Tiểu luận Khoáng vật và đá hình thành nên đất

Khái niệm chung về khoáng chất Theo địa chất học: khoáng chất là sản phẩm tự nhiên của các quá trình hoá lý và các quá trình địa chất diễn ra trong vỏ Trái Ðất, có thành phần tương đối đ

1.1 Khái niệm chung về khoáng chất

Theo địa chất học: khoáng chất là sản phẩm tự nhiên của các quá trình hoá lý và các quá trình địa chất diễn ra trong vỏ Trái Ðất, có thành phần tương đối đồng nhất và có những tính chất vật lý, hoá học nhất định

Khoáng chất tồn tại ở 3 thể: rắn, lỏng và khí, trong đó chủ yếu ở thể rắn Khoáng chất thể rắn hình thành và tồn tại ở 2 dạng cơ bản là kết tinh tạo thành các tinh thể và vô định hình, hầu hết khoáng vật ở dạng tinh thể Hình dạng tinh thể do sự liên kết theo quy luật của các nguyên tử, ion hoặc phân tử tạo nên các mạng lưới tinh thể

a Muối mỏ b Thạch anh Mạng lưới tinh thể và hình dạng một số khoáng vật

Các khoáng vật khác nhau có: hình dạng, kích thước, độ cứng, tỷ trọng, màu sắc, cát khai, vết vỡ, thành phần hoá học rất khác nhau, đây cũng là những dấu hiệu để nhận biết và phân loại khoáng vật trong tự nhiên

Na

Cl

có cùng thành phần hoá học là C nhưng kết tinh ở mạng tinh thể khác nhau mà than chì

Xét về mặt phát sinh thì khoáng chất là những hợp chất tự nhiên được hình thành

do kết quả của nhiều quá trình như lý học ,hóa học ,lý hóa học… của vỏ quả đất các khoáng chất khác nhau đều có cấu trúc và tính lý hóa riêng biệt

Trong khái niệm về khoáng chất cần phân biệt hai loại :

a Khoáng nguyên sinh

Được tạo ra trong khối macma nóng chảy ở trong lòng đất hoặcphun trào lên trên

bề mặt đất và ngưng tụ lại

Tính chất của các đá khác nhau đối với phong hóa không đồng nhất tính bền vững của đa đối với phong hóa do độ bền vững của các khoáng chất tạo nên chúng quyết định độ bền vững khác nhau của các khoáng trong đá ở một mức độ đáng kể do tính chất tinh thể của chúng quyết định.Nhưng khoáng chất nguyên sinh thường gặp trong đá và đất là:

trình phong hóa trong lớp vỏ phong hóa

các hạt thạch anh còn nguyên vẹn hay chỉ bị

gặm mòn ở ria mép

Hình 4 mặt của Oxyt silic cũng là bộ phận quan trọng nhất của cấu trúc tinh thể

của các silicat-là những khoáng chủ yếu tạo

nên khối đá Fenspat,mica,piroxen,amfibol

và nhiều khoáng chất khác cũng thuộc vào

khối này

2 Fenspat

Fenspat tạo nên nhóm khoáng tạo đá rất phổ biến (khoảng 50% trọng lượng của thạch quyển).cấu trúc tinh thể hóa học là một bộ kung phức tạp được tạo thành bởi các hình 4 mặt Oxy với các ion silic và nhân nằm ở bên trong những hình 4 mặt này được nối với các cation kiềm và kiềm thổ Na+

,Ca2+,K+, có trị số bán kính ion tương đối lớn

Hàm lượng các kiềm và canxi trong thành phần của fenspat biến đổi có quy luật,vì vậy người ta chia làm hai loại địa hình

 Loại thứ nhất:

Tạo nên fenspat-kali-natri, đại diện của chúng là những khoáng có octolaz đơn tà

và microlin tam tà công thức hóa học có dạng K(AlSi2O8) (fenspat kali) Octoclaz gặp nhiều nhất và là một trong những khoáng vật chính của đá macma axit như granit,liparit

 Loại thứ hai –plagioclaz:

Là sự hỗn hợp vô định hình liên tục của hai thành viên anbit:Na(AlSi2O8) (fenspat natri) và anotit Ca(AlSi2O8) (fenspat canxi).Fenspat natri là một loại fenspat phổ biến trong tự nhiên có nhiều trong đá macma axit Fenspat không bền vững đối với quá trình phong hóa.đặc biệt là plagioclaz với hàm lượng anoctit cao bị phá hủy nhanh điều đó có

Nguyên tử Silic Nguyên tử oxy

Hình 1.2: Cấu tạo của khối 4 mặt oxit silic, khoảng cách Si-O2 là 1,6 Ǻ

hình 4 mặt của Oxyt silic đều hướng các đỉnh vào với nhau nối với các ion nhôm Những

cụm 3 lớp nối với nhau bằng những ion kali cũng hình thành như vậy

 Muscovit

Muscovit còn gọi là mica trắng có thành phần cấu tạo là:

KAl2[(OH,Fe)2.AlSi3O10].Tinh thể muscovit có dạng dẹt hình

tấm mỏng hoặc dạng vẩy, không màu,nhưng thường lẫn màu

xám trắng,đôi khi phớt hồng Muscovit có nhiều trong đá granit,

gnai, phiến thạch mica, sa thạch Muscovit có nhiều ở bão hà,

lào cai

 Biotit

Biotit còn gọi là mica đen,có thành phần cấu tạo là:

K(Mg,FeII,Mn)3.(AlSi3O10).(OH,F)2 Tinh thể biotit thường dẹt

hoặc hình trụ, có màu đen, đôi khi có màu lục Biotit thường

gặp trong đá granit, syenit, diorit, poocfia nhiều nhất trong đá

gnai và phiến thạch mica Ở nước ta biotit có trong phiến thạch

ở thượng nguồn sông Hồng và sông Đà.Các mica trong quá

trình phong hóa dễ dàng bị mất các ion kiềm, các ion này nối

thành các lá 3 lớp.mica đen bền vững hơn mica trắng

Các hình 4 mặt oxyt silic được nối với nhau thành nhưng lưới bằng phẳng

(silicat cấu trúc lớp (Si4 O 11 ) 6 - ∞ – cấu trúc mica

4 Pyroxen và amfibol

Muscovit (mica trắng)

Biotit (mica đen)

R7(Si4O11).(OH)2, trong đó R là những cation kim loại hóa rị 1,2,3

a Các hình 4 mặt của oxyt silic được nối với nhau thành những giây xích

(chuổi) - [SiO2] -2

- cấu trúc piroxen

b Silicat cấu trúc băng - [SiO2] -2 - cấu trúc amfibol

5 Các khoáng thuộc nhóm olevin

Các khoáng này chiếm một lượng đáng kể trong các đá siêu bazơ và một phần trong đá macma bazơ

Nhưng loại khoáng chất thuộc nhóm này là tinh thể hổn hợp của hai dạng forterit (Mg2SiO4) và faylit (Fe2SiO4).cấu trúc tinh thể hóa học của các khoáng thuộc nhóm này được đặc trưng bằng những hình 4 mặt Oxyt silic nằm riêng lẻ, các hình này được nối với nhau bằng nhưng ion sắt và magiê hóa trị hai

Olevin là sản phẩm trung gian giữa hai loại trên Công thức của olivin là (Mg,

FeII)2SiO4 Olivin có màu phớt lục hoặc vàng, có khi không màu Olivin kém bền vững dễ

bị phong hóa thông qua oxy hoặc Fe+2 vì vậy chúng bị phá hủy một cách nhanh chóng

Olivin thường gặp trong đa macma bazơ có màu tối, nghèo silic như bazan (bazan olivin), gabro, diabaz Đá bazan ở Vạn Yên, Liên Sơn (Tam Đảo), ở Lâm Đồng chứa nhiều olivin.Phù sa ở Chợ Bờ, cao bằng, đôngThái Nguyên, nam Thanh Hóa có nhiều hạt olivin…

Nếu chúng ta đặt các khoáng tạo đá chủ yếu nhất theo mức độ tăng lên về độ bền vững đối với các quá trình phong hóa thì chúng ta sẽ có những vị trí nối tiếp nhau liên tục như nhà nghiên cứu người mỹ X.Goldis đả xác định:

Augit (Piroxen) Plagiocla Canxi

Amfibol (Hocblen) Plagiocla Canxi - Natri

Biotit (Mica đen) Plagiocla Natri - Canxi

1 Khoáng của các muối đơn giản :

Khoáng của các muối đơn giản được tạo thành khi phong hóa các khoáng nguyên sinh và kết quả của các quá trình hình thành đất

 Khoáng nhóm cacbonat:

- Canxit - CaCO3 có hàm lượng các thành phần hóa học tương ứng là CaO:56%,

CO2:44%,ngoài ra còn có thể còn chứa một hàm lượng nhỏ Mg, Fe, Mn Dạng tinh thể có mặt tam giác hay hình thoi Phần lớn canxit không màu hoặc màu trắng sữa, nếu lẫn tạp chất chỉ còn có màu xám, vàng, hồng hoặc nâu đỏ hay đen

Canxit là một loại khoáng chất phổ biến trong tự nhiên là thành phần chủ yếu của

đá vôi Ở nước ta canxit có nhiều ở vùng đá vôi Ninh Bình và vùng Tây Bắc

- Đolomit - [Ca,Mg](CO3)2 có thành phần hóa học bao gồm CaO:30,4%,MgO:21,7%, CO2:47,9%,ngoài ra còn

có một lượng nhỏ Fe, Mn, Co, Zn.Tinh thể đolomit rất giống tinh

thể canxit Đolomit có màu trắng xám, vàng nhạt hoặc nâu nhạt

thường gặp nhiều trong vùng đá vôi đặc biệt là trong vôi biến Tinh thể Dolomit

Ngoài ra khoáng chất cacbonat còn gặp sođa – Na2CO3.10H2O

 Khoáng nhóm sunfua và sunfat:

- Pirit – FeS2, có thành phần hóa học gồm 53,4% S và 46,6% Fe, các chất lẫn thường có Co và Ni Tinh thể Pirit có nhiều hình khác nhau óng ánh vàng Pirit có nguồn gốc từ núi lửa phun ra hay do những vùng giàu lưu huỳnh trong điều kiện yếm khí

- Thạch cao – CaSO4.2H2O chứa 32,5 CaO, 46,6% SO3 và 20,9% H2O

Tinh thể thạch cao có hình lăng trụ đối xứng trong suốt, thường được hình thành những khối lớn trong các hồ và biển cạn

Ngoài ra thuộc nhóm này còn có mirabilit -Na2SO410H2O

 Khoáng nhóm phốt phát:

- Apatit: Ca5(PO4)3(Cl, F, OH) Trong đó Florua apatit có hàm lượng P2O5 : 42,3%, CaO : 55,5% và F : 3,7%

Clorua apatit có hàm lượng P2O5 : 41%, CaO : 55,8% và Cl : 6,8%

Tinh thể apatit có hình lăng trụ hoặc có hình mặt kim có Màu trắng, lục nhạt hoặc lục, đôi khi cóm màu vàng nâu.Apatit thường gặp trong các lọa đá macma Đây chính là nguồn dự trữ dinh dưỡng phốt pho quan trọng của thực vật

- Phốtphorit : Ca3(PO4)3 thường gặp trong đa trầm tích Ở những vùng đá vôi giàu phốtpho, do quá trình phong hóa mà phốtpho tích lũy lại thành Phốtphorit

- Vivianit : Fe(PO4)2.8H2O, chứa 28,3% P2O5, 43% FeO Tinh thể Vivianit thường

có hình trụ , hình kim với màu trong suốt nhưng dễ bị oxy hóa thành màu xám, thường gặp dưới các lớp than bùn

Những khoáng này có khả năng tích lũy ở trong đất một lượng rất lớn trong điều kiện khí hậu khô Thành phần, chất lượng của chung quyết định mức độ và đặc điểm đổ

mặn của đất

Tinh thể apatit, Canada Vivianit

2 Khoáng của các oxyt và hydroxyt:

Đó là những hidroxyt silic, nhôm ,sắt , mangan được tạo thành có đạng vô định hình khi phong hóa các khoáng nguyên sinh ở dạng hydrat hóa những gel cao phân tử và dần dần bị phản hydrat hóa và kết tinh tạo thành oxyt và hydroxyt có cấu trúc tinh thể.Nhiệt độ cao, giá lạnh, khô hạn và điều kiện oxy hóa thúc đẩy sự tạo thành tinh thể

 Hydroxyt silic (SiO2.nH2O) trải qua thời kì lâu dài chuyển thành gel cứng

Opan (SiO2.nH2O) với hàm lượng nươc từ 20% đến 30% sau đó bị mất nước chuyển thành dạng tinh thể Khanxeđon và thạch anh SiO2

 Hydroxyt mangan có màu đen, mềm kết thành những hạt tròn nhỏ có trong

đất phù sa và đất đá vôi – được kết tinh dưới dạng khoáng Piroluzit - MnO2, Mangannit -

 Oxyt và hydroxyt sắt có màu nâu đỏ đến màu nâu vàng hoặc nâu đen Nói

chung các loại khoáng vật chứa sắt đều có khả năng phân giải tạo thành hdroxyt sắt thứ sinh Loại này có nhiều trong đất đỏ và là thành phần chính của kết von và đá ong vùng nhiệt đới, bao gồm các loại sau:

- Hematit - Fe2O3, có màu đỏ hoặc màu nâu đỏ, có nhiều trong đất đỏ feralit, tập trung nhiều thì thành quặng sắt

- Magnetit – Fe3O4 hoặc Fe2O3.FeO màu đen, hút kim loại phân bố nhiều trong

 Diaspor - AlO(OH) chứa 85% Al2O3, đôi khi còn lẫn một

lượng nhỏ sắt, mangan hay crom Tinh thể diaspor

dạng lớp mỏng có màu trắng,nâu phớt vàng, tím tươi hoặc xám lục

trong đá biến chất thường gặp diaspor Những khoáng này ở trong

nhiều loại đất thường gặp một lượng không lớn Gơtit và Gibsit có

nhiều trong đất feralit

Mức độ kết tinh của các khoáng gây nên độ hòa tan của

chúng “phản ứng của môi trường càng lớn thì đọ hòa tan càng nhỏ” Phản ứng của môi

trường ảnh hưởng rất lớn đến độ hòa tan của sét quy oxyt Khi pH <5 thì nhôm chuyển sang dạng ion, còn khi pH<3 thì sắt hóa trị 3 chuyển thành dạng ion

Nhứng chất vô định hình có độ phân tán cao như mùn ,từ núi lửa,olofan (Al2O3.SiO2.nH2O) nhiều tính chất phụ thuộc vào hàm lượng và bản chất của những chất vô định hình Mùn và sét quy oxyt có vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc đất.Oxyt nhôm, sắt vô định hình nhờ có bề mặt lớn hấp phụ nhiều lần làm giảm khả năng cung cấp nó cho thực vật

3 Khoáng sét

Khoáng sét là những alumo – ferosilicat thứ sinh Chúng được tạo thành do kết quả tổng hợp từ những sản phẩm cuối cùng của sự phong hóa các khoáng nguyên sinh cung như bằng cách thay đổi dần dần các khoáng nguyên sinh trong quá trình phong hóa

và hình thành đất khoáng sêt phổ biến nhất trong đất gồm các nhóm montmorilonit,

Diaspor

 Có nước liên kết hóa học trong thành phần của chúng

Tuy nhiên mỗi khoáng nhóm có tính chất đặc trưng riêng và ý nghĩa trong độ phì nhiêu của nó

- Khoáng sét nhóm Montmorilonit - [Al2 Si 4 O 10 (OH) 2 nH 2 O]

Thuộc nhóm này thì có nontronit, beidelit, xaponit… được phâ bố rộng rải ở trong đất trừ đất feralit (ở trong đất feralit montmorilonit có rất ít hoặc hoàn toàn không có) Montmorilonit có mạng lưới tinh thể 3 lớp, được tạo thành từ 2 khối 4 mặt của Oxyt silic, giữa 2 lớp đó có lớp hình 8 mặt của hydroxyt nhôm Mạng lưới 3 lớp này lần lượt kế tiếp nhau trong tinh thể và làm cho chúng có cấu trúc lớp

Trong khối 4 mặt và khối 8 mặt của nhóm khoáng montmorilonit sự thay đổi đồng hình có thể có thể xảy ra và gây ra thay đổi thành phần hóa học của khoáng Điện tích còn thừa được bù bằng nhưng cation này chủ yếu là trao đổi silic của khối 4 mặt có thể bị thay thế bằng magiê, sắt, niken, kẽm, đồng và những nguyên tố hóa học khác: mMg3(OH)2[Si4O10].n(Al, Fe)2(OH)2[Si4O10].pH2O (m, n thường bằng 0,8 – 0,9)

Khoáng sét nhóm montmorilonit

Sự liên kết giữa các lớp yếu – các khoáng này có độ trương lớn, phụ thuộc vào lượng nước chứa giữa các lớp mà khoảng cách giữa các lớp thay đổi từ 9,4 đến 21,4Ao

khoảng cách giữa các lớp lớn cho phép kiềm trao đổi xâm nhập vào chúng một cách tự

do Các khoáng thuộc nhóm montmorilonit có độ phân tán cao, chúng chứa tới 60%phần keo và 80% hạt <0,001mm cấu trúc đặc biệt và tính phân tán cao gây nên dung lượng hấp phụ cation lớn dung lượng hấp phu cation của montmorilonit bằng 80 -120mgđl/100g đất, độ hút ẩm cực đại của montmorilonit đạt tới 30% Kết hợp với axit mùn khoáng này tạo nên cấu trúc hạt bền trong nước

- Khoáng sét nhóm kaolinit - Al 2 [Si 2 O 5 ].(OH) 4 hoặc Al 4 [Si 4 O 10 ].(OH) 8

Thuộc nhóm này có kaolinit, haluazit, dikit… kaolimit thường được gặp ở trong đất một lượng nhỏ trừ đất feralit (trong đất feralit kaolinit là khoáng sét chủ yếu) Mạng lưới tinh thể của kaolinit và thuộc nhóm có kết hợp xen kẽ các cụm hai lớp bằng phẳng : lớp dươi gồm những lớp 4 mặt oxyt silic và lớp trên gồm kết hợp các ion hydroxyt và các ion nhôm (các khối 8 mặt của hydroxit nhôm)

Kaolinit không trương nở vì nước khó xâm nhập vào khoảng cách giữa các lớp do

sự liên kết rất chặt giữa các lớp khoảng cách giữa các lớp không đổi( 7,2A0) Kaolinit không chứa kiềm và ít kiềm thổ, độ phân tá của nó không lớn dung lượng hấp phụ không quá 20mgdl/100g đất kaolinit chiếm ưu thế của trong đất là dấu hiệu nghèo kiềm của nó

Khoáng sét nhóm kaolinit

- Khoáng sét nhóm hydromica - [K,(H3 O)].(Al,Fe) 2 [AlSi 3 O 10 ]

Thuộc nhóm này có hydromuscovit, hydrobiotit… phổ biến rất rộng rãi ở trong đất cấu trúc tinh thể hóa học của hydromica chiếm vị trí trung gian giữa cấu trúc của mica và montmorilonit Các hydromica có các cụm 3 lớp, các cụm này được nối với nhau bằng những hydroxol (H3O) và kali Chúng thuộc nhóm khoáng 3 lớp nên có khả năng thay đổi đồng hình Thành phần hóa học của chúng luôn thay đổi Liên kết giữa các lớp bền vững và nước không thể xâm nhập vào được Cation kali bù (trung hòa diện tích) không trao đổi với các kali trao đổi do nằm ở ngoài rìa mạng lưới tinh thể nên dễ đàng bị phá hủy Hydromica là nguồn cung cấp kali quan trọng cho cây Hàm lượng kali trong hydromica loại illit đạt 6 - 7% Hydromica được tạo thành chủ yếu từ mica và fenspat

Thuộc về khoáng 3 lớp còn có vermiculit được phân bố rộng rãi ở trong đất về tính chất nó giống với montmorilonit nhưng chứa nhiều magie hơn (gần 25%)

Khoáng sét trong đất thường gặp trong đất clorit Mạng lưới tinh thể của chúng 4 lớp, không trương nở Clorit là alumosilicat có chứa sắt, magiê, crôm ít gặp, niken Về điều kiện thành tạo nó có thể là khoáng nguyên sinh