Faktory, ako je materský materiál a biologické látky, ako aj fyzikálne a chemické látky, ako je odlupovanie a výmena katiónov, spôsobujú pôdu a minerály.
Identifikácia štruktúry pôd, najmä ich mineralogického zloženia, je zásadná, pretože riadi tvar, veľkosť, vlastnosti a správanie sa pôd.
Tvorba-mineralógia-pôdyPri tvorbe ílových minerálov sú zapojené dedičné, neoformačné a transformačné mechanizmy a ich štruktúra a atómové väzby nám poskytujú informácie o ílovej minerálnej skupine a jej vlastnostiach. V rámci chemickej interakcie medzi pôdou a vodou, teória difúznej dvojvrstvovej vrstvy vysvetľuje mechanizmy, ktorými sú molekuly vody priťahované k povrchu ílovej častice. Aby sme vedeli, ako sa pôda tvorí, je potrebné pochopiť vplyv transportu, erózie a usadzovania sedimentu, ako aj jeho post-depozičné zmeny, preto sa ponoríme do týchto konceptov a fyzikálnych a chemických zmien, ktoré nastanú pri premene sedimentu na horninu. sedimentárne.
Kľúčové slová - atóm, cyklus, diagenéza, dipól, väzba, štruktúra, minerál, hornina, sediment a pôda.
1. Úvod
Motiváciou tohto článku je ponoriť sa do toho, ako pôda a jej minerály vznikli a formovali sa, pretože nám to pomáha vyvíjať inžinierske aplikácie v prospech ľudstva, pričom ako pôda chápeme aglomeráciu minerálnych agregátov, ktoré je možné rozdeliť podľa procesov. mechanické alebo voda. Pre geotechnických inžinierov je nevyhnutné porozumieť pôde, to znamená poznať jej vlastnosti, pretože je nevyhnutné pre navrhovanie a stavbu stavebných diel a bez tohto porozumenia by sme boli plné neistoty a neistoty v súvislosti s rizikami a okolnosťami, ktoré majú vplyv na štruktúry. dobrá vizuálna kontrola, zhromažďovanie klimatologických informácií,seizmické, geologické a laboratórne testy nás vedú k vypracovaniu štúdie pôdy, ktorá nám poskytne bezpečnosť pri našej práci a premietne sa do efektívneho a ekonomického návrhu.
Cieľom je poznať činitele a faktory, ktoré spôsobujú pôdu a minerály, porozumieť tomu, ako atómová štruktúra minerálov, ktoré tvoria pôdu, ovplyvňuje ich vlastnosti a prehĺbiť teóriu dvojitej difúznej vrstvy na interakciu pôda-voda.
Článok sa vo všeobecnosti zaoberá činiteľmi, ktoré pôsobia tak fyzicky, ako aj chemicky na vývoj pôdy, ich vlastnosti sa okrem geologických charakteristík analyzujú jednotlivo a súhrnne. Je dôležité porozumieť mechanizmom tvorby minerálov a tomu, ako ich atómová štruktúra mení ich vlastnosti. Bude sa venovať teória difúznej dvojitej vrstvy, ktorá vysvetľuje, ako dochádza k chemickej interakcii medzi vodou a pôdou. Aby sme vedeli, ako sa vytvorila pôda a jej vlastnosti, je potrebné brať do úvahy procesy erózie, transportu a depozície. Nakoniec bude analyzované, ako k premene ílového minerálu na horninu a pôdu dochádza prostredníctvom súboru procesov známych ako diagenéza.
štruktúra:
- Správanie, geológia a formovanie pôd Vývoj ílových minerálov Štruktúra a typy atómových väzieb minerálov Chemická interakcia voda-pôda Difúzna teória dvojvrstvovej erózie, transportu a depozície Post-depozičné zmeny v sedimentoch: Diagenéza
2. Hlavné telo
2.1. Správanie, geológia a formovanie pôd
2.1.1 Správanie
Aby sme analyzovali, ako pôda pôsobí, je potrebné ju analyzovať jednotlivo a kolektívne, pričom hlavnými charakteristikami jednotlivca sú tvar a veľkosť, a ak sa konkrétne odvolávame na íly, bude to mineralogické zloženie. Sústava častíc predstavuje súhrnne hlavné charakteristiky, ako je relatívna hustota, ak ide o nesúdržnú zeminu, a súdržnosť, ak je súdržná.
Pôvod pôd v dôsledku fyzikálno-chemického zvetrávania hornín môže byť zvyškový alebo transportovaný, zvyšková pôda je materiál z horniny, ktorý nebol transportovaný z pôvodného umiestnenia, a zachováva slabiny horniny vo vnútri. V vymedzených hĺbkach sa pôda považuje za prevážanú, ak je výsledkom pôsobenia dopravných faktorov, ktoré pôsobia na skale alebo pôvodnej pôde. Medzi nimi máme sopky, rieky, vietor a ľadovce, ktoré produkujú veterné, aluviálne a ľadovcové ložiská. Pôdy môžu tiež pochádzať z rozkladu organických látok, ktoré sa vytvárajú na mieste vďaka zoskupeniu pevných koster alebo kusov zvierat.
2.1.2 Geológia
Geologicky je zem rozdelená na kôru, plášť (horný a dolný), jadro (vnútorný a vonkajší) a jeho približný polomer meraný na rovníku je 6400 km. Dôležitou geologickou vlastnosťou je geotermálny gradient, ktorý je definovaný ako zvýšenie teploty s hĺbkou. Čím väčší geotermálny gradient, magma zvýši svoju rýchlosť tuhnutia a vytvorí malé kryštalické štruktúry kvôli nedostatku času na reakciu atómov. Zem sa skladá z rôznych prvkov, z ktorých najhojnejšie sú kyslík, kremík, hliník a železo „Obrázok 1“.
Obrázok 1. Zloženie Zeme
Zdroj: Mitchell and Soga (2005)
Geologický cyklus je kontinuálny proces transformácie, ktorý sa začal pred miliardami rokov a pozostáva zo štyroch fáz, ktorými sú odstraňovanie, ukladanie, tvorba sedimentu a pohyby kôry „Obrázok 2“.
Obrázok 2. Zjednodušený geologický cyklus Zdroj: Mitchell a Soga (2005)
2.1.3 Školenie
Je dôležité spomenúť, že horniny, podobne ako pôda, sú tvorené malými kryštalickými jednotkami známymi ako minerály. Minerál s komplikovanou štruktúrou na rozbitie vytvára hrubozrnnú (stabilnú) pôdu, ale ďalší minerál s ľahko rozbiteľnou štruktúrou tvorí jemnozrnné (nestabilnejšie) pôdy.
Medzi hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú tvorbu pôd, patria:
- Látka, ktorá dala vzniknúť pôde, či už ide o vyvrelú, sedimentárnu alebo metamorfovanú horninu. Voda, ktorá produkuje fyzikálnochemické reakcie a indukuje proces hydrolýzy a karbonácie. Reliéf, pretože voda tiež pôsobí na topografiu regiónu. Podnebie, pretože určuje farba pôdy Teplota, pretože vzťah medzi množstvom ílu v pôde a teplotou je priamo úmerný Ľudský tvor, ktorý vytvára a mení prírodné podmienky Hlavné látky, ktoré pôsobia na tvorbu pôdy Rozdeľujú sa do dvoch skupín: fyzikálne zmeny, ktoré spôsobujú rozklad častíc bez zmeny ich pôvodného zloženia, napríklad: erózia, exfoliácia a odľahčenie záťaže.Chemické zmeny, ktoré spôsobujú zmenšenie veľkosti častíc a chemickú zmenu materskej horniny, napríklad: oxidácia a výmena katiónov.
2.2. Vývoj ílových minerálov
Medzi procesy tvorby ílových minerálov prostredníctvom zvetrávania máme dedičnosť, v ktorej bol minerál vytvorený reakciami v určitom štádiu geologického cyklu a bol dostatočne stabilný, aby si zachoval svoje počiatočné vlastnosti. Ďalším procesom je Neformácia, v ktorej sa minerál tvoril reakciami medzi inými minerálmi v dôsledku roztoku alebo chemického zvetrávania a posledným mechanizmom tvorby je transformácia, v ktorej minerál vznikol reakciami, ale zachováva si niektoré vlastnosti. iniciály.
Mineralogické zloženie pôdy je zásadné, pretože určuje tvar, veľkosť a vlastnosti častíc. Minerály môžu byť klasifikované ako primárne a sekundárne, považujú sa za primárne, ak si zachovajú svoju autentickú kryštalickú štruktúru a sekundárne, ak pochádzajú zo zmien medzi materskými minerálmi.
2.3. Štruktúra a typy atómových dlhopisov minerálov
Je dôležité spomenúť, že elementárnou štruktúrou veľkej časti minerálov je kyslík-oxid kremičitý, tetrahedron a alumín-hydroxyl-oktaedron "obrázok 3".
Obrázok 3. Základná štruktúra väčšiny minerálov. Zdroj: Agronomická fakulta - licenciaUBA Silvana Torri (2015)
Kremičitany sa skladajú z dvoch prvkov kremíka Si a kyslíka O, spolu s ďalšími prvkami, ako je hliník Al, železo Fe a horčík Mg. Kremičitany sú základom niekoľkých minerálov tvorených atómom kremíka tetraedrálne usporiadaným na štyri atómy kyslíka, čím sa vytvára anión SiO44-.
Íly sa vytvárajú zvetrávaním živcov, sľud a pyroxénov, okrem toho sú vyrobené z listov oxidu kremičitého tetraedru integrujúceho hexagonálnu sieť.
Atómová štruktúra minerálov je tvorená primárnymi a sekundárnymi väzbami, primárne väzby sú kovalentné, iónové a kovové. Kovalentné väzby sa vyskytujú, keď dva alebo viac atómov vymieňajú elektróny z ich poslednej orbitálnej úrovne, aby sa dosiahla stabilita, iónové väzby sú spôsobené elektrostatickou príťažlivosťou generovanou iónmi s elektricky opačnými nábojmi a kovové väzby sú väzby, ktoré vznikajú elektrostatickou príťažlivosťou. medzi elektrónmi a katiónmi nachádzajúcimi sa v kovoch a ktoré sa voľne pohybujú. Medzi sekundárne väzby máme produkt vodíkových väzieb príťažlivosti pozitívneho konca dipólu so záporným koncom blízkej molekuly,draselné väzby sú chemického typu a vyskytujú sa spojením nepretržitých štvorstenných listov ílových minerálov, pretože draslík K zapadá do dostupného hexagónu. Typom slabej sekundárnej väzby je Van Der Walls Force, ktorá je tvorená príťažlivosťou a odpudením indukovaných dipólov alebo molekúl.
Štruktúra niektorých ílových minerálov:
- Kaolinit: laminárna forma väčšej hrúbky, pozostáva zo súvislých vrstiev elementárnych listov Gibbsite Silica. Konfigurácia 1: 1 a bazálne oddelenie 7,2 Á (Á je merná jednotka ekvivalentná jednej miliónte milimetra) “Obrázok 4”.
Obrázok 4. Tvorba minerálov - Kaolinit
Zdroj: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Pôvod a tvorba pôd.
- Illite: laminárna forma pozostávajúca z listu Gibbsite spojeného s dvoma listami Silica. Konfigurácia 2: 1 a bazálne rozstupy 10 Á "Obrázok 5".
Obrázok 5. Tvorba nerastov - Illite
Zdroj: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Pôvod a tvorba pôd.
- Montmorillonit (smektit): laminárna, rúrková, podlhovastá forma, pozostávajúca z listu Gibbsite spojeného s dvoma vrstvami kremíka. Konfigurácia 2: 1 a základné odstupy 9,6 Á "Obrázok 6".
Obrázok 6. Tvorba minerálov - Montmorillonit
Zdroj: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Pôvod a vznik
podlahy
2.4. Difúzna teória dvojvrstvovej chemickej interakcie voda-pôda
Pre strojárstvo je voda klasifikovaná ako intersticiálna (pórovitá) a absorbovaná voda, intersticiálna voda je voda, ktorá nie je ovplyvnená interakciami, zatiaľ čo absorbovaná voda je voda, ktorá je ovplyvnená týmto typom interakcií., Teória dvojitej difúznej (iónovej) vrstvy sa týka rozhrania tuhá látka-kvapalina a uvádza prvú vrstvu, kde sa náboj nachádza na povrchu hliny, a druhú vrstvu, ktorá zodpovedá difúznej vrstve iónov susediacich s povrchom. vyrobené z hliny, ktorá neutralizuje jej záporné náboje.
Medzi silami pôsobiacimi na difúzne dvojité pole máme elektrostatickú príťažlivú silu, ktorá je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi ílom a katiónom, elektrostatickú odpudzovaciu silu a difúznu silu, ktorá sa rovná koncentrácii v všetky body.
Existuje niekoľko modelov difúznej vrstvy, vrátane Helmholtzových (1879), Gouy-Chapmanových (1910-1913) a Sternových (1924) modelov.
- Helmholtzov model: vrstva nábojov na pevnom povrchu a pevná vrstva iónov opačného náboja v roztoku Gouy-Chapmanov model: vrstva nábojov na pevnom povrchu a difúzna vrstva iónov so štatistickým rozdelením v Sternov model: vrstva nábojov na pevnom povrchu a ďalšia vrstva protiiónov tvorená podvrstvou protiiónov absorbovanou v tuhej forme a rozptýlenou podvrstvou iónov v roztoku.
Obrázok 7. Difúzna dvojitá vrstva
Zdroj: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Pôvod a tvorba pôd.
2.5. Erózia, preprava a ukladanie
Erózia je opotrebenie, ktoré spôsobuje na povrchu telesa predmet vonkajších činiteľov (napríklad vietor alebo voda) alebo nepretržité trenie iných telies. Transport je premiestnenie erodovaných materiálov na konkrétne miesto na ich následnú sedimentáciu v inom materiáli. Sedimentácia je posledným procesom morfogenézy a je založená na akumulácii materiálov po erodovaní a preprave.
Erózia spočíva vo fyzickom alebo chemickom odstránení pôd, aluvi, kolutia, sedimentov alebo nekonsolidovaných materiálov. To sa líši od počasia, pretože je statický, to znamená, erózia zahŕňa dopravu.
Erózia pôdy je spôsobená najmä faktormi, ako sú voda a vzdušné prúdy, najmä v suchej krajine bez vegetácie, ako aj v ľade. Pôdna erózia znižuje jej úrodnosť, pretože spôsobuje stratu minerálov a organických látok „Obrázok 8“.
Obrázok 8. Porovnanie eróznych a dopravných kriviek pre prietok vzduchu a vody. Vzduch je o niečo účinnejšie erozívne činidlo ako prúdy pre veľmi malé častice, ale je neúčinné pre častice väčšie ako piesok.
Zdroj: Mitchell and Soga (2005)
Ak dôjde k transportu sedimentov vodou, môže to ovplyvniť veľkosť sedimentov, ktoré ich redukujú roztokom, oterom pri zavesenom zaťažení a nejakým oterom a nárazom pri ťahovom zaťažení. Ďalším účinkom vody je tvar a zaoblenie, pretože spôsobuje zaokrúhľovanie piesku a štrku, a na povrchovej štruktúre voda zmäkčuje a leští piesok a nemá veľký vplyv na bahno. Transport sedimentu vzduchom tiež spôsobuje značné zníženie veľkosti častíc, vysoký stupeň zaoblenia a matnú plochu. Preprava ľadom (ľadovce) má značný vplyv a rozdrvenie, uhlové tvary a poškodené povrchy. Ak je preprava gravitačnou, potom je vplyv na veľkosť značný,tvar, ktorý dáva časticiam sedimentu, je uhlový a nie guľový, vytvára tiež poškodený povrch. Sedimentácia pozostáva zo zoskupovania erodovaných a prepravovaných materiálov. Vlastnosti depozitov závisia od pôvodu transportného agenta. Napríklad, ak je to cez rieky, moria alebo vietor, materiál sa ukladá, keď posun v médiu klesne pod rýchlosť ukladania zaťaženia. V prípade ľadu depozícia vzniká, keď narazí na prekážku alebo keď hmotnosť ľadu dosiahne svoje maximum.morí alebo vetroch sa materiál ukladá, keď posun v médiu klesne pod mieru ukladania nákladu. V prípade ľadu depozícia vzniká, keď narazí na prekážku alebo keď hmotnosť ľadu dosiahne svoje maximum.morí alebo vetroch sa materiál ukladá, keď posun v médiu klesne pod mieru ukladania nákladu. V prípade ľadu depozícia vzniká, keď narazí na prekážku alebo keď hmotnosť ľadu dosiahne svoje maximum.
2.6. Post-depozičné zmeny sedimentu: Diagenéza
Diagenéza je celý rad procesov, ktoré vedú sedimenty k tvorbe sedimentárnej horniny. Podľa typu sedimentu sa môžu vytvárať detitálne horniny, to znamená horniny, ktoré pochádzajú z akumulácie fragmentov zvetrávaných a erodovaných hornín alebo neidentitálnych hornín, to znamená z látok rozpustených vo vode a tvorených zvyškami organizmov.
Pravdepodobne existujú 3 požiadavky, ktoré musia byť splnené, aby došlo k diagenéze v ílovitom mineráli. Prvou požiadavkou je, že existuje dostatok prvkov, ako je draslík, horčík, hliník a kremík. To je možné vidieť v Arizone konkrétne v Blue Mesa, kde sa modrá Illite „Obrázok 9“ vytvárala iba na miestach, kde bol k dispozícii draslík.
Obrázok 9. Hlinitý minerál známy ako Blue Illite.
Zdroj: Athinarom.gr, 2017
Druhou požiadavkou je, že kombinujúci sa ión musí byť sprevádzaný energiou dostatočnej intenzity na aktiváciu reakcie. Energia môže byť chemická (silná atómová väzba), mechanická (vysoký tlak) alebo tepelná (vysoká teplota). Treťou požiadavkou by bol geologický čas, plynutie dlhého časového úseku nemusí byť vždy nevyhnutné, ale existujú prípady, keď je to charakteristika určitých geologických systémov a v určitých prípadoch by to mohla byť osobitná požiadavka.
Íly uložené v sedimentárnom prostredí, ako je napríklad nádrž, sú zakopané, zohrievané a postupne vstupujú do diagenetického prostredia. Dôležitou reakciou, ktorá sa vyskytuje v bridliciach tvorených z bahna, ktoré pôvodne obsahovalo Montmorillonit, je postupná premena Montmorillonitu na zmiešané vrstvy Illite-Montmorillonite so zvyšujúcou sa hĺbkou a teplotou pochovnice. Podľa Perryho a Howera (1970) by bol príklad na pobreží Mexického zálivu v Spojených štátoch, keď teplota dosiahne 60 ° C. Podľa Howera je reakciou spravidla K-Feldepasts + Montmorillonite à IS + Chlór + Quartz (1)
3. Závery
Pôvod pôd sú horniny a ich tvorba je produktom procesov, pri ktorých sa materiál, ktorý ich tvorí, transformuje, to znamená zvetrávanie. Pri zvetrávaní sa hornina rozkladá a rozkladá v dôsledku faktorov ako voda, podnebie, vzduch alebo čas. Minerály sú prírodné, pevné a anorganické látky, ktoré majú kryštalickú štruktúru a tvoria sa v dôsledku geologických procesov. Hlinité minerály sú veľmi hojné a tvoria všeobecnú matricu pôdy. Tieto minerály sa môžu veľmi líšiť, napríklad: Illite, Kaolinite a Montmorillonit, každý z nich sa vytvára v špecifických klimatických podmienkach a vďaka svojim vlastnostiam dáva pôde rôzne mechanické vlastnosti., Na vysvetlenie interakcie voda-pôda vznikla teória difúznej dvojitej vrstvy, pojem difúzna dvojitá vrstva popisuje povrch záporne nabitej častice a dispergovanú vrstvu katiónov, charakteristika tejto vrstvy je tenká vrstva silne vody viazaných a viskóznych je množstvo katiónov nepriamo úmerné vzdialenosti medzi katiónmi a ílovými časticami.
Sedimentárne procesy sú tie, ktoré produkujú, pohybujú, ukladajú a akumulujú sedimenty a ktoré zasahujú do tvorby sedimentárnych hornín. Sú súčasťou sedimentárneho cyklu a vyskytujú sa na zemskom povrchu alebo mierne pod zemským povrchom.
Diagenéza je proces, ktorý mení sediment, keď je na zemskom povrchu alebo blízko neho. Zmeny v dôsledku pohybov Zeme a zvýšenia tlaku majú metamorfnú povahu; diagenetické zmeny sa však postupne stávajú metamorfickými.
odkazy
- Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Pôvod a tvorba pôd. Mineralogia pôdy. Panama, 2017. Tvorba a transformácia minerálov v skalách a pôdach Eberl, DD 1984. Denver Colorado: Phil. Trans. R. Soc. Lond, 1984. 80225.Diagenéza v hlinených mineráloch - prehľad. Keller, WD Missoury, ColumbiaSoga, Mitchell a. 2005. Pôdna formácia. John Wiley a synovia. 2005 Beatriz, Cabrera Rivera a Tamara. Geotechnické vlastnosti zvyškových zemín kúpeľov Cordillera de la Costa. Bakalárska práca. 2007 Science of Earth Sciences. Španielsko: Complutense, 2000. Torri, Silvana. slideshare.net. 10. marca https://es.slideshare.net/Shvana/unidad-1a-45676959. Jorge, Nelly Lidia. slideplayer.es. 2016. http://slideplayer.es/slide/10258333/. Erózia, preprava a sedimentácia. María, Blog de. 2011 Hernández, Alberto.slideshare.net. 24. júla 2010. https://es.slideshare.net/Alberkar/los-procesos-geolgic os-externa-y-el-reliieve-2008-9.
