2 Вторичные минералы осадочных пород и почв

Вторичные минералы осадочных пород и почв чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Общим свойством большинства этих минералов является высокая степень дисперсности, аморфная или чаще скрытокристаллическая структура. Значительная часть вторичных минералов присутствует в почвах и породах в коллоидно-дисперсном состоянии.

Многие вторичные глинные минералы, в отличие от первичных, обладают подвижной кристаллической решеткой, развитой поглотительной способностью, способностью сорбировать воду и набухать, ясно выраженными коллоидными свойствами. Отмеченные специфические свойства вторичных глинных минералов передаются почвам и почвенным горизонтам.

Ниже характеризуются важнейшие группы вторичных минералов, присутствующих в почвах.

2.1 Аморфные и скрытокристаллические вторичные минералы

Аморфные почвенные минералы образуются при выветривании, почвообразовании и при минерализации растительных и животных остатков. Однако аморфное состояние почвенных минералов не всегда является длительным: со временем аморфные минералы переходят в кристаллические. Например, свежеосажденный углекислый кальций сохраняет аморфное состояние лишь несколько часов. Силикаты и алюмосиликаты находятся в аморфном состоянии, в зависимости от условий среды, годы, столетия и тысячелетия, переходя постепенно в кристаллические формы соответствующих минералов.

2.1.2 Аморфные водные окислы марганца, железа, алюминия

Весьма разнообразные аморфные минералы окислов марганца, железа и алюминия часто встречаются в определенных почвах. Чисто коллоидные формы этих минералов связаны различными переходами с кристаллическими формами этих же окислов, с которыми в природе они обычно встречаются в виде смесей.

Вады. Это широкая группа землистых по виду, шоколадно-черных аморфных почвенных минералов двуокиси марганца, содержащих воду и примеси других окислов. Очень часто вады содержат калий, медь, цинк, кобальт, барий, железо, никель и др.

Псиломеланы. Это группа метаколлоидных и кристаллических минералов сложных окислов марганца или солей марганцевых кислот. Некоторые ученые считают псиломеланы полиманганитами с формулой (R,Mn)O∙mMnO₂∙nH₂O.

Вады и псиломеланы близки между собой, но первые, по-видимому, образуются в аккумулятивных восстановительных условиях, а вторые - в окислительных.

Вернадит, пиролюзит, манганит. Это распространенные минералы окислов марганца, часто смешивающиеся друг с другом или с вадами и псиломеланами. Вернадит - MnO₂∙nH₂O - аморфный или слабокристаллизованный землистый колломорфный минерал, иногда образующий конкреции. Пиролюзит - MnO₂ - скрытокристаллический или метаколлоидный минерал, образующий землистые агрегаты чёрного цвета, конкреции, плиты. Манганит – Mn₂O₃∙H₂O - существует в кристаллической и метаколлоидной модификациях. Образует стяжения, корки, сферические конкреции. Очень часто смешан с пиролюзитом и похож по внешнему виду на вернадит. Агрегаты манганита иногда имеют колломорфный характер.

Лимонит, гематит, магнетит. Лимонит – Fe₂O₃∙H₂O∙nH₂O - преобладающая группа минералов водных окислов железа, широко распространенных в корах выветривания и почвах. Водные окислы железа придают почвам бурые, темно-бурые, коричневые, оранжевые и красные тона. Они образуют почвенные конкреции, плиты, панцири (с примесью минералов марганца) и рудные скопления железа. Ничтожные изменения в содержании воды и степени дисперсности сильно отзываются на окраске и структуре скоплений водных окислов железа и почвенной массы.

Вероятно, первичной аморфной формой водных окислов железа являются водные свежеосажденные гидрогели закиси – феррогидрит Fe(ОН)₂ и окиси – Fe(OH)₃. Эти соединения вместе с коллоидным сернистым железом (гидротроилит - FeS∙nH₂O - чёрный коллоидно-аморфный минерал) обнаруживаются в мокрых солончаках, соляных грязях, торфах и т.д. Однако они очень нестойки и, обезвоживаясь, переходят пока еще не вполне ясными путями в лимонит, магнетит (Fe₃O₄), гематит (Fe₂O₃). Лимонит считается типичным аморфным минералом, имеющим окраску от желто-бурой до чёрной. По мере обезвоживания лимонита и перехода в гетит он приобретает скрытокристаллическую структуру. Возможен, однако, и обратный процесс гидратации гематита и перехода его в лимонит.

Минералы окислов железа - важный фактор структурообразования почв, прошедших грунтовое увлажнение. Очень важную роль играют эти минералы в желтозёмах, краснозёмах, латеритных почвах. Они способствуют также необменному поглощению анионов фосфорной кислоты и органических кислот.

При выветривании алюмосиликатных минералов появляются ионные и коллоидные растворы соединений алюминия, которые, осаждаясь и коагулируя, образуют аморфные минералы водных окислов алюминия (глиноземные минералы). При воздействии некоторых факторов (колебания температуры, концентрация, влажность и т.д.) со временем аморфные формы гидроокислов алюминия переходят обычно полностью или частично в кристаллические и обезвоженные формы. Однако известно, что в месторождениях бокситов в больших количествах находятся аморфные формы гидратов окислов алюминия, хотя возраст бокситов измеряется многими миллионами лет.

Минералы гидроокислов алюминия характерны для древних субтропических и тропических автоморфных почв (аллитные почвы). Накопление гидратов окислов алюминия наблюдается в болотных почвах северных зон.

Гиббсит (гидраргиллит) – Al(OH)₃ или Al₂O₃∙3H₂O существует как в коллоидной форме, так и в скрытокристаллической. В тропических бокситовых почвах гиббсит образует конкреции, натеки, корки, агрегаты светлого цвета. Существует модификация гидроокисла алюминия, почти тождественная гиббситу, под названием «байерит».

Бемит Al₂O₃∙H₂O - обычно аморфный, но нередко скрытокристаллический минерал глинозёма. Это белый или желтоватый минерал, типичный для бокситов, а также для древних аллитизированных почв субтропиков и тропиков.

Диаспор Al₂O₃∙H₂O - по преимуществу кристаллическая модификация моногидрата окисла алюминия, хотя известны и аморфные его формы. Диаспор чаще встречается в древних палеозойских бокситах.

Корунд - Al₂O₃ - безводный кристаллический глинозём, встречается в бокситах, подвергшихся воздействию факторов метаморфизма (давление, высокие температуры). Корунд образуется, по-видимому, при дегидратации диаспора.

Присутствие в почвах значительных количеств аморфных и скрытокристаллических гидратов глинозёма сообщает почвам хорошую структурность и легкую размываемость, пониженную поглотительную способность по отношению к катионам и заметно выраженную способность к необменному и обменному поглощению анионов, особенно анионов фосфорной кислоты (PO₄)^4- .

Глинозёмные минералы более всего характерны для так называемых аллитных, латеритных и красноземных почв влажных тропиков и субтропиков, свидетельствуя о глубоком распаде первичных и вторичных минералов. Лимонит, гетит и другие члены этого ряда, по-видимому, в наибольшей степени характерны для почв болотного и гидроморфного режима.