Дать характеристику основных породообразующих минералов

В состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вторичные минералы. Первичные минералы слагают магматические породы, а в рыхлых породах и почвах являются остаточным материалом выветривания исходных пород. Вторичные минералы возникли из первичных под воздействием климатических и биологических факторов.

Первичные минералы представлены преимущественно частицами больше 0,001 мм, вторичные — меньше 0,001 мм. В большинстве почв первичные минералы преобладают по массе над вторичными, за исключением ферраллитных почв, в которых первичных минералов часто меньше, чем вторичных.

Первичные минералы. Наиболее распространенными первичными минералами в породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды. Они составляют основную массу магматических пород. Средний минералогический состав магматических пород следующий (по Ф. У. Кларку):

Поскольку первичные минералы обладают различной устойчивостью к выветриванию, относительное содержание их в почвообразующих породах и почвах иное, чем в магматических породах.

Так, в рыхлых породах больше кварца (SiO₂), как наиболее устойчивого к выветриванию минерала. Его содержание достигает 40—60% и более. Второе место обычно занимают полевые шпаты (до 20%), также обладающие большой механической прочностью, но менее устойчивые к химическому выветриванию. Среди них широко распространен ортоклаз (KAlSi₃O₈), реже встречаются натриево-кальциевые полевые шпаты или плагиоклазы.

Кварц и полевые шпаты крупнозернисты, поскольку выветривание их идет медленно. Они сосредоточены главным образом в песчаных и пылеватых частицах.

Амфиболы, пироксены и многие слюды легко поддаются выветриванию, поэтому в рыхлых породах и почвах они содержатся в небольших количествах в виде мелких кристаллов.

Устойчивость к выветриванию определяется природой минералов, их различием в химическом составе и кристаллической структуре. Рассматриваемые минералы, как большинство минеральных химических соединений, обладают структурами ионного типа, образованными противоположно заряженными ионами. Ионы в кристаллах минералов расположены в виде геометрически правильной пространственной решетки, называемой кристаллической. Благодаря такому строению кристаллы минералов имеют форму геометрически правильных многогранников. Для каждого минерала характерны своя кристаллическая решетка и определенная форма кристаллов.

Взаимное расположение катионов и анионов в кристаллической решетке обусловливается их объемом или радиусами (ионы можно представить в виде сфер определенного радиуса). Число ионов противоположного знака, окружающих данный ион, называется координационным числом. Чем больше радиус иона, тем больше вокруг него может разместиться без взаимного соприкосновения противоположно заряженных ионов.

Главным элементом структуры широко распространенных в почве кислородных соединений кремния является кремнекислородный тетраэдр (SiO₄)^-4, в вершинах которого располагаются четыре иона кислорода, а в центре — ион 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, образуют различные сочетания или типы структур: островные, цепные, ленточные, листоватые (слоистые), каркасные. Каркасная структура распространена в полевых шпатах, кварце, цепная — в пироксенах, листоватая — в слюдах, глинистых минералах, ленточная — в амфиболах, островная — в оливине.

Значение первичных минералов разносторонне: от их количества (особенно крупнозернистых фракций) зависят агрофизические свойства почв, они являются резервным источником зольных элементов питания растений, а также образования вторичных минералов.

Вторичные минералы. В почвах и породах состав наиболее распространенных вторичных минералов, как и первичных, невелик. Среди вторичных минералов различают минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы.

Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит [Са, Mg] (СО₃)₂, сода Na₂CО₃ 10H₂O, гипс CaSO₄-2H₂O, мирабилит Na₂SO₄— 10H₂O, галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный и количественный состав их определяют степень и характер засоления почв.

Минералы гидроокисей и окисей — это гидроокиси 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.

Степень окристаллизованности минералов обусловливает их растворимость: чем больше окристаллизованность, тем меньше растворимость. На растворимость гидратов полутораокисей большое влияние оказывает реакция среды. При рН<5 в ионную форму переходит алюминий, а при рН<3 — трехвалентное железо.

Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой nSi0₂Al₂0₃-mH₂0 и характерным молярным отношением SiO₂: А1₂О₃, изменяющимся от 2 до 5.

Глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов выветривания первичных минералов (гидроокиси, соли) путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования. Кроме того, они могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков.

К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов. Эти минералы входят в состав природных глин, в связи с чем они и получили название глинистых минералов.

Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие химически связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфические свойства и значение в плодородии.

Минералы монтмориллонитовой группы. К этой группе минералов относятся монтмориллонит и его разновидности — нонтронит, бейделлит, сапонит и другие.

Монтмориллонит и относящиеся к его группе минералы широко распространены в рыхлых породах и почвах, за исключением ферраллитных (где их мало или совсем нет), имеют кристаллическую решетку трехслойного типа, состоящую из двух слоев кремнекислородных тетраэдров и заключенного между ними октаэдрического слоя. Трехслойные пакеты чередуются в кристаллах и придают им слоистую структуру.

Минералы монтмориллонитовой группы обладают наиболее высокой дисперсностью.