Вторичные минералы

Вторичные минералы содержатся только в осадочных породах и в почвах. Они представлены в основном глинистыми минералами, оксидами железа, алюминия и простыми солями.

Глинистые минералы. Минералы этой группы относятся к слоистым алюмосиликатам. Их название связано с тем, что они, как правило, преобладают в составе глин. К глинистым минералам относятся минералы групп каолинита, гидрослюд, монтмориллонита, смешаннослоистых минералов, хлорита. Глинистые минералы обладают рядом общих свойств: 1) высокая дисперсность; 2) поглотительная или обменная способность по отношению к катионам; 3) содержат химически связанную воду, которая выделяется при температурах в несколько сотен градусов; 4) имеют слоистое строение, сочетающее тетраэдрические и октаэдрические слои. Различают двух-, трех- и четырехслойные минералы.

Минералы группы каолинита. Каолинит Al₄(OH)_g(Si₄O₁₀) — двухслойный минерал с жесткой кристаллической решеткой, состоящей из одного слоя кремнекислородных тетраэдров и одного слоя алю- могидроксильных октаэдров (рис. 2.3). Каолинит не набухает в воде, так как вода не проникает в межплоскостное пространство минерала из-за сильной связи между пакетами. Этот минерал характеризуется узким отношением Si0₂: А1₂0₃ = 2. Он обладает низкой поглотительной способностью (не более 20 мг-экв на 100 г), обусловленной исключительно теми свободными связями, которые имеются на краях элементарных пакетов. К группе каолинита относится минерал галлуазит, отличающийся значительным содержанием межпакетной влаги и более высокой емкостью катионного обмена (40-60 мг-экв на 100 г). Наиболее высокое содержание каолинита — в почвах, формирующихся в условиях субтропических и тропических влажных областей на ферраллитных и аллитных корах выветривания. В почвах умеренных широт его содержание незначительно, за исключением древних кор выветривания. Почвы, содержащие каолинит, характеризуются низкой емкостью катионного обмена, обеднены основаниями, меньше накапливают гумуса, характеризуются пониженным плодородием.

Минералы группы гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит и др.). Их еще называют минералами группы иллита. Эти минералы представляют собой трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся решеткой, а поэтому межпакетная вода в них отсутствует.

Емкость катионного обмена гидрослюд достигает 45—50 мг-экв на 100 г. Часть кремния в тетраэдрах замещена на алюминий. Образующийся при этом отрицательный заряд компенсируется необменными ионами калия, который прочно связывает пакеты между со- зз

бой. Гидрослюды характеризуются повышенным содержанием калия (до 6-8%), который частично используется растениями. Представитель гидрослюд глауконит является агрономической рудой, калийным удобрением после соответствующей термической обработки.

Рис. 2.3. Схема строения кристаллической решетки каолинита

Минералы этой группы широко распространены в осадочных породах и почвах, в том числе в подзолистых, серых лесных и др.

К гидрослюдам близок минерал вермикулит, характеризующийся расширяющейся решеткой и очень высокой емкостью катионного обмена (до 100—120 мг-экв на 100 г). Вермикулит часто используют как компонент тепличных грунтов.

Минералы группы монтмориллонита (монтмориллонит, нонтро- нит, бейделит и др.). Их еще называют минералами группы смектита (Fe, Al)₂[Si₄O₁₀](OH)₂ • лН₂0; молярное отношение Si0₂: А1₂0₃ = 4. Эта группа минералов имеет трехслойное строение с сильно расширяющейся при увлажнении кристаллической решеткой; при этом они поглощают влагу, сильно набухают и увеличиваются в объеме (рис. 2.4). Отличительной особенностью этих минералов является высокая дисперсность. Разнообразные изоморфные замещения кремния на алюминий, алюминия на железо и магний влекут за собой появление отрицательных зарядов, которые уравновешиваются обменными катионами. Повышенная дисперсность и изоморфные замещения обусловливают высокую емкость катионного обмена — 80-120 мг-экв на 100 г.

Минералы группы монтмориллонита чаще содержатся в почвах с нейтральной и щелочной реакцией среды (черноземы, каштановые, солонцы) и практически полностью отсутствуют в субтропических и тропических почвах на ферраллитных и аллитных корах выветривания. Много монтмориллонита содержится в слитых почвах.

Рис. 2.4. Схема строения кристаллической решетки монтмориллонита

Минералы группы хлорита. Они имеют четырехслойную набухающую решетку. Содержат в своем составе железо, магний. Могут быть как магматического, так и экзогенного происхождения. Имеются данные (Т.А. Соколова, 1982), что почвенные хлориты участвуют в формировании гидролитической кислотности почв.

Группа смешаннослойных минералов. Смешаннослойные минералы имеют кристаллические решетки, в которых чередуются слои разных минералов: монтмориллонита с иллитом, вермикулита с хлоритом и др. Соответственно составным частям они получают название — иллит- монтмориллонит, вермикулит-хлорит и др. В зависимости от состава и доли участия тех или иных минералов свойства их сильно изменяются. Эта группа минералов наиболее распространена в почвах умеренного и холодного гумидного и арктического поясов, в которых они занимают 30-80% от общего содержания глинистых минералов (Б.П. Градусов, 1976).

Минералы гидроксидов и оксидов железа и алюминия. Наибольшее распространение имеют гематит Fe₂0₃, гетит Fe₂0₃ • Н₂0, гидроге- тит, гиббсит (гидрагелит) А1₂0₃ • ЗН₂0. Минералы этих групп встречаются в иллювиальных горизонтах подзолистых, серых лесных почв, почв влажных тропических и субтропических областей (красноземы, ферраллиты и др.). Они образуются путем кристаллизации из аморфных гидратов оксидов железа и алюминия. Минералы этой группы принимают участие в оструктуривании почв, в связывании фосфорной кислоты. В условиях кислой реакции среды гидраты оксидов железа и алюминия растворяются и принимают активное участие в процессах почвообразования.

Аллофаны. Группа вторичных минералов, состоящая из октаэдров и тетраэдров, но расположенных не систематически, а беспорядочно и поэтому имеющих аморфное строение. Они повышают емкость поглощения, увеличивают гидрофильность, липкость и набухаемость почв.

Минералы-соли. Могут быть как вторичными, так и первичными. Наибольшее распространение имеют карбонаты: кальцит СаС0₃, доломит CaMg(C0₃)₂, сода Na₂C0₃ • 10Н₂О. Среди сульфатов наиболее распространены гипс CaS0₄ • 2Н₂0, мирабилит Na₂S0₄ • 10Н₂О; среди хлоридов — галит NaCl. Много солей содержится в засоленных почвах и почвообразующих породах в аридных областях, где они оказывают ведущее влияние на свойства и плодородие почв.

Агроэкологическое значение минералогического состава почв

Минералогический состав почв наследуется от почвообразующих пород, является довольно устойчивым во времени и практически не поддается регулированию, за исключением приемов пескования, глинования; химических мелиораций — известкования, гипсования; удаления из почв водорастворимых солей промывками.

С минералогическим составом тесно связаны гранулометрический и химический составы почв, физико-механические, а также физические и физико-химические свойства. Очень часто он определяет направленность почвообразовательных процессов и приводит к формированию специфических типов почв, получивших название литогенных, в составе и свойствах которых в меньшей степени проявляется влияние биологического и климатического факторов почвообразования. Минералогический состав оказывает влияние на прочность связи гумусовых веществ с минеральной частью почв и в целом — на количество накапливающегося гумуса, емкость катионного обмена, реакцию среды, потенциальный запас элементов питания для растений, на процессы формирования агрономически ценной структуры и поэтому является одним из ведущих факторов, определяющих уровень почвенного плодородия.