Почвоведение и инженерная геология

– ромбическая сингония). Очень трудно подыскать в природе пример столь большого отличия, какое существует между алмазом и графитом – двумя полиморфными модификациями углерода. Алмаз – самый твердый минерал (твердость 10), прозрачный, с сильным блеском, спайность совершенная, плохой проводник электричества; графит – мягкий, землистый (твердость 1–2), непрозрачный, черный, блеск металловидный, спайность весьма совершенная, хороший проводник электричества.

Псевдоморфизм. Псевдоморфозы возникают в результате замещения одного минерала другим с сохранением внешней формы замещаемых кристаллов или при последующем заполнении пустот, образовавшихся при выщелачивании минералов.

Различают псевдоморфозы превращения, вытеснения и выполнения. В первом случае минерал, слагающий псевдоморфозу, сохраняет часть элементов, входящих в состав замещенного минерала (например, псевдоморфозы лимонита по пириту). Лимонит в поверхностных условиях нередко встречается в виде хорошо образованных кристаллов – кубов и других многогранников. Эти формы ложные и представляют псевдоморфозы лимонита по пириту. Пирит (FеS

) постепенно переходит в лимонит (Fе

О

Н

О), при этом состав изменяется, а внешняя форма, характерная для пирита, сохраняется. Известны также псевдоморфозы лимонита по сидериту и т. д.

Псевдоморфозы выполнения образуются в результате заполнения новым веществом пустоты, образовавшейся в результате выщелачивания какого-либо минерала.

Образование минералов, горных пород и полезных ископаемых. Минералы образуются в разнообразных физикохимических и термодинамических обстановках. Но каждый конкретный минерал образуется только при определенной температуре, давлении, концентрации минерального вещества, поэтому и устойчив он только в определенных условиях, близких к тем, в которых он образовался. В другой обстановке минералы постепенно разрушаются, перерождаются, образуют разновидности или даже совершенно новые минеральные образования, устойчивые в новых условиях. Новые соединения, возникающие в горных породах при различных геологических процессах и производственной деятельности человека, влияют на плодородие почв. Сами горные породы при этом испытывают большие физические и химические изменения.

По условиям происхождения все минералы и горные породы подразделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматическое происхождение. Образование магматических пород и минералов происходит при высокой температуре и обычно большом давлении. Вследствие расплавления пород за счет радиогенного тепла в небольших обособленных очагах на различных глубинах образуется магма – тестообразный расплав сложного силикатного состава, содержащий различные газы, пары воды и горячие водные растворы.

Расплав состоит из следующих условных компонентов – соединений SiO

, А1

О

, Nа

О, МgО, СаО, FеО, Fе

О

газов НF, НС1, Н

S, СО, СО

, летучих соединений В, F, S.

Осадочное (экзогенное) происхождение пород и минералов. Осадочный процесс породообразования называют осадочным литогенезом. В самой общей схеме этот сложный процесс протекает примерно так: выветривание ? перенос ? отложение (образование осадка) ? диагенез (образование осадочной горной породы). Образовавшиеся таким путем минералы, горные породы и полезные ископаемые называют осадочными.

Осадконакопление (седиментация) происходит в поверхностных частях земной коры (как в морях, так и на суше) и на самой поверхности при невысоких температурах и давлении, близком к атмосферному, под влиянием физико-химических агентов атмосферы, гидросферы, земной коры и жизнедеятельности организмов.

Осадки могут быть обломочного, химического и биогенного происхождения.

1. Обломочные породы образуются в результате механического выветривания существовавших ранее горных пород; процесс происходит как на суше – поверхности материков, так и в водной среде, где откладывается разнообразный материал.

2. Химические осадки образуются вследствие кристаллизации и испарения водных растворов: а) при испарении грунтовые растворов из почв и под почв с образованием солей сульфатов, галоидов, карбонатов в виде выцветов и налетов, б) при выпадении солей в результате испарения вод из мелких озер, лагун.

3. Биогенные осадки образуются при разрушении остатков животных, например кораллов (известняки), при разрушении остатков растительного вещества (различные угли).

Метаморфическое происхождение пород и минералов. Метаморфизмом (греч. metamorpho – преобразуюсь, превращаюсь) называют сложный физико-химический процесс глубокого изменения, перерождения и перекристаллизации уже готовых минералов и горных пород с сохранением их твердого состояния без заметного расплавления. Процессы метаморфизма происходят на глубине, где существуют высокие (от 100–200 и до 800 °C) температуры и большое давление (до 152•10

кПа). Здесь осуществляется внедрение магматических расплавов, газов и водяных паров.

Систематика минералов. Минералы представляют собой природные химические соединения, имеющие определенные физические свойства, форму и характеризующиеся весьма своеобразными условиями образования, или генезисом.

До последнего времени наибольшее распространение имела классификация минералов, в основу которой был положен химический состав анионной части соединения.

Все минералы систематизируются по химическому составу, что в известной степени предопределяет их особенности и некоторые свойства. Выделяются девять классов: 1) силикаты, 2) карбонаты, 3) нитраты, 4) сульфаты, 5) фосфаты 6) окислы и гидроокислы, 7) галоиды, 8) сульфиды, 9) самородные элементы. Эти классы подразделяются на подклассы и группы.

Породообразующие минералы. Из числа описываемых минералов только немногие широко распространены и входят в состав различных горных пород. Эти главнейшие минералы земной коры называют породообразующими.

По генетическому признаку породообразующие минералы подразделяются на первичные и вторичные. К первичным относятся минералы, образовавшиеся при формировании горной породы (полевые шпаты, кварц, роговые обманки и пироксены, слюды, оливин, авгит). К вторичным – образовавшиеся в процессе химического видоизменения или разрушения горной породы. Примерами вторичных минералов могут служить каолинит, развившийся по калиевому полевому шпату, серицит и альбит, образовавшиеся при разложении плагиоклазов.

В почвах присутствуют как первичные минералы (полевые шпаты, слюды, оливин, роговая обманка, авгит, кварц, апатит), так и вторичные. Общее число минералов, содержащихся в почвах и почвообразующих породах, исчисляется сотнями, но наиболее часто встречается 50–60 минералов.

Особое внимание следует обратить на вторичные минералы, так как от них зависят многие свойства почвы.

Вторичные минералы почв и почвообразующих пород представлены водорастворимыми минералами (кальцит, магнезит, доломит, сода, гипс, мирабилит, галит), аморфными водными окислами марганца, железа, алюминия, кремния (пиролюзит, лимонит, гематит, магнетит, гиббсит, бемит, опал, халцедон) и глинистыми минералами-алюмосиликатами (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит, каолинит, галлуазит, диккит, гидрослюды).

Агрономические руды. Это понятие введено в науку в 1914 г.

Я.В. Самойловым. Под ними понимают минералы и горные породы, которые применяют в сельском хозяйстве для улучшения плодородия почв и повышения урожайности различных культур. Обычно это фосфатные, калийные, известняковые и некоторые другие соединения.

Форма записи результатов

Вопросы для выполнения задания и самостоятельной подготовки

1. Что представляют собой минералы? 2. Как образуются минералы? 3. Перечислите физические свойства минералов. 4. Что понимают под изоморфизмом? 5. Что понимают под псевдоморфизмом? 6. Как классифицируются минералы по условиям происхождения? 7. Какие минералы и горные породы называются агрономическими рудами?

Состав и свойства горных пород. Горными породами называются закономерные скопления минералов, образующие геологические более или менее самостоятельные тела. Эти естественные скопления минеральных агрегатов изучает петрография. Она исследует минеральный состав пород, их строение, сложение, условия залегания, распространение, происхождение и образование полезных ископаемых.

Классификация горных пород. По условиям образования все горные породы подразделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматическими называют породы, образовавшиеся при застывании сложного силикатного расплава (магмы) в недрах Земли или на ее поверхности.

Осадочными считают породы, возникшие в условиях поверхностной температуры и давления из продуктов разрушения любых пород, выпавших в осадок на поверхности Земли или на дне моря без участия или при посредстве организмов.

Метаморфические – это магматические и осадочные породы, видоизмененные (перекристаллизовавшиеся) под влиянием высокой температуры, большого давления и физико-химических условий.

Примерно до глубины 16 км соотношение между этими породами ориентировочно такое: 60 % – магматические породы, 32 % – метаморфические и только 8 % – осадочные. Отложения поверхности Земли на 75 % сложены рыхлыми слоистыми породами осадочного происхождения. Среди них наиболее распространены глины и глинистые сланцы – 83 %, на долю песчаников и известняков приходится 17 %. Эти породы для агрономов представляют наибольший интерес, так как в большинстве случаев являются материнскими породами для почв.

Породы изучаются с различных точек зрения: как вместилища полезных ископаемых – руд, угля, нефти, солей и подземных вод; в инженерной геологии – как основания, среда и материал для строительства различных сооружений (в этом случае породы называют грунтами), в почвоведении – как почвообразующие породы.

Строение и сложение, физико-химические свойства и условия залегания пород предопределяют ряд их важных агрономических и инженерных особенностей: поведение при засолении и заболачивании почв, устойчивость при процессах эрозии, выветривании, прочность при гидротехническом строительстве и т. д.

Осадочные породы формируются из осадков, возникших в результате переноса и механического отложения в водной и воздушной средах, продуктов физического и химического выветривания, химического осаждения растворенных веществ и жизнедеятельности организмов.