19. Твердые продукты выветриванияя. Химический состав и классификация глиистых минералов

20.Структура глинистых минералов

Структура глинистых минералов 1 : 1. Простейшим расположением тет- раэдрических и октаэдрических сеток являются слои 1 : 1. В состав таких 1 : 1 минералов входит серпентин-каолинитовая группа глинистых минералов, из которых каолинит является, вероятно, наиболее известным. В каолините пакеты 1 : 1 удерживаются вместе водородными связями, образующимися между ОН-группами верхнего слоя октаэдрической сетки и базальными кислородны- ми атомами вышележащей тетраэдрической сетки. Водородные связи достаточ- но сильны, чтобы удерживать пакеты 1 : 1 вместе, не позволяя катионам прони- кать между слоями.

21. Условия образования глинистых минералов, хпи

В обычном гранодиорите верхней коры в основном выветриваются с обра- зованием глинистых минералов именно полевые шпаты. Поскольку они явля- ются каркасными силикатами, образование слоистых силикатов должно вклю- чать промежуточную ступень. В эту ступень входит высвобождение кремния, алюминия и других катионов с последующей их перестройкой в структуру слоистых силикатов. Поскольку в промежуточной ступени участвуют ионы почвенных растворов, на тип образующегося глинистого минерала будут вли- ять рН почвенной влаги и степень выщелачивания (скорость потока воды).

Алюминий и кремний осаждаются в виде нерастворимых оксидов или ок- сигидроксидов в пределах обычных для почв значений рН. Другие почвенные катионы и H₂SiO₄ достаточно растворимы и поэтому могут выноситься с вы- ветривающегося участка. Различие в поведении катионов количественно выра-

жается химическим показателем изменения (ХПИ), используя молекулярные соотношения

⎛

ХПИ  ^⎜

Al O

Al₂O₃

• CaO^  Na

O  K

⎞

^⎟100,

O

⎝ 2 3 2 2 ⎠

где СаО^• — это СаО силикатов (т. е. исключаются Са-содержащие карбонаты и фосфаты).

В табл. 10 представлены показатели ХПИ для различных минералов и по- род. Очевидно, что значения ХПИ, приближающиеся к 100, типичны для ве- ществ, образующихся в условиях сильного выщелачивания, когда удаляются растворимые кальций, натрий и калий.

Таблица 10. Значения химического показателя изменения для различных материалов коры

Материал	ХПИ
Глинистые минералы
Каолинит	100
Хлорит	100
Иллит	75–85
Смектит	75–85
Другие силикаты
Плагиоклазовый полевой шпат	50
Калиевый полевой шпат	50
Слюда мусковит	75
Отложения
Баренцево море (алеврит)	65
Ил дельты Амазонки	70–75
Породы
Глинистые сланцы	70–75
Гранит	45–50
Базальт	30–40

Значения ХПИ, близкие к 100, типичны для каолинитовых глин, тогда как иллиты и смектиты имеют значения ХПИ около 75–85. В отличие от них, не- выщелоченные полевые шпаты имеют значения ХПИ около 50.

На основании ХПИ можно предсказать, что каолинит будет образовывать- ся в условиях сильного выщелачивания, что подтверждается наблюдениями в тропических режимах выветривания. На устойчивых земных поверхностях, где выветривание и выщелачивание продолжительны, на хорошо дренированных участках формируется каолинитовый, а в крайних случаях гиббситовый мине- ралогический состав глин. Такие участки покрыты поверхностными отложе- ниями, богатыми железом (латерит) и алюминием (боксит). Эти поверхностные отложения могут быть достаточно мощными и предотвращать последующее взаимодействие между поверхностными водами и подстилающей породой, снижая скорость ее дальнейшего выветривания.

Смектитовые глины, наоборот, образуются на слабодренированных участ- ках. На базальтовом острове Гавайи тип почвенных глинистых минералов из- меняется в последовательности «смектит — каолинит — гиббсит» с увеличени- ем количества дождевых осадков. Подобная обобщенная зональность, основан- ная на степени выщелачивания, была предложена для распределения глинистых минералов по глубине в почвах.

Интенсивное выщелачивание благоприятствует образованию каолинита, поскольку катионы и H₄SiО₄ выносятся и понижается отношение «кремний : алюминий», что способствует структурной организации 1 : 1. При менее интен- сивном выщелачивании отношение «кремний : алюминий» выше, что способст- вует образованию различных 2 : 1-минералов в зависимости от поступающих катионов. Например, при выветривании базальта образуется много магния, формируются магниевые смектиты. В большинстве тропических сред с интен- сивным выветриванием выносится весь кремний, что способствует образова- нию гиббсита, который можно рассматривать как структуру 0 : 1 (т. е. присут- ствует только октаэдрическая сетка.