ПЕРВИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

К первичным минералам относятся кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, слюды и др.

Кварц. Из всех известных минералов кварц (Si0₂) имеет самую прочную каркасную трехмерную структуру, состоящую из кремнекислородных тетраэдров. В большинстве почв он является основной составной частью песка и крупной пыли. Преобладание кварца среди почвенных минералов связано с большой его устойчивостью к выветриванию, обусловленной высокой энергией связи Si-O (380 кДж/моль), которая значительно превосходит энергию связи других минеральных соединений. Например, энергия связи Si-Si составляет 180 кДж/моль.

К кварцевым минералам, содержащим Si0₂ и воду, относятся также опал, халцедон, агат и другие минералы, в которых структурное расположение атомов Si и О несколько отличается от такового в кварце из-за присутствия воды.

Полевые шпаты — наиболее распространенные алюмосиликатные минералы. Они составляют примерно 30—50% от первичных почвообразующих пород. Полевые шпаты имеют трехмерное каркасное строение. Несмотря на большое разнообразие полевых шпатов, все они образованы кремнекислородными (примерно ³/₄) и алюмокис- лородными (около У₄) тетраэдрами, связанными общими атомами кислорода. Во всех минералах этого класса количество отрицательных зарядов кислорода в тетраэдрах преобладает над количеством положительных. Отрицательные нескомпенсированные заряды кислорода в тетраэдрах, образующиеся при замещении Si⁴⁺ на А1³⁺, сбалансированы преимущественно К⁺, Na⁺ или Са²⁺. Катионы магния (Mg²⁺) в полевых шпатах не присутствуют, так как они имеют значительно меньший размер иона (0,78 А), чем К⁺, Na⁺ и Са²⁺, что не позволяет им образовывать устойчивые структуры минералов.

Среди минералов, входящих в состав полевых шпатов, наиболее распространены калиевые (KAlSi₃0₈ — микроклин и ортоклаз; от греч. orthos — прямой, klasis — преломление), натриевые (NaAlSi₃0₈ — альбит; от лат. albus — белый), калиево-натриевые (K,NaAlSi₃O_g — нефелин; от греч. nefele — небесный) и кальциевые полевые шпаты (CaXl₂Si₂0₈ — анортит; от греч. ап — не, без и orthos — прямой (косопреломляющий)). Содержание калия в ортоклазе и микроклине — около 14 или 16,8% К₂0.

Кальциево-натриевые полевые шпаты, состоящие из альбита и анортита, образуют широкий изоморфный ряд пород, в котором группа атомов (Si, Na) постепенно замещается группой (А1, Са). Они называются плагиоклазами (от греч. plagios — косой, наклонный и klasis — преломление; олигоклаз, андезит, лабрадор, битовнит и др.). Плагиоклазы различаются в основном по соотношению в них альбита и анортита. Они встречаются в большинстве вулканических и метаморфических пород. Осадочные породы и почвы содержат унаследованные плагиоклазы.

Слюды — довольно широко распространенная группа слоистых первичных минералов. Слюды — трехслойные алюмосиликаты (2 :1), у которых слои кремнекислородных тетраэдров располагаются с каждой стороны слоя алюмокислородных октаэдров, образуя таким образом трехслойный пакет. Кислород вершин тетраэдров кремния внутри пакета является общим для прилегающих тетраэдров или октаэдров, а избыток отрицательных зарядов обычно уравновешивается ионами К⁺, Na⁺, Mg²⁺, Са^{2 +} и Fe²⁺, которые объемно размещаются в кристаллической решетке. Связь между отдельными (соседними) пакетами слюд определяется в основном довольно слабыми ван- дерваальсовыми силами. Поэтому слюды легко расслаиваются и подвержены физическому и химическому выветриванию. Наиболее распространенными слюдами являются мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH, F)₂ (от Verre de Moscovie — московское стекло) — листовая алюмокалиевая белая слюда; биотит K(Fe²⁺, Mg²⁺)₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂ (названа в честь Ж. Био) — железомагнезиальная черная слюда и флогопит — K(Mg)₃[AlSi₃O,₀](OH)₂ (от греч .fhlogopos — огнеподобный) — магнезиальная слюда. Содержащие калия в указанных выше слюдах составляет соответственно 9,8; 8,7 и 9,4%. Биотит и флогопит имеют наиболее напряженную кристаллическую решетку вследствие изоморфного замещения в октаэдрах А1³⁺ на Fe²⁺ и Mg²⁺, легче, чем мусковит выветриваются, поэтому реже встречаются в почвах. Основными продуктами выветривания слюд являются монтмориллонит, кремниевая кислота и полуторные оксиды железа и алюминия: