Ш. КРУГОВОРОТ КРЕМНЕЗЕМА, АЛЮМИНИЯ И ЖЕЛЕЗА В КОРЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Смотрите также:

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ. Элювий...

Элювиальные коры выветривания...

Древняя кора выветривания ...

Борис Борисович Полынов. Геохимия ...

Полынов о Докучаеве

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Биология почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Криогенез почв  

Биогеоценология

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

 Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Происхождение растений

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

Общая биология

Мейен - Из истории растительных династий

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Пособие по биологии

§ 23. Наиболее значительными после кислорода по содержанию в массе земной коры элементами являются кремний и алюминий, многие моменты циклов которых тесно связаны между собой.

Громадная масса ювенильных первоисточников кремния, представленная разнообразными формами первичного кварца, многочисленными группами орто- и метасиликатов различных оснований, еще более многочисленной группой алюмосиликатов, не имеет соединений, в которых бы кремний не был связан с кислородом. Исключение представляют вулканические эманации фтористого кремния и образующиеся преимущественно на лавах близ кислых фумаролл его соли, как, например, гиератит (К3 Si. Fe), криптолит (N Н4)2 SiFe и быть может их возможные аналоги.

Но эти бескислородные соединения в условиях земной поверхности весьма нестойки, быстро разрушаются и несомненно переходят в различного рода вторичные минералы, в которых кремний получает прочную, во всяком случае не- разрушаемую в течение его пребывания в зоне выветривания, связь с кислородом. Эта связь не нарушается, как мы уже упоминали об этом (§ 17), и в первичных кислородных соединениях кремния, и поэтому естественно, что нам приходится иметь дело с круговоротом не кремния, а кремнезема в зоне выветривания.

Первичные кварцы являются настолько устойчивыми и так мало подвергаются каким-либо изменениям, что мы можем без большой ошибки рассматривать их как пассивный материал в зоне выветривания, который уходит из нее в том же виде и форме, в которой он пришел сюда.

Отдельные указания, например, на растворение кварца некоторых гранитов (Еврейский камень Уральских месторождений), относятся к процессам, которые едва ли можно приписать категории выветривания. Иначе обстоит дело с кремнеземом, который входит в состав силикатов и алюмосиликатов. И опыты, и наблюдения ясно указывают, что в процессе выветривания этих минералов и при искусственном действии на них водой и особенно водой с растворенной в ней углекислотой, их кремнезем в большей или меньшей степени переходит в раствор. Этим объясняется, что все природные вадозные растворы, циркулирующие в коре выветривания, а именно: речные воды, воды ключей и колодцев и других водоемов всегда или, во всяком случае, в подавляющем большинстве случаев содержат в себе так или иначе растворенный кремнезем; иногда же его содержание превосходит содержание растворенных карбонатов, хлоридов и сульфатов и превышает 50% от всего количества растворенных в воде соединений.

Здесь намеренно подчеркнуто выражение так или иначе, ибо природу раствора кремнезема не всегда можно установить с точностью, и некоторые последние исследования обнаруживают сравнительно легкую возможность перехода его гидрозоля в истинный дисперсно-молекулярный раствор, т. е.

[Si02.. ОН'] Н '  Н ' | HSKV или: [Si02.. ОН'] Н ' 2Н" + Si03",

где, как мы видим, левая часть уравнения изображает отрицательно заряженный коллоид кремнезема. Эти именно интересные исследования Рабиновича и Ласкина, установившие сильное повышение кислотности золя кремнезема при понижении его концентрации, дают основания полагать, что при этом золь переходит в истинный раствор. Не останавливаясь на теоретическом обосновании этого факта, мы должны указать, что он, быть может, объяснит многие пока еще неясные явления в области превращений коры выветривания и почвообразования. Исследования этих лее авторов и другие устанавливают, что при известных условиях золи некоторых минеральных коллоидов, в том числе кремнезема и глины, обладают значительно более высокой кислотностью, нежели угольная и многие органические кислоты.

Электроотрицательный характер золя кремнезема достаточно резко обнаруживается в его устойчивости в щелочных растворах (защитное действие ионов ОН') и во многих явлениях коагуляции, связанной с поглощением из растворов катионов. Однако, необходимо отметить, что золь кремнезема достаточно устойчив и в слабо кислых растворах, что объясняется его высокой гидрофильностью и, соответственно этому, высокой степенью дисперсности/ Самое образование золя кремнезема при выветривании силикатов получает достаточно удовлетворительное объяснение в гидролитических реакциях типа:

Na2SiO, f Н20 2Na--f 20Н74 kolSiO, и затем: kolSiO. + Н20 -> [Si02. .ОН']Н'

В действительности процесс, с одной стороны, усложняется, с другой—усиливается присутствием углекислоты, образованием карбонатов и, наконец, поскольку присутствуют катионы—образованием абсорбционных систем.

Отсюда, во всяком случае, следует громадное значение механического раздробления горных пород, уменьшающего массу отдельных частиц и сильно увеличивающего их поверхность, соответственно чему увеличивается и абсорбционная вода и все последующие моменты образования коллоидов U или, во всяком случае, активных форм свободного кремнезема.

Следует, однако, указать, что связь кремнезема с другими элементами в составе ювенильных минералов далеко неодинакова и, соответственно этому, и переход его в свободное активное состояние совершается с различной степенью скорости и энергии. В этом отношении приходится прежде всего различать простые силикаты и силикаты сложного строения (алюмосиликаты). В простых силикатах, т.е. солях орго- и метакремневой кислот и их производных, связь кремнезема с основанием определяется характером этого последнего. Есть причины полагать, что легче других отдают свой кремнезем простые силикаты щелочей и железа, т. е. как раз те соединения, которые, представляя или соли сильных оснований со слабой кислотой, или слабых и основания и кислоты, должны наиболее легко подвергаться гидролизу. Так, например, наблюдения над выветриванием магнезиально- железных силикатов часто обнаруживают, ч го из них прежде всего выделяется изоморфно примешанный железный силикат, который и распадается с выделением железа в форме гидроокиси. (К такого рода явлениям относится так няз. „выцветание" черной магнезиальной слюды — биотита, оливина и пр.).2 Наоборот, связь кремнезема с магнием отличается особенно высокой прочностью, чем и объясняется большое количество вадозных магнезиальных силикатов, на которых в свое время мы остановимся несколько подробнее.

Что касается алюмосиликатов, имеющих различное и сложное строение (§ 25), то из них кремнезем выделяется при различных условиях и с различной скоростью, в зависимости от места, которое занимает кремний в химическом строении минерала. Поэтому из одного и того же соединения часть кремнезема может отделяться более легко, другая же часть, занимающая иное место в его структуре, более трудно. Наиболее прочной связью отличается так называемое к а о л и н овое ядро, составляющее основу химического строения подавляющего по массе большинства первичных алюмосиликатов (полевые шпаты, слюды, гранаты). Это ядро имеет кольцевое строение, как видно из структурной формулы простейшей (каолиновой) кислоты этого ядра

Мы видим, что кремний через посредство кислорода здесь крепко связан с алюминием. Несколько иной характер носит связь кремния в другом соединении этого же ядра, в ортоклазе

Здесь помимо кремния, входящего в кольцо каолинового ядра и обладающего такой же прочной связью с алюминием, какая имеется в каолиновой кислоте, присутствует еще кремний боковых цепей, тесно связанный лишь с кислородом и поэтому легко выделяющийся в форме кремнезема при распылении и разрушении минерала.

Разложение самого каолинового ядра в лабораторных условиях достигается лишь при посредстве сильных реагентов (например, серной кислоты при кипячении). Это обстоятельство и нахождение многих вторичных, в том числе 90 и вадозных, минералов, сохраняющих в своем строении это ядро, и явилось основанием считать его необычайно прочным и в условиях коры выветривания. В действительности эта прочность достаточно относительна. В настоящее время уже экспериментально доказано и подтверждено многими наблюдениями в природе, что некоторые организмы (диатомовые водоросли) обладают способностью разлагать каолиновое ядро и извлекать из него необходимый для постройки их панцырей кремнезем.

 Это ядро разлагается, повидимому, при действии природных кислот и независимо от работы организмов, хотя, понятно, процесс йротекает значительно медленнее, нежели в лаборатории. Особенно ясно это обнаруживается там, где десульфуризация, сменяясь окислением, обусловливает образование серной кислоты.3 Многочисленные анализы почв, продуктов выветривания минералов и пород и опыты с искусственным выветриванием неуклонно обнаруживают более высокую растворимость некоторой части глинозема, чем это свойственно алюминию неразрушенного ядра. Во всяком случае, мы имеем основание полагать, что мнение об устойчивости каолинового ядра в почвах и коре выветривания несколько преувеличено. К этому вопросу мы еще вернемся ниже. Что касается других алюмосиликатов иного строения, то относительно их и не возникало, повидимому, вопроса об особенно прочной связи кремнезема с глиноземом (§ 25).

К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания