23

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. К.Д. ГЛИНКИ»

Факультет агрохимии почвоведения и экологии

Кафедра почвоведения

ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ

МИНЕРАЛЫ

Методические указания для самостоятельной работы по курсу

«Почвоведение с основами геологии» для студентов второго курса профессионально – педагогического факультета и студентов первого курса факультета агрохимии, почвоведения и экологии по курсу «Геология с основами гидрологии»

Воронеж – 2006 г.

Составители: к.б.н доцент П.Б. Буданцев; к. с.-х. н. доцент Н.М. Тарасенко; к. с.-х. н., ст. преп. Е.В. Морозова

Одобрены и рекомендованы к изданию решением кафедры почвоведения (протокол № 6 от 10.05.06г.), методической комиссией факультета агрохимии, почвоведения и экологии (протокол №7 от 7.06.06г.) и методической комиссией профессионально – педагогического факультета

Рецензент: П.Т. Брехов к.б.н., доцент кафедры агрохимии ВГАУ

Исследования фундаментальных свойств почв в теоретическом и практическом аспектах показало, что все они практически детерминированы минералогией самих почв и исходным минералогическим составом почвообразующих пород. Отсюда с логической необходимостью следует важность подробного изучения этого компонента педосферы в курсе «Почвоведение с основами геологии». Однако в рамках учебной (лекционных и лабораторных) программы успешная реализация этой задачи проблематична из-за дефицита времени и это явилось основанием разработки настоящих метадических указаний для самостоятельной работы по разделу «Минералогический состав почв и почвообразующих пород» с приложением тестовых заданий.

3. Породообразующие минералы Классификация и свойства породообразующих минералов.

Почвообразование в узком смысле это трансформация минерального субстрата почвообразующих пород – под действием факторов почвообразования. Почвообразующие породы представляют собой закономерные ассоциации минеральных агрегатов, и от свойств последних зависит скорость и интенсивность почвообразования, специфика свойств формирующихся и сформировавшихся почв, их биосферные и биогеноценотические функции. Поэтому изучение компонентов почвообразующих пород – минералов – в рамках курса «Почвоведение с основами геологии» объективная необходимость, обусловленная профессиональным статусом – ученого агронома.

Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы возникающие в результате разнообразных физико – химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности.

Минералы по физическому состоянию делятся на три группы:

- твердые (кварц, полевой шпат, монтмориллонит, каолинит, слюда, апатит);

- жидкие (вода, ртуть, нефть);

- газообразные (углекислый газ, сероводород).

Все многообразие минералов образуется в результате следующих процессов:

- магматическое (эндогенное) минералообразование – из силикатного расплава, поступающего из глубины Земли и последующей его дифференциации по мере остывания;

- экзогенное минералообразование (минералообразование при выветривании) из пород магматического и метаморфического генезиса при выходе их на дневную поверхность;

- органогенное минералообразование – образование минералов с участием организмов;

- метаморфическое минералообразование из магматических и осадочных пород при высоких температуре и давлении.

В почвоведении принято дополнительно разделять минералы по генезису на две группы:

• первичные (эндогенного происхождения);

- вторичные (экзогенного происхождения).

Первичные минералы своим происхождением связаны с эндогенными и метаморфогенными процессами, они преобладают в магматических и метаморфических породах. Минералы эндогенного происхождения образуют определенные минералогические ассоциации - изверженные горные породы. Как показывает минералогический анализ магматических пород, отдельные минералы (кварц, андезит, лабрадор, оливин) приурочены к одному – двум классам пород, т.е. можно отметить их «специфичность», тогда как другие минералы можно назвать «космополитами» (биотит, амфиболы, магнетит), так они встречаются во всех классах изверженных пород (табл. 1).

Таблица 1. Минералогический состав основных типов изверженных пород, (%) (Глазовская, 1981).

Тип породы Порода	Кислая	Средняя			Основная		Ультроосновная
Минералы	Гранит	Сиенит	Гранодиорит	Диорит	Габбро	Диабаз	Дунит
Кварц	25	-	21	2	-	-	-
Ортоклаз	40	72	15	3	-	-	-
Олигоклаз	26	12	-	-	-	-	-
Андезит	-	-	46	64	-	-	-
Лабрадор	-	-	-	-	65	62	-
Биотит	5	2	3	5	1	1	-
Амфиболы	1	7	13	12	3	1	-
Пироксены	-	4	-	11	20	29	-
Оливин	-	-	-	-	1	3	95
Магнетит	2	2	1	2	2	2	3
Ильменит	1	1	-	-	2	2	3

Вторичные минералы – продукты экзогенных факторов и они преобладают в осадочных породах (табл. 2).

Таблица 2. Минералогический состав горных пород, % (Возбуцкая, 1968)

Группы минералов	Минералы	Магматические породы	Осадочные породы
Первичные минералы	Полевые шпаты Амфиболы Кварц Слюды	58 16 13 4	7 - 38 20
Вторичные минералы	Карбонаты Глины Лимонит Прочие	1 0,5 0,1 8	20 9 3 3

Твердые минералы могут быть кристаллическими и аморфными. Кристаллические минералы имеют выраженную внутреннюю структуру. Это правильная трехмерная повторяемость расположения атомов, ионов или молекул в веществе (рис. 1). Внешне кристаллы имеют форму различных многогранников (кубов, призм, пирамид) (рис. 2) и для них характерна анизотропность (различие свойств по кристаллографическим осям).

Рис. 1. Кристаллические решетки: а – ионная; б - атомная

Аморфное состояние твердого тела характеризуется беспорядочным расположением атомов, ионов или молекул в веществе и одинаковыми свойствами по всем направлениям.

Рис. 2. Простые формы возможные в кристаллах (Шафрановский, 1968).

Значение кристаллографической терминологии в переводе с древнегреческого языка:

1. Моно – одно; 2. Ди или би – дву; 3. Три – трех; 4. Тетра - четыре; 5. Пента - пять; 6. Гекса - шесть; 8. Окта - восемь; 10. Дека - десять; 12. Додека – двенадцать; эдра – грань; гона – угол.

Первый ряд. 1. Пирамида ромбическая (в поперечном сечении дает ромб, см. проекцию-четвертый ряд чертежей). 2. Тригональная пирамида (треугольная пирамида). 3. Дитригональная пирамида (дважды треугольная пирамида). 4. Тетрагональная пирамида (четырехугольная пирамида). 5. Дитетрагональная пирамида (дважды четырехугольная пирамида). 6. Гекса­гональная (шестиугольная) пирамида. 7. Дигексагональная пирамида (дважды шестиугольная пирамида).

Второй ряд. 8. Ромбическая дипирамида (двойная пирамида имеет в основном ромб, см. проекцию). 9. Тригональная дипирамида. 10. Дитригональная дипирамида. 11. Тетрагональная дипирамида. 12. Дитетрагональная дипирамида. 13. Гексагональная дипирамида. 14. Дигексагональная дипирамида.

Третий ряд. 15. Ромбическая призма (дает в поперечном сечении ромб, см, проекцию). 16. Тригональная призма. 17. Дитригональная призма. 18. Тетрагональная призма. 19. Дитетрагональная призма. 20. Гексагональная призма. 21. Дигексагональная призма.

Четвертый ряд - поперечные проекции форм 1—21.

Как всякое физическое тело минералы обладают свойствами, которые индивидуализируют их, и на основании которых они распознаются. Традиционно используемые диагностические признаки следующие: цвет, блеск, спайность, излом, твердость, плотность, растворимость в кислотах, вкус.

Цвет. Цвет при изучении минералов часто является диагностическим признаком и некоторые минералы получили свое название по этому свойству (табл. 3).

Таблица 3. Названия минералов, обусловленные цветом

Минералы	Цвет	Транскрипция
Альбит	белый	альбус (по латыни белый)
Рубин	красный	рубер (по латыни красный)
Гематит	красный	гематикос (по гречески кровавый)
Адрипигмент	золотисто-желтый	аурум (по латыни золото)

Многие минералы в раздробленном состоянии имеют другой цвет, чем в куске. Такое различие можно установить методом «черты» (провести черту куском минерала по шероховатой поверхности). Так, например, пирит - соломенно-желтый в куске, дает черную черту; гематит – черный в куске, дает вишнево – красную черту. Это свойство минералов используется как диагностический показатель.

Используя цвет, как диагностический показатель следует знать, что один и тот же минерал, вполне определенного химического состава, может иметь самые разнообразные окраски. Так, например, кварц (SiO₂) бывает бесцветным, фиолетовым, бурым, черным. Корунд (Al₂O₃) – может быть белым, желтым, зеленым, синим, красным, фиолетовым.

В практике распознавания минералов по цвету можно использовать минералы – эталоны определенного цвета (табл. 4).

Таблица 4. Минералы эталоны определенного цвета.

Минералы	Цвет	Химический состав
Аметист	Фиолетовый	SiO2
Малахит	Зеленый	CuCO3 Cu(OH)2
Аурипигмент	Лимонно-желтый	As2S3
Киноварь	Красный	HgS
Лимонит	Бурый	Fe2O3∙nН2О
Гематит	Черный	Fe2O3
Халькопирит	Латунно-желтый	CuFeS2

Блеск. Блеск минералов как один из диагностических признаков оценивается визуально и зависит от показателя преломления света (N) и отражательной способности поверхности минерала (R) (табл. 5).

Таблица 5. Классификация блеска минералов

Блеск	N	R, %	Минералы
Стеклянный	1,3-1,9	2-10	Флюорит, кварц, корунд, гипс, ортоклаз, лед
Алмазный	1,9-2,5	10-19	Сфалерит, самородная сера, алмаз, касситерит
Полуметаллический	2,5-3,0	19-25	Гематит, киноварь
Металлический	>3,0	>25	Галенит, пирит, пиролюзит, золото
Жирный	-	-	Нефелин
Восковой	-	-	Халцедон
Матовый	-	-	Монтмориллонит, каолинит

Спайность. Спайностью называется способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием зеркальных поверхностей – плоскостей спайности. Различают несколько видов спайности (табл. 6).

Таблица 6. Спайность минералов

Вид спайности	Характер проявления и минералы обладающие ею
Весьма совершенная	Минералы легко расцепляются по определенным направлениям на пластинки, листочки, чешуйки (слюды, гипс)
Совершенная	Минерал раскалывается в определенном направлении с образованием равных блестящих плоскостей. Совершенную спайность в двух направлениях имеет ортоклаз; в трех направлениях – кальцит, галит; в четырех направлениях – флюорит; в шести направлениях – сфалерит. Все минералы группы шпатов имеют совершенную спайность.
Средняя	Минерал при ударе раскалывается по плоскостям спайности и поверхностям излома (авгит)
Несовершенная	Осколки минералов огранены неправильными поверхностями излома (апатит, берилл)

Твердость. Под твердостью понимают степень сопротивления поверхности минерала царапанью. Это свойство имеет важное практическое значение при диагностике минералов в полевых условиях.

Для оценки относительной твердости минералов используют шкалу Мооса – набор минералов, в котором каждый последующий минерал, царапает все предыдущие (табл. 7).

Таблица 7. Шкала Мооса

Относительная твердость	Минерал	Определение относительной плотности
1	Тальк	Царапается ногтем
2	Гипс	-//-
3	Кальцит	Царапается ножом
4	Флюорит	-//-
5	Апатит	-//-
6	Ортоклаз	-//-
7	Кварц	Царапает стекло
8	Топаз	-//-
9	Корунд	Режет стекло
10	Алмаз	-//-

Плотность. Плотность минералов изменяется в широких пределах – 0,9-23,0 г/см³. По плотности минералы делятся на три группы:

- легкие < 2,5 г/см³ (гипс, монтмориллонит);

- средние – 2,5 – 4,0 г/см³ (роговая обманка, лимонит);

- тяжелые > 4,0 (магнетит, халькопирит, гематит, пирит).

Растворимость минералов в воде и кислотах. Растворимость минералов в воде – хороший диагностический признак ряда минералов. Такие минералы как галит, сильвин, карналит, мирабилит легко растворяются в воде и имеют при этом специфический вкус (соленый, горький). Более труднорастворимыми минералами в воде являются – гипс, ангидрит, кальцит, доломит, магнезит (табл. 8). Они не имеют вкусовых качеств.

Таблица 8. Растворимость минералов при 20 ⁰С (г/л), (М.А. Глазовская, 1981 г.)

Минерал	Концентрация раствора
Кальцит (CaCО3)	745
Галит (NaCl)	360
Сильвин (KCl)	340
Ангидрит (CaSO4)	2

Минералы, содержащие в своем составе углекислые соли (карбонаты) под действием соляной кислоты (10 % раствор НCl) растворяются с выделением углекислого газа («вскипают»). Хорошо растворяются в кислотах - кальцит, доломит, магнезит, сидерит и это отличает их от визуально схожих минералов класса сульфатов.

Таблица 9. Классификация минералов и горных пород по их практическому применению

Сфера использования	Минералы
Горючие ископаемые	Каменный уголь, торф, нефть
Руды черных металлов	Гематит, магнетит, лимонит, сидерит, пиролюзит
Руды цветных металлов	Медный колчедан (халькопирит), боксит, нефелин, галенит, сфалерит
Драгоценные металлы	Золото, платина
Агроруды	Апатит, фосфорит, сильвин, карналит, натриевая селитра, калиевая селитра, гипс, ангидрит, доломит, кальцит
Сырье для химической промышленности	Сера, пирит, галит, мирабилит, ангидрит, гипс
Сырье для строительства	Мергель, мел, асбест, доломит

Физико-механические свойства минералов, их химический состав выполняют не только диагностическую функцию, они в большей мере являются хозяйственно важными признаками, определяющими их утилитарное значение (табл. 9).

С точки зрения ученого – агронома приоритетность имеют агро -минералы и минералы составляющие литоматрицу и педоматрицу.

Ниже рассмотрены характеристики минералов, согласно классификационной схемы, составленной на основе их кристаллохимических свойств.