15. Вторичные минералы. Их значение.

К вторичным минералам относятся глинистые минералы, минералы оксидов кремния, железа, алюминия и марганца, а также минералы простых солей.

Глинистые минералы составляют основную часть вторичных минералов. Названы они так в связи с тем, что преимущественно определяют минералогический состав глин. Важнейшая роль глинистых минералов состоит в том, что в силу присущей им поглотительной способности они определяют емкость поглощения почв и наряду с гумусом являются основным источником поступления минеральных элементов в растения.

Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой n Si0₂Al₂0₃ • mH₂0 и характерным молярным отношением Si0₂: А1₂0₃, изменяющимся в пределах от 2 до 5.

Глинистые минералы образуются путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования, а также могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков.

К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы групп монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов.

Значение: Вторичные минералы оказывают большое и разностороннее влияние на свойства почв и во многом определяют их плодородие. Оксиды и гидроксиды железа и алюминия, многие глинистые минералы активно поглощают фос- фат-ионы, что отражается на их поведении в почвах. Соли (сульфаты, хлориды, карбонаты) оказывают большое влияние на реакцию среды, химический состав и концентрацию почвенного раствора. Их избыточное накопление приводит к засолению и осолонцеванию почв, что отрицательно сказывается на плодородии.

Особенно велика роль глинистых минералов — наиболее активной и реакционно-способной части твердой фазы большинства почв. На поверхности глинистых минералов происходят разнообразные реакции: сорбции, десорбции, обмена катионов, гидратации и дегидратации, взаимодействия с органическими веществами специфической и неспецифической природы, гербицидами и т.п.

Содержание и состав глинистых минералов непосредственно определяют многие важнейшие свойства почв: емкость поглощения, бу- ферность, водно-физические свойства (набухаемость, липкость, пластичность, фильтрацию и т.д.), обеспеченность растений доступными формами макро- и микроэлементов, способность к необменному поглощению калия и аммония. Глинистые минералы оказывают существенное влияние на деятельность микроорганизмов и активность ферментов.

Почвы, богатые минералами группы монтмориллонита, обладают высокой поглотительной способностью, но при низком содержании гумуса имеют ряд неблагоприятных агрофизических свойств.

16. Первичные минералы. Их значение.

Первичные минералы образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. Только из них состоят магматические породы. Первичные минералы неустойчивы в условиях земной поверхности и подвергаются процессам выветривания. Они содержатся, в основном, в частицах почвы диаметром более 0,001 мм.

Наибольшее распространение в почвах и породах имеют силикаты: кварц, полевые шпаты, амфиболы (роговые обманки и пироксены), слюды. В составе магматических пород преобладают полевые шпаты (около 60%), амфиболы и пироксены (около 17%), кварц (12%), слюды (около 4%), прочие (около 7%). В осадочных породах и почвах преобладает кварц (40-60% и более), как наиболее устойчивый к выветриванию, затем идут полевые шпаты (до 20%), слюды (3-7%).

Свойства силикатов, в том числе устойчивость к выветриванию, определяются строением кристаллической решетки, состоящей из кремнекислородных тетраэдров (SiO₄)^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 соединениями с другими кремнекислородными тетраэдрами. Тетраэдры, соединяясь через кислородные ионы, могут образовывать различные сочетания или типы структур: островные (оливин), ленточные (амфиболы), листовые (слюды), каркасные (полевые шпаты, кварц). Если тетраэдры в структуре располагаются изолированно, соединяясь между собой через положительно заряженные атомы металлов, получается самый простой – основной тип структуры. При соединении через кислородные ионы образуются цепочки, ленты, листы, слои или каркасы. В каркасных структурах часть ионов кремния может замещаться алюминием, при этом образуются алюмосиликаты.

Кварц. По химической структуре типичный оксид, а по кристаллической – каркасный силикат. 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. Обогащенность почв кварцем обусловливает пониженное плодородие из-за его химической инертности, неспособности удерживать влагу и элементы питания.

Полевые шпаты. Эта наиболее распространенная в литосфере группа минералов имеет каркасный тип кристаллической решетки. В каркасных структурах часть 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, кальция.

По химическому составу полевые шпаты подразделяются на 3 подгруппы: 1) калиево-натриевые полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), 2) натриево-кальциевые полевые шпаты, или плагиоклазы, 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 кремнезема (ортоклаз, микроклин, альбит); средние и основные – с пониженным содержанием (лабрадор, анортит). 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 основном в магматических породах (габбро, базальт), менее устойчивы и могут являться источником элементов питания (калия, кальция) для растений.

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. Имеет листовую, слоистую структуру. В земной коре содержится около 4% слюд. В осадочных породах и почвах встречаются в небольших количествах. 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.

Значение первичных минералов:

1) Они являются исходным материалом для образования вторичных минералов;

2) Важным потенциальным источником элементов минерального питания растений:

- фосфором богат апатит;

- калием – слюды и калиевые полевые шпаты;

- кальцием – средние и основные плагиоклазы;

- железо в подвижной форме - при трансформации пироксенов, биотита, хлорита;

- авгит, биотит, оливин, роговая обманка, ортоклаз и др.- являются важным источником микроэлементов – цинка, меди, никеля, кобальта.

3) Первичные минералы за счет небольших величин удельной поверхности имеют очень слабую способность к обменному поглощению катионов (полевые шпаты емкость обмена составляет 1–5 мг-экв/100 г; слюды – 3–8 мг-экв/100 г; кварц - практически отсутствует). Поэтому почвы, с высоким содержанием первичных минералов (песчаные и супесчаные), обладают невысокой поглотительной способностью;

4) Первичные минералы оказывают непосредственное влияние на физические свойства почвы. При высоком их содержании почвы рыхлые, обладают высокой воздухо- и водопроницаемостью, но низкой влагоемкостью.