3.1.3 Класс трехслойных силикатов

Группа монтмориллонита является широко распространенными вторичными алюмосиликатными минералами почв и осадочных пород. В числе минералов группы монтмориллонита особо нужно отметить байделит Al₂(OH)₂[AlSi₃O₁₀]·nH₂O и нонтронит (Al, Fe)₂(OH)₂[Si₄O₁₀]∙nH₂O. Оба они имеют подвижную кристаллическую решетку и отличаются высокой поглотительной способностью.

В составе монтмориллонита содержится до 51 % кремнезема, 19 - 20 % глинозема, до 15-16 % воды, всегда заметное количество магния и кальция.

Кристаллохимическая формула монтмориллонита Al₂(OH)₂[Si₄O₁₀]∙nH₂O. Структурная единица монтмориллонита представлена двумя слоями кремнекислородных тетраэдров и одним слоем алюмогидроксильных (или алюмокислородных) октаэдров между ними. Молекулы воды и других полярных жидкостей могут располагаться между двумя такими структурными пакетами, вдвое увеличивая межпакетные расстояния. С межпакетными пространствами связаны сильно выраженные свойства обменного поглощения катионов. Обменного поглощения анионов практически нет.

Химическое разнообразие этой группы минералов объясняется тем, что алюминий может замещать кремний в четверной координации. Железо и магний, в свою очередь, замещают алюминий в октаэдрических слоях (т.е. в шестерной координации). Обменные кальций и магний могут свободно замещаться натрием, калием или даже водородом. Все это обусловливает исключительное разнообразие минералов этой группы. Скопления монтмориллонита белого, серого или зеленоватого цвета. Некоторые его формы, особенно железистый монтмориллонит и нонтронит, характеризуются темно-серым, бурым и даже чёрным цветом. Присутствие минералов группы монтмориллонита в почве легко обнаружить по большой вязкости во влажном состоянии и по образованию очень плотных призм, тумб и глубоких трещин в сухих почвах.

Для минералов группы монтмориллонита характерны следующие признаки: таблитчатая форма, диаметр частиц менее 0,25 мм, подвижная кристаллическая решётка, межпакетные пространства которой в зависимости от влажности могут меняться в пределах 18-9 Å, высокая поглотительная способность порядка 70…150 мэкв на 100 г минерала, интенсивное поглощение воды и медленная её отдача при высыхании, высокая пластичность, вязкость во влажном состоянии и сильная усадка при высыхании. Под воздействием температуры порядка 350…500° подвижная кристаллическая решётка минералов группы монт-мориллонита необратимо сжимается с утратой пластичности, вязкости и снижением поглотительной способности. Минералы группы монтмориллонита образуются по преимуществу при щелочной реакции среды и характерны для почв и наносов аккумулятивных ландшафтов, особенно пустынно-степных областей. Выветривание щелочных магматических пород и особенно вулканических пеплов также сопровождается образованием минералов этой группы. Присутствие монтмориллонита и байделита констатировано в чернозёмах, каштановых почвах, солонцах. Нонтронит и монтмориллонит обнаружены также в чёрных тропических и черных слитых почвах.

Группа вермикулита. Вермикулит - трехслойный минерал, присутствующий в осадочных породах и почвах. По составу и свойствам близок к монтмориллониту. Однако подвижность кристаллической решетки не столь велика, как у монтмориллонита. В его состав входит двухвалентное и трехвалентное железо, магний. Он обладает высокой поглотительной способностью (100…140 мэкв). Размер частиц у вермикулита больше, чем у монтмориллонита. Вермикулит поглощает органические вещества значительно слабее, чем монтмориллонит. По-видимому, восстановительные условия, наличие электролитов и щелочная среда, обеспечивающие присутствие магния и подвижных соединений железа, способствуют образованию вермикулита. В глинах и почвах часто встречаются смешано-слоистые формы вермикулита и иллита, что отражает процессы их взаимного превращения.

Группа вторичных гидрослюд - иллитов. В числе вторичных минералов различных глин и почв значительное место занимают иллиты, или гидрослюды, в состав этой группы входят также глауконит, серицит, гидромусковит и др. Они обнаруживаются главным образом во фракциях частиц диаметром менее 1-2 мк. Эти минералы по составу близки к мусковиту, но сильнее гидратированы и содержат меньше калия. Иллит также близок к монтмориллониту, так как является трёхслойным минералом. Однако доля участия алюминия в тетраэдрических слоях значительно выше, чем кремния.

Группа этих минералов образуется в процессе выветривания первичного материала, особенно полевых шпатов, слюд при их превращении в каолинит. Образование гидрослюд происходит также в условиях нейтральной и слабощелочной среды. Иллит и монтмориллонит нередко дают смешано-слоистые формы. Необходимо отметить значительную вариабельность состава и свойств минералов группы иллита и часто несовершенство их кристаллизации. Группа этих минералов обладает умеренной поглотительной способностью, порядка 10 - 30 мэкв на 100 г, жесткой кристаллической решеткой, не выраженным набуханием и склонностью к образованию корки при высыхании.

При образовании вторичных слюд подвижные формы калия выводятся из раствора. Этим в значительной степени объясняется относительно низкая концентрация калия в природных водах. Однако калий вторичных слюд легко доступен большинству растений.

Присутствие серицита констатировано в лёссовидных и аллювиальных отложениях Азербайджана и Средней Азии, а также в солонцеватых, такырных и каштановых почвах. Иллит отмечается в покровных суглинках и в почвах грунтового увлажнения в подзолистой зоне.