13.Почвенные минералы. Перечислите и охарактеризуйте основные группы.

Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз. На долю твердой фазы почвы приходится 50 % объема почвы в её естественном сложении. В состав твердой фазы входят минеральные и органические вещества. Минеральные вещества составляют главную часть почвы (90-95% и более). Минеральная часть почвы состоит из первичных и вторичных минералов.

Первичными минералами почвы называют минералы сохранившиеся в процессе выветривания пород, последующей транспортировки и отложения. Здесь преобладают окислы (кварц, гематит, рутил и др.) и силикаты (авгит, роговая обманка, мусковит, биотит, полевые шпаты).

Вторичными минералами называют минералы образовавшиеся в процессе внутрипочвенного химического и биологического выветривания первичных минералов и синтеза из более простых продуктов выветривания. В результате глубокого биохимического выветривания возникают минералы устойчивые в экзогенных условиях. Они образуют коры выветривания. В корах преобладают различные глины, гидрослюды, окислы, опал, карбонат кальция.

1. Первичные минералы. Слагают магматические породы, а в осадочных являются остаточными материалами при выветривании. Почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях более 0,001 мм. 

2.) Вторичные – возникли из первичных под воздействием климата и биоты. Размер частиц менее 0,001 мм. 

14.Первичные минералы, их свойства, группы, влияние на почвообразование.

Значение первичных минералов:  1. Влияют на агрофизические свойства почв через ГМС. Чем больше их – тем легче почва для обработки.  2. Являются резервом зольных элементов для растений (К,Са…)  3. Источник образования вторичных минералов. 

К первичным относятся те минералы, которые входили в состав магматических пород и перешли в рыхлые, при механическом разрушении, без химического изменения. Первичные минералы. Наиболее распространенными группами первичных минералов в породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды. Эти немногие минералы составляют основную массу магматических пород.

Первичные минералы, измельченные под воздействием физических факторов выветривания, встречаются во всех рыхлых почвообразующих породах и почвах. Относительное содержание отдельных первичных минералов в рыхлых породах и почвах обусловливается их различной устойчивостью к физическому и химическому выветриванию. Минералы, обладающие большой механической прочностью (кварц, полевые шпаты), сохраняются преимущественно в виде крупных частиц; менее прочные (амфиболы, пироксены, слюды) переходят в более мелкие механические фракции.

Первичные минералы представлены тремя группами: минералами-окислами, минералами-силикатами и минералами-солями.

Минералы-окислы

Минералы - окислы	содержание в почве
SiO2 кварц	25-40, иногда 90%
Fe2O3 гематит	< 0,5 %
Fe3O4 магнетит	< 0,5 %
TiO2 титанит	< 0,5 %

Кварц – наиболее распространенный минерал земной коры и почв. Он содержится в изверженных, метаморфических и осадочных породах. Основой кристаллохимической структуры кварца является кремнекислородный тетраэдр (SiO4), состоящий из четырех ионов кислорода, между которыми расположен ион кремния (рис.1).

Ион кислорода

Ион кремния

Рис. 1. Кремнекислородный тетраэдр.

Кремнекислородные тетраэдры кварца соединяются в сплошной каркас, в котором ионы кислорода принадлежат нескольким тетраэдрам. Подобная кристаллохимическая структура обуславливает высокую устойчивость к процессам выветривания.

Силикаты – это большая группа минералов, основой кристаллохимической структуры является кремнекислородный тетраэдр. Они представлены полевыми шпатами, слюдами, пироксенами, амфиболами и оливином.

Полевые шпаты по массе в почве составляют ~ 50%. Их кристаллохимическая структура также как и кварца представляет собой каркас из кремнекислородных тетраэдров. В отличие от кварца внутри тетраэдров кремний частично замещен ионом алюминия, имеющего больший радиус. Возникшая нестабильность в строении компенсируется включением в структуру силикатов катионов щелочных ищелочноземельных металлов (К+,Na+,Ca2+). Полевые шпаты делятся на кислые и основные. К кислым полевым шпатам относятся К- и Nа- полевые шпаты. Они имеют светлую окраску, отношение SiO2/Al2O3, характеризующее относительное содержание кремния и алюминия в минерале, составляет 5-6. Они представлены минералами калиевыми полевыми шпатами микроклином (триклинный) и ортоклазом (моноклинный) K[AlSi3O8] и натриевым полевым шпатом альбитом Na[AlSi3O8]. К основным полевым шпатам относятся кальциевые полевые шпаты, представителем которых является минерал анортит Ca[Al2Si2O8].

Изоморфные смеси Na- и Ca- полевых шпатов образуют группу плагиоклазов. Если в плагиоклазах преобладают Na- полевые шпаты, то они относятся к кислым (олигоклаз, олигоклаз-альбит). Если в плагиоклазах преобладают Ca- полевые шпаты, то они относятся к основным (андезин, лабрадор).

Слюды входят в состав многих изверженных и осадочных пород.. Содержание их в почвах составляет 4-5%. Они имеют слоистую кристаллохимическую структуру, в которой SiO4-тетраэдры образуют плоские сетки. Вершины обращенных друг к другу тетраэдров связаны ионами Al c OH- группой, образуя трехслойные пакеты, соединенные между собой ионами К,Mg,Fe (рис.2).

кремнекислородные и

Al OH Al OH Al алюмокислородные тетраэдры

К, Mg, Fe

Al OH Al OH Al

Рис. 2. Кристаллохимическая структура слюд

Калийная слюда – мусковит KAl[AlSi3O10](OH)2, светлая, устойчива к выветриванию. Магнезиально-железистая слюда – биотит K(Mg,Fe)[AlS3O10](OH)2 темная, менее устойчива к выветриванию. Слюды в процессе выветривания легко теряют ионы щелочей.

Пироксены и амфиболы составляют 5-15 % в почвах. SiO4 – тетраэдры их образуют цепочки, соединенные ионами Mg, Fe, Al, Са, К, Na. Это темные зеленоватые минералы. Наиболее распространены: среди пироксенов авгит R2(Si2O6), среди амфиболов роговая обманка R7 (Si4O11) (OH)2.

Оливин (Mg, Fe)  (SiO4), составляет в почвах 0,5-1 %. SiO4 – тетраэдры в оливине представлены изолированными группами, соединенными двухвалентными катионами. Минералы группы оливина чрезвычайно неустойчивы и быстро разрушаются.

Минералы-соли представлены в основном фосфатами и сульфидами.

Фосфаты в основном представлены минералом апатит Са5 (Сl F)(PO4)3. Содержание в почвах 0,3-0,5 %. Является источником Р и Сl. Иногда образует залежи.

Сульфиды в основном представлены минералами пирит и марказит FeS2. Содержание в почвах 0,3-0,5%. Иногда образуют месторождение колчеданных руд.

К акцессорным минералам относятся:

Циркон ZrO2SiO2

Ильменит FeTiO3

Сфен (титанит) Ca Ti Si O5

Плавиковый шпат CaF2

Эпидот Ca2 (Al Fe3+) Al2 (O(OH) SiO4 (Si2O7)

Минералы с различной кристаллохимической структурой обладают неодинаковой устойчивостью к выветриванию.