Minerały glebowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Schemat fazowej struktury gleby

Minerały glebowe – nieorganiczna część substancji glebowych, produkty wietrzenia magmowych, metamorficznych lub osadowych skał macierzystych (minerały pierwotne) lub związki powstające w czasie powstawania gleby (minerały wtórne). Poza składnikami mineralnymi w strukturze gleby występują stałe cząstki organiczne (próchnica), organiczno-mineralne, roztwór glebowy, gazy (powietrze i para wodna) oraz organizmy żywe (edafon)[1][2].

Skład chemiczny[edytuj | edytuj kod]

Informacje o chemicznym składzie minerałów najczęściej występujących w glebach zawierają tabele.

Minerały pierwotne[1]
Nazwa Wzór
Kwarc (SiO2)n
Grupa skaleni
ortoklaz KAlSi3O8
plagioklazy NaAlSi3O8
Grupa łyszczyków
muskowit KAl3Si3O10(OH)2
biotyt K(MgFe)3(AlSi3O10)(OH,F)2
Grupa amfiboli i piroksenów
hornblenda Ca2Al2Mg2Fe3Si6O22(OH)2
augit Ca(MgFe)Si2O6
Grupa oliwinów, np. (MgFe)2SiO4
Minerały wtórne[1]
Nazwa Wzór
Węglany i fosforany
kalcyt CaCO3
dolomit CaMg(CO3)2
apatyt Ca5(PO4)3 · (Cl, F, OH)
Tlenki i uwodnione tlenki
Si, opal, chalcedon SiO2 * n H2O
Al Al(OH)3 · n H2O
Fe Fe(OH)3 · n H2O
Mn Mn(OH)3 · n H2O
Minerały ilaste (dwuwarstwowe, trójwarstwowe, czterowarstwowe)
Allofany, mineraloidy, np. amorficzne koloidy (xAl2O3· ySiO2 · zH2O


Struktura krystaliczna[edytuj | edytuj kod]

Luka tetraedryczna i oktaedryczna w komórce elementarnej sieci rsc
Schemat warstwowych struktur iłów

O sorpcyjnych właściwościach minerałów glebowych decyduje obecność podstawowych jednostek struktury krystalicznej (komórek elementarnych), w których[1]:

  • węzły sieci krystalicznej są obsadzone przez atomy tlenu,
  • jony Si zajmują luki tetraedryczne (w modelu kulowym – przestrzenie otoczone czterema stykającymi się kulami),
  • jony Al zajmują luki oktaedryczne (przestrzenie otoczone sześcioma stykającymi się kulami).

Największą wartość z punktu widzenia chemii rolnej mają minerały zbudowane z naprzemianległych warstw czworościanów i ośmiościanów, połączonych mostkami Al–O–Si. Z takich elementów powstają pakiety podwójne, potrójne kub poczwórne. Są oddzielone przestrzeniami międzypakietowymi o różnych wymiarach, od których zależy możliwość sorpcji różnych kationów i skłonność do pęcznienia w wodzie.

  • Strukturę kaolinitu tworzą pakiety dwuwarstwowe. Szerokość przestrzeni między warstwami wynosi 0,28 nm, wskutek czego minerał nie pęcznieje i ma niewielką pojemność sorpcyjną.
  • Minerałami trójwarstwowymi, w których warstwa oktaedryczna (glinowa) jest z obu stron związana z warstwami tetraedrycznymi (krzemowymi), są smektyt i wermikulit. Minerały te pęcznieją pod wpływem wody i mają bardzo dużą pojemność sorpcyjną. Jest to związane z szeroką przestrzenią międzypakietową (zmienną w zakresie 0,5–1,76 nm), w której mogą się zmieścić cząsteczki wody. Illit ma również pakiety trójwarstwowe, jednak jego pojemność sorpcyjna i skłonność do pęcznienia są nieznacznie większe niż w przypadku kaolinitu. W przestrzeni między pakietami (0,3 nm) występują silnie związane jony potasu K+ oraz Ca2+, Mg2+ i inne.
  • Przedstawicielem minerałów o pakietach czterowarstwowych jest chloryt. Pakiety tworzą: warstwa 1 – Si–O, warstwa 2 – Al–O, warstwa 3 – Si–O, warstwa 4 (oktaedryczna) – Al,Fe,Mg–OH. Chloryt charakteryzuje się małą pojemnością sorpcyjną i nie pęcznieje.

W glebach Polski dominują składniki mineralne o pakietach mieszanych smektyt/illit oraz tlenki i uwodnione tlenki metali[1].

Skład granulometryczny[edytuj | edytuj kod]

Klasyfikacja gleb wg EN-ISO 14688-1 (2002)[3]
nazwa (symbol) wymiar cząstek [mm]
bardzo gruboziarniste duże głazy (LBo) >630
głazy (Bo) >200–630
kamienie (Co) >63–200
gruboziarniste żwir (Gr) gruby (CGr) >20–63
średni (MGr) >6,3–20
drobny (FGr) >2,0–6,3
piasek (Sa) gruby (CSa) >0,63–2,0
średni (MSa) >0,2–0,63
drobny (FSa) >0,063–0,2
drobnoziarniste pył (Si) gruby (CSi) >0,02–0,063
średni (MSi) >0,0063–0,02
drobny (FSi) >0,002–0,0063
ił (Cl) ≤0,002

Z punktu widzenia prawidłowych stosunków powietrzno-wodnych ważna jest nie tylko struktura sieci krystalicznej minerałów glebowych, ale w dużym stopniu również porowatość gleby, mieszcząca się w szerokim zakresie od ok. 30% do nawet 90% (dla większości roślin wartość optymalna wynosi 50-60%)

Porowatość zależy przede wszystkim od wielkości ziaren mineralnych. Zasady oznaczania i klasyfikowania gruntów w Europie precyzuje norma PN-EN ISO 14688-1:2006 (EN ISO 14688-1:2002)[3][2][4].

Pojemność sorpcyjna[edytuj | edytuj kod]

Mineralne składniki gleb o wymiarach <0,002 mm (ił koloidalny) oraz próchnica i cząstki organiczno-mineralne tworzą łącznie tzw. „glebowy kompleks sorpcyjny”, uczestniczący w zatrzymywaniu i dostarczaniu roślinom jonów biogennych, a w niekorzystnych warunkach również substancji szkodliwych (np. Al). Koloidy glebowe charakteryzuje się podając m.in. wartości[5]:

Energie adsorpcji poszczególnych kationów przez kompleksy sorpcyjne są zależne od ładunku jonów i ich wymiarów w postaci uwodnionej.

Pojemność sorpcyjna koloidów glebowych[5]
Minerał Powierzchnia
właściwa
m-2·g-1
Gęstość
ładunku
mmol(-)·cm-2 10-7
Pojemność
sorpcyjna
cmol(+)·kg-1
Kaolinit i haloizyt 1–40 2 3–15
Illit 50–200 3 20–50
Wermikulit 600–700 2 150–200
Smektyt 600–800 1,4 70–130
Allofan 700–1100 0,3 10–50
Próchnica (humus) 800–1000 * 180–300

Tworzą szereg[5]:

Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < Al3+

Pojemność wymienna gleby w stosunku do kationów – pojemność wymiany kationów PWK – jest w dużym stopniu zależna od pH roztworu glebowego. Określane są rzeczywiste wartości PWKr, odnoszone do naturalnego pH gleby (inaczej – pojemność efektywna) i wartości pojemności potencjalnej (PWKpot, PWK8,2), często odnoszone do standardowej wartości pH = 8,2.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Gleba jako środowisko odżywiania roślin. W: Mariusz Fotyma, Stanisław Mercik: Chemia rolna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1992.
  2. 2,0 2,1 Aleksandra Borecka: Gruntoznawstwo (pol.). W: Katedra hydrogeologii i geologii inżynierskiej. Gruntoznawstwo, wykład 1 [on-line]. giigs.agh.edu.pl. [dostęp 2012-06-06].
  3. 3,0 3,1 Badania geotechniczne -- Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów -- Część 1: Oznaczanie i opis (pol.). W: PN-EN ISO 14688-1:2006 (ISBN 83-243-9801-5) [on-line]. PKN. [dostęp 2012-06-06].
  4. Anna Gołębiewska, Anna Wudzka: Nowa klasyfikacja gruntów według Normy PN-EN ISO (pol.). W: GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2006 (11), s. 44–55 [on-line]. [dostęp 2012-06-06].
  5. 5,0 5,1 5,2 Renata Bednarek, Helena Dziadowiec, Urszula Pokojska, Zbigniew Prusinkiewicz: Badania ekologiczno-gleboznawcze. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2004, s. 174–206. ISBN 83 01 14216 2.