Первичные минералы

Наибольшее распространение в почвах и породах имеют силикаты: кварц, полевые шпаты, амфиболы (роговые обманки и пироксены), слюды. В составе магматических пород преобладают полевые шпаты (около 60%), амфиболы и пироксены (около 17%), кварц (12%), слюды (около 4%), прочие (около 7%). В осадочных породах и почвах (рис. 2.1) преобладает кварц (40-60% и более) как наиболее устойчивый к выветриванию, затем идут полевые шпаты (до 20%), слюды (3—7%).

Рис. 2.1. Минералогический состав магматических и осадочных пород

Свойства силикатов, в том числе устойчивость к выветриванию, определяются строением кристаллической решетки, состоящей из кремнекислородных тетраэдров (Si0₄)^4-. Во всех силикатах каждый атом кремния соединен с четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра, в центре которого находится атом кремния. Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, которые могут быть компенсированы присоединением катионов или соединением с другими кремнекислородными тетраэдрами. Тетраэдры, соединяясь через кислородные ионы, могут образовывать различные сочетания или типы структур: островные (оливин), ленточные (амфиболы), листовые (слюды), каркасные (полевые шпаты, кварц) (рис. 2.2). Если тетраэдры в структуре располагаются изолированно, соединяясь между собой через положительно заряженные атомы металлов, получается самый простой — островной тип структуры. При соединении тетраэдров через кислородные ионы образуются цепочки, ленты, листы или слои, каркасы.

В каркасных структурах часть ионов кремния может замещаться алюминием, при этом образуются алюмосиликаты.

Рис. 2.2. Кремнекислородные радикалы:

А — цепочные: В — ленточные: В — листовые

Кварц (Si0₂). По химической природе кварц — типичный оксид, а по кристаллической структуре его относят к каркасным силикатам. Известны разновидности кварца, имеющие разный цвет и прозрачность: горный хрусталь, аметист, раухтопаз, морин. Кварц — весьма стойкий к выветриванию минерал, поэтому он накапливается в осадочных породах и почвах. Особенно много кварца содержится в песчаных и супесчаных почвах. Обогащенность почв кварцем обусловливает пониженное плодородие из-за его химической инертности, неспособности удерживать влагу и элементы питания.

Существуют разновидности кварца вторичного (экзогенного) происхождения: халцедон — скрытокристаллическая разновидность кварца; опал — аморфная разновидность, содержащая воду; гейзерит — гидротермальный опал. Все перечисленные минералы вместе с кварцем объединены в группу свободного кремнезема.

Полевые шпаты. Эта наиболее распространенная в литосфере группа минералов имеет каркасный тип кристаллической решетки. В каркасных структурах часть ионов четырехвалентного кремния замещена трехвалентным алюминием; в результате создается комплексная алюмокремниевая группа (поэтому их относят к алюмосиликатам) и возникает свободная валентность кислорода, которая компенсируется ионами калия, натрия и кальция.

По химическому составу полевые шпаты подразделяются на три подгруппы:

• 1) калиево-натриевые полевые шпаты, в состав которых входят K[AlSi₃0₈] и Na[AlSi₃0₈j; к этим соединениям относятся ортоклаз, микроклин и др.;
• 2) натриево-кальциевые полевые шпаты, или плагиоклазы, представляющие собой изоморфные смеси натриевой молекулы Na[AlSi₃0₈] (в чистом виде называется альбит) и кальциевой Ca[Al₂Si₂0₈] (в чистом виде называется анортит);
• 3) фельдшпатиды — по химическому составу сходны с полевыми шпатами, но имеют меньшее содержание оксидов кремния, они часто замещают полевые шпаты в основных породах.

В зависимости от содержания оксида кремния полевые шпаты подразделяются на кислые — с повышенным содержанием кремнезема (ортоклаз, микроклин, альбит); средние и основные — с пониженным содержанием (лабрадор, анортит и др.). Полевые шпаты являются менее устойчивыми к выветриванию по сравнению с кварцем. Среди них наиболее устойчивыми считаются кислые полевые шпаты, содержащиеся в кислых породах (гранит, липарит). Средние и основные, содержащиеся в основных магматических породах (габбро, базальт), менее устойчивы и могут являться источником элементов питания (калия, кальция и др.) для растений.

Пироксены и амфиболы. Пироксены и амфиболы занимают в литосфере по массе второе место после полевых шпатов (около 17%). В почвах и осадочных породах они присутствуют в небольших количествах в связи с низкой устойчивостью к выветриванию. Пироксены относятся к цепочечным силикатам. Типичным представителем является авгит — породообразующий минерал основных и ультраос- новных пород.

Амфиболы относятся к ленточным силикатам. Типичным и наиболее распространенным представителем является роговая обманка.

Группа слюд. Эта группа минералов имеет листовую, слоистую структуру. В земной коре содержится около 4% слюд. В осадочных породах и почвах слюды встречаются в небольших количествах. В этой группе минералов часть кремнекислородных тетраэдров заменена на алюмокислородные, поэтому они относятся к алюмосиликатам. Типичными представителями являются мусковит и биотит, в своем составе содержат калий, магний, железо. Слюды более устойчивы к процессам выветривания по сравнению с амфиболами и пироксенами.