1 IZVORI, SASTAV I DINAMIKA MINERALNE SASTAVNICE TLA - Minerali... · Mineral glina Površina m2/g Kapacitet zamjenjivihkationa (cmol(+) kg-1) Kaolinit 5 - 20 2 - 15 ... Ca-plagioklas,

1

10:06

1

IZVORI, SASTAV I DINAMIKA MINERALNE SASTAVNICE TLA

- MINERALI I STIJENE -

Minerali i stijene

• petrogeni minerali

• primarni minerali

• sekundarni minerali pedogeni minerali

• postojanost minerala

10:06Minerali i stijene

2

MINERALI

• minerali prema prozirnosti:

• prozirni

• neprozirni

• minerali prema boji:

• salski

• femski

• značaj mineralnog sastava stijena i tla


3

2

Kemizam Zem. kore1 Minerali u Zemljinoj

kori2

[mas. %] [vol. %]

Oksidi Vrsta minerala

SiO2 60,18 plagioklasi 39

Al2O3 15,61 kvarc 12

Fe2O3 3,14 K-feldspati 12

FeO 3,88 pirokseni 11

MgO 3,56 tinjci 5

CaO 5,17 amfiboli 5

Na2O 3,91 minerali glina 4,6

K2O 3,19 olivin 3

TiO2 1,06 kalcit, dolomit 2

P2O5 0,3 magnetit 1,5

ostali minerali 4,9


4

Element Simbol

Maseni

udjel

Obujamni

udjel

Atomski

udjel

[%]

kisik O 46,6 93,8 60,5

silicij Si 27,7 0,9 20,5

aluminij Al 8,1 0,8 6,2

željezo Fe 5,0 0,5 1,9

kalcij Ca 3,6 1,0 1,9

natrij Na 2,8 1,2 2,5

kalij K 2,6 1,5 1,8

magnezij Mg 2,1 0,3 1,4

svi ostali elementi 1,5 – 3,3


5


6

- struktura minerala u najvećoj mjeri ovisi o veličin atoma / iona

koordinacijski broj kationa

- efektivni ionski polumjer (Pauling):

Si 0,041 nm - 4 O

Al 0,050 nm - 4 i 6 O

Mg 0,065 nm

Fe 0,076 nm

Na 0,095 nm

Ca 0,099 nm

K 0,133 nm - 8 O

O 0,140 nm

3

• silikati

• oksidi i hidroksidi

• karbonati

• nitrati

• fosfati i njihovi analozi (arsenati i vanadati)

• sulfati i njihovi analozi (telurati i selenati)

• jodati

• borati

• molibdati i volframati

• sulfidi i njihovi analozi (arsenidi, antimonidi, bizmutidi, teluridi, selenidi)

• halidi (kloridi, fluoridi, bromidi, jodidi i hidrohalidi)

• organski spojevi

• samorodni elementi i slične tvari (zlato, srebro, platina, dijamant, grafit, sumpor, bakar, nitridi, karbidi, fosfidi i silicidi).


7

1. SILIKATI / ALUMOSILIKATI

Da bi bio stabilan unutar strukture kristala,

Si-O tetraedar mora:

(1) biti uravnotežen s pozitivno nabijenim

ionima; ili

(2) dijeliti atome kisika sa susjednim

tetraedrima čime se smanjuje potreba za

pozitivno nabijenim ionima.

-Najzastupljeniji minerali u Zemljinoj kori - više od 75 % litosfere


8

Nezosilikati - (grč. nesos = otok)olivin, cirkonprimjer: Olivin - (MgFe)2SiO4

10:06

9

Minerali i stijene

4


Sorosilikati (grč. soros = gomila, grupa)- dva tetraedra meĎusobno povezana preko zajedničkog kisika- epidot

Ciklosilikati - (grč. kyklos = krug)- minerali prstenaste rešetke kod kojih su meĎusobno povezana 3, 4 ili 6 tetraedara u prsten tako da su im zajednička 3, 4 ili 6 kisika- beril, turmalin

10

Struktura izoliranihSiO tetraedara4

Jednostruka lančastastruktura

Dvostruka lančastastruktura

Struktura prostornerešetke

Prstenasta (plošna)struktura

Primjer

Grupa olivina

Grupa piroksena

Grupa amfibola

Grupa feldspata

Grupa tinjaca

Strukture silikatnih minerala

SILIKATIInosilikati - lančasti silikati - (is, inos grč.=

vlakno, nit)

- Jednostruki lančasti - pirokseni, augit,…

- Dvostruki lančasti - amfiboli, hornblenda,…

Filosilikati - prstenasta (plošna) struktura -

(grč. phyllon = list)

-svaki tetraedar dijeli po tri iona kisika sa

susjednim tetradrima mreža

- tinjci, minerali gline, serpentini,…

Tektosilikati - struktura prostorne rešetke

(grč. tekton = graditelj)

-SiO4 tetraedri su povezani u prostornoj

rešetci preko svoja 4 kisika

- feldspati

10:06

11

Minerali i stijene

Kvarc

Feldspati

- Si- tetraedri

- izomorfna zamjena Si sa Al

- 4 Si tetraedra imaju formulu Si4O8 - jedan Si zamijenjen s Al pa

je formula -AlSi3O8

- KAlSi3O8 - ortoklas

- NaAl Si3O8 - albit

- CaAl2 Si2O8 – anortit

- plagioklas

- izvor bazičnih kationa

- potencijalni izvor gline10:06

12

Minerali i stijene

a) PETROGENI SILIKATI

5

Olivini

- 4 slobodne veze zasite se Mg2+ i Fe2+ ionima

- (Mg,Fe)2SiO4

- izomorfna smjesa forsterita (Mg2SiO4) i fajalita (Fe2SiO4)

- slaba veza Mg-Fe - lako se raspadaju

- vrlo niski sadržaj Al (<1 % Al2O3) slabi doprinos tvorbi min. glina

10:06

13

Minerali i stijene

Pirokseni i amfiboli - inosilikati

- Pirokseni - jednostavan tetraedarski lanac – enstatit Mg2Si2O6,

hipersten (Fe,Mg)2Si2O6, diopsid (Ca,Mg)2Si2O6, te augit i

dijalag koji su vrlo složenog kemijskog sastava

- Amfiboli - dvostruki tetraedarski lanac – aktinolit, hornblenda

- otporniji od piroksena

10:06

14

Minerali i stijene

• tetraedrijska mreža

• oktaedrijska mreža

• di- (Al)

• tri- (Mg, Fe)


15

6

Tinjci (liskuni)

- mreže slojevi

- dvomrežni slojevi (1:1)

- tromrežni (2:1) slojevi - K- ion

- muskovit (Al), glaukonit, illit

- biotit (Fe i Mg), flogopit, lepidolit

- otporniji su od amfibola

- značajan izvor K i minerala glina

muskovit 10:06

16

Minerali i stijene


17

• flogopit

• paragonit

• klorit (klinoklor, pennantit, penninit, ...)


18

7

• titanit, cirkon, turmalin, granat, epidot, sericit, pirofilit, talk, zeoliti


19

• filosilikati


20b) MINERALI GLINA

pretežno kristalna graĎa (naizgled amorfni)

pretežno slojeviti minerali ili filosilikati – debljine pretežno ispod 1 m

nastaju pri polaganoj razgradnji primarnih minerala

hidratizirani aluminijevi silikati

SiO2:Al2O3 = R, a kreće se najčešće izmeĎu 2 i 3

mreže- SiO4 i Al(O-OH)6 – preko zajedničkog kisikova atoma izgraĎuju slojeve (dvoslojne, troslojne i četveroslojne)

kristal minerala gline -10-20 slojeva

• Kaolinitska skupina minerala• - kaolinit• - halloysit• - dickit• - nakrit•• Illitska skupina minerala• - illit• - glaukonit

• Smektiti• - montmorillonit• - nontronit• - beidelit• - saponit• - hectorit

10:06

• vermikulit

• pedogeni klorit

• paligorskit i sepiolit

• alofan, imogolit i hisingerit

Minerali i stijene

21

8

• Si4Al4O10(OH)8

• kisela reakcija

• vodikova veza (most) izmeĎu slojeva: čvrsta veza

•u dodiru s vodom ne bubri

• debljina listića do 0,5 μm, rijeĎe i nekoliko μm

Kaolinit


22

• Si4Al4O10(OH)8·4H2O

• izmeĎu dvomrežnih slojeva je jedan sloj H2O

• ako je temperatura zraka iznad 50 °C, odnosno relativna vlažnost ispod

50 %, halloysit gubi meĎuslojnu vodu i prelazi u metahalloysit (proces

je ireverzibilan)

• prostor izmeĎu baza slojeva je 1 nm za halloysit, a 0,72 nm za

metahalloysit.

• ne bubri

Halloysit


23


24

9

• Si8(Al,Mg, Fe)4~6O20(OH)4·(K,H2O)2

• srodan muskovitu, iz kojeg najčešće nastaje• najrasprostranjeniji tip minerala gline• tla bogata kalijem• tetraedrijska zamjena Si-Al i oktaedrijska Al-Mg• višak negativnog naboja kompenziran K+ ionom• debljina sloja 0,9-1,0 nm, a meĎuslojni razmak 0,35 nm• 10-30 slojeva, 0,1-0,3 μm

•glaukonit

Illit


25

• Si8Al4O20(OH)4·nH2O• alkalna i neutralna reakcija• listasti oblik• kisikova veza izmeĎu slojeva – van der Waalsove sile – razmicanje

• oktaedrijska zamjena (Mg)• n·H2O i kationi• bubrenje i sorpcija•debljina sloja 1,0 do 1,9 (2,0) nm, a meĎuslojni razmak 0,35 do 1,5 nm

•nontronit– oktaedrijska zamjena – Fe•debljina izmeĎu 0,002 i 0,15 µm

Smektiti (montmorilonit,

nontronit, beidelit)


26

• sličan je i montmorilonitu i ilitu• debljina sloja je od 1 do 1,4 nm• izmjenjivi kationi Ca2+ i Mg2+ i dva sloja vode izmeĎu tromrežnih slojeva

Vermikulit


27

Klorit (pedogeni)

• strukturna rešetka je četveroslojna• izmeĎu troslojnih lamela je još jedan sloj gibsita ili brucita• gotovo da ne bubri

10


28

Paligorskit

- Mg-Al filosilikat

Sepiolit

- Mg filosilikat

Alofan, imogolit i hisingerit

- parakristalasti, hidratizirani alumosilikati


29

Mineral glinaPovršina

m2/g

Kapacitet

zamjenjivih kationa

(cmol(+) kg-1)

Kaolinit 5 - 20 2 - 15

Klorit 70 - 150 10 - 40

Illit 100 - 200 15 - 40

Montmorillonit 700 - 800 80 - 150

• vrsta izvornog minerala

• kemizam sredine - kisela sredina – kaolinit

• kisela sredina s puno otopljenih org. tvari – nema argilogeneze

• prisustvo pojedinih iona u otopini (K, fe, Mg, Ca, ...)

• klima i dreniranost

• slaba drenaža, Ca, Mg – montmorillonit

• stupanj transformacije

• sialitno trošenje – stvaraju se minerali gline

• feralitno trošenje – nakupljaju se oksidi Al i Fe (tropi)

Nastanak i transformacija minerala glina


30

11

• najrašireniji primarni oksid – kvarc

• sekundarni: Al-, Fe-, Mn-, Si-, Ti-, …


31OKSIDI I HIDROKSIDI

• kvarc

• opal, kristobalit, tridimit, sek. kvarc, kalcedon

a) SI- OKSIDI – skupina KVARCA


32

b) Al- OKSIDI (i oksihidroksidi i hidroksidi)

• korund,

• bemit, dijaspor

• gibbsit, bayerit, …


33

c) Fe- OKSIDI (i oksihidroksidi)

• trošenje minerala oksidacija željeza

• različite razine hidratiziranosti boja

• goethit (α-FeOOH)

• hematit (α-Fe2O3)

• lepidokrokit (γ-FeOOH), maghemit (γ-Fe2O3), ferihidrit (5Fe2O3

· 9H2O), …

• redukcija u anaerobnim uvjetima mobilizacija

•

12


34

d) Mn- OKSIDI

• pretežno tamno smeĎi do crni

• piroluzit

• braunit

• birnesit

• todorokit

• jaki oksidansi


35

e) Ti- OKSIDI

• pokazatelj trošenja i starosti tla

• rutil, anatas, brukit, ilmenit

• najrašireniji su kalcit - CaCO3 i dolomit - (CaMg(CO3)2

• siderit (FeCO3) - u anaerobnim uvjetima tla

• anhidrit - CaSO4 i gips - CaSO4 · 2H2O

• pirit i markazit - FeS2(anaerobni uvjeti), greigit - Fe3S4

(bakterijska aktivnost)

• apatiti - Ca5[(F,Cl,OH)(PO4)3], vivijanit - Fe3(PO4)2 · 8 H2O (močvarno tlo)


36

KARBONATI, SULFATI, SULFIDI, FOSFATI

13

• pokazatelj kemizma

• petrogeni minerali – izvor hraniva i sekundarnih minerala

• utjecaj na prirodu krute faze tla

• polimineralnost

• postojanost minerala


37

EKOLOŠKI ZNAČAJ MINERALNOG SASTAVA TLA


38

STIJENE

1. MAGMATSKE STIJENE

- nastaju kristalizacijom minerala iz prirodne silikatne taljevine magme ili u slučaju kada magma izbije na površinu Zemlje – lave

- podjela: prema brzini hlaĎenja magme / lave, prema kemizmu i prema mineralnom sastavu

10:06

39

Minerali i stijene

14

Prema masenom udjelu

SiO2

Prema mjestu postanka Prema glavnim mineralima

Intruzivne Efuzivne

KISELE

(> 60 % SiO2)

GRANIT RIOLIT kvarc 20 – 40 %, K-feldspat = Na-plagioklas, tinjci

ADAMELIT DELENIT kvarc 20 – 40 %, K-feldspat > Na-plagioklas

GRANODIORIT DACITkvarc 10 – 30 %, Na-plagioklas + Na-Ca-plagioklas >

K-feldspat, biotit, hornblenda

KVARCDIORIT

(TONALIT)DACIT

kvarc, Na-plagioklas + Na-Ca-plagioklas > K-feldspat,

biotit, hornblenda

NEUTRALNE

(52 – 60 % SiO2)

MONCONIT LATIT ILI TRAHIANDEZITkvarc, K-feldspat = Na-plagioklas, biotit, hornblenda,

piroksen

DIORIT ANDEZITNa-plagioklas i Na-Ca-plagioklas 60 – 80 %, amfibol,

piroksen

SIJENIT TRAHIT K-feldspat 60 – 80 %, hornblenda, biotit, piroksen

ALKALIJSKI SIJENIT FONOLIT nefelim, analcim, sodalit, hornblenda, biotit, pirokseni

BAZIČNE

(45 – 52 % SiO2)

GABRO

BAZALT

DIJABAZ

DOLERIT

SPILIT

Ca-plagioklas 40 – 70 %, pirokseni (augit, hipersten),

malo hornblrnde i biotita s olivinom ili bez olivina

NORIT BAZALTCa-plagioklas, piroksen (hipersten) s olivinom ili bez

olivina

ULTRABAZIČNE (< 45

% SiO2)

PERIDOTITPIKRIT

KIMBERLITolivin, jedan ili više piroksena

DUNIT pretežito Mg-olivin, malo piroksena

LERCOLIT olivin, broncit, dijalag

HARCBURGIT piroksen, olivin

ULTRAMAFITNE (< 45

% SiO2, > 8 % Fe-Mg

do 32 %MgO)PIROKSENITI monoklinski piroksen (augit, diopsid, dijalag)


40

2. SEDIMENTNE STIJENE

- trošenje (mehaničko, kemijsko) – prenošenje i taloženje i moguća

litifikacija

10:06

41

Minerali i stijene

a) KLASTIČNI (MEHANIČKI) SEDIMENTI

Veličina čestica Oblik

čestica

Nevezane čestice Poluvezane čestice Vezane čestice –

sedimentiti

Psefiti (ruditi) (>2

mm)

Nezaobljen

e čestice

Drobina ili kršje Breča ili kršnik

Zaobljene

čestice

Šljunak, sipar Konglomerat ili

valutičnjak

Psamiti (areniti)

(2-0,063 mm)

Pijesak Pješčenjak, arkoza,

grauvaka, kalkaernit

Alevroliti (siltovi)

(0,06 – 0,002

mm)

Prah, mulj Prapor (les) Prahovnjak (siltit),

muljnjak

Peliti (lutiti)

(<0,002 mm)

Glina, lapor Glinac (npr.

lapornjak), glinjak

(npr. glineni

škriljavac, brusilovac

ili šejl)


42

15

• fliš• prapor (les)• lapor• piroklastične stijene• klastični vapnenci


43

• karbonatni sedimenti• vapnenac• dolomit• bigar• travertin• sige

• silicijski sedimenti• rožnjak

• evaporiti• ahidrit• gips• halit


44B) KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE SEDIMENTNE STIJENE

• akumulacija otpornijih minerala pri trošenju izvornih stijena• lateriti• boksiti

• organogeni sedimenti – akumulirani organski ostaci• treset• ugljen• gvano


45C) REZIDUALNE SEDIMENTNE STIJENE

16

3. METAMORFNE (PREOBRAŢENE) STIJENE

- izokemijska metamnorfoza

- alokemijska metamorfoza

- visoke temperature i tlakovi

- regionalna (dinamotermalna) metamorfoza – tlak koji obuhvaća veliku površinu (škriljavci - filit, grinšist, talkšist, amfibolski škriljavac, gnajs, serpentinit iz amfibolita)

- retrogradna metamorfoza ortometamorfiti (ortoškriljavci)- progradna metamorfoza parametamorfiti (paraškriljavci)

- dislokacijska (kataklastična) metamorfoza - pritisak na površini (kataklaziti, miloniti)

- kontaktna (termalna) i hidrotermalna metamorfoza - kontakt stijena s magmom (mramor, kvarcit, kornit, sepentinit iz peridotita)

- plutonska metamorfoza (ultrametamorfoza) – eklogiti, migmatiti

10:06

46

Minerali i stijene

4. ANTROPOGENI SUPSTRATI

- graĎevinski otpad

- otpad

- pepeo

- komunalni mulj,

- industrijski mulj

10:06

47

Minerali i stijene

Documents

1 IZVORI, SASTAV I DINAMIKA MINERALNE SASTAVNICE TLA - Minerali... · Mineral glina Površina m2/g Kapacitet zamjenjivihkationa (cmol(+) kg-1) Kaolinit 5 - 20 2 - 15 ... Ca-plagioklas,