Определение минерального состава глин по фигурам растрескивания

Минеральный состав	Характеристика фигур растрескивания
Монтмориллонитовый	а) Растрескивается и свертывается в вытянутые трубочки; б) плотная, не растрескивается, но закручивается в трубочку; в) растрескивается на полигончики, закручивается по краям
Каолинитовый	Рыхлая, сыпучая, пачкающаяся
Хлоритовый или гидрослюдистый	Плотный черепок высыхания. Растрескивание на мелкие скорлуповидные лепестковидные полигончики
Монтмориллонит-гидрослюдистый	Плотный черепок высыхания, растрескивается в центре, иногда трещина может доходить до края
Гидрослюдисто-монтмориллонитовый	Плотный черепок, не растрескивающийся, но закручивающийся по краям

Для второго метода готовят суспензию глин в объеме 10 см³. После приготовления суспензии ее выливают в чашку Петри и распределяют равномерным слоем в 1 мм, высушивают на воздухе при температуре 25–40ºС. После полного высыхания смотрят фигуру растрескивания и в соответствии с табл. 10 определяют минеральный состав глин.

Характеристика основных глинистых пород

Каолиновые глины по внешнему виду – пористые породы белого, серовато- или буровато-белого цвета. Жирные на ощупь, мягкие. При растирании между пальцами всегда обнаруживаются песчинки кварца.

В минеральном составе преобладает каолинит, имеются неболь-шие примеси гидрослюд, пылеватого кварца, примесь органического углистого вещества и сульфидов железа. При переносе и отложении, а также при смешении материала, поступающего из различных источников, образуются каолинитовые глины, содержащие много примесей и глины переходного состава, например каолинит-гидро-слюдистые и др.

Месторождения каолинитовых глин известны на Украине, Урале, в Западной Сибири, на Дальнем Востоке и др.

Каолинитовые глины используются для изготовления огнеупор-ного кирпича, фарфора, фаянса, в бумажной, резиновой промышлен-ности, при производстве мыла, карандашей и др.

Почвы, сформированные на каолинитовых корах выветривания, имеют невысокую степень дисперсности, бедные основаниями. Емкость поглощения в них не превышает 15–20 мг-экв./100 г почвы.

Монтмориллонитовые глины по внешнему виду напоминают воск. Они жирны на ощупь, светло-серого, голубоватого, серовато-белого, зеленоватого и желтоватого тонов. Обладают очень высокой пластичностью, липкостью, в воде сильно разбухают. Отличаются от других глин высокой адсорбционной способностью. Главным породообразующим минералом в них является монтмориллонит, второстепенными – гидрослюды, аллофан, опал.

Монтмориллонитовые глины, благодаря высокой адсорбционной способности, используются для очистки нефтепродуктов, масел, жиров, соков, в мыловаренной и парфюмерной промышленности и т.д. Почвы на монтмориллонитовых глинах обладают высоким плодородием. Для них характерна нейтральная или слабощелочная реакция, большая поглотительная способность, сильное набухание при увлажнении и рыхлость при высыхании. Но в связи с большим количеством связанной, недоступной растениям воды они нуждаются в дополнительном орошении.

Гидрослюдистые глины представляют собой пористые или различной плотности породы серого, темно-серого, белого, буровато-серого, зеленого или пестрых тонов. Породы однородного или слоистого строения, землистые. Адсорбционная способность у них выше, чем у каолинитовых глин, но ниже, чем у монтмориллонитовых.

Главные породообразующие минералы в них гидрослюды, в том числе и глауконит. Часто содержится значительное количество обломочных примесей кварца, слюд, полевых шпатов, иногда карбонатов, сульфидов и др.

Месторождения их известны на Урале, Украине и в ряде других районов.

На выходах гидрослюдистых глин на поверхности Земли формируются высокоплодородные почвы с высоким содержанием элементов пищи для растений, особенно калия.

В промышленности эти породы используются для изготовления огнеупорного кирпича, грубой керамики, цемента. Глауконитовые глины идут на изготовление зеленой краски.

Полиминеральные глины обычно пористые связные породы, окрашенные в светло-бурые, бурые, коричневые, серые, темно-серые и зеленоватые тона. В них содержится несколько глинистых минералов в различных сочетаниях, часто наблюдаются новообразования окисидов железа, марганца, карбонатов, сульфатов и сульфидов. Некоторые из них обогащены органическим веществом. Полими-неральные глины имеют различное происхождение (ледниковое, озерное, морское и т.д.). Они пользуются широким распространением, покрывают огромные пространства равнин европейской части России, Западной Сибири и других территорий.

Полиминеральные глины применяются для изготовления стро-ительного кирпича, грубой керамики, керамзита. Почвы на таких породах обладают самым различным плодородием и свойствами.

Породы смешанного состава

Смешанные песчано-глинистые породы могут состоять из облом-ков различного размера, но чаще встречаются породы, состоящие из частиц песка, пыли и глины в различных соотношениях. Обычно это рыхлые породы различных окрасок и минерального состава, обладающие хорошей водопроницаемостью, но низкой влагоем-костью. Все они являются распространенными почвообразующими породами, но почвы на них имеют относительно невысокое плодородие, зависящее от содержания глинистых частиц. Чем их больше, тем выше плодородие.

Суглинки содержат в своем составе от 20 до 60% глины, остальная часть состоит из песка и пыли. По этим показателям они делятся на суглинки легкие, содержащие глинистых частиц 20–30%, средние – 30–45% и тяжелые – 45–60%.

Агрегаты, состоящие из легких суглинков, легко разрушаются пальцами, при растирании прощупываются тонкие пылеватые и пес-чаные частицы, при увлажнении не обнаруживают пластичности.

Средние суглинки обладают сравнительно прочными структур-ными агрегатами в сухом состоянии и некоторой пластичностью при увлажнении.

Агрегаты, состоящие из тяжелых суглинков, при раздавливании требуют значительных усилий. При увлажнении отличаются средней пластичностью. Во влажном состоянии суглинистые породы можно скатать в шарик или шнур, распадающиеся при надавливании или сгибании на отдельности различного размера. В минеральном составе их содержатся глинистые минералы, водные оксиды алюминия и железа, кварц, слюды и др., окраска различная.

Супеси содержат менее 20% глинистых частиц, остальная масса представлена пылеватыми и песчаными частицами. Супеси хорошо водопроницаемы, не пластичны, при высыхании могут образовывать непрочные камни. По минеральному составу и окраске они мало отличаются от суглин, с той лишь разницей, что в супесях больше первичных минералов.

Породы химического и биохимического происхождения

Породы химического и биохимического происхождения образу-ются в результате процессов выветривания, протекающих в земной коре и на ее поверхности, при выпадении из водных растворов солей, оксидов и коллоидных веществ, при отмирании организмов, концен-трирующих в своем теле отдельные химические соединения. По химическому составу среди них различают: глиноземные, кремнистые, карбонатные, фосфатные, железистые и соляные породы.

Глиноземистые породы – аллиты

К группе глиноземистых пород относятся латериты и бокситы.

Латериты – продукты глубокого выветривания кристаллических пород в условиях тропического и субтропического климата. В результате активного химического выветривания из верхних горизонтов латеритной коры выносятся все компоненты выветривающихся пород, за исключением наименее подвижных оксидов железа, алюминия и титана. Мощность латеритной коры выветривания достигает 10–15 м.

Каменистые латериты обычно пористы и шлаковидны, иногда имеют бобовую структуру, глинистые затвердевают на воздухе. В Индии они используются в качестве строительного кирпича. Одной из существенных особенностей латеритов является хорошая водопроницаемость. В минеральном составе их присутствует каолинит, оксиды железа, титана, алюминия. В составе латеритов отсутствуют легкорастворимые соли, минералы группы гидрослюд и монтмориллонита. Окраска латеритов красная или оранжевая.

Бокситы – горные породы, состоящие из гидрооксидов алюминия с примесью оксидов железа. Они представлены тремя разновид-ностями – каменистой, рыхлой и глиноподобной. Внешний вид их весьма разнообразен. Чаще бокситы красные или темно-красные, но могут быть белыми, серыми, черными, зелеными или промежуточного окрашивания. Строение бокситов оолитовое, землистое. В отличие от глин они не образуют с водой землистой массы. Бокситы исполь-зуются как алюминиевая руда. Месторождения бокситов имеются в Восточной и Западной Сибири, на Урале, в Казахстане, Архан-гельской, Ленинградской областях и др.

На аллитных корах выветривания формируются своеобразные латеритные почвы, характеризующиеся красной или оранжевой окраской, благоприятными водно-физическими свойствами: хорошо выраженной водопрочной структурой, высокой водопроницаемостью, большой влагоемкостью и пористостью. Но эти почвы имеют кислую реакцию среды, низкую емкость поглощения, небольшой запас доступных для растений питательных веществ. Подвижные формы азота легко вымываются из верхних горизонтов, фосфаты из-за большого количества полуторных окислов переходят в недоступные для растений формы.

Кремнистые породы – силициты

К кремнистым породам относятся различные осадочные образования, сложенные кремнеземом химического и биохимического происхождения или скелетами кремневых организмов. Масса их состоит из кварца, опала, халцедона с примесью песчаных и пылеватых частиц. К кремнистым породам химического происхождения относятся кремнистые туфы, кремни, гейзериты; биохимического – трепелы, опоки, некоторые яшмы; биогенного – диатомиты, радиоляриты.

Гейзериты и кремнистые туфы образуются из вод горячих источников и гейзеров. Обычно они приурочены к вулканическим областям и перенасыщены кремнеземом. Гейзериты и кремнистые туфы – светлые или пестроокрашенные пористые породы, состоящее из аморфного кремнезема с примесью глинозема. Твердые (царапают стекло), не реагируют с соляной кислотой.

Кремни или кремневые конкреции, формируются в меловых и известковых породах, образуя прослои, пропластки и даже пласты. Это плотные и твердые породы с раковистым изломом. Окрашены они в различные тона, чаще всего в серые, темно-серые, черные. Кроме кремнезема в составе кремней имеется органическое вещество, сульфиды железа, некоторые глинистые минералы и прочие примеси.

Яшмы – это халцедоновые и кварцево-халцедоновые породы с примесью оксидов и гидрооксидов железа (яшма бурого, красного, коричневого цвета), глинистых минералов (яшма серого и зеленого цвета), органического вещества (яшма темно-серого и черного цвета). Для яшм характерен раковистый излом, высокая твердость. Происхождение яшм спорное. Некоторые ученые относят их к метаморфическим породам, другие – к вулканогенно-осадочным.

Трепелы и опоки образуются в морских и пресноводных бассейнах. В куске – серые, беловато-серые, иногда почти белые, очень легкие, напоминают каолин и мел. Главным минералом в трепелах и опоках является опал, в небольших количествах встречаются остатки диатомовых водорослей и кремниевых организмов. Кроме опала в них могут содержаться кальцит, глауконит и другие минералы.

Диатомиты – легкие светлоокрашенные породы. Состоят из скорлупок диатомовых водорослей, сцементированных опалом. Прилипают к языку (благодаря высокой пористости и большой удельной поверхности). Часто слоистые и микрослоистые. В качестве примесей содержат глинистые частицы, зерна глауконита.

Радиоляриты – породы от серого до темно-серого цвета, состоящие из скелетов радиолярий, сцементированных опалом, содержат примеси органического вещества, глинистых частиц, сульфидов железа. Постепенными переходами радиоляриты связаны с яшмами.

Кремнистые породы – ценные полезные ископаемые. Трепелы, опоки, радиоляриты используются как звуко- и теплоизоляционный материал, для изготовления кремнистого цемента, легкого кирпича и т.д. Яшмы являются красивым декоративным камнем, поделочным и облицовочным материалом.

Почвы, формирующиеся на выходах кремнистых пород, характе-ризуются низким плодородием, часто они каменисты, обладают кис-лой реакцией среды.

Карбонатные породы

К карбонатным породам относятся различные известняки, известковые туфы, доломиты, мергели, мел и породы смешанного состава. Главными породообразующими минералами карбонатных пород являются: кальцит, доломит, реже железомагнезиальные карбонаты. В породах смешанного состава иногда в довольно больших количествах присутствуют гипс и минералы кварцевой группы, иногда полевые шпаты. Глинистые минералы в них представлены монтмориллонитом и гидрослюдами. В природе карбонатные осадочные породы залегают в виде линз, пластов, конкреций различной величины и формы.

Легче всего карбонатные породы распознаются по реакциям взаимодействия с соляной кислотой. Известняки и породы с их участием бурно «вскипают» при действии холодной 10%-ной HCl, доломиты и доломитизированные породы – горячей.

Известняки химического происхождения имеют микрозернистое или оолитовое сложение. Состоят из зерен кальцита неправильной формы. К ним относят плотные известняки, оолитовые известняки, известковые туфы, мергели и доломиты.

Плотные известняки состоят из мельчайших зерен кальцита, образуют плотные тонкокристаллические массы белого, желтого, серого, реже иных цветов. Иногда они представлены мраморизованными массами с зернами кальцита величиной до нескольких сантиметров.

Оолитовые известняки состоят из сцементированных между собой зерен концентрического или радиально-лучистого строения размером от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Известковые туфы образуются на месте выхода минеральных источников, богатых двууглекислой известью. Обычно это пористые или ячеистые породы. Часто в них находятся отпечатки растительных и животных организмов. Известковые туфы, образующиеся в местах выхода горячих минеральных источников, называются травертинами.

Мергели состоят из кальцита и глинистых частиц (30–50%). Мергели могут быть плотными, твердыми или мягкими породами с раковистым или землистым изломом. Окраска их разнообразна (белая, красная, розовая, серая, зеленая). Мергели бурно взаимодействуют с холодной соляной кислотой, но в отличие от известняков на поверхности остается грязное пятно, указывающее на наличие глины.

Доломиты на 90–95% состоят из минерала доломита. Обычно они содержат примесь кальцита, реже пирита, халцедона, кварца, органического вещества. По внешнему виду доломиты похожи на известняки, в куске они не взаимодействуют с холодным раствором соляной кислоты, но «вскипают» с горячим. Цвет доломитов обычно белый, кремовый или серый.

Биогенные известняки образовались из остатков организмов, представленных целыми раковинами или их обломками. Органические остатки в них скреплены кальцитовым цементом. Биогенные известняки классифицируются по группам организмов, из скелетных образований которых они образуются. Среди них выделяют раку- шечники коралловые, мешанковые, брахиоподовые и др.

Ракушечники состоят из створок почти полностью сохранившихся раковин пластинчато-жаберных моллюсков. Цвет их различен, чаще всего они окрашены в светлые тона.

К биогенным известнякам принадлежит белый пишуший мел – белая мягкая порода с высокой пористостью (до 50%), представля-ющая собой скопление остатков известковых водорослей, мелких фораминифер и др.

Многие карбонатные породы используются в народном хозяйстве в качестве строительного материала. Мергели и доломиты используют для производства цемента.

Все известковые породы применяют в сельском хозяйстве для улучшения кислых почв. Большое количество известковых минералов в почве способствует формированию хорошей водопрочной структуры, накоплению гумуса, улучшению водопроницаемости. В то же время в почвах на карбонатных породах снижается доступность фосфора для растений. При гидролизе карбонаты обусловливают щелочную реакцию среды.

Фосфатные породы

К фосфатным относят породы, содержащие не менее 10% P₂O₅. Наиболее распространенными из них являются фосфориты. Фосфат-ное вещество в фосфоритах представлено апатитом. Кроме апатита важной составной частью их являются карбонаты кальция, магния, железа. Второстепенными минералами могут быть опал, кварц, глауконит, мелкие зерна пирита и марказита, органическое вещество.

В зависимости от характера примесей внешние признаки их очень изменчивы. Цвет фосфоритов чаще всего темный (серый, буроватый, черный). Иногда может быть зеленоватым, желтым, синеватым, белым. Фосфаты часто встречаются в виде округлых конкреций, желваков, сплошных землистых масс, иногда очень плотных, похожих на песчаники. Месторождения их в России довольно значительны.

Фосфаты широко используются в химической промышленности и сельском хозяйстве. Из них готовят фосфоритную муку, используемую для удобрения кислых почв. Фосфаты с высоким содержанием Р₂О₅ идут для изготовления суперфосфата.

Железистые породы

Железистые породы образуются в результате выветривания кристаллических пород, содержащих железистые минералы. К ним относятся болотные руды, лимониты, железистые пески, железистые туфы, ортштейны и ортзанды.

Лимониты – механическая смесь гидрооксидов железа с песчаным и глинистым материалом. Часто они имеют оолитовое строение и представляют собой скопления оолитов лимонита диаметром 0,2–15 мм. В них часто могут встречаться участки, обогащенные марганцевой рудой (псиломеланом).

Болотные руды также состоят из водной окиси железа. Обычно они представлены скоплениями плотных конкреций, горошин или мнешек темно-бурого цвета. Накапливаются бобовые руды в озерах, болотах и лугах подзольной зоны.

Железистые туфы состоят из лимонита с примесью марганца, солей фосфорной кислоты. Имеют пористую текстуру, образуются на дне озер, мелководных лиманов.

Практическое применение железистых пород – руда для производства железа.

Соляные породы

К этой группе относятся легкорастворимые осадочные образова-ния хемогенного происхождения, состоящие в основном из галоидных и сульфатных минералов. Среди них наиболее распространенными являются каменная соль, карналлитовые, калийные и сульфатные породы.

Каменная соль в основном состоит из галита. В виде примеси содержит небольшое количество других хлористых солей, ангидрида и пр. Окраска ее изменяется от бесцветной, белой, голубой, розовой до черной в зависимости от состава примесей. Имеет соленый вкус, хорошо растворяется в воде. Залегает каменная соль в виде сплошных масс или примесей. Часто пропитывает пески, глины, почвы.

Калийные соли образуют в земной коре крупные залежи, состоящие из сильвина, галита с примесью ангидрита, глины и др. Примеси придают различную окраску. Хорошо растворимы в воде, имеют горьковато-соленый вкус. Встречаются калийные соли вместе с карналлитом и галитом.

Используются в химической промышленности, а также как калийные удобрения.

Карналлитовые породы на 50–80% состоят из карналлита и на 20–50% из галита с небольшой примесью глинистых и других включений. Окраска карналлитовых пород оранжево-красная, красная или пятнистая. Вкус горький. Порода очень гигроскопична, из-за чего поверхность ее всегда влажная.

Карналлитовые породы используются для получения метал-лического магния, в химической промышленности, для производства калийных и калимагниевых удобрений.

Сульфатные породы представлены гипсами, ангидритами, мирабилитом, внешние диагностические признаки которых не отлича-ются от признаков соответствующих минералов. Данные породы широко используются в медицине, строительстве, производстве серной кислоты и др. Гипсовые породы используются для мелиорации солонцов и щелочно-засоленных почв.

При определении соляных пород необходимо выявить минерал, из которого в основном состоит та или иная порода. Для этого необходимо определить вкус, степень растворимости и провести качественные реакции на Cl^– и SO₄^2–.

Для качественных реакций следует взять примерно 0,5 г породы, поместить в пробирку, прилить 20–30 мл дистиллированной воды, хорошо взболтать содержимое пробирки. Полученный раствор разделить на две порции. К первой прилить 1–2 капли AgNO₃ – появление белого осадка укажет на наличие хлоридных солей (NaCl, KCl). Во вторую прибавить несколько капель BaCl₂ – появление белого осадка свидетельствует о наличии водорастворимых сульфатов (мирабилит).

Для определения гипсовых пород готовят не водную, а соляно-кислую втяжку. Для этого 0,5 г породы помещают в пробирку и туда же приливают 10–20 мл однопроцентного раствора соляной кислоты. В полученный таким образом раствор приливают 2–3 капли BaCl₂ и по наличию белого осадка определяют ион SO₄^2–.

Каустобиолиты

Каустобиолиты образуются за счет жизнедеятельности организмов и продуктов их разложения. К ним относятся торф, сапропель, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и битумы.

Торф представляет собой скопление растительных остатков разной степени разложения. Это рыхлая, желтая, бурая или черная порода волокнистого сложения.

По происхождению торфы могут быть озерными и наземными, по типам болот – низинными и верховыми. Торфы низинных болот име-ют более высокую степень разложения растительных остатков, значи-тельную зольность, слабокислую реакцию среды, высокое содержание азота и других элементов питания. Характеризуются бурой или черной окраской. Торфы верховых болот отличаются низкой зольностью, кислой реакцией среды и низким содержанием важнейших зольных элементов.

Торфы используются как местные виды топлива. В сельском хозяйстве низинные торфы в чистом виде или в виде компостов используются как органические удобрения. Торф верховых болот может быть использован для подстилки скоту и после компостирования и известкования – для удобрения полей.

Сапропель представляет собой органоминеральные отложения озерных водоемов. Органическое вещество образуется за счет распада живущих в воде животных и растительных организмов, минеральная часть состоит из глины, песка и растворенных в воде оксидов Ca, Mg, Fe.

В свежем виде сапропель обычно представляет собой оливково-бурую жирную на ощупь массу, которая от наличия примесей может приобретать серый, желтый или розовый оттенок. Сапропель используется в медицине (лечебные грязи), для получения кокса, смол, газа.

Особенно ценно использование сапропеля как удобрения, содержащего микроэлементы и значительное количество азота. Четыре тонны сапропеля могут заменить одну тонну аммиачной селитры.

Горючие сланцы – это глинистые или известковые, часто тонко-слоистые породы буровато-серого или зеленовато-серого цвета, содержащие до 20–60% органического вещества. Органическое вещество представлено остатками водорослей и животного планктона.

Горючие сланцы легко загораются от спички, горят коптящим пламенем и издают запах жженой резины. Используются как местные виды топлива и в качестве сырья для химической промышленности и добычи газа.

Ископаемые угли представляют собой твердые осадочные горные породы растительного происхождения, всегда содержат некоторое количество минеральных примесей (до 50%). По структуре и содержанию углерода подразделяются на бурый уголь(69% С), каменный уголь (82% С) и антрацит (до 95% С).

Бурый уголь – плотная или землистая порода от бурого до черного цвета, матовая. Содержит гуминовые вещества, легко извлека-емые едкой щелочью (NaOH или KOH). Дает бурую черту.

Каменные угли – от темно-серого до черного цвета, с матовым блеском, не содержат гумусовых веществ, извлекаемых едкими щелочами. Пачкают руки, хрупкие, излом раковистый.

Антрациты имеют темно-серую или черную окраску, полу-металлический блеск. От каменных углей отличаются большей твер-достью. Руки не пачкают. Аморфные, хрупкие.

Нефть – маслянистая жидкость черного, темно-бурого цвета со специфическим запахом. Обычно она плавает на воде, образуя в тон-ких слоях радужную пленку.

Твердые битумы представляют собой продукты окисления неф-тей. К ним относятся озокерит и асфальт.

Озокерит – порода буровато-желтого, зеленовато-желтого цвета. Излом его плоскораковистый. При повышении температуры приобре-тает мазеобразную консистенцию.

Асфальт – твердая, вязкая порода черного цвета. Температура размягчения асфальта колеблется от 20 до 100ºС. Залегает в природе в виде жил.