7. Глинисті мінерали в ґрунтах
З наведених шаруватих силікатів заслуговують на увагу ґрунтознавців та агрохіміків т. з. глинисті мінерали – каолініт, гідрослюди, монтморилоніт, почасти вермикуліт та хлоритоподібні мінерали. Названі представники є важливою складовою частиною багатьох осадових порід та ґрунтів. Родючість останніх багато в чому залежить від мінералогічного складу глинистої частини.
У ґрунтах України і суміжних з нею областей інших республік найпоширенішими є гідрослюди та монтморилоніт, в меншій мірі – вермикуліт, каолініт та хлорити. Значна частина цих структурних утворень присутня у складі змішано – шаруватих силікатів.
Глинисті мінерали досить чутливі до змін геохімічної обстановки в ґрунтах. Вони змінюють склад і почасти структуру залежно від складу і концентрації речовин у ґрунтових розчинах. Однак у ґрунтах помірних широт шаруваті силікати є загалом досить стійкі утворення в розумінні збереження їх основного структурного мотиву. Основу найважливіших: силікатів (гідрослюд, вермикуліту, монтморилоніту) складають тришарові пакети із співвідношенням шарів 2:1 (два тетраедричні з одним октаедричним). Установлено, що структурні зміни починаються з міжшарових проміжків, тобто із змін у складі катіонів, що скріплюють пакети. Названі катіони можуть бути зафіксовані досить міцно (жорстко), наприклад, у гідрослюд або слабо – у вермикуліті та монтморилонітових утвореннях (смектитах). В останньому випадку вони легко замінюються іншими, якщо обробляти їх відповідними розчинами солей.
Процес видалення катіонів з міжпакетних проміжків є складовим процесу вилуговування ґрунтів. Видалення між пакетного калію можливе тоді, коли в ґрунтовому розчині концентрація його порівняно низька, розчин кислий завдяки значному вмісту в ньому вуглекислоти.
Вилугуваний калій заміщується іонами Ca2+ та Mg2+, новоутворена структура відповідає вермикуліту. Подальші перетворення останнього залежать від режиму катіонів ґрунтового розчину. Тут можливі такі випадки:
У ненасичених основами ґрунтах з промивним водним режимом вермикуліт перетворюється в шаруватий силікат хлоритової структури, здебільшого у вигляді змішано – шаруватих утворень з вермикулітом (хлорит – вермикулітові впорядковані або невпорядковані утворення). Гадають, що вермикуліт переходить у хлорит за рахунок руйнування алюміній заміщених тетраедрів і переходу алюмінію з четверної в шестірну координацію. Такі структурні перетворення цілком виправдані з енергетичної точки зору, бо вони зменшують питому поверхню мінералу (бруситові чи гідраргілітові прошарки зменшують внутрішню поверхню).
Подальша доля хлоритових пакетів залежить від конкретної обстановки – вони або руйнуються з переходом у каолініт, або утворюють набухаючи структури.
У насичених основами (особливо кальцієм) ґрунтах з промивним водним режимом вермикуліт перетворюється в смектитові утворення, здебільшого в складі змішано – шаруватих утворень з пакетами гідрослюди і вермикуліту.
В окультурених ґрунтах з контрольованим режимом катіонів у ґрунтовому розчині у випадку регулярного внесення калійних добрив вермикуліт поглинає іони калію і перетворюється в гідрослюду. Така схема перетворення добре пояснює відоме агрохімікам явище необмінної фіксації калію, внаслідок якої частина цього елементу з калійних добрив стає недоступною для живлення рослин. Вперше це явище відкрив у 1934 р. американський ґрунтознавець Г. Фольк. Згодом виявилося, що таке ж необмінне вбирання властиве й катіонам амонію, цезію, стронцію, літію та ряду інших елементів.
У ґрунтах з лужною реакцією можливий синтез мінералів з набухаючою решіткою (смектитів) з аморфного кремнезему та пакетів каолініту (в умовах лужного середовища аморфний кремнезем почасти переходить у розчиний стан). Процес утворення мінералів шляхом „прибудови” одного тетраедричного шару до двошарового пакету називають ресинтезом.
Інакший шлях перетворення силікатів спостерігається в ґрунтах зон вологих тропіків та субтропіків. У цих умовах значно зростає швидкість реакції гідролізу мінералів, що спричиняє інтенсивне вилуговування катіонів з міжпакетних проміжків, а в подальшому – руйнування одного з тетраедричних шарів. Завдяки промивному режиму аморфний кремнезем, лужні й лужноземельні катіони виносяться з товщі ґрунтів, в результаті цього тришарові силікати перетворюються в каолініт.
При подальшому вивітрюванні в ґрунтовій товщі, де встановлюється елювіальний режим, руйнується й каолініт (шляхом виносу кремнезему з тетраедричного шару), залишаються водні оксиди алюмінію (гідраргіліт – Al(OH)3 та діаспор – HAlO2). Перетворення залізовмісних силікатів завершується накопиченням оксидів заліза різного ступеня гідратованості.
Зазначені вище напрями перетворення глинистих силікатів стосуються ґрунтів автоморфного ряду, тобто зволоження яких забезпечують атмосферні опади. В гігроморфних ґрунтах, де накопичуються винесені з ґрунтових товщ і кори вивітрювання катіони й кремнезем, можливий неосинтез та ресинтез глинистих мінералів – каолініту та смектитів.
Підсумовуючи все вище сказане про силікати, зазначимо, що у складі земної кори їм належить визначна роль як породотворним та ґрунтотворним мінералам. Вивчаючи закономірності перетворення силікатних мінералів у ґрунтових товщах, можна визначити напрями еволюції цих ґрунтів.