Большой практикум. Практикум по почвоведению с основами геологии красноярск 2006 удк ббк рецензенты Ю. Н. Трубников
 Скачать 13.42 Mb.
|
Минералы в почвах и породах (практическое занятие)Конспект теории 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.
В соответствиес кристаллохимической классификацией выделяют 9 классов минералов. Класс силикатов – самые распространенные в земной коре минералы. Их доля составляет 85% от массы земной коры. В минералах этого класса каждый ион кремния соединен с четырьмя ионами кислорода. В зависимости от строения кристаллической решетки силикатов различают несколько подклассов: Островные силикаты. Форма их кристаллической решетки напоминает отдельные островки. К ним относятся оливин и гранаты. Цепные силикаты или пироксены. В их кристаллической решетке кремнекислородные тетраэдры соединены в цепочки (авгит). Ленточные силикаты или амфиболы. Представителем является роговая обманка. Листовые силикаты. Имеют слоевую или листовую структуру. Среди них различают собственно силикаты (серпентин, каолинит, тальк, хлориты) и алюмосиликаты или слюды (биотит, монтмориллонит, мусковит). Каркасные силикаты. К ним относятся полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), плагиоклазы (альбит, анорит, лабрадор) и фельдшпатиды (нефелин, лейцит). Класс окислов и гидроокислов объединяет около 200 минералов: кварц, опал, гематит, магнетит, лимонит, корунд, боксит, пиролюзит и др. На их долю приходится 17% всей массы земной коры. Кварц [SiO2] является широко распространенным в земной коре и наиболее изученным по сравнению с другими минералами. Это первичный минерал, самый устойчивый к выветриванию. Количество и размер зерен кварца определяют гранулометрический состав и многие физические свойства почвы, например, водопроницаемость, связность, влагоемкость. К классу карбонатов относят до 80 минералов солей угольной кислоты: кальцит, магнезит, доломит, соду, сидерит, малахит, азурит и др. Карбонаты — это в основном вторичные почвообразующие минералы. Они являются источником питания растений. Широко распространены в природе: общая масса их достигает 1,8% массы земной коры. К классу фосфатов относят более 300 минералов солей фосфорных кислот: апатит, фосфорит, вивианит и др. Их общая масса составляет около 1 % массы земной коры. Фосфаты являются ценными агрономическими рудами и представляют огромное значение для сельского хозяйства. Класс сульфатов - это соли серной кислоты. К классу сульфатов относят около 260 минералов: гипс, ангидрит, барит, мирабилит и др. Общая их масса не превышает 0,1% массы земной коры. Эти минералы в основном представляют собой сульфаты Na, К, Са, Mg, Ba и других металлов и имеют экзогенное происхождение. Гипс и ангидрит — ценные агрономические руды, используемые для гипсования солонцовых почв. Сульфаты в почвах пополняют недостаток кальция, серы и т. п. Класс галоидов - это соли галогенно-водородных кислот HF, HC1 и реже НВг и HI. По окраске галоиды светлые, часто прозрачные. Многие из них хорошо растворяются в воде. Галит, сильвин и карналлит — типичные вторичные минералы, являющиеся источником калийного питания растений. Класс нитратов - производные солей азотной кислоты. Вследствие легкой растворимости в воде минералы этого класса в природе встречаются довольно редко. Наиболее распространены среди нитратов натриевая (чилийская) и калиевая (индийская) селитры. Источником азота в них является азот воздуха. Селитры — весьма ценное минеральное удобрение, так как содержат калий и азот. Класс сульфидов— это соли сероводородной кислоты (пирит, халькопирит, галенит). Они не относятся к породообразующим минералам. Их роль в народном хозяйстве достаточно велика, так как сульфиды являются рудами многих важных металлов: меди, свинца, цинка, ртути и др. Класс самородных элементов.В земной коре в свободном состоянии найдено около 50 самородных химических элементов: алмаз, графит, сера, золото, платина, природные газы и др. Общая их масса составляет менее 0,1% массы земной коры. Рассмотрим минералы по внешнему виду, определяя их признаки «на глаз». Такой метод называется макроскопическим, в отличие от микроскопического метода, при котором порода изучается под микроскопом, и других специальных более точных методов, недоступных при полевых исследованиях (химический, спектральный, кристаллографический, рентгенографический и др.). Однако макроскопический метод позволяет выделять основные признаки и свойства, диагностирующие минералы. Строение минералов. Большое количество минералов - твердые вещества, они могут иметь аморфное и кристаллическое строение. Аморфные вещества характеризуются беспорядочным расположением ионов и атомов в пространстве; не имеют кристаллического строения, отличаются непостоянством состава и одинаковыми свойствами во всех направлениях. Иными словами обладают изотропией, т.е. во всех направлениях внутри вещества имеют одинаковую твердость, тепло- , свето- и электропроводность. Аморфными минералами являются лимонит, боксит, фосфорит и др. Кристаллические вещества характеризуются упорядоченным расположением своих атомов ионов и молекул, которые в пространстве образуют различные кристаллические решетки. Кристаллические решетки могут быть: 1) атомными – когда в углах решетки находятся атомы (например, алмаз и графит построены из атомов углерода, но имеют разное расположение их в пространстве, поэтому так отличаются по своим свойствам); 2) ионными – когда в узлах решетки расположены ионы, например, галит (NaCl) и пирит; 3) молекулярными – когда в узлах решетки находятся целые молекулы (слоевые силикаты, глинистые минералы). Многие минералы с кристаллическим строением благодаря закономерному расположению атомов образуют хорошо выраженную форму правильных природных многогранников, например, кубы (6 граней), призмы (3 параллельные грани), пирамиды (3 пересекающиеся в одной точке грани), тетраэдры (4 треугольные грани), ромбоэдры (6 треугольных граней), октаэдры (8 треугольных граней). Нахождение в природе. В природе минералы встречаются в виде скоплений кристаллов или зерен. Эти скопления называют минеральными агрегатами. Строение минеральных агрегатов может быть следующим: зернистым (оливин, апатит); землистым (каолин, охра); плотным (халцедон); игольчатым или призматическим (роговая обманка); волокнистым (волокнистый гипс); листовым или пластинчатым (различные слюды, такие как биотит). Выделяют формы агрегатов:
Каждый минерал имеет определенный химический состав и характерное внутреннее строение, от которого зависят его форма и физические свойства. Физические свойства нередко являются диагностическими признаками минералов. Цвет. Практически цвет минерала определяют на глаз, путем сравнения с хорошо знакомыми в быту предметами: молочно-белый, соломенно-желтый, бутылочно-зеленый, кирпично-красный и т.д. Окраска минерала обусловлена его красящим веществом или хромофором, а так же включениями других твердых и газообразных частиц – примесей. Поэтому окраска одного и того же минерала бывает очень изменчивой. Например, кварц образует много разновидностей, отличающихся друг от друга по окраске: горный хрусталь (бесцветный), аметист (фиолетовый из-за примеси марганца), морион (черный из-за примеси органического вещества). Существуют минералы – эталоны, у которых окраска является решающим диагностическим признаком: малахит – зеленая; халькопирит – латунно желтая; лимонит – бурая; гематит – черная; киноварь – красная. Некоторые минералы (например, лабрадор) меняют цвет в зависимости от условий освещения, приобретая красивую радужную окраску. Для обозначения минералов, имеющих металлический блеск, к названию цвета прибавляют название распространенного металла соответствующей окраски: свинцово-серый, латунно-желтый, медно-красный, железно-черный и т.д. Цвет черты минерала. Некоторые минералы в куске имеют один цвет, а в порошке – другой. Например, пирит в куске латунно желтый, а в порошке - зеленовато-серый. Потрите кусок минерала из коллекции о неглазированную поверхность фарфоровой чашки и определите цвет черты. Такой цвет соответствует минералу в порошкообразном состоянии. Прозрачность - это способность минерала пропускать свет. Различают прозрачные (горный хрусталь, каменная соль), когда сквозь такой минерал можно читать текст; полупрозрачные (сфалерит, киноварь, опал), когда через эти минералы видна форма и очертание предметов; просвечивающие (обсидиан), если свет проходит лишь через тонкие пластинки, причем предметы не различимы; непрозрачные (пирит, галенит, графит), когда эти минералы не пропускают свет. Блеск. Это свойство минерала отражать свет в той или иной степени. Блеск бывает металлическим, которым обладают непрозрачные минералы, дающие черную черту на фарфоровой поверхности (пирит). Кроме того, блеск может быть неметаллическим:
Матовые минералы не имеют блеска (пиролюзит, каолинит) Спайность - способность минералов колоться по плоскостям, строго ориентированным в данном минерале по отношению к его кристаллической решетке (осям и граням). При расколе по направлению плоскостей спайности возникают ровные зеркально-блестящие поверхности. В некоторых минералах бывает одно направление спайности, в других два или даже три взаимно пересекающихся. Различают спайности: весьма совершенную, когда минерал очень легко расщепляется (например, ногтем) на отдельные тончайшие листочки, образуя зеркально-блестящие плоскости спайности (графит, гипс, биотит); совершенная спайность отличается тем, что минерал раскалывается на пластинки с блестящими плоскостями лишь при слабом ударе молотка (галит, кальцит); средняя спайность обнаруживается у некоторых минералов, имеющих два направления спайности: по одному из них возникают ровные блестящие плоскости, по другому – поверхность шероховатая (ортоклаз); весьма несовершенной спайностью обладают минералы, которые раскалываются по многим направлениям незакономерно, образуя кусочки разной формы и размеров (кварц). Аморфные минералы вообще не обладают спайностью, поскольку не имеют кристаллического строения. Излом определяется при расколе минерала. Поверхность излома может быть раковистой (имеет вид выпуклых и вогнутых элементов с концентрически-волнистыми полосами, напоминающих раковины моллюсков, например горный хрусталь); занозистой (поверхность с ориентированными в одном направлении занозами, например волокнистый гипс, роговая обманка); землистый (излом имеет матовую и шероховатую поверхность, например каолинит, лимонит); ровный или по плоскостям спайности (например,слюда, кальцит). Твердость. Это один из важнейших диагностических признаков. Под твердостью понимают степень сопротивления минерала царапанию острием, давлению или истиранию. Твердость в минералогии устанавливается обычно путем царапания минералов предметами, твердость которых является известной. Для определения относительной твердости существует шкала Мооса (табл.1), в которой представлены минералы с известной постоянной твердостью. Степень твердости оценена по десятибалльной системе – низшая твердость обозначена единицей, а высшая – десятью баллами. Таблица 1. Шкала твердости Мооса
При определении твердости испытуемого минерала царапают по его поверхности кусочком минерала с известной твердостью. Для примера определим твердость гематита. Из эталонных минералов его царапают все наиболее твердые минералы до ортоклаза включительно, т.е. минералы с твердостью от 9 до 6. Следовательно, гематит имеет твердость меньше 6. Следующий в шкале минерал апатит не царапает гематит, но гематит в свою очередь оставляет на апатите черту. Следовательно, твердость гематита меньше 6, но больше 5. Она определяется как 5,5. Плотность. Бывают легкие минералы с плотностью до 2,5 г/см3 (гипс, галит, сера), средние с плотностью 2,5-4 г/см3 (кварц, полевые шпаты, кварцит) и тяжелые минералы с плотностью более 4 (рудные минералы). Магнитность. Способность минералов действовать на магнитную стрелку или притягиваться магнитом. Растворимостью в 10% соляной кислоте обладают карбонатные минералы. Вкус. Например, галит – соленый; сильвин – горько-соленый. Запах. При трении фосфоритов друг о друга возникает запах жженой кости, что свидетельствует о присутствии фосфора. Янтарь и сера при нагревании загораются и испускают очень характерные запахи. Материалы и оборудование:коллекция минералов, шкала Мооса, фарфоровые чашки, стеклянные пластинки, лупы. |