ЛЕКЦИЯ 2 основы геологии

ЛЕКЦИЯ № 2

ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

1. Понятие о минералах. Классификация, основные физические свойства.

2.Основные группы породообразующих минералов (первичные и вторичные)

3.Горные породы . Классификация.

4.основные генетические типы осадочных пород четвертичной системы.

5.Почвообразующие ГП как фактор неоднородности почвенного покрова.

6.Агроэкологическое значение минералогического состава ПП почв.

7. Геологические процессы, их роль в формировании ГП и рельефа. Выветривание.

1. ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛАХ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА.

Для понимания почвообразовательного процесса необходимо знать происхождение и хим. состав М. и ГП. Минеральное вещество почва заимствует из той ГП, из которой она формируется.

Минералы – это природные тела - продукты естественных химических реакций, относительно однородных по ХС и строению. Они образуются в земной коре. Известно 4000 минералов. Лишь 50 являются породообразующими.

По физическому состоянию М бывают: твердые, жидкие, газообразные.

По происхождению: первичные(эндогенные) и вторичные (экзогенные).

Основные свойства минералов:

Морфологические: внешний вид, форма нахождения в природе;

Механические: твердость, спайность, излом, удельный вес, магнитность, вкус, вскрпание с НСl;

Оптические: цвет, цвет черты, прозрачность,блеск.

Существует несколько классификаций М:

Генетическая

Химическая

По практическому применению

КЛАССЫ МИНЕРАЛОВ

1.Самородные элементы – минералы, находящиеся в природе в свободном состоянии: сера, графит, алмаз,

Эти М составляют меньше 0,1 % массы земной коры, являются редкими и не относятся к породообразующим. Сера относится к почвообразующим породам.

2. Сульфиды - это соли сероводородной кислоты ( пирит, халькопирит, галенит, киноварь). Составляют 0,25 % массы земной коры. В основном это руды.Продукты выветривания сульфидов участвуют в почвообразовании.

3. Галлоиды – соли галоидноводородных кислот (галит,сильвин, флюарит.). Все галогены относятся к вторичным М. Многие из них относятся к агрорудам, из которых получают калийные удобрения.

4. Оксиды и гидроксиды – широко распространенные в природе породообразующие М., играющие оргромную роль в геологических процессах.

-оксиды Si – кварц, халцедон, опал.Земная кора на 65 % состоит из кварца, который входит в состав магматических, метаморфических, осадочных пород.;

-оксиды Fe - магнетит, гематит, лимонит. Происхождение магнетита и гематита магматическое, а лимонита в результате химического выветривания магматита и гематита на дне озер, болот и в почвах.Лимонит распространен в верхней части земной коры. Используют как руды.

-оксиды Аl – корунд, боксит. Корунд входит в состав глубинных магматических пород, иползуит как руду для получения алюминия.;

-оксиды Мn – пиролюзит, иползуют как руду.

5. Соли кислородных кислот – Минералы этого класса оказывают сильное влияние на свойства почв. Большинство из них относят к агрорудам, из которых получают удобрения..

- карбонаты – кальцит – самый распрастраненный в земной коре М; образуется магматическим , осадочным, гидротермальным путем. Магнезит, доломит, сидерит.

- сульфаты – гипс, мирабилит,селенит, алебастр.

- фосфаты – паптит,фосфорит, вивианит, происхождение магматическое и метаморфическое; используют для получения фосфорных удобрений;

- нитраты – селитры; имеют органическое происхождение; исползуют в качестве азотных удобрений.

6. Силикаты и алюмосиликаты – самые распрастраненные в природе М. Составляют 95 % массы земной коры , происхождение магматическое. ОТ этих М. зависят все свойства почв : физ., хим., физ.-хим., биол.. Первичные силикаты находятся в изверженных породах, сланцах, конгломератах, песчаниках. Вторичные М - это глинистые минералы.

2 ВОПРОС.

Широкое распространение в почвах и почвообразующих породах имеют около 50 минералов. Их подразделяют на первичные и вторичные.

В большинстве типов почв первичных М содержится больше, чем вторичных, за исключением тропических почв.

ПЕРВИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

Образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. Только из них состоят магматические породы. Первичные М неустойчивы в условиях земной поверхности и подвергаются процессам выветривания. Они содержатся в частицах почвы диаметром более 0,001мм.

Наибольшее распространение в почвах и почвообразующих породах имеют силикаты: кварц, полевые шпаты, амфиболы (роговая обманка, пироксен) , слюды. В составе магматических пород преобладают - полевые шпаты ( около 60 %), амфиболы (около 17 %), кварц (12%), слюды (4%), прочие (около 7%). В осадочных породах и почвах преобладают – кварц (40 – 60 % и более), полевые шпаты (до 20%), слюды (3 – 7%).

Выделяют следующие группы первичных минералов:

1. свободного кремния- кварц и разновидности кварца: горный хрусталь, аметист, раухтопаз, морин.Кварц наиболее стойкий к выветриванию минерал, поэтому он накапливается в осадочных породах и почвах. Обогащенность почв кварцем обуславливает пониженное плодородие из-за его химической инертности и неспособности удерживать влагу и элементы питания. Разновидности кварца вторичного: халцедон, опал, гейзерит.

2. полевые шпаты – наиболее распространенная в литосфере группа минералов: ортоклазЮ микроклин,альбит. В зависимости от содержания оксида кремния полевые шпаты подразделяются на кислые (повышенное содаржание кремнезема-ортоклаз, микроклин, альбит), средние и основные (лабрадор,анортит). Полевые шпаты кислые являются менее устойчивы к выветриванию, чем кварц. Средние и основные , содержащиеся в основных магматических породах ( габбро, базальт) менее устойчивы и мокут являться источником элементов питания калия, кальция и др. для растений.

3. амфиболы – в почвах и осадочных породаз присутствуют в небольших количествах в связи с низкой устойчивостью к выветриванию. Авгит, роговая обманка – породообразующие минералы основных и ультраосновных пород.

4. группа слюд – в земной коре содержится около 4% слюд. В осадочных породах и почвах встречаются в небольших количествах: мусковит, биотит содержат калий, магний, железо. Слюды более устойчивы к процессам выветривания по сравнению с амфиболами.

ВТОРИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

Образовались в результате экзогенных процессов выветривания из первичных минералов. Они более устойчивы к выветриванию по сравнению с первичными, тк как образовались в термодинамических условиях земной поверхности. Вторичные минералы являются тонкодисперсионными и содержатся во фракции почв диаметром менее 0,001 мм. Вторичные минералы содержатся только в осадочных пордах и почвах. Самые распространенные группы вторичных минералов в почвах:

1. глинистые минералы. Относятся к слоистым алюмосиликатам, преобладают в составе глин. Общие свойства для глинистых М: высокая дисперсность;поглатительная способность к катионам; содержат химически связанную воду; имеют слоистое строение.

А) минералы группы каолинита. Каолинит не набухает в воде, обладает низкой поглотительной способностью (не более 20 мг-экв на 100г). Высокое содержание каолинита-в субтроп. и тропич. областях, а в почвах умеренных широт его содержание незначительно. Посвы содержащие каолинит , характеризуются низкой ЕКО, обеднены основаниями, меньше накапливают гумуса, характеризуются пониженным плодородием. (галлуазит).

Б) Минералы группы гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит). ЕКО достигает 45-50 мг-экв на 100г.; характеризуются повышенным содержанием калия –до 6-8 % , который частично используется растениями. Минералы этой группы широко распространены в осадочных породах и почвах, в том числе в подзрлистых , серых лесных и др. Минерал вермикулит имеет высокую ЕКО- до 100-120 мг-экв на 100г, его используют как компонент тепличных грунтов.

В) Минералы группы монтмориллонита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит) . Эти минералы поглощают влагу, сильно набухают и увеличиваются в обьеме. Основная особенность этих М – высокая дисперсность, высокая ЕКО – 80-120 мг-экв на 100г. Минералы группы монтмориллонита чаще содержатся в почвах с нейтральной и щелочной реакцией среды ( черноземы, каштановые, солонцы) и отсутствуют в себтропических и тропических почвах.

Г) Минералы группы хлорита. Содаржат в составе железо , магний.Происхождение как магматическое, так и экзогенного, участвуют в формировании гидролитической кислотности почв.

Д) Группа смешеннослойных минералов. Они имеют кристаллические решетки ,в которых чередуются слои разных М : монтмориллонита с иллитом, вермикулита с хлоритом и др.

2. Минералы гидроксидов и оксидов железа и алюминия. Наибольшее распространение имеют гематит , гетит ,гидрогетит, гиббсит . Эти М встречаются в иллювиальных горизонтах подзолистых, серых лесных почв, почв влажных тропических и субтропических областей. Минералы этой группы принимают участие в оструктуривании почв, в связывании фосфорной кислоты. В условиях кислой реакции среды гидраты оксидов железа и алюминия растворяются и принимают активное участие в процессах почвообразования.

3. Минералы – соли. Наибольшее распространение имеют карбонаты: кальцит , доломит , сода ;среди сульфатов рапространены гипс - , мирабилит , среди хлоритов – галит . Много солей содержится в засоленных почвах и почвообразующих породах в аридных областях , где они оказывают ведущее влияние на свойства и плодородие почв.

3. ВОПРОС

3. ВОПРОС

Геологические процессы – это сложные изменения и преобразования вещественного состава земной коры и ее строения.

Источники энергии геологических процессов:

1. теплота, выделяемая Землей при распаде радиоктивных изотопов;

2. гравитационная дифференциация вещества Земли;

3. вращение Земли вокруг своей оси;

4. теплота от Солнца.

По источнику энергии все геологические процессы подразделяют на эндогенные (за счет энергии, выделяемой самой Землей) и экзогенные (источник энергии за пределами Земли).

К эндогенным ( внутренним) процессам относятся: магнетизм, метаморфизм, вулканизм, движения земной коры (землетрясения и горообразование).

К экзогенным – выветривание, деятельность атмосферных и поверхностных вод, ледников, подземных вод, морей и океанов, животных и растительных организмов.

Взаимодействие внутренних и внешних процессов объединяет большой геологический круговорот веществ.

В результате действия эндогенных процессов образуются крупные формы рельефа знмной поверхности: горные системы, возвышенности, низменности, океанические впадины. Под действием экзогенных процессов происходит разрушение мегматических ГП, перемещение продуктов разрушения в реки, моря и океаны и формирование осадочных пород. В результате движений земной коры осадочные ГП погружаются в глубокие слои, подвергаются процессам метаморфизма и образуются метаморфические породы. Послебние при погружении в более глубокие слои могут переходить в расплавленное состояние ( мгматизация), а затем в результате вулканической деятельности поступать в верхние слои литосферы или на ее поверхность в виде магматических пород. Таким образом происходит образование основных групп ПП и различных форм рельефа.

Процесс механического разрушения и химического изменения ГП и составляющих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы называется выветриванием. На гП совместно действуют живые организмы, атмосферная вода, газы, температура. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физ-е, химич-е. биоло-е.

Физическое выветривание – это механическое разрушение ГП на обломки различной величины без изменения химич-о состава. Главный фактор физ-о выветр-я – колебание суточных и сезонных температур. При нагревании происходит расширение минералов, вфодящих в ГП. При чередовании нагревания и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разрушаются. При замерзании вода увеличивает эти трещины. В лезультате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы. Это обуславливает протекание химич-х процессов.

Химическое выветривание – приводит к образоанию новых соединений и минералов. Факторы выветривания – вода с растворенными в ней солями и СО2,кислород воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы:

Растворение, гидролиз, гидратация, окисление.

Растворяющее действие воды усиливается с повышением температуры. Если в воде содержится СО2, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.

Гидролиз – основная хими-я реакция минералов магматических пород с водой. Гидролиз ортоклаза:

К2Аl2Si6O16+2HOH=H2Al2Si6O16+2КОН

Алюмокремниевая кис-та

Распадается на каолин и аморфную кремниевую кислоту. Таким образом из твердого магмат-ого минерала образовались тонкодисперсные мягкие глинистые минералы.

Гидратация – процесс присоединения молекул воды к минералам:

2Fe2O3+3H2O=2Fe2O3*3H2O

При гидратации происходит разрыхление поверхности минералов, что усиливает воздействие на них водных растворов и газов.

Окисление – процесс, связанный с действием О2 на минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы:

4FeCO3+3H2O+O2=2Fe2O3*3H2O+4CO2

Биологическое выветривание – это механическое разрушение и химическое изменение ГП под воздействием организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид вывертивания связан с почвообразованием.

При физ-м и химич-м выветри-и происходит только разрушение и превращение магмати-х ГП в осадочные, а при биологическом выветри-и образуется почва и в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, животные.

Таким образом, под влиянием физич-о, химич-о, биолог-о выверти-я ГП, разрушаясь, обогащаются мелклземом, глинистыми и коллоидными частицами, пробретают влагоемкость,поглотительную способность, становятся водо- и воздухопроницаемыми накапливаются элементы питания растений и орг вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы – плодородия , которого не имеют горные породы.