Поиск

Аморфные и скрытокристаллические вторичные минералы
28.10.2015

Аморфные почвенные минералы непрерывно образуются при выветривании, почвообразовании и при минерализации растительных и животных остатков. Однако аморфное состояние почвенных минералов не всегда является длительным: со временем аморфные минералы переходят в кристаллические. Например, свежеосажденный углекислый кальций сохраняет аморфное состояние лишь несколько часов. Силикаты и алюмосиликаты находятся в аморфном состоянии, в зависимости от условий среды, годы, столетия и тысячелетия, переходя постепенно в кристаллические формы соответствующих минералов.
Всеобщее увлечение изучением кристаллических форм минералов благодаря возможностям, созданным рентгеноструктурным, термическим и электронографическим методами, несколько замедлило процесс познаyия аморфных минералов. Между тем их значение в свойствах почв столь же велико, как и значение кристаллических минералов.
Понятие аморфности минералов является несколько условным. Иногда визуально аморфный минерал при рентгеновском исследовании оказывается кристаллическим. Аморфный для рентгеновских лучей минерал может иметь скрытокристаллическое строение, которое обнаруживается электроннографически.

Аморфные водные окислы марганца, железа, алюминия

Весьма разнообразные аморфные минералы окислов марганца, железа и алюминия часто встречаются в определенных почвах. Чисто коллоидные формы этих минералов связаны различными переходами с кристаллическими формами этих же окислов, с которыми в природе они обычно встречаются в виде смесей.
Вады. Это широкая группа землистых по виду, шоколадно-черных аморфных почвенных минералов двуокиси марганца, содержащих воду и примеси других окислов. Очень часто вады содержат калий, медь, цинк, кобальт, барий, железо, никель и др.
Псиломеланы. Это группа метаколлоидных и кристаллических минералов сложных окислов марганца или солей марганцевых кислот. Некоторые ученые считают псиломеланы полимерманганитами с формулой (R, Мn)O*mМnO2*nН2O.
Вады и псиломеланы близки между собой, но первые, по-видимому, образуются в аккумулятивных восстановительных условиях, а вторые — в окислительных.
Вернадит, пиролюзит, манганит. Это распространенные минералы окислов марганца, часто смешивающиеся друг с другом или с вадами и псиломеланами. Вернадит — MnO2*nH2O — аморфный или слабокристаллизованный землистый колломорфный минерал, иногда образующий конкреции. Пиролюзит — MnO2 — скрытокристаллический или метаколлоидный минерал, образующий землистые агрегаты черного цвета, конкреции, плиты. Манганит — Мп2O3*Н2O — существует в кристаллической и метаколлоидной модификациях. Образует стяжения, корки, сферические конкреции. Очень часто смешан с пиролюзитом и похож по внешнему виду па вернадит. Агрегаты манганита иногда имеют колломорфный характер.
Лимонит, гематит, магнетит. Лимонит — Fe2O3*H2O*nН2O — преобладающая группа минералов водных окислов железа, широко распространенных в корах выветривания и почвах. Водные окислы железа придают почвам бурые, темно-бурые, коричневые, оранжевые и красные тона. Они образуют почвенные конкреции, плиты, панцири (с примесью минералов марганца) и рудные скопления железа. Ничтожные изменения в содержании воды и степени дисперсности сильно отзываются на окраске и структуре скоплений водных окислов железа и почвенной массы.
Вероятно, первичной аморфной формой водных окислов железа являются водные свежеосажденные гидрогели закиси — феррогидрит Fe(OH)2 — и окиси — Fe(OH)3. Эти соединения вместе с коллоидным сернистым железам (гидротроилит — FeS*nH2O — черный коллоидноаморфный минерал) обнаруживаются в мокрых солончаках, соляных грязях, торфах и т. д. Однако они очень нестойки и, обезвоживаясь, переходят пока еще не вполне ясными путями в лимонит, магнетит (Fe3O4), гематит (Fe2O3). Лимонит считается типичным аморфным минералом, имеющим окраску от желто-бурой до черной. По мере обезвоживания лимонита и перехода в гетит он приобретает скрытокристаллическую структуру. Возможен, однако, и обратный процесс гидратации гематита и перехода его в лимонит.
Минералы окислов железа — важный фактор структурообразования почв, прошедших грунтовое увлажнение. Очень важную роль играют эти минералы в желтоземах, красноземах, латеритных почвах. Они способствуют также необменному поглощению анионов фосфорной кислоты и органических кислот.
При выветривании алюмосиликатных минералов появляются ионные и коллоидные растворы соединений алюминия, которые, осаждаясь и коагулируя, образуют аморфные минералы водных окислов алюминия (глиноземные минералы). При воздействии некоторых факторов (колебания температуры, концентрация, влажность и т. д.) со временем аморфные формы гидроокислов алюминия переходят обычно полностью или частично в кристаллические и обезвоженные формы. Однако известно, что в месторождениях бокситов в больших количествах находятся аморфные формы гидратов окислов алюминия, хотя возраст бокситов измеряется многими миллионами лет.
Минералы гидроокислов алюминия характерны для древних субтропических и тропических автоморфных почв (аллитные почвы). Накопление гидратов окислов алюминия наблюдается в болотных почвах северных зон.
Гиббсит (гидраргиллит) — Al(OH)3 или Al2O3*3H2O — существует как в коллоидной форме, так и в скрытокристаллической. В тропических бокситовых почвах гиббсит образует конкреции, натеки, корки, агрегаты светлого цвета. Существует модификация гидроокисла алюминия, почти тождественная гиббситу, под названием «байерит».
Бемит — Al2O3*H2O — обычно аморфный, но нередко скрытокристаллический минерал глинозема. Это белый или желтоватый минерал, типичный для бокситов, а также для древних аллитизированных почв субтропиков и тропиков.
Диаспор —Al2O3*H2O — по преимуществу кристаллическая модификация моногидрата окисла алюминия, хотя известны и аморфные его формы. Диаспор чаще встречается в древних палеозойских бокситах.
Корунд — Al2O3 — безводный кристаллический глинозем, встречается в бокситах, подвергшихся воздействию факторов метаморфизма (давление, высокие температуры). Корунд образуется, по-видимому, при дегидратации диаспора.
Присутствие в почвах значительных количеств аморфных и скрытокристаллических гидратов глинозема сообщает почвам хорошую структурность и легкую размываемость, пониженную поглотительную способность по отношению к катионам и заметно выраженную способность к необменному и обменному поглощению анионов, особенно анионов фосфорной кислоты (PO4)4-.
Глиноземные минералы более всего характерны для так называемых аллитных, латеритных и красноземных почв влажных тропиков и субтропиков, свидетельствуя о глубоком распаде первичных и вторичных минералов. Лимонит, гетит и другие члены этого ряда, по-видимому, и наибольшей степени характерны для почв болотного и гидроморфного режима.
Аморфные окислы кремния, кварц

В почвах, корах выветривания и осадочных породах весьма часто и в больших количествах встречаются коллоидные аморфные и скрытокристаллические формы минералов окислов кремния.
Почвенные, грунтовые и речные воды, как правило, содержат слабые истинные и коллоидные растворы соединений кремнезема, образующихся при разрушении алюмосиликатных минералов и минерализации органических веществ. Концентрация SiO2 в природных водах колеблется от 10 до 200 мг/л. Выпадение в осадок из растворов и коагуляция коллоидных форм ведут к образованию многообразных форм аморфного кремнезема, который, постепенно обезвоживаясь, переходит обычно в скрытокристаллические формы кремнезема и в разновидности вторичного кварца. Большая часть растворенного в природных водах кремнезема идет на образование глинных минералов.
Студенистые гидрогели кремнезема — mSi02*nН2O — встречаются сравнительно редко. Студенистые гели кремнезема были, например, описаны для донных отложений соляных озер Калахари, в грунтах Симплонского тоннеля, в пустыне Намиб, в опаловых месторождениях Центральной Австралии. Они могут быть встречены чаще при более тщательном изучении в природной обстановке. В частности, не исключено, что в щелочных коркующихся почвах присутствует в небольших количествах коллоиднорастворимый гель подвижного кремнезема или кремнекислого натрия, который при увлажнении усиливает вязкость почв, а при высыхании — их цементацию и отвердение.
Опал — SiO2*nН2O. В осадочных породах и почвах встречаются твердые гели окислов кремнезема — опалы, содержащие большее или меньшее количество воды. В опалах часто обнаруживаются примеси железа, алюминия, кальция и особенно магния. Типичный опал представляет собой аморфный минерал, прозрачный, белый или с оттенками, с удельным весом 1,9—2,3. В осадочных породах опал образует конкреции, натеки, жилы и прослои в трещинах или корки на поверхности пустот.
В почвах опал встречается в виде мелких и мельчайших пылевидных зернышек, песчинок или конкреций, а иногда в виде корочек и натеков на структурных отдельностях почв или на гальках. В озерах тропических стран встречаются прослойки опаловидного кремнезема в донных отложениях.
Образование опала и присыпок опаловидного кремнезема в почвах, породах, озерах связано с выпадением его в осадок из почвенных и грунтовых вод, переносящих продукты выветривания. Опал недавнего происхождения отличается малым удельным весом и высокой гидратарованностью, достигающей 18—20% по весу. Под влиянием времени и особенно при высыхании, при воздействии высоких температур или повышенного давления опал дегидратируется, уплотняется, повышает удельный вес и может постепенно переходить в кремни или яшмы.
Кремни представляют собой обезвоженный уплотненный дегидратированный опал с неопределенной структурой. Большие конкреции опаловидных кремней часто встречаются в известняках, кварцитах, мергелях. При выветривании известняков кремни остаются в виде каменистого материала на поверхности известняков и в почве. Обширные пространства Австралии покрыты опалово-кремневой корой, иногда мощностью до 3—5 м.
При образовании осадочных пород и при гидроморфном почвообразовательном процессе постоянно существует приток и осаждение аморфных соединений кремнезема, а затем постепенное превращение свежеосажденных масс распыленных или компактных гелей кремнезема в опал, с последующим переходом опала в кремни и кремней в халцедон.
Халцедон — SiO2. Халцедон представляет собой обезвоженный минерал окиси кремния с микрокристаллической структурой. Халцедон имеет удельный вес 2,59 или 2,61, т. е. несколько меньше, чем кварц, для которого характерна величина 2,654. Халцедон образует натеки или сростки кристаллов в трещинах изверженных горных пород, в пустотах осадочных пород или формирует конкреции и сферолитовые агрегаты. В почвах иногда наблюдается скопление мелких агрегатов халцедона. Халцедон, как и его особая разновидность — кварцин, по структуре близок к кварцу. По окраске, зависящей от примесей, различают большое число модификаций халцедона. Упомянем из них наиболее важную разновидность — агаты. Халцедон также главнейший компонент кремней и яшм.
Опалы и халцедоны весьма часто замещают кальциты, окислы железа, погребенную древесину и кости, образуя так называемые псевдоморфозы окремнения. Можно считать, что халцедон со временем и притом: крайне медленно преобразуется в кварц.
Аллофаноиды

Аллофаноиды являются аморфной разновидностью глинных минералов, сравнительно недавно осажденных из растворов (истинных или коллоидных) соединений кремнезема и алюминия.
Коагели аллофаноидов имеют общий состав, выражаемый формулой [n.SiO2*mAl2O3]*хН2O, что говорит о широких вариациях в соотношениях кремнезема, алюминия и воды. Повышение pH растворов сопровождается расширением отношения SiO2:Al2O3; возрастание кислотности среды способствует сужению этого отношения. Однако преобладают аллофаны с молекулярным отношением SiO2:Аl2O3=2:1.
Аллофаноиды могут иметь конституционные и сорбированные примеси. Обычно аллофаноиды белого и сероватого цветов. Замещение алюминия железом с образованием аморфного феррисиликата дает темный и даже черный минерал. Аллофаноиды являются типичными минералами молодых почв, образованных на относительно свежих вулканических пеплах. По-видимому, в других условиях аллофаноиды быстро кристаллизуются и переходят в кристаллические формы вторичных силикатов.
Хисингерит — сравнительно широко распространенный аморфный силикат железа — аналог аллофана; он имеет молекулярное отношение SiO2:Fe2O3=2:1. Между аллофаном и хисингеритом имеются многочисленные переходные минералы, связанные с различной степенью замещения железа алюминием.