Минералы и их классификация на классы

Для понимания почвообразовательного процесса необходи­мо знать происхождение и химический состав минералов и горных пород. Минеральное вещество почва заимствует из той горной породы, из которой она формируется. Горные породы состоят п.: характерных для них минералов. Большинство пород имеют в своем составе несколько минералов, и только простые породы состоят из одного минерала.

Минералы. Природные тела — продукты естественных хими­ческих реакций, относительно однородные по химическому со­ставу и строению, называют минералами. Они образуются в земной коре при различных химических и физико-химических процессах. В настоящее время известно около 4 тыс. минера­лов. Из них лишь около 20 являются породообразующими. По физическому состоянию минералы делят на твердые (кварц, графит, алмаз и др.), жидкие (химически чистая вода, ртуть ; др.), газообразные (метан, сероводород и др.).

По происхождению минералы подразделяются на первичные и вторичные. Первичные минералы (эндогенные, или маг­матические) образуются в недрах Земли при определенных условиях температуры и давления. Попадая в условия земной поверхности, они разрушаются и переходят во вторичные минералы, из которых формируются осадочные породы. В природе встречаются также метаморфические минералы. Они образуются из вторичных и некоторых первичных минералов в глубоких зонах литосферы под температуры и давления.

Существует несколько классификаций минералов: генетиче­ская, химическая, по практическому применению. Ниже рас­смотрена химическая классификация. По химическому составу минералы делят на классы, а классы — на группы.

Минералы включают следующие основные классы: самород­ные элементы, сульфиды, галогениды, оксиды, соли кислород­ных кислот (карбонаты, сульфаты, фосфаты, нитраты), силика­ты и алюмосиликаты, углеводородные соединения.

Самородные элементы (алмаз, графит, сера, а также ме­таллы — серебро, золото, платина) состоят из одного химиче­ского элемента. Минералы этого класса составляют менее 0,1% массы земной коры. Они относятся к редким, или драго­ценным, минералам.

Алмаз (С) — самый твердый минерал, образуется при огромном давлении в недрах земли.

Графит (С) — очень мягкий минерал, хотя имеет тот же химический состав, что и алмаз. Образовался в результате метаморфизма из каменных углей, битумов и др. Цвет его тем­но-серый до черного, встречается в виде плотных масс среди Метаморфических пород: сланцев, мраморов и гнейсов.

Сера(S) — минерал светло-желтого цвета, встречается в виде кристаллов и землистых масс. Образуется путем кристаллизации из горячих водных растворов, а также при вулканических извержениях и выветривании сернокислых соединений. Относится к почвообразующим минералам.

Сульфиды — это сернистые соединения тяжелых металлов (соли сероводородной кислоты). Они составляют 0,25% массы земной коры. В земной коре наиболее распространены пирит, халькопирит, галенит, киноварь и др. Многие минералы этого класса — руды_, из которых получают медь, свинец, ртуть. Продукты выветривания сульфидов участвуют в почвообразовании.

Пирит (FеS₂) — железный, или серный, колчедан. Образуется чаще из расплавленной магмы, а также путем кристаллизации при воздействии горячих паров на соединения железа или в результате метаморфических процессов. Он образуется и среди осадочных пород при взаимодействии водных растворов, содержащих железо, с сероводородом. Служит сырьем для получения серной кислоты, а железные огарки используются как железная руда.

Сульфидсодержащие породы, оказавшиеся на поверхности в процессе выветривания, образуют рекультивации территории, нарушенной добычей полезных ископаемых, нанесенный на поверхность гумусовый слой пропитывается серной кислотой, что приводит к необратимой деградации почвы и загрязнению окружающей среды.

Халькопирит (CuFeS₂)- медный колчедан. Чаще образуется под действием гидротермальных процессов, а также магматическим путем. Цвет латунно-желтый. Основная руда для получения меди. Халькопирит легко окисляется с образованием железа и меди.

Галенит, или свинцовый блеск, (РЬS)—основная свинец содержащая руда. Выделяется галенит вместе с цинковой обманкой из горячих минеральных растворов, идущих по трещи­нам из магматического очага.

Киноварь (HgS)-руда для получения ртути. Пары ртути ядовиты.

Галогениды –соли галоидноводородных кислот (НСI, НF и др.).Наибольшее значение для почвообразования и земледе­лия имеют такие минералы этого класса, как галит, сильвин, карналлит.

Галит (NаСl) — каменная соль, поваренная соль. Широко используется в пищевой промышленности. В природе встреча­ется в виде крупных: скоплений соли (пласты, штоки, купола) среди осадочных пород. При насыщении галитом грунтовых вод последние служат источником засоления почв, что приво­дит к значительному снижению почвенного плодородия.

Сильвин (КСI) — основная соль для получения калийно­го удобрения, образуется в высыхающих соляных озерах или изолированных от моря заливах при испарении воды. Место­рождения галита и сильвина находятся на Среднем Урале, в Белоруссии, Прикарпатье, Сибири и т. д.

Карналит (MgCI₂ KCI 6H₂O)- минерал, залегающий вместе с каменной солью и сильвином. Применяют для получения металлического магния и приготовления калийных удобрений.

Оксиды — соединения различных химических элементов с кислородом или же с кислородом и водой. Это широко распро­страненные породообразующие и почвообразующие минералы. Класс оксидов подразделяют на группы: оксиды кремния, окси­ды железа, оксиды алюминия, оксиды марганца.

В группу оксидов кремния входят кварц, халцедон, опал.

Кварц (SiO₂) — самый распространенный кристалличе­ский породообразующий минерал (около 65% земной коры со­стоит из кварца). Для кварца характерны большая твердость. неровный излом, отсутствие спайности. Этот минерал входит в состав магматических горных пород (гранит и др.) и метамор­фических (гнейсы, кварциты и др.). При выветривании кварца и кварцсодержащих пород образуются галечники, щебень, гра­вий, различные пески (эоловые, водные, ледниковые).

Халцедон (SiO₂) — аморфный минерал с матовым бле­ском, образуется из водных растворов, имеет форму желваков, конкреций, сталактитов, окраска разнообразная

Опал (SIO2 nH₂O) — водный оксид кремния. Образуется при выветривании силикатов, а также при химическом осажде­нии из растворов.

В группу оксидов железа входят магнетит, гематит, лимо­нит.

Магнетит, или магнитный железняк, (РезО₄) — соединение, имеющее различное происхождение — магматическое, гидротермальное и др.

Гематит (Ре2Оз) — красный железняк. Содержит около 65% железа, используется как руда в доменном производстве. Образует залежи различных генетических типов месторождений (изверженных, метаморфических, гидротермальных). Встречается в коре выветривания в условиях сухого и жаркого климата.

Лимонит (2Fе₂О₃-ЗН₂ О) — бурый железняк», главным образом распространен в верхних слоях земной коры, образуется при выветривании магнетита и гематита, а также на дне озер, болот и в почвах. Цвет чаще лимонно-желтый, но встречается и черный.

В группу оксидов алюминия входят корунд, боксит и гидраргиллит.

Соли кислородных кислот подразделяют на следующие груп­пы: карбонаты, сульфаты, фосфаты, нитраты. Все минералы этого класса — породообразующие, имеют большое значение в почвообразовании и служат сырьем для производства удобре­ний.

Карбонаты — соли угольной кислоты: кальцит, магнезит, доломит, сидерит.

Кальцит (СаСОз) — известковая руда, которую после размола применяют для известкования кислых почв. Чи­стые кристаллы кальцита бесцветны, прозрачны, обладают двойным лучепреломлением — это исландский шпат. В осадоч­ных породах кальцит белого цвета, находится в виде залежей известняков, мела. Он может иметь различное происхождение (гидротермальное, метаморфическое), но чаще образуется при осаждении из горячих и холодных растворов.

Магнезит (МgСОз) — встречается в виде мраморовидных масс белого, серого или бурого цвета. Образуется в гидротер­мальных условиях или. при выветривании ультраосновных по­род для химической мелиорации кислых почв.

Доломит (СаМg(СО₃)₂) — двойной карбонат кальция и магния осадочного или гидротермального происхождения. За­легает плотными зернистыми массами разной окраски (белой, желтой, серой и даже черной). Используют в сельском хозяйстве для известкования кислых почв.

Сульфаты — соли серной кислоты: гипс, мирабилит и др.

Гипс (СаSО₄-2H₂О)— минерал осадочного происхожде­ния. Цвет белый, но при наличии примесей бывает серым, розовым, синим. Размолотый гипс применяют для мелиорации солонцов, понижения щелочности почв.

Мирабилит (Na₂ SO₄-10Н₂O)—глауберова соль. Обра­зуется в соляных озерах при испарении воды. При температу­ре выше 33°С превращается в безводный сульфат натрия - тенардит.

Фосфаты — соли фосфорной кислоты: фосфорит, апатит, вивианит.

Фосфорит [Са₃(РО₄)₂] — минерал, встречающийся в виде, желваковых залежей и плит среди осадочных пород, но может иметь и магматическое происхождение. Характерно наличие примесей кварца, полевых шпатов, глауконита и др. Со­держит от 12 до 24% P₂O₅. После размола можно непосредственно использовать как фосфорное удобрение или для получения концентрированных удобрений.

Апатит имеет две разновидности: фторапатит— [ Са₅(РО₄)₃F] и хлорапатит—[Са₅(РО₄)зСI]. Чаще образуется магматическим путем, но может иметь и метаморфическое происхождение. Залегает в виде сплошной зернистой массы зеленовато-серого, зеленого, синеватого и фиолетового цвета. Крупные скопления связаны с щелочными породами. Основное месторождение апатитов разрабатывается на Кольском полуострове (г. Апатиты). Используют для производства главнейшего фосфорного удобрения—суперфосфата, а также - для получения фосфорной кислоты и фосфора.

Вивианит [Fе₃(РО₄)₂ 8Н₂ О]— минерал белого, цвета, на воздухе становится синим или голубым, встречается, среди бурых, железняков и в виде прослоек в низинных болотах. Примеси минерала обогащают торф соединениями фосфора, что увеличивает ценность удобрений, приготовленных на торфяной основе.

Нитраты-соли азотной кислоты: натриевая селитра, калиевая селитра.

Натриевая селитра (Na NO₃) имеет органогенное происхождение, ее используют как азотное удобрение и для получения азотной кислоты, пороха.

Калиевая селитра (КМ0₃) применяется как азотно-калийное удобрение.

Силикаты и алюмосиликаты составляют 95% массы земной коры. Одна треть минералов относится к этому классу. Их про­исхождение преимущественно магматическое. Они имеют неме­таллический блеск и небольшую плотность (легкие). Эти ми­нералы определяют все свойства почв: физические, химические и биологические.

Оливин [(Мg,Fe)₂SiO₄]— магниево-железистый породо­образующий минерал. В базальтах и дунитах находится в форме зерен темной зеленовато-желтой окраски. При химическом выветривании превращается в серпентин, кремневую кислоту, уг­лекислый магний и гидроокись железа. Применяют для производства огнеупорных кирпичей и ювелирных изделий.

Полевые шпаты составляют около 50% массы земной коры и л носятся к наиболее распространенным минералам. Их образование связано с кристаллизацией магмы, поэтому они чаше всего находятся в изверженных породах, реже — в сланцах, конгломератах н песчаниках. В процессе выветрива­ния из ч 'левых шпатов образуются вторичные (в том числе глинистые) минералы, кремневая кислота и углекислые соли. По химическому - составу это алюмосиликаты калия, натрия и кальция. Их подразделяют на кали-натриевые (ортоклаз, микро­клин) и известково-натриевые (плагиоклаз) полевые шпаты. Ортоклаз (К[А1SiО₈]) распространен в основном в кислых изверженных породах. При химическом выветривании из орто­клаза образуются каолиновые глины. Микроклин имеет тот же химический состав, что и ортоклаз, но отличается строением кристаллической решетки Плагиоклазы по химическому соста­ву представляют изоморфные смеси альбита — Na[А1SiзО₈] и анортита - Са[Al₂ Si ₂О₈]. Полевые шпаты имеют обычно белую окраску.

Горные породы. Почва состоит из твердых частиц, почвенного раствора (вода с растворенными в ней веществами ), почвенного воздуха и живых организмов . В твердую фазу почв (кроме торфяных) входят минеральные вещества, составляющие до 90-99% ее массы и более. Эта минеральная часть почвы образовалась из горных пород.

Горные породы состоят из характерных для них минералов в определенном сочетании. В зависимости от условий образования все горные породы подразделяют на три группы: магматические, метаморфические и осадочные. Каждая горная порода имеет свои характерные признаки

1. Магматические, горные породы образовались из расплав­ленной магмы. Если остывание магмы происходило медленно, на большой глубине, то формировались глубинные, или интру­зивные горные породы. Для них характерны кристаллическое строение и отсутствие пористости (гранит, сиенит, диорит, габ­бро, лабрадор, перидотит, дунит). Если же магма изливалась на поверхность и быстро остывала, то образовывались излив­шиеся, или эффузивные, породы. Они не имеют кристалличе­ского строения, так как при быстром охлаждении магмы не происходит формирования кристаллов (базальт, диабаз, анде­зит, липарит, трахит, пикрит, кимберлит).

2. Метаморфические горные породы образуются из магматических или осадочных пород в недрах земли под влиянием
большого давления и высоких температур. При прогибах зем­ной
коры происходит погружение горных пород. Под влиянием
одностороннего сжатия и повышения температуры породы в
результате перекристаллизации могут приобретать, сланцеватость, т. е. пластинчатое сложение (сланцы).
К метаморфическим породам принадлежат гнейсы, сланцы, мраморы, роговики и др.

Осадочные породы образовались в результате переотложения продуктов выветривания магматических пород. На большей части Земного шара почвы сформировались на осадочных породах.

По способу образования ее осадочные породы подразделяют на три группы: механические, химические и органогенные.

Механические, или обломочные, отложения образовались при механическом измельчении (дроблении) различных горных пород под влиянием термического выветривания, а также разрушения их ледниками и снеговыми водами.

Элювий - продукты выветривания, остающиеся на месте их образования. Этот материал состоит из обломков разного размера. В условиях горного рельефа элювий встречается на повышениях. Почвы, образующиеся на элювии, характеризуются низким плодородием, малой мощностью, а также щебнистостью и каменистостью.

Делювий - это рыхлые продукты выветривания, переносимые временными незначительными водными потоками, стекающими вниз по склонам во время дождей и весеннего снеготаяния. Этот мелкоземистый материал откладывается у основания и в нижней части склонов. На делювиальных отложениях формируются почвы довольно высокого плодородия. В горах же временные потоки обладают большой силой и вместе с мелкоземом переносят крупные обломки. В этом случае фор­мируются несортированные наносы, называемые пролювием.

Аллювии - отложения речных постоянных водных пото­ков. Эти отложения формируются в долинах рек и характеризу­ются слоистостью и сортированностью.

Озерные отложения - сапропель, озерные ил, мер­гель. Для них характерна тонкая слоистость.

Болотные отложения состоят из торфа и болотно­го ила.

Морские отложения встречаются в Прикаспийской низменности, на побережье северных морей. Эти породы сорти­рованы, слоисты и содержат соли. На морских отложениях об­разуются засоленные почвы.

Эоловые отложения образуются при переносе и от­ложении песчаного материала ветром. Песчаные наносы зани­мают большие территории в пустынях. Образуют такие формы рельефа, как дюны, барханы, бугры.

На обширных равнинах в основном распространены отложения четвертичного периода — ледниковые отложения.

Покровные суглинки откладывались на мелководных приледниковых территориях из медленно текущих вод. Они перекрывают морену, что отразилось в их названии. Это буро-желтые сортированные породы, не содержат валунов и сложены пылеватыми суглинками однородного состава. Покровные суглинки при увлажнении набухают, а при подсыхании растрескиваются на призматические и ореховатые отдельности. Они характеризуются слабой водопроницаемостью, высокой влагоемкостью и способностью поднимать воду по капиллярам на большую высоту (3—4 м). На покровных суглинках сформировались подзолистые и дерново-подзолистые почвы.

Лёсс- порода, распространенная южнее ледниковых и водно-ледниковых отложений. Характеризуется однородным пылевато-суглинистым составом (с преобладанием частиц от 0,05 до 0,01 мм), карбонатностью, пористостью. Наибольшая мощность (20—30 м) лёсса на низменностях Украинской ССР, наименьшая (1,5—2 м) —на вершине Донецкого кряжа, средняя(10-11 м)-на склонах Среднерусской возвышенности. Украинские лёссы буровато-палевого или палевого цвета, содержат 3-5% карбонатов.

На них формируются самые плодородные почвы-черноземы.

Лёссы - самая лучшая почвообразующая порода, однако они легко размываются водой, образуя отвесные стенки, что необходимо учитывать при разработке противоэрозионных мероприятий.

Лёссовидные суглинки занимают промежуточное по­ложение между лёссами и покровными суглинками как терри­ториально, так и по свойствам. В них меньше, чем в лёссах, карбонатов, менее выражена пористость. На лёссовидных су­глинках формируются серые лесные почвы и черноземы.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите Земные сферы земли.

2. Как называется живая оболочка Земли?

3. Что называется минералом? На чем основана классификация минералов?

4. Перечислите классы минералов и дайте характеристику наиболее распространенных минералов каждого класса.

5. Назовите и охарактеризуйте порода- и почвообразующие минералы.

6. Что такое горная порода? Чем отличаются горные породы от минералов?

7.^. Как подразделяются горные породы?

8. Какие особенности имеют горные породы каждой группы?

9. Дайте характеристику основных групп осадочных пород.

10. Чем характеризуется, материнские породы и как они влияют на свойства образующихся на них почв?