Главная страница

почвоведение ганжара. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений


Скачать 7.4 Mb.
НазваниеУчебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
Анкорпочвоведение ганжара.doc
Дата23.10.2017
Размер7.4 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлапочвоведение ганжара.doc
ТипУчебники и учебные пособия
#9693
страница16 из 64
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   64

Осадочные породы ■ кварц

[fflff Полевые шпаты ^ Слюды

Магматические породы

В Полевые шпаты Й2? Амфиболы и лироксены >$$ Слюды Кварц = Прочие

Рис. 12.1. Минералогический состав магматических и осадочных пород



Рис. 12.2. Кремнекислородные радикалы:

А — цепочные; Б — ленточные; В — листовые

Свойства силика­тов, в том числе ус­тойчивость к выветри­ванию, определяются строением кристалли- ческои решетки, со­стоящей из кремне­кислородных тетраэд­ров (SiO„)4-. Во всех си­ликатах каждый атом кремния соединен с четырьмя атомами кислорода, располо­женными в вершинах тетраэдра, в центре которого находится атом кремния. Кремне­кислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентны­ми связями, которые могут быть компенси­рованы присоединени­ем катионов или со­единением с другими кремнекислородными тетраэдрами. Тетраэд­ры, соединяясь через кислородные ионы, могут образовывать различные сочетания, или типы структур: ос­тровные (оливин), ленточные (амфибо­лы), листовые (слю­Ды), каркасные (поле- ВЬ1е шпаты, кварц) (Рис. 12.2). Если тетра-эдры в структуре располагаются изолированно, соединяясь между собой через положительно заряженные атомы металлов, получа­ется самый простой — островной тип структуры. При соединении тетраэдров через кислородные ионы образуются цепочки, ленты, листы или слои, каркасы. В каркасных структурах часть ионов кремния может замещаться алюминием, при этом образуются алюмосиликаты.

Кварц (Si02). По химической природе кварц — типичный ок­сид, а по кристаллической структуре его относят к каркасным си­ликатам. Известны разновидности кварца, имеющие разный цвет и прозрачность: горный хрусталь, аметист, раухтопаз, морин. Кварц весьма стойкий к выветриванию минерал, поэтому он на­капливается в осадочных породах и в почвах. Особенно много кварца содержится в песчаных и супесчаных почвах. Обогащен- ность почв кварцем обусловливает пониженное плодородие, из-за его химической инертности, неспособности удерживать влагу и элементы питания.

Существуют разновидности кварца вторичного (экзогенного) происхождения: халцедон — скрытокристаллическая разновидность кварца; опал — аморфная разновидность, содержащая воду; гейзе­рит — гидротермальный опал. Все перечисленные минералы вместе с кварцем объединены в группу свободного кремнезема.

Полевые шпаты. Эта наиболее распространенная в литосфере группа минералов имеет каркасный тип кристаллической решет­ки. В каркасных структурах часть ионов четырехвалентного крем­ния замещена трехвалентным алюминием, в результате создается комплексная алюмокремниевая группа (поэтому их относят к алюмосиликатам) и возникает свободная валентность кислорода, которая компенсируется ионами калия, натрия и кальция.

По химическому составу полевые шпаты подразделяются на три подгруппы: 1) калиево-натриевые полевые шпаты, в состав которых входят K[AlSi3Og] и Na[AlSi308], к этим соединениям от­носятся ортоклаз, микроклин и др.; 2) натриево-кальциевые по­левые шпаты, или плагиоклазы, представляющие собой изомор­фные смеси натриевой молекулы — Na[AlSi308] (в чистом виде называется альбит) и кальциевой — Ca[Al2Si208] (в чистом виде называется анортит); 3) фельдшпатиды по химическому составу сходны с полевыми шпатами, но имеют меньшее содержание ок­сидов кремния, они часто замещают полевые шпаты в основных породах.

В зависимости от содержания оксида кремния полевые шпа­ты подразделяются на кислые, с повышенным содержанием

104 кремнезема (ортоклаз, микроклин, альбит); средние и основ­ные __ с пониженным содержанием (лабрадор, анортит и др.). Полевые шпаты являются менее устойчивыми к выветриванию, по сравнению с кварцем. Среди них наиболее устойчивыми счита­ются кислые полевые шпаты, содержащиеся в кислых породах (гранит, липарит). Средние и основные, содержащиеся в основ­ных магматических породах (габбро, базальт), менее устойчивы и могут являться источником элементов питания (калия, кальция и др.) для растений.

Пироксены и амфиболы. Пироксены и амфиболы занимают в литосфере по массе второе место после полевых шпатов (около 17%). В почвах и осадочных породах они присутствуют в неболь­ших количествах, в связи с низкой устойчивостью к выветрива­нию. Пироксены относятся к цепочечным силикатам. Типичным представителем является авгит —• породообразующий минерал ос­новных и ультраосновных пород.

Амфиболы относятся к ленточным силикатам. Типичным и наиболее распространенным представителем является роговая об­манка.

Группа слюд. Эта группа минералов имеет листовую, слоис­тую структуру. В земной коре содержится около 4% слюд. В осадоч­ных породах и почвах — встречаются в небольших количествах. В этой группе минералов часть кремнекислородных тетраэдров за­менена на алюмокислородные, поэтому они относятся к алюмо­силикатам. Типичными представителями являются мусковит и биотит, в своем составе содержат калий, магний, железо. Слюды более устойчивы к процессам выветривания, по сравнению с ам­фиболами и пироксенами.

  1. Вторичные минералы

Вторичные минералы содержатся только в осадочных поро­дах и в почвах. Они представлены в основном глинистыми мине­ралами, оксидами железа, алюминия и простыми солями.

Глинистые минералы. Минералы этой группы относятся к сло­истым алюмосиликатам. Их название связано с тем, что они, как правило, преобладают в составе глин. К глинистым минералам от­носятся минералы групп каолинита, гидрослюд, монтмориллони­та, смешаннослоистых минералов, хлорита. Глинистые минералы обладают рядом общих свойств: 1) высокая дисперсность; 2) по-

105

глотательная, или обменная способность по отношению к катио­нам; 3) содержат химически связанную воду, которая выделяется при температурах в несколько сотен градусов; 4) имеют слоистое строение, сочетающее тетраэдрические и октаэдрические слои. Раз­личают двух-, трех- и четырехслойные минералы.

Минералы группы каолинита. Каолинит Al4(OH)8(Si4O10) — двухслойный минерал с жесткой кристаллической решеткой, со­стоящей из одного слоя кремнекислородных тетраэдров и одного слоя алюмогидроксильных октаэдров (рис. 12.3). Каолинит не на­бухает в воде, так как вода не проникает в межплоскостное про­странство минерала из-за сильной связи между пакетами. Этот минерал характеризуется узким отношением Si02: А1203 = 2. Он обладает низкой поглотительной способностью (не более 20 мг- экв на 100 г), обусловленной исключительно теми свободными связями, которые имеются на краях элементарных пакетов. К группе каолинита относится минерал галлуазит, отличающийся значительным содержанием межпакетной влаги и более высокой емкостью катионного обмена (40-60 мг-экв на 100 г). Наиболее высокое содержание каолинита — в почвах, формирующихся в условиях субтропических и тропических влажных областей на ферраллитных и аллитных корах выветривания. В почвах умерен­ных широт его содержание незначительное, за исключением древних кор выветривания. Почвы, содержащие каолинит, харак­теризуются низкой емкостью катионного обмена, обеднены осно­ваниями, меньше накапливают гумуса, характеризуются пони­женным плодородием.




Рис. 12.3. Схема строения кристаллической решетки каолинита



106

Минералы группы гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит И др.)*

Их еще называют минералами группы иллита. Эти минералы представляют собой трехслойные алюмосиликаты с нерасширяю- щейся решеткой, а поэтому межпакетная вода в них отсутствует.

Емкость катионного обмена гидрослюд достигает 45-50 мг- экв на 100 г. Часть кремния в тетраэдрах замещена на алюминий. Образующийся при этом отрицательный заряд компенсируется необменными ионами калия, который прочно связывает пакеты между собой. Гидрослюды характеризуются повышенным содер­жанием калия (до 6-8%), который частично используется расте­ниями. Представитель гидрослюд — глауконит является агрономи­ческой рудой, калийным удобрением, после соответствующей термической обработки.

Минералы этой группы широко распространены в осадочных породах и почвах, в том числе в подзолистых, серых лесных и др.

К гидрослюдам близок минерал вермикулит, характеризую­щийся расширяющейся решеткой и очень высокой емкостью ка­тионного обмена (до 100-120 мг-экв на 100 г). Вермикулит ^асто используют как компонент тепличных грунтов.

Минералы группы монтмориллонита (монтмориллонит, нонт- ронит, бейделит и др.). Их еще называют минералами группы смектита (Fe, Al)2[Si4O10](OH)2 nH2O, молярное отношение Si02: А1203 = 4. Эта группа минералов имеет трехслойное строение с сильно расширяющейся при увлажнении кристаллической ре­шеткой, при этом они поглощают влагу, сильно набухают и уве­личиваются в объеме (рис. 12.4). Отличительной особенностью этих минералов является высокая дисперсность. Разнообразные изоморфные замещения кремния на алюминий, алюминия на железо и магний влекут за собой появление отрицательных заря­дов, которые уравновешиваются обменными катионами. Повы­шенная дисперсность и изоморфные замещения обусловливают высокую емкость катионного обмена — 80-120 мг-экв на 100 г.

Минералы группы монтмориллонита чаще содержатся в по­чвах с нейтральной и щелочной реакцией среды (черноземы, каштановые, солонцы) и практически полностью отсутствуют в субтропических и тропических почвах на ферраллитных и аллит- ных корах выветривания. Много монтмориллонита содержится в слитых почвах.

Минералы группы хлорита. Они имеют четырехслойную набу­хающую решетку. Содержат в своем составе железо, магний. Могут быть как магматического, так и экзогенного происхождения. Име-

107Рис. 12.4. Схема строения кристаллической решетки монтмориллонита.

О ©0/г •л4* Ол»*

ются данные (Соколова Т.А., 1982), что почвенные хлориты уча­ствуют в формировании гидролитической кислотности почв.

Группа смешаннослойных минералов. Смешаннослойные ми­нералы имеют кристаллические решетки, в которых чередуются слои разных минералов: монтмориллонита с иллитом, вермику­лита с хлоритом и др. Соответственно составным частям они по­лучают название — иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и др. В зависимости от состава и доли участия тех или иных минера­лов свойства их сильно изменяются. Эта группа минералов наибо­лее распространена в почвах умеренного и холодного гумидного и арктического поясов, в которых они занимают 30-80% от общего содержания глинистых минералов (Б.П. Градусов, 1976).

Минералы гидроксидов и оксидов железа и алюминия. Наи­большее распространение имеют гематит Fe203, гетит Fe203H20, гидрогетит, гиббсит (гидрагелит) А1203-ЗН20. Минералы этих групп встречаются в иллювиальных горизонтах подзолистых, се­рых лесных почв, почв влажных тропических и субтропических областей (красноземы, ферраллиты и др.). Они образуются путем кристаллизации из аморфных гидратов оксидов железа и алюми­ния. Минералы этой группы принимают участие в оструктурива- нии почв, в связывании фосфорной кислоты. В условиях кислой реакции среды гидраты оксидов железа и алюминия растворяются и принимают активное участие в процессах почвообразования.Аллофаны. Группа вторичных минералов, состоящая из окта­эдров и тетраэдров, но расположенных не систематически, а бес­порядочно и поэтому имеющих аморфное строение. Они повыша­ют емкость поглощения, увеличивают гидрофильность, липкость и набухаемость почв.

Минералы — соли. Могут быть как вторичными, так и пер­вичными. Наибольшее распространение имеют карбонаты: каль­цит — СаС03, доломит — CaC03 MgC03, сода — Na2C03 ЮН20. Среди сульфатов наиболее распространены гипс — CaS042H20, мирабилит — Na2S0410H20, среди хлоридов — галит NaCl. Много солей содержится в засоленных почвах и почвообразующих поро­дах в аридных областях, где они оказывают ведущее влияние на свойства и плодородие почв.

  1. Агроэкологическое значение минералогического состава почв

Минералогический состав почв наследуется от почвообразу­ющих пород, является довольно устойчивым во времени и прак­тически не поддается регулированию, за исключением приемов пескования, глинования; химических мелиораций — известкова­ния, гипсования; удаления из почв водорастворимых солей про­мывками.

С минералогическим составом тесно связаны гранулометри­ческий и химический составы почв, физико-механические, а так­же физические и физико-химические свойства. Очень часто он оп­ределяет направленность почвообразовательных процессов и при­водит к формированию специфических типов почв, получивших название литогенных, в составе и свойствах которых в меньшей степени проявляется влияние биологического и климатического факторов почвообразования. Минералогический состав оказывает влияние на прочность связи гумусовых веществ с минеральной частью почв и, в целом, на количество накапливающегося гуму­са, на емкость катионного обмена, реакцию среды, потенциаль­ный запас элементов питания для растений, на процессы форми­рования агрономически ценной структуры и поэтому является од­ним из ведущих факторов, определяющих уровень почвенного плодородия.

Глава 13. Химический состав почв и почвообразующих пород

  1. Содержание химических элементов в почвах и почвообразующих породах

Почва является четырехфазной системой. Она включает твердую, жидкую, газообразную и живую фазы. Каждая фаза име­ет специфический химический состав. Твердая фаза автоморфных почв является преобладающей по массе и преимущественно со­стоит из минеральных — 80-90% и, в меньшей мере, — 10-15% — органических веществ. Минеральная часть почвы в основном со­стоит из кислорода и кремния. Затем идут в убывающем порядке алюминий и железо, кальций, калий, натрий и магний (табл. 13.1). Эти 8 элементов в сумме составляют около 99% мине­ральной части почв и почвообразующих пород. Около 1% прихо­дится на все остальные элементы. Среди них повышенное содер­жание имеют титан, фосфор, марганец, сера и хлор, водород и углерод, которые относятся к макроэлементам. Очень незначи­тельную часть почвы занимают микроэлементы: Си, Zn, Мо, В, РЬ и др. Углерод, азот и, частично, водород, сера и фосфор со­держатся в основном в составе органических веществ.

Литосфера и почвы имеют близкий химический состав. Од­нако в составе почв значительно больше содержится углерода и азота, что связано с их биологическим накоплением в составе органических веществ. Несколько больше в почвах, по сравнению с литосферой, содержится кислорода, водорода и кремния и меньше — алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия и других металлов, что связано с процессами выветривания и поч-


13.1. Содержание (в весовых процентах) химических элементов в литосфере и почвах (А.П.Виноградов)
Элемент

Литосфера

Почва

Элемент

Литосфера

Почва

О

47,2

49,0

Мд

2,10

0,63

Si

27,6

33,0

С

0,10

2,00

AI

8,8

7,13

S

0,09

0,085

Fe

5,1

3,80

Р

0,08

0,08

Са

3,6

1,37

С/

0,045

0,01

Na

2,64

0,63

Мп

0,09

0,085

К

2,60

1,36

N

0,01

0,10
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   64


написать администратору сайта