Такие факторы, как исходный материал и биологические формирователи, а также физические и химические агенты, такие как отшелушивание и катионный обмен, приводят к образованию почвы и минералов.
Определение структуры почв, особенно их минералогического состава, имеет фундаментальное значение, поскольку оно определяет форму, размер, свойства и поведение почв.
образование-минералогия почвыВ образовании глинистых минералов участвуют механизмы наследования, новообразования и трансформации, а также их структура и атомные связи, которые дают нам информацию о группе глинистых минералов и ее свойствах. В рамках химического взаимодействия между почвой и водой теория двойного диффузного слоя объясняет механизмы, с помощью которых молекулы воды притягиваются к поверхности частицы глины. Чтобы знать, как образуется почва, необходимо понимать влияние переноса наносов, эрозии и осаждения, а также его пост-осадочные изменения, поэтому мы углубимся в эти концепции, а также на физические и химические изменения, которые происходят во время преобразования отложений в горные породы. осадочные.
Ключевые слова: атом, цикл, диагенез, диполь, связь, структура, минерал, порода, отложения и почва.
1. Введение
Эта статья побудила углубиться в то, как почва и ее минералы возникли и сформировались, поскольку это помогает нам разрабатывать инженерные приложения на благо человечества, понимая под почвой агломерацию минеральных агрегатов, которые могут быть разделены процессами. механический или водяной. Для инженеров-геотехников важно понимать грунт, то есть знать его свойства, поскольку он важен для проектирования и строительства строительных работ, и без этого понимания мы были бы полны неуверенности и неуверенности в отношении рисков и обстоятельств, влияющих на конструкции. поэтому хороший визуальный осмотр, сбор климатологической информации,сейсмические и геологические, а также лабораторные испытания приводят нас к разработке исследования почвы, которое дает нам уверенность в нашей работе и превращается в эффективное и экономичное проектирование.
Цели заключаются в том, чтобы узнать агенты и факторы, образующие почвы и минералы, понять, как атомная структура минералов, из которых состоит почва, влияет на их свойства, и углубить теорию двойного диффузного слоя о взаимодействии почвы и воды.
В целом в статье рассматриваются агенты, которые влияют как физически, так и химически на эволюцию почвы, их свойства анализируются индивидуально и коллективно в дополнение к их геологическим характеристикам. Важно понимать механизмы образования минералов и то, как их атомная структура меняет их свойства. Будет рассмотрена теория двойного диффузного слоя, объясняющая, как происходит химическое взаимодействие между водой и почвой. Чтобы знать, как образовалась почва и ее свойства, необходимо учитывать процессы эрозии, переноса и осаждения. Наконец, будет проанализировано, как превращение глинистого минерала в породу и почву происходит посредством набора процессов, известных как диагенез.
Структура:
- Поведение, геология и формирование почв Эволюция глинистых минералов Структура и типы атомных связей минералов Водно-почвенное химическое взаимодействие Диффузная теория двойного слоя Эрозия, перенос и отложение после осадочных изменений в отложениях: диагенез
2. Основной корпус
2.1. Поведение, геология и формирование почв
2.1.1 Поведение
Чтобы проанализировать, как почва действует, необходимо анализировать ее индивидуально и в совокупности.Основными характеристиками по отдельности являются форма и размер, а если мы говорим конкретно о глинах, то это будет минералогический состав. В совокупности набор частиц представляет основные характеристики, такие как относительная плотность, если это несвязный грунт, и консистенция, если он является связным.
Происхождение почв из-за физико-химического выветривания горных пород может быть остаточным или переносимым, остаточная почва - это материал из породы, который не был перенесен из своего первоначального местоположения и сохраняет плоскости слабости породы внутри На ограниченных глубинах почва считается перемещенной, если она является продуктом действия транспортных факторов, действующих на скальную породу или исходную почву, среди которых есть вулканы, реки, ветер и ледники, производящие ветер, аллювиальные и ледниковые отложения. Почвы также могут образовываться в результате разложения органических веществ, они образуются на месте из-за группировки твердых скелетов или частей животных.
2.1.2 Геология
Геологически Земля делится на кору, мантию (верхнюю и нижнюю), ядро (внутреннее и внешнее), а ее приблизительный радиус, измеренный на экваторе, составляет 6400 км. Важным геологическим свойством является геотермический градиент, который определяется как повышение температуры с глубиной. Чем больше геотермический градиент, тем выше скорость затвердевания магмы и образование крошечных кристаллических структур из-за недостатка времени для реакции атомов. Земля состоит из различных элементов, наиболее распространенными из которых являются кислород, кремний, алюминий и железо. «Рисунок 1».
Рисунок 1. Состав Земли.
Источник: Митчелл и Сога (2005).
Геологический цикл - это непрерывный процесс трансформации, начавшийся миллиарды лет назад и состоящий из четырех этапов: удаление, отложение, формирование отложений и движение земной коры. «Рисунок 2»
Рисунок 2. Упрощенный геологический цикл Источник: Mitchell and Soga (2005).
2.1.3 Обучение
Важно отметить, что породы, как и почвы, состоят из небольших кристаллических единиц, известных как минералы. Минерал со сложной структурой для разрушения образует крупнозернистую (стабильную) почву, а другой минерал с легко разрушающейся структурой образует мелкозернистую (более неустойчивую) почву.
Среди основных факторов, влияющих на формирование почв, можно выделить:
- Материя, которая дала начало почве, будь то вулканическая, осадочная или метаморфическая порода. Вода, которая вызывает физико-химические реакции и вызывает процесс гидролиза и карбонизации. Рельеф, поскольку вода также влияет на топографию региона. цвет почвы Температура, потому что соотношение между количеством глины в почве и температурой прямо пропорционально Человеческое существо создает и изменяет естественные условия Основные агенты, влияющие на формирование почвы Они делятся на две группы: Физические изменения, вызывающие разложение частиц без изменения их исходного состава, например: эрозия, расслоение и снятие нагрузки.Химические изменения, которые приводят к уменьшению размера частиц и химическому изменению материнской породы, например: окисление и катионный обмен.
2.2. Эволюция глинистых минералов
Среди процессов образования глинистых минералов в результате выветривания мы унаследовали этот минерал, который был создан реакциями на каком-то этапе геологического цикла и был достаточно стабильным, чтобы сохранить свои первоначальные характеристики. Другой процесс - это неообразование, в котором минерал образовался благодаря реакциям между другими минералами через раствор или химическое выветривание, и последним механизмом образования является преобразование, при этом минерал возник в результате реакций, но сохраняет некоторые свойства. инициалы.
Минералогический состав почвы имеет основополагающее значение, поскольку он определяет форму, размер и свойства частиц. Минералы можно разделить на первичные и вторичные, они считаются первичными, если они сохраняют свою подлинную кристаллическую структуру, и вторичными, если они происходят из-за изменений между исходными минералами.
2,3. Структура и типы атомных связей минералов.
Важно отметить, что элементная структура большей части минералов - это кислородно-кремнеземный тетраэдр и алюмо-гидроксильный октаэдр «Рисунок 3».
Рисунок 3. Базовая структура большинства минералов. Источник: Факультет агрономии -UBA Lic. Silvana Torri (2015)
Силикаты состоят из двух элементов: кремния Si и кислорода O, а также других элементов, таких как алюминий Al, железо Fe и магний Mg. Силикаты являются основой нескольких минералов, образованных атомом кремния, тетраэдрически расположенным у четырех атомов кислорода, с образованием аниона SiO44-.
Глины образуются в результате выветривания фельдепастов, слюды и пироксенов, кроме того, они построены из листов кремнеземного тетраэдра, объединяющего гексагональную сеть.
Атомная структура минералов состоит из первичных и вторичных связей, первичные связи бывают ковалентными, ионными и металлическими. Ковалентные связи возникают, когда два или более атома обмениваются электронами со своего последнего орбитального уровня для достижения стабильности, ионные связи вызываются электростатическим притяжением, создаваемым ионами с электрически противоположными зарядами, а металлические связи - это те, которые создаются электростатическим притяжением. между электронами и катионами, расположенными в металлах и свободно перемещающимися. Среди вторичных связей у нас есть продукт водородных связей притяжения положительного конца диполя к отрицательному концу соседней молекулы,Калиевые связи имеют химический тип и возникают в результате объединения непрерывных тетраэдрических листов глинистых минералов, поскольку калий K вписывается в имеющийся шестиугольник. Тип слабой вторичной связи - это сила Ван-дер-Уоллса, она образуется за счет притяжения и отталкивания индуцированных диполей или молекул.
Состав некоторых глинистых минералов:
- Каолинит: ламинарная форма большей толщины, состоит из непрерывных слоев элементарных листов кремнезема гиббсита. Конфигурация 1: 1 и разделение базовой линии 7,2 Å (Å - единица измерения, эквивалентная одной миллионной миллиметра) «Рисунок 4».
Рисунок 4. Минеральное образование - Каолинит.
Источник: Барриос, Дейвид Оскар Саез. 2017. Происхождение и формирование почв.
- Иллит: ламинарная форма, состоящая из листа гиббсита, соединенного с двумя листами кремнезема. Конфигурация 2: 1 и базальное расстояние 10 Å «Рисунок 5».
Рисунок 5. Минеральное образование - Иллит.
Источник: Барриос, Дейвид Оскар Саез. 2017. Происхождение и формирование почв.
- Монтмориллонит (смектит): ламинарная, трубчатая, удлиненная форма, состоящая из листа гиббсита, соединенного с двумя листами кремнезема. Конфигурация 2: 1 и базальное расстояние 9,6 Å "Рисунок 6".
Рисунок 6. Минеральное образование - монтмориллонит.
Источник: Барриос, Дейвид Оскар Саез. 2017. Происхождение и формирование
Полы
2,4. Теория диффузного двойного слоя химического взаимодействия воды и почвы
Для инженерии вода подразделяется на поровую (поровую) и абсорбированную воду, поровая вода - это вода, на которую не влияют межвидовые взаимодействия, а абсорбированная вода - это та, на которую влияет этот тип взаимодействий., Теория двойного диффузного (ионного) слоя относится к границе раздела твердое тело-жидкость и упоминает первый слой, в котором заряд находится на поверхности глины, и второй слой, который соответствует диффузному слою ионов, прилегающих к поверхности. изготовлен из глины, нейтрализующей его отрицательные заряды.
Среди сил, действующих на двойное диффузное поле, есть сила электростатического притяжения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между глиной и катионами, сила электростатического отталкивания и сила диффузии, которая равна концентрации в все точки.
Существует несколько моделей диффузного слоя, в том числе модели Гельмгольца (1879), Гуи-Чепмена (1910-1913) и Стерна (1924).
- Модель Гельмгольца: слой зарядов на твердой поверхности и жесткий слой ионов противоположного заряда в растворе Модель Гуи-Чепмена: слой зарядов на твердой поверхности и диффузный слой ионов со статистическим распределением в Модель Штерна: слой зарядов на твердой поверхности и другой слой противоионов, образованный жестко поглощенным подслоем противоионов и диффузным подслоем ионов в растворе.
Рис. 7. Диффузный двойной слой.
Источник: Барриос, Дейвид Оскар Саез. 2017. Происхождение и формирование почв.
2.5. Эрозия, перенос и осаждение
Эрозия - это износ поверхности тела, вызываемый внешними факторами (такими как ветер или вода) или постоянным трением других тел. Транспорт - это перемещение эродированных материалов в определенное место для их последующего осаждения в другом материале. Седиментация - это последний процесс морфогенеза, основанный на накоплении материалов после того, как они были разрушены и перенесены.
Эрозия заключается в физическом или химическом удалении почвы, наносов, коллювия, отложений или рыхлых материалов. Он отличается от выветривания, потому что он статичен, то есть эрозия предполагает перенос.
Эрозия почвы в основном вызывается такими факторами, как водные и воздушные течения, особенно на суше без растительности, а также лед, среди прочего. Эрозия почвы снижает ее плодородие, потому что вызывает потерю минералов и органических веществ «Рисунок 8».
Рис. 8. Сравнение кривых эрозии и переноса для потоков воздуха и воды. Воздух является немного более эффективным эрозионным агентом, чем потоки для очень мелких частиц, но неэффективен для частиц крупнее песка.
Источник: Митчелл и Сога (2005).
Если перенос отложений происходит с помощью воды, это может повлиять на размер отложений, уменьшая его за счет раствора, истирания при взвешенной нагрузке и некоторого абразивного истирания и воздействия растягивающей нагрузки. Другой эффект воды - это форма и округлость, поскольку она вызывает округление песка и гравия, а на текстуру поверхности вода смягчает и полирует песок и не оказывает большого влияния на ил. Перенос отложений по воздуху также вызывает значительное уменьшение размера частиц, высокую степень округлости и матовую поверхность. Перенос по льду (ледники) вызывает значительные удары и измельчение, угловатые формы и поврежденные поверхности. Если транспортировка осуществляется под действием силы тяжести, то влияние на размер значительно,форма, которую он придает частицам осадка, угловатая, а не сферическая, это также приводит к повреждению поверхности. Отложения состоят из группирования эродированных и перемещенных материалов. Свойства отложений зависят от происхождения транспортного агента. Например, если это происходит через реки, моря или ветер, материал откладывается, когда смещение в среде уменьшается ниже скорости приложения нагрузки. В случае льда отложение происходит, когда он сталкивается с препятствием или когда масса льда достигает своего максимального размера.При волнении или ветре материал откладывается, когда смещение в среде уменьшается ниже скорости приложения нагрузки. В случае льда отложение происходит, когда он сталкивается с препятствием или когда масса льда достигает своего максимального размера.При волнении или ветре материал откладывается, когда смещение в среде уменьшается ниже скорости приложения нагрузки. В случае льда отложение происходит, когда он сталкивается с препятствием или когда масса льда достигает своего максимального размера.
2.6. Изменения отложений после отложения: диагенез
Диагенез - это множество процессов, которые приводят к образованию осадочных пород. В зависимости от типа отложений могут образовываться обломочные породы, то есть образовавшиеся в результате скопления обломков выветрившихся и эродированных пород или недетритовые породы, то есть из растворенных в воде веществ, состоящих из останков организмов.
Возможно, есть 3 требования, которые должны быть выполнены для диагенеза в глинистом минерале, первое требование - наличие достаточного количества элементов, таких как калий, магний, алюминий и кремний. Это можно увидеть в Аризоне, особенно в Голубой Мезе, где голубая Иллита «Фигурка 9» образовалась только в местах, где был доступен калий.
Рисунок 9. Глиняный минерал, известный как Синий иллит.
Источник: Athinarom.gr, 2017 г.
Второе требование состоит в том, что объединяющий ион должен сопровождаться энергией, достаточной для активации реакции. Энергия может быть химической (сильная атомная связь), механической (высокое давление) или тепловой (высокая температура). Третье требование - это геологическое время, прохождение длительного периода времени не всегда может быть необходимым, но бывают случаи, когда это характерно для определенных геологических систем и может быть особым требованием в определенных случаях.
Глины, отложенные в осадочной среде, такой как бассейн, закапываются, нагреваются и постепенно попадают в диагенетическую среду. Важной реакцией, которая происходит в сланцах, образованных из илов, изначально содержащих монтмориллонит, является постепенное превращение монтмориллонита в смешанные слои иллит-монтмориллонит с увеличением глубины залегания и температуры. Согласно Перри и Хауэру (1970), примером может быть побережье Мексиканского залива в Соединенных Штатах, когда температура достигает 60ºC. По словам Хауэра, обычно реакция K-Feldepasts + Montmorillonite à IS + Chlorine + Quartz (1)
3. Выводы
Происхождение почв - это горные породы, и их образование является продуктом процессов преобразования материала, из которого они состоят, то есть выветривания. При выветривании порода подвергается дезинтеграции и разложению под действием таких факторов, как вода, климат, воздух или время. Минералы - это природные твердые и неорганические вещества, имеющие кристаллическую структуру и образующиеся в результате геологических процессов. Глинистые минералы очень многочисленны и образуют общую матрицу почвы, эти минералы могут быть самыми разными, например: иллит, каолинит и монтмориллонит, каждый из которых образуется в определенных климатических условиях и благодаря своим характеристикам придает почве различные механические свойства., Для объяснения взаимодействия вода-почва возникла теория диффузного двойного слоя, термин диффузный двойной слой описывает поверхность отрицательно заряженной частицы и диспергированный слой катионов, характеристики этого слоя заключаются в том, что он представляет собой тонкий слой сильно увлажненного материала. связанные и вязкие, кроме того, количество катионов обратно пропорционально расстоянию между катионами и частицей глины.
Осадочные процессы - это процессы, которые производят, перемещают, откладывают и накапливают отложения и которые вмешиваются в формирование осадочных пород. Они являются частью осадочного цикла и встречаются на поверхности земли или неглубоко под земной поверхностью.
Диагенез - это процессы, которые изменяют отложения, когда они находятся на поверхности земли или вблизи нее. Изменения в результате движения Земли и повышения давления носят метаморфический характер; однако диагенетические изменения постепенно становятся метаморфическими.
ССЫЛКИ
- Барриос, Дейвид Оскар Саез. 2017. Происхождение и формирование почв. Минералогия почв. Панама, 2017. Образование и трансформация глинистых минералов в породах и почвах Эберл, Д. Д. 1984. Денвер, Колорадо: Фил. Сделка Р. Соц. Лондон, 1984. 80225. Диагенез глинистых минералов - обзор. Keller, WD Missoury, ColumbiaSoga, Mitchell и. 2005. Почвообразование. Джон Вили и сыновья. 2005 Беатрис, Кабрера Ривера и Тамара. Геотехнические характеристики остаточных грунтов батолита Кордильера-де-ла-Коста. Дипломная работа. 2007 Словарь наук о Земле. Испания: Комплутенсе, 2000. Торри, Сильвана. slideshare.net. 10 марта, https://es.slideshare.net/Shvana/unidad-1a-45676959. Хорхе, Нелли Лидия. slideplayer.es. 2016. http://slideplayer.es/slide/10258333/. Эрозия, перенос и седиментация. Мария, Blog de. 2011 Эрнандес, Альберто.slideshare.net. 24 июля 2010 г. https://es.slideshare.net/Alberkar/los-procesos-geolgic os-externa-y-el-reliieve-2008-9.
