Реферат
Отчет 16 с., 1 ч., 8 рис., 0 табл.
Минералогия почв, палеопочвы, глинистые минералы, аллофаны, каолинит, галлуазит, органно-минеральные соединения.
объект исследования или разработки;
Объектами исследования послужили минералы группы каолинита, находящиеся в (а) илистой фракции палеопочв на вулканических породах, представляющих эволюционный ряд; (б) тонких фракциях глин каолиновых месторождений.
- цель работы;
1). Выявление кристаллохимических и структурных особенностей, трансформаций минералов группы каолинита (каолинит, галлуазит) в эволюционном ряду палеопочв, развитых на вулканических отложениях;
2). Изучение состава, строения и механизмов формирования, используемых в полифазном биокатализе комплексов гидроокиси алюминия с глинистыми минералами (каолиниты), получаемых в результате модификации поверхности глинистых минералов.
- метод или методологию проведения работы;
Метод ренген-дифрактометрии (XRD) использован для получения фазового состава глинистых минералов в образцах. Метод трансмиссионной электронной микроскопии с локальным химическим анализом (ТЕМ) использован для получения химического состава отдельно взятой частицы глинистых минералов и расчета кристаллохимической формулы глинистых минералов. Для расчета кристаллохимической формулы используется разработанная в институте геологии университета Грайфсвальд модель (Kasbohm et. al., 2002), научным обоснованием является модель строения глинистых минералов, основанная на их химическом составе (Köster, 1977). Такой трехуровневый подход позволил выявить специфику отдельных минералов и изучить полиминеральные смеси на мономинеральном уровне.
- результаты работы;
1. Минеральная матрица детально изучена методом рентген-дифрактометрии в неориентированных (фазовый качественный состав) и ориентированных (фазовый качественный и полуколичественный составы) препаратах для выявления структурных особенностей слоистых силикатов.
Исследовалась минеральная составляющая твердой фазы почв, развитых на вулканических отложениях. Почвы эволюционного ряда развиты на вулканических породах Мексики (вулкан Толуоко, вулканический пояс) представляют следующую последовательность: Андосоль (молодая почва на вулканических отложениях) → погребенная Камбисоль (слабодифференцированная структурно-метаморфическая почва) → “вложенная” Андосоль → Лювисоль (текстурно-дифференцированная почва).
Аллофаны преобладают на первых этапах почвообразования (Андосоль), по мере развития почвенного профиля во времени появляются минералы группы каолинита – галлуазит и каолинит. В погребенной Камбисоли диагностируется галлуазит, во вложенной Андосоли помимо преобладающего галлуазита в небольшом количестве появляется каолинит. В Лювисоли, наиболее развитой во времени почве преобладает каолинит, в небольшом количестве диагностируется галлуазит.
На основании данных трансмиссионной электронной микроскопии выявлено изменение морфологических признаков минералов группы каолинита. Каолинит представлен частицами пластинчатой формы, обычной для этого минерала. Галлуазит представлен двумя разновидностями – сфероидальной формы (как отдельно взятые частицы, так и агрегаты) и тубулярной формы, наиболее распространенной для галлуазита. Изменение фазового состава минералов группы каолинита, а также морфологических признаков галлуазита сопряжено со временем развития почвенного профиля. Только сфероидальные агрегаты и частица галлуазита диагностируются в погребенной Камбисоли, во вложенной Андосоли помимо сфероиального галлуазита появляется также и галлуазит тубулярной формы. В наиболее развитом профиле – в Лювисоли тубулярный галлуазит преобладает над сфероидальным, причем сфероиды встречаются в виде отдельных частиц, а не агрегатов. Появление и доля пластинок каолинита на основании данных трансмиссионной электронной микроскопии согласуется с данными рентген-дифрактометрии.
Изменение морфологических особенностей минералов группы каолинита при почвообразовании от агрегатов сфероидального галлуазита через стадию пластинчатого галлуазита и далее к пластинкам каолинита находится в соответствии с полученными ранее данными (Sudo T. and Yotsumoto H., 1977), а также (Adamo et al., 2001), показавших, что форма частиц минералов группы каолинита зависят преимущественно от условий выветривания, а не от природы исходных минералов. Таким образом, трансформация минералов этой группы можно рассматривать как иллюстрацию изменений окружающей среды при выветривании минеральной матрицы почв. Сходимость полученных результатов с литературными данными позволило верифицировать гипотезу изменения морфологии и состава частиц группы каолинита во времени через начальную стадию аллюфанов на примере ряда палеопочв, развитых на вулканических отложениях. Появление каолинита в наиболее дифференцированных почвах согласуется с длительностью почвообразования.
2. Поверхность каолинита тонких фракций была модифицирована полимерами гидроокиси алюминия из расчета 2.5 и 5.0 ммоль Al/г минерала по общепринятым методикам и разработанных (Naidja et. al., 1997). Модификация поверхности привела к изменению емкости катионного обмена. Изучение минеральной матрицы, полученной после модификации, показало, что в отличие от смектитов, поверхность которых модифицировалась аналогичным образом, не произошло образование новых минеральных фаз. Изменение физико-химических свойств минеральной матрицы обусловлено закреплением гидроокиси алюминия на поверхности минералов, в то время как в смектитах происходит ее внедрение в межпакетные промежутки с образованием, так называемых, вторичных хлоритов.
- рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР;
Полученные результаты рекомендуется использовать при чтении курсов «Общее почвоведение с основами географии почв», в разделах посвященных разнообразию почв, экологии почв, экологическим функциям почв, эволюции почв, а также в курсе «Ландшафтоведение».
- область применения;
1. Решение фундаментальных задач современной минералогии почв и ландшафтоведения. 2. Учебный процесс.
- значимость работы;
Проведенные исследования, основанные на применении признанных в мире методических разработок, вносят вклад в теорию (1) эволюции почв и объяснение трансформации минеральной матрицы в процессе развития почв на вулканических породах и (2) гумусообразования, где минеральной основой выступают глинистые минералы, поверхность которых модифицируется полимерами гидроокиси алюминия.
- прогнозные предположения о развитии объекта исследования.
Проведенные исследования перспективны для верификации модели (Kasbohm et. al., 2002), используемой для расчета кристаллохимических формул слоистых силикатов и прогнозирования рядов трансформаций слоистых силикатов при нормальных р-Т параметрах.