построенные из слоев атомов в тетраэдрической и октаэдрической координации, известных как тетраэдрические и октаэдрические сетки.

Тетраэдрические сетки представляют собой слои тетраэдров SiО4 , которые имеют три общих кислорода с соседними тетраэдрами. Эти базальные кислороды образуют гексагональный рисунок. Четвертый (апикальный) кислород каждого тетраэдра располагается на перпендикуляре, проходящем через центр базального кислородного треугольника.

Октаэдрическая сетка построена из катионов, обычно алюминия, железа или магния, расположенных на равных расстояниях от шести анионов кислорода, в связи с чем сетка несет отрицательный заряд. Алюминий является распространенным катионом, и идеальный октаэдрический слой имеет состав гидроксида алюминия (Аl(OН)3 ) - минерала гиббсита. Если октаэдрические позиции заполняются трехвалентным алюминием, для достижения электронейтральности занимаются только две из каждых трех позиций и сетка классифицируется как диоктаэдрическая. Если двухвалентные катионы заполняют октаэдрические позиции, все доступные позиции заняты и сетка классифицируется как триоктаэдрическая. В результате сочетания этих трех сеток образуется основная структура глинистых минералов. Такое сочетание позволяет обобщить апикальный кислород тетраэдрической сетки и группы ОН, помещающиеся в центре гексагональных пустот основания тетраэдрической сетки, с октаэдрической сеткой. Различные группы глинистых минералов являются результатом различного рода расположений и взаимного обобщения ионов в тетраэдрической и октаэдрической сетках.

Структура глинистых минералов 1: 1. Простейшим расположением тет-

раэдрических и октаэдрических сеток являются слои 1: 1. В состав таких 1: 1 минералов входит серпентин-каолинитовая группа глинистых минералов, из которых каолинит является, вероятно, наиболее известным. В каолините пакеты 1: 1 удерживаются вместе водородными связями, образующимися между ОН-группами верхнего слоя октаэдрической сетки и базальными кислородными атомами вышележащей тетраэдрической сетки. Водородные связи достаточно сильны, чтобы удерживать пакеты 1: 1 вместе, не позволяя катионам проникать между слоями.

3. Условия образования глинистых минералов

В обычном гранодиорите верхней коры в основном выветриваются с образованием глинистых минералов именно полевые шпаты. Поскольку они являются каркасными силикатами, образование слоистых силикатов должно включать промежуточную ступень. В эту ступень входит высвобождение кремния, алюминия и других катионов с последующей их перестройкой в структуру слоистых силикатов. Поскольку в промежуточной ступени участвуют ионы почвенных растворов, на тип образующегося глинистого минерала будут влиять рН почвенной влаги и степень выщелачивания (скорость потока воды).

Алюминий и кремний осаждаются в виде нерастворимых оксидов или оксигидроксидов в пределах обычных для почв значений рН. Другие почвенные

катионы и H2 SiO4 достаточно растворимы и поэтому могут выноситься с выветривающегося участка. Различие в поведении катионов количественно выра-

жается химическим показателем изменения (ХПИ), используя молекулярные соотношения

		Al2 O3
ХПИ =
Al2 O3				Na2 O+ K2 O

где СаО- это СаО силикатов (т. е. исключаются Са-содержащие карбонаты и фосфаты).

В табл. 10 представлены показатели ХПИ для различных минералов и пород. Очевидно, что значения ХПИ, приближающиеся к 100, типичны для веществ, образующихся в условиях сильного выщелачивания, когда удаляются растворимые кальций, натрий и калий.

Таблица 10. Значения химического показателя изменения для различных материалов коры

Материал
Глинистые минералы
Каолинит
Другие силикаты
Плагиоклазовый полевой шпат
Калиевый полевой шпат
Слюда мусковит
Отложения
Баренцево море (алеврит)
Ил дельты Амазонки
Глинистые сланцы

Значения ХПИ, близкие к 100, типичны для каолинитовых глин, тогда как иллиты и смектиты имеют значения ХПИ около 75–85. В отличие от них, невыщелоченные полевые шпаты имеют значения ХПИ около 50.

На основании ХПИ можно предсказать, что каолинит будет образовываться в условиях сильного выщелачивания, что подтверждается наблюдениями в тропических режимах выветривания. На устойчивых земных поверхностях, где выветривание и выщелачивание продолжительны, на хорошо дренированных участках формируется каолинитовый, а в крайних случаях гиббситовый минералогический состав глин. Такие участки покрыты поверхностными отложениями, богатыми железом (латерит) и алюминием (боксит). Эти поверхностные отложения могут быть достаточно мощными и предотвращать последующее взаимодействие между поверхностными водами и подстилающей породой, снижая скорость ее дальнейшего выветривания.

Смектитовые глины, наоборот, образуются на слабодренированных участках. На базальтовом острове Гавайи тип почвенных глинистых минералов изменяется в последовательности «смектит - каолинит - гиббсит» с увеличением количества дождевых осадков. Подобная обобщенная зональность, основанная на степени выщелачивания, была предложена для распределения глинистых минералов по глубине в почвах.

Интенсивное выщелачивание благоприятствует образованию каолинита, поскольку катионы и H4 SiО4 выносятся и понижается отношение «кремний: алюминий», что способствует структурной организации 1: 1. При менее интенсивном выщелачивании отношение «кремний: алюминий» выше, что способствует образованию различных 2: 1-минералов в зависимости от поступающих катионов. Например, при выветривании базальта образуется много магния, формируются магниевые смектиты. В большинстве тропических сред с интенсивным выветриванием выносится весь кремний, что способствует образованию гиббсита, который можно рассматривать как структуру 0: 1 (т. е. присутствует только октаэдрическая сетка.

Силикаты состоят в основном из кремния (Si) и кислорода (О), обычно в сочетании с другими металлами. Основной структурной единицей силикатов

является тетраэдр SiО4 , в котором кремний расположен в середине тетраэдра из четырех ионов кислорода.

Силикаты классифицируются по степени сложности кремнийкислородных решеток. Мономерные силикаты построены из отдельных тетра-

эдров SiO4 , связанных с металлами. Цепочечные силикаты имеют два немостиковых атома кислорода, общее отношение Si: О равно 1: 3, что приводит к об-

щей формуле SiO3 . В каркасных силикатах каждый атом кислорода тетраэдрической группы обобщается между двумя тетраэдрами, образуется наполовину ковалентная трехмерная решетка.

Глинистые минералы - это слоистые силикаты, состоящие в основном из атомов кислорода, кремния и алюминия и построенные из слоев атомов в тетраэдрической и октаэдрической координации. Октаэдрическая сетка построена из катионов, обычно алюминия, железа или магния, расположенных на равных расстояниях от шести анионов кислорода (или ОН).

Простейшим расположением тетраэдрических и октаэдрических сеток являются слои 1: 1. Наиболее известным минералом типа 1: 1 является каолинит.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоят силикаты?

2. Какая структурная единица лежит в основе силикатов?

3. Как осуществляется связь отдельных тетраэдров в оливине?

4. Чему равно соотношение Si: О в цепочечных силикатах?

5. В чем отличие между глинистыми минералами и силикатами?

6. Как располагаются тетраэдрические и октаэдрические сетки в каолините?

7. Как называется минерал, химический состав которого отвечает формуле Al(OH) 3 и имеет только октаэдрическую сетку?

Глинистые породы занимают промежуточное положение между типичными обломочными и химическими породами. Образование их связано с химическим разрушением пород, но они не могут быть отнесены к химическим осадкам, так как глинистые минералы не выпадают из растворов.
К глинистым породам относятся породы, состоящие более чем на 50% из частиц менее 0,01 мм и содержащие не менее чем 25% частиц < 0,001 мм. Автор проводит границу между алевритами и глинами по 0,005 мм.

Минеральный и химический состав глин

Условия образования

Макроскопический облик и структуры глин. Их свойства

Гидрослюдистая глина

Каолинитовая глина

Монтмориллонитовая глина

Среди глинистых пород, на долю которых приходится не менее 60% общего объема осадочных пород, широко распространены и наиболее полно изучены глины.
М. Ф. Викулова предлагает понимать под глинами сложные полидисперсные и полиминеральные породы, которые сложены главным образом глинистыми.минералами с примесью не глинистых (обломочных и аутигенных). Глины содержат часто органические остатки, органическое вещество, поглощенные катионы и легко растворимые соли.
За последние годы достигнут большой успех в изучении глинистых пород, главным образом в области минералогии глин. Многочисленные структурно-кристаллохимические исследования глинистых минералов позволили уточнить представления о кристаллической структуре некоторых типов глинистых минералов. Наиболее существенные достижения связаны с изучением изоморфных рядов и смешанно-слойных сростков глинистых минералов. Были установлены отчетливые возможности использовать рентгеновскую дифракционную картину для выявления этих двух усложнений, которые вносят в минералогическую характеристику глинистых пород, как казалось раньше, непреодолимые затруднения. На основе этих достижений мы подошли, наконец, к возможности объективно интерпретировать данные структурного и химического исследования глинистых пород, выделяя реально существующие в них глинистые минералы и их смешанно-слойные сростки неупорядоченного типа.

Выявилось (Weaver, 1959), что в осадочных породах широко распространены особого типа смеси глинистых минералов, которые представлены смешанно-слойными образованиями, характерными продуктами диагенетических изменений основных типов глинистых минералов (гидрослюд, монтмориллонитов, хлоритов, каолиновых минералов и др.). Особенно распространенными оказались смешанно-слойные образования в. рядах гидрослюда-монтмориллонит, хлорит-вермикулит и, вероятно, каолинит-гидрослюда. Смешанно-слойные образования, наряду с нормальным изоморфизмом, определяют широкие колебания состава глинистых пород.

Конечно, не все еще в этой проблеме в настоящее время нам представляется ясным и понятным. Минералогия и петрография глин находятся сейчас в состоянии бурного развития. Об этом говорят сотни статей в научных журналах многих стран, сборники, монографии, руководства по минералогии глин и даже появление новых периодических изданий, посвященных этим проблемам (в США и Англии). В основном это результаты структурно-кристаллохимических исследований глинистых минералов и пород, которые выполнены при использовании рентгеновских методов.

Глины являются полиминеральными породами, в состав которых входят:
а) глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, хлорит, вермикулит, галлуазит, гидрослюды и смешанно-слойные образования. Эти минералы слагают наиболее тонкозернистые (предколлоидные и коллоидные) фракции глин, реже они встречаются среди пылеватых частиц;

б) обломочные зерна минералов кварца, полевых шпатов, слюд, тяжелых минералов и др.; подобные минералы распространены преимущественно в песчаных алевритовых и, в меньшей степени, в пылеватых фракциях глин;

в) сингенетические и эпигенетические не глинистые минералы, возникшие одновременно с глинистым осадком или в процессе превращения его в породу во время преобразования ее (гидрослюды и окислы железа, карбонаты, сульфаты, фосфаты, опал и др.); обычно эти минералы встречаются во фракциях > 0,001 мм и частично образуют крупные вкрапления.

Кроме того, в глинах присутствуют обменные основания щелочей и щелочных земель (поглощенные катионы) и органическое вещество, также приуроченное в основном к коллоидной фракции. Иногда в глинах присутствуют выпавшие из воды чисто химическим путем соли, приобретающие широкое распространение в соляных глинах, и органические остатки.

Минеральный и химический состав глин

Глинистые минералы делятся на аморфные и кристаллические. Аморфные не играют существенной роли среди глинистых пород. Кристаллические глинистые минералы подразделяются на несколько групп, среди которых главную роль играет каолинит, монтмориллонит и минералы гидрослюдистой группы. Меньшим распространением пользуются минералы хлоритовой группы, которые встречены в глинах галогенных толщ в современных осадках и глинистых цементах (Писарчик, 1956, Грим, 1956; Millot, 1953, 1954). Они характеризуются слоистым типом структур, так как входящие в их состав элементы образуют слои, которые можно рассматривать как плотнейшую упаковку ионов кислорода и гидроксила. Меньшие по размеру катионы располагаются в тетраэдрических и октаэдрических пустотах между анионами, образующими плотнейшую упаковку.

Тетраэдрические слои (кремнекислородные или алюмокремнекислородные) чередуются с октаэдрическими (содержащими Mg, Al, Fe и др.), которые находятся в связи не только с кислородом, но и с гидроксилом. Эти слои образуют двухслойные и трехслойные пакеты. Двухслойный пакет состоит из тетраэдрического и октаэдрического слоев. Трехслойный состоит из двух тетрэдрических и одного, расположенного между ними, октаэдрического слоя. Связь между ними осуществляется через общие ионы кислорода, расположенные в вершинах тетраэдров и октаэдров.

Выделение отдельных минералов обычно производится по характеру слоистости структуры, количеству слоев в пакете - по физико-химическим особенностям силикатных слоев и по химическому составу глин.?

Двухслойные пакеты образуют структуры минералов каолинитовой группы; трехслойные - структуры монтмориллонитовой, вермикулитовой и гидрослюдистой групп; пакеты из однослойных и двухслойных структур - минералы хлоритовой группы.

Наиболее хорошо изучены минералы группы каолинита. В состав этой группы входят каолинит Аl 2 О 3 2SiO 2 2H 2 O и галлуазит Al 2 O 3 2SiO 2 -4Н 2 О, т. е. минералы, структура которых представлена двухслойными пакетами.

Каолинит характеризуется ничтожной обменнопоглотительной способностью и весьма значительной стойкостью в зоне выветривания. Форма частиц каолинита в электронном микроскопе различна. Каолинит, возникший в результате кристаллизации алюмокремневых гелей, встречен в виде шестиугольных пластинок, обычно непрозрачных. Галлуазит менее устойчив по сравнению с каолинитом и, согласно И. И. Гинзбургу, через метагаллуазит может переходить в каолинит; он обладает несколько большей способностью к обмену оснований. Галлуазит не образует пластовых скоплений и встречается как примесь главным образом в каолинитовых, реже в бейделлитовых и в некоторых каолинит- гидрослюдистых глинах. Наибольшего развития (линзы, включения) он достигает в коре выветривания как древней, так и современной.

Галлуазит характеризуется удлиненной формой кристаллов с резкими контурами. Размер кристаллов галлуазита меняется в больших пределах.

Минералы группы монтмориллонита обладают более разнообразным химическим составом и значительной способностью к катионному обмену без нарушения их кристаллической структуры. Структура минералов группы монтмориллонита представлена трехслойными пакетами, состоящими из двух слоев тетраэдров, которые связываются октаэдрическим слоем. Характерна способность слоев раздвигаться (разбухать) под влиянием воды и органических соединений, занимающих в структурах межпластовое положение.

Идеальная химическая формула монтмориллонита Аl 2 О 3 SiO 2 + nН 2 О. Замещение алюминия магнием приводит к образованию магнезиального монтмориллонита (сапонита) 3MgO 4SiO 2 Н 2 О + nH 2 O. Если же замещающим элементом является железо, то возникает нонтронит Fe 2 O 3 4Si 2 Н 2 О + nO.

Монтмориллонит встречается в глинах в виде нескольких морфологических разновидностей, общей особенностью которых является расплывчатость очертаний частиц.
Минералы группы гидрослюд обладают изменчивым химическим составом и слабо изучены. В эту группу входит гидромусковит, иллит, глауконит и некоторые другие минералы. Химический состав характеризуется промежуточным значением содержания Аl 2 О 3 и К 2 О по сравнению с каолинитовыми и монтмориллонитовыми глинами. Характерной особенностью их является высокое содержание К 2 О (от 4 до 6,23%, по Викуловой).

Структуры гидрослюд характеризуются трехэтажными слоями, которые не раздвигаются под влиянием молекул воды и органических соединений. Гидрослюды связаны постепенным переходом с другими глинистыми минералами. Они не набухают и имеют небольшую способность к катионному обмену.

В группу бейделлита входят разнообразные глины, резко отличающиеся друг от друга по своему кристаллическому строению, химическому составу и свойствам.

Некоторые исследователи (Brown, 1955; Mac Ewan, 1951 и др.) относят бейделлит к монтмориллонитовой группе и считают, что он образует с ними изоморфный ряд. Другие (Grim, Rowland) считают бейделлиты смесями разных глинистых минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и гидратов окислов железа. В связи с этим Грим считает, что термин бейделлит должен быть изъят из употребления.

Условия образования

Большая часть глинистых минералов образуется при определенной кислотности водной среды. Так, например, щелочной среды требуют минералы группы монтмориллонита. Наоборот, лишь в кислой среде образуется каолинит и близкие к нему минералы. Гидрослюды возникают как в кислой, так и в нейтральной, реже щелочной среде.

Характер образующихся глинистых минералов в значительной мере зависит от климата, что особенно заметно на континентальных отложениях. В соответствии с этим минеральный состав современных почв изменяется в различных климатических зонах.

Среди озерных отложений наиболее часто встречаются каолинитовые и гидрослюдистые глины, в морских толщах - монтмориллонитовые, глауконитовые и гидрослюдистые. Из глин смешанного состава особенно распространены кварц-гидрослюдистые, глауконит-гидрослюдистые и др.

В целом, состав глинистых минералов является показателем физико- географических условий их образования. Следует, однако, учитывать, что глинистые минералы в процессе переноса, отложения и окаменения подвергаются существенным изменениям. По мере перехода от морских глин к континентальным иногда заметно увеличивается содержание каолинита, так как этот минерал возникает почти исключительно на суше в болотах в свойственной для них кислой среде. Поэтому все существенно каолинитовые глины встречаются исключительно в континентальных толщах. При попадании каолинита в щелочные морские воды он переходит в гидрослюды или минералы монтмориллонитовой группы.

Преобразование глинистых минералов по мере сноса их с суши в море было показано на современных осадках и в древних толщах многими исследователями (Викулова, 1955; Millot, 1953, 1954; Murray, 1954; Grim and Jones, 1954; Griffin and Ingram, 1955).

К условиям отложения глин чувствительны также и встречающиеся среди них сингенетические минералы. Например, глауконит типичен лишь для морских глин, причем по мере увеличения глубины отложения уменьшаются размеры зерен, и они приобретают все более светлую окраску; гипс и доломит часто встречаются в лагунных отложениях; пирит и марказит типичны для глин, образованных в резко восстановительной среде. При меньшем дефиците кислорода возникает сидерит и т. д.

Иногда сингенетические минералы образуют крупные конкреции, состав которых может быть весьма характерным для определения стратиграфических горизонтов глин.

В зависимости от присутствия тех или иных тонкодисперсных минералов, обычно слагающих в глинах фракцию меньше 0,001 мм, химический состав глин меняется в широких пределах.
Химический и минералогический состав коллоидной фракции различных глин существенно неодинаков. Особенно велики колебания содержания глинозема и щелочей. Заметно меняется также потеря при прокаливании. Эти изменения объясняются разнородностью общей геологической обстановки формирования глин, которая вызывает изменение их минералогического состава. При кратковременном выветривании обломочный материал подвергается лишь относительно слабому видоизменению и, как следствие этого, глинистые породы содержат мало глинозема и много щелочей (гидрослюдистые глины). При более длительном выветривании щелочи удаляются из продуктов разрушения материнских пород, и в них возрастает содержание глинозема (каолинитовые глины). Химический анализ не дает полного представления о минералогическом составе глин. Большое содержание SiO 2 может быть обусловлено как присутствием в каолинитовой глине примеси кварца, так и преобладанием минералов группы монтмориллонита, поэтому надо применять комплексное исследование.

Макроскопический облик и структуры глин. Их свойства

Для этих пород характерен ряд признаков, в частности некоторые особенности внешнего вида. Глины представляют собой тонкодисперсные породы, окрашенные в разнообразные цвета. Цвет их зависит от минерального состава глинистой массы и присутствия красящих примесей. Каолинитовые, гидромусковитовые, монотермитовые и некоторые монтмориллонитовые глины имеют белую, светло-серую и желтовато-белую окраску. Некоторые гидрослюдистые (в особенности глауконитовые), монтмориллонитовые, нонтронитовые и гидрохлоритовые глины характеризуются зеленовато-голубой окраской. Наличие органических веществ, даже в небольшом количестве, определяет черный цвет глин, окислы железа и марганца вызывают их красную, фиолетовую и бурую окраску; примесь мелких частиц хлорита или глауконита обусловливает голубовато-зеленую окраску и т. д.

Многие разновидности глин характеризуются тонкой горизонтальной слоистостью, намечаемой иногда слойками, толщиной всего в несколько сотых миллиметра. Некоторые разновидности глин (ленточные) обладают ясно выраженной ритмичной слоистостью. У многих глин макроскопически видимая слоистость отсутствует. Другие глинистые породы характеризуются пятнистыми текстурами, возникающими или в процессе осаждения, или во время диагенеза. В некоторых случаях наблюдаются плойчатые текстуры, образующиеся во время оползания глинистых осадков или в результате неравномерной усадки глинистых илов при их дегидратации.

В глинах наблюдаются следующие типы структур, обусловленные величиной частиц, слагающих глину, или процессами отложения вещества из растворов.

А) Пелитовая - характерна для глинистых пород, состоящих почти исключительно (более чем на 90%) из частиц, меньших 0,005 мм. В зависимости от степени дисперсности материала среди пелитовых структур различают пылеватую (преобладание частиц 0,005-0,001 мм) и гелевую структуру (преобладание частиц < 0,001 мм). Глины с гелевой структурой исключительно мелкозернисты и обладают или скрыто-кристаллическим (тогда они изотропны в скрещенных николях), или частично кристаллическим строением за счет перекристаллизации пород во время окаменения.

б) Алевропелитовая - характеризуется тонкодисперсной глинистой массой, на фоне которой заметны алевритовые частицы (не менее 5%). Эта структура свойственна некоторым тугоплавким и строительным глинам.
в) Псаммопелитовая - отличается от предыдущей присутствием, кроме алевритовых, также и песчаных частиц. Наблюдается часто в тугоплавких и строительных глинах.

в) Фитопелитовая - типична для темноокрашенных глин, богатых органическим веществом. В тонкодисперсной массе этих глин присутствуют как породообразующий элемент остатки растений или их обрывки, различной степени сохранности, а также рассеянные коллоидные органические вещества.
д) Конгломератовидная и брекчиевидная - образуются или в результате местного размыва глинистых отложений и цементации возникших обломков глинистым же веществом или во время диагенеза.

е) Ооидная (бобовая) структура обусловлена наличием в тонко-дисперсной глинистой массе округлых образований (ооидов) различной величины без концентрического строения, сложенных обычно тем же глинистым минералом, что и вся масса. Ооиды часто окрашены окислами железа или органическими соединениями. Наблюдаются ооиды, сложенные целиком окислами железа.
ж) Оолитовая структура - структура пород, состоящих из оолитов. В глинистой массе присутствуют как ооиды, так и оолиты. Оолиты. обычно с несколькими концентрами, которые различаются по своему составу и сложены глинистыми минералами, как и вся основная масса, окислами железа, тонкодисперсным органическим веществом, хлоритами и другими минералами.
з) Сферолитовая - возникает в глинистых породах благодаря появлению в них при окаменении сферолитов, обычно кальцита или сидерита.
и) Реликтовая - характерна тем, что в породе видны контуры частиц, за счет видоизменения которых образовались глинистые минералы.

Для глин могут быть выделены определенные разновидности микротекстур на основе различного расположения пластинчатых частиц и неодинаковой их оптической ориентировки. Среди микротекстур наиболее обычны следующие.
а) Спутанно-волокнистая - характеризуется в скрещенных николях наличием в шлифе беспорядочного переплетения тонких волокон, поочередно, погасающих и просветляющихся при вращении столика.
б) Ориентированная - характеризуется наличием агрегатов частиц со строго одинаковой оптической ориентировкой, которые благодаря этому выглядят в скрещенных николях как один кристалл. При вращении шлифа при скрещенных николях значительные его участки одновременно гаснут или просветляются. Подобная микротекстура образуется при спокойном осаждении пластинчатых частиц глинистых минералов, наслаивающихся параллельно друг другу.
в) Чешуйчатая - характеризующаяся беспорядочным расположением глинистых минералов.

Характерным физическим признаком глин, очень важным для технологии, является пластичность, т. е. способность массы влажной глины изменять под давлением свою форму и сохранять ее после устранения давления. По этому признаку все глинистые породы подразделяются на собственно глины, обладающие пластичностью, и аргиллиты, т. е. камнеподобные породы, не размокающие в воде. Своеобразной разновидностью аргиллитов являются сухарные глины.

Пластичные глины с большим содержанием глинистых частиц обладают жирным и шелковистым блеском. Тонко дисперсные, но непластичные глины чаще имеют ровный или раковистый, иногда слабо блестящий излом. Глины с примесью песчаных и алевритовых фракций характеризуются землистым изломом.

Другим характерным свойством глин, определяющим область их применения в промышленности, является огнеупорность. Огнеупорные глины сплавляются при температуре от 1580 до 1770°. Они представлены каолинитовыми разновидностями, чистыми или с примесью монотермита.

Гидрослюдистые, наиболее широко распространенные кирпичные глины плавятся при температуре ниже 1350°.

Большое значение имеет также интервал температур плавления и спекания глин. Спекание глин происходит в результате местного плавления минеральных частиц, происходящего без деформации глины. Чем больше интервал спекания (он достигает иногда 300-400°), тем выше производственная ценность глин. В результате спекания глины или изделия из них превращаются в твердый камнеподобный материал, не размокающий в воде.

Для глин характерна иногда поглотительная способность, используемая для очистки разнообразных минеральных и органических продуктов. К числу особенностей глин относится также липкость, малая химическая активность, способность к образованию устойчивых суспензий и др.

Различные типы глин применяются в керамической, огнеупорной, строительной и других отраслях промышленности.
Сопоставление основных физико-химических свойств главных групп глинистых минералов
(по данным М. Ф. Викуловой)

Глинистые минералы

Глина Физико-химические свойства

Гидрослюдистые Каолшштовые Монтмориллонитовые и бейделлитовые глины

Пределы изменения показателей преломления Двупреломление Облик агрегатов частиц под обычным микроскопом
Облик частиц в электронном микроскопе
Цвет при окрашивании 0,001 %- ным раствором метиленголубого красителя
То же, при добавке насыщенного раствора КСl
Цвет при окрашивании насыщенным раствором солянокислого бензидина
Способность к пабуханию
Характер кривой нагревания

1,560-1,600 . 0,014-0,020
Удлиненные пластинки с резко очерченными краями
Удлиненные полупрозрачные и непрозрачные пластинки с резкими очертаниями
Фиолетово-синий, синий
Фиолетово-синий, синий, голу¬бой
Грязновато-синий и серо-синий
Незначительная
Три эндотермические реакции в интервалах 100-150, 500-600 и 850-900° и иногда одна экзотермическая реакция в интервале 925-1020°

1,558-1,570
0,005-0,009
Изометричные или удлиненные пластинки с неровными краями
Шестиугольные непрозрачные пластинки и неправильные по форме частицы с резко очерченными краями
Блеклый светло-фиолетовый
Блеклый светло-фиолетовый Не окрашивается
Ничтожная
Эндотермическая реакция в интервале 500-600° и две экзотермические реакции в интервалах 900-1050 и 1100-1200°. Иногда еще одна небольшая эндотермическая реакция в интервале 100- 150° (у пластичных тонкодисперсных глин и у глин с примесью галлуазита)

В некоторых случаях пригодность глин может быть определена по их внешнему виду. Так, глины ярко-красного или бурого цвета, как содержащие много соединений железа, не могут быть огнеупорными и керамическими. Если такие ярко-окрашенные глины однородны и не содержат крупных включений карбонатов, то они могут быть кирпичными. Если они тонкозернистые, то могут использоваться как гончарные, а при значительном содержании окислов железа- относятся к группе минеральных красок.

Глины белого цвета , светло-серые, светло-желтые, светло-розовые и светло-зеленые могут быть огнеупорными , тугоплавкими или даже легкоплавкими, если они сложены монтмориллонитом. Огнеупорными могут быть иногда глины темно-серого и черного цвета, и, наоборот, даже очень светлые глины могут быть не огнеупорными, если в них присутствуют в значительном количестве карбонаты, соли, гипс и другие легкоплавкие минералы.

Неразмокающие камнеподобные глины с раковистым изломом могут быть огнеупорными. Глины, кусочки которых при погружении в воду, размокая, сильно набухают и длительное время сохраняют свою форму, всегда оказываются поглощающими.

Гидрослюдистые глины

Гидрослюдистые глины состоят из глинистых минералов, возникших на первых стадиях выветривания. Частицы, слагающие эти глины, меха-нически перенесены на место отложения, а коллоидно-химические минералы среди них играют подчиненную роль. Типичным представителем этой группы глин являются ленточные и другие ледниковые глины. К этому типу относятся также наиболее широко распространенные среди осадочных пород глины, представляющие собой смесь продуктов физического и относительно слабого химического выветривания.

Каолиновые глины

Глинистые породы каолинитовой группы.

Каолиновые глины это группа глин к которым относятся первичные каолины (глины коры выветривания, сложенные в основном каолинитом), вторичные каолины, возникающие при переотложении первичных, и каолинитовые глины, образующиеся обычно за счет выпадения соответствующих продуктов глубокого выветривания из коллоидных растворов.

Монтмориллонитовые глины Глинистые породы монтмориллонитовой группы

Монтмориллонитовые глины раньше назывались сукновальными в связи с их применением для обезжиривания шерсти при валянии сукна, а также отбеливающими глинами или фулеровыми землями. В настоящее время их чаще называют бентонитами и флоридинами. В состав этих пород входят кроме монтмориллонита и нонтронита также смешаннослойные образования, чаще всего монтмориллонит-гидрослюдистые, близкие по составу к монтмориллонитовой группе. Некоторые разновидности монтмориллонитовых глин сильно разбухают при погружении в воду.

Глинистые минералы, их строение, свойства и значение в почвоведении.

Почва более чем на девяносто процентов состоит из минеральных компонен­тов и содержит основной запас питательных веществ для растений. Почва являет­ся полидисперсной системой и имеет довольно сложный механический, минера­логический и химический состав. В качестве примера в табл. 1.1 приведен средний химический состав твердой фазы почвы (по А. П. Виноградову).

Как видно из таблицы, почти половина твердой фазы почвы приходится на кислород, одна треть - на кремний, свыше 10% -на алюминий и железо и толь­ко 7% - на все остальные элементы. Из всех перечисленных элементов только азот (а также частично углерод, водород, кислород, фосфор и сера) содержится в органической части почвы. Все остальные элементы приходятся на минераль­ную часть почвы, которая состоит из большого числа различных минералов в виде частиц, имеющих размеры от 10 -9 до 10 -3 м и более.

Все минералы, содержащиеся в почве, по происхождению подразделяются на первичные и вторичные. Первичные минералы имеют преимущественно магматиче­ское происхождение. Из них наиболее распространены в почвах кварц (окись кремния), полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды, т. е. минералы, включающие

Таблица 1.1 Средний химический состав твердой фазы почвы

кислородные соединения кремния. Эти минералы составляют основную массу магматических и почвообразующих пород. В почвах первичные минералы обычно присутствуют в виде более или менее крупных частиц размером от 10 -3 до 10 -6 м, и только очень незначительная часть их имеет более высокую степень дисперсности.

Первичные минералы в условиях земной поверхности неустойчивы и под дей­ствием сил выветривания переходят в более устойчивые соединения - вторичные минералы. Процесс выветривания протекает под влиянием как чисто физических (колебания температуры, ветер, движущая сила воды), так и химических и био­логических факторов. В результате этого из первичных минералов могут образо­ваться вторичные минералы простого состава: гидроксиды железа (II) и (III), алюминия, гидроксид кремния и некоторые другие соединения.

Кроме того, в процессе выветривания образуются также вторичные минералы более сложного строения (алюмо- и феррисиликаты). Эти последние более высо­кодисперсны, чем первичные, и имеют исключительно важное значение в создании основного свойства почвы - ее плодородия.

Все вторичные минералы сложного состава имеют пластинчатое строение и содержат химически связанную воду. Поскольку эти минералы являются важней­шей составной частью различных глин, они получили название глинистых или глинных минералов .

Число глинистых минералов довольно велико, но в почвах наиболее широкое распространение и значение для плодородия имеют в основном три группы мине­ралов: каолинитовая, монтмориллонитовая и гидрослюдистая.

К минералам каолинитовой группы относятся каолинит и галлуазит , а также некоторые другие минералы. Каолинитовые глины содержат примерно 20-25% илистых частиц (меньше 0,001 мм), из них 5-10% частиц коллоидных размеров (меньше 0,25 микрона). Минералы этой группы довольно часто встречаются во многих типах почв. Они имеют сравни­тельно небольшую набухаемость и липкость.

Из минералов монтмориллонитовой группы в почвах наиболее распростране­ны монтмориллонит , бейделлит , нонтронит и некоторые другие. Монтмориллонитовые гли­ны обладают в отличие от каолинитовых высокой набухаемостью, липкостью и связностью. Для них весьма характерным признаком является высокая степень дисперсности (до 80% частиц меньше 0,001 мм, из которых 40-45% меньше 0,25 микрона).

Среди глинистых минералов, встречающихся в почвах, большое место принад­лежит минералам группы гидрослюд. В эту группу входят гидромусковит (иллит) {KAl 2 [(Si, Al) 4 O 10 ](OH) 2 ·nH 2 O}, гидробиотит {K(Mg, Fe) 3 [(Al, Si) 4 O 10 ] (OH) 2 ·nH 2 O} и вермикулит {(Mg, Fe 2+ , Fe 3+) 2 [(A1, Si) 4 O 10 ](OH) 2 ·4H 2 O}.

Глинистые минералы различаются по структуре.

Кристаллическая решетка различных глинистых минералов построена из од­них и тех же элементарных структурных единиц, состоящих из атомов кремния и кислорода, а также из атомов алюминия, кислорода и водорода. Кроме перечис­ленных выше элементов в состав глинистых минералов могут входить Fe, Mg, К, Мn и др. В подавляющем большинстве глинистые минералы имеют слоистое строе­ние и относятся к слоистым силикатам. Как показали новейшие рентгенографиче­ские и электронографические исследования, слои глинистых минералов состоят из сочетания кремнекислородных и кислород-гидроксилалюминиевых соединений.

Установлено, что важнейшие физико-химические и водно-физические свойст­ва почвы - емкость поглощения, гидрофильность, связность, липкость, реакция среды и многие другие - находятся в прямой зависимости от минералогического состава. Теперь известно, что доступность для растений тех или иных питатель­ных элементов в значительной мере зависит от вида минералов, содержащихся в почве, и от степени их дисперсности.

Глинистые минералы в основном сосредоточены в илистой (менее 1 мкм) фракции почв. Составом и строением минералов этой фракции в значительной сте­пени определяется поглотительная способность почвы по отношению к катионам и анионам. Чем выше емкость поглощения почвы, тем больший запас питательных элементов в ней сосредоточен, следовательно, лучше ее потенциальное плодоро­дие.

Минералы группы монтмориллонита обладают не только наибольшей степенью дисперсности, но и наибольшей поглотительной способностью (1,0-1,5 мкг-экв/кг). Эти минералы способны сильно набухать и содержат до 30% связанной воды, ко­торая не может усваиваться растениями. Присутствие минералов монтмориллони­товой группы в почвах всегда положительно сказывается на растениях, обеспечи­вает большее содержание в них необходимых питательных элементов. Однако поч­вы, очень богатые монтмориллонитом, имеют невысокую агрономическую ценность. При высыхании таких почв образуются трещины, водопроницаемость их становит­ся неодинаковой, на поверхности образуется прочная корка. Эти отрицательные свойства монтмориллонита особенно сильно проявляются на почвах, бедных гу­мусом. При достаточном количестве гумуса физико-химические свойства такой поч­вы значительно улучшаются за счет образования водопрочных органо-минеральных агрегатов. Практика показывает, что добавление в сильно деградированные песчаные почвы глин, содержащих минералы монтмориллонитовой группы, по­ложительно сказывается на плодородии.

Минералы каолинитовой группы по своим свойствам резко отличаются от монтмориллонита. Каолинит обладает очень малой емкостью поглощения (0,07- 0,10 мкг-экв/кг); он практически не набухает и содержит весьма незначительное количество воды. Почвы, в которых много этого минерала, вследствие малой ем­кости поглощения отличаются низким плодородием. Сам каолинит не содержит поглощенных оснований и поэтому не является источником питания для растений. Почвы, содержащие много каолинита, хорошо отзываются на внесение в них ка­лия и других оснований.

Минералы группы гидрослюд чрезвычайно богаты легкодоступным для расте­ний калием (до 6-7%). Емкость поглощения гидрослюд в несколько раз выше, чем у каолинита, но в два-три раза меньше, чем у монтмориллонита. Почвы, содержащие много гидрослюдистых минералов, практически не нуждаются в калий­ных удобрениях.

В трудах многих ученых отмечается активное участие глинистых минералов в повышении степени доступности фосфатов почвы, калия и микроэлементов. На­личие в почвах полуторных оксидов, а также токсичного для растений подвижно­го алюминия обусловлено составом и строением высокодисперсных (в том числе и глинистых) минералов. Таким образом, качественный и количественный состав вторичных минералов имеет одно из первостепенных значений в создании основно­го свойства почвы - ее плодородия.

§7. Характеристика жидкого агрегатного состояния.

Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное поло­жение между твердыми телами и газами и сходны как с теми, так ис другими. По некоторым свойствам жидкости сходны с газами: они текучи, не имеют определенной формы, аморфны и изотропны, т. е. однородны по своим свойствам в любом направлении. С дру­гой стороны, жидкости обладают объемной упругостью, как твер­дые тела. Они упруго противодействуют не только всестороннему сжатию, но и всестороннему растяжению. Молекулы их стремятся к некоторому упорядоченному расположению в пространстве, т. е. жидкости имеют зачатки кристаллического строения.

Жидко­сти отличаются высокой текучестью и принимают форму того сосу­да, в котором они находятся.

Средней кинетической энергии молекулы жидкости вполне хва­тает, чтобы совершать перескоки из одного положения равновесия в другое, но этой энергии явно недостаточно для того, чтобы пол­ностью преодолеть силы взаимодействия окружающих молекул. Из жидкости вырывается лишь небольшое число наиболее быстрых молекул (процесс испарения). Тепловые движения молекул жидкости не выходят за пределы действия когезионных сил, поэтому жидкости имеют постоянный объем.

Огромную роль в свойствах жидкостей играет объем молекул, их форма и полярность. Если молекулы жидкости полярны, то происходит ассоциация (объединение) двух или более молекул в сложный комплекс (рис. 1.5). В таких жидкостях, как вода, жидкий аммиак, большую роль в ассоциа­ции молекул играет наличие так называе­мой водородной связи.

Свойства жидкостей в значительной ме­ре зависят от степени ассоциации их моле­кул. Как показывает опыт, ассоциирован­ные жидкости обладают более высокой тем­пературой кипения, меньшей летучестью. С повышением температуры комплексы распадаются и тем сильнее, чем слабее силы взаимодействия мо­лекул в комплексе.

Как уже упоминалось в начале этой главы, существуют и так называемые кристаллические жидкости или жидкие кристаллы , которые, будучи жидкостями, обладают, как и кристаллические вещества, анизотропными свойствами. Различают термотропные и лиотропные жидкие кристаллы.

Следует отметить, что частичная упорядоченность молекул характерна для целого ряда биологически важных веществ - белково-липидных систем, холесте­рина, некоторых солей жирных кислот и т. п. Строгая упорядоченность, вообще ха­рактерная для биологических систем, также определяется особым типом органи­зации макромолекулярных структур и по своей сущности является динамической. В живом организме эта упорядоченность поддерживается за счет равновесия между непрерывно идущими процессами распада и образования вещества и свя­зана с увеличением энтропии той системы, в которой находится организм.

§8. Внутреннее трение (вязкость) жидкостей.

Всякое тело при движении испытывает сопротивление среды, в которой оно движется. Если перемешивать стеклянной палочкой воду, сахарный сироп, глицерин, мед и т. п., ощущается сопротив­ление движению палочки. Сила, противодействующая движению тела, носит название силы трения.

Когда тело испытывает сопротивление движению со стороны своих же частиц, противодействующая сила называется внутрен­ним трением или вязкостью . Таким образом, вязкость - это внут­реннее трение, проявляющееся при относительном движении со­седних слоев жидкости и зависящее от сил сцепления (взаимодей­ствия) между молекулами . Во всех жидкостях при перемещении одних слоев относительно других возникают более или менее зна­чительные силы трения, направленные по касательной к поверхно­сти этих слоев. Сила внутреннего трения F прямо пропорциональна площади S трущихся друг о друга слоев жидкости и скорости их движения dU и обратно пропорциональна расстоянию этих слоев dx один от другого:

При выражении силы трения F в ньютонах, dx в м, dU в м/с, a S в м 2 , получим

Вязкость является величиной, характерной для данной жид­кости.

Жидкости, подчиняющиеся уравнению (I.31), получили назва­ние ньютоновских. Однако есть жидкости, которые не подчиняются этому уравнению, например растворы высокомолекулярных соеди­нений.

Вязкость жидкостей в значительной степени зависит от темпе­ратуры: с повышением её вязкость жидкости понижается.

Величина, обратная вязкости, т. е. 1/η, называется текучестью. Эфир, этиловый спирт являются легкотекучими или легкопо­движными, а глицерин, деготь - труднотекучими, или, иначе, ма­лоподвижными жидкостями.

Значение вязкости в природе очень велико. В биологических системах она влияет на протекание ряда важнейших процессов в живом организме. Большую роль вязкость играет в различных технологических процессах в промышленности. В частности, ско­рость движения различных жидкостей по трубам в основном зави­сит от вязкости транспортируемой жидкости.

С понижением вязкости жидкости при нагревании связано по­вышение электрической проводимости растворов электролитов (проводников второго рода).

группа водных силикатов, слагающих основную массу глин и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства. Г. м. являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания Г. м. испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц Г. м. в глинах большей частью не превышают 0,01 мм . По кристаллической структуре Г. м. относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам. В кристаллических решётках типичных Г. м. чередуются сетки кремнекислородных тетраэдров (ионы кремния в четверной координации) с сетками гидроксильных октаэдров, в центре которых располагается атом алюминия, железа или магния, причём двухвалентный магний выполняет все октаэдры (триоктаэдрические силикаты), а трёхвалентный алюминий только два из трёх (диоктаэдрические силикаты).

Г. м. с двухэтажной структурой образованы тетраэдрической и октаэдрической сетками - группа Каолинита, например каолинит, диккит, накрит, галлуазит; Г. м. с трёхэтажной структурой состоят иэ двух внешних тетраэдрических и средней октаэдрической сеток - группа гидрослюд (См. Гидрослюды), например гидромусковит и глауконит (в межслоевых промежутках расположен атом калия); группа Монтмориллонита, например Al-moнтмориллонит и Fe-moнтмориллонит (нонтронит) (в межслоевых промежутках - вода и обменные катионы); группа хлоритов (См. Хлориты) - в структуре чередуются трёхэтажные слои и межслоевые промежутки (октаэдрические сетки). Известны также Г. м. более сложной структуры.

Кристаллохимическим различиям в структуре Г. м. отвечают определённые отличия в их химическом составе. В силу этого свойства Г. м. резко различаются. Так, например, монтмориллонитовые минералы обладают очень высокой обменной способностью и адсорбционными свойствами, тогда как у каолинитовых минералов эти свойства выражены слабо. Г. м., относящиеся к группе гидрослюд, при нагревании резко увеличиваются в объёме. Для диагностики Г. м. используют инфракрасную спектроскопию, химический рентгеновский, электронографический, электронномикроскопический, термический методы.

Лит.: Гинзбург И. И., Рукавишникова И. А., Минералы древней коры выветривания Урала, М., 1951; Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов, пер. с англ., М., 1965.

В. П. Петров.

• - местные куры мясо-яичного направления. Выведены в Полтавской обл. Оперение палевое, концы маховых перьев и косицы хвоста чёрные...

  Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

• - почвы, содержащие свыше 50-60% глины. Остальная часть состоит из песка, аморфной кремневой кислоты, гидрата окиси железа и обломков горных пород. Во влажном состоянии Г. п. пластичны...

  Сельскохозяйственный словарь-справочник

• - см. также ПОРОДНЫЕ ГРУППЫ ГУСЕЙ Породная группа выведена в племзаводе "Пионер" Владимирской области...

  Породы сельскохозяйственных животных. Справочник

• - см. также 14. ГУСИ Породная группа выведена в племзаводе “Пионер” Владимирской области...

  Генетические ресурсы сельскохозяйственных животных в России и сопредельных странах

• - сложенные- преимущественно глинистыми м-лами. Термин часто неправильно применяется к осадкам, в составе которых преобладает пелитовая фракция. См. Илы пелитовые...

  Геологическая энциклопедия

• - м-лы, хлориты, б. ч. богатые Fe и с повышенным содер. Аl. Мон. В совр. океанских осадках, в аргиллитах с гидрослюдами...

  Геологическая энциклопедия

• - связанные в сухом состоянии грунты, для которых число пластичности > 0,01 ...

  Словарь геологических терминов

• - вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, а также простые окислы и гидраты окислов кремния, железа и алюминия, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких фракций некоторых других осадочных...

  Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

• - М., имеющие слоистую или слоисто-цепочечную структуру, класса водных силикатов и алюмосиликатов...
• - гли́нистые пусты́ни обширные равнинные пространства, сложенные глинистыми или суглинистыми отложениями, поверхность которых испытала мощное дефляционное разрушение...

  Географическая энциклопедия

• - см. Глины лечебные...

  Большой медицинский словарь

• - Teofilak, 1965, - сложены в основном каолинитом, который иногда замещается сидеритом; присутствуют шамозит и кальцит. Ядром О. г. является преимущественно кварц. Встречены в батском ярусе Ще-тинского синклинория...

  Геологическая энциклопедия

• - глинистые метам...

  Геологическая энциклопедия

• - скопление глинистых частиц или их псевдокристаллов, не имеющее четких границ, на контактах тонкодисперсной массы с другими средами. Результат процесса сепарации...

  Толковый словарь по почвоведению

• - содержащие около 35-45 % чистой глины, отличаются, в хозяйственном отношении, особыми характерными свойствами, которые довольно верно определяются самыми названиями этих почв: сырые, вязкие, липкие, холодные, тяжелые и,...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - группа водных силикатов, слагающих основную массу глин и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства...

  Большая Советская энциклопедия

"Глинистые минералы" в книгах

МИНЕРАЛЫ

Из книги Вернадский: жизнь, мысль, бессмертие автора Баландин Рудольф Константинович

МИНЕРАЛЫ Минералогия XIX века во многом разделяла судьбу кристаллографии. Здесь также господствовали описания и классификации. Проводилась «бухгалтерская опись» минералов - занятие полезное, если оно не становится чрезмерным.Казалось, а чем еще заниматься минералогам?

Минералы любви

автора Гурвич Михаил Меерович

Минералы любви

Из книги Большая книга о питании для здоровья автора Гурвич Михаил Меерович

Минералы и антиоксиданты

автора Годуа Александра

Минералы и антиоксиданты

Из книги Ягоды годжи, семена чиа и зерна киноа для оздоровления и похудения автора Годуа Александра

Глинистые грунты

Из книги Современные работы по закладке фундамента. Виды работ, материалы, технологии автора Назарова Валентина Ивановна

Глинистые грунты Глинистые грунты – это связанные грунты, для которых число пластичности Jp > 0,01. По содержанию песчаных частиц и числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супесь, суглинок, глину (табл. 1).Таблица 1 Числом пластичности называют разницу

41. Хлорофилл и минералы

Из книги Глубина 11 тысяч метров. Солнце под водой автора Пикар Жак

41. Хлорофилл и минералы Около 16.00, в ожидании новостей с Луны, определяю содержание хлорофилла и минералов в океанской воде, пользуясь прибором, который сконструировал для нас У. Иген, научный сотрудник Геоастрофизического отдела «Граммена».В океане хлорофилл

Минералы

Из книги Аюрведа и йога для женщин автора Варма Джульет

Минералы Минералы, так же, как и металлы, излучают электромагнитные волны, особого рода вибрации. С целью профилактики заболеваний и оздоровления можно носить ювелирные украшения с минералами или настаивать воду на минералах и пить ее. Минералы способствуют активизации

Тяжелые почвы: тяжелосуглинистые и глинистые

Из книги Золотая книга богатого урожая автора Самсонов Сергей Анатольевич

Тяжелые почвы: тяжелосуглинистые и глинистые В глинистых почвах мало воздуха, много воды, однако только небольшую ее часть растения могут использовать. Эти почвы, как правило, дренированы. При недостатке влаги на почве образуется прочная корка. Жизнедеятельность

МИНЕРАЛЫ

Из книги Салон красоты на дому автора Коробач Лариса Ростиславовна

МИНЕРАЛЫ Минералы – это неорганические вещества, которые нужны организму в небольших количествах. Минералы содержатся в почве и воде, в продуктах органического происхождения. В организме минералы играют важную роль в обменных процессах, а также в синтезе белков,

Глинистые почвы

Из книги Как повысить плодородие почвы автора Хворостухина Светлана Александровна

Глинистые почвы Глинистые почвы не случайно называются тяжелыми. Их главными отличительными свойствами являются повышенная плотность и вязкость. При увлажнении они чрезмерно слипаются и становятся почти непригодными для обработки и выращивания растений.Грунт данного

Глинистые минералы

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГЛ) автора БСЭ

V. Минералы.

Из книги Самоврачевание и скотолечение у русского старожилого населения Сибири автора Виноградов Георгий Семенович

V. Минералы. Глина. Б?лая (перфи?льская) глина прим?няется какъ жаропонижающее средство: ею, напр., обкладываютъ обожженныя или опаренныя м?ста; ее?дятъ отъ изжоги; всякая глина, въ соединеніи съ олифой, тоже признается полезной при ожогахъ.Громо?ва стр?ла „водится у кажной

Минералы

Из книги Симфония для позвоночника. Профилактика и лечение заболеваний позвоночника и суставов автора Котешева Ирина Анатольевна

Минералы Еще греческие ученые Платон, Геродот, Теофраст высказывали убеждение в целительных свойствах камня. Аристотель даже составил сборник легенд о камнях. Полный обзор имевшихся на то время сведений о камнях сделал в своей «Естественной истории в 37 книгах»

Минералы

Из книги Рельефный пресс за 3 месяца автора Толкачев Алексей Иванович

Минералы После воды самыми важными для жизнедеятельности клеток веществами являются минералы. Минералы, которым следует уделить внимание, – это калий, натрий, магний и кальций, потому что именно они нужны человеку в больших количествах.В жизни клетки, а также за ее

Рассматривая термин «глины» с точки зрения седиментации, его в первую очередь связывают с понятием размера частиц, однако, с химической и минералогической точки зрения, под «глинами» понимают определенные глинистые минералы. Эти глинистые минералы представляют собой кристаллические образования со слоистой структурой, состоящие из слоя кремнезема и глинозема. К глинистым минералам относятся смектит, иллит, хлорит и каолинит. Они присутствуют в породе в виде мелких кристаллических частиц, размер которых позволяет отнести их к категории глинистых частиц. Анализ типа глинистых минералов, присутствующих в сланцевых глинах, проводится с помощью метода дифракции рентгеновских лучей.

Глинистые минералы абсорбируют на своих поверхностях воду и катионы. Как было указано ранее, глинистые минералы имеют мелкий размер частиц и слоистую структуру, что обеспечивает большую удельную площадь поверхности (т.е. площадь поверхности на грамм материала). Иллит, хлорит и каолинит представляют собой мелкие кристаллы, адсорбирующие на своих внешних поверхностях воду и катионы. Способность смектита адсорбировать воду гораздо выше, чем у других глинистых минералов, поскольку вода и катионы адсорбируются не только на внешних поверхностях его частиц, но и между слоями кристаллической структуры смектита.

Способность адсорбировать воду, способность глин обменивать катионы и удельная площадь поверхности глин - связанные между собой явления, которые иногда называют коллигативными свойствами глин. Эти свойства определяют степень активности глин, однако, поскольку такой параметр, как катионообменная емкость (КОЕ), очень просто измерить, он является практическим методом определения активности глин. КОЕ сухих глин измеряется методом титрования метиленового синего. Стандартной единицей измерения катионообменной емкости является миллиэквивалент на 100 г сухой глины. При замере КОЕ используется раствор метиленового синего 0,01 N, отсюда количество миллилитров раствора метиленового синего, необходимое для достижения конечной точки титрования, равно миллиэкв./100 г.

Ниже приведен диапазон значений КОЕ для различных глинистых материалов:

Очевидно, что смектит, по сравнению с другими глинистыми минералами, представляет собой наиболее активный/реакционноспособный минерал. Глинистые породы, содержащие смектит, гораздо более восприимчивы к воде, и в наибольшей степени подвержены гидратации. Сланцевые глины, в состав которых входят другие глинистые минералы, гидратируют в меньшей степени, однако, они тоже могут быть водочувствительными. Объем глинистых минералов, входящих в состав сланцевых глин, варьируется. Реакционная способность глинистых пород зависит от типа и объема глинистых минералов, присутствующих в породе. Часто для замера активности сланцевых глин вместо метода дифракции рентгеновских лучей лучше использовать КОЕ.

Иллит и смектит имеют схожую кристаллическую структуру. Она представляет собой чередующиеся трехслойные образования, где между двумя прослоями кремнезема находится слой алюминия. Отличительной особенностью смектита является то, что указанные трехслойные образования перемежаются слоями адсорбированных ионов и воды. Структура иллита отличается наличиемионов калия между указанными трехслойными образованиями и отсутствием воды. К тому же, в слоях кремнезема, присутствующих в иллите, произошло значительное замещение атомов кремния атомами алюминия, в смектите подобного не произошло. Атомы калия в иллитовой структуре не являются обменными ионами, они представляют собой фиксированную часть кристаллической структуры; обменными являются только те ионы, которые расположены на внешних поверхностях иллита. В смектите, ионы между слоями являются катионнообменными и представлены натрием, кальцием, магнием и калием (обратите внимание, что ионообменный калий в смектите не такой же, как в иллите).

Как уже отмечалось ранее, при обсуждении диагенеза, смектитовые и иллитовые глины чаще всего бывают представлены как смешанослойные минералы. В минералах подобного типа некоторые слои содержат обменные ионы и воду, тогда как другие «крепко связаны» атомами калия, находящимися между слоями. Смектиты и иллиты присутствующие в шельфовых отложениях и осадочных породах, в основном залегают в виде смешанослойных глин. Многие бурильщики с большим стажем, и некоторые другие категории специалистов, непосредственно занимающиеся бурением, вместо термина смектит используют монтмориллонит или бентонит, подразумевая под этим глины, содержащие воду внутри слоистой структуры. Такая ситуация объясняется тем, что специалисты, изучающие глины, в течение многих лет разрабатывали номенклатуру глинистых материалов. В настоящее время процесс уточнения терминологии продолжается, так как обнаруживаются новые детали, касающиеся природы глинистых материалов. Для более подробной характеристики того или иного глинистого материала предлагаются следующие определения:
Смектит - группа глинистых минералов, имеющих трехслойную структуру, и содержащих воду между слоями алюмосиликата. В данную группу минералов входят монтмориллонит, гекторит, сапонит, нонтронит и ряд других минералов.
Иллит - особый глинистый минерал, структура которого схожа со структурой смектита, однако между двумя слоями алюмосиликата отсутствует слой воды. Специалисты еще не определили иллит в отдельную группу минералов, однако над этим ведется работа.
Монтмориллонит - широко распространенный минерал, относящийся к смектитовой группе минералов. Большинство смектитовых глин, залегающих в Мексиканском заливе в зоне США, являются монтмориллонитом. В других осадочных бассейнах могут быть другие отложения.
Бентонит с точки зрения геологии - это отложения измененного вулканического пепла. В промышленном использовании, под термином бентонит подразумевается монтмориллонит натрия, добываемый и используемый в качестве добавки к буровым раствором. Бентонитовая глина, добываемая в Вайоминге, извлекается из бентонитового пласта, тогда как в других районах эта глина может добываться и из других типов геологических отложений.

Хлоритовые глины по активности схожи с иллитом. Хлориты относятся к группам особых глинистых минералов. Как правило, они содержат слой алюминия между двумя слоями кремнезема, а также слой оксида магния или железа. Вода между слоями отсутствует. Некоторые, сформировавшиеся в более ранние эпохи, глинистые породы, сильно измененные в результате диагенеза, в качестве глинистых составляющих содержат только хлорит и иллит. Большинство этих глин можно назвать относительно нереактивными, но некоторые из них могут гидратировать и осыпаться.

Каолинитовая глина менее активна, чем другие глинистые минералы. Базовую структуру каолинита составляют перемежающиеся слои кремнезема и алюминия. Размер кристаллов каолинита обычно превышает размер кристаллов смектита или иллита, они имеют меньшую удельную площадь, катионообменную емкость и обладают меньшей способностью адсорбировать воду. Каолинитовые глины могут диспергироваться в водных буровых растворах.

Тип глин, представленных в породе, анализируется с помощью метода дифракции рентгеновских лучей. Данный метод заключается в измерении расстояния между атомными плоскостями кристаллического вещества. В следующей таблице представлены величины толщины слоев в ангстремах (Å или 10-8 см) для наиболее распространенных видов глин:

Стоит напомнить, что расстояние между кристаллами в смектитовой глине зависит от типа ионов. Один из классических методов идентификации смектита в случае, если возникает сомнение относительно его присутствия, - обработать глины этиленгликолем, и посмотреть, увеличилось ли расстояние между плоскостями до 17 ангстрем.
Для получения более подробной информации о механизмах катионного обмена, а также набухания и дисперсии глин, см. главу

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства