3.3. Первинні мінерали

Первинні мінерали є залишковим матеріалом після руйнування й вивітрювання магматичних порід. Представлені відносно крупними піщаними й гравійними частинками. Мають жорстку нерухому кристалічну решітку, практично не володіють вологоємністю, фізико-хімічною поглинальною здатністю, не набухають. При грунтоутворенні відрізняються нестійкістю, поступово руйнуються, за винятком окремих найбільш стійких. Склад первинних мінералів грунту мало залежить від особливостей грунтотворного процесу, а в основному – від особливостей материнської породи.

Багатство грунту первинними мінералами говорить про його відносну молодість. З часом уміст і число видів первинних мінералів поступово зменшуються, залишаються найбільш стійкі до вивітрювання, такі як кварц. Найбільш розповсюдженими первинними мінералами в породах та грунтах є кварц (SiО₂, 40-60% і більше), польові шпати (до 20%), зокрема, ортоклаз; амфіболи, піроксени й слюди. Кварц і польові шпати крупнозернисті, тому що вивітрювання їх іде повільно, вони формують піщану і пилувату фракцію ЕГЧ. Амфіболи, піроксени, слюди легко вивітрюються, в грунті їх досить мало у вигляді дрібних кристалів у дрібніших фракціях.

Стійкість до вивітрювання визначається природою мінералів, їх кристалічною структурою. Первинні мінерали володіють структурами іонного типу, іони в кристалах мінералів розташовані у вигляді геометрично правильної просторової решітки, що називається кристалічною, специфічної для кожного мінералу. Взаємне розміщення катіонів та аніонів у кристалічній решітці обумовлюється їх об'ємами або радіусами. Кількість іонів протилежного знака, що оточують даний іон, називається координаційним числом. Чим більший радіус іона, тим більше навколо нього може розміститися протилежно заряджених іонів, без взаємного, дотику. Координаційне число визначає форму оточення, або координацію навколо іона, а значить, і основний елемент структури, характер елементарної чашечки мінералу. Координація трикутника має координаційне число 3; тетраедра – 4; октаедра – 6; куба – 8.

Головним елементом структури одних із найбільш розповсюджених у грунті кисневих сполук кремнію є кремній-кисневий тетраедр, біля вершини якого розміщуються чотири іони кисню, а в центрі – іон кремнію (рис.9).

Рис. 9. Кремній-кисневий тетраедр,

різні види зображення: а – умовне; б – із врахуванням розміру іонного радіуса

Сполучаючись між собою, тетраедри утворюють такі типи структур:

1) каркасну (польові шпати, кварц);

2) ланцюгову (піроксени);

3) листоподібну (слюди, глинисті мінерали);

4) стрічкову (амфіболи);

5) острівну (олівіни).

Кварц – найбільш розповсюджений мінерал земної кори; він міститься у вивержених, метаморфічних і осадових породах. Кристалохімічна структура кварцу – кремній-кисневий тетраедр, який з іншими з'єднується в суцільний каркас (рис. 10, а).

Рис. 10. Типи кристалічних структур породотворних мінералів:

а – кремній-кисневі тетраедри, з'єднані в трьохмірний каркас (структура кварцу); б – з'єднані в плоскі листки (слюди); в – з'єднані в подвійні ланцюжки (амфіболи); г – з'єднані в ланцюжки (піроксени)

Така структура кварцу зумовлює його високу стійкість до процесів вивітрювання. Як правило, в корі вивітрювання зерна кварцу залишаються цілими або тільки кородованими по периферії.

Польові шпати утворюють групу розповсюджених мінералів (біля 50%). їх кристалічна структура являє собою складний каркас, утворений тетраедрами з іонами кремнію й алюмінію, розташованими всередині. Тетраедри з'єднуються катіонами лугів (калію, натрію) та кальцію, утворюючи структуру, подібно до кварцу (рис. 10, а).

Слюди складають біля 4% літосфери. Вони володіють шаруватою кристалічною структурою (рис. 10, б): плоскі шари тетраедрів, звернені вершинами один до одного, зв'язані з іонами алюмінію; з останніми з'єднані також гідроксильні групи. Так утворюються трьох-шарові пакети, зв'язані між собою іонами калію. Проте слюди при вивітрюванні легко втрачають ці іони і швидко руйнуються.

Піроксени й амфіболи розповсюджені в магматичних і метаморфічних породах (біля 16% літосфери). Кристалічна структура являє собою ланцюжки тетраедрів (рис.10, в, г).

Олівіни в значній кількості містяться в ультраосновних і частково в основних магматичних породах. Кристалічна структура мінералів цієї групи характеризується ізольованими тетраедрами, які з'єднуються іонами заліза й магнію. Олівін дуже нестійкий і швидко руйнується.

Вивчення первинних мінералів проводять за допомогою оптичної діагностики із застосуванням поляризаційного мікроскопа й бінокулярної лупи. Від кількості первинних мінералів залежать агрофізичні властивості грунтів; вони є резервним джерелом елементів живлення рослин, від їх кількості залежить формування вторинних мінералів.