Все механические элементарные почвенные частицы представляют собой минералы.
Почва — это своеобразный минералогический музей. Чтобы увидеть разнообразие минералов в почве, необходимо прежде всего отделить крупные минералы от мелких, снять с поверхности крупных первичных минералов пленки, которые состоят из очень мелких глинистых минералов, гумусовых веществ и полуторных оксидов.
Почвенные минералы разных размеров, соприкасаясь друг с Другом в определенном порядке, образуют материальную основу почвы — ее минеральную матрицу или своеобразный каркас. Минералогический состав почвы — это процентное соотношение Разных минералов в определенной массе почвы по горизонтам почвенного профиля. В почве могут присутствовать сотни различных минералов, однако наиболее часто встречается около 50. Все минералы в почвах разделяют по происхождению и размеру на две группы: первичные и вторичные.
Первичные минералы
К этой группе принадлежат минералы, переходящие в мелкозём в процессе физического выветривания материнских пород (магматических, метаморфических и осадочных).
Зерна первичных минералов в почвах сосредоточены главным образом в песчаных и пылеватых гранулометрических фракциях. Количество и разнообразие первичных минералов в почвах зависит от литологического типа почвообразующих пород и связано с гранулометрическим составом. Наиболее богаты минеральными видами фракции 0,05—0,25 мм и 0,01—0,05 мм. Первичные минералы вследствие небольшой удельной поверхности имеют крайне низкую водоудерживающую способность и не обладают физико-химической поглотительной способностью.
При разрушении первичных минералов высвобождаются различные химические элементы. Они вовлекаются в процессы почвообразования и используются растениями и микроорганизмами в качестве источников элементов питания. Скорость, количество и разнообразие высвобождающихся в процессе биохимических реакций элементов зависит от степени устойчивости минералов и от их химического состава.
Степень устойчивости первичных минералов почвы и химические элементы, высвобождаемые при их разрушении
Первичные минералы полностью наследуются почвой от материнских горных пород. Поэтому содержание и разнообразие первичных минералов в почвах связано с генетическим типом почвообразующих пород. В целом в минералогическом составе почв преобладают кварц, полевые шпаты и слюды. Это так называемые легкие минералы с плотностью менее 2,8 г/см3. На долю тяжелых минералов, имеющих плотность более 2,8 г/см3, приходится 3—4 % или менее. Среди тяжелых минералов наиболее часто встречаются роговые обманки, эпидот, турмалин, гранат, циркон, дистен, ставролит, сфен и монацит.
Вторичные минералы
Они представлены глинистыми минералами, минералами оксидов железа и алюминия, а также солями и в основном сосредоточены во фракции менее 0,001 мм.
Глинистые минералы составляют основную часть вторичных минералов. Их кристаллические решетки образованы слоями, состоящими из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров. Глинистые минералы обладают важнейшей для почвообразования способностью к изоморфным замещениям, поэтому им принадлежит важнейшая роль в обменных процессах, обеспечении поглотительных и буферных свойств почв, образовании органоминеральной матрицы, закреплении гумуса и удержании элементов пищевого режима растений от вымывания. Эти минералы относят к вторичным потому, что они образовались из продуктов выветривания магматических и метаморфических пород.
К самым распространенным в почве глинистым минералам относятся минералы групп каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и хлорита.
Минералы группы каолинита относятся к диоктаэдрическим слоистым алюмосиликатам. Их кристаллическая решетка жесткая и состоит из двух слоев: на один слой кремнекислородных тетраэдров приходится один октаэдрический слой алюминия, магния или железа. Каолинит содержит 45—46 % кремнезема, 38—40 % глинозема и около 13 % воды. Емкость поглощения каолинита достигает 20 мг-экв на 100 г почвы. Минерал не набухает. Содержание каолинита в почвах обычно не велико, за исключением тропических и субтропических почв.
Минералы монтмориллонитовой группы относятся к трехслойным минералам. Структурная единица монтмориллонита представлена двумя слоями кремнекислородных тетраэдров и одним слоем алюмогидроксильных октаэдров между ними. Они образуют трех-слойные пакеты, соединенные между собой катионами К+, Mg2+, Ca2+. Их кристаллическая решетка расширяется при повышении влажности почвы, поэтому они сильно увеличивают объем при набухании. В составе монтмориллонитов содержится до 51 % кремнезёма, 19—20 % глинозёма, до 15—16 % воды и всегда есть заметное количество магния и кальция. Емкость поглощения монтмориллонита высокая и достигает 80—100 мг-экв на 100 г почвы. Минералы этой группы обычно присутствуют в почвах степей (чернозёмах, каштановых и солонцах).
Минералы группы гидрослюд-иллитов представляют собой трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся кристаллической решеткой. Емкость поглощения гидрослюд составляет 45—50 мг-экв на 100 г почвы. Гидрослюды содержат значительное количество калия (до 6—8 % К2O), частично доступного растениям. Минералы этой группы широко распространены в осадочных породах и присутствуют почти во всех почвах, особенно подзолистых.
Минералы группы хлоритов — это четырехслойные глинистые минералы — водные силикаты магния и железа, содержащие алюминий. В состав хлоритов входят примерно одинаковые количества SiO2, Аl2O3, МnО (по 26—27 % каждого) и около 8 % FeO. Хлориты обладают заметной поглотительной способностью, достигающей 10—40 мг-экв на 100 г почвы.
Минералы гидроксидов железа и алюминия встречаются в иллювиальных горизонтах подзолистых почв. Гидроксиды железа и алюминия могут образовывать малоподвижные формы, связывая значительное количество фосфорной кислоты. Тонкодисперсные минералы гидроксидов железа образуют пленки на поверхности почвенных частиц, увеличивая влагоемкость и структурность почвы. Наибольшее значение для почвообразования имеют гематит и гётит из минералов группы железа и гиббсит из минералов группы алюминия.
Минералы-соли встречаются главным образом в почвах сухих степей, в аридных областях. Большое количество солей характерно для соленосных почвообразующих пород и засоленных почв. Наиболее распространенные в почвах минералы этой группы — кальцит, доломит, сода, гипс, ангидрит, галит.