TRÓJFAZOWY UKŁAD GLEBY [BRADY 1984]

45%

25
%

25
%

5%

Fazę stałą

stanowią cząstki mineralne, organiczne i

organiczno-mineralne w różnym stopniu rozdrobnienia.

Fazę ciekłą

stanowi woda wraz z rozpuszczonymi w

niej

związki mineralne i organiczne – tzw. roztwór glebowy

.

Fazę gazową

stanowi mieszanina gazów i pary

wodnej czyli tzw. powietrze glebowe.

Na całkowitą objętość gleby składa się suma fazy

stałej gleby

Vs i jej porowatości Vp zajętej częściowo przez

powietrze a częściowo przez wodę.

Pomiędzy fazami: gazową i ciekłą istnieje ścisła

zależność im więcej jest powietrza glebowego tym
mniej jest wody i odwrotnie.

Podstawy mineralogii i petrografii

Minerały to naturalne pierwiastki lub związki

chemiczne występujące w przyrodzie. W większości
występują w stanie stałym i w formie krystalicznej.

Minerały powstające bezpośrednio z magmy (w wyniku jej

krzepnięcia) nazywane są

minerałami pierwotnymi.

W

wyniku wietrzenia fizycznego , chemicznego i biologicznego
z minerałów pierwotnych powstają minerały wtórne.

Wietrzenie fizyczne: prowadzi do rozdrobnienia skał i

minerałów. Nie powoduje zmian składu chemicznego

Wietrzenie chemiczne: Głównym czynnikiem jest woda

(szczególnie zakwaszona CO

2

). Najważniejszymi jej

przykładami są: hydroliza, hydratacja, utlenianie, redukcja,
karbonatyzacja

Wietrzenie biologiczne: Zachodzi przy współudziale

organizmów żywych. Zachodzi poprzez rozpuszczające
działanie wydzielin mikroorganizmów, mechaniczne
działanie korzeni roślin, itd..

Magma

to gorąca i ruchliwa materia, będąca

krzemianowym stopem, występującym w głębi
Ziemi. W jej skład wchodzą trzy główne fazy:

ciekła, gazowa i krystaliczna, występujące w

różnych proporcjach. Inaczej mówiąc jest ona

naturalnym stopem o wysokiej temperaturze, w

którym występują zawieszone kryształy

początkowej fazy krystalizacji oraz składniki

gazowe, utrzymywane wskutek wysokiego

ciśnienia w stanie rozpuszczonym. Magma,

która przebiła się przez skorupę ziemską i

wylała przez krater wulkanu nosi nazwę lawy.

MECHANIZM RÓZNICOWANIA SIĘ MAGMY
WYJAŚNIANY JEST NASTĘPUJĄCYMY
PROCESAMI:
1. Oddzielenie się płynnej magmy wskutek
działania sił ciężkości (tzw. likwacja). W ten
sposób pierwotnie jednorodny stop
różnicuje się pod względem gęstości,
powodując oddzielenie się np. magmy
gabrowej od granitowej, czy stopu
siarczkowego od krzemianowego.
2. Frakcyjna krystalizacja magmy, czyli
kolejne wydzielanie się kryształów
(minerałów) w czasie krzepnięcia stopu, w
miarę spadku temperatury. W trakcie
krystalizacji minerały lżejsze od stopu
przemieszczają się ku górze, cięższe
natomiast opadają na dno zbiornika
magmowego.

3. Różnicowanie przy udziale składników
lotnych, rozpuszczonych w fazie ciekłej
magmy. Przy spadku ciśnienia i temperatury
następuje wydzielenie się składników
gazowych i ich wędrówka ku stropowi
zbiornika magmowego. Banieczki gazów
przyczepione do kryształów mogą
przemieszczać je ze sobą ku górze.

4. Różnicowanie przez asymilację ze
skałami osłony w brzeżnych partiach
zbiornika magmowego. Asymilacja ta
polega na częściowym rozpuszczeniu
składników mineralnych skał osłony lub na
wymianie jonowej między magmą a skałami
osłony. Ma ona znaczenie jedynie wówczas,
gdy skład skał osłony różni się zasadniczo
od składu stopu magmowego

.

Szeregi Bowena (za Beresiem 1992)

W wyniku reakcji poszczególnych minerałów ze stopem
(pobieranie SiO

2

z magmy) powstają nowe minerały bogatsze

w SiO

2

Powstanie różnego rodzaju magmy

Podczas powolnej krystalizacji może zajść odseparowanie
powstających minerałów wskutek czego magma zmienia
swój skład.

minerał skała macierzysta gleba

Właściwości i charakter minerałów mają kluczowy

wpływ na właściwości i charakter skały macierzystej
gleby. Z kolei skała macierzysta to podstawowy
element kształtujący właściwości fizyczne i
chemiczne gleby.

Najważniejsze minerały glebotwórcze

Kwarc

– SiO

2

.

Reprezentuje klasę tlenków krzemu. Jego

zawartość w glebie oscyluje, najczęściej, w granicach

70-90%. W glebach piaszczystych, powstałych z

piasków eolicznych lub aluwialnych jego zawartość

zbliża się nawet do 100%. Tak duża zawartość kwarcu

w glebach wynika z dużej odporności na wietrzenie.

Hematyt

– Fe

2

O

3

,

Limonit

- Fe

2

O

3

• nH

2

O

To najważniejsze minerały glebotwórcze należące do

tlenków żelaza. Wpływają na barwę gleby: w zależności

od warunków wodno-powietrznych mogą zachodzić

procesy bruatnienia, rdzawienia lub oglejenia.

Kalcyt

– CaCO

3

. Minerał ten należy do węglanów.

Jest

głównym minerałem

skał węglanowych, z których

powstają rędziny kredowe.

Do węglanów należą także dolomit - CaMg(CO

3

) oraz

magnezyt – MgCO

3

. Kalcyt, dolomit i magnezyt to

nawozy wpływające na zwiększanie pH gleby.

Gips

– CaSO

4 •

2H

2

O

Anhydryt

- CaSO

4

Gips i anhydryt należą do siarczanów. Z minerałów tych tworzą

się rędziny siarczanowe. Gleby te występują lokalnie w
Dolinie Nidy

Apatyty, fosforyty, wiwianit

nalezą do fosforanów. W nich

zgromadzony jest prawie cały fosfor znajdujący się w
glebie. Produkuje się z nich większość nawozów
fosforowych.

KRZEMIANY PIERWOTNE

Są to sole kwasów krzemowych. W glebie występują w ilości

kilku, kilkunastu procent. Charakteryzują się
skomplikowanym składem chemicznym i złożona budową
strukturalną. Podstawowym elementem ich budowy jest
tetraedr.

W zależności od ułożenia tetraedrów wyróżnia się :
krzemiany

wyspowe

(oliwin),

krzemiany grupowe

(beryl),

krzemiany łańcuchowe

(pirokseny np. augit, amfibole np..

hornblenda) ,

krzemiany warstwowe (

muskowit, biotyt),

krzemiany przestrzenne

(skalenie i skaleniowce). Z

gleboznawczego punktu widzenia najważniejsze są
krzemiany warstwowe i przestrzenne. Z nich bowiem, w
wyniku wietrzenia chemicznego (przede wszystkim
hydrolizy) powstają krzemiany wtórne – MINERAŁY
ILASTE. Główne minerały ilaste to illit, kaolinit,
smektyt (montmorylonit)

Właściwości minerałów ilastych
- w przeważającej części Ø < 0,002 mm
- budowa warstwowa (pakietowa)
- mogą posiadać ładunki elektryczne (dominują

ładunki ujemne) – stąd sorbują kationy

- zdolność pęcznienia i kurczenia się podczas

namakania i wysychania

- ogromna powierzchnia właściwa od 50-800 [m

2

/

g]

Rola minerałów ilastych w glebie jest b. duża.
Obecność minerałów ilastych zdecydowanie podnosi

zdolności sorpcyjne. Obecność minerałów ilastych
w umiarkowanej ilości poprawia również
właściwości fizyczne, a tym samym na
właściwości wodne gleby.

Minerały organiczne

Do tej grupy minerałów organicznych mających znaczenie

glebotwórcze należy torf. Torf może być skałą macierzystą
gleb hydrogenicznych.

Duża różnorodność form minerałów zmusza do łączenia ich w

pewne grupy. Te grupy to układy krystalograficzne.

Różnica pomiędzy układami krystalograficznymi wynika z

kształtu równoległościanu elementarnego.

Równoległościan elementarny jest to najmniejsza prawidłowa

forma powstała z połączenia ze sobą atomów lub jonów.

Przy wzroście kryształu równoległościan ten powtarza

się wielokrotnie.

Wyróżnia się następujące układy krystalograficzne:

1.

Układ regularny

2.

Układ tetragonalny

3.

Układ rombowy

4.

Układ jednoskośny

5.

Układ trójskośny

6.

Układ heksagonalny

7.

Układ trygonalny

PODSTAWOWE UKŁADY

KRYSTALOGRAFICZNE

a=b=c α=β=γ

UKŁAD

REGULARNY

UKŁAD TERAGONALNY

a=a≠c α= β =γ=90˚

UKŁAD ROMBOWY

a≠b≠c α=β=γ=90˚

a≠b≠c α

=

γ=90˚ β≠90˚

UKŁAD JEDNOSKOŚNY

UKŁAD TRÓJSKOŚNY

a≠b≠c [α≠β≠γ] ≠90˚

a= b≠c α=β = 90˚ γ=120˚

UKŁAD HEKSAGONALNY

UKLAD TRYGONALNY

a1=a2=a3 α

1

=α

2

=

α

3

≠ 90˚

UKLAD TRYGONALNY

Wskaźniki kierunków w krysztale

Jeżeli prosta przechodzi przez początek układu

współrzędnych, to wskaźnikami prostej są współrzędne
pierwszego węzła (punktu ) leżącego na prostej. Jeśli
nie są to liczby całkowite, to trzeba je sprowadzić do
wspólnego mianownika -

liczniki

stanowią wskaźniki kierunku.

Jeżeli prosta nie przechodzi przez początek układu, to jej
wskaźniki wyznaczamy tak, jak współrzędne wektora i
sprowadzamy je do liczb całkowitych.

WSKAŹNIKI MILLERA DLA PŁASZCZYZN

JEŚLI PŁASZCZYZNA NIE PRZECHODZI PRZEZ ŚRODEK UKŁADU

WPÓŁRZĘDNYCH TO WSKAŹNIKAMI PŁASZCZYZN SĄ
ODWROTNOŚCI WSPÓŁRZĘDNYCH PUNKTÓW PRZECIĘCIA
PŁASZCZYZNY Z OSIAMI. (CZYLI Z OSIAMI: X,Y,Z)

JEŚLI ODWROTNOŚCI WSPÓŁRZĘDNYCH NIE SĄ LICZBAMI

CAŁKOWITYMI NALEŻY SPROWADZIĆ JE DO WSPÓLNEGO
MIANOWNIKA –

LICZNIKI SĄ WSKAŹNIKAMI PŁASZCZYZN

PŁASZCZYZNA „

A”

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

MINERAŁÓW

WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE

BARWA

BARWA RYSY

PRZEZROCZYSTOŚĆ

POŁYSK

x

y

z

Petrografia

Skały

to naturalne skupienia jednego lub najczęściej wielu

minerałów. Ich geneza może być bardzo zróżnicowana. Ze
względu na genezę wyróżnia się :

- Skały magmowe
- Skały osadowe
- Skały metamorficzne

Skały magmowe:

Powstają w wyniku krzepnięcia magmy

w różnych warunkach temperatury i ciśnienia. Głównymi
ich przedstawicielami są granit i bazalt. Ich znaczenie
glebotwórcze jest niewielkie – głównie w Tatrach i Sudetach.

Skały osadowe

Z gleboznawczego punktu widzenia są

najważniejszą

grupa

skał.

W procesie ich powstawania można wyróżnić cztery etapy.

Każdy z tych etapów ma zasadniczy wpływ na
właściwości skał, a tym samym na właściwości gleb z
niej powstających.

Wspomniane etapy to:
- wietrzenie ( fizyczne, chemiczne, biologiczne)
- transport zwietrzałego materiału ( jeśli materiał nie

jest transportowany powstają utwory rezydualane).
Czynnikami transportującymi zwietrzelinę mogą być:

Woda – powstają utwory aluwialne (rzeczne), deluwialne

(zmywane)

Wiatr – powstają utwory eoliczne
Lodowiec – powstają utwory zwałowe, wodno-lodowcowe

(fluwioglacjalne)

Rodzaj transportu ma zasadniczy wpływ na właściwości skał –

przede wszystkim na strukturę, a więc wielkość ziaren.

Utwory aluwialne i eoliczne, ze względu na selektywną

działalność rzek

i wiatru, są silnie przesortowane – ziarna je tworzące mają

bardzo

zbliżone wymiary - struktura monodyspersyjna.

Utwory aluwialne

tworzą bardzo charakterystyczne

gleby –

mady rzeczne

.

Typowymi utworami

eolicznymi

są piasek eoliczny i less.

Utwory zwałowe: Utwory naniesione przez lodowiec. W

przeciwieństwie do utworów eolicznych i aluwialnych nie są

przesortowane – lodowiec nie był czynnikiem sortującym.

Typowym przykładem utwory zwałowego jest glina zwałowa.

Struktura gliny tworzona jest więc przez ziarna o bardzo

zróżnicowanej wielkości. Określana jest jako „mieszana”.

Struktura monodyspersyjna stwarza niekorzystne właściwości

wodno-powietrzne. Utwory grubookruchowe charakteryzują

się dużą przewiewnością i przepuszczalnością i są za suche. Z

kolei utwory drobnoziarniste zatrzymują duża ilość wody lecz

jest ona bardzo silnie związana i nie jest dostępna dla roślin.

Najbardziej korzystne warunki wodno-powietrzne stwarza

struktura „mieszana”. .

Ze względu na wielkość ziaren wyróżnia się

następujące struktury skał osadowych:

- grubookruchową Ø > 2mm – kamienie, żwiry,

brekcje, konglomeraty

- średniookruchową Ø 2mm-0,1mm – piaski,

piaskowce

- drobnokruchową Ø 0,1mm -0,01mm – mułki,

mułowce, lessy, pyłowce

Najważniejsze glebotwórcze skały osadowe:

- Piaski zwałowe
- Piaski fluwioglacjalne
- Gliny zwałowe
- Lessy
- różne utwory aluwialne (mady rzeczne)

Osadzony (III etap), luźny materiał, może przejść

etap IV –

- diagenezy wskutek której powstaje utwór zbity.
Piasek piaskowiec
Mułki mułowce
Żwir konglomerat

Skały metamorficzne

Powstają wskutek metamorfozy już istniejących skał
osadowych – paragnejsy (np. marmur), lub

magmowych

ortognejsy (np. gnejs).
Rola glebotwórcza tych skał jest niewielka.