Поняття про первинні та вторинні мінерали

До первинних мінералів належать такі, які входять до складу магматичних порід або перейшли з них в інші породи, в т.ч. і ґрунтотворні без будь-яких змін їх хімічного складу. Вторинні мінерали - це результат хімічного вивітрювання первинних. Вони відрізняються від вихідних мінералів не лише хімічним складом, а й високим ступенем диперсності, тобто подрібнення. В механічних частках породи чи грунту >0,001 мм переважають первинні, а в частках <0,001 мм - вторинні мінерали. У більшості мінеральних ґрунтів первинні мінерали переважають за масою над вторинними. Лише у фералітних ґрунтах (червоноземах, коричневих, латеритних та ін.) нерідко первинних мінералів буває менше, ніж вторинних.

В ґрунтотворних породах та ґрунтах містяться такі первинні мінерали: кварц, польові шпати, слюди, рогові обманки, піроксени та інші мінерали, наприклад гематит, магматит, апатит.

У складі магматичних порід переважають польові шпати (близько 60%), рогові обманки та піроксени (близько 20%), далі йде кварц (10-12%), слюди (3-5%) та інші мінерали.

За співвідношенням вмісту найголовніших груп породоутворюючих мінералів пухкі ґрунтотворні породи (а також ґрунти, що на них формуються) істотно відрізняються від магматичних порід. В них різко зменшується вміст польових шпатів, піроксенів, рогових обманок на фоні абсолютного домінування кварцу, як найбільш стійкого до вивітрювання мінералу. Вміст кварцу досягає 40-60% і більше. Польові шпати, як правило, займають друге місце (до 20%). Серед польових шпатів переважає ортоклаз, а плагіоклази зустрічаються рідше. Як у пухких породах, так і в ґрунтах кварц та польові шпати зустрічаються у вигляді крупних зерен пилу, піску, гравію, оскільки вивітрювання їх відбувається повільно.

Амфіболи, піроксени і багато слюд порівняно легко піддаються вивітрюванню, тому в пухких породах і ґрунтах вони містяться в невеликих кількостях у вигляді дрібних часток. Пухкі ґрунтотворні породи, за виключенням грубого елювію магматичних порід, являють собою продукт неодноразового перевідкладення, тривалих змін щільних порід під дією фізичних та біохімічних агентів. Все це призводить до накопичення в них більш стійкого до вивітрювання кварцу.

У свою чергу, залежно від гранулометричного складу пухких ґрунтотворних порід, первинні мінерали беруть неоднакову участь у їх формуванні: у дрібноземі пісків їх 90-98%, суглинків 50-80%, а глин 10-12%.

Незважаючи на те, що первинні мінерали в ґрунтах на відміну від тонко-дисперсних вторинних, не мають вбирної здатності, їх вплив на формування ряду властивостей ґрунтів і, навіть, на їх генезис може бути досить значним (механічний склад, пористість, водопроникність, вологоємність тощо).

Роль нестійких до вивітрювання первинних мінералів може бути багатогранною. Деякі з цих мінералів можуть бути джерелом ряду елементів живлення: апатит багатий на фосфор, біотит і, особливо, глауконіт - на калій, середні та основні плагіоклази поряд з карбонатами є джерелом кальцію у ґрунті.

До групи стійких до вивітрювання породоутворюючих мінералів належать крім кварцу ряд каркасних та кільцевих силікатів, а також мінерали групи оксидів заліза та титану. Мінерали цієї групи (крім кварцу) містяться в ґрунтах в дуже невеликих кількостях, проте їх діагностична роль досить істотна. По них можна судити про літологічну однорідність профілю ґрунту, чи різних розрізів одного й того ж ґрунту.

Вміст стійких до вивітрювання акцесорних мінералів визначають для розрахунку різних коефіцієнтів, які дозволяють робити висновки про ступінь вивітреності первинних мінералів у профілі ґрунту. Часто розраховують кварце-полевошпатний коефіцієнт тощо.

Такі стійкі мінерали як мікроклін, ортоклаз, кислі плагіоклази в ґрунті нерідко набувають ознак вторинних змін, тобто тією чи іншою мірою можуть бути джерелом надходження до ґрунту і рослин елементів живлення (насамперед калію).

Розподіл первинних мінералів по окремих гранулометричних фракціях нерівномірний. Уламки порід зосереджені головним чином у фракціях розміром понад 0,25 мм. В цих же фракціях вміст кварцу також є максимальним.

Польових шпатів більше всього у фракціях 0,25-0,05 та 0,05-0,01 мм. Важкі мінерали (амфіболи, піроксени, слюди) в найбільшій кількості містяться у фракціях 0,25-0,05 та 0,05-0,01 мм.

Найбільш різняться між собою за мінералогічним складом ґрунти, що утворилися на пухких породах та ґрунти, що сформувалися на елювії щільних порід. На рівнинних територіях північної півкулі найбільш поширеними серед пухких порід є морени, леей, покривні та лесовидні суглинки, флювіогляціальні піски та супіски. У всіх цих породах, звичайно, домінує кварц, друге місце займають польові шпати при низькому вмісті важких мінералів, яких найбільш в моренах.

Ґрунти на елювії щільних порід мають серед первинних мінералів значну кількість польових шпатів (30-40%) і менше кварцу (20-30%), на відміну від ґрунтів, що утворилися на пухких породах (кварцу - 70-90%, польових шпатів - 10-20%). Різні генетичні горизонти одного й того ж ґрунту, особливо в профілях, диференційованих на елювій та ілювій, можуть дуже істотно різнитися між собою за вмістом первинних мінералів (табл. 6).

В ґрунтах на елювії кислих магматичних порід (гранітів, гранітодіоритів) у складі первинних мінералів переважають польові шпати, кварц, біотит, рогова обманка.

Вторинні мінерали в ґрунтах практично повністю зосереджені в тонко-дисперсних гранулометричних фракціях розміром <0,001 мм. Вони діляться на такі групи: 1) мінерали простих солей; 2) оксиди та гідрооксиди; 3) глинисті мінерали.

Мінерали простих солей утворюються при вивітрюванні первинних мінералів, а також внаслідок ґрунтотворення. До таких солей належить кальцит, магнезит, доломіт, сода (Na₂CO₃10H₂O), гіпс, мірабіліт (Na₂S0₄- 10H₂O), галіт, фосфати, нітрати тощо. В умовах сухого клімату, коли випаровуваність перевищує кількість опадів, ці мінерали здатні скупчуватися в ґрунтах у великих кількостях. Значна частина мінералів - солей при високій вологості ґрунту розчиняється, насичуючи ґрунтовий розчин, а при висиханні вони знову випадають в осад, тобто переходять із рідкої в тверду фазу ґрунту.

Якщо викопати розріз на чорноземному ґрунті при нормальній зволоже-ністі, то спочатку видно на його стінках лише темне забарвлення. Пізніше можуть проявлятися вицвіти білястого забарвлення. Це карбонати кальцію. Вони переходять із розчинної форми Са(НС0₃)₂ на нерозчинний осад СаС0₃ внаслідок зміни реакції ґрунту під впливом збільшення парціального тиску С0₂.

Велика кількість солей характерна для соленосних ґрунтотворних порід (приморські відклади, древні морські осадові породи) та засолених ґрунтів.

Мінерали - гідрооксиди кремнію, алюмінію, заліза, марганцю утворюються в аморфній формі при вивітрюванні первинних мінералів спочатку у вигляді колоїдних гелів з великою кількістю води. Згодом (по мірі старіння), ці гелі втрачають воду, утворюючи оксиди чи гідроксиди кристалічної структури. Цьому процесу сприяють коливання температур та вологості, а також окислювально-відновні умови у ґрунті.

Найбільше значення серед мінералів-оксидів мають гематит (Fe₂0₃) та гетит (Fe₂0₃-H₂0) із мінералів групи заліза, а також гібсит (А1₂0₃-ЗН₂0) із групи алюмінію. Ці мінерали зустрічаються в ілювіальних горизонтах підзолистих ґрунтів, жовтоземах та червоноземах, в так званих фералітних та залізистих ґрунтах. Мінерали цієї групи здатні зв'язувати в малорухомі форми фосфорну кислоту.

На розчинність гідроксидів заліза та алюмінію дуже впливає реакція середовища. При рН<5 в іонну форму переходить алюміній, а при рН<3 - тривалентне залізо.

Самостійну групу вторинних мінералів утворюють аллофани (А1₂0₃- Si0₂-nH₂0), що виникають при взаємодії кремнекислоти та гідроксидів алюмінію, які вивільняються при руйнуванні первинних і вторинних мінералів, а також із золи рослинних решток. Вони нерідко досить тісно зв'язані з гумусовими речовинами, а їх присутність підвищує ємність вбирання, збільшує гідрофільність, липкість та здатність ґрунтів до набухання.