Характеристика первичных и вторичных минералов. Различные рыхлые почвообразующие породы состоят из разнообразных первичных и вторичных минералов.
К первичным относятся те минералы, которые входили в состав магматических пород и перешли в рыхлые, при механическом разрушении, без химического изменения.
Вторичными называются минералы, которые образовались главным образом в результате химического и биологического выветривания магматических пород и первичных минералов. Часть вторичных минералов образуется в процессе синтеза из продуктов выветривания первичных минералов.
В большинстве случаев вторичные минералы образуют основную массу рыхлых пород, исключая песчаные отложения, состоящие главным образом из первичных минералов.
В рыхлых породах содержатся чаще всего следующие первичные минералы: кварц —SiO2; полевые шпаты: ортоклаз — K2Al2Si6O16, микроклин — (К, Na)2Al2Si6016; плагиоклазы — изоморфные смеси, образующие непрерывный ряд между альбитом— Na2Al2Si6O16 и анортитом — CaAl2Si2O8; слюды: калиевая слюда, или мусковит, — KAl2[AlSi3O10][OH]2, или К2О•ЗА12О3 • 6SiO2∙2H2O, магнезиально-железистая слюда, или биотит, — K(Mg, Fe)3[AlSi3O10][OH,F]2, или K2O∙6(Mg, Fe)O∙Al2O3•6SiO2∙2H2O; авгит (из группы пироксенов) — Ca(Mg, Fe, Al) [(Si, A1)2O6]; роговая обманка (из группы амфиболов) —Ca2Na(Mg, Fe..)4 (Al, Fe…)[(Si, Al)4O11]2[OH]2; оливин (Mg, Fe)2Si04; гематит, или красный железняк, — Fe2O3; магнетит, или магнитный железняк, — Fe2O3∙FeO, фтор- и хлорапатит —Ca5(PO4)3F и Са5(РО4)3С1 и др.
В рыхлых породах в большом разнообразии представлены вторичные минералы.
Вторичные минералы отличаются от исходных, первичных, высокой степенью дисперсности; в большинстве случаев масса вторичных минералов состоит из отдельных частиц ультрамикроскопических, коллоидальных размеров. Как установлено новейшими методами рентгенографического и электронографического исследований, только немногие вторичные минералы аморфны, большинство же из них, несмотря на высокую степень коллоидального раздробления, обладает отчетливо выраженной кристаллической структурой.
Наиболее распространенными вторичными минералами являются «глинные», составляющие основную массу большинства разнообразных глин. К ним относятся: каолинит — А12О3•2SiO2• 2Н2О, или H2Al2Si2O8∙H2O; галлуазит — Al2O3∙2SiO2∙4H2O, или H2Al2Si2O8∙3H2O; монтмориллонит — (Са, Mg)O∙Al2O3•4SiO2•nН2О; нонтронит — (Са, Mg)О•Fe2O3•4SiO2•nН2О; серицит (вторичная калиевая слюда) — К2О∙ЗА12О3∙6SiO2∙nH2O. Эти минералы имеют форму пластинок и, отличаясь высокой степенью дисперсности, обладают способностью адсорбировать воду и катионы. Поглотительная способность наиболее сильно выражена в группе монтмориллонита.
Вместе с тем глинные минералы характеризуются хорошо выраженной пластичностью и вязкостью, низкой водопроницаемостью, значительной влагоемкостью и способностью к набуханию.
Некоторые глины содержат еще минерал аллофан — А12О3•SiO2∙5H2O. Среди вторичных минералов значительное распространение в природе имеют гидраты окиси железа, представляющие собой продукт выветривания разнообразных первичных минералов, содержащих в своем составе железо: лимонит — Fe2O3∙nH2O; гидрогётит — 3Fe2O3∙4H2O; гётит — Fe2O3∙H2O; гидрогематит, или турьит, — 2Fe2O3•Н2О.
Кроме перечисленных минералов, в рыхлых породах широко встречаются минералы группы кальцита (СаСО3), к которым относятся: обыкновенный известняк и мел; гипс — CaSO4∙2H2O; мирабилит (глауберова соль) —Na2SO4∙10Н2О; фосфорит — Са5F(РО4)з с примесью СаСО3, глины и других веществ; двуокись марганца (пиролюзит) — МnО2; гидраргиллит — А1(ОН)3; бокситы—(АlООН); галит (каменная соль) — NaCl и др.
Соотношение вторичных и первичных минералов в рыхлых породах весьма различно, поэтому и химический состав почво-образующих пород отличается большим разнообразием (табл.1).
Следует отметить, что при валовом анализе содержание химических элементов условно выражают в форме окислов.
Как видно из табл. 1, преобладающими элементами в почвообразующих породах являются О, Si, A1 и Fe, входящие в состав наиболее распространенных в природе минералов — кварца, полевых шпатов, слюд и группы глинных минералов. Наиболее богатыми являются лёссы, которые содержат много Са (главным образом в форме СаСО3), а также Mg, К, S и Р. Все эти элементы играют первостепенную роль в питании растений. Самыми бедными являются пески, состоящие в основном из кварцевых зерен.
Почвы, сформировавшиеся на песках, отличаются низкой производительностью.
По содержанию карбонатов, сульфатов, а также щелочно-земельных и щелочных металлов и различных легко растворимых солей все почвообразующие породы подразделяются на карбонатные, бескарбонатные и засоленные.
К карбонатным породам относятся прежде всего лёссы и другие различного рода рыхлые отложения, заключающие в себе до 10—20% СаСОз и MgCO3.
Бескарбонатные материнские породы характеризуются большой обедненностью карбонатами, и количество окислов кальция, магния, а также калия и натрия в них обычно не превышает 1-3%. Бескарбонатные отложения широко распространены преимущественно в лесолуговой зоне в виде разнообразных моренных суглинков, супесей и песков.
К категорий засоленных почвообразующих пород относятся рыхлые образования, заключающие в себе наряду с карбонатами кальция значительное количество сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия. Засоленные породы нередко встречаются в Прикаспийской низменности, на Приаральской равнине и в других южных районах нашей страны.
Развивающиеся на этих породах почвы во многих случаях отличаются высокой засоленностью.
Механический состав почвообразующих пород и почв. Всякая почвообразующая порода как продукт выветривания первичной массивной горной породы состоит из отдельных зерен или обломков различных минералов и пород диаметром от нескольких сантиметров до микронов и миллимикронов включительно.
Точно так же и всякая почва, развивающаяся на определенной материнской породе, в минеральной своей части содержит минеральные частицы самой различной величины и формы.
Относительное (в процентах) содержание в почве или материнской породе минеральных частичек различной крупности называется механическим составом.
Механический состав оказывает непосредственное влияние на самые различные свойства почв, поэтому при исследовании и оценке почв определение их механического состава, а также механического состава почвообразующей породы имеет большое практическое значение.
Обособленные частицы пород и минералов называются механическими элементами. В зависимости от величины механические элементы (по Н. А. Качинскому) принято группировать следующим образом:
Каменистая часть почвы (> 3 мм) представляет собой обломки пород и минералов. Капиллярными свойствами и влагоемкостью практически не обладает. Водопроницаемость провальная. Высокое содержание обломков препятствует обработке почвы.
Гравий (3—1 мм) — переходные по крупности частицы пород и минералов от каменистой Части к почвенному мелкозему. Влагоемкость и капиллярные свойства ничтожно малы (влагоемкость менее 3%). Водопроницаемость провальная. Эти частицы, находясь в породе или пахотном слое, огрубляют их, но даже в случае высокого содержания не препятствуют сельскохозяйственному освоению территории.
Пески природные (1—0,05 мм)— частицы минералов, преимущественно кварца и в меньшей степени пород, обладая значительной водопроницаемостью, в то же время отличаются заметной влагоемкостью (5—15%) и капиллярными свойствами. В соответствии с этим они пригодны для выращивания культурных полевых растений и лесных насаждений, главным образом сосны.
Пыль (0,05—0,001 мм) отличается высоким содержанием кварца и некоторых других первичных минералов (полевые шпаты, слюды и др.). Частицы пыли в расчлененном состоянии не обладают положительными свойствами песка и в то же время являются «пассивной» частью при образовании почвенной структуры. Почвы, в которых преобладает средняя и мелкая пыль, обычно малоструктурны, плохо водо- и воздухопроницаемы. При пахоте бесструктурной почвы они оказывают высокое тяговое сопротивление.
Ил (< 0,001 мм) наряду с первичными минералами содержит значительное количество вторичных глинных минералов (бейделлит, монтмориллонит, каолинит, гидрослюды, галлуазит и др.)> состав которых в различных почвах разный. Богат полутораокисями железа и алюминия, а также кальцием, магнием, калием, натрием, фосфором, гумусом и микроэлементами, поэтому обусловливает запас питательных веществ в почве. Поверхностно весьма активен.
То или иное соотношение механических фракций сообщает почвам различные свойства, имеющие первостепенное значение в их плодородии.
Для определения механического состава почв необходимо знать относительное содержание в них частиц различной крупности. Для этого производят механический анализ почвы при помощи сит и путем отмучивания в воде. Ситовой метод применяют для анализа частиц>0,25 мм, механические же фракции с частицами <0,25 мм анализируют путем отмучивания в стоячей или проточной воде. Наиболее распространенным способом механического анализа почв является пипеточный метод, основанный на различной скорости падения в воде частиц различной величины.
Отдельные механические фракции в результате этого анализа собирают, высушивают, взвешивают и вычисляют процент их по отношению ко всей взятой для анализа навеске почвы.
Название почвы по механическому составу устанавливают по процентному содержанию отдельных фракций.
Подразделение, или классификацию, почв по механическому составу обычно производят на основании соотношения трех главнейших фракций: песчаной (1—0,05 мм), пылеватой (0,05—0,001 мм) и илистой (< 0,001 мм). Однако в практике чаще пользуются так называемой двучленной формулой, соотношением лишь двух фракций: физической глины и физического песка.
Наиболее распространенная в настоящее время классификация почв по механическому составу представлена в табл. 2.
Такой же принцип классификации по механическому составу положен и в основу классификации почвообразующих пород. При этом почвообразующие породы получают соответственно следующие названия: рыхлый песок, связный песок, супесь, легкий суглинок, средний суглинок, тяжелый суглинок, легкая глина, средняя глина и тяжелая глина.
Всякая почва, обладающая тем или иным механическим составом, характеризуется и определенными физическими и химическими свойствами, имеющими самую непосредственную связь с ее плодородием. При одном механическом составе почвы эти свойства будут более благоприятными, при другом — менее благоприятными. Точно же сказать, при каком механическом составе почва будет обладать наиболее благоприятными свойствами или какое соотношение отдельных механических фракций должно являться одним из критериев высокого качества почвы, пока не представляется возможным: этот вопрос до настоящего времени еще мало изучен. Поэтому ограничимся здесь лишь общими замечаниями, что лучшими в агрономическом смысле в отношении механического состава в большинстве случаев являются почвы легкосуглинистые и среднесуглинистые. Они характеризуются таким сочетанием глинистых и песчаных фракций, при котором создаются лучшие условия газообмена и водного режима почвы, обеспечивающие интенсивное развитие химических и биологических процессов.
Обладая достаточным количеством глинистых частичек, эти почвы являются вместе с тем сравнительно легкими для обработки, что также весьма ценно в производственном отношении.
Далее следует отметить группу супесчаных и затем тяжелосуглинистых почв и, наконец, песчаных и тяжелых глинистых, обладающих рядом неблагоприятных физических свойств.
При высокой агротехнике и правильном использовании почвы с любым механическим составом способны коренным образом изменять свои физические и химические свойства и становиться благоприятной средой для выращивания разнообразных культурных растений.
К сказанному необходимо добавить, что в природе нередко встречаются каменистые почвы. По каменистости почвы разделяются (по Н. А. Качинскому) следующим образом:
Тип каменистости устанавливается по характеру скелетной части почвы. Почвы могут быть валунными, галечниковыми, щебенчатыми.
Каменистость является отрицательным свойством, весьма снижающим производственную ценность почв. Поэтому лучшими в агрономическом отношении будут некаменистые и слабокаменистые, худшими — сильнокаменистые почвы.
Химический и минералогический состав отдельных механических фракций почв и почвообразующих пород. Обладая различными физическими свойствами, отдельные механические фракции почв отличаются в то же время различным минералогическим и химическим составом (табл. 3).
Из таблицы видно, что химический состав в заметной степени меняется в зависимости от величины минеральных частичек: чем крупнее они, тем больше содержится в них таких инертных веществ, как SiO2, тем беднее они такими соединениями, которые содержат в себе железо, кальций, магний, фосфор и, наоборот, чем мельче частицы, тем больше в их составе таких элементов, как Р, Са, Mg, Fe и А1.
Правда, приведенные данные не являются типичными для всех встречающихся в природе почвообразующих пород и почв, но они характеризуют то общее положение, что именно мельчайшие глинистые частички составляют наиболее ценную часть почвы, в которой главным образом сосредоточены основные запасы многих необходимых для растений питательных зольных элементов.
Это объясняется тем, что в грубых механических фракциях преобладают преимущественно кварц и полевые шпаты с высоким содержанием кремнезема, а в тонких — в основном глинные минералы (каолинит, галлуазит, монтмориллонит, аллофан, бейделлит, нонтронит и др.) с низким содержанием кремнезема и высоким содержанием полуторных окислов калия, магния и химически связанной воды.
Наиболее сложной в отношении химического состава является иловатая фракция (<0,001 мм), в которую входят все коллоидные соединения почвы.
Вместе с тем, чем мельче минеральные частицы, тем больше их удельная поверхность и тем сильнее у них выражена возможность для активного взаимодействия с элементами окружающей среды.
В отличие от глинистых частичек каменисто-хрящеватые элементы механического состава почвы представляют собой наименее подвижную и наименее активную часть почвы. Как непосредственный источник минеральной пищи для растений эти элементы имеют ничтожное значение. Они оказывают некоторое влияние только на характер физических процессов, совершающихся в почве, на степень проникновения в почву влаги, воздуха и на другие физические явления.
Таким образом, механический состав характеризует в известной степени не только физические свойства, но и химический состав почвы и материнской породы.
—Источник—
Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
