Біохімічна трансформація мінеральної речовини педосфери

 

Взаємодія живих організмів із земною корою найбільш інтенсивно відбувається в педосфері. Середній елементарний склад ґрунтової товщі, за винятком нітрогену та карбону, обумовлений сполукам мінеральної речовини, що неоднорідна і відіграє неоднакову роль у біогеохімії педосфери.

Ґрунти, формуючись на пухких покривних відкладеннях, успадковують їх мінералогічний склад. Отже мінеральна частина ґрунту складається з матеріалу, переробленого процесами гіпергенезу (вивітрювання) задовго до формування сучасних ґрунтів. В той же час певні мінерали виникають у процесі сучасного педогенезу.

 

Таблиця 6. Середній вміст розсіяних елементів у стійких

акцесорних мінералах, мкг/г

 

Мінерали	Елементи
Pb	Zn	Cu	W	Sn	Mo	Ta	Nb	Ga	Ge	Sc
Ільменіт Магнетит Епідот Гранат Циркон Рутил Сфен Турмалін	-	-		- -			62­ ­-		0.4 -	2.4

 

Компоненти мінеральної частини ґрунтів можна об'єднати в 3 групи:

· механічні уламки мінералів і гірських порід;

· високодисперсні мінерали глин;

· мінеральні новоутворення, що виникли в процесі формування профілю ґрунту.

Кожна із груп відіграє певну роль у ґрунтоутворенні.

Склад уламкових мінералів дуже впливає на валовий хімічний склад ґрунту. Концентратором багатьох розсіяних елементів є акцесорні мінерали стійкі до процесів вивітрювання.

У магнетиті концентрується Cu, в епідоті та сфені - Sr, у цирконі - Sc. Особливо виділяються мінерали титану (ільменіт, рутил, сфен), в яких на 2-4 математичних порядки більше Nb, Ta, Mo, Sn відносно середнього в земній корі. Але акцесорні мінерали стійкі, і елементи, що утримуються в них з важко залучаються в біогеохімічні процеси.

Більше значення мають розсіяні елементи, що утримуються в уламкових мінералах у вигляді ізоморфних домішок і фіксовані на поверхнях дефектів кристалів. При гіпергенному руйнуванні залізно-магнезіальних силікатів вивільняються V, Cr, Zn, Cu, Ni, Co; при руйнуванні польових шпатів - Sr, Ba, Pb, Rb.

Високодисперсна частина мінеральної речовини ґрунту в основному складається з гіпергенних силікатів: каолініту, метагалуазиту, гідрослюд, монтморилониту та ін. У меншій кількості присутні мінерали груп оксидів і гідроксидів феруму, алюмінію, а також рентгеноаморфні речовини.

Диспергування мінеральної речовини - це один з головних проявів гіпергенної зміни на поверхні суші. У ході прогресуючого здрібнювання мінеральної речовини значно збільшується її сумарна поверхня і відповідно роль процесів сорбції-десорбції. З хімічної точки зору, у глинистих мінералах зв'язок між плоскими пакетами міжмолекулярного типу. Тому хімічні елементи не тільки адсорбуються поверхнею високодисперсних часток, але і входять у міжмолекулярні порожнини. У високодисперсній частині мінеральної речовини акумульована велика кількість важких металів та інших розсіяних елементів.

У зв'язку з особливостями будови різні глинисті мінерали зв'язують різну кількість хімічних елементів. Мінерали з регулярною структурою мають обмежену сорбційну ємність, так, каламініт має катіонообмінну ємність до 10 мг-экв/100 г. Дуже помітно набухають мінерали, де регулярність структури між пакетами зростає, вони сорбують значно сильніше, так катіонообмінна ємність монтморилоніта в 10 разів і змішаношарових мінералів – трохи більше 10 мг-экв/100 г твердої речовини.

Концентрація розсіяних елементів чітко змінюється по головних компонентах мінеральної речовини ґрунтів. Найбільш низькі значення концентрації властиві уламковому кварцу, тому піщаних розсіяних елементів завжди менше, ніж суглинкових. Це розходження тим помітніше, чим менше збереглося нестійких мінералів і чим більше кварцу в уламковій частині мінеральної речовини ґрунту. Більш високий зміст характерний для фракції високодисперсних часток розміром менш 1мкм. Особливо це стосується важкої фракції мінералів.

Нові мінерали, часто утворюють скупчення і агрегати специфічного вигляду.

Відбувалося утворення ґрунтового профілю, що складається з генетичних горизонтів, які розрізняються складом та будовою.

Морфологічні новоутворення досить різні: плівки, землисті маси, скоринки, ізольовані кристали їх друзи, різні конкреції. Всі вони дуже різноманітні за хімічним і мінералогічним складом. Наявні усі класи мінералів: сульфіди, галогениди, оксиди, нітрати, карбонати, сульфати, фосфати тощо.

Новоутворення є геохімічними індикаторами, що сигналізують про певні біогеохімічні процеси, що протікають у ґрунтах.

При цьому різні типи новоутворень містять певні розсіяні елементи: у гідроксидах феруму концентруються важкі метали, у карбонатах більше стронція.

У нижній частині ґрунтів виявляються утворення-релікти стародавніх гідроморфних ґрунтів, особливо під пустелями.