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 являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой п5Ю₂А1₂0₃ • тН₂0 и характерным молярным отношением БЮ₂: А1₂0₃, изменяющимся в пределах от 2 до 5.

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 соотношение БЮ₂: А1₂0₃ равно трем, вместо четырех в монтмориллоните. Соотношение групп атомов в минералах: монтмориллонит— (А1, Mg)₂ (ОН)₂ [51₄О₁₀] • пН₂0, бейделит — (К, №, Н₃0) А1₂ (ОН)₂ [А151₃О₁₀] • пН₂0, нонтронит — Ре₂ (ОН)₂ [БцОю] • пН₂0.

Между пакетами трехслойной структуры монтмориллонитовых минералов находятся молекулы воды и обменные катионы, определяющие особенности отдельных минералов группы. Межпакетные расстояния могут изменяться. В связи с этим для монтмориллонита характерно сильное набухание с увеличением объема в 1,5—3 раза и связанные с этим жирность, липкость, вязкость, высокая пластичность и гигроскопичность. Цвет монтмориллонита белый с сероватым, буроватым, красноватым оттенками и зеленый. Нонтронит — зеленовато-желтый, зеленоватый, буровато-зеленый.

Отличительная черта монтмориллонитовых минералов — высокая поглотительная способность в отношении обменных катионов и в отношении загрязняющих веществ. Средние величины катионного обмена — 80—120 мэкв на 100 г. С гуминовыми кислотами монтмориллонит образует прочные темноокрашенные (серые и черные) комплексы.

Вермикулиты по химическому составу близки к магниевым алюмосиликатам. Вермикулит— (М^, Ее⁺², Ее⁺³)₃ (ОН)₂ [(А1, 8Ц₄0_Ш] • 4Н₂0, нонтронит — Ре₂ (ОН)₂ [8цО₁₀] • пН₂0. 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 мэкв на 100 г.

Группа каолинита — каолинит, диккит, накрит — имеют следующее строение: А1₂ (ОН)₄ [8Ц0₅]. Наиболее распространенным является каолинит. Кристаллическая структура этих минералов состоит из двухслойных пакетов. Отдельные чешуйки каолинита — бесцветные, 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 мэкв 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 мэкв на 100 г.

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

• гидробиотит —

• гидромусковит —.

• глауконит —.

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 мэкв 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 гидроксидов и оксидов 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 оксидов и гидроксидов кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, высушивание, окислительные условия почвы.

Гидроксид кремния (8Ю₂ • пН₂0) по мере старения переходит в твердый гель — опал (5Ю₂ • пН₂0) с содержанием воды от 2 до 30%, затем, теряя воду, — в кристаллические формы халцедона и кварца БЮ₂. Гидроксид марганца кристаллизуется в виде минерала пиролюзита Мп0₂, псиломелана тМпО • Мп0₂ • пН₂0.

Гидраты полуторных оксидов (А1₂0₃ • пН₂0, Ре₂0₃ • пН₂0), кристаллизуясь, образуют вторичные минералы: бемит А1₂0₃ • Н₂0, гидраргилит (гиббсит) А1₂0₃ • ЗН₂0 или А1(ОН)₃, гематит Ее₂0₃, гетит Ре₂0₃ • Н₂0, гидрогетит Ре₂0₃ • 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 образуются 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 СаС0₃, магнезит Г^С0₃, доломит Са1У^(С0₃)₂, сода №₂С0₃ • 10Н₂О, гипс СаБСЦ • 2Н₂0, мирабилит Ма₂50₄ • ЮН₂0, галит ИаС1, 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.