Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв»




НазваниеМетодические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв»
страница7/8
Дата публикации25.07.2013
Размер0.96 Mb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > География > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8

^ 2 ВТОРИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПОЧВ
Вторичные минералы осадочных пород и почв чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Общим свойством большинства этих минералов является высокая степень дисперсности, аморфная или чаще скрытокристаллическая структура. Значительная часть вторичных минералов присутствует в почвах и породах в коллоидно-дисперсном состоянии.

Многие вторичные глинные минералы, в отличие от первичных, обладают подвижной кристаллической решеткой, развитой поглотительной способностью, способностью сорбировать воду и набухать, ясно выраженными коллоидными свойствами. Отмеченные специфические свойства вторичных глинных минералов передаются почвам и почвенным горизонтам.

Ниже характеризуются важнейшие группы вторичных минералов, присутствующих в почвах.

^ 2.1 Аморфные и скрытокристаллические вторичные минералы
Аморфные почвенные минералы образуются при выветривании, почвообразовании и при минерализации растительных и животных остатков. Однако аморфное состояние почвенных минералов не всегда является длительным: со временем аморфные минералы переходят в кристаллические. Например, свежеосажденный углекислый кальций сохраняет аморфное состояние лишь несколько часов. Силикаты и алюмосиликаты находятся в аморфном состоянии, в зависимости от условий среды, годы, столетия и тысячелетия, переходя постепенно в кристаллические формы соответствующих минералов.
^ 2.1.2 Аморфные водные окислы марганца, железа, алюминия
Весьма разнообразные аморфные минералы окислов марганца, железа и алюминия часто встречаются в определенных почвах. Чисто коллоидные формы этих минералов связаны различными переходами с кристаллическими формами этих же окислов, с которыми в природе они обычно встречаются в виде смесей.

Вады. Это широкая группа землистых по виду, шоколадно-черных аморфных почвенных минералов двуокиси марганца, содержащих воду и примеси других окислов. Очень часто вады содержат калий, медь, цинк, кобальт, барий, железо, никель и др.

Псиломеланы. Это группа метаколлоидных и кристаллических минералов сложных окислов марганца или солей марганцевых кислот. Некоторые ученые считают псиломеланы полиманганитами с формулой (R,Mn)O∙mMnO2∙nH2O.

Вады и псиломеланы близки между собой, но первые, по-видимому, образуются в аккумулятивных восстановительных условиях, а вторые - в окислительных.

^ Вернадит, пиролюзит, манганит. Это распространенные минералы окислов марганца, часто смешивающиеся друг с другом или с вадами и псиломеланами. Вернадит - MnO2nH2O - аморфный или слабокристаллизованный землистый колломорфный минерал, иногда образующий конкреции. Пиролюзит - MnO2 - скрытокристаллический или метаколлоидный минерал, образующий землистые агрегаты чёрного цвета, конкреции, плиты. Манганит – Mn2O3H2O - существует в кристаллической и метаколлоидной модификациях. Образует стяжения, корки, сферические конкреции. Очень часто смешан с пиролюзитом и похож по внешнему виду на вернадит. Агрегаты манганита иногда имеют колломорфный характер.

^ Лимонит, гематит, магнетит. Лимонит – Fe2O3H2OnH2O - преобладающая группа минералов водных окислов железа, широко распространенных в корах выветривания и почвах. Водные окислы железа придают почвам бурые, темно-бурые, коричневые, оранжевые и красные тона. Они образуют почвенные конкреции, плиты, панцири (с примесью минералов марганца) и рудные скопления железа. Ничтожные изменения в содержании воды и степени дисперсности сильно отзываются на окраске и структуре скоплений водных окислов железа и почвенной массы.

Вероятно, первичной аморфной формой водных окислов железа являются водные свежеосажденные гидрогели закиси – феррогидрит Fe(ОН)2 и окиси – Fe(OH)3. Эти соединения вместе с коллоидным сернистым железом (гидротроилит - FeS∙nH2O - чёрный коллоидно-аморфный минерал) обнаруживаются в мокрых солончаках, соляных грязях, торфах и т.д. Однако они очень нестойки и, обезвоживаясь, переходят пока еще не вполне ясными путями в лимонит, магнетит (Fe3O4), гематит (Fe2O3). Лимонит считается типичным аморфным минералом, имеющим окраску от желто-бурой до чёрной. По мере обезвоживания лимонита и перехода в гетит он приобретает скрытокристаллическую структуру. Возможен, однако, и обратный процесс гидратации гематита и перехода его в лимонит.

Минералы окислов железа - важный фактор структурообразования почв, прошедших грунтовое увлажнение. Очень важную роль играют эти минералы в желтозёмах, краснозёмах, латеритных почвах. Они способствуют также необменному поглощению анионов фосфорной кислоты и органических кислот.

При выветривании алюмосиликатных минералов появляются ионные и коллоидные растворы соединений алюминия, которые, осаждаясь и коагулируя, образуют аморфные минералы водных окислов алюминия (глиноземные минералы). При воздействии некоторых факторов (колебания температуры, концентрация, влажность и т.д.) со временем аморфные формы гидроокислов алюминия переходят обычно полностью или частично в кристаллические и обезвоженные формы. Однако известно, что в месторождениях бокситов в больших количествах находятся аморфные формы гидратов окислов алюминия, хотя возраст бокситов измеряется многими миллионами лет.

Минералы гидроокислов алюминия характерны для древних субтропических и тропических автоморфных почв (аллитные почвы). Накопление гидратов окислов алюминия наблюдается в болотных почвах северных зон.

^ Гиббсит (гидраргиллит) – Al(OH)3 или Al2O3∙3H2O существует как в коллоидной форме, так и в скрытокристаллической. В тропических бокситовых почвах гиббсит образует конкреции, натеки, корки, агрегаты светлого цвета. Существует модификация гидроокисла алюминия, почти тождественная гиббситу, под названием «байерит».

Бемит Al2O3H2O - обычно аморфный, но нередко скрытокристаллический минерал глинозёма. Это белый или желтоватый минерал, типичный для бокситов, а также для древних аллитизированных почв субтропиков и тропиков.

Диаспор Al2O3H2O - по преимуществу кристаллическая модификация моногидрата окисла алюминия, хотя известны и аморфные его формы. Диаспор чаще встречается в древних палеозойских бокситах.

Корунд - Al2O3 - безводный кристаллический глинозём, встречается в бокситах, подвергшихся воздействию факторов метаморфизма (давление, высокие температуры). Корунд образуется, по-видимому, при дегидратации диаспора.

Присутствие в почвах значительных количеств аморфных и скрытокристаллических гидратов глинозёма сообщает почвам хорошую структурность и легкую размываемость, пониженную поглотительную способность по отношению к катионам и заметно выраженную способность к необменному и обменному поглощению анионов, особенно анионов фосфорной кислоты (PO4)4- .

Глинозёмные минералы более всего характерны для так называемых аллитных, латеритных и красноземных почв влажных тропиков и субтропиков, свидетельствуя о глубоком распаде первичных и вторичных минералов. Лимонит, гетит и другие члены этого ряда, по-видимому, в наибольшей степени характерны для почв болотного и гидроморфного режима.
^ 2.1.3 Аморфные окислы кремния, кварц

В почвах, корах выветривания и осадочных породах весьма часто и в больших количествах встречаются коллоидные аморфные и скрытокристаллические формы минералов окислов кремния.

Почвенные, грунтовые и речные воды, как правило, содержат слабые истинные и коллоидные растворы соединений кремнезёма, образующихся при разрушении алюмосиликатных минералов и минерализации органических веществ. Концентрация SiO2 в природных водах колеблется от 10 до 200 мг/л. Выпадение в осадок из растворов и коагуляция коллоидных форм ведут к образованию многообразных форм аморфного кремнезёма, который, постепенно обезвоживаясь, переходит обычно в скрытокристаллические формы кремнезёма и в разновидности вторичного кварца. Большая часть растворенного в природных водах кремнезёма идёт на образование глинных минералов.

Студенистые гидрогели кремнезёма – mSiO2∙nH2O - встречаются сравнительно редко. Студенистые гели кремнезёма были, например, описаны для донных отложений соляных озер Калахари, в грунтах Симплонского тоннеля, в пустыне Намиб, в опаловых месторождениях Центральной Австралии. Они могут быть встречены чаще при более тщательном изучении в природной обстановке. В частности, не исключено, что в щелочных коркующихся почвах присутствует в небольших количествах коллоидно-растворимый гель подвижного кремнезёма или кремнекислого натрия, который при увлажнении усиливает вязкость почв, а при высыхании - их цементацию и отвердение.

Опал - SiO2nH2O. В осадочных породах и почвах встречаются твёрдые гели окислов кремнезёма - опалы, содержащие большее или меньшее количество воды. В опалах часто обнаруживаются примеси железа, алюминия, кальция и особенно магния. В осадочных породах опал образует конкреции, натеки, жилы и прослои в трещинах или корки на поверхности пустот.

В почвах опал встречается в виде мелких и мельчайших пылевидных зернышек, песчинок или конкреций, а иногда в виде корочек и натеков на структурных отдельностях почв или на гальках. В озерах тропических стран встречаются прослойки опаловидного кремнезёма в донных отложениях.

Образование опала и присыпок опаловидного кремнезема в почвах, породах, озерах связано с выпадением его в осадок из почвенных и грунтовых вод, переносящих продукты выветривания. Опал недавнего происхождения отличается малым удельным весом и высокой гидратированностью, достигающей 18-20 % по весу. Под влиянием времени и, особенно при высыхании, при воздействии высоких температур или повышенного давления опал дегидратируется, уплотняется, повышает удельный вес и может постепенно переходить в кремни или яшмы.

Кремни представляют собой обезвоженный уплотненный дегидратированный опал с неопределенной структурой. Большие конкреции опаловидных кремней часто встречаются в известняках, кварцитах, мергелях. При выветривании известняков кремни остаются в виде каменистого материала на поверхности известняков и в почве. Обширные пространства Австралии покрыты опалово-кремневой корой, иногда мощностью до 3-5 м.

При образовании осадочных пород и при гидроморфном почвообразовательном процессе постоянно существует приток и осаждение аморфных соединений кремнезема, а затем постепенное превращение свежеосажденных масс распыленных или компактных гелей кремнезема в опал, с последующим переходом опала в кремни и кремней в халцедон.

Халцедон – SiO2. Халцедон представляет собой обезвоженный минерал окиси кремния с микрокристаллической структурой. Халцедон образует натеки или сростки кристаллов в трещинах изверженных горных пород, в пустотах осадочных пород или формирует конкреции и сферолитовые агрегаты. В почвах иногда наблюдается скопление мелких агрегатов халцедона. Халцедон, как и его особая разновидность - кварцин, по структуре близок к кварцу. По окраске, зависящей от примесей, различают большое число модификаций халцедона. Упомянем из них наиболее важную разновидность - агаты. Халцедон также главнейший компонент кремней и яшм.

Опалы и халцедоны весьма часто замещают кальциты, окислы железа, погребенную древесину и кости, образуя так называемые псевдоморфозы окремнения. Можно считать, что халцедон со временем и притом крайне медленно преобразуется в кварц.
2.1.4 Аллофаноиды
Аллофаноиды являются аморфной разновидностью глинных минералов, сравнительно недавно осажденных из растворов (истинных или коллоидных) соединений кремнезёма и алюминия.

Коагели аллофаноидов имеют общий состав, выражаемый формулой [nSiO2∙mAl2O3]∙xH2O, что говорит о широких вариациях в соотношениях кремнезема, алюминия и воды. Повышение рН растворов сопровождается расширением отношения SiO2:Al2O3; возрастание кислотности среды способствует сужению этого отношения. Однако преобладают аллофаны с молекулярным отношением SiO2:Al2O3 = 2:1.

Аллофаноиды могут иметь конституционные и сорбированные примеси. Обычно аллофаноиды белого и сероватого цветов. Замещение алюминия железом с образованием аморфного феррисиликата даёт тёмный и даже чёрный минерал. Аллофаноиды являются типичными минералами молодых почв, образованных на относительно свежих вулканических пеплах. По-видимому, в других условиях аллофаноиды быстро кристаллизуются и переходят в кристаллические формы вторичных силикатов.

Хисингерит - сравнительно широко распространенный аморфный силикат железа - аналог аллофана; он имеет молекулярное отношение SiO2:Fe2O3 = 2:1. Между аллофаном и хисингеритом имеются многочисленные переходные минералы, связанные с различной степенью замещения железа алюминием.
^ 3 КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТОРИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ
3.1 Глинные минералы (алюмосиликаты)
Глинные кристаллические минералы являются гидратированными (водными) силикатами (алюмосиликатами) со слоистой или цепочечной кристаллической решеткой, состоящей из слоев кремнекислородных тетраэдров, сведенных в гексагональную форму и упакованных в самостоятельные слои.

Каждый слой состоит из поверхности катионов (кремний, алюминий, магний, железо), причем индивидуальный катион окружён четырьмя ионами кислорода или шестью ионами гидроксила (тетраэдры или октаэдры соответственно). Классификационное подразделение вторичных силикатных минералов базируется на их кристаллохимической структуре, т.е. на типе организации кристаллической решетки и ее элементов. Главным при этом является структура ионных пакетов.

Различают глинные минералы двухслойные (1:1), в которых на один слой кремнекислородных тетраэдров приходится один октаэдрический слой алюминия, магния или железа. К этому типу относятся минералы групп каолинита, галлуазита, 7А-хлорита.

Далее выделяют класс трехслойных минералов (2:1), в которых между двумя кремнекислородными слоями расположен один слой алюмогидроксильных октаэдров. Сюда относятся минералы групп монтмориллонита, иллита (гидрослюды), вермикулита. Наконец, различают четырехслойные глинные минералы, например, 14А-нормальный хлорит, имеющий два кремне-кислородных и два октаэдрических слоя магния или железа, которые перемежаются.

Нужно иметь в виду, что химизм глинных минералов крайне изменчив, так как алюминий также может образовывать кислородные тетраэдры, которые могут замещать кремнекислородные тетраэдры. Кроме того, железо и магний, образующие октаэдры с гидроксилами, замещают алюминий в октаэдрических слоях. Очень важным классификационным признаком глинных силикатных минералов является подвижность или неподвижность кристаллической решетки и способность сорбировать воду (и другие жидкости), а также катионы и анионы.

Глинные минералы групп монтмориллонита и вермикулита характеризуются подвижной кристаллической решеткой. Другие не обладают этим свойством или обладают им лишь в слабой степени.

^ 3.1.2 Класс двухслойных силикатов
Группа каолинита. Группа каолинита включает в себя собственно каолинит, диккит и накрит. Кристаллохимическая формула каолинита Al4(OH)8∙[Si4O10].

Каолинит содержит кремнезема около 45-46 %, глинозема около 38-40 % и воды около 13 % (табл. 9). Каолинит представляет собой тонкую на ощупь белую тонкочешуйчатую глинистую массу. Под микроскопом каолинит представлен шестиугольными пластинками (табличками) белого цвета с жемчужным отблеском.

В почвах и почвообразующих породах основная масса минералов группы каолинита присутствует во фракциях > I мк. Высокодисперсный каолинит легко открывается рентгеновскими, термическими и электронографическими методами. Минералы этой группы обладают следующими свойствами: кристаллическая решётка жесткая, катионная поглотительная способность низкая – 5 - 15 мэкв на 100 г минерала, поглощение воды слабое. Наблюдается заметное обменное поглощение анионов.

Образование минералов группы каолинита, по-видимому, свойственно кислой среде и происходит в ходе длительного выветривания первичных минералов в элювиальных условиях. Каолинит является остаточным продуктом глубокого выветривания минералов и синтеза соединений глинозёма и кремнезёма в обстановке влажного холодного и особенно влажного тропического и субтропического лесного почвообразования. Каолинит может возникать и путём присоединения кремнезёма к бемиту или гидраргиллиту.

^ Группа галлуазита. Это минералы, очень близкие к каолиниту и нередко принимаемые за каолинит. Практически они того же химического состава, но со слоем молекул воды между двумя пакетами Al4(OH)8∙[Si4O10]∙(H2O)4. Имеется, однако, безводная форма галлуазита, так называемый метагаллуазит.

Таблица 9 - Валовый химический состав глинных минералов, % (Дегенс, 1965)

Компоненты

Аллофан

Каоли-нит

Галлуа-зит

Монтмо-риллонит

Вермику-лит

Иллит

Глауко-нит

Хлорит

SiO2

33,96

45,44

44,08

51,15

35,92

49,26

52,64

26,68

Al2O3

31,12

38,52

39,20

19,76

10,68

28,97

5,78

25,20

Fe2O3

Следы

0,80

0,10

0,83

10,94

2,27

17,88




FeO













0,82

0,57

3,85

8,70

MgO




0,08

0,05

3,22

22,00

1,32

3,43

26,96

CaO

2,26

0,08

0,20

1,62

0,44

0,67

0,12

0,28

Na2O




0,66

0,04




0,13

0,18




K2O




0,14

0,11




7,47

7,42




H2O

12,84

0,60

1,44

14,81

19,84

3,22

2,83




H2O

20,28

13,60

14,74

7,99

6,03

5,86

11,70

Всего

100,46

99,92

99,81

99,52

100,64

99,91

99,99

99,52


Межпакетные расстояния у каолинита 7,1 Å, а у галлуазита 10,0 Å. Кроме того, встречаются формы галлуазита, обладающие подвижной кристаллической решеткой и слабой способностью набухать (до 10,8 Å). Внешне галлуазиты представляют собой землистую массу и корки белого или серо-желтоватого цвета. Под электронным микроскопом галлуазит дает изображение в виде игольчатых или вытянуто-пластинчатых частиц. Поглотительная способность галлуазитов того же порядка, что и каолинитов. Различают железистую разновидность галлуазита - ферригаллуазит (Al, Fe)2O3∙2SiO2∙nH2O, который образует землистые темные бурые и коричневые скопления, корочки или входит в состав ортштейнов или ортзандов.

Галлуазиты - минералы древних остаточных кор выветривания. Но, по-видимому, они образуются также и в аккумулятивных ландшафтах путем синтеза и выпадения из растворов.
1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к лабораторной работе по дисциплине «Инженерная геология»
Типы горных пород. Изучение (описание и определение) основных разновидностей осадочных, магматических и метаморфических пород по...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к лабораторным и практическим занятиям для...
...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconЛекция Тема. Эрозия почв и меры борьбы с ней
Эрозия (от латинского слова «erosio» «разъедание») – это многообразные процессы разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconКонспект лекций по курсу «свойства пластовых пород и флюидов»
Вы – будущие нефтяники. И как нефтяники, Вы должны хорошо знать свойства горных пород, вмещающих нефть и газ, а также свойства тех...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к лабораторным занятиям по микробиологии и...
Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины Микробиология и вирусология...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Газоснабжение»
«Газоснабжение» для студентов специальностей 290700, 100700 очной и заочной форм обучения

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к семинарским занятиям для студентов очного...
Методические указания к семинарским занятиям по экономической теории (частьii макроэкономика)

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания по практическим занятиям по дисциплине: «управление работой порта»
Методические указания по практическим занятиям подготовлены: доцентом кафедры «ЭиМ» Анищенко Н. В., ассистентом Париновой Е. А

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к практическим занятиям по дисциплине
Методические указания к практическим занятиям составлены: доц. Барановым А. П., и обсуждены на заседании кафедры "Подъемно-транспортные...

Методические указания к лабораторным занятиям «Минералы почвообразующих горных пород и почв» iconМетодические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Социальная...
Методические указания по курсу «Социальная экология и устойчивое развитие» предназначены для студентов специальности «Экология»....

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов