Почва – трехфазное тело (твердая, жидка, газовая фазы)
Первичные минералы – минералы магматического и метаморфического происхождения, которые унаследованы почвами от материнской породы, образовались при дефиците кислорода, влаг и т.п.
Вторичные минералы образовались в данной почве.
Первичные минералы.
Их количество исчисляется многими сотнями, но основную массу составляют относительно немногие.
Все перечисленные минералы имеют ионы, расположенные в виде геометрически правильной пространственной решетки (кристаллической)
Каркасные ПМ
Кремнекислородный тетраэдр
(SiO4)4- KKT
(SiO2)0∞ Кварц -самый устойчивый ПМ
В почве кварца до 90% (40-50-90%)
В некоторых случаях (кремнекислородных тетраэдрах ) в природе, в горных породах кремний может замещаться на алюминий.
Алюмокислородный тетраэдр
(AlO4) 5- AKT
K+, Na+ , Ca2+
AKT+KKT+ K++ Na+ + Ca2+ - Полевые шпаты
Кислые полевые шпаты SiO2: Al2O3~ 5-6 Калиевые(ортоклаз) и Натровые
Основные полевые шпаты SiO2: Al2O3 ~ 2-3 Кальциевые
В почвах полевых шпатов меньше чем в породах 15-50%
Алюмогидроксильные октаэдры
Al(OH)3-6 АГО
Первичные слюды
Трехслойные пакеты
Слой ККТ
Слой АГО
Слой ККТ
Эти пакеты соединены различными катионами: K, Na, Mg, Fe++
Мусковит – калиевая слюда (более устойчив)
Биотит – магнезиально-железистая слюда
Пироксены и амфиболы Цепочечное строение.
Цепочки состоят из ККТ.
Связаны Железом, Алюминием, Натрием, Магнием, Калием.
Одинарные цепочки – пироксены /\/\/\/\/\/\/\/\
Fe, Al, Mg, Na, K
\/\/\/\/\/\/\/\/
Связанные между собой цепочки – амфиболы (более устойчивы к выветриванию) /\/\/\/\/\/\
\/\/\/\/\/\/
Это в целом неустойчивые соединения
Кроме этих минералов есть ещё первичные оксиды.
Fe2O3 – гематит
TiO2 – рутил
Бескислородные соединения
FeS2 - пирит
Физическое и химическое выветривание.
Физическое выветривание.
1. Периодическое нагревание и охлаждение
Один минерал расширяется быстрее, чем другой, начинается растрескивание массивной горной породы
2. Вода
В эти трещины попадает вода, которая при замерзании расширяется, растрескивание продолжается. Вода может испаряться, происходит кристаллизация солей, процесс дезинтеграции продолжается
3. Корни
Дезинтеграция горных пород усиливается
4. Действие текущих вод, ветра, гравитации
Химическое выветривание.
1. Вода
2. Кислород
3. Углекислота
4. Органические соединения
Три основных процесса хим. выветривания:
1. Гидратация. Ионы, слагающие поверхностный слой кристаллов первичных минералов обладают свободными ненасыщенными силами притяжения, молекулы, которые являются диполями, притягиваются к ионам поверхностного слоя концом, который имеет противоположный заряд по отношению к этому иону. Диполи воды будут оказывать притягивающее действие на поверхностные ионы кристаллической решетки. Пример гидратации: Fe2O3(гематит)+H2O= 2FeO(OH) (гетит)
2. Окисление. Больше половины всего железа в земных породах – двухвалентное железо. Поскольку в приповерхностном слое (где идет выветривание) много воды, образуется много гидроксидов железа (железо становится трехвалентным). Это приводит к разрыхлению кристаллической решетки, решетка становится менее прочной.
3. Гидролиз (разложение). Замещаются катионы оснований водородными ионами (из углекислоты, гумусовых, органических кислот). Взаимодействие кислот с минералами происходит очень долго, гидролиз происходит «медленно, но верно»
Результат этих процессов
Из первичным минералов образуются вторичные минералы.
O, Si,Al, Fe, Ca, Mg, Na, K –освобождаются
Вторичные минералы (группы):
А) минералы простых солей
Б) минералы оксидов и гидроксидов
В) вторичные глинистые минералы
Минералы простых солей
Образуются при выветривании первичных минералов из (O, Si,Al, Fe, Ca, Mg, Na, K)
Наиболее распространенные соли СаСО3 – кальцит ( довольно часто образуется в аридных условиях)? NaСl(галит), CaMgCO3 (доломит) , CaSO4*2H20 (гипс)
Наиболее растворимы: хлориды, сульфаты, карбонаты (выше всего выносятся карбонаты, затем гипс, хлориды – выносятся глубже всего).
Вторичные минералы гидроксидов и оксидов (O, Si,Al, Fe)
Кремний
Первая фаза возникновения минералов оксидов кремния SiO2*nH2O –> аморфная некристаллическая система, которая по мере старения и потери поды переходит в опал (2-30%воды) -> халцедон ->возможно образование вторичного кварца
Алюминий
Al2O3*nH2O (боксит) ->Al(OH)3 (гиббсит) -> AlO(OH) (бемит)
Железо
Fe2O3(гематит) -> гидратируется Fe2O3*H20 -> Fe2O3*3H20 (гидрогетит)
Вторичные глинистые минералы – кристаллические минералы имеющие кристаллическое строение и высокую дисперсность.
Образуются 2мя путями.
1. Постепенная последовательная перестройка кристаллической решетки первичных минералов.
2. Распад кристаллической решетки. Образование коллоидных систем перекристаллизация в них.
ККТ, АГО, АКТ
1) Каолинит – двуслойный глинистый минерал (очень устойчивый минерал , образуется в гумидном климате)
Тетраэдрический слой – ККТ 0
SiO2*Al2O3<=2 расстояние 7,2 A
Октаэдрический слой – АГО
2) Монтмориллонит – трехслойный глинистый минерал
Слой ККТ
Октаэдрический слой
Слой ККТ
Между пакетами могут помещаться K, Mg, Ca
Монтмориллонит – продукт менее продвинутой стадии выветривания (средней) встречается в менее древних ландшафтах, в частности в саваннах умеренных условиях.
3) Гидрослюды – самые первые продукты выветривания
Гидробиотит, гидромусковит.
Трехслойные глинистые минералы из полевых шпатов или слюд.
Вторичные минералы по степени устойчивости в почвах
1. Гипс, галит (наименее устойчивые)
2. Кальцит, доломит
3. Монтмориллонит
4. Каолинит
5. Гиббсит
6. Гетит, гематит
Коры выветривания:
1) Остаточные - сформированы из продуктов выветривания, оставшихся на месте своего образования (повышенные позиции)
2) Переотложенные (аккумулятивные) – образуются из продуктов остаточных кор выветривания (подчиненные позиции)
Три типа кор выветривания:
1. Грубообломочная кора выветривания – продукты физического разрушения горных пород, горные условия, влажный климат, много мощных горных потоков. Слабое химическое изменение первичных минералов и грубообломочность
2. Сиаллитная кора выветривания – характерна для умеренно-холодных, умеренно-теплых влажных областей. Усилено выветривание, усилен вынос продуктов разрушения (по сравнению с предыдущими) . Много слабовыветренных первичных минералов, есть гидрослюды, монтмориллонит, частично вынесены Са, Mg, Na, K, Si; SiO2/Al2O3>3
3. Ферраллитная кора выветривания (самая продвинутая стадия выветривания)
Все первичные минералы разрушены кроме кварца. Из вторичных глинистых минералов Каолинит, гетит, гематит, гиббсит (последние три самые устойчивые)
SiO2/Al2O3<2