Вторичные минералы почв

К вторичным минералам относятся глинистые минералы, минера­лы оксидов кремния, железа, алюминия и марганца, а также мине­ралы простых солей.

Глинистые минералы составляют основную часть вторичных минералов. Названы они так в связи с тем, что преимущественно определяют минералогический состав глин. Важнейшая роль глини­стых минералов состоит в том, что в силу присущей им поглотитель­ной способности они определяют емкость поглощения почв и наряду с гумусом являются основным источником поступления минеральных элементов в растения.

Глинистые минералы образуются путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования, а также могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков.

К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы групп монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов.

Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое кри­сталлическое строение, высокая дисперсность, поглотительная спо­собность, наличие в них химически связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфические свойства и значение в плодо­родии. Велика их роль в создании физических свойств, структуры и порозности почвы, водопроницаемости и влагоемкости.

Монтмориллонит, бейделит, нонтронит — группа трехслой­ных минералов с набухающей решеткой. Монтмориллонит и бейде­лит встречаются в почве самостоятельно и в смешаннослойных образованиях с гидрослюдами, хлоритами, вермикулитами. Нонтронит по химическому составу отличается повышенным содержанием же­леза. Монтмориллонит и бейделит весьма сходны. Различия в том, что в бейделите часть кремния замещена на алюминий, поэтому со отношение Si0₂: А1₂О_э равно трем, вместо четырех в монтморилло­ните.

Отличительная черта монтмориллонитовых минералов — высокая поглотительная способность в отношении обменных катионов и в от­ношении загрязняющих веществ.

Вермикулиты по химическому составу близки к магниевым алю­мосиликатам. По структуре они сходны с монтмориллонитом и гидрослюдами. Цвет минерала бурый, желтовато-бурый, золотисто-желтый; иногда наблюдаются зеленова­тые оттенки. Вермикулиты обладают высокой способностью к набу­ханию. Емкость поглощения катионов около 100 м.-экв на 100 г.

Группа каолинита — каолинит, диккит, накрит — имеют следу­ющее строение: А1₂(ОН)₄ [Si₂0₅]. Наиболее распространенным явля­ется каолинит. Кристаллическая структура этих минералов состоит из двухслойных пакетов. Отдельные чешуйки каолинита бесцветны, а сплошные массы белые. Каолинит не набухает, так как доступ воды в межпакетное пространство затруднен из-за сильной связи между пакетами. Расстояние между пакетами не изменяется. Каолинит не содержит щелочных и мало содержит щелочноземельных оснований. Дисперсность его высокая, он свободно мигрирует в суспензиях. Ем­кость поглощения 10—20 м.-экв на 100 г. Каолинит набухает слабо, имеет небольшую липкость, связность и гидрофильность.

Галлуазит встречается в виде гелеподобных полуматовых масс. Цвет галлуазита белый, часто с желтоватым, красноватым и голубоватым оттенками. По свойствам близок к каолиниту, но более гидратирован и имеет расширяющуюся кристаллическую решетку. Емкость поглощения 25—30 м.-экв на 100 г.

Гидрослюды (иллит). К группе гидрослюд относятся гидратированные формы слоистых минералов с морфологически чешуйчатым строением:

Гидробиотит - (К, H₃OXMg, Fe)₃ (ОН)₂ [(Al, Si)₄O₁₀] • nH₂0, Гидромусковит - (К, Н_эО) Al₂ (ОН)₂ [(Al, Si)₄O₁₀] • nH₂0, Глауконит - K(Fe⁺³, Al, Fe⁺², Mg)₂ (OH)₂ [Al, Si₃O₁₀] • nH₂0, Гидробиотит и гидромусковит золотисто-желтого, серебряного и белого цвета. Глауконит — зеленый различных оттенков. Структу­ра гидрослюд подобна монтмориллониту. Они относятся к трехслойным минералам с многочисленными изоморфными замещениями. В отличие от монтмориллонита связь между пакетами прочная, и вода в них не проникает. Гидрослюды — важный источник калия для растений. Обменный калий находится на краях кристаллической решетки.

Гидрослюды не набухают. Емкость поглощения 40 М.-экв на 100 г. Гидрофильность, липкость, связность, набухание значительно мень­ше, чем у монтмориллонита.

Хлориты. К группе хлоритов относится большое количество минералов, которые по целому ряду свойств близки к слюдам. Кристаллическая решетка хлоритов состоит из четырех слоев. В связи с тем, что хлориты представлены слоями различных минералов, их можно отнести к смешаннослоистым минералам с правильным чередованием слоев. Решетка хлоритов не набухающая, стабильная. Хлориты име­ют зеленый цвет различных оттенков.

Минералы гидроокисей и окисей кремния, алюминия, желе­за, марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергающиеся дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, вы­сушивание, окислительные условия почвы.

Гидроокись кремния (Si0₂ • пН₂0) По мере старения переходит в твердый гель — опал (Si0₂ • nH₂0) с содержанием воды от 2 до 30%, затем, теряя воду, в кристаллические формы халцедона и кварца Si0₂. Гидроокись марганца кристаллизуется в виде минерала пиролюзита Мп0₂, псиломелана тМпО • Мп0₂ • пН₂0.

Гидраты полутораокисей (А1₂0₃ • nH₂0, Fe₂0₃ • nH₂0), кристаллизуясь, образуют вторичные минералы: бемит А1₂0₃ • Н₂0, гидраргилит (гиббсит) А1₂0₃ ЗН₂0 или А1(ОН)₃, гематит Fe₂0₃, гетит Fe₂0₃ • Н₂0, гидрогетит Fe₂0₃ • ЗН₂0. Эти минералы встречаются в не­больших количествах во многих почвах. Гетита и гиббсита много в ферраллитных почвах. Эти минералы могут обволакивать пленками агрегатные скопления глинистых минералов, а также встречаться в виде конкреций. Поглотительной способностью, липкостью, набуханием практически не обладают.

- Встречаются в почвах цеолиты. Эта группа своеобразных минералов щелочных и щелочноземельных алюмосиликатов. Цеолиты об разуются в разных условиях при разной реакции среды: в пресновод­ных и соленых озерах, лагунах. При подъеме дна водоема на поверхность цеолиты остаются в почве как унаследованные от породы.

Каркасная решетка цеолитов характеризуется большим количе­ством пор, полостей и каналов, что определяет их высокую поглотительную способность. Часто цеолиты используются в тепличных хо­зяйствах.

Минералы простых солей образуются при выветривании пер­вичных минералов, а также в результате почвообразовательного про­цесса. К таким солям относятся кальцит СаСО_э, магнезит MgC0₃, доломит [Са, Mg](C0₃)₂, сода Na₂C0₃ • 10Н₂О, гипс CaS0₄ • 2Н₂0, мирабилит Na₂S0₄ • 10Н₂О, галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата.

Качественный и количественный состав их определяет степень и характер засоления почв.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

Химия почв — особый раздел почвоведения. Его задача — изуче­ние содержания химических элементов в почвах и химических про­цессов, протекающих в почвенной массе. В почве химические явле­ния всегда связаны с биологией, биохимией, физикой, с коллоидны­ми физико-химическим процессами.

Содержание химических элементов в почвах

Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных веществ. Источником минеральных соединений почвы являют­ся горные породы, из которых слагается твердая оболочка земной коры - литосфера. Органические вещества поступают в почву в результате деятельности живых организмов, ее населяющих. Взаи­модействие минеральных и органических веществ создает сложный комплекс органо-минеральных соединений почв. Минеральная часть составляет 80—90% и более массы почв и только в органогенных почвах снижается до 10% и менее.

В составе почв обнаружены почти все известные химические эле­менты. Средние цифры, показывающие содержание отдельных эле­ментов в литосфере и почвах, называют кларками. Изучение почв с геохимической точки зрения было впервые начато академиком В.И. Вернадским.

Содержание отдельных химических элементов в литосфере и по­чве колеблется в широких пределах (табл. 6).

Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2%), более чем на четверть из кремния (27,6%), далее идут алюминий (8,8%), железо (5,1%), кальций, натрий, калий, магний (до 2—3% каждого). Восемь названных элементов составляют более 99% общей массы ли­тосферы. Такие важнейшие для питания растений элементы, как угле­род, азот, сера, фосфор, занимают десятые и сотые доли процента. Еще меньше в земной коре микроэлементов.

Поскольку минеральная часть почвы в значительной степени обу­словлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сходство почвы с литосферой по относительному содержанию от­дельных химических элементов. Как в литосфере, так и в почве на первом месте стоит кислород, на втором — кремний, затем алюми­ний, железо и т. д.

Однако в почве по сравнению с литосферой в 20 раз больше угле­рода и в 10 раз больше азота. Накопление этих элементов в почве связано с жизнедеятельностью организмов.

В почвоведении состав почв принято выражать в условных гипо­тетических оксидах химических элементов: Si0₂, А1₂0₃, Fe₂0₃, СаО, MgO, Na₂0 и т. д. Это практически отражает всю почвенную массу.