母质和矿物质

母质和矿物质知识思维导图，包括：土壤母质、士壤矿物质的矿物组成和化学组成、黏土矿物、我国黏土矿物分布规律。

母质和矿物质

• 土壤母质
  • 输送物质，形似土壤
  • 岩石的风化产物，又称成土母质，简称母质
  • 1.几种主要岩石类型和特性
    • 沉积岩
      • 概念：地壳表面的岩石经风化，搬运，沉积等作用后，在一定条件下胶结硬化所形成的岩石，其约占地表总面积的75%。
      • 共性：有明显的层理构造，矿物成分复杂并呈碎屑状组织，有时含化石。
    • 岩浆岩
      • 概念：指地球内部融岩浆上浸地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。
      • 共性：非碎屑状的块状构造，没有规则的层次排列，不含化石。
    • 变质岩
      • 概念：沉积岩，岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵入的影响，其矿物组成结构，构造以致化学成分发生剧烈改变后形成的。
      • 共性：一般具有片里及片麻构造，矿物质地致密，坚硬，不易风化。
  • 2.主要成土矿物的组成和特性
    • 长石类矿物： 正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。
    • 云母类： 白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一，黑云母也是钾元素的来源，更易分解风化。
    • 角闪石与辉石类矿物： 含盐基丰富，化学性质低，容易被彻底分解
    • 石英矿物： 不易风化，是土壤中砂粒的主要来源
    • 氧化铁类矿物
      • 赤铁矿：常使土壤染成红色
      • 磁铁矿：据磁性
      • 黄铁矿：分解后形成硫酸盐
    • 磷酸盐类矿物磷灰石是制造磷肥的主要原料
    • 方解石：方解石是土壤中碳酸钙的主要来源
    • 褐铁矿：由赤铁矿水形成的一种含水氧化铁，是土壤黄色棕色染色剂
  • 3.岩石的风化作用及其影响因素
    • 风化作用
      • 概念：岩石在地表受到种种外力作用，逐渐破碎成为疏松物质的这一过程。
      • 分类
        • 物理风化作用
          • 概念：指岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程
          • 主要原因：
            • 1.温度引起岩石的热力学变化—昼夜温差，冻结
            • 2.盐类结晶的裂胀作用，流水冲刷和磨蚀风砂磨蚀
          • 产物：颗粒较粗，多偏砂，石砾多，养分不宜释放出来
        • 化学风化作用
          • 概念：指岩石在水和空气的参与下进行的溶解，水化，水解，氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，是原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。
        • 生物风化作用
          • 概念：指动物，植物，微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作
          • 主要原因
            • 1.根系的挤压
            • 2.地衣苔藓保蓄水分，加强化学风化
            • 3.呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。
  • 4.风化作用的类型
    • 沉积体的类型
      • 1.残积体：风化物后未经搬运
      • 2.坡积体：风化物在重力或径流作用在坡体上沉积
      • 3.洪积体：经洪水的搬运在山前沉积
      • 4.冲积体
      • 5.湖积体：积水沉积
      • 6.风积体：风力搬运和沉积
      • 7.黄土母质：风成母质
      • 8.滨海沉积体：海相沉积体
  • 5.风化作用的产物
  • 6.风化产物的类型
• 土壤矿物质的矿物组成和化学组成
  • 一.土壤矿物质的化学组成
    • 矿物质，有机质，溶液，空气
    • 分布规律
      • 1.O>Si>Al>Fe ,且四者相加共占88.7%
      • 2.在地壳中，植物生长需要的营养元素含量很低而且分布很不平衡
      • 3.土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元素的分数，富集特性和生物积聚作用
  • 二.土壤中的矿物组成
    • 原生矿物
      • 概念：指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物
      • 1.土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势
      • 2.土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度上决定于矿物的稳定性，如长石
      • 3.土壤原生矿物是植物养分的重要来源
• 黏土矿物
  • 黏粒矿物
    • 概念：组成黏粒的次生矿物
    • 主要包括：层状的硅酸盐矿物和氧化物类，前者是晶型的，后者由晶型的也有非晶型的。
  • 黏土矿物的概念：指具有层状构造的含水铝硅酸盐矿物，是构成黏土岩，土壤的主要矿物组分
  • 分类
    • 一.层状硅酸盐黏土矿物
      • （一)构造特征
        • 1，基本结构单位
          • （1）硅氧四面体：
          • （2）铝氧八面体
          • (3）单位晶层 2；1型（硅比铝）2：1:1型(硅：铝：镁）
          • （4)同晶替代：指组成矿物的中心离子被电性相同，大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。 它的结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，避免随水流失，使土壤具有保肥能力。 替代规律：高价阳离子被取代的多，土壤胶体净电荷为阴性，四面体中硅离子被铝离子替代，八面体中铝离子被镁离子替代
          • 土壤中的所有硅折合成二氧化硅，所有铁折合成氧化铁，所有铝折合成氧化铝后，二氧化硅与氧化铁和氧化铝总量的分子比率。 硅铝铁率（SiO2/R2O3）SiO2/R2O3=SiO2分子数/Fe2O3+Al2O3分子数 1、判断土壤矿物的风化程度与成土阶段；2、作为土壤分类的数量指标之一；3、代表土壤中酸胶基和碱胶基的数量。
      • （二）硅酸盐黏土矿物的种类及一般特性
        • 高岭组 （1:1型矿物）包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等 特点：(1）1:1型的晶层结构单位晶胞的分子式可表示为Al4Si4O10(OH)8。（2）无膨胀性两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键，膨胀系数一般小于5％.高岭石层间距约为0.72nm。（3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。（4）胶体特性(≤1m)较弱较粗（0.2-2m），颗粒的总表面积相对较小，为10－20×103m2kg-1
        • 蒙蛭组 特征：（1）2:1型的晶层结构蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。（2）胀缩性大蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。（3）电荷数量大同晶替代现象普遍。蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物)包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。第二章土壤母质和矿物质第三节黏土矿物黏土矿物分类（4）胶体特性突出，较细（有效直径0.01-1m），总表面积为600－800×103m2kg-1，且80％是内表面。蛭石一般为400×103m2kg-1。
        • 水化云母组 特征：（1）2:1型晶层结构伊利石是其主要代表。分子式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。（2）无膨胀性: 在伊利石晶层之间吸附有钾离子，对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm。（3）电荷数量较大: 20－40Cmoles(+)kg（4）胶体特性一般
        • 绿泥石组 （2:1:1型）绿泥石为代表，是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐黏土矿物特征：（1）2:1:1型晶层结构绿泥石的分子式：(Mg·Fe·Al)12(SiAl)8O20(OH)16。（2）同晶替代较普遍元素组成变化较大，阳离子交换量为10－40Cmoles(+)kg-1。（3）颗粒较小，总面积为70-150×103m2kg-1
    • 二，非硅酸盐黏土矿物
      • （一）氧化铁 赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、陵铁矿、兰铁矿土壤中常见的氧化铁矿物是赤铁矿和针铁 针铁矿（a-FeOOH):黄色或棕色，呈针状，在温带、亚热带与热带的土壤中大量存在。 赤铁矿（a-）：红色，呈六角板状，少量赤铁矿的存在也会使土壤看起来呈红色。在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在较多。 存在方式：呈胶膜质包被在土壤颗粒的表面，或铁盘。
      • （二）氧化铝 土壤中三水铝石的含量可作为脱硅作用和富铝作用的指标。 大致在北纬30以南地区的土壤中才出现三水铝石。 主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中。 3Al(OH)起重要作用的主要是非晶质（无定形）的铁铝氧化物。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子
      • （三）水铝英石 •由氧化硅、氧化铝和水组成，Si/Al比在1－2之间变化。 •阳离子交换量，为10－15Cmoles(+)kg-1。 •表面积一般为70－300×103m2kg-1。
      • （四）氧化硅 结晶态氧化硅：主要是－石英 非晶质的氧化硅：蛋白石（）OnHSiO22 ●蛋白石经进一步脱水结晶后可变为：玉髓、石英、方英石和磷石英 •蛋白石呈致密状或钟乳状，纯的蛋白石无色，但因混入不同杂质呈红、黄、褐、绿等各种颜色。 •蛋白石广泛分布于火山灰来源的土壤中 •蛋白石的多少也可以作为古土壤埋藏表层的指标矿物。 •土壤中蛋白石含量常与土壤腐殖质含量有关。
• 我国黏土矿物分布规律
  • 1、风化递变学说 白云母经风化很容易形成水化云母，随着风化和淋溶程度的发展，云母类型矿物可能依次顺着伊利石、蛭石、蒙脱石、高岭石以至三水铝石的方向递变-===
  • 2.风化合成学说： 黏土矿物也可能不是直接从原来的矿物变过来的，而是由化学风化所分离出来的简单风化产物在一定条件下重新组合沉淀而成。
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