Вторичные минералы почв

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

Глинистые минералысоставляют 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 nSiО₂Al₂О₃ и mН₂О и характерным молярным отношением SiО₂: А1₂О₃, 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 SiО₂: А1₂О₃ равно трем, вместо четырех в монтмориллоните. Соотношение групп атомов в минералах: монтмориллонит – (Al, Mg)₂ (ОН)₂ [Si₄O₁₀] un H₂O, бейделит – (К, Na, Н₃О) А₁₂(ОН)₂ [А1 Si₃O₁₀] un Н₂О, нонтронит – Fe₂(OH)₂ [Si₄O₁₀] un Н₂О .

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 связанная 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 м.-экв. на 100 г. С гуминовыми кислотами монтмориллонит образует прочные темноокрашенные (серые и черные) комплексы.

Вермикулиты по химическому составу близки к магниевым алюмосиликатам. Вермикулит – (Mg, Fe⁺², Fe⁺³)₃ (ОН)₂ [(Al, Si)₁₀) и 4H₂О, нонтронит – Fe₂(OH)₂ [Si₄O₁₀] un H₂О. 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 [Si₂О₅]. 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, H₃O)(Mg, Fe)₃ (ОН)₂ [(Al, Si)₄O₁₀] и nН₂О,

Гидромусковит – (К, Н₃О) Al₂ (ОН)₂ [(Al, Si)₄O₁₀] и nН₂О,

Глауконит – K(Fe⁺³, Al, Fe⁺², Mg)₂ (OH)₂ [Al, Si₃O₁₀] и nН₂О,

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 окисейкремния, 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 (SiО₂ и nН₂О) по мере старения переходит в твердый гель – опал (SiО₂ и nН₂О) с содержанием воды от 2 до 30%, затем, теряя воду, в кристаллические формы халцедона и кварца SiО₂. Гидроокись марганца кристаллизуется в виде минерала пиролюзита МnO₂, псиломелана mMnO и МnO₂и nН₂O.

Гидраты полутораокисей (AI₂O₃ и nН₂O , Fe₂O₃ и nН₂O), кристаллизуясь, образуют вторичные минералы: бемит А1₂О₃ и Н₂O , гидраргилит (гиббсит) А1₂O₃ ЗН₂O или А1(ОН)₃, гематит Fe₂O₃, гетит Fe₂O₃ и Н₂O, гидрогетит Fe₂O₃ и ЗН₂O. 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 солейобразуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит [Са, Mg](CO₃)₂, сода Na₂CO₃ и 10Н₂O, гипс CaSO₄ и 2Н₂O, мирабилит Na₂SO₄ и 10Н₂O, 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.