Минералы и горные породы. Почва.

Вопросы для рассмотрения:
1. Минералы.
2. Горные породы.
3. Почва и ее свойства.
4. Механический состав почв.
5. Типы почв.


          1. Минералы.
          Соединяясь между собой, химические элементы об­разуют минералы.

Большая часть минералов состоит из двух или нескольких химических элементов. Узнать, какое количе­ство элементов содержится в минерале, можно по его хи­мической формуле. Например, галит (поваренная соль) со­стоит из натрия и хлора и имеет формулу  NаС1; магнетит (магнитный железняк) — из трех молекул железа и двух кислорода (Fе₂О₃) и т. д. Некоторые минералы образованы одним химическим элементом, например: сера, золото, платина, алмаз и др. Такие минералы называют самородными. В природе известно около 40 самородных элементов, на долю которых приходится 0,1 % массы земной коры.

Минералы могут быть не только твердыми, но и жид­кими (вода, ртуть, нефть) и газообразными (сероводо­род, углекислый газ).

Большинство минералов имеют кристаллическое стро­ение. Форма кристалла для данного минерала всегда посто­янна. Например, кристаллы кварца имеют форму призмы, галита — форму куба и т. д. Если поваренную соль раство­рить в воде, а затем выкристаллизовать, то вновь образо­ванные минералы приобретут кубическую форму. Многие минералы обладают способностью расти. Размеры их ко­леблются от микроскопических до гигантских. Например, на острове Мадагаскар найден кристалл берилла длиной 8 м и диаметром 3 м. Вес его составляет почти 400 т.

Всего в природе насчитывается более 2500 минералов. Для их определения и изучения большое значение имеют физические свойства, к которым относят блеск, цвет, цвет черты, т. е. следа, оставляемого минералом, прозрач­ность, твердость, спайность, излом, удельный вес. На­пример, у кварца форма кристаллов призматичес­кая, блеск стеклянный, спайности нет, излом раковис­тый, твердость 7, удельный вес 2,65 г/см³, черты не име­ет; у галита форма кристалла кубическая; твер­дость 2,2, удельный вес 2,1 г/см³, блеск стеклянный, цвет белый, спайность совершенная, вкус соленый и т. д.

Из минералов наиболее известны и широко распрост­ранены 40—50, которые называют породообразующими (полевой шпат, кварц, галит и пр.).

Мерой для определения твердости минералов служит шкала Фридриха Мооса (от 1 до 10): 1 – тальк, 2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз.

2. Горные породы.

Горные породы представляют собой скопление одного или нескольких минералов. Мрамор, известняк, гипс состоят из одного минерала, а гранит, базальт — из нескольких. Всего в природе насчитывается около 1000 горных пород. В зависимости от происхожде­ния горные породы подразделяются на три основные группы: магматические, осадочные и метамор­фические.

Магматические породы образуются при остывании маг­мы. Они кристаллического строения, не имеют слоистос­ти, не содержат остатков животных и растений. Среди магматических пород различают глубинные и излившие­ся. Глубинные породы образовались в глубине земной коры, где магма находится под большим давлением и ее остыва­ние происходит очень медленно. Примером глубинной породы может служить гранит — наиболее распростра­ненная кристаллическая порода, состоящая в основном из трех минералов: кварца, полевого шпата и слюды. Цвет гранитов зависит от цвета полевого шпата. Чаще всего они серые или розовые.

При излиянии магмы на поверхность образуются из­лившиеся породы. Они представляют либо спекшуюся мас­су, напоминающую шлак, либо стекловидную, тогда их называют вулканическим стеклом. В отдельных случаях образуется мелкокристаллическая порода типа базальта.

Осадочные породы покрывают примерно 80 % всей по­верхности Земли. Для них характерны слоистость и пори­стость.

Как правило, осадочные породы являются резуль­татом накопления в морях и океанах остатков отмерших организмов или снесенных с суши частиц разрушенных твердых пород. Процесс накопления происходит нерав­номерно, поэтому образуются слои разной мощности (толщины). Во многих осадочных породах находят окаме­нелости или отпечатки животных и растений.

 В зависимости от места образования осадочные породы подразделяют на континентальные и морские. К континен­тальным относятся, например, глины. Глины - измель­ченный продукт разрушения твердых пород. Они состоят из мельчайших чешуйчатообразных частиц, обладают спо­собностью впитывать воду. Глины пластичны, водоупорны. Цвет их различен - от белого до синего и даже черного. Белые глины используют для производства фарфора.

Континентального происхождения и широко распро­страненная горная порода - лёсс. Это мелкозернистая, не слоистая порода желтоватого цвета, состоящая из сме­си кварца, глинистых частиц, углекислой извести и гид­ратов окиси железа. Легко пропускает воду.

Морские горные породы обычно формируются на дне океанов. К ним относят некоторые глины, пески, гравий.

По способу образования осадочные породы бывают: обломочные, биогенные (органические) и хемогенные.

Обломочные. Составляют 75% всех осадочных пород. Образуются из более древних пород, обломки которых перенесены на новое место водой, ветром, ледником. Могут быть разных размеров: от мельчайших частиц глины до крупных валунов. Могут быть окатанными или изломанными, угловатыми. Могут быть несвязанными или сцементированными.

Хемогенные породы формируются в результате химических и физических процессов:

- осаждении минералов из морской воды (кремень);

- при испарении из соленых озер (гипс, каменная соль);

- при химическом выветривании (известняк – выпадение в осадок карбоната кальция);

- выделяются из горячих водных раство­ров в подземных жилах (гранаты, рубины, аметисты, руды).

 Большая группа осадочных биогенных горных пород образовалась из остатков умерших животных и расте­ний. К ним относят известняки, доломиты и некоторые горючие полезные ископаемые (торф, каменный уголь, горючие сланцы).

Особенно широко в земной коре распространен изве­стняк, состоящий из углекислого кальция. В его фрагмен­тах легко можно заметить скопления мелких раковин и даже скелетов небольших животных. Цвет известняков раз­личный, чаще серый.

Мел также образован из мельчайших раковин — оби­тателей моря. Огромные запасы этой горной породы на­ходятся в Белгородской области, где по крутым берегам рек можно увидеть выходы мощных слоев мела, выделя­ющегося своей белизной.

Известняки, в которых имеется примесь углекислого магния, называют доломитами. Известняки имеют широ­кое применение в строительстве. Из них изготовляют из­весть для штукатурных работ и цемент. Лучший цемент изготовляют из мергеля.

В тех морях, где раньше обитали животные, имеющие кремневые раковины, и росли водоросли, содержащие кремень, образовалась горная порода трепел. Это легкая, плотная, обычно желтоватая или светло-серая порода, яв­ляющаяся строительным материалом.

Уголь – спрессовавшиеся растительные остатки.

Нефть – органические остатки, погребенные под слоями непроницаемых пород и подвергшихся воздействию высоких температур, давления, бактерий.

       Метаморфические породы образовались из осадочных под действием высоких температур, давления и химических изменений. Так, при действии температуры и давления из глины образу­ются глинистые сланцы, из песка — плотные песчани­ки, а из известняков — мрамор. Метаморфизму, т. е. изме­нению, подвергаются не только осадочные породы, но и магматические. Под воздействием высоких температур и давления гранит приобретает слоистое строение и об­разуется новая порода — гнейс.

Высокая температура и давление способствуют пере­кристаллизации пород. Из песчаников образуется очень прочная кристаллическая порода — кварцит.
Задание: познакомиться с условными знаками полезных ископаемых и выяснить, какие основные месторождения есть в нашей стране.

Горные породы могут быть горючие: нефть, газ, торф, каменный уголь. К строительным породам относят пески, глины, мел, мергель, гранит. Рудные горные породы - это железная руда (магнитный железняк, красный железняк и бурый железняк), медный колчедан, боксит (алюминиевая руда), свинцовая обманка.

3. Почва и ее свойства. 

 Почва — это верхний, плодородный слой литосферы, обладающий рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Образование и существование этого природного тела нельзя представить без живых существ. Поверхностные слои горной породы являются лишь исходным субстратом, из которого под воздействием растений, микроорганизмов и животных образуются различные виды почв.

 Основоположник почвоведения русский ученый В.В. Докучаев показал, что почва — это самостоятельное природное тело, образовавшееся на поверхности горных пород под воздействием живых организмов, климата, воды, рельефа, а также человека. Это природное образование создавалось тысячелетиями.

Процесс почвообразования почв начинался с поселения на скалах микроорганизмов. Питаясь углекислым газом, азотом и парами воды из атмосферы, используя минеральные соли горной породы, микроорганизмы выделяли в результате жизнедеятельности органические кислоты. Эти вещества постепенно изменяли химический состав горных пород, делали их менее прочными и в конечном итоге разрыхляли поверхностный слой. Затем на такой породе поселяются лишайники. Неприхотливые к воде и питательным веществам, они продолжали процесс разрушения, одновременно обогащая породу органическими веществами. В результате деятельности микроорганизмов и лишайников горная порода постепенно превращалась в субстрат, пригодный для заселения растениями и животными. Окончательное преобразование исходной породы в почву происходит за счет жизнедеятельности этих организмов.

Растения, поглощая из атмосферы углекислый газ, а из почвы воду и минеральные вещества, создают органические соединения. Отмирая, растения обогащают почву этими соединениями. Животные питаются растениями и их остатками. Продукты их жизнедеятельности — экскременты, а после смерти и их трупы также попадают в почву. Вся масса мертвой органической материи, накопившаяся в результате жизнедеятельности растений и животных, служит кормовой базой и местом обитания для микроорганизмов и грибов. Они деструктируют органические вещества, минерализуют их. В результате деятельности микроорганизмов образуются сложные органические вещества, составляющие гумус почвы.

Строение почвы:

1 - подстилка;

2 - перегной;

3 - слой вымывания;

4 - слой накопления минеральных солей;

5 - подпочва

Состав почвы:

•         Песок

•         Глина

•         Минеральные соли

•         Вода

•         Воздух

•         Перегной (гумус)

         Свойства почвы
      Мощность почвы - называют среднюю ее толщину (измеряется в сантиметрах) от поверхности до материнской породы.

Мощность горизонта – толщина отдельных горизонтов.

Основное свойство почвы – плодородие. Это способность почвы давать урожай.

Гумус почвы — это набор устойчивых органических соединений, образующихся при разложении раститель­ных и животных остатков и продуктов их жизнедеятель­ности с участием микроорганизмов. В почве происходят распад первичных минералов и образование глинистых вторичных минералов. Таким образом, в почве протекает круговорот веществ.

Влагоемкость — это способность почвы удерживать воду. Почва, в которой много песка, плохо удерживает воду и обладает низкой влагоемкостью. Глинистая почва, наоборот, удерживает много воды и обладает высокой влагоемкостью. В случае обильных осадков вода заполняет все поры в такой почве, препятствуя прохождению воздуха вглубь. Рыхлые, комковатые почвы лучше удерживают влагу, чем плотные.

Влагопроницаемость — это способность почвы пропускать воду. Почва пронизана мельчайшими порами — капиллярами. По капиллярам вода может передвигаться не только вниз, но и во все стороны, в том числе снизу вверх. Чем выше капиллярность почвы, тем выше ее влагопроницаемость, тем быстрее вода проникает в почву и поднимается из более глубоких слоев вверх. Вода «прилипает» к стенкам капилляров и как бы ползет вверх. Чем тоньше капилляры, тем выше по ним поднимается вода. При выходе капилляров на поверхность вода испаряется. Песчаные почвы обладают высокой влагопроницаемостью, а глинистые - низкой. Если после дождя или полива на поверхности почвы образовалась корка (со множеством капилляров), вода испаряется очень быстро. При рыхлении почвы капилляры разрушаются, это уменьшает испарение воды. Недаром рыхление почвы называют сухим поливом.

Цвет почвы зависит от веществ, входящих в нее. Большое количество гумуса окрашивает почву в темный цвет, окись железа – в красный , ржавый и желтый тона. Кварц и полевые шпаты, гидроокись алюминия, если они не загрязнены железом, являются носителями белой окраски. В заболоченных почвах распространены соединения закиси железа, придающие зеленоватую или голубоватую окраску.

4. Механический состав почв.

По механическому составу почвы подразделяются на глинистые, песчаные, сугли­нистые и супесчаные.

Глинистые почвы обладают высокой влагоемкостью и лучше всего обеспечены элементами питания.

Песчаные почвы маловлагоемки, хорошо влагопроницаемы, но бедны гумусом.

Суглинистые — наиболее благоприятные по своим фи­зическим свойствам для земледелия, со средней влагоем­костью и влагопроницаемостью, хорошо обеспечены гу­мусом.

Супесчаные — бесструктурные почвы, бедные гумусом, хорошо водо- и воздухопроницаемы. Чтобы использовать такие почвы, необходимо улучшать их состав, вносить удобрения.

 

Cтруктура почвы.

Почвы могут иметь различную структуру, т. е. состоять из различных по форме и величине  частиц,  из которых состоит почва.        

Формы структур почв: зернистая, комковатая, ореховатая, пылеватая, плитчатая, чешуйчатая, призматическая и столбчатая.

По плотности принято различать почвы:

- очень плотные, когда почва не поддается лопате,

-  рыхлые — лопата легко входит в почву, которая при выбрасывании рассыпается на отдельные комочки,

-  рассыпчатые — почва обладает сыпучестью.     

 

По химическому составу почвы могут быть богатыми или бедными элементами питания. Показателем плодородия почвы служит количество гумуса, так как в нем есть все основные элементы питания растений. Так, например, черноземные почвы содержат до 30 % гумуса.

  Почвы могут быть кислыми, нейтральными и щелочными. Наиболее благоприятны для растений нейтральные почвы. Для уменьшения кислотности их известкуют, а для уменьшения щелочности в почву вносят гипс.

5. Типы почв.

 В нашей стране наиболее распространены следующие типы почв: тундровые, подзолистые, дерново-подзолистые, черноземные, каштановые, сероземные, красноземные и желтоземные.

 Тундровые почвы находятся на Крайнем Севере в зоне вечной мерзлоты. Они переувлажнены и крайне бедны гумусом.

 Подзолистые почвы распространены в тайге под хвой­ными, а дерново-подзолистые — под хвойно-широколиственными лесами. Широколиственные леса растут на серых лесных почвах. Все эти почвы содержат достаточно гумуса, хорошо структурированы.

В лесостепной и степной зонах расположены черноземные почвы. Они образовались под степной и травянистой растительностью, богаты гумусом. Перегной придает почве черный цвет. Они имеют прочную структуру и обла­дают высоким плодородием.

 Каштановые почвы находятся южнее, они образуются в более сухих условиях. Для них характерен недостаток влаги.

 Сероземные почвы характерны для пустынь и полупустынь. Они богаты питательными веществами, но бедны азотом, не хватает здесь и воды.

Красноземы и желтоземы образуются в субтропиках в условиях влажного и теплого климата. Они хорошо структурированы, достаточно влагоемки, но имеют более низкое содержание гумуса, поэтому для повышения плодородия в эти почвы вносят удобрения.

Солончаки распространены в пустынной и полупустынной зоне Западной Сибири. Это почвы, содержащие большое количество легкорастворимых солей. Состав солей может быть разнообразным. Они не пригодны для с/х.

Солонцы - почвы, верхняя часть которой практически лишена легкорастворимых солей, но содержит большое количество натрия. Распространены в Крыму, Поволжье, в Черноземье и Западной Сибири.

Для повышения плодородия почв нужно регулировать в них не только содержание питательных веществ, но и наличие влаги и аэрацию. Пахотный слой почвы должен всегда быть рыхлым для обеспечения доступа воздуха к корням растений.