TROŠENJE MINERALA I STIJENA

Transcript

1 Mramor Granit monomineralne kalcit Zbog čega je značajno? polimineralne ortoklas, kvarc, plagioklas, biotit, hornblenda ukupna anorganska tvar tla potječe iz susjednih sfera (litosfere, atmosfere i hidrosfere) O čemu ovisi? vrsta minerala i stijene klimatske prilike organizmi djelovanje geoloških sila vrijeme duljina izlaganja 1

2 Kako se troše minerali i stijene? - mehaničko trošenje - kemijsko trošenje skup procesa koji dovode do drobljenja (usitnjavanja) masivnih stijena pri čemu se mineraloški i kemijski sastav značajno ne mijenja. Temperatura kolebanja (dnevno zagrijavanje i hlađenje) Šumski požari intenzivna eksfolijacija Temperaturna kolebanja (nejednoliko zagrijavanje pojedinih mineralnih komponenti stijene, razlike u promjeni koeficijenta kontrakcije - promjene obujma) obujam kvarca poveda se pri zagrijavanju2 X više od obujma ortoklasa 0,00031:0,00017 Karbonatna breča - heterogenost intenzivnije trošenje 2

3 Voda i led Ona prodire u pore tlak ovisi o dimenzijama pora; u porama promjera 1 µm on iznosi 15 kpa, a u porama promjera 1 nm 15 MPa. - otopine i rast kristala soli u aridnim područjima Temperaturna kolebanja, voda i led. - zamrzavanje povećanje obujma za 9 % tlak od 80 MPa Korijen biljaka (stijene, zgrade, asfalt...), mahovine i lišajevi 3

4 Korazija mehaničko trošenje vjetrom - potresi i pokreti tektonskih ploča Rastresiti produkt raspadanja regolit ili detritus na mjestu postanka rezidualni detritus pretaloženi detritus: vodom (deluvijalni, proluvijalni i fluvijalni nanos), ledom (ledenjački nanos), vjetrom (eolski nanos) ili gravitacijskom silom (koluvijalni nanos) Smanjenje dimenzija povedanje aktivne površine 4

5 Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) - najvažniji čimbenici su voda i plinovi (kisik i CO 2 ) - produkcija CO 2, tvorba org. kiselina disocijacija, kelatizacija kemijska transformacija mineralnih komponenti uslijed čega nastaju - jednostavniji kemijski spojevi (oksidi, hidroksidi) - jednostavniji spojevi se vežu i daju minerale gline Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) Hidratacija Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) Hidroliza feldspati, tinjci, feromagnezijski silikati dealkalizacija H + zamjenjuje bazične katione K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ Sialitno raspadanje sinteza minerala gline Feralitno raspadanje Al i Fe oksidi Primjer dealkalizacije ortoklasa KAlSi 3 O 8 + HOH HAlSi 3 O 8 + KOH 2 KAlSi 3 O H HCO 3- + H 2 O Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2K HCO SiO 2 Ortoklas Mineral gline CO 2 u H 2 O ioni u otopini 5

6 Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) Oksidacija oksidacija željeza iz Fe 2+ (fero) u Fe 3+ (feri) oblik otpuštanje kationa zapaža se morfološki gubitak tamnozelene i pojava rđastosmeđe do crvenkaste boje FeS 2 + H 2 O + 7O FeSO 4 + H 2 SO 4 2 Fe 2 SiO H 2 O + O 2 2 Fe 2 O H 4 SiO 4 Olivin Hematit Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) Otapanje trošenje vapnenca CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3 - Kemijsko trošenje stijena (dekompozicija) Otapanje trošenje vapnenca 6

7 Biološko trošenje SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE POLIDISPERZNI SUSTAV jedna od najznačajnijih posljedica transformacije mineralnog dijela je nastanak rastresite polidisperzne tvorevine čvrste čestice različitih dimenzija u takvoj polidisperznoj tvorevini veličina čestica određuje niz značajnih svojstava, koja se mijenjaju postupno sa promjenama dimenzija čestica usprkos tomu radi analitičkog pristupa postavnjene su granice kojima se definira veličina primarnih mehaničkih čestica tla različite (slične) klasifikacije SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE naziv frakcije kamen šljunak krupni pijesak sitni pijesak krupni prah sitni prah glina koloidi veličina (mm) > ,2-2 0,05-0,2 0,02-0,05 0,002-0,02 <0,002 <0,0002 7

8 SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE kamenje - šumska tla nekad i do 80%; inertna frakcija; skelet; vodopropustljivost; oblik -> geneza; šljunak - slično kamenju SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE pijesak sipkost u suhom i slaba kohezija u vlažnom stanju; mala aktivna površina; drenaža; prah mala adsorpcijska sposobnost; ponekad u suhom stanju može biti kompaktan; ima i mikropora (zadržavanje vode); kapilarni uspon glina ljepljivost i plastičnost; kohezija; bubrenje i kontrakcija pukotine; aktivna površina adsorpcija, mikropore; provjetravanje; kapilarni uspon visok i spor; peptizacija i koagulacija slično kao i koloidi. SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE TEKSTURA - smjesa različitih frakcija postotni udjel triju glavnih frakcija: pijeska, praha i gline kvalitativni izraz granulometrijskog sastava tla - teksturne klase (pjeskulja, ilovača, glinuša,...) - različite kombinacije - klasifikacija najčešde prema površinskom horizontu ako je homogena građa - skelet: (10, 30, 50, 70, 90) 8

9 SVOJSTVA I ZNAČAJ PRODUKATA TROŠENJA I TRANSFORMACIJE tekstura određuje vodnozračni režim, fizičkomehaničke značajke i adsorpcijsku sposobnost dakle tekstura regulira sve elemente plodnosti i zato ima veliki ekološki značaj Teksturno obilježje i njegov značaj ovisi o: - formiranje agregata, - slojevi značajke teksture nekog sloja (horizonta) ovise o značajkama slojeva ispod i iznad - klima klima može kompenzirati neke nepovoljne teksturne značajke MINERALI GLINE MINERALI GLINE Osnovne jedinice - Si tetraedar i Al oktaedar 9

10 Sinteza MINERALI GLINE MINERALI GLINE pretežno kristalna građa (naizgled amorfni) pretežno slojeviti minerali ili filosilikati debljine pretežno ispod 1 m nastaju pri polaganoj razgradnji primarnih minerala hidratizirani aluminijevi silikati SiO 2 :Al 2 O 3 = R, a krede se najčešde između 2 i 3 mrežice- SiO 4 i Al(O-OH) 6 preko zajedničkog kisikova atoma izgrađuju lamele lamele (dvoslojne, troslojne i četveroslojne) kristal minerala gline lamela 10

11 Kaolinitna skupina minerala - kaolinit - halojzit - dikit - nakrit Smektitna skupina minerala - montmorilonit - nontronit - bajdelit - saponit - hektorit vermikulit pedogeni klorit paligorskit i sepiolit alofan, imogolit i hisingerit Ilitna skupina minerala - ilit - glaukonit 10:48 Transformacija minerala i stijena Kaolinit sloj Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993) 17 m Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8 Kisela reakcija Vodikova veza (most) između lamela Čvrsta veza ne dozvoljava razmicanje lamela U dodiru s vodom ne bubri debljina do 0,5 μm, rijeđe i nekoliko μm Halojzit Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8 4H 2 O Između dvoslojnih lamela je jedan sloj H 2 O (cjevasti oblik) Ako je temperatura zraka iznad 50 C, odnosno relativna vlažnost ispod 50%, halojzit gubi međuslojnu vodu i prelazi u metahalojzit. Ovaj proces je ireverzibilan. Prostor između baza lamela je 1 nm za halojzit, a 0,72nmza metahalojzit. Ne bubri Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993) 10:48 2 m Transformacija minerala i stijena 11

12 Smektitna (montmorilonitna) skupina n H 2 O + kationi Si 8 Al 4 O 20 (OH) 4 nh 2 O Alkalna i neutralna reakcija Listasti oblik Kisikova veza između slojeva van der Waalsove sile relativno slaba veza pa se lamele mogu razmicati Oktaedarska zamjena - Al je djelomično zamijenjen s Mg - pojava negativnog naboja n H 2 O i kationi se nalaze između lamela Bubrenje i ekstramicelarna i intramicelarna sorpcija Debljina sloja 1,0 do 1,9 nm, a međuslojni razmak 0,35 do 1,5 nm nontronit oktaedarska zamjena željezo debljina između 0,002 i 0,15 µm 5 m (Holtz and Kovacs, 1981) Montmorilonit Bajdelit Nontronit Saponit Hektorit Ilit Si 8 (Al,Mg, Fe) 4~6 O 20 (OH) 4 (K,H 2 O) 2 Srodan muskovitu izkojeg najčešde nastaje Najrasprostranjeniji tip minerala gline Tla bogata kalijem Tetraedarska zamjena Si-Al i oktaedarska Al- Mg SiO 2 : Al 2 O 3 je 4 Višak negativnog naboja kompenziran K + ionom debljina sloja 0,9-1,0 nm, a međuslojni razmak 0,35 nm lamela, 0,1-0,3 μm 10:48 Trovey, 1971 Transformacija ( from minerala i stijena 7.5 m Mitchell, 1993) Vermikulit Sličan je i montmorilonitu i ilitu Debljina sloja je od1 to1,4 nm Izmjenjivi kationi Ca 2+ i Mg 2+ i dva sloja vode između lamela Ilit Vermikulit Mitchell,

13 Klorit (pedogeni) Strukturna rešetka je četveroslojna Između troslojnih lamela je još jedan sloj gibsita ili brucita Gotovo da ne bubri 5. Alofan, imogolit i hisingerit su amorfni (parakristalasti), hidratizirani, pedogeni alumoslikati Mineral gline Površina m 2 /g Kapacitet zamjenjivih kationa (cmol+ kg -1 ) Kaolinit Klorit Ilit Montmorilonit Uvjeti postanka minerala gline vrsta izvornog minerala kemizam sredine - kisela sredina kaolinit kisela sredina s puno otopljenih org. tvari nema argilogeneze prisustvo pojedinih iona u otopini (K, fe, Mg, Ca,...) klima i dreniranost slaba drenaža, Ca, Mg montmorilonit sialitno trošenje stvaraju se minerali gline feralitno trošenje nakupljaju se oksidi Al i Fe (tropi) klima kelatizacija i ispiranje seskvioksida stupanj transformacije 13

14 MINERALI - KRAJNJI PRODUKTI TROŠENJA iz primarnih i sekundarnih minerala uglavnom kao specifične pedodinamske tvorevine: konkrecije, akumulacije soli itd. dijagnostički značaj, hraniva Soli zemnoalkalnih i alkalnih kovina - kalcit (CaCO 3 ), gips (CaSO 4. 2 H 2 O), hidroksiapatit (Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 ) i magnezit (MgCO 3 ) silicijevi minerali (kvarc (primarni), opal sekundarni kvarc) Al- i Fe- minerali indikatori hidrotermičkih i kemijskih uvjeta - (hidrargilit, bemit, dijaspor - vedinom u tropima), (getit, lepidokrokit, hematit, maghemit - manje učestvuju u sintezi gline pa su češdi u tlu) Mn oksidi tla s promjenjivim redokspotencijalom - (piroluzit, manganit - konkrecije) Ti oksidi (rutil, ilmenit - otpornost - ispitivanje) EKOLOŠKI ZNAČAJ MINERALNOG SASTAVA TLA 1. primarni minerali i izvor kationa polimineralnost (serpentin - monomin.) 2. odnos minerala gline sorpcija tekstura PITANJA? 14