Talajképző kőzetek, ásványok

Az előadások a következő témára: "Talajképző kőzetek, ásványok"— Előadás másolata:

1 Talajképző kőzetek, ásványok
Talajtan előadás Talajképző kőzetek, ásványok Mállási folyamatok Dr. Mészáros Ilona és Oláh Viktor 2007

2 A talajtan tárgya A talajtan (pedológia) a talajok kialakulásával, tulajdonságaival, rendszerezésével valamint hasznosításával foglalkozik. Általános talajtan: talajok képződése, talajképző kőzetek, talajfizika, talajkémia, talajbiológia, talajgenetika, talajok osztályozása, talajföldrajz Alkalmazott talajtan: talajhasznosítás, talajművelés, talajjavítás, talajvédelem, öntözés és trágyázás talajtani szempontjai

3 A talaj A szilárd földkéreg legfelső, laza, termékeny takarója (pedoszféra). A kőzetektől, kőzettörmeléktől és málladékoktól megkülönböztető sajátossága a termékenység és változékonyság. Termékenység: a talajon élő magasabb rendű növények folyamatos vízzel és tápelemekkel való ellátása, és zavartalan gyökérfejlődési feltételek biztosítása, ezeken keresztül pedig a növények produkciója. Változékonyság: a talaj állandóan változó, dinamikus rendszer, folyamatosan változó folyamatok jellemzik, amelyek a talajra ható élő és élettelen tényezők kölcsönhatása révén mennek végbe.

4 A talajok alkotórészei
A talaj különböző minőségű és méretű alkotórészekből álló heterogén, polidiszperz rendszer. Részei: Szilárd fázis Folyékony fázis (talajoldat) Gázfázis (talajlevegő)

5 A talaj szilárd fázisa A talaj élettelen komponensei
A legtöbb növényi tápelem raktára, Komponensei aktív felületet biztosítanak az ion-adszorpciós és ioncsere-folyamatoknak. Befolyásolja a folyékony fázisban oldott anyagok koncentrációját. A talaj élettelen komponensei 1. szervetlen komponensek: - elsődleges ásványok (leginkább kvarc, földpátok, csillámok), - másodlagos ásványok (főleg agyagásványok). 2. szerves komponensek: kisebb mennyiségben, mint a szervetlen alkotórészek, különböző dekompozíciós állapotú növényi és állati maradványok, és azokból képződött vegyületek. Méret szerint agyagfrakcióba tartoznak. Talajlakó élőlények (összességük: edafon).

6 A szilárd fázist alkotó komponensek méret szerinti frakciói
Mérettartomány Frakció neve > 2 mm Kavics mm Durva homok 0.2 – 0.02 mm Finom homok 0.02 – mm iszap (por) < mm agyag

7 Az agyag frakció jellemzői:
Agyagásványok, amorf kovasav, Al(OH)3 és Fe(OH)3, valamint szerves humuszanyagok. Kis méretük miatt nagy fajlagos felület. Az agyagkomponensel döntően befolyásolják a talaj fizikai-kémiai, kolloidkémiai tulajdonságait, ragasztóanyagokként a durvább homok és iszapszemcséket morzsákká ragasztják össze A homok és iszap frakciók jellemzői: Túlnyomórészt primer ásványokból állnak. Legnagyobb mennyiségben kvarc és földpátpótlók, kisebb mennyiségben csillámok, piroxén, amfibolok és olivin.

8 A folyékony fázis vagy talajoldat
Oldott gázokat (O2, CO2), szervetlen és szerves vegyületeket tartalmaz. Szervetlen vegyületek: oldott sók (K+, NH4+, Ca2+ stb. sói, pl. nitrátok, foszfátok) Szerves vegyületek: pl. különböző kis- és nagy molekulájú szerves savak (humuszsavak stb.)

9 Gázfázis vagy talalevegő
Legfontosabb komponensei az O2 és CO2 Mennyisége meghatározó az aerob-anaerob mikrobiológiai folyamatok, a gyökérlégzés, és egyes kémiai reakciók lezajlása szempontjából. A folyékony és gázfázis együtt általában a talaj térfogatának 40-50%-át teszi ki.

10 A talajszelvény A talaj felszínétől az alapkőzetig terjed.
A talajképződés során létrejövő, a felszínre párhuzamos rétegekre (talajszintekre) tagolódik. Egyezményes talajmorfológiai betűjelzések: A-szint: humuszos felső szint - feltalaj A0 - kevésbé bomlott avartakaró A1 - humuszban gazdag (humuszos szint) A2 – fakó, alacsony humusztartalmú (kilúgzási szint) - eluviáció B-szint: felhalmozódási szint (illuviáció) – altalaj C-szint: alapkőzet

11 A talajképződés tényezői I.
Két nagy csoport: Passzív tényezők 1. Alapkőzet: fizikai és kémiai tulajdonságai meghatározzák a talajképződés sebességét, és a talaj tulajdonságait 2. Domborzat: mikro és makro méretekben befolyásolja a talajképződést (vízelvezetés, szoliflukció, inszoláció stb.) 3. Idő

12 A talajképződés tényezői II.
B) Aktív tényezők 1. Éghajlat: a) csapadék (talajvíz, kapilláris víz, levegőgazdálkodás, vegetáció) b) hőmérséklet (fizikai és kémiai folyamatok sebessége, biológiai aktivitás, növényzet és más élőlények növekedése) c) Páratartalom (evaporáció és evapotranszspiráció mértéke) d) Szél (kisebb jelentőségű, de evaporáció és evapotranszspiráció mértéke) 2. Élőlények: módosítják a fizikai és kémiai folyamatokat a) növények: - szerves savak, enzimek gyökéren keresztüli kiválasztása, CO2 termelés - elhalásuk után szerves vegyületek - mikormeteorológiai hatások b) állatok: talajkeverés, elhalásuk után szerves vegyületek c) mikroorganizmusok: baktériumok, gombák (biokémiai és biofizikai folyamatok, holt szerves anyagok ásványosítása)

13 A talajképződés A talajképződés alapanyaga a kőzet.
A kőzetek: a Föld szilárd kérgét alkotó, jellemző szövetű és kémiai összetételű ásványtársulások, amelyek meghatározott geológiai feltételek mellett jöttek létre. Képződésük szerint 3 nagy csoport: 1. Magmatikus (eruptiv) 2. Üledékes (szediment) kőzetek 3. Átalakulási (metamorf) kőzetek A magmatikus kőzetek elsődleges, az üledékes és metamorf kőzetek keletkezési feltételeikből adódóan másodlagos kőzetek. A magmatikus és a metamorf kőzetek a szilárd földkéreg 95%-át alkotják. A felszínnek a 75 %-át szediment típusú kőzetek borítják (Hazánk területének 98 %-át.)

14 Magmatikus kőzetek: 1/ Mélységi (plutonikus) kőzetek A Föld kérgében kihűlő magmából képződnek. Lassú kihűlés, nagy nyomás  szabad szemmel is látható kristályos szerkezet (szemcsés szövetű). A talajképződés szempontjából fontos: gránit, diorit, gabbró. 2/ Kiömlési kőzetek: A felszínen megszilárduló magmából képződnek. Gyors kihűlés, alacsony nyomás  mikroszkopikus kristályok, amelyek a mélyebb részekben kialakult kristályok közti teret töltik ki  porfiros szövet. Nagyon gyors lehűlés  üreges szerkezet (hialin szövetű). A talajképződés szempontjából fontos: riolit, andezit, bazalt. 3/ Vulkáni tufák Vulkáni hamu és törmelék. Ásványi összetételük megegyezik a kiömlési kőzetével. Kisebb fajsúly; laza, likacsos szerkezet, porózusabbak, könnyebben aprózódnak, mállanak. Riolit-, andezit- és bazalttufa. Átmenet az üledékes kőzetek felé!

15 A magmatikus kőzetek rendszere

16 Üledékes kőzetek Kőzetek aprózódása, egyes anyagok oldódása, majd kicsapódása következtében, ill. élő szervezetek közreműködésével halmozódnak fel. Eredet szerint: A/ Szervetlen eredetű üledékes kőzetek törmelékes üledékes kőzetek: primer kőzetek aprózódása, szállítása, lerakódása útján keletkeznek. kémiai vagy vegyi eredetű üledékek: kémiai folyamatok során, vagy telített oldatból való kicsapódással alakulnak ki. B/ Szerves eredetű üledékes kőzetek (növényi, ill. állati szervezetek közreműködésével) kőszén, barnaszén, lignit, tőzeg

17 Törmelékes üledékes kőzetek osztályozása:
Felaprózódás mértéke szerint: A törmelékeket gyakran valamely anyag összeragasztja, cementálja. A cementáló anyag befolyásolja a mállást és a képződött talaj minőségét. Ragasztóanyag lehet pl.: szénsavas mész, kovasav, vasoxihidrát Szilárd kőzetté cementált üledékek: 1. konglomerát - 2 mm-nél nagyobb részecskéket tartalmaz és a részek lekerekítettek - kavics 2. breccsa - ua., csak a részecskék sarkosak, élesek - kövek 3. homokkő - ha a homokot mész, gipsz, vasoxidok vagy agyag (pszammit) szilárd kőzetté cementálják 3 1 2

18 A törmelékes üledékes kőzetek csoportjai a szállítás ill
A törmelékes üledékes kőzetek csoportjai a szállítás ill. osztályozás közege alapján: Homokos üledék szél által osztályozott - futóhomok Agyagos víz által osztályozott - iszap szél által osztályozott - lösz

19 A Lösz Lösz - hazánk legkedvezőbb tulajdonságú és legfontosabb talajképző kőzete; melyet a jégkorszak idején a szél hordta és ülepítette le, és a porszemekben lévő mész, vasoxihidroxidok és az agyag laza kőzetté ragasztotta össze. A típusos lösz jellemzői: színe - fakósárga felépítése - rétegzetlen nagyfokú porozitás és jó vízáteresztőképesség. Kedvező tulajdonságait az ásványi szemcsék mérete, porózus szerkezete és CaCO3 tartalma biztosítják. Szénsavas meszet tartalmaz, jellemző rá a nagyfokú vertikális állékonyság (45-50 m-es löszfalak a Duna mentén). Ha a szénsavas mész a löszlerakódások felső rétegeiből alsóbb rétegekbe mosódik, ott rendszerint tömör kövületekké ún. konkréciókká alakul át, amelyeket löszbáboknak is neveznek.

20 Talajtani szempontból hazánkban a lösznek rendkívül fontos szerepe van, mert a Dunántúl és a Tiszántúl jelentős részén talajaink löszön alakultak ki. Dunántúl - löszlerakódások homokos jellegűek Tiszántúl - löszlerakódások inkább agyagos jellegűek, mert sok helyütt az áradásos, vízállásos területeken átiszapolt ún. infúziós lösztakaró képződött. A hazai lösztakaró átlagos ásványi összetétele (Stefanovits szerint): kvarc % földpát % csillám % kalcit % agyagásvány (illit) %

21 Kémiai üledékek (vegyi eredetű)
l. Ide soroljuk az ún. agyagos képződményeket (az agyagásványok kémiai mállástermékek). Agyagos kőzetek : montmorillonitos, kaolinites, illites stb. Laterit és bauxit forró égövi, csapadékdús körülmények között képződtek. Al(OH)3 AlO(OH) Fe2O3 és Fe(OH)3 keverékei. A laterit vasban gazdagabb, a bauxit alumíniumban. Hazánk jelentős bauxitlerakódásai a földtörténeti középkor krétakorszakában jöttek létre, amikor a térségben trópusi klíma uralkodott. Márga - ha mészkő rakódik le az agyagban agyag túlsúlyban  agyagos márga CaCO3 sok  meszes márga II. A vízben oldott ásványi anyagoknak kikristályosodása, ill. kiválása révén jöttek létre a gipszből, kősóból, kálisóból, mészpátból, dolomitból álló kőzetek Talajtani szempontból a mészkő és a dolomit a jelentős!

22 Metamorf (átalakulási) kőzetek
A magmatikus és üledékes kőzetekből nagy nyomás és hőmérsékleti viszonyok hatására képződnek. Mindig kristályosak. 1. Mészkőből  márvány 2. Kristályos palák - talajképződés szempontjából fontosak, mert könnyebben mállanak. Réteges szerkezet /palás leveles / Gneisz - gránithoz hasonló ásványi összetétel, de a palákra jellemző réteges szerkezete van Fontosak továbbá: agyagos  csillámpalák - sok csillámot tartalmaz homokos  agyagpalák - keveset, agyagból képződött üledékből  kvarcit - homokkőből

23 Ásványok A talajképződés szempontjából lényeges a talajképző kőzet ásványainak kémiai összetétele, mivel meghatározza a talajképződés módját, a képződött talaj tulajdonságait. Talajtani, ill. talajgenetikai szempontból, kémiai összetétel szerint a következőképpen csoportosítjuk az ásványokat. 1. Szilikátok 2. Oxidok és hidroxidok 3. Karbonátok 4. Szulfátok és szulfidok 5. Kloridok 6. Nitrátok 7. Foszfátok 8. Borátok

24 Ásvány: a földkéreg természetes úton képződött, egynemű (homogén), szilárd alkotórészei, amelyek jellegzetes kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Általában szabályos szerkezet, kristályos felépítés. Az alkotóelemek szabályosan, geometriailag meghatározott módon foglalnak helyet az ásványokra jellemző rácsszerkezet csomópontjain. Kisebb részük ún. amorf, melyek alkotó elemei a térben szabálytalanul, rendezetlenül helyezkednek el, így az anyagnak nincs jellemző szabályos formája. A kristályok legkisebb egysége az elemi cella. Attól függően, hogy milyenek az ásványok anyagi tulajdonságai, milyen építőelemekből állnak, milyenek a kristályosodási körülmények, a kristályok különböző alakú és számú (billiós nagyságrend!) elemi cellából épülnek fel. Szabad szemmel látható  makrokristályok: síkokkal, élekkel körülhatárolt Fénysugaras mikroszkóppal  mikrokristályok Elektronmikroszkóppal és röntgenvizsgálatokkal  szubmikrokristályok

25 Talajképződés szempontjából a talajásványokat között primer (elsődleges) és másodlagos (szekunder) ásványokat különböztetünk meg. A kristályrácsba beépült atomok, ill. ionok ásványtanilag jól jellemezhetők az ún. koordinációs számmal, mely a rácselem (v. komplex molekula) központi atomját, ill. ionját körülvevő szomszédos részecskék számát mutatja. (A kovalens kötésű rácsok kivételével a koordinációs számnak nincs köze a központi atom, ill. ion vegyértékéhez). kationok koordinációs számai: 4: Si4+ 8: Ca2+, Al Na+ 6: Al3+ 12: K+ Fe3+ Fe2+ Ca2+

26 l. Szilikátok A magmatikus kőzetek 81 %-át, az üledékes kőzetek 37 %-át alkotják. + a kvarc. Nemcsak geokémiai szempontból fontos ásványok, hanem talajgenetikai szempontból is. A talajok sok fontos tulajdonsága a különböző szilikát szerkezetekre vezethető vissza! Közel 130 féle szilikát ismeretes. A sokféle variáció okai: A Si koordinációs száma 4  az O-nel tetraéderes elrendeződésben található A Si-O tetraéderek egymással a térben különböző módokon, mértékben kapcsolódnak. 3) A tetraéderek egymáshoz kapcsolódása a csúcsok közvetítésével, O-hidak révén. Csoportosításuk: a Si-O tetraéderek egymáshoz kapcsolódásának módja, valamint egyéb atomok vagy gyökök megkötése alapján.

27 A Si-O tetraéderek központjában lévő Si-ot izomorf szubsztitúció révén, hasonló méretű Al3+ helyettesítheti negatív töltésfelesleg kationmegkötődés lehetséges Egyes szilikátoknál (rétegszilikátok) a Si-O tetraéderes háló Al-O oktaéderekből álló hálóhoz kapcsolódik. Az oktaéderes rétegben az Al3+, v. Fe3+ helyezkedik el az oktaéderek középpontjában, vagy pedig Mg2+ és Fe2+.

28 Ha az oktaéder középpontjában három vegyértékű Al-ot izomorf szubsztitúció révén kétvegyértékű kation helyettesíti, negatív töltésfelesleg  kation megkötődés. Ha az oktaéder központokban mindegyik középpontban kétértékű fémion van, akkor az összes lehetséges oktaéder középpontok be vannak töltve  trioktaéderes ásványok. Ha 3 értékű fémion van, akkor a lehetséges helyeknek csak 2/3-a van betöltve  dioktaéderes ásványok. Dioktaéderes szerkezet Trioktaéderes szerkezet

29 Szilikát csoportok I. 1. Szigetszilikátok Fe2+, Mg2+ ortoszilikátok
egyszerű,kapcsolódás nélküli SiO-tetraéderek alapképlet: SiO44- Si:O = 1:4 olivin (Fe,Mg)2SiO4 olivin

30 Szilikát csoportok II. 2. Láncszilikátok
A tetraéderek két csúcson kapcsolódnak - 2 közös O-nel végtelen láncokká alapképlet: Si2O Si:O = 1:3 piroxének R2+ Si2O6 angit R= Ca, Fe, Mn, Mg

31 Szilikát csoportok III.
3. Szalagszilikátok 2 piroxénlánc minden 2. tetraéder egy-egy oxigén atomjával összekapcsolódik - vagyis minden 2. tetraéder 3 sarkon kapcsolódik más tetraéderekhez Si : O = 4 :11 Ca2+, Fe2+ esetleg Fe3+, Al3+ amfibolok: a szalagok kationok (Ca, Mg, Fe) révén kapcsolódnak

32 Szilikát csoportok IV. 4. Rétegszilikátok
Minden tetraéder 3 csúcson kapcsolódik az ugyanazon síkban fekvő szomszédos tetraéderekhez (a tér 2 irányában). Si2O52- Si4O104- Si : O = 2 : 5 a tetraéderes rétegek más elemekből felépülő rétegekkel kapcsolódnak

33 Csillámok - talajban mint elsődleges ásványok,
talajtani szempontból nagyon fontos szilikátok, mert a hasonlóan rétegrácsos struktúrájú agyagásványok képződésében jelentős szerepük van! Két szilícium tetraéderes síkháló egy közbülső Al v. Mg oktaéderes hálót fog közre. Emiatt fizikai behatásokra könnyen hasadnak. Muszkovit: K [Al2Si3O10] (OH)2. 2 Si-O tetraéderes réteg, egy Al-oktaéderes réteget fog közre  dioktaéderes. A Si-O tetraéderes rétegben minden 4. Si-ot Al helyettesít  a töltésfelesleg K+ ionok egyenlítik ki, melyek két szomszédos réteget szorosan összetartanak! Biotit: K (Mg, Fe)3 [Al Si3O10] (OH)2 trioktaéderes, Mg és Fe oktaéderes háló tetraéderes rétegben minden 4. Si-ot Al! A töltésfelesleget kiegyenlítő K+ a növények K szükségletének biztosításában nagy szerepet tölt be, H3O+-val kicserélhető! muszkovit biotit Az agyagásványok is rétegszilikátok!

34 5. Térhálós szilikátok térrácsszerkezetü)
- minden tetraéder mind a 4 O-je közös a szomszédos tetraéderekével SiO20  Si2O40 Si : O = 1 : 2 - minden tetraéder középpontja Si  nincs szabad töltés  kvarc - a tetraéder középpontokban Al is  szabad töltés  kation megkötés földpátok, földpátpótlók

35 Földpátok - talajtanilag nagyon fontos csoport, mállásuk révén agyagásványok képződnek.
egyszerű földpátok elegykristályai Ortoklász K Al Si3 O8 káliföldpát Plagioklász Na Al2 Si3 O8 albit (nátronföldpát) Ca Al2 Si2 O8 anortit (kalciumföldpát) A különféle egyszerű földpátok általában keverve fordulnak elő! Savanyú - ha több a nagyobb kovasavtartalmú albit Bázikus - ha több az anortit A bázikus plagioklászok könnyebben mállanak és sok Ca-ot juttatnak a talajba,  jobb talaj Az ortoklász nehezebben mállik, és K-ot juttat a talajba - jelentős K-forrás. A földpátok a talajban az agyagképződés kiindulási anyagai. Mállásuk révén agyagásványok képződnek.

36 Földpátpótlók: kovasavban szegényebb közegben keletkeznek (leucit, nefelin)
A csillámok, földpátok, földpátpótlók Al-ot is tartalmaznak  alumínium szilikátok. Az Al-ot nem tartalmazó szilikátok  fémes szilikátok. Zeolitok: szerkezeti felépítésükből adódóan nagy ioncsere kapacitás. Riolittufák mállása során keletkeznek. Talajtani szempontból: Primer (elsődleges) ásványok: olivinek, piroxének, amfibolok, csillámok, földpátok, földpátpótlók Másodlagos agyagásványok: a primer ásványok mállása során képződnek, szerkezetüket tekintve a rétegszilikátok csoportjába tartoznak.

37 Agyagásványok Közös jellemzőjük: Si-O tetraéderes és Al-O oktaéderes hálókból épülnek fel, ahol a tetraéderes és oktaéderes rétegekben a Si-ot és Al-ot más kationok az izomorf szubsztitúció révén helyettesíthetik. Két fontos tulajdonság: duzzadóképesség és ionmegkötő-, ioncserélő képesség Víz hatására különböző mértékben duzzadnak, száradáskor zsugorodnak  a rácsszerkezet rugalmas, negatív töltésfelesleg, törésfelületen kation adszorpció Csoportosítás: rácsszerkezetük alapján 1. Kétréteges (1:1) agyagásványok 2. Háromréteges (2 :1) agyagásványok 3. Négyréteges (2 :1:1) agyagásványok 4. Röntgen-amorf agyagásványok (allofánok)

38 1. Kétréteges (1:1 vagy TO) agyagásványok
= Kaolinitcsoport Képviselője: kaolinit. Szerkezetében a Si-O tetraéderes síkháló Al-O-OH oktaéderes hálóhoz kapcsolódik. Sem a tetraéderes, sem az oktaéderes rétegben nincs elektromos töltésfelesleg. A rétegek egymáshoz van der Waals erőkkel kapcsolódnak. A szomszédos rétegpárok között a hézag csekély (rácstávolság 2,8 Å)  erős H-híd!, így ionok és vízmolekulák megkötése nem lehetséges. Å

39 1. Kétréteges (1:1) agyagásványok II.
Ionmegkötés csak a rétegekre merőleges törésfelületeken lehetséges. A felaprózottság növekedésével nő az ionmegkötő képesség. A kristályrácsban a Si és Al ionokat O-hidak kötik össze. Ha a Si-O-Al kötés szétszakad, víz jelenlétében SiOH és AlOH csoportok keletkeznek a felületen. A =Si-OH savanyúan, az = Al-OH lúgosan disszociál  a Si-nál negativ, az Al-nál pozitiv a felület töltése,  a tetraéderes háló törésfelületén kationok, az oktaéderes háló felületén anionok kötődhetnek meg. Durva agyag, alacsony aktivitás, alacsony plaszticitás és kohézió, kismértékű duzzadás, a kationcserélő kapacitás pH függő, kicsi T = mg e é / 100 g Főként nagymértékben kilúgozott talajokban! Å

40 2. Háromréteges (2 :1 vagy TOT) agyagásványok
- két szélső tetraéderes réteg és egy közbülső oktaéderes réteg alkot egy-egy szerkezeti egységet. Csillámokhoz hasonló. a/ Illit Izomorf szubsztitúció a tetraéderes hálóban  az elektromos töltésfelesleget K+ ionok kötik le. A K ionok a rétegeket szorosan tartják össze, mert az ionok mérete közel azonos a rétegtávolsággal. Sem kationok, sem víz nem tud a rétegek közé behatolni! A törésfelületek közelében levő K-ionok kicserélhetők más fémionokkal. Valamint a kaolinithez hasonlóan a törésfelületeken lehetséges adszorpció. Kationmegkötő képesség: T = mg e. é. / 100 g Mérsékelt övben nagyon elterjedt ásvány.

41 Å Kaolinit T = 5-15 mg e é / 100 g Illit T = mg e é / 100 g Montmorillonit T = mg e é / 100 g

42 c/ Vermikulit A tetraéderes rétegben a Si-ot részben Al helyettesíti, az oktaéderes sík központi atomja többségében Mg. Emiatt nagy a töltésfeleslege. Kation adszorpciója nagyobb. Túlnyomóan Mg a rácskötegek közt. T = mg e é / 100 g Hazai talajainkban ritkán és kis mennyiségben!

43 c/ Montmorillonit Nnagy kation adszorpciós és duzzadó képesség.
Bi- és trioktaéderes szerkezeti egységet tartalmaz. A trioktaéderes  Mg egységek miatt az oktaéderes hálóban negativ töltésfelesleg  kationmegkötés a rétegek közt és a törésfelületeken A rétegek közé a vízmolekulák behatolhatnak, mert a rétegek távolsága (több molekula vastagságú vízréteg) nagy is lehet. A viztartalommal nő a távolság  a rács kiterjed (mint egy harmónika). Kationadszorpciós képesség mg e é / 100 g Mérsékelt kilúgzási körülmények között keletkezik (illitből). A rétegek közt és a törésfelületeken adszorbeált kationok K+, Na+, Ca2+, Mg2+ kicserérlehők!

44 3. Négyréteges (2 :1:1) agyagásványok
- a tetraéderes - oktaéderes - tetraéderes - oktaéderes sorrendnek megfelelően kapcsolódnak a síkhálók. Az oktaéderes rétegben kétértékű kationok is  trioktaéderes egységek  Mg2+, Fe2+ Klorit Adszorpciós kép mg e é / 100 g Duzzadóképesség kicsiny. H-hid kötés.

45 4. Röntgenamorf agyagásványok (allofánok)
Elektronmikroszkópban szemcsés halmazok. Az elemi cellák összefüggő rétegrácsot nem képeznek. Adszorpciós képesség 100 mg e é / 100 g. Semleges pH-nál nagy. Jelentős negatív töltésfelesleggel rendelkeznek. A talajban az agyagásványok nagy része nem a többi agyagásványtól elválasztva található, hanem ún. vegyes rácsú ásványként - felépítésükben váltakozva követik egymást a különböző agyagásványokra jellemző rácskötegek, ill. ún. átmeneti ásványként fordulnak elő - azaz a rácsszerkezet felépítése nem az egyik vagy másik agyagásványra jellemző szerkezeti részeket tartalmazza, hanem átmeneti sajátosságokat mutat.

46 l. szilikátok 2. oxidok és hidroxidok 3. karbonátok 4. szulfátok és szulfidok 5. kloridok 6. nitrátok 7. Foszfátok 8. Borátok

47 2, Oxidok, hidroxidok 1. Kvarc - SiO2 tektoszilikát
ellenálló a mállással szemben, a talajok fontos alkotórésze. A szilikátok mállása során képződő SiO2 tartalmú kovasavak amorf állapotúak! 2. Limonit: gyüjtőfogalom, amely az amorf Fe(OH)3·n H2O és a kristályosodott oxihidroxidok elegyét jelenti barna vaskő, vasrozsda Fe(OH)3 vízvesztéssel Az eredetileg gél állapotú amorf Fe(OH)3·n H2O  L FeO(OH) barna;  FeO/OH/ - téglavörös kristályok Amorf vashidroxid és kristályos vasoxihidroxid keveréke. 3. Hematit ferri-oxid : Fe2O3  erősen mállott talajokban vörösvasérc; szubtrópusi vörösföldek és trópusi laterit talajok jellemző alkotórésze

48 3. Karbonátok 1. Kalcit CaCO3: megakadályozza a talaj elsavasodását
vizes oldatból válik ki, vagy élőlények mészvázából; vizben, de főként szénsavas vízben Ca(HCO3)2- formájában oldódik. Kedvező hatása van a talajok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaira 2. Dolomit Mg Ca (CO3)2: - nehezebben oldódik vízben 3. Sziderit FeCO3 -: , vasvándorlás! Redukciós viszonyok között képzódik; HCO3-ja vizoldható; oxidációs körülmények  limonittá alakul  Fe(OH)3 4. Na2CO3 · 10 H2O – szóda: a szikes talajok sófelhalmozódása

49 4. Szulfátok és szulfidok
1. Gipsz CaSO4 · 2 H2O a talajok sófelhalmozódási szintjében, alsóbb szintekben. A talajokban részint mint az üledékes kőzet ásványa, részint mint mállástermék: 2. Na2SO4 ·10 H2O Glauber só (mirabilit): Szikes talajok gyakori sója 3. Mg SO4 · 7 H2O keserűsó (epszomit): mint mállástermék; szikes talajok sókivirágzásaiban v. felhalmozási szintjeiben 4. FeS ferroszulfid: redukciós, levegőszegény viszonyok között képződő, fekete, amorf mállástermék; oxidációs körülmény  FeSO4 nedves rétek altalajában és lápokban

50 5. Kloridok A kősó (NaCl) sós talajokban fordul elő. Nálunk ritka, de a sivatagi valamint a tenger­melléki talajokban gyakori. A szilvin (KCl) a kálisótelepek anyagában fordul elő, a talajba mint káliumtrágya kerül

51 6. Nitrátok A nátron-salétrom (NaNO3) a talajok szerves anyagának bomlása és a sófelhalmozódás folyamatának összekapcsolódása következtében a felszíni sókivirágzásokban jelenik meg. A szabadságharc idején a szikesek "salétromszérűin" a trágyalével locsolt szikesek sókivirágzását seperték és használták fel puskapor készítésére. Káli-salétrom (KNO3) a nátron-salétrom kíséretében fordul elő.

52 7. Foszfátok A talajban előforduló foszfátok közös forrása az apatit (Ca5/PO4/3F) - Vivianit - Fe3(PO4) · 8 H2O - ritkább, légszegény, redukciós körülmények között képződik (pl. Ecsedi láp) - Strengit - FePO4 · 2H2O - Savanyú kémhatású közegben Fe3+ ionok jelenlétében a Ca foszfáttal és az apatitokkal ellentétben oldhatóságuk a pH növekedésével nő. - Variscit - aluminium foszfát Al3+ ionok jelenlétében a vasfoszfáthoz hasonló kör. között; Oldhatósága lúgos közegben nő. Ca-foszfátok - trikalciumfoszfát Ca3(PO4)2 erős savban - dikalciumfoszfát CaPO4 gyenge savban   2H2O gyenge savban - oktokalciumfoszfát Ca4H(PO4)3  - vizoldható mono Ca(H2PO4)2

53 8. Borátok A bórax (Na2B4O7 x 10H2O) szikes és sós talajokon képződött só-kivirágzásokban található.

54 Talajképződés 3 folyamat :
1. Az anyakőzet, ill. ásványi anyagainak megbontása, a talajra jutó szerves anyagok fizikai-kémiai degradálása (ún. mállási folyamatok) + mineralizáció 2. A mállástermékek szintézise  másodlagos ásványok képződése (agyagosodás; humuszvegyületek szintézise – humifikáció) 3. A talajosodás folyamatába került anyagok transzportációja

55 Mállási folyamatok Az atmoszférával, hidroszférával, bioszférával érintkező kőzetek és ásványok átalakulási folyamatai. Fizikai, kémiai és biológiai tényezőkre vezethető vissza. Stabilitás: csökkenő szemcsenagysággal a kémiai mállás felgyorsul.

56 Mállási folyamatok a) Fizikai mállás
- a hőmérséklet változása, fagyhatás, sókristályok növekedésekor fellépő feszítő hatás, ill. a víz és szél szállító, koptató hatása (0,01 mm-ig). 1. Hőmérséklet hatása A kőzetalkotó ásványok hővezető képessége, hőtágulási együtthatója eltérő,  feszültségek  repedések, réteges, pikkelyes leválások. Minél nagyobb a hőmérséklet-ingadozás, annál erőteljesebb a mállás. Szín hatása (sötétebb ásványok jobban felmelegednek). 2. Fagy hátása A víz és jég térfogatkülönbségein alapszik. A repedéseket kitöltő víz térfogata a fagyás során 9%-al nő  atm-nak megfelelő feszítő erőt jelent.

57 3. Sók kristályosodása Sók oldatból történő kristályosodásával, kristályvíz felvételével  térfogatnövekedés: 100 atm feszítőerő  repedések 4. Víz és szél szállító és koptató hatása Víz (fagy és sók kristályosodásán kívül) Szállítja, koptatja és osztályozza a törmelékeket. Méret szerinti osztályozás. Szél - az áramló vízhez hasonlóan szállít, koptat, osztályoz. A fizikai mállás tehát a kőzetek mechanikai felaprózódása, amelynek eredményeként laza, üreges szerkezetű kőzettörmelékek képződnek, amelyek a víz és a levegő raktározásra alkalmassá teszik a kőzeteket, és így első fokon megteremtik a növények víz- és levegő ellátásának feltételeit.

58 b) Kémiai mállás A mélységben keletkezett kőzetek a felszínen új körülmények közé kerülnek megbomlanak a mélyben kialakult egyensúlyok - kőzet felaprózódás után kémiai mállás kerül előtérbe, minél nagyobb a felület, annál kedvezőbbek a kémiai mállás feltételei. - A kémiai mállás során érvényre jutó folyamatok során a kőzetek, ill. a kőzetalkotó ásványok kémiai felépítése megváltozik, v. alkotórészeikre bomlanak A kémiai mállás intenzitását befolyásolják a hőmérsékleti- és csapadékviszonyok. Optimális: magas hőmérséklet és gazdag csapadék. A nedves trópusi klíma alatt rendkívül intenzív mállás és kilúgzás megy végbe.  a szilikát ásványokból származó kovasav kolloidális formában kimosódik  a mállási maradék Fe és Al-hidroxidokban gazdag  lateritek  allitikus mállás. Mérsékelt klíma alatt a kémiai mállás nem annyira intenziv. kovasav helyben marad  szialitikus mállás

59 A kémiai mállás főbb történései:
l. Oldódási folyamatok - sók oldódása. Mállás és kimosás közti különbség: A sókkal kapcsolatban mállás, ha ez a kőzetek kémiai dezintegrációját okozza. Ha a talajokon átszivárgó víz a sókat magával ragadja és a mélybe sodorja: "kimosás". Tiszta vízben csak nagyon kevés kőzet, ill. ásvány oldódik. A víz oldó hatását pl. a szénsav jelentősen növeli. A karbonátos kőzetek pl. így válnak a kémiai mállás tárgyává: CaCO3 + 2H2CO3 = Ca(HCO2)2 + 2H2O vízoldékony HCO3 képződik A kőzetképző karbonátok közül legjobban a CaCO3 oldódik, majd FeCO3 (sziderit) és dolomit. Mészkő anyakőzetben - csatornák, járatok, barlangok kialakulása,  karsztosodás.

60 2. Hidratáció Víz dipoláros molekulák megkötése töltéssel rendelkező felületeken. Mindig a kristályrácsok felületén elhelyezkedő ionokon  a hidrátburkok leárnyékolják az elektromos töltéseket  a kristályrács belseje és a repedések között feszültségkülönbség  csökkennek a rácsszerkezetet összetartó erők, kiterjednek a repedések. Az így hidratált ionok a talajoldat H+ ionjával könnyen lecserélhetővé válnak.

61 3. Szilikátok hidrolízise
A hidratáció folytatása. A szilikátos a kovasavak sóiként foghatók fel: a kovasav gyenge sav, sói hidrolízis révén bomlanak. A bomlás gyakran kicserélődési reakcióval kezdődik. 1. ortoklász K Al Si3O8 + HOH  KOH + H Al Si3O8 (Al-kovasav) 2. H Al Si3O8 + 4 HOH  Al (OH) + 3 H2SiO3 amorf kolloid metakovasav Al-O és Si-O-Si kötés bontása H+ ionok kedveznek a folyamatnak. A mállási produktumok vagy kovasav és Al-hidroxid polimerek, vagy kovasav és agyagásványok. Más irányban : 2. H Al Si3O8 + 5 HOH  Al2Si2O5(OH)4 + 4 H2SiO3 allofán Allofán mint átmeneti bomlástermék  illit, vagy K+ kimosódással  kaolinit.

62 A szilikátok hidrolízise

63 4. Oxidáció-redukció Legnagyobb jelentősége a kristályrácsokhoz kötött Fe2+ és Mn2+ oxidációjában van. (biotit, augit). Fe3+  oxidok, hidroxidok képződnek, amelyek csekély mértékben Mn3+  vándorolnak, színesek  kitűnő indikátorai a mállási és Mn  anyagvándorlási folyamatoknak. A kémiai mállás során jönnek létre a szekunder agyagásványok, amelyek a talajok víz- és tápanyag-gazdálkodása szempontjából fontos agyagfrakció alkotórészei. Leggyakrabban: földpátokból, csillámokból, amfibolokból, piroxénekből. Ezek transzformációja - egyrészt az elsődleges ásványok viszonylag csekély fizikai, kémiai átalakulásával, másrészt az eredeti ásványok teljes lebomlását követő, bizonyos bomlástermékekre kiterjedő újrakristályosodásával.

64 Általánosságban elmondható, hogy
1) enyhe mállási viszonyok esetén, gyengén savanyútól alkalikus közegben, elegendő Mg jelenlétében  montmorillonit. 2) közepesen vagy erősen savanyú mállási viszonyok, alkálifémek, alkáliföldfémek távoznak  kaolinit. Mállással szembeni stabilitás Nagyon gyenge: gipsz, mészkő, dolomit. Gyenge: olivin, apatitok. Közepes stabilitás: piroxének, amfibólok, plagioklászok - kovasavszegény. Nagy stabilitás: biotit, ortoklász, muszkovit. Igen nagy stabilitás: agyagásványok, kvarc.

65 Transzportáció A talajok képződése és az egyes talajok jell. genetikei szintjeinek kialakulása szempontjából fontos, hogy a kémiai mállás termékei hogyan lúgozódnak ki, ill. halmozódnak fel. - Kilúgzás: talajalkotórészek oldat formájában történő eltávozása, mélybe történő mosódása. Többnyire humid klíma alatt érvényesül, száraz vidékeken alig jelentkezik. Érinti: sókat, karbonátokat, könnyen oldható ásványokat, de a szerves és szervetlen kolloidokat is (agyag). - Eluviáció: szuszpenzió vagy oldat formájában egy vagy több talajszintből történő anyagmozgás - Illuviáció: lokális felhalmozódás az anyagtranszlokáció során. Precipitáció, vagy szuszpenzióból való kirakódás. Kilúgzás és eluviáció különbsége - mindkettő anyagvándorlás, a kilúgzás azonban teljes szelvényből történő veszteség. vertikális  eluviáció  horizontális

66 A kémiai mállás termékeinek vándorlása
Kedvező vízmozgási feltételek között az alkáli fémek sói lúgozódnak ki a legkönnyebben és jutnak mélyebb szintekbe - ha felhalmozódásuk van, az mindig a vertikális vízmozgási akadályok következménye. Az alkáliföldfémek egy vegyértékű anionokkal alkotott sói jól oldhatók. Ca és MgSO4 oldhatósága > Ca és Mg karbonátok oldhatóságánál. A földfémek oxidjai az ún. szeszkvioxidok közömbös és gyengén savanyú kémhatásnál amorf kolloidok pH < 5 Al3+  Al(OH)3  pH > 8 AlO33- aluminát Fe(OH)3  pH < 4 Fe3+  oldódnak

67 A kovasavak savanyú és közömbös pH-nál kolloidoldatok, lúgos pH-nál szilikát anionok
Savanyú kilugzáskor a kovasavak felhalmozódnak a Fe és Al (OH)3 kilugzódnak. Lúgos közegben - a kovasavak kilugzódnak és szeszkvioxidok halmozódnak fel. Ez az eltérő oldékonyság az oka annak, hogy pl. az erősen savanyú podzolos erdőtalajok felső szintjében kovasavak halmozódnak fel, vagy hogy pl. a lateritek esetében, ahol lúgos a kilúgzás, Fe és Al(OH)3 halmozódik fel a felszíni rétegekben. Erős kilugzáskor az agyagásványok is lemosódnak vagy szétesnek Fe és Al(OH)3-ra, valamint kovasavakra.

68 A mállási folyamatok során bekövetkezett változások:
1. Megváltozik a kőzet eredeti fizikai tulajdonsága, felaprózódik. 2. Új ásványok képződnek; primer ásványokból a stabilitástól függően másodlagos ásványok képződnek, mely során fontos elemek szabadulnak fel! 3. A mállás során csökken a kőzet alkálifém és alkáliföldfém tartalma! 4. A nagyobb felület, a megváltozott ásványi összetétel alkalmassá teszi a kőzetből képződő mállástermékeket, hogy a növényeknek vizet és tápanyagot szolgáltasson. Megkezdődhet a talajképződés. A mállás nem azonos a talajképződéssel, csak előfeltétele, és nem szűnik meg a talajképződés kezdetével, hanem a talajban tovább folyik. A biológiai tevékenység megindulása, majd fokozódása a CO2 tartalom növekedését és szerves savak folyamatos termelését biztosítja és ez növeli a kémiai mállás intenzitását.

69 „Biológiai mállás” 1. A talajon megtelepült növények és a talajlakó szervezetek minőségileg új talajalakító szerepe elsősorban abban nyilvánul meg, hogy elemeket vesznek fel. 2. Részvételükkel végbemenő fizikai, kémiai folyamatok, amelyek fokozzák a talajokban a további mállási folyamatok intenzitását (pl. gyökér feszítő hatása). Jelentősebb az élőlények specifikus hatása. 3 fő mozzanat 1. Légköri N2 fixálás. 2. Talajból történő anyagfelvétel és a pusztulásuk után a tápanyagok visszajuttatása a maradványok ásványosodásával egy viszonylag zárt biológiai ciklusban. 3. Humuszvegyületek képződése. A növények számára szükséges tápanyagok és a termékenységet növelő szerves anyagok felhalmozódása révén alakul át a kőzetmálladék talajjá. Talajképződés nincs élővilág közreműködése nélkül !

70 Podzolosodás Erősen savanyú pH-nál végbemenő lefelé történő szerves anyag, Al és Fe transzlokációt jelent. Szervesanyag: alacsony móltömegű, mobilis humuszsavak, vízoldékony nyers szerves vegyületek, amelyek a mállási folyamatok során szabaddá váló Al és Fe ionokkal szerves-fém komplexeket alkotnak (Fe redukált állagotban). Tűlevelű vegetáció kedvez a folyamatnak: tápanyagokban szegény, savanyú humifikációs termékek képződésének. Fe és Al-oxidok formájában is vándorolhat. Mélyebb régiókban kicsapódás, akkumuláció. pH növekedés miatt, Ca telitettség miatt magasabb pH-nál a komplex kötésű Fe, Al kicsapódik, redoxpotenciál nő  komplexek lebomlanak.

71 Lateritesedés Trópusi, szubtrópusi területeken. Kovasav, alkáli és föld alkáli ionok kimosódását jelenti; Al, Fe mobilizálódhat, de oxidjai csekély oldékonyságúak enyhén savanyú, bázikus körülmények  Si mozgás, szeszkvioxidok felhalmozódása. Nagy esőzések  szerves savak H+ ionjai  agyagásványok lebomlása  Fe és Al akkumuláció  Si veszteség  (kaolinit képződés)  Si, Ca, Mg, Na, K veszteségek.