Почвоведение

электронный учебно-методический комплекс

МОДУЛЬ 1

Свойства почв

Основные понятия о минералах, минеральном составе и химическом составе почв.

Минералы: это природные химические соединения кристаллической структуры, образовавшиеся на Земле как результат геологических и геохимических процессов

Минералы находятся в твердом (кварц, слюда, кальцит), жидком (ртуть, вода) и газообразном (углекислота, сероводород) состоянии. В настоящее время известно около 4000 минералов, и этот список постоянно пополняется. Большинство из них встречается очень редко или только в определенных местах. Существенную роль в сложении горных пород играют лишь несколько десятков минералов, которые называют породообразующими. Минералы входят в состав всех горных пород, рудных и нерудных полезных ископаемых. Из одних минералов получают металлы, другие служат строительным материалом. Минералы, входящие в состав агрономических руд, используют в качестве минеральных удобрений для повышения плодородия почв. Минералы, которые участвуют в образовании почвы, называются почвообразующими.

По происхождению минералы разделяют на:

Эндогенные - образуются в недрах Земли при раскристаллизации магмы за счет внутренней энергии Земного шара

Магма–: это природный глубинный поликомпонентный раствор-расплав, содержащий различные элементы, их оксиды и летучие компоненты (F, Cl, H2O, CO2)

Экзогенные - образуются на поверхности Земли под действием:

а) выветривания (полевой шпат › каолинит);

Выветривание–: это экзогенный геологический процесс разрушения минералов и горных пород под действием солнечной энергии, химических, физических и биологических факторов

б) кристаллизации насыщенных водных растворов;

в) биогенного происхождения - из растительных остатков растительных и животных организмов;

Метаморфогенные - образуются при перекристаллизации ранее образовавшихся минералов

Минералообразование протекает в условиях взаимодействия атмосферы, биосферы, гидросферы и земной коры: основной источник – литосфера.

В почвах и почвообразующих породах выделяют первичные и вторичные минералы.

Первичные минералы слагают магматические горные породы и имеют размеры >0,001 мм.

Вторичные минералы возникли из первичных под воздействием климатических и биологических факторов и имеют размеры < 0,001 мм.

Классификация минералов по химическому составу

Силикаты
Оксиды и гидроксиды
Карбонаты
Фосфаты
Сульфаты
Галоиды
Сульфиды
Нитраты
Самородные элементы

Физические свойства минералов

Окраска – обусловлена красителем хромофором или ионом красителем, валентностью ионов, присутствием молекул воды, наличием включений
Цвет черты – соответствует цвету минерала в порошке, оставляемому на фарфоровой пластине, имеющей матовую, а не глянцевую поверхность. Черту оставляют минералы с твердостью не более 6.
Прозрачность – способность минералов пропускать свет. По степени прозрачности подразделяются на: а) прозрачные, б) полупрозрачные, в) непрозрачные
Блеск – интенсивность отраженного света от поверхности минерала; зависит от показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, включений, трещиноватости. Выделяют следующие виды блеска: а) металлический, б) полуметаллический, в) неметаллический (стекляный, алмазный, шелковистый, перламутровый, жирный, восковый, матовый)
Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям (плоскостям спайности). Выделяют следующие виды спайности: а) весьма совершенная, б) совершенная, в) средняя, г) несовершенная, д) весьма несовершенная

Спайность зависит от внутреннего строения минерала.

Излом – характер поверхности на месте раскола минерала. У минералов с выраженной спайностью (весьма совершенная, совершенная) излом может быть: ровный, ступенчатый, занозистый, волокнистый. У минералов с невыраженной спайностью (несовершенная) излом бывает: неровный, зернистый, раковистый, землистый
Твердость – способность минерала противостоять механическим воздействиям. Определяется по 10 балльной шкале Мооса. Суть определения состоит в следующем: каждый минерал царапает все предыдущие и сам царапается последующими.

Горные породы: полиминеральные агрегаты, слагающие земную кору и возникшие в результате затвердевания природных силикатных расплавов, накопления осадков и преобразования ранее существовавших горных пород в процессе метаморфизма. Каждая горная порода образует в земной коре объемное тело (слой, пласт, массив, покров), имеет определенный вещественный (химический) состав и обладает специфическим внутренним строением.

Магматические горные породы образуются при остывании и затвердевании расплавленных масс (магмы), находившихся ранее на значительной глубине под земной корой и поднявшихся затем под влиянием геологических процессов в более холодные верхние горизонты или на поверхность земной коры. Практически не являются почвообразующими породами.

Осадочные породы покрывают около 75% суши и образуются на поверхности Земли в ходе экзогенных физико-геологических процессов. Их формирование происходит при участии выветривания, переноса и отложения разрушенного материала. В результате переноса происходит разделение обломков по размеру, химическому и минералогическому составу. При отложении вещества из воды, атмосферы и движущихся льдов образуются осадки. Уплотняясь и обезвоживаясь, они превращаются в осадочные породы.

Осадочные горные породы подразделяются на обломочные, глинистые, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы делятся по форме и размерам обломков (табл.). Остроугольные обломки образуются преимущественно в результате процессов физического выветривания. Окатанные обломки появляются за счет окатывания глыб, щебня и дресвы в реках или прибрежной полосе морей и озер. Обломочные породы встречаются в рыхлом и сцементированном состоянии. Рыхлые породы состоят из зерен или обломков, не связанных между собой цементирующим материалом, легкорассыпающиеся. Сцементированные породы представляют собой обломки, скрепленные между собой каким-либо цементирующим материалом, например кальцитом, оксидами железа, кремнеземом.

Глинистые горные породы, или пелиты («пелос» - глина, грязь) - эти породы считаются наиболее распространенными среди осадочных образований. На их долю приходится более половины всех осадочных горных пород. По происхождению занимают промежуточное положение между обломочными и хемогенными породами. Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при выветривании которого под воздействием атмосферных явлений образуется каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов, являющиеся основными минералами глинистых пород. Глины содержат больше 30% тонкодисперсных частиц (<0,01 мм) и имеют различный цвет в зависимости от слагающих их минералов и примесей.

Таблица

Классификация обломочных пород

Размер, мм	Остроугольные		Окатанные
Размер, мм	Рыхлые	Сцементированные	Рыхлые	Сцементированные
> 100	глыбы	брекчия	валуны	конгломерат
100-10	щебень	брекчия	галька	конгломерат
10-1	дресва	брекчия	гравий	конломерат
1-0,1	песок	песчаник	песок	песчаник
0,1-0,01	алеврит	алевролит	алеврит	алевролит
<0,01	глина	аргиллит	глина	аргиллит

Осадочные хемогенные породы образуются в результате:

а) выпадения солей из насыщенных растворов;

б) коагуляции коллоидных растворов;

в) химических реакций, происходящих в верхней части земной коры.

Характерной особенностью хемогенных пород является постоянство химического и минералогического состава. Многие из них являются породами мономинеральными. Осадочные породы химического происхождения подразделяются на следующие группы: карбонатные, кремнистые, железистые, марганцевые, глиноземистые (аллиты), фосфатные, галогенные и сульфатные.

Осадочные органогенные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов и бактерий, вследствие накопления органических остатков после отмирания животных и растений. Среди них выделяются: карбонатные, кремнистые и каустобиолиты (греч. «каустикос» - горючий, «биос» - жизнь, «литос» - камень).

Метаморфические горные породыобразуются из осадочных и магматических пород под воздействием высоких температур, больших давлений, химически активных растворов и газов в глубинной части земной коры. В результате происходит процесс перекристаллизации минеральных масс, замещение одних веществ на другие, разрушение старых структур и текстур и образование новых. Метаморфические породы обычно имеют кристаллическую структуру, а слагающие их минералы имеют листоватую, таблитчатую, игольчатую, чешуйчатую форму зерен.

Не все горные породы могут быть почвообразующими. Безусловно, это качество породы связано с их происхождением, строением и свойствами.

Почвообразующая (материнская) порода – это горная порода, из которой образовалась данная почва.

Наиболее распространенными почвообразующими породами являются рыхлые отложения четвертичного возраста. Эти отложения сформированы за счет денудации (выравнивания) и переотложения поверхностных и выветренных горизонтов горных пород. Для почвоведения интерес представляет не вся толща этих отложений (до 100 метров и более), а только верхняя часть, охваченная процессами гипергенеза и почвообразования. Существенное значение имеют разнообразные отложения междуречных пространств. Они покрывают нижележащие коренные породы, поэтому их называют покровными. К ним, прежде всего, относятся: лёсс, лёссовидный суглинок, покровные суглинки и глины. Эти породы широко распространены в земледельческой зоне России и являются основными почвообразующими (материнскими).

На территории Красноярского края распространение почвообразующих пород тесно связано с развитием рельефа. По данным С.А.Коляго (1967), к ним относятся следующие основные группы:

Лессы и лессовидные породы
Тяжелые суглинки и глины
Элювий и элювио-делювий коренных пород
Отложения рек и озер.

Практическое задание

Изучите коллекцию минералов, разделите их на классы, ориентируясь на химические формулы;
Научитесь работать со шкалой Мооса;
Научитесь определять цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, спайность, излом минералов;
Разделите коллекционные образцы в соответствии с классификацией горных пород по происхождению, химическому составу и внешнему виду (структуре и текстуре);
Опишите диагностические признаки всех горных пород в коллекции;
Научитесь распознавать горные породы по характерным для них признакам;
Для выполнения работы используйте информацию, предложенную вам на занятии преподавателем (конспект), а также материалы учебников.

Контрольные вопросы

Что такое минералы? На какие группы минералы делят по происхождению?
Какие существуют пути образования вторичных минералов?
Каково почвообразующее значение минералов?
Каковы основные физические свойства, диагностирующие минералы?
В какой форме минералы встречаются в природе?
Какие классы минералов вы знаете? Назовите, к какому классу относятся минералы, представленные в коллекции?
Дайте определение понятию почвообразующей породы?
Как влияют почвообразующие породы на почвообразовательный процесс и свойства почв?
Охарактеризуйте основные экзогенные процессы и их роль в формировании четвертичных отложений?
Назовите классификацию четвертичных отложений и почвообразующих пород?
К каким почвообразующим породам приурочены почвы легкого гранулометрического состава?
К каким почвообразующим отложениям (флювиогляциального, ледникового или озерно-ледникового генезиса) приурочены почвы тяжелого гранулометрического состава?