных и морских моллюсков могут производить ультратонкие слои арагонита, которые перемежаются столь же прозрачными прослойками биологического вещества. Сотни и тысячи слоев образуют перламутровые переливы за счет проникновения света в сложную структуру.

Разложение отмирающих водных растений приводит к образованию сероводорода, который поднимается в верхние слои водоема, соединяется с кислородом и окисляется до сульфатов. При реакции сульфатов с солями, растворенными в воде, происходит отложение самородной серы и серной кислоты. В свою очередь, кислота соединяется с кальцием воды и становится причиной образования гипса.

Серные залежи также формируют анаэробные бактерии, обитающие вне водоемов, в континентальных гипсовых отложениях.
Благодаря активности живых организмов содержание углерода в почвах составляет в 20 раз большее количество, чем в земной коре, а количество азота – больше в 10 раз. Естественный процесс образования почвы длится крайне медленно, но человеческая сельскохозяйственная деятельность и облагораживание земель ускоряют ее формирование, обогащают и изменяют состав.

Метаморфические процессы минералообразования

Они связаны с перерождением ранее образованных минералогических компонентов экзогенного и эндогенного происхождения под влиянием изменившихся физических и химических условий. Основную роль в изменении старых и возникновении новых минералов играет давление, а также перемены температурного режима.

Такие воздействия занимают впечатляющие временные промежутки, измеряющиеся не тысячами, а миллионами и даже миллиардами лет. Однако специфика метаморфизма состоит в том, что, наряду с длительным влиянием, на состояние минералов могут воздействовать и сиюминутные, с точки зрения истории и минералогии, процессы.

Существуют следующие типы метаморфизма:

1. Автометаморфизм.
2. Динамометаморфизм.
3. Контактовый.
4. Региональный.

Метаморфизм при высоких температурах и давлении чаще всего не вызывает расплавления, но зато способен изменять химический состав исходного «сырья» и его физические характеристики, а также форму будущих отложений минералов. Это действие обеспечивает разнообразие минералов на планете и приводит к формированию залежей полезных ископаемых.

Образование горных пород

По происхождению горные породы делятся на следующие:

1. Магматические – могут быть эффузивными, то есть образованными застывшей на поверхности излившейся магмой, или интрузивные, то есть застывшие и кристаллизовавшиеся внутри земной коры и мантии. Они являются основой литосферы, занимая до 95 % ее общей массы. В роли почвообразующих они проявляются себя слабо, в основном, залегая в гористых местностях. В зависимости от соотношений минеральных веществ могут быть кислыми, с высоким процентом содержания кремнезема, и основными (нейтральными и щелочными). Кислые – рыхлые, содержат гравий, богаты калием, но из-за своего уровня pH отличаются низкой питательностью для растений. Основные же содержат много оснований и гумуса, отличаются темным цветом и высоким плодородием.
2. Метаморфические – формируются в результате перерождения уже существующих минералов.
3. Осадочные – являются продуктом выветривания и разрушения других горных пород, выпадения осадка из воды, жизнедеятельности биологических организмов.

Таким образом, в образовании горных пород задействованы многочисленные и разнообразные силы.

Классификация, распространение и основная характеристика почвообразующих пород

Материнскими, или почвообразующими, породами называются выветривающиеся рыхлые горные породы. В процессе дальнейшего почвообразования они становятся основами для разных типов почв.

Главным фактором формирования материнских пород становится выветривание. Все породы разрушаются с разной скоростью и интенсивностью, благодаря чему обладают неодинаковыми характеристиками и свойствами.

1. Элювий.
2. Эоловые отложения.
3. Лессы.
4. Делювиальные отложения.
5. Пролювиальные отложения.
6. Аллювиальные отложения.
7. Озерные отложения.
8. Морские прибрежные отложения.
9. Ледниковые отложения.
10. Флювиогляциальные отложения.
11. Ленточные глины.
12. Покровные суглинки.
13. Лессовидные суглинки.

В зависимости от происхождения делятся на:

1. Осадочные, образующиеся на дне водоемов – пресных и соленых.
2. Обломочные, возникающие при физическом и химическом выветривании.
3. Метаморфические, на базе вещества мантии Земли.

Материнские горные породы в значительной степени определяют химический, минералогический, механический состав, плодородие и физические характеристики почв. Распространение и качество современных грунтов напрямую связаны с тем, какие минералы находятся под ними.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Home » Агрохимия » Минеральная часть почвы

Популярные статьи

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