Содержание

Глина — полезное ископаемое — сообщение доклад

Глина представляет собой ископаемое, которое образуется из твердых горных пород. Части таких пород постепенно разрушаются, а затем выветриваются, превращаясь в маленькие частицы примерно 0,01 мм в диаметре. В сухом виде больше напоминает пыль, а при добавлении жидкости, становится как пластилин, что позволяет лепить различные фигуры.

Глина состоит из оксида алюминия, кремния и воды. Ее добывают во всех частях мира. На земле встречаются разные цвета глины, которые зависят от того, что входит в состав. Наиболее часто встречающиеся расцветки: черная, голубая, белая, красная, желтая и зеленая. Темные оттенки глины бывают от того, что в ее составе присутствует железо и углероды. Голубая содержит минералы.

По месту расположения глина бывает: остаточная (образуется из горных пород путем выветривания, а также является частью лавы и пепла), осадочная(получаются путем переноса и накопления в одном месте), морская и континентальная.

Глина также обладает рядом удивительных и полезных свойств.

Высокая плотность, пластичность и податливость позволяют изготавливать различные статуэтки, кувшины, тарелки. Издавна люди используют глиняную посуду, поскольку она не пропускает воду, а при обжиге высыхает и твердеет.

Глина широко применяется в металлургии, бумажной промышленности, строительстве, творчестве и косметологии. Порошок глины добавляют при изготовлении бетона и штукатурки. Из нее делают кирпичи, черепицу и плитку, ею обмазывают дома, печи и сараи, чтобы заделать отверстия. В творчестве глину используют скульпторы, художники. Раньше на глиняных табличках писали древние люди.

Лечебные свойства глины обнаружили уже давно, поскольку она обладает антибактериальным действием. Ее применяют в качестве масок для лица и тела. Даже животные используют глину в качестве оздоровления. Так, если есть раны, то они обмазываются ею, а некоторые это делают, чтобы защитить себя от палящего солнца. Белая глина также годится и в пищу, так как содержит питательные вещества для организма.

Таким образом, глина — одно из самых полезных ископаемых. Она обладает массой свойств, благодаря которым, ее применяют во многих сферах деятельности: в строительстве, медицине, творчестве и др. Ее добывают в основном на берегах рек, а также в карьерах. Перед применением ее специальным образом обрабатывают, а затем направляют в различные сферы деятельности.

Люди с древних времен поняли, что глину можно и нужно использовать в жизни, что и происходит по сей день.

3, 4 класс

Глина — полезное ископаемое

Интересные ответы

  • Азовское море — сообщение доклад (4, 8 класс Окружающий мир)

    Азовское море относится к семейству немногочисленных водоемов, находящихся в глубине материка. На планете больше нет аналогичных морей, так далеко отодвинутых от океана.

  • Писатель Юрий Коваль. Жизнь и творчество

    Юрий Коваль – популярный советский прозаик, детский писатель и литературный деятель, произведения которого знамениты своим глубоким смыслом и вечным поиском настоящей истины.

  • Идейно-художественное своеобразие рассказа «После бала» Толстого сообщение сочинение

    В поздний период своего творчества Лев Николаевич Толстой очень много внимания и сил уделял жанру рассказа. «После бала» относится к такому периоду. Свет увидел это произведение уже после смерти писателя.

  • Созвездие Рака — доклад сообщение

    Говорят, что созвездие Рака из всего круга знаков зодиака самое незаметное, потому что его можно увидеть лишь в ясную ночь и исключительно с января по май. Оно похоже на краба (рака) с двумя клешнями

  • Пифагор — сообщение доклад (5, 8 класс. Геометрия)

    Пифагор Самосский известен нам в качестве одного из самых интеллектуальных людей. Его биография полна множества интересных фактов, и можно сказать, что это свыше ему предоставлялась такая насыщенная и увлекательная жизненная дорога.

Описание глины (полезное ископаемое) для детей

Мы живем на удивительной, доброй и щедрой планете. Все, что необходимо для жизни и создано людьми, сделано из того, что дает нам природа. На поверхности Земли и в ее глубинах находятся настоящие сокровища, которые называют полезными ископаемыми. Глина – одна из них. 

Глина очень широко распространена. Её залежи располагаются неглубоко, и часто прямо под ногами на берегу реки или озера, на лесной тропинке или в поле, можно обнаружить этот удивительный материал.

Глина бывает разного цвета: белого, серого, оранжевого, красного и даже черного. Сухая – она похожа на мелкий порошок, но при добавлении воды разбухает и превращается в вязкую, пластичную массу. 

Удивительно, что глина на самом деле является горной породой. Многие тысячелетия ветер, осадки, изменения температуры постепенно разрушали скальные породы, превращая их в богатую минералами пыль.

Она пропитывалась влагой и постепенно спрессовывалась, образуя глину. Еще в каменном веке люди обнаружили её удивительные свойства, и начали делать первую глиняную посуду, затем – украшения и амулеты, а позже – использовать в строительстве. Но эти изделия были хрупкими, и лишь случайно было замечено, что при высокой температуре глина становится твердой, как камень. Это стало выдающимся открытием, давшим начало гончарному ремеслу.

Благодаря своим чудесным свойствам различные виды глины широко применяются во многих отраслях человеческой деятельности. В строительстве – для изготовления кирпича, черепицы, строительстве стен и печей, утепления потолков, производства цемента. Промышленность производит керамические, фарфоровые и фаянсовые изделия, предметы сантехники, бумагу и текстиль, используя ценную белую глину – каолин. На заводах с помощью особого вида глины производят очистку жиров, масел и нефтепродуктов, используют для отбеливания в мыловаренной, текстильной и парфюмерной промышленности. Природная белая, голубая, черная глины применяются в медицине и косметологии. 

Раньше глина была основой для изготовления пластилина для детского творчества, а сейчас пластилин делают из искуственных материалов.

 

Глина (полезное ископаемое): виды, свойства и применение

Глина – полезное ископаемое, которое нашло широкое применение в различных сферах жизнедеятельности. Эта достаточно сложная горная порода может быть представлена разным составом и свойствами. Условия образования разных видов глин также существенно отличаются.

Что собой представляет глина?

Геологическая наука изучает горную породу уже достаточно давно. Учеными было установлено, что глина, не загрязненная посторонними примесями, состоит и небольших частиц. Диаметр пыли не превышает и 0,01 мм. Это частицы, которые относятся к определенной группе минералов. Неслучайно применение глины нашло широкое распространение. Горная порода представляет собой запутанное химическое соединение, в состав которого входят вода, кремний и алюминий.

Глины под воздействием жидкости меняют свои свойства. В зависимости от количества воды, которая добавляется к частицам горной породы, может образовываться пластичная масса или же известь. Жидкость с добавлением глины обладает высокой степенью вязкости. Это свойство широко используется в строительной и ремонтной сферах.

Свойства глин

Свойства любой горной породы полностью зависят от состава. Не исключением является и глина. Имеет значение также и величина составляющих частиц. В смеси с водой горная порода способна образовывать вязкое тесто. Это свойство широко используется в различных сферах жизнедеятельности. Глина набухает в воде. Благодаря этому ее можно использовать очень экономно. В сыром виде глиняное тесто способно сохранять абсолютно любую форму. Изменить ничего нельзя после застывания. А чтобы изделие смогло сохраниться продолжительное время, его обжигают. Под воздействием высоких температур глина становится еще более крепкой и прочной.

Если описывать основные свойства глины, нельзя не вспомнить про водоупорность. После насыщения частицами породы нужного количества жидкости, она уже не пропускает через себя влагу. Это свойство также достаточно широко используют в строительстве.

Отдельные сорта глин способны очищать нефтепродукты. Эти же свойства глины используют для очистки растительных жиров и масел. Благодаря этому люди могут употреблять продукты без вредных примесей. Глина поглощает из жидкости вредные вещества, которые могут нанести вред здоровью. По этой же причине отдельные виды горных пород применяются в косметологии.

Какие бывают глины?

В природе существует огромное количество видов глин. Все они нашли свое применение в той или иной сфере жизнедеятельности. Каолин – глина светлого оттенка, которая обладает меньшей пластичностью по сравнению с другими видами. Именно такая порода чаще всего применяется в бумажной промышленности, а также при изготовлении посуды.

Отдельного внимания заслуживает глина огнеупорная. Это вещество белого или светло-серого цвета, которое выдерживает температуру свыше 1500 градусов при обжиге. Под воздействием высокой температуры огнеупорная глина не размягчается и не теряет своих полезных свойств. Горная порода широко используется при изготовлении фарфоровых изделий, а также при отделке помещений. Популярной считается облицовочная плитка, выполненная из огнеупорной глины.

Формовочные глины могут обжигаться также при достаточно высокой температуре. Отличаются они повышенной пластичностью. Такая глина огнеупорная может применяться в металлургии. С ее помощью изготавливают специальные связующие формы для литья металла.

В строительстве наиболее часто используются цементные глины. Это вещества сероватого оттенка с примесью магния. Глину используют для изготовления различных отделочных изделий, а также в качестве связующего звена при проведении строительных работ.

Как и где добывают глину?

Глина – полезное ископаемое, которое сегодня не является редким. Вещество без проблем можно добыть из земли. Легче всего обнаружить вещество в тех местах, где ранее текли реки. Глина считается продуктом осадочной горной породы и земной коры. В промышленных масштабах добыча глины производится с помощью экскаваторов. Машина срезает большие слои земли. Таким образом можно добыть гораздо больше полезного ископаемого. Проблема в том, что глина в большинстве случаев залегает слоями.

Местами для добычи глины служат целые карьеры. Работа начинается с удаления верхнего слоя почвы. Чаще всего глину можно обнаружить уже на расстоянии полуметра от вершины. Обычно легко поддается обработке почва. Глина может находиться на самой поверхности. В некоторых же случаях полезное ископаемое может быть обнаружено под грунтовыми водами. В этом случае бригада устанавливает специальный дренаж для отведения воды.

Зима не помеха для добычи горной породы. Во избежание промерзания почвы ее утепляют опилками и другими веществами с низким уровнем теплопроводности. Толщина утеплителя иногда достигает 50 см. От промерзания защищается также уже добытая глина. Ее накрывают брезентом или другим подобным материалом, который сможет удержать нужную температуру до того момента, как глина будет доставлена до склада.

Глина в строительстве

В строительной сфере глина начала использоваться уже с первых дней ее открытия. Сегодня материал достаточно широко используется для строительства домов в южных регионах. Благодаря свойствам ископаемого в домиках летом прохладно, а зимой тепло и уютно. Для изготовления блоков берут лишь немного песка, глины и соломы. После застывания получается прочный строительный материал, который не поддается никаким природным факторам.

Какая лучше глина для строительства домов специалисты отвечают однозначно. Наиболее подходящей является цементная глина. Из этого материала также достаточно часто изготавливают облицовочную плитку. С помощью такой отделки можно не только украсить помещение, но и защитить его от огня. Ведь цементная глина является еще и огнеупорной.

Посуда из глины

Столовые приборы из глины – это не только красиво, но еще и полезно. Материал является экологически чистым. Не стоит бояться, что посуда под воздействием высокой температуры станет выделять вредные для здоровья вещества. Применение глины у многих ассоциируется именно с изготовлением тарелочек, горшочков и ваз. Сегодня посуду из этого материала изготавливают в промышленных масштабах. Каждый может приобрести сервиз из качественного материала, который сможет прослужить в течение продолжительного времени.

Гораздо больше ценится ручная работа. Устраиваются целые выставки, на которых мастера могут похвастаться своими изделиями. Здесь же можно приобрести качественную глиняную посуду. Главное, что изделие изготавливается в единичном экземпляре. Но и цена будет соответствующая.

Лепка из глины вместе с детьми

Изготовление различных изделий с помощью глины может стать очень увлекательным и веселым занятием для ребенка. Лепка способствует умственному развитию, улучшает моторику детских рук. Малыш может проявлять фантазию в свое удовольствие. А что можно сделать из глины, всегда подскажут родители.

Лепка из глины требует тщательной подготовки. Следует помнить о том, что не любая одежда может отстираться от полезного ископаемого. А пятна ребенок поставит обязательно. Поэтому малыша стоит переодеть в рабочую форму, а стол застелить клеенкой. Что можно сделать из глины в первую очередь? В первую очередь следует лепить несложные овальные фигурки. Это могут быть животные или смешные человечки. С ребенком постарше удастся сделать тарелку и ложку. После застывания изделие можно покрасить. Оно будет выглядеть оригинально и сможет сохраниться на протяжении долгого времени. Но стоит помнить о том, что глина без обжига является достаточно хрупкой.

Применение глины в медицине

Еще в древности люди заметили полезные свойства глины и начали использовать их в лечебных целях. Некоторые виды полезного ископаемого обладают противовоспалительным действием. Благодаря этому их используют для лечения различных кожных заболеваний. Глина быстро помогает справиться с ожогами, угрями и экземой. Но самолечением заниматься ни в коем случае нельзя. Отдельные виды глины имеют различные свойства. Только специалист сможет подобрать нужный материал и нанесет его правильно на больное место. Без необходимых знаний и навыков можно нанести лишь вред.

Глина – полезное ископаемое, которое является источником множества минералов, витаминов и микроэлементов. Некоторые разновидности горной породы можно принимать также и внутрь. Именно глина является отличным источником радия. При этом организмом усваивается то количество полезного вещества, которое необходимо для нормальной жизнедеятельности.

Глина способна вывести из крови токсины, а также нормализовать обмен веществ. Благодаря этому свойству полезное ископаемое нередко используют при различных видах отравлений. Порошок принимают внутрь в небольшом количестве, запивая водой. Но в лечебных целях могут использоваться лишь некоторые виды глины.

Глина в косметологии

Многими девушками для совершенствования внешности нередко применяется косметическая глина. Полезное ископаемое способно выровнять тон кожи, избавить лицо от прыщей, а бедра от жировых отложений. В косметологических целях используются различные виды глины. Все они имеют свои особенности и свойства.

Для омоложения лица наиболее часто используется белое полезное ископаемое глина. Фото женщин, которые использовали этот продукт для совершенствования лица, впечатляют. Мимические морщинки действительно разглаживаются, а пигментные пятна исчезают полностью. Девушкам с жирной кожей и крупными порами также отлично подойдет белая глина. Свойства и применение вещества — сведения, которые можно прочитать на упаковке. Но использовать любую глину все же лучше после консультации с косметологом.

Применение голубой глины

Эта горная порода отличается хорошими противовоспалительными свойствами. В ее состав входят соли и минералы, необходимые для нормального функционирования сальных желез. Маски из голубой глины следует делать людям, которые имеют склонность к кожным высыпаниям. С помощью природного вещества прекрасно лечатся угри и комедоны.

С помощью голубой глины можно также сделать кожу более светлой. 10 процедур помогут на долгое время избавиться от веснушек и пигментных пятен. Кроме того, голубая глина отлично разглаживает неглубокие мимические морщины.

Зеленая глина

Это вещество также достаточно широко используется в косметологии. Зеленая глина обладает прекрасными адсорбирующими свойствами. Благодаря этому удается быстро очистить организм от вредных веществ и токсинов. Глина может наноситься как на лицо, так и на все тело.

Популярными считаются обертывания с применением зеленой глины. Полезное ископаемое помогает восстановить водный баланс организма и убрать лишнюю влагу. Это свойство помогает девушкам избавляться от целлюлита, а также делать кожу более ровной и гладкой.

Красная глина

Наиболее оптимальной для людей, которые имеют склонность к аллергическим реакциям, будет красная глина. Это вещество имеет особый оттенок благодаря содержанию в нем меди и оксида железа. Только добытое вещество не может сразу использоваться в косметологии. Изготовление глины для различных масок – трудоемкий процесс. С особым вниманием готовится к применению именно красная глина. Порода очищается от различных вредных примесей, которые могут нанести вред коже.

Маски из красной глины отлично снимают покраснения и раздражения кожи. Материал широко используют также и в медицине. Красная глина способствует скорейшему заживлению ран, а послеоперационные рубцы делает менее заметными.

описание, виды и свойства :: SYL.ru

Глина является полезным ископаемым и представляет собой осадочную мелкозернистую горную породу. В сухом состоянии она является пылевидной, а при увлажнении становится пластичной и может увеличиваться в размерах.

Описание

В составе материала присутствует один или несколько минералов группы каолинита. В основе может быть минерал группы монтмориллонита и других алюмосиликатов слоистого типа, которые еще называются глинистыми минералами. Может содержать карбонатные и песчаные частицы.

Породообразующим минералом выступает каолинит, который состоит из оксида кремния в объеме 47 %, оксида алюминия – 39 %, а также воды – 14 %. Значительная часть химического состава желтой глины – это Al2O3 и SiO2. Материал может иметь следующие цвета:

  • зеленый;
  • синий;
  • коричневый;
  • черный;
  • лиловый.

Окраска обусловлена примесями ионов, в качестве которых выступают хромофоры.

Основные виды

Глина – полезное ископаемое, которое имеет несколько видов. Каждый из них обладает своей областью использования. Если число пластичности достигает 0,27, то материал называется легким. Когда этот параметр превышает упомянутую цифру, то глина является тяжелой. Обычно добываемая и реализуемая глина по большей части состоит из каолина, который используется в целлюлозно-бумажной промышленности и при производстве огнеупорных изделий, а также фарфора.

Глина – полезное ископаемое, которое представлено еще и строительной разновидностью, а также глинистым сланцем. Этот материал идет на изготовление огнеупорного кирпича, а также ложится в основу жаропрочных изделий. Среди видов важное место занимает бентонит. Он образуется при химическом распаде вулканического пепла. В воде данная разновидность разбухает и увеличивается в объеме в несколько раз. Используется при бурении скважин и при производстве буровых растворов.

Глина – полезное ископаемое, которое представлено еще и сукновальной разновидностью, которая ценится за отбеливающие свойства при очистке нефтепродуктов. Из этого типа глины изготавливаются фильтры, которые применяются при очистке минеральных и растительных масел.

Еще одна разновидность – комовая глина, которая называется гончарной. Она нашла свое применение при изготовлении посуды. Глинистый сланец – это важное сырье, которое вместе с известняком используется при производстве портландцемента. Наиболее распространенными в природе являются:

  • глина из песчаника;
  • белая глина, которая является каолином;
  • красная глина.

Сорта используются для производства огнеупорных изделий, а также фаянса и фарфора.

Основные свойства

Глина – полезное ископаемое, которое обладает рядом свойств, среди них следует выделить:

  • воздушную и огневую усадку;
  • пластичность;
  • спекаемость;
  • огнеупорность;
  • вязкость;
  • цвет керамического черепка;
  • пористость;
  • усушку;
  • дисперсность;
  • набухание.

Глина – это наиболее устойчивый гидроизолятор, который не пропускает влагу, что является одним из важных качеств. Глиняная почва имеет устойчивость. Она развита на пустошах и пустырях. Развитие корневой растительности в глиняных залежах невозможно.

Для сохранения качества подземных вод полезна водонепропускаемость материала. Между глинистыми слоями залегает большая часть качественных артезианских источников.

Технические характеристики и дополнительные свойства

Теперь вам известно, является ли глина полезным ископаемым. Однако это не все, что следует знать об этой горной породе. Важно ознакомиться еще и с основными характеристиками, например, удельным и объемным весом молотой глины, который составляет 1400 кг/м3. Шамотной глине свойственен показатель 1800 кг/м3.

Когда глина имеет вид сухого порошка, ее объемный и удельный вес составляет 900 кг/м3. Важна еще и плотность мокрой глины, которая варьируется от 1600 до 1820 кг/м3. У сухой этот показатель примерно равен 100 кг/м3. Сухое сырье обладает теплопроводностью, которая достигает 0,3 Вт/(м*К). У материала во влажном состоянии этот параметр равен 3,0 Вт/(м*К).

Условное обозначение

Условное обозначение глины вам должно быть интересно, если вы занимаетесь ее изучением. Когда в материале имеются примеси песков, он обозначается штрихами и точками. Если же в глине присутствуют валуны, то к штрихам добавляются кружочки. Глинистые сланцы имеют такое же обозначение, как и слоистая глина, это длинные штрихи, густо расположенные и проводимые по направлению пластов.

Песок и глина

Песок и глина – полезные ископаемые, которые являются наиболее распространенными. Они образуются при разрушении горных пород по типу гранита. Под действием воды, солнца и ветра гранит разрушается, это способствует образованию глины и песка. По цвету они отличаются друг от друга: песок чаще бывает желтым, иногда серым, тогда как глина – белая или коричневая.

Песок состоит из отдельных частиц разной величины. Крупинки между собой не скреплены. Поэтому песок является сыпучим. Глина состоит из мелких частиц, похожих на чешуйки, хорошо скрепленных друг с другом. Песок является осадочной горной породой или может быть искусственным материалом из зерен горных пород. Обычно он состоит почти из чистого минерала кварца, веществом выступает диоксид кремния.

Природный материал обладает зернами с размерами в пределах 5 мм в диаметре. Минимальное значение составляет 0,16 мм. Классифицировать песок можно по условиям накопления. Материал с учетом этого подразделяется на следующие виды:

  • аллювиальный;
  • делювиальный;
  • морской;
  • озерный;
  • эоловый.

Если песок появился в результате деятельности водоемов, то он обладает более округлой формой частиц.

Свойства гранита

Песок, глина, гранит, известняк – полезные ископаемые. Если более подробно рассматривать гранит, то он представляет собой магматическую платоническую горную породу кислого состава. В основе лежат:

  • калиевый полевой шпат;
  • плагиоклаз;
  • кварц;
  • биотит;
  • мусковит.

Гранит распространен в континентальной земной коре. Его плотность достигает 2600 кг/м³, тогда как прочность на сжатие равна 300 МПа. Материал начинает плавиться при 1215 °C. При присутствии давления и воды температура плавления снижается до 650 °C.

Гранит – это наиболее важная порода земной коры, она широко распространена и слагает большую часть всех компонентов. Среди разновидностей гранитов можно выделить аляскит и плагиогранит. Последний имеет светло-серый цвет с резким преобладанием плагиоклаза. Аляскит – это розовый гранит, в нем присутствует резкое преобладание калиево-натриевого полевого шпата.

Свойства известняка

Рассматривая таблицу полезных ископаемых: песка, глины, гранита, известняка, вы можете остановить внимание на последнем. Он представляет собой осадочную горную породу органического или хемогенного происхождения. В основе чаще всего лежит карбонат кальция в виде кристаллов разного размера.

Известняк состоит из раковин морских животных и обломков. Плотность материала составляет 2,6 г/см3, его морозостойкость равна F150. Прочность на сжатие эквивалентна 35 МПа, тогда как потеря прочности во влагонасыщенных условиях достигает 14 %. Пористость материала равна 25 %.

В заключение

Глина – это осадочная горная порода, которая при соединении с водой начинает размокать и разделяться на отдельные частицы. В результате образуется взвесь или пластичная масса. Глиняное тесто пластично, а в сыром виде может принять любую форму. После высыхания материал сохраняет ее, но уменьшается в объеме. Пластичные глины еще называются жирными, ведь на ощупь кажутся именно такими. Если пластичность невысока, то материал называется тощим. Кирпичи из него быстро рассыпаются и имеют плохую прочность.

Порода клейкая и обладает связующей способностью. Она насыщается некоторым объемом воды, а после больше не пропускает жидкость, что говорит о водоупорности. Глина имеет кроющую способность, поэтому раньше ее широко использовали для побелки стен домов и печей. Среди свойств следует выделить сорбционность. Это выражено в способности поглощать вещества, растворенные в воде. Данная характеристика позволяет использовать глину для очистки растительных жиров и продуктов нефтепереработки.

Глина

Окрас и состав

Глина встречается почти повсеместно. Окраска глины весьма разнообразна — серая, красная, бурая, желтая, зеленая, черная и чисто белая. На присутствие глины указывает заболоченность, а также вязкость почвы (особенно заметная после дождя). Глина представляет смесь различных мелкокристаллических минералов, среди которых преобладают алюмосиликаты, то-есть соединения глинозема (иначе — окись алюминия), кремнезема (иначе — окись кремния) и воды. Кремний — по-латыни «силйциум» (от слова «сйлекс» — булыжник, кремень), отсюда алюмосиликаты — минералы, содержащие в своем составе алюминий и кремний. Примений алюминию найдено множество, в том числе он может использоваться при производстве светодионых светильников: http://www.kvazar-gr.ru/

Виды глин

В зависимости от главных составных частей и примесей в виде песка, окислов железа, солей и органических веществ получаются различные сорта глин. Они обладают особыми свойствами, а поэтому и по-разному используются.

По температуре плавления глины делятся на каолины, огнеупорные и легкоплавкие глины. Каолин, или каолинит, входит в виде основной части во многие глины. Он образуется в результате выветривания полевошпатовых пород. В качестве примесей к каолину могут входить неразрушившиеся минералы горных пород: зерна кварца, полевые шпаты, слюда, железистые минералы. Характерная особенность глин — пластичность, — наверно, хорошо знакома каждому из вас: кто из глины не катал шариков и не лепил забавных человечков!

Глины обладают различной степенью огнеупорности. Каолины жирны на ощупь, малопластичны и очень огнеупорны (плавятся примерно при 1750 градусах). После обжига черепок из каолина остается совершенно белым. В каолине почти полностью отсутствуют примеси окиси железа, которые и придают изделиям из глины ту или иную окраску.

Каолин

Каолин — основное сырье для производства фарфорово-фаянсовых изделий. К нему добавляют кварц, как говорят, для «отощения» каолина, то есть для уменьшения усадки (объема) при обжиге, а также полевой шпат для «флюсования», то-есть для сплавления фарфоровой массы. Каолин необходим также для бумажной, мыловаренной и резиновой промышленности. Низкосортный каолин используется для производства огнеупорных изделий.

Огнеупорные глины

Огнеупорные глины содержат немного примесей, понижающих температуру плавления; они окрашены обычно в серые, зеленовато-серые или желтоватые, почти белые тона. На ощупь огнеупорные глины жирны и, кроме того, пластичны: во влажном состоянии их можно сплющивать в тонкую пластинку и вытягивать в тонкий шнурок, не разрывающийся на сгибах. Несмотря на свое название, они отличаются меньшей огнеупорностью, чем каолины (плавятся при 1580 градусах). После обжига дают светлый черепок.

Огнеупорные глины применяют в металлургии. Из них изготовляют огнеупорный кирпич для кладки доменных и других заводских печей, а также для производства кислотоупорных изделий.

Легкоплавкие глины

Легкоплавкие глины встречаются наиболее часто. Плавятся они при 1150—1350 градусах. У легкоплавких глин значительный процент различных примесей, особенно окиси железа и щелочей. Окраска этих глин чаще темная и серая. Пластичность меньше, чем у огнеупорных. После обжига дают черепки как красных, так и темных цветов. Легкоплавкие глины при значительном содержании песка идут на выделку кирпича, при незначительном — на производство черепицы, горшечного товара и других изделий.

Жирные и тощие глины

Глины, богатые глиноземом, называются жирными глинами. Если провести ногтем по сухой глине, на ее поверхности остается характерная блестящая черта. Глины, не полирующиеся ногтем, относятся к тощим глинам; в них много кремнезема (песка) и щелочей (из полевых шпатов и слюд). Они обыкновенно бывают окрашены примесями в различные цвета.

Если кусочек глины измельчить в порошок и взбалтывать в пробирке с водой или перемешивать щепочкой в стакане, то жирные глины образуют трудно отстаивающуюся мутную жидкость, в которой долго держатся во взвешенном состоянии глинистые частицы; тощие глины, наоборот, дают хорошо отстаивающуюся жидкость, в которой песок быстро садится на дно. Жирные глины обладают хорошей пластичностью.

При наличии свыше 45 процентов песка порода называется уже не глиной, а суглинком.

Применение глин

Некоторые глины обладают хорошей поглотительной способностью. Их применяют для обесцвечивания жидкостей, например нефтяных продуктов — бензина и керосина, а также для освобождения от посторонних примесей, например в отработанных смазочных маслах. Такие глины называются отбеливающими.

Глины, сильно окрашенные в желтые, красные и коричневые тона (охристые глины), используются как минеральные краски. Цвет глины объясняется наличием в ней тех или иных примесей. Желтая или желто-бурая окраска глины обусловлена окисью железа; шоколадно-коричневая — марганцем; темная или черная — органическими веществами. Белый цвет сырой глины еще не доказательство отсутствия в ней окиси железа, так как после прокаливания глины на сильном огне может получиться красноватый оттенок. С другой стороны, и черная глина после прокаливания может стать серовато-белой, светло-красной или темно-бурой.

Присутствие в глине пирита, уже знакомого нам по песку, можно легко обнаружить по золотистым блесткам. В кирпичных глинах вредная примесь — гипс и мелкие комочки известняка, которые после обжига «гасятся» (поглощая влагу из воздуха) и, увеличиваясь в объеме, рвут кирпич. Известь же, тесно связанная с глиной, технически менее вредна, и количество ее может доходить даже до 10%. При большом содержании извести (до 25 процентов) глины называются мергелистыми, а когда количество извести доходит до 80 процентов — мергелями.

 

 

3 класс. Окружающий мир. Полезные ископаемые — Полезные ископаемые

Комментарии преподавателя

Хо­ти­те узнать, какие бо­гат­ства пря­чут­ся под зем­лей? Гор­ные по­ро­ды и ми­не­ра­лы, ко­то­рые че­ло­век ис­поль­зу­ет для своих хо­зяй­ствен­ных нужд, на­зы­ва­ют по­лез­ны­ми ис­ко­па­е­мы­ми. Боль­шин­ство из них – твер­дые: ка­мен­ный уголь, торф, гра­нит, мра­мор, алмаз, песок. Но есть и жид­кие по­лез­ные ис­ко­па­е­мые, это нефть и ми­не­раль­ная вода. Также есть га­зо­об­раз­ные по­лез­ные ис­ко­па­е­мые – при­род­ный газ. Гео­ло­ги все время за­ни­ма­ют­ся раз­вед­кой ме­сто­рож­де­ний по­лез­ных ис­ко­па­е­мых (рис. 1).

Рис. 1. По­лез­ные ис­ко­па­е­мые (Ис­точ­ник)

Чтобы из­го­то­вить стек­ло и сде­лать ста­кан, нужен осо­бый песок, это по­лез­ное ис­ко­па­е­мое. Чтобы суп был со­ле­ным, нужна соль, это тоже по­лез­ное ис­ко­па­е­мое. Чтобы сде­лать чашку или блюд­це, нужна осо­бая белая глина – ка­о­лин (рис. 2).

Рис. 2. Ка­о­лин (Ис­точ­ник)

Чай­ная ложка сде­ла­на из ме­тал­ла, и же­лез­ная до­ро­га, и оке­ан­ский лай­нер, и стан­ки, и часы, и мно­гие дру­гие пред­ме­ты. Ме­тал­лы вы­плав­ля­ют из руды, это тоже по­лез­ное ис­ко­па­е­мое (рис. 3). Из­го­тов­лен­ные че­ло­ве­ком са­мо­ле­ты, ма­ши­ны теп­ло­во­зы сами не по­едут и не по­ле­тят, им необ­хо­ди­мо го­рю­чее – бен­зин и ке­ро­син, ко­то­рые про­из­во­дят из нефти. Нефть вы­ка­чи­ва­ют из земли, это тоже по­лез­ное ис­ко­па­е­мое. При­род­ный газ, ко­то­рый го­лу­бы­ми огонь­ка­ми горит на ку­хон­ной плите, – это тоже по­лез­ное ис­ко­па­е­мое. Вот сколь­ко су­ще­ству­ет раз­ных под­зем­ных бо­гатств.

Рис. 3. Же­лез­ная руда (Ис­точ­ник)

С каж­дым годом рас­тет по­треб­ность людей в го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­па­е­мых. Ка­мен­ный уголь, торф, при­род­ный газ – это ос­нов­ное топ­ли­во для жилых домов, для фаб­рик и за­во­дов и теп­ло­энер­го­стан­ций. Самые необ­хо­ди­мые че­ло­ве­ку по­лез­ные ис­ко­па­е­мые – это ка­мен­ный уголь и нефть. Всем из­вест­но, что уголь чер­но­го цвета, но он бы­ва­ет и жел­то­го цвета, на­зы­ва­ет­ся он сла­нец (рис. 4).

Рис. 4. Сла­нец (Ис­точ­ник)

Также есть зо­ло­ти­стый уголь, и даже уголь го­лу­бо­ва­то-фи­о­ле­то­во­го цвета. Углем ка­мен­ным его на­зва­ли по­то­му, что дол­гое время счи­та­ли его кам­нем, ведь он очень твер­дый. Раз­га­дал тайну про­ис­хож­де­ния угля рус­ский уче­ный – Ми­ха­ил Ва­си­лье­вич Ло­мо­но­сов (рис. 5).

Рис. 5. М.В. Ло­мо­но­сов (Ис­точ­ник)

Он до­ка­зал, что ка­мен­ный уголь об­ра­зо­вал­ся из древ­них рас­те­ний, ко­то­рые росли на земле сотни мил­ли­о­нов лет назад. Без ка­мен­но­го угля нель­зя вы­пла­вить ме­тал­лы из руд, нель­зя при­го­то­вить це­мент. Из ка­мен­но­го угля про­из­во­дят пласт­мас­су, смолу, ле­кар­ства, жид­кое топ­ли­во, кис­ло­ту, пи­ще­вую соду, крас­ки и чер­ни­ла. Сам уголь без за­па­ха, но из него про­из­во­дят духи и раз­ные па­ху­чие си­ро­пы для кон­фет и пи­рож­ных. Уголь непро­зрач­ный, но из него де­ла­ют самое луч­шее стек­ло, лег­кое, твер­дое, чи­стое. Еще уголь ис­поль­зу­ют в про­из­вод­стве удоб­ре­ний, от ко­то­рых лучше пло­до­но­сит земля, рас­тут овощи, фрук­ты, зер­но­вые куль­ту­ры. Из угля можно до­быть даже ви­та­ми­ны.

Из нефти по­лу­ча­ют более тысяч ве­ществ. Из этой мас­ля­ни­сто-ко­рич­не­ва­той жид­ко­сти по­лу­ча­ют чи­стей­ший бен­зин и ке­ро­син для авиа­ции, ди­зель­ное топ­ли­во. Их от­ли­чие от ка­мен­но­го угля в том, что при сго­ра­нии они вы­де­ля­ют зна­чи­тель­но боль­ше тепла. Из нефти из­го­тав­ли­ва­ют небью­ще­е­ся стек­ло, пласт­мас­су, ко­то­рую ис­поль­зу­ют при стро­и­тель­стве домов, из­го­тав­ли­ва­ют из них ме­бель и де­та­ли для машин, со­зда­ют укра­ше­ния.

Битум, ко­то­рый также про­из­во­дят из нефти, необ­хо­дим для ас­фаль­то­во­го по­кры­тия дорог (рис. 6).

Рис. 6. Битум (Ис­точ­ник)

А как об­ра­зо­ва­лась нефть? Уче­ные до сих пор не могут прий­ти к еди­но­му мне­нию по этому во­про­су. Мно­гие счи­та­ют, что за сотни мил­ли­о­нов лет ве­ще­ства, со­став­ляв­шие ко­гда-то во­до­рос­ли, рыб, рач­ков, пре­вра­ти­лись в нефть. Во­до­рос­ли и рачки уми­ра­ли, и их остан­ки вме­сте с ра­куш­ка­ми, вме­сте со ске­ле­та­ми рыб скап­ли­ва­лись в спо­кой­ных водах мор­ских за­ли­вов в огром­ных ко­ли­че­ствах. Они сме­ши­ва­лись с илом и пес­чин­ка­ми, ко­то­рые при­но­си­ли реки, впа­да­ю­щие в море. Зна­чит, нефть можно найти в тех ме­стах, где ко­гда-то были древ­ние моря? Так и есть. Гео­ло­ги разыс­ки­ва­ют за­ли­вы и бе­ре­га давно ис­чез­нув­ших морей и, как пра­ви­ло, об­на­ру­жи­ва­ют там за­па­сы нефти. Наша стра­на очень бо­га­та нефтью. Нефть до­бы­ва­ют между Ура­лом и Вол­гой, за Ура­лом, в вер­хо­вье реки Лены, на ост­ро­ве Са­ха­лин, в Во­сточ­ной Си­би­ри. Самые круп­ные ме­сто­рож­де­ния ка­мен­но­го угля на­хо­дят­ся в рай­оне Вор­ку­ты, в До­нец­ком бас­сейне (рис. 7).

Рис. 7. Неф­те­нос­ные за­па­сы Рос­сии (Ис­точ­ник)

А какие по­лез­ные ис­ко­па­е­мые на­зы­ва­ют­ся руд­ны­ми? Че­ло­век с дав­них пор ищет ме­сто­рож­де­ния руд, со­дер­жа­щие ме­тал­лы. Из руд чер­ных ме­тал­лов вы­плав­ля­ют же­ле­зо, сталь, чугун, а из руд цвет­ных ме­тал­лов – алю­ми­ний, цинк, сви­нец, медь. Как пра­ви­ло, из­де­лия со­дер­жат не чи­стые ме­тал­лы, а их спла­вы. Спла­вы – это ве­ще­ства, ко­то­рые по­лу­ча­ют при плав­ле­нии двух или более ме­тал­лов. Одним из­де­ли­ям необ­хо­ди­мы пла­стич­ность, упру­гость, гиб­кость, дру­гим – проч­ность, твер­дость, дол­го­веч­ность, а тре­тьим – лег­кость и блеск. На­при­мер, чи­стое же­ле­зо – очень мяг­кий ме­талл, из ко­то­ро­го не сде­ла­ешь ни гвоз­дя, ни ножа. Чтобы по­лу­чить сталь, в же­ле­зо до­бав­ля­ют дру­гие ме­тал­лы и раз­лич­ные при­ме­си. Сплав алю­ми­ния, хрома, ти­та­на ис­поль­зу­ет­ся в про­из­вод­стве проч­ных и дол­го­веч­ных кос­ми­че­ских и во­ен­ных ко­раб­лей, са­мо­ле­тов, ракет. А в тон­кие алю­ми­ни­е­вые листы – фоль­гу – за­во­ра­чи­ва­ют шо­ко­лад, чай, плав­ле­ные сырки.

Юве­ли­ров с дав­них пор при­вле­ка­ют за­ме­ча­тель­ные свой­ства дра­го­цен­ных ме­тал­лов: зо­ло­та, се­реб­ра, пла­ти­ны (рис. 8). Из них из­го­тав­ли­ва­ют юве­лир­ные из­де­лия, че­ка­нят мо­не­ты. Эти дра­го­цен­ные ме­тал­лы ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в ра­дио­тех­ни­ке, из них из­го­тав­ли­ва­ют сверх­точ­ные кос­ми­че­ские при­бо­ры.

Рис. 8. Пла­ти­на (Ис­точ­ник)

Если вы жи­ве­те на Урале, За­бай­ка­лье, на Алтае, в Крас­но­яр­ском крае, в Во­сточ­ной Си­би­ри или на Даль­нем Во­сто­ке, то ваш край богат ме­сто­рож­де­ни­я­ми руд цвет­ных ред­ких ме­тал­лов. В Яку­тии, на­при­мер, до­бы­ва­ют нефть, ал­ма­зы, бурый уголь.

Жизнь со­вре­мен­но­го че­ло­ве­ка невоз­мож­но пред­ста­вить без по­лез­ных ис­ко­па­е­мых. По­лез­ные ис­ко­па­е­мые – это огром­ное, бес­цен­ное бо­гат­ство нашей стра­ны.

Се­год­ня на уроке вы по­зна­ко­ми­лись с но­вы­ми по­ня­ти­я­ми: по­лез­ные ис­ко­па­е­мые, ме­сто­рож­де­ние, руда, спла­вы. Вы узна­ли о го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­па­е­мых и руд­ных и об их зна­че­нии в жизни со­вре­мен­но­го че­ло­ве­ка.

Опре­де­лим свой­ства гор­ных пород, ко­то­рые че­ло­век на­учил­ся ис­поль­зо­вать с дав­них вре­мен. Это из­вест­няк, мра­мор, песок и глина. Нач­нем с изу­че­ния свойств из­вест­ня­ка.

Если из­вест­няк рас­смот­реть под лупой, то можно уви­деть, что его ча­сти­цы зна­чи­тель­но мель­че ча­стиц сы­пу­че­го песка и цвет у этих ча­стиц бы­ва­ет раз­ный: белый, жел­тый, серый. Если опу­стить ку­со­чек из­вест­ня­ка в ста­кан воды, то мы уви­дим, что из­вест­няк уто­нет, зна­чит, он тя­же­лее воды. Из­вест­няк – твер­дая гор­ная по­ро­да. Раз­но­вид­но­стью из­вест­ня­ка яв­ля­ет­ся мра­мор. Рас­смот­рим мра­мор вни­ма­тель­нее (рис. 1).

Цвет его ча­стиц может быть раз­ным: белым, крас­ным, серым, чер­ным. Мра­мор имеет ма­то­вый блеск, а если его срав­ни­вать с из­вест­ня­ком, то можно ска­зать, что мра­мор твер­же из­вест­ня­ка.

Рис. 1. Мра­мор (Ис­точ­ник)

По­го­во­рим о свой­ствах песка и глины (рис. 2). Если про­во­дить опыты, то можно об­на­ру­жить, что песок хо­ро­шо про­пус­ка­ет воду, а глина плохо. Если по­ло­жить ку­со­чек глины в ста­кан с водой и тща­тель­но все раз­ме­щать, то можно уви­деть, что на дно ося­дут мел­кие ка­муш­ки, пес­чин­ки, а мел­кие ча­стич­ки будут пла­вать, делая воду мут­ной. Если слить эту мут­ную воду и дать ей от­сто­ять­ся, то скоро на дне мы об­на­ру­жим слой гли­ни­сто­го ила. А если смо­чить об­раз­цы песка и глины водой и по­про­бо­вать ска­тать ша­ри­ки, то можно уви­деть, что из глины легче ска­тать шарик. При на­мо­ка­нии глина ста­но­вит­ся мяг­кой и пла­стич­ной, после вы­сы­ха­ния шарик со­хра­нит свою форму.

Рис. 2 Глина (Ис­точ­ник)

Из песка шарик сле­пить труд­но, но даже если это уда­ет­ся, то после вы­сы­ха­ния песок ссып­лет­ся. Это зна­чит, что глина об­ла­да­ет свой­ством вяз­ко­сти, а песок нет. Песок сы­пу­чий, он со­сто­ит из от­дель­ных мел­ких пес­чи­нок раз­но­го цвета, одни пес­чин­ки непро­зрач­ные, дру­гие про­зрач­ные и по­хо­жи на ку­соч­ки мут­но­го стек­ла (рис. 3).

Рис. 3. Песок (Ис­точ­ник)

Ча­стич­ки глины непро­зрач­ные, небле­стя­щие. По цвету глина бы­ва­ет раз­ная: белая, серая, ко­рич­не­вая, жел­тая.

Песок, глину, мра­мор, гра­нит, из­вест­няк на­зы­ва­ют стро­и­тель­ны­ми по­лез­ны­ми ис­ко­па­е­мы­ми. Песок, по ко­то­ро­му мы ходим, – рых­лая гор­ная по­ро­да. Он сы­пу­чий и хо­ро­шо про­пус­ка­ет воду, по­это­му его ши­ро­ко ис­поль­зу­ют в стро­и­тель­стве ав­то­мо­биль­ных дорог и же­лез­но­до­рож­ных на­сы­пей (рис. 4).

Рис. 4. Же­лез­ная до­ро­га (Ис­точ­ник)

Также песок при­ме­ня­ют для из­го­тов­ле­ния це­мен­та и бе­то­на. Из бе­ло­го квар­це­во­го стек­ла из­го­тав­ли­ва­ют стек­ло.

Глина – плот­ная гор­ная по­ро­да, при на­мо­ка­нии она ста­но­вит­ся вяз­кой и пла­стич­ной, она долго со­хра­ня­ет свою форму при вы­сы­ха­нии. В печи обо­жжен­ные из глины из­де­лия ста­но­вят­ся твер­ды­ми и проч­ны­ми. Из глины из­го­тав­ли­ва­ют кир­пи­чи, че­ре­пи­цу, иг­руш­ки. Осо­бен­но це­нит­ся белая глина, из ко­то­рой про­из­во­дят фа­ян­со­вую и фар­фо­ро­вую по­су­ду (рис. 5).

Рис. 5. Фа­ян­со­вая по­су­да (Ис­точ­ник)

Мра­мор – это раз­но­вид­ность из­вест­ня­ка, после по­ли­ров­ки на нем вы­сту­па­ет кра­си­вый узор­ча­тый ри­су­нок раз­ной окрас­ки. Древ­ние греки вы­се­ка­ли из мра­мо­ра па­мят­ни­ки, стро­и­ли храмы. Стан­ции Мос­ков­ско­го метро от­де­ла­ны этой гор­ной по­ро­дой раз­но­го цвета (рис. 6). Из из­вест­ня­ка по­стро­е­ны из­вест­ные на весь мир церк­ви и со­бо­ры.

Рис. 6. Стан­ция Ма­я­ков­ская. Мос­ков­ский мет­ро­по­ли­тен (Ис­точ­ник)

Осо­бен­но из по­лез­ных ис­ко­па­е­мых це­нит­ся гра­нит. Он об­ла­да­ет осо­бой твер­до­стью и проч­но­стью. Его ис­поль­зу­ют при стро­и­тель­стве опор для моста и фун­да­мен­тов для вы­со­ко­го зда­ния. По­ли­ро­ван­ный гра­нит укра­ша­ет полы и лест­ни­цы двор­цов и му­зеев. Имен­но из гра­ни­та в Санкт-Пе­тер­бур­ге сде­ла­ны ко­ло­ны Ка­зан­ско­го со­бо­ра (рис. 7), бор­ти­ки Иса­а­ки­ев­ско­го со­бо­ра (рис. 8), а огром­ный ка­мень, на ко­то­ром уста­нов­лен па­мят­ник Петру I, также из этой гор­ной по­ро­ды.

Рис. 7. Ка­зан­ский собор (Ис­точ­ник)

Рис. 8. Иса­а­ки­ев­ский собор (Ис­точ­ник)

По­че­му надо бе­речь по­лез­ные ис­ко­па­е­мые? Каж­дый год в нашей стране до­бы­ва­ет­ся огром­ное ко­ли­че­ство по­лез­ных ис­ко­па­е­мых. На об­ра­зо­ва­ние боль­шин­ства из них по­на­до­би­лось мил­ли­о­ны лет, и у каж­дой из цен­ных пород своя осо­бая, слож­ная и за­га­доч­ная ис­то­рия. У одних ис­то­рия на­чи­на­ет­ся в глу­би­нах морей и оке­а­нов, озер и болот. Вы уже зна­е­те, что на дне во­до­е­мов об­ра­зо­ва­лись торф, из­вест­няк, ка­мен­ный и бурый уголь, песок и глина. У дру­гих ис­то­рия на­чи­на­ет­ся в нед­рах пла­не­ты. Там, глу­бо­ко под зем­лей, на­хо­дит­ся рас­ка­лен­ное ве­ще­ство – магма. По­то­ки магмы при из­вер­же­нии вул­ка­на могут из­ли­вать­ся на по­верх­ность земли и осты­вать, а могут за­сты­вать в глу­бине земли, не до­хо­дя до по­верх­но­сти. Из магмы об­ра­зо­ва­лись гра­нит, ба­зальт, руд­ные по­лез­ные ис­ко­па­е­мые. Но за­па­сы по­лез­ных ис­ко­па­е­мых на Земле не бес­ко­неч­ны. Уче­ные пред­ска­зы­ва­ют, что уже в нашем XXI веке раз­ве­дан­ные за­па­сы нефти, зо­ло­та и меди могут быть ис­чер­па­ны. На их об­ра­зо­ва­ние ушли мил­ли­о­ны лет, а че­ло­век из­рас­хо­до­вал их так быст­ро. Их нель­зя вос­ста­но­вить, как, на­при­мер, лес после вы­руб­ки.

Что же дол­жен де­лать че­ло­век, чтобы по-хо­зяй­ски рас­хо­до­вать бо­гат­ства под­зем­ных кла­до­вых? Уче­ные со­зда­ют новые ис­кус­ствен­ные ма­те­ри­а­лы для за­ме­ны ме­тал­ла и го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­па­е­мых. Вме­сто ме­тал­ла все боль­ше и боль­ше при­ме­ня­ет­ся пласт­мас­са. По­смот­ри во­круг, и ты уви­дишь, как много вещей сде­ла­но из пласт­мас­сы вме­сто до­ро­го ме­тал­ла и цен­ной дре­ве­си­ны. Топ­ли­во из ка­мен­но­го угля и нефти за­ме­ня­ют дру­гие ис­точ­ни­ки тепла. Стро­ят­ся гид­ро­элек­тро­стан­ции, на ко­то­рых ис­поль­зу­ют­ся силы воды, или силы ветра, или сол­неч­ное тепло. Люди со­би­ра­ют ме­тал­ло­лом, из ко­то­ро­го на за­во­дах вы­плав­ля­ют ме­тал­лы. Ис­поль­зо­ва­ние ме­тал­ло­ло­ма поз­во­ля­ет бе­реж­но от­но­сить­ся к руд­ным по­лез­ным ис­ко­па­е­мым и эко­ном­но их рас­хо­до­вать. Нужно также сле­дить, чтобы без на­доб­но­сти не го­ре­ли га­зо­вые и элек­три­че­ские при­бо­ры, бе­речь тепло в школе и дома в хо­лод­ное время года, не остав­ляя от­кры­ты­ми на­стежь двери в подъ­ез­дах. Сле­ди­те за эко­ном­ным рас­хо­до­ва­ни­ем пи­тье­вой воды, ведь ее очист­ка и до­став­ка по тру­бам в жилые дома, на фаб­ри­ки и за­во­ды невоз­мож­на без ис­поль­зо­ва­ния по­лез­ных ис­ко­па­е­мых.

Се­год­ня на уроке вы узна­ли о свой­ствах по­лез­ных ис­ко­па­е­мых: из­вест­ня­ка, мра­мо­ра, песка и глины, а также по­зна­ко­ми­лись с тем, как че­ло­век ис­поль­зу­ет в своей де­я­тель­но­сти стро­и­тель­ные по­лез­ные ис­ко­па­е­мые.

источник конспекта — http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/vzaimosvyaz-nezhivoy-i-zhivoy-prirody/poleznye-iskopaemye

источник конспекта — http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/vzaimosvyaz-nezhivoy-i-zhivoy-prirody/svoystva-poleznyh-iskopaemyh

источник презентации — http://prezentacii.com/detskie/4871-poleznye-iskopaemye-3-klass.html

источник видео:

http://www.youtube.com/watch?v=z2yHNb3bqyc

http://www.youtube.com/watch?v=Pc-1piNu-G4

Доклад на тему Глина — полезное ископаемое 3, 4 класс Окражающий мир сообщение (описание для детей)

Глина – древнейшее и, пожалуй, одно из самых распространенных полезных ископаемых, которое использовалось Человечеством на протяжении всей своей истории. Это мелкозернистая субстанция, сформировавшаяся за миллионы лет за счет осадочных горных пород. Как ресурс она существует в сухом состоянии и приобретает пластичность при увлажнении.

Типичными и самыми распространенными находками археологических раскопок были и остаются осколки глиняной посуды. Обжигание глиняных изделий в огне стало визитной карточкой первобытно-общинного строя. Из глины первые люди делали не только посуду. Используя глину, люди строили стены своих хижин и черепицу, а наши предки научились изготавливать из глины игрушки-свистульки.

Но разве только этим огранялось использование глины в древние времена? Отнюдь, ведь уже несколько тысяч лет глина служит исходным материалом для создания кирпича-сырца, а на глиняном растворе и в XXI веке ведется печная кладка. Интересно, что в районах первых очагов распространения человечества глина использовалась также в качестве глиняных табличек, на которых писались первые законы, литературные произведения, делались первые карты и рисунки.

В настоящее время глина используется в радиотехнике. Из глины выпекается множество радиодеталей или комплектующих к ним. Глина получила широкое распространение в медицине и косметологии – на ее основе изготавливаются лечебные мази, маски, а из белой глины производятся даже противоядия от многих болезней.

Еще одно, очень важное в современном мире использование глины, это, конечно строительство. Мало того, что глина является основой для изготовления красного кирпича, из которого строятся дома, печи, различные здания и сооружения, так еще глина является составной частью цементного раствора. Ее присутствие в этой смеси может достигать 25%.

В настоящее время известно множество разновидностей глиняных расцветок, среди которых наиболее популярной остается коричневая, однако, встречаются также красная, зеленая, белая и даже черная глина.

Этот ресурс невероятно дешев, универсален и распространен, что его можно найти практически везде.

Сообщение 2

Глина распространена повсеместно. На ее долю припадает почти половина всех осадочных пород. Сухая глина представляет собой пыль из мельчайших частиц размером около 0,01 мм. Образуется это полезное ископаемое в результате выветривания горных пород, преобразований пепла и лавы после извержений вулканов. Цвет ее зависит от того, из какого минерала она состоит. В природе встречается не только привычная красная и желтая, но белая и даже зеленая глина, бывает она и черного цвета.

Основными веществами, из которых состоит полезное ископаемое, являются оксиды кремния и алюминия, вода. Существуют морские глины, они образуются на дне морей и океанов, а также континентальные, осевшие на материках. Осадочные глины формируются при переносе их и оседании (скоплении) в определенных местах.

Как материал глина высоко ценится за ее способность с водой образовывать пластичную массу, которая после высыхания застывает. После обжига изделия становятся твердыми, могут удерживать воду. Поэтому и ранее, и сейчас из глины делают различную посуду, вазы, кувшины, цветочные вазоны. Такие изделия хорошо покрываются красками и лаком. Из глины всегда делали игрушки, свистульки. Белая глина служит сырьем для получения фарфора и фаянса.

Глиняные таблички когда-то использовали вместо бумаги для записей. В Древнем Египте этот материал применяли при бальзамировании мумий. Раствор глины можно использовать как клей или штукатурку, дома и печи в деревнях ранее обмазывали глиняным раствором.

Полезное ископаемое нашло применение для получения плитки, черепицы. Из глины делают керамзит – пористые шарики, которые добавляют в цветоводстве в горшки, чтобы не застаивалась вода. Также керамзит выступает в роли утеплителя и изоляционного материала против шума в строительстве. Еще один популярный строительный материал – кирпич невозможно представить без глины. Он отличается огнеупорностью, поэтому из такого кирпича возводят доменные печи для выплавки металлов.

Глина способна поглощать токсические вещества, поэтому на ее основе производят медицинские препараты – сорбенты. Используют вещество и в косметологии для масок, чтобы очищать кожу. Сквозь специальную пищевую глину фильтруют соки, пиво, вина, растительное масло, чтобы удалить из них нежелательные примеси и взвеси.

Глину как полезное ископаемое добывать легко, ее залежи находятся неглубоко. Она располагается пластами с прослойками песка. Добычу производят в карьерах, в т.ч. на побережьях водоемов. У глины есть один недостаток: порода очень тяжелая, перевозить ее не выгодно. Поэтому кирпичные заводы стараются строить возле места добычи полезного ископаемого.

3, 4 класс

Картинка к сообщению Глина полезное ископаемое

Популярные сегодня темы

  • Сова болотная

    Красивая птица из семейства совиных занимает достойное место в нашем мире среди подобных животных. Размеры данной совы достаточно крупные, по сравнению с другими птицами.

  • Никитин Иван Саввич

    В Воронеже, 21 сентября 1824 года, в семье мещанина родился сын, нарекли его Иваном по отцу Савичем. Его отец был владельцем лавки по продаже свечей.

  • Город Смоленск

    Впервые Смоленск упоминается в летописи (Повесть временных лет) в 862 году как главный город племенного союза кривичей. С той поры до настоящего времени он был центром разнообразных сражений

  • Мор Томас

    омас Мор (1529—1532) — английский философ, адвокат, государственный деятель, родился в Лондоне 7 февраля 1478 г. в семье лондонской знати. С самого рождения его ожидала успешная карьера юрист

  • Личная гигиена

    Здоровье — неотъемлемая часть жизни каждый человека. Есть множество факторов, которые влияют на него как негативно так и позитивно. Соответственно, есть и определенные правила, которые нужно

  • Природа Австралии

    Австралия — один из самых древних материков. Благодаря тому, что он был найден людьми достаточно поздно из-за своей удаленности, природа в нём сохранилась наилучшим образом.

глинистый минерал | рок | Britannica

Общие соображения

Термин глина обычно применяется к (1) природному материалу с пластическими свойствами, (2) частицам очень мелкого размера, обычно определяемым как частицы размером менее двух микрометров (7,9 × 10 -5 дюймов) и (3) очень мелкие минеральные фрагменты или частицы, состоящие в основном из силикатов алюминия с водным слоем, хотя иногда содержат магний и железо. Хотя в более широком смысле глинистые минералы могут включать практически любой минерал с указанным выше размером частиц, адаптированное здесь определение ограничивается представлением силикатов водного слоя и некоторых родственных ближнеупорядоченных алюмосиликатов, которые встречаются либо исключительно, либо часто в очень мелких сортах.

Развитие методов дифракции рентгеновских лучей в 1920-х годах и последующее усовершенствование микроскопических и термических процедур позволили исследователям установить, что глины состоят из нескольких групп кристаллических минералов. Внедрение методов электронной микроскопии оказалось очень полезным для определения характерной формы и размера глинистых минералов. Более современные аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, нейтронный дифракционный анализ, мессбауэровская спектроскопия и спектроскопия ядерного магнитного резонанса, помогли расширить научные знания о кристаллохимии этих минералов.

Глиняные минералы состоят в основном из диоксида кремния, оксида алюминия или магнезии или того и другого, а также воды, но железо заменяет алюминий и магний в различной степени, а также часто присутствуют заметные количества калия, натрия и кальция. Некоторые глинистые минералы могут быть выражены с помощью идеальных химических формул следующим образом: 2SiO 2 · Al 2 O 3 · 2H 2 O (каолинит), 4SiO 2 · Al 2 O 3 · H 2 O (пирофиллит), 4SiO 2 · 3MgO · H 2 O (тальк) и 3SiO 2 · Al 2 O 3 · 5FeO · 4H 2 O (шамозит ).Отношение SiO 2 в формуле является ключевым фактором, определяющим типы глинистых минералов. По вариациям химического состава и атомной структуры эти минералы можно разделить на девять групп: (1) каолин-серпентин (каолинит, галлуазит, лизардит, хризотил), (2) пирофиллит-тальк, (3) слюда (иллит, глауконит, селадонит), (4) вермикулит, (5) смектит (монтмориллонит, нонтронит, сапонит), (6) хлорит (судоит, клинохлор, шамозит), (7) сепиолит-палигорскит, (8) переслаивающиеся глинистые минералы (напр.ж., ректорит, коренсит, тосудит) и (9) аллофан-имоголит. Информация и структурные схемы для этих групп приведены ниже.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Каолинит происходит от обычно используемого названия каолин , которое является искажением китайского Gaoling (Pinyin; латинское название Wade-Giles Kao-ling), что означает «высокий гребень», название холма недалеко от Цзиндэчжэня, где возникли минерал известен еще во II веке до нашей эры.Монтмориллонит и нонтронит названы в честь местностей Монмориллон и Нонтрон, соответственно, во Франции, где эти минералы были впервые обнаружены. Селадонит происходит от французского céladon (что означает серовато-желто-зеленый), намек на его цвет. Поскольку сепиолит — легкий и пористый материал, его название происходит от греческого слова, обозначающего каракатицу, кости которой похожи по своей природе. Название сапонит происходит от латинского sapon (что означает мыло) из-за его внешнего вида и очищающей способности.Вермикулит происходит от латинского vermiculari («разводить червей») из-за его физических характеристик расслаивания при нагревании, что вызывает впечатляющее изменение объема минерала от мелких зерен до длинных червеобразных нитей. Бейлейхлор, бриндлеит, коренсит, судоит и тосудит являются примерами глинистых минералов, названных в честь выдающихся минералогов глины — Стерджеса У. Бейли, Джорджа У. Бриндли, Карла У. Корренса и Тошио Судо соответственно.

Ральф Э.Мрачный Hideomi Kodama

Структура

Общие характеристики

Структура глинистых минералов в значительной степени определена методами дифракции рентгеновских лучей. Существенные свойства силикатов водного слоя были выявлены различными учеными, в том числе Чарльзом Могеном, Линусом К. Полингом, W.W. Джексон, Дж. Уэст и Джон В. Грюнер с конца 1920-х до середины 1930-х годов. Эти элементы представляют собой непрерывные двумерные тетраэдрические листы состава Si 2 O 5 , с тетраэдрами SiO 4 (Рисунок 1), соединенными посредством общих трех углов каждого тетраэдра, образуя гексагональный сетчатый узор (Рисунок 2A). .Часто атомы кремния тетраэдров частично замещаются алюминием и, в меньшей степени, трехвалентным железом. Апикальный кислород в четвертом углу тетраэдров, который обычно направлен перпендикулярно листу, образует часть соседнего октаэдрического листа, в котором октаэдры связаны общими ребрами (рис. 3). Плоскость соединения между тетраэдрическими и октаэдрическими листами состоит из общих апикальных атомов кислорода тетраэдров и неподеленных гидроксилов, которые лежат в центре каждого гексагонального кольца тетраэдров и на том же уровне, что и общие апикальные атомы кислорода (Рисунок 4).Обычными катионами, которые координируют октаэдрические листы, являются Al, Mg, Fe 3+ и Fe 2+ ; иногда Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu и Zn замещают в значительных количествах. Если двухвалентные катионы ( M 2+ ) находятся в октаэдрических листах, состав будет M 2+ / 3 (OH) 2 O 4 и все октаэдры заняты. Если есть трехвалентные катионы ( M 3+ ), состав будет M 3+ / 2 (OH) 2 O 4 и две трети октаэдров заняты отсутствие третьего октаэдра.Первый тип октаэдрического листа называется триоктаэдрическим, а второй — диоктаэдрическим. Если все анионные группы являются гидроксильными ионами в составе октаэдрических листов, полученные листы могут быть выражены как M 2+ (OH) 2 и M 3+ (OH) 3 , соответственно. Такие листы, называемые гидроксидными листами, встречаются по отдельности, чередующиеся с силикатными слоями в некоторых глинистых минералах. Брусит, Mg (OH) 2 , и гиббсит, Al (OH) 3 , являются типичными примерами минералов, имеющих аналогичную структуру.Существует два основных типа структурных «хребтов» глинистых минералов, называемых силикатными слоями. Единичный силикатный слой, образованный совмещением одного октаэдрического листа с одним тетраэдрическим листом, называется силикатным слоем 1: 1, а открытая поверхность октаэдрического листа состоит из гидроксилов. В другом типе единичный силикатный слой состоит из одного октаэдрического листа, зажатого между двумя тетраэдрическими листами, ориентированными в противоположных направлениях, и называется силикатным слоем 2: 1 (рис. 5). Однако эти структурные особенности ограничиваются идеализированными геометрическими формами.

Реальные структуры глинистых минералов содержат существенные кристаллические деформации и искажения, которые создают неоднородности, такие как деформированные октаэдры и тетраэдры, а не многогранники с равносторонними треугольными гранями, дитригональная симметрия, измененная по сравнению с идеальной гексагональной симметрией поверхности, и складчатые поверхности вместо образованных плоских плоскостей базальными атомами кислорода тетраэдрического листа. Одна из основных причин таких искажений — «несовпадение» размеров тетраэдрических и октаэдрических листов.Если тетраэдрический лист содержит только кремний в катионном узле и имеет идеальную гексагональную симметрию, более длинная единица измерения в базисной плоскости составляет 9,15 Å, что находится между соответствующими размерами 8,6 Å гиббсита и 9,4 Å брусита. Чтобы тетраэдрический лист соответствовал размерам октаэдрического листа, чередующиеся тетраэдры SiO 4 вращаются (теоретически до 30 °) в противоположных направлениях, чтобы исказить идеальный гексагональный массив в двутреугольный (дитригональный) массив (рис. 2В). ).Благодаря этому механизму искажения тетраэдрические и октаэдрические листы широкого диапазона составов, полученные в результате ионного замещения, могут связываться вместе и поддерживать силикатные слои. Среди ионных замещений замещения между ионами явно разных размеров наиболее существенно влияют на геометрическую конфигурацию силикатных слоев.

Еще одна важная особенность слоистых силикатов из-за их сходства в структуре листов и гексагональной или почти гексагональной симметрии заключается в том, что структуры позволяют различными способами складывать атомные плоскости, листы и слои, что можно объяснить кристаллографическими операциями, такими как перевод или смещение и вращение, тем самым отличая их от полиморфов (например,г., алмаз-графит и кальцит-арагонит). В первом случае используются одномерные вариации, а во втором — в основном трехмерные. Разнообразие структур, возникающих в результате различных последовательностей укладки фиксированного химического состава, называется политипами. Если такое разнообразие вызвано незначительными, но последовательными ионными замещениями, их называют политипоидами.

глинистый минерал | рок | Britannica

Общие соображения

Термин глина обычно применяется к (1) природному материалу с пластическими свойствами, (2) частицам очень мелкого размера, обычно определяемым как частицы размером менее двух микрометров (7.9 × 10 -5 дюймов) и (3) очень мелкие минеральные фрагменты или частицы, состоящие в основном из силикатов алюминия с водным слоем, хотя иногда и содержащие магний и железо. Хотя в более широком смысле глинистые минералы могут включать практически любой минерал с указанным выше размером частиц, адаптированное здесь определение ограничивается представлением силикатов водного слоя и некоторых родственных ближнеупорядоченных алюмосиликатов, которые встречаются либо исключительно, либо часто в очень мелких сортах.

Развитие методов дифракции рентгеновских лучей в 1920-х годах и последующее усовершенствование микроскопических и термических процедур позволили исследователям установить, что глины состоят из нескольких групп кристаллических минералов. Внедрение методов электронной микроскопии оказалось очень полезным для определения характерной формы и размера глинистых минералов. Более современные аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, нейтронный дифракционный анализ, мессбауэровская спектроскопия и спектроскопия ядерного магнитного резонанса, помогли расширить научные знания о кристаллохимии этих минералов.

Глиняные минералы состоят в основном из диоксида кремния, оксида алюминия или магнезии или того и другого, а также воды, но железо заменяет алюминий и магний в различной степени, а также часто присутствуют заметные количества калия, натрия и кальция. Некоторые глинистые минералы могут быть выражены с помощью идеальных химических формул следующим образом: 2SiO 2 · Al 2 O 3 · 2H 2 O (каолинит), 4SiO 2 · Al 2 O 3 · H 2 O (пирофиллит), 4SiO 2 · 3MgO · H 2 O (тальк) и 3SiO 2 · Al 2 O 3 · 5FeO · 4H 2 O (шамозит ).Отношение SiO 2 в формуле является ключевым фактором, определяющим типы глинистых минералов. По вариациям химического состава и атомной структуры эти минералы можно разделить на девять групп: (1) каолин-серпентин (каолинит, галлуазит, лизардит, хризотил), (2) пирофиллит-тальк, (3) слюда (иллит, глауконит, селадонит), (4) вермикулит, (5) смектит (монтмориллонит, нонтронит, сапонит), (6) хлорит (судоит, клинохлор, шамозит), (7) сепиолит-палигорскит, (8) переслаивающиеся глинистые минералы (напр.ж., ректорит, коренсит, тосудит) и (9) аллофан-имоголит. Информация и структурные схемы для этих групп приведены ниже.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Каолинит происходит от обычно используемого названия каолин , которое является искажением китайского Gaoling (Pinyin; латинское название Wade-Giles Kao-ling), что означает «высокий гребень», название холма недалеко от Цзиндэчжэня, где возникли минерал известен еще во II веке до нашей эры.Монтмориллонит и нонтронит названы в честь местностей Монмориллон и Нонтрон, соответственно, во Франции, где эти минералы были впервые обнаружены. Селадонит происходит от французского céladon (что означает серовато-желто-зеленый), намек на его цвет. Поскольку сепиолит — легкий и пористый материал, его название происходит от греческого слова, обозначающего каракатицу, кости которой похожи по своей природе. Название сапонит происходит от латинского sapon (что означает мыло) из-за его внешнего вида и очищающей способности.Вермикулит происходит от латинского vermiculari («разводить червей») из-за его физических характеристик расслаивания при нагревании, что вызывает впечатляющее изменение объема минерала от мелких зерен до длинных червеобразных нитей. Бейлейхлор, бриндлеит, коренсит, судоит и тосудит являются примерами глинистых минералов, названных в честь выдающихся минералогов глины — Стерджеса У. Бейли, Джорджа У. Бриндли, Карла У. Корренса и Тошио Судо соответственно.

Ральф Э.Мрачный Hideomi Kodama

Структура

Общие характеристики

Структура глинистых минералов в значительной степени определена методами дифракции рентгеновских лучей. Существенные свойства силикатов водного слоя были выявлены различными учеными, в том числе Чарльзом Могеном, Линусом К. Полингом, W.W. Джексон, Дж. Уэст и Джон В. Грюнер с конца 1920-х до середины 1930-х годов. Эти элементы представляют собой непрерывные двумерные тетраэдрические листы состава Si 2 O 5 , с тетраэдрами SiO 4 (Рисунок 1), соединенными посредством общих трех углов каждого тетраэдра, образуя гексагональный сетчатый узор (Рисунок 2A). .Часто атомы кремния тетраэдров частично замещаются алюминием и, в меньшей степени, трехвалентным железом. Апикальный кислород в четвертом углу тетраэдров, который обычно направлен перпендикулярно листу, образует часть соседнего октаэдрического листа, в котором октаэдры связаны общими ребрами (рис. 3). Плоскость соединения между тетраэдрическими и октаэдрическими листами состоит из общих апикальных атомов кислорода тетраэдров и неподеленных гидроксилов, которые лежат в центре каждого гексагонального кольца тетраэдров и на том же уровне, что и общие апикальные атомы кислорода (Рисунок 4).Обычными катионами, которые координируют октаэдрические листы, являются Al, Mg, Fe 3+ и Fe 2+ ; иногда Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu и Zn замещают в значительных количествах. Если двухвалентные катионы ( M 2+ ) находятся в октаэдрических листах, состав будет M 2+ / 3 (OH) 2 O 4 и все октаэдры заняты. Если есть трехвалентные катионы ( M 3+ ), состав будет M 3+ / 2 (OH) 2 O 4 и две трети октаэдров заняты отсутствие третьего октаэдра.Первый тип октаэдрического листа называется триоктаэдрическим, а второй — диоктаэдрическим. Если все анионные группы являются гидроксильными ионами в составе октаэдрических листов, полученные листы могут быть выражены как M 2+ (OH) 2 и M 3+ (OH) 3 , соответственно. Такие листы, называемые гидроксидными листами, встречаются по отдельности, чередующиеся с силикатными слоями в некоторых глинистых минералах. Брусит, Mg (OH) 2 , и гиббсит, Al (OH) 3 , являются типичными примерами минералов, имеющих аналогичную структуру.Существует два основных типа структурных «хребтов» глинистых минералов, называемых силикатными слоями. Единичный силикатный слой, образованный совмещением одного октаэдрического листа с одним тетраэдрическим листом, называется силикатным слоем 1: 1, а открытая поверхность октаэдрического листа состоит из гидроксилов. В другом типе единичный силикатный слой состоит из одного октаэдрического листа, зажатого между двумя тетраэдрическими листами, ориентированными в противоположных направлениях, и называется силикатным слоем 2: 1 (рис. 5). Однако эти структурные особенности ограничиваются идеализированными геометрическими формами.

Реальные структуры глинистых минералов содержат существенные кристаллические деформации и искажения, которые создают неоднородности, такие как деформированные октаэдры и тетраэдры, а не многогранники с равносторонними треугольными гранями, дитригональная симметрия, измененная по сравнению с идеальной гексагональной симметрией поверхности, и складчатые поверхности вместо образованных плоских плоскостей базальными атомами кислорода тетраэдрического листа. Одна из основных причин таких искажений — «несовпадение» размеров тетраэдрических и октаэдрических листов.Если тетраэдрический лист содержит только кремний в катионном узле и имеет идеальную гексагональную симметрию, более длинная единица измерения в базисной плоскости составляет 9,15 Å, что находится между соответствующими размерами 8,6 Å гиббсита и 9,4 Å брусита. Чтобы тетраэдрический лист соответствовал размерам октаэдрического листа, чередующиеся тетраэдры SiO 4 вращаются (теоретически до 30 °) в противоположных направлениях, чтобы исказить идеальный гексагональный массив в двутреугольный (дитригональный) массив (рис. 2В). ).Благодаря этому механизму искажения тетраэдрические и октаэдрические листы широкого диапазона составов, полученные в результате ионного замещения, могут связываться вместе и поддерживать силикатные слои. Среди ионных замещений замещения между ионами явно разных размеров наиболее существенно влияют на геометрическую конфигурацию силикатных слоев.

Еще одна важная особенность слоистых силикатов из-за их сходства в структуре листов и гексагональной или почти гексагональной симметрии заключается в том, что структуры позволяют различными способами складывать атомные плоскости, листы и слои, что можно объяснить кристаллографическими операциями, такими как перевод или смещение и вращение, тем самым отличая их от полиморфов (например,г., алмаз-графит и кальцит-арагонит). В первом случае используются одномерные вариации, а во втором — в основном трехмерные. Разнообразие структур, возникающих в результате различных последовательностей укладки фиксированного химического состава, называется политипами. Если такое разнообразие вызвано незначительными, но последовательными ионными замещениями, их называют политипоидами.

глинистый минерал | рок | Britannica

Общие соображения

Термин глина обычно применяется к (1) природному материалу с пластическими свойствами, (2) частицам очень мелкого размера, обычно определяемым как частицы размером менее двух микрометров (7.9 × 10 -5 дюймов) и (3) очень мелкие минеральные фрагменты или частицы, состоящие в основном из силикатов алюминия с водным слоем, хотя иногда и содержащие магний и железо. Хотя в более широком смысле глинистые минералы могут включать практически любой минерал с указанным выше размером частиц, адаптированное здесь определение ограничивается представлением силикатов водного слоя и некоторых родственных ближнеупорядоченных алюмосиликатов, которые встречаются либо исключительно, либо часто в очень мелких сортах.

Развитие методов дифракции рентгеновских лучей в 1920-х годах и последующее усовершенствование микроскопических и термических процедур позволили исследователям установить, что глины состоят из нескольких групп кристаллических минералов. Внедрение методов электронной микроскопии оказалось очень полезным для определения характерной формы и размера глинистых минералов. Более современные аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, нейтронный дифракционный анализ, мессбауэровская спектроскопия и спектроскопия ядерного магнитного резонанса, помогли расширить научные знания о кристаллохимии этих минералов.

Глиняные минералы состоят в основном из диоксида кремния, оксида алюминия или магнезии или того и другого, а также воды, но железо заменяет алюминий и магний в различной степени, а также часто присутствуют заметные количества калия, натрия и кальция. Некоторые глинистые минералы могут быть выражены с помощью идеальных химических формул следующим образом: 2SiO 2 · Al 2 O 3 · 2H 2 O (каолинит), 4SiO 2 · Al 2 O 3 · H 2 O (пирофиллит), 4SiO 2 · 3MgO · H 2 O (тальк) и 3SiO 2 · Al 2 O 3 · 5FeO · 4H 2 O (шамозит ).Отношение SiO 2 в формуле является ключевым фактором, определяющим типы глинистых минералов. По вариациям химического состава и атомной структуры эти минералы можно разделить на девять групп: (1) каолин-серпентин (каолинит, галлуазит, лизардит, хризотил), (2) пирофиллит-тальк, (3) слюда (иллит, глауконит, селадонит), (4) вермикулит, (5) смектит (монтмориллонит, нонтронит, сапонит), (6) хлорит (судоит, клинохлор, шамозит), (7) сепиолит-палигорскит, (8) переслаивающиеся глинистые минералы (напр.ж., ректорит, коренсит, тосудит) и (9) аллофан-имоголит. Информация и структурные схемы для этих групп приведены ниже.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Каолинит происходит от обычно используемого названия каолин , которое является искажением китайского Gaoling (Pinyin; латинское название Wade-Giles Kao-ling), что означает «высокий гребень», название холма недалеко от Цзиндэчжэня, где возникли минерал известен еще во II веке до нашей эры.Монтмориллонит и нонтронит названы в честь местностей Монмориллон и Нонтрон, соответственно, во Франции, где эти минералы были впервые обнаружены. Селадонит происходит от французского céladon (что означает серовато-желто-зеленый), намек на его цвет. Поскольку сепиолит — легкий и пористый материал, его название происходит от греческого слова, обозначающего каракатицу, кости которой похожи по своей природе. Название сапонит происходит от латинского sapon (что означает мыло) из-за его внешнего вида и очищающей способности.Вермикулит происходит от латинского vermiculari («разводить червей») из-за его физических характеристик расслаивания при нагревании, что вызывает впечатляющее изменение объема минерала от мелких зерен до длинных червеобразных нитей. Бейлейхлор, бриндлеит, коренсит, судоит и тосудит являются примерами глинистых минералов, названных в честь выдающихся минералогов глины — Стерджеса У. Бейли, Джорджа У. Бриндли, Карла У. Корренса и Тошио Судо соответственно.

Ральф Э.Мрачный Hideomi Kodama

Структура

Общие характеристики

Структура глинистых минералов в значительной степени определена методами дифракции рентгеновских лучей. Существенные свойства силикатов водного слоя были выявлены различными учеными, в том числе Чарльзом Могеном, Линусом К. Полингом, W.W. Джексон, Дж. Уэст и Джон В. Грюнер с конца 1920-х до середины 1930-х годов. Эти элементы представляют собой непрерывные двумерные тетраэдрические листы состава Si 2 O 5 , с тетраэдрами SiO 4 (Рисунок 1), соединенными посредством общих трех углов каждого тетраэдра, образуя гексагональный сетчатый узор (Рисунок 2A). .Часто атомы кремния тетраэдров частично замещаются алюминием и, в меньшей степени, трехвалентным железом. Апикальный кислород в четвертом углу тетраэдров, который обычно направлен перпендикулярно листу, образует часть соседнего октаэдрического листа, в котором октаэдры связаны общими ребрами (рис. 3). Плоскость соединения между тетраэдрическими и октаэдрическими листами состоит из общих апикальных атомов кислорода тетраэдров и неподеленных гидроксилов, которые лежат в центре каждого гексагонального кольца тетраэдров и на том же уровне, что и общие апикальные атомы кислорода (Рисунок 4).Обычными катионами, которые координируют октаэдрические листы, являются Al, Mg, Fe 3+ и Fe 2+ ; иногда Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu и Zn замещают в значительных количествах. Если двухвалентные катионы ( M 2+ ) находятся в октаэдрических листах, состав будет M 2+ / 3 (OH) 2 O 4 и все октаэдры заняты. Если есть трехвалентные катионы ( M 3+ ), состав будет M 3+ / 2 (OH) 2 O 4 и две трети октаэдров заняты отсутствие третьего октаэдра.Первый тип октаэдрического листа называется триоктаэдрическим, а второй — диоктаэдрическим. Если все анионные группы являются гидроксильными ионами в составе октаэдрических листов, полученные листы могут быть выражены как M 2+ (OH) 2 и M 3+ (OH) 3 , соответственно. Такие листы, называемые гидроксидными листами, встречаются по отдельности, чередующиеся с силикатными слоями в некоторых глинистых минералах. Брусит, Mg (OH) 2 , и гиббсит, Al (OH) 3 , являются типичными примерами минералов, имеющих аналогичную структуру.Существует два основных типа структурных «хребтов» глинистых минералов, называемых силикатными слоями. Единичный силикатный слой, образованный совмещением одного октаэдрического листа с одним тетраэдрическим листом, называется силикатным слоем 1: 1, а открытая поверхность октаэдрического листа состоит из гидроксилов. В другом типе единичный силикатный слой состоит из одного октаэдрического листа, зажатого между двумя тетраэдрическими листами, ориентированными в противоположных направлениях, и называется силикатным слоем 2: 1 (рис. 5). Однако эти структурные особенности ограничиваются идеализированными геометрическими формами.

Реальные структуры глинистых минералов содержат существенные кристаллические деформации и искажения, которые создают неоднородности, такие как деформированные октаэдры и тетраэдры, а не многогранники с равносторонними треугольными гранями, дитригональная симметрия, измененная по сравнению с идеальной гексагональной симметрией поверхности, и складчатые поверхности вместо образованных плоских плоскостей базальными атомами кислорода тетраэдрического листа. Одна из основных причин таких искажений — «несовпадение» размеров тетраэдрических и октаэдрических листов.Если тетраэдрический лист содержит только кремний в катионном узле и имеет идеальную гексагональную симметрию, более длинная единица измерения в базисной плоскости составляет 9,15 Å, что находится между соответствующими размерами 8,6 Å гиббсита и 9,4 Å брусита. Чтобы тетраэдрический лист соответствовал размерам октаэдрического листа, чередующиеся тетраэдры SiO 4 вращаются (теоретически до 30 °) в противоположных направлениях, чтобы исказить идеальный гексагональный массив в двутреугольный (дитригональный) массив (рис. 2В). ).Благодаря этому механизму искажения тетраэдрические и октаэдрические листы широкого диапазона составов, полученные в результате ионного замещения, могут связываться вместе и поддерживать силикатные слои. Среди ионных замещений замещения между ионами явно разных размеров наиболее существенно влияют на геометрическую конфигурацию силикатных слоев.

Еще одна важная особенность слоистых силикатов из-за их сходства в структуре листов и гексагональной или почти гексагональной симметрии заключается в том, что структуры позволяют различными способами складывать атомные плоскости, листы и слои, что можно объяснить кристаллографическими операциями, такими как перевод или смещение и вращение, тем самым отличая их от полиморфов (например,г., алмаз-графит и кальцит-арагонит). В первом случае используются одномерные вариации, а во втором — в основном трехмерные. Разнообразие структур, возникающих в результате различных последовательностей укладки фиксированного химического состава, называется политипами. Если такое разнообразие вызвано незначительными, но последовательными ионными замещениями, их называют политипоидами.

Что такое глина? — Центр обучения науке

С давних времен человечество было тесно связано с глиной.От использования в качестве строительного материала, в гончарном деле, для лечения пищеварительных заболеваний человека до множества промышленных применений, глина является ключевым ингредиентом в материальном мире, в котором мы живем.

С коммерческой точки зрения наиболее важные глины известны как каолин и бентонит

Откуда глина?

Глина — мягкий рыхлый землистый материал, содержащий частицы размером менее 4 микрометров (мкм). Он образуется в результате выветривания и эрозии горных пород, содержащих полевой шпат группы минералов (известный как «мать глины») на протяжении огромных промежутков времени.

Во время выветривания содержание полевого шпата изменяется в результате гидролиза (реакция с водой) с образованием глинистых минералов, таких как каолиниты (основные минералы в каолиновых глинах) и смектиты (основные минералы в бентонитовых глинах).

Глиняные минералы

Минерал — это встречающийся в природе кристаллический материал с определенным или ограниченным диапазоном химических составов.

Глинистые минералы имеют пластинчатую структуру и состоят в основном из тетраэдрических силикатных и октаэдрических алюминатных групп.

Каолинит — основной минерал каолиновых глин. Это глинистый минерал 1: 1 — основная единица состоит из 2-мерного (2D) слоя силикатных групп, прочно связанных с 2D-слоем алюминатных групп.

Минерал имеет слоистую тетраэдралоктаэдрическую (ТО) слоистую структуру с плотной упаковкой между слоями. Эта плотная упаковка — как страницы закрытой книги — приводит к тому, что каолинит не сжимается при высыхании и не набухает при намокании.

Смектитовые минералы встречаются в бентонитовых глинах.В отличие от каолинита с его листовым расположением TO, эти минералы имеют листовую структуру тетраэдра / октаэдра / тетраэдра (TOT).

Это приводит к расположению TOT TOT TOT TOT с промежутком между каждым блоком TOT.

Вода может проникать в пространство между слоями, поэтому бентонитовые глины набухают при намокании и дают усадку при высыхании.

Новозеландские месторождения глины

Месторождения глины обычно встречаются в Новой Зеландии. На месторождении залива Матаури (верхний Нортленд) добывается каолиновая глина высокой чистоты, богатая глинистым минералом, известным как галлуазит.Он экспортируется в более чем 20 стран для производства высококачественной керамики, такой как фарфор и тонкий костяной фарфор. Уникальные и исключительно белые месторождения первичной глины (по общему мнению, самая белая глина в мире) образовались в результате изменения вулканических пород.

Крупнейший в стране карьер бентонитовой глины находится в Харпер-Хиллз недалеко от Крайстчерча. Карьер обрабатывается в засушливые летние месяцы, а глина обрабатывается в соседнем городке Колгейт.

Обработанная бентонитовая глина используется в производстве бумаги, для стабилизации просверленных отверстий во время бурения, в сельском хозяйстве в качестве питательной среды и кормовой добавки, а также в ряде геотехнических и экологических применений.Его все чаще используют при очистке воды, где он помогает удалять взвешенный ил, который обесцвечивает воду, а также при удалении сточных вод.

Природа науки

Чтобы лучше понять тонкую структуру глинистых минералов, почвоведы все больше полагаются на высокотехнологичные инструменты, такие как сканирующий электронный микроскоп и оборудование для рентгеноструктурного анализа. Техническая поддержка — неотъемлемая часть науки.

Выветривание и глинистые минералы


Отличительные минералы глины

Обычно глинистые минералы встречаются в виде таких мелких минеральных зерен, которые их нельзя легко отличить ни на ручном образце, ни на тонком раздел.Однако смектиты можно отличить от других глины в поле «тестом на еду» — поместите немного глины в ваш рот. Если вы чувствуете, как он расширяется при увлажнении, тогда это одна из смектитовых глин, а не кандит или иллит.

Таким образом, для идентификации глины обычно требуется

рентгеновских методов. минералы. Однако сначала необходимо отделить глины от других компонентов. Для этого сначала дезагрегируем образец и помещаем его в отстойник. трубка заполнена водой.Частицы оседают в воде согласно по Закону Стокса:

В = 2/9 (ρ г Вт ) г р 2 / η


где

V = скорость осаждения
ρ г = плотность минерала зерно (2,6 — 2,8 г / см 3 для глинистых минералов)
ρ w = плотность воды (1 г / см 3 )
g = ускорение свободного падения (980 см / сек 2 )
r = радиус минеральной частицы (10 -4 см для глин)
η = вязкость воды (10 -2 гсм / сек 2 )

Обычно в воду добавляют дезагрегант (Калгон), чтобы отдельные частицы от прилипания друг к другу.Частицы помещены в большой стеклянный цилиндр, наполненный водой, и дезагрегант, и смесь перемешивают.

Затем нужно использовать закон Стокса, чтобы выяснить, насколько далеко частицы глины размер установится в заданное время. Это расстояние измеряется на цилиндр, и это количество воды сливается и собирается. Затем его пропускают через фильтр, чтобы отделить глинистые минералы от воды.Затем фильтр сушат, и глинистые минералы помещаются на предметное стекло, готовое для рентгеноструктурного анализа.

Напомним, что закон Брэгга:

nλ = 2d sin θ

позволяет рассчитать расстояние «d» между решетками плоскости, если длина волны рентгеновского излучения λ равна известно, а угол дифракции θ равен известный.

Обычно при исследованиях порошковой дифракции рентгеновских лучей нам нужен минерал зерна должны быть ориентированы произвольно на предметном стекле.Но для глины минералов, наиболее диагностический интервал «d» находится между {001} самолеты. Таким образом, когда зерна помещаются на предметное стекло, они обычно поместите в несколько капель воды, чтобы они оседали на слайде с их плоскостями {001}, параллельными направляющей. Таким образом, когда мы делаем рентген их, мы получаем дифракцию преимущественно от плоскостей {001} и можем измерьте расстояние «d» между этими плоскостями.

В таблице ниже показано расстояние d для плоскости {001}, измеренное для различные минералы глинистого типа.Необработанные минералы в их естественном состоянии, значения этиленгликоля получены после обработки минералов в растворе этиленгликоля (основной ингредиент в антифриз), а последний столбец показывает эффект, если минерал нагревается до 550 o C после обработки этиленгликолем.

Глины не созданы равными: как тип минералов глины влияет на параметризацию почвы — Lehmann — 2021 — Письма о геофизических исследованиях

1 Введение

Почвенные глинистые минералы преобладают в коллоидной фракции и удельной поверхности почвы ().Глинистые минералы демонстрируют широкий спектр микроструктур и реакций гидратации, которые влияют на макроскопические гидравлические, химические и механические свойства почвы. Мы сосредотачиваемся на каолините и смектите как на конечных членах семейства глинистых минералов из-за их контрастной площади поверхности, различий в активности (усадочно-набухание), высокой распространенности в естественных почвах и их общего разделения между климатическими регионами (например, каолинит преобладает в тропические почвы, которые получают высокие значения среднегодовых осадков, см. рисунок 1).Из-за различий в своих основных строительных элементах и ​​свойствах каолинит состоит из плотно связанных глиняных пластинок, которые образуют большие тактоиды (агрегированные стопки пластинок) и считается неактивным, тогда как смектит считается высокоактивным глинистым минералом (Jefferson & Smalley, 1997; Skempton, 1953).

Глобальное распределение каолинитовой глины в тропических регионах, контролируемое режимом выпадения осадков (MSWEP, Beck et al. [2019]).Богатые каолинитом регионы (карта адаптирована из Ito & Wagai, 2017) совпадают с высокими среднегодовыми осадками (> 1000 мм), показанными на (a), и высокими среднегодовыми температурами воздуха (> 12 ° C). Пространственное распределение каолинитовой глины (b) выражается как масса глинистого минерала на общую массу глинистых частиц почвы (<2 мкм).

Во многих моделях земной поверхности и земной системы (последний термин включает моделирование аспектов земной системы, влияющих на возникновение опасных природных явлений), информация о «глине» часто используется недифференцированным образом как «глинистость» почвы (определяемая как массовая доля частиц почвы диаметром менее 2 мкм) для получения пространственно распределенных гидравлических и механических свойств почвы с использованием функций педотрансфера (Gutmann & Small, 2007; Van Looy et al., 2017). Большие различия в микроструктуре и реакции гидратации между каолинитом и смектитом, наряду с их заметной пространственной сегрегацией в климатических регионах, имеют большое влияние на региональные гидравлические и механические свойства почвы, зависящие от глинистых минералов. Мы стремимся извлечь выгоду из недавнего картирования глинистых минералов и сильной пространственной сегрегации этих двух доминирующих типов глинистых минералов, чтобы улучшить представление гидравлических и механических свойств почвы (SHMP) в моделях поверхности земли.

Hodnett and Tomasella (2002) показали, что два важных гидравлических параметра почвы, параметр удержания воды [L -1 ] (связан с обратным капиллярным напором для давления воздуха на входе) и содержание насыщенной воды [L 3 L −3 ] значительно выше в тропических регионах для той же глинистой фракции. В недавнем обзоре Luijendijk и Gleeson (2015) также сообщалось о более высоких значениях насыщенной гидравлической проводимости [L T -1 ] для каолинитовых глин по сравнению со смектитом.

Важным аспектом воздействия глинистых минералов является их влияние на механические свойства почвы, что играет важную роль в стихийных бедствиях (Regmi et al., 2013; Skempton, 1985) и эрозии почвы (Blattmann et al., 2019; Ramezanpour et al. ., 2010). Как показано на иллюстративном примере из работы Тивари и Аджмера (2011) на Рисунке S1, различные механические свойства меняются в зависимости от типа глинистого минерала. Для каолинита пик и остаточный угол трения [°] намного больше по сравнению со смектитом при том же содержании глины.Угол трения является ключевым механическим свойством и используется для определения внутреннего напряжения сдвига, которое требуется для создания «смещения» (т. Е. Начала пластической деформации сдвига). Для грунтов с низкой фракцией глины остаточный угол трения высок и регулируется в первую очередь угловатостью частиц песка и ила, составляющих матрицу почвы. Присутствие даже небольших фракций смектита резко снижает сопротивление почвы сдвигу, особенно при резком уменьшении угла остаточного трения (по сравнению с небольшим уменьшением в почве с преобладанием каолинита).Эта чувствительность угла трения к содержанию глины и типу глинистого минерала дает потенциальную возможность определить педотрансферные функции (PTF) для механических свойств, включая информацию о глинистых минералах. Несколько существующих PTF для угла трения не учитывают различия в типах глинистых минералов и включают только информацию о текстурных фракциях почвы (Havaee et al., 2015) или других параметрах, описывающих гранулометрический состав (Schjønning et al., 2020) или пределы консистенции (Lupini et al., 1981; Tiwari & Ajmera, 2011).

Различия в SHMP между смектитом и каолинитом объясняются различиями в микроструктуре этих глинистых минералов, характеризующихся слабой связью между пластинками глины в смектите с многочисленными изоморфными замещениями, которые способствуют значительному набуханию и облегчают начало механической деформации. Набухание и доступность между пластинками глины приводят к большой (внутренней) площади поверхности для смектита. Базовая структура строительных блоков каолинита приводит к прочным связям между пластинками глины, которые способствуют формированию стабильных тактоидов и дают начало более крупным, часто случайно ориентированным микроагрегатам (Bourg and Franklin, 2017; Dor et al., 2020) с ограниченным доступом к внутренней поверхности. Помимо воздействия на нано- и мезопоры в каолините, различные процессы почвообразования в тропических регионах с каолинитом в качестве доминирующего глинистого минерала играют решающую роль в SHMP тропических почв. Как отмечают Томаселла и Ходнетт (1996), глинистые почвы из тропических регионов часто проявляют «гибридные» свойства (гибрид «умеренных» свойств глинистых и песчаных почв) с большим количеством как крупных пор биогенного происхождения, так и мелких пор между частицами глины. (Chauvel et al., 1991).

Несмотря на эти хорошо известные характеристики почвы, обусловленные минералогией глины (и различными процессами почвообразования в тропических и умеренных регионах), в гидравлических свойствах почвы, оцениваемых с помощью PTF, часто используется фракция глины независимо от преобладающего типа глинистого минерала (Puhlmann & von Wilpert, 2012; Schaap et al., 2001; Vereecken et al., 1990; Weynants et al., 2009; Wösten et al., 1999; Zacharias & Wessolek, 2007; Zhang & Schaap, 2017). Было предпринято несколько попыток включить потенциальные эффекты типа глинистых минералов с учетом катионообменной способности почвы (Bruand, 2004; Tóth et al., 2015) или емкость катионного обмена на фракцию глины (Pachepsky & Rawls, 1999; Rawls et al., 2001) при обучении PTF. Однако эти подходы не применялись (или тестировались) систематически для географических регионов с различными преобладающими глинистыми минералами или процессами почвообразования.

В свете значительных различий в SHMP для почв, в которых преобладают различные типы глинистых минералов, мы ожидаем, что моделирование гидрологических (и механических) процессов для тропических регионов (с каолинитовой глиной) с использованием PTF, обученных на образцах с более активными типами глины из умеренных регионов. может привести к неверным результатам.Например, Du et al. (2016) отметили, что модели земной поверхности недооценивают подземный сток в Амазонке, и объяснили эту разницу пренебрежением агрегатами и макропорами.

Наличие недавних глобальных карт состава глинистых минералов (разработанных с разрешением от 2 ‘до 2 ° ячеек сетки; Ito & Wagai, 2017) предлагает потенциал для количественного подхода к включению информации о глинистых минералах в пространственный контекст для улучшения SHMP. используется для параметризации земной поверхности в глобальных моделях.Основная цель этого исследования — предложить методы для рассмотрения различий между глинистыми минералами в большом пространственном масштабе и определить новые типы PTF. Мы используем информацию о скоплении глины, чтобы направлять оценку SHMP на основе глинистых минералов. Кроме того, мы покажем, как улучшается пространственное отображение SHMP при использовании алгоритмов машинного обучения, которые обучаются с данными, измеренными для различных типов глинистых минералов.

2 Теоретические соображения для оценки глинистых минералов SHMP

2.1 Моделирование гидравлических свойств грунта

Насыщенная гидравлическая проводимость [L T -1 ] (или проницаемость [L 2 ]) является важным свойством водного транспорта почвы, которое изменяется в зависимости от характеристик почвы (текстуры, пористости, площади поверхности и структуры почвы). Как обсуждается в тексте S2 и на рисунке S3, почва была оценена по среднему размеру частиц и на основе различных теоретических подходов. Для смесей глинистых частиц (или сланцев) и более крупных частиц (песка или ила) (или) сильно зависит от пористости глинисто-песчаной смеси, которая изменяется в зависимости от размеров и фракций составляющих.Было предложено несколько моделей упаковки бинарных смесей (Dias et al., 2004; Koltermann & Gorelick, 1995; Revil & Cathles, 1999; Tuller & Or, 2003) для расчета пористости и различных фракций и размеров составляющих. В естественных почвах тропических и умеренных регионов мы ожидаем, что биологическая активность растительности и почвы внесет систематические изменения в текстурные поровые пространства почвы за счет создания структур почвы (Gutmann & Small, 2007; Fatichi et al., 2020) посредством агрегации и биопор.Таким образом, мы строим иерархическую механистическую модель, которая воспроизводит «гибридный» характер тропических почв, принимая во внимание агрегацию в различных масштабах и рассматривая более крупные агрегаты в почвах тропических регионов. Мы описываем глину как совокупность глинистых тактоидов (Дор и др., 2020), которые образуют небольшие агрегаты (здесь обозначаются как «частицы глины»; эти «частицы» более крупные и более стабильные в каолините по сравнению со смектитом). Частицы глины образуют более крупные агрегаты с частицами ила и песка.Как показано на Рисунке S2, почва моделируется как смесь таких агрегатов (содержащих частицы глины и зерна ила-песка) с оставшимися частицами песка и ила (не включенными в агрегаты). Эта смесь агрегатов и крупных частиц выше, чем прогнозировалось с помощью моделей, которые игнорируют структурные аспекты почвы.

2.2 Моделирование прочности грунта на сдвиг

3 Материалы и методы

3.1 База данных углов трения грунта

Параметры PTF прочности грунта (уравнение 3) были выведены из набора данных примерно 500 значений прочности на сдвиг (то есть угла трения) и предельных значений жидкости для глинистых грунтов, богатых минералами. Для остаточной прочности грунта на сдвиг мы использовали около 400 значений, из которых 100 значений представляют известные смеси смектита и каолинита с более крупными средами (мелкий и крупный песок). Для пиковой прочности глин мы использовали только 90 значений, из которых 51 представляют известные смеси чистого смектита и каолинита с более крупными средами.Информация была собрана из различных источников в литературе (список ссылок в вспомогательном информационном тексте S3). Однако, поскольку имеется ограниченная информация о механических свойствах более грубых грунтов со значительными фракциями песка и гравия (где прочность может контролироваться угловатостью и пористостью), наш подход применяется только к грунтам с преимущественно мелкозернистыми частицами, как показано в глобальных почвах. карта.

Применяя уравнение 4, собранные пары данных и затем были подогнаны к PTF, заданному в уравнении 3.Для, минимальный и максимальный углы трения составляли (остаточная прочность смектита натрия) и (прочность измельченного песка или ила). Значение критической площади поверхности, определяющее начало уменьшения углов трения, было установлено на 25 м 2 / г, а параметр формы — 3,0. Для, минимальный и максимальный углы трения составляли и. Критическая площадь поверхности была установлена ​​равной 25 м 2 / г, а параметр формы — 2,7. Представленная подгонка представляет собой наилучшую оценку, которая отражает взаимосвязь между трением и SSA; тем не менее, параметры могут быть изменены, чтобы отразить верхнюю и нижнюю границы трения с SSA, которая здесь не представлена.

3.2 Глобальные глинистые минеральные карты SHMP

Для оценки пространственного распределения SHMP, которые можно использовать в моделях земной поверхности и системы Земли (ESM), мы используем глобальные карты глинистых минералов из Ито и Вагаи (2017) (https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA .868929). Для каждого пикселя 1/4 ° карты (для верхнего и нижнего слоев почвы) массовая доля каждого глинистого минерала дается в процентах от общей фракции глины. Кроме того, была предоставлена ​​информация о доле глины на пиксель (адаптирована из гармонизированной мировой базы данных о почвах; Nachtergaele et al., 2010). Хотя мы часто сосредотачиваемся на двух «конечных элементах» активности глинистых минералов (каолините и смектите), мы классифицировали различные карты на активные глины (смектит и вермикулит), умеренно активные глины (иллит, гетит, гиббсит и хлорит) и неактивные глины (каолинит), основанные на наблюдаемом наличии межслоевой структуры для каждого соответствующего минерала, что отражается в. Для каждого пикселя земной поверхности (разрешение 0,25 °) [m 2 / g] рассчитывалось как: (5) определяется фракцией глины [-] (масса фракции глинистых частиц на общую массу глины, ила и песка), фракцией глинистых минералов [-] (массой глинистых минералов на массу фракции крупности глины), и нижние индексы , , , и , f или активные, умеренно активные и неактивные минералы глины, соответственно.Обратите внимание, что значение 1,1 м 2 / г в уравнении 5 отражает, что для нулевого содержания глины все еще существует, и, следовательно, можно определить механические свойства, такие как угол трения (конкретное значение происходит от типичной частицы ила диаметром 20 мкм. ), но не для очень грубых грунтов, где угловатость и контакт между более крупным песком и частицами размером с гравий имеют чрезмерное влияние и могут привести к гораздо более высоким углам трения. Содержание различных глинистых минералов было выведено из набора экспериментальных данных, перечисленных в ссылках, перечисленных в тексте S2.Коэффициенты в уравнении 5 были выбраны как, и m 2 / g для выполнения ограничений, налагаемых литературными значениями, предела жидкости и угла трения.

4 Результаты

4.1 Гидравлические свойства почвы, зависящие от минералов и минералов

Мы провели систематическое сравнение данных в основном из тропических (база данных HYBRAS, Ottoni et al. [2018]) и умеренных регионов (база данных UNSODA; Nemes et al., 2001), чтобы количественно оценить влияние типа глинистых минералов на гидравлические параметры почвы.Результаты представлены на рисунках 2 и S4. Для данной фракции глины в тропических почвах выше по сравнению с почвами из умеренных регионов (рис. 2а). Более высокие значения для тропических почв связаны с более низкой средней объемной плотностью и более высоким содержанием органических веществ в тропических почвах (Рисунки S5a и S5b), что указывает на разные процессы и структуры почвообразования в двух разных регионах. В то время как значения в регионах с умеренным климатом коррелируют с насыпной плотностью и текстурой почвы (Рисунок S5c), в тропиках не было обнаружено корреляции между насыпной плотностью и текстурой (содержание органических веществ не привело к значительному увеличению корреляции).Мы пришли к выводу, что для тропических регионов гидравлические свойства в большей степени контролируются структурой почвы (то есть пространственным расположением составляющих), чем текстурными свойствами почвы. Мы связываем более высокие значения в тропических регионах с образованием структуры с более крупными агрегатами и более крупными порами. Совместный эффект образования глинистых микроагрегатов (Jozefaciuk, 2009; Mansa et al., 2017) и связывания частиц песка и ила глиной (Wilson et al., 2014) влияет на способность почвы пропускать воду.

Насыщенная гидравлическая проводимость K sat в зависимости от содержания глины в регионах с преобладанием различных глинистых минералов. Данные выборки показаны маленькими символами, а данные с разбивкой по ячейкам — большими символами (ячейки с 5% -ной фракцией глины). (a) Измеренные данные из базы данных HYBRAS (красный цвет; включая образцы из тропического региона Бразилии и обозначен как «тропический») и из UNSODA (синий; обозначен как «умеренный» из-за отсутствия образцов из тропических регионов) были воспроизведены на основе на иерархической механистической модели (см. раздел 2.1 и текст S1). Линии отмечают наиболее подходящий вариант, а заштрихованная область — диапазон прогнозов модели с использованием различных значений параметров механистической модели (вставка выражений, приведенных в уравнениях S13b и S8 в уравнение 1a). (b) Данные, собранные в тропической Африке (зеленый цвет), явно выше, чем прогнозы модели для «умеренных» регионов, подтверждая более высокие значения K sat для регионов, богатых каолинитом.

В соответствии с выводами Hodnett and Tomasella (2002), значения параметра и содержание насыщенной воды выше в почвах, в которых преобладает каолинитовая глина (Рисунок S4).Большие значения соответствуют более слабым капиллярным силам и большим пустотам между стабильными агрегатами. Обратите внимание, что тенденция к более высоким значениям для тропических почв также была обнаружена при моделировании удержания влаги в почве с бимодальным распределением (Durner, 1994; см. Подписи к рисунку S4e). Как и в случае с более высокими значениями, более высокие значения для тропических почв приписываются формированию устойчивых иерархических структур в почве с преобладанием каолинита. Наблюдаемые тенденции в значениях и в зависимости от содержания глины были представлены с использованием иерархической механистической модели, представленной в разделе 2.1 и текстовый файл S1. Упаковка проницаемых заполнителей и частиц песка / ила одновременно удовлетворяет требованиям по пористости, проницаемости и давлению воздуха на входе во всем диапазоне глинистой фракции и учитывает признаки формирования структуры почвы и субструктуры глинистых минералов. Чтобы проверить, воспроизводит ли иерархическая механистическая модель также гидравлические свойства почвы для регионов, богатых каолинитом, которые не были включены в базу данных HYBRAS, мы провели поиск литературы в тропической Африке (ссылки перечислены в тексте S4).Рисунок 2b представляет 120 собранных значений и подтверждает значительно более высокие значения в почвах, содержащих каолинитовые глинистые минералы.

4.2 Глина, зависящая от минералов, прочность грунта на сдвиг

Мы применили PTF для макроскопического трения почвы в зависимости от (Уравнение 3). Как показано на Рисунке 3а, он очень чувствителен к глинистой фракции и типу глинистого минерала. Как правило, неактивные и агрегированные глинистые минералы, такие как каолинит, демонстрируют более высокую прочность (угол трения) из-за трения между частицами и качения, в то время как прочность смектита сильно зависит от типа катиона и сопротивления скольжению в межпластинчатой ​​структуре минералов (Müller-Vonmoos & Løken, 1989).

Предлагаемая функция педотрансфера (PTF) для угла трения грунта с использованием удельной поверхности (SSA) в качестве суррогата для типа и содержания глины. (а) SSA как функция глинистой фракции для смектита (активный, набухающий) по сравнению с умеренно активным иллитом и неактивной (то есть не набухающей) каолинитовой глиной. Линии показывают отношения, используемые для пространственного сопоставления, как описано в разделе 4.3 и на рисунке S6a вспомогательной информации, а для разных ссылок используются разные символы.(b) Угол остаточного трения как функция SSA. Красные точки представляют примеси с чистым каолинитом, тогда как синие точки представляют смеси с чистым смектитом (черные треугольники для образцов почвы без информации о глинистых минералах). Сплошной черной линией показан PTF, предложенный в уравнении 3.

На рис. 3b показано соотношение между и остаточным внутренним углом трения. Угол остаточного трения, а также пиковый угол трения (не показан) резко уменьшаются с увеличением (таким образом, обеспечивая средство для нормализации влияния конкретного глинистого минерала).Результаты показывают, что прочность грунта на сдвиг (угол трения) для почвенных смесей с высоким содержанием глинистых фракций каолинита и смектита имеет тенденцию к разрушению до аналогичных значений на кривой на рисунке 3b в зависимости от. PTF для (и) на основе фиксирует измеренную взаимосвязь.

Значительный разброс существует на малых площадях поверхности, что можно объяснить изменчивостью катионов активных глинистых минералов (в зависимости от радиуса гидратации катиона и его заряда; Kirchhof, 2017), а также пустотной структурой и округлостью зерен.Подобные PTF могут использоваться для оценки верхней и нижней границ трения, чтобы ограничить разброс при более низкой SSA, но здесь не показаны. В целом тенденции PTF демонстрируют, что он служит объединяющим средством оценки прочности на сдвиг, когда присутствуют глинистые минералы, а влияние крупного материала (например, гравия) минимально.

4.3 Пространственное применение ПТФ на основе глинистых минералов

Объединение PTF на основе глинистых минералов для прочности почвы и глобальных карт глинистых минералов Ито и Вагаи (2017) позволило оценить пространственное распределение глобальных SHMP с разрешением 1/4 °.Глобальные карты представлены на вспомогательном информационном рисунке S6 с первичной переменной, которая несет информацию о типе глинистого минерала (рисунок S6a), (рисунок S6b), а также угол трения почвы и (рисунки S6c и S6d). Однако эти простые карты воспроизводят только основные эффекты глинистого минерала на SHMP (представленные сплошными линиями на рисунках 2a и 3b) и не отображают локальные вариации других свойств почвы (например, объемной плотности и содержания органических веществ, как показано на рисунке S5 для) и процессов почвообразования (климат, рельеф и растительность).Таким образом, результаты отображают эффективные значения для данного пикселя, которые по-прежнему следует интерпретировать, основываясь на знании местных вариаций рельефа и типа почвы. Чтобы рассмотреть эти более подробные вариации в пространственном контексте, можно использовать подходы на основе машинного обучения, чтобы связать широкий спектр почв и других свойств с SHMP. В зависимости от базовой базы данных для обучения модели машинного обучения можно учитывать различия в типах глинистых минералов. В качестве наглядного примера мы сравним две карты Бразилии на рисунке 4, созданные с помощью двух разных подходов к машинному обучению.

Влияние типа глинистого минерала на пространственное распределение насыщенной гидравлической проводимости K sat в Бразилии. Карты K sat были рассчитаны с помощью (а) нейронной сети, обученной на образцах из нетропических областей в зависимости от основных свойств почвы (Розетта 3), и (б) модели случайного леса, обученной на базе данных, включая образцы из тропических регионов и с учетом пространственного распределения свойств почвы и экологических переменных (CoGTF).(c) Пики функции плотности вероятности (pdf) для Rosetta 3 (серая пунктирная линия) для более низких значений K sat по сравнению с CoGTF (черная сплошная линия) и значениями из базы данных HYBRAS (красная линия).

Первая модель (Rosetta 3; Zhang & Schaap, 2017) представляет собой нейронную сеть, обученную на данных, в основном из США и Европы, предсказывающую как функцию объемной плотности, содержания песка, глины и ила. Вторая модель (CoGTF; Gupta, Lehmann, et al., 2021) — это случайная модель леса, обученная на данных со всех континентов, включая тропические регионы (Gupta, Hengl, et al., 2021). Результаты, показанные на рисунке 4, демонстрируют значительно более высокие значения проводимости с использованием CoGTF (среднее значение для Бразилии 1,0 м / день по сравнению с 0,2 м / день для Rosetta 3), потому что (а) он был обучен значениям из тропических регионов и (б) его Алгоритм машинного обучения определил топографические параметры как важные определяющие факторы окружающей среды (Gupta, Hengl, et al., 2021), которые не были включены в Rosetta 3.Обратите внимание, что в отличие от усовершенствованной модели машинного обучения CoGTF, простой PTF с информацией о глинистых минералах (рисунок S6b) также предсказал более высокие значения (в среднем 0,6 м / день) по сравнению с Rosetta 3, что приводит к более точному представлению почвенных условий в Бразилия.

5 Выводы

Влияние количества и характера выпадения осадков, повышенной биологической активности, скорости вымывания катионов и других почвообразующих процессов варьируется в зависимости от климатических регионов и влияет на образование и изменение глинистых минералов почвы.Полученное в результате глобальное пространственное распределение глинистых минералов было количественно определено Ито и Вагаи (2017) и предлагает путь для включения информации о глинистых минералах в пространственный контекст ESM. ESM основаны на SHMP, оцененном с использованием PTF, которые учитывают содержание глины, но часто игнорируют заметные различия между глинистыми минералами (подверженными влиянию климата и процессов почвообразования). Обычно используемые PTFs часто обучаются с использованием образцов почвы с пахотных земель в регионах с умеренным климатом (Or, 2019), которые недостаточно представлены в регионах с преобладанием каолинита, которые покрывают 16% поверхности земли (∼20 млн км 2 ; см. Карту доминирующих глинистых минералов. тип на рисунке S7).Кроме того, эти PTF связывают SHMP только с основными свойствами почвы и не включают в себя обширную информацию, содержащуюся в местных экологических ковариатах, которые отражают процессы почвообразования (Gupta, Lehmann, et al., 2021). Коррекция SHMP с использованием специфичных для глинистых минералов PTF и пространственного распределения ковариат окружающей среды рисует существенно иную картину для тропических регионов, параметризованных стандартными PTF, часто без учета прочности почвы (критически важной для скорости эрозии почвы, переноса углерода в океаны и прогнозирования природных опасностей) и недооценка насыщенной гидравлической проводимости тропических почв.Недооценка (также связанная с растительностью и естественной структурой почвы) влияет на разделение осадков на инфильтрацию и поверхностный сток и может привести к переоценке поверхностного стока (Getirana et al., 2014) с эрозией почвы (и недооценкой подземных потоков). Различие между типами глинистых минералов важно не только для представления гидрологических и потенциальных природных опасностей в этих регионах, но также имеет решающее значение для количественной оценки выхода наносов и связанных с ними органических соединений, переносимых с этими минералами в Мировой океан (Blattmann et al., 2019). Представленный здесь подход позволяет проводить физически обоснованную корректировку гидравлической проводимости почвы для различных регионов и представляет систематический способ оценки механической прочности почвы в почвах с преобладанием мелких фракций с использованием информации о типе глинистых минералов. Ожидается, что эти результаты повлияют на многие другие процессы и свойства земной поверхности.

Благодарности

Проект финансируется исследовательским грантом ETH ETH-18 18-1.Комментарии Джона Ниммо, трех анонимных рецензентов и Валерия Иванова приветствуются. Финансирование открытого доступа предоставлено Eidgenossische Technische Hochschule Zurich.

    Глобальное распределение глинистых минералов на поверхности земли для биогеохимических и климатологических исследований

    Мета-анализ

    Записи о глинистом минеральном составе земных почв в основном собирались путем изучения литературы с использованием поисковых систем Web of Science (Thomson Рейтер, Нью-Йорк) и Google Scholar (Alphabet Inc., Маунтин-Вью, Калифорния). Мы попытались собрать как можно больше данных для всех порядков таксономии почв 23 , системы классификации почв, которая является как практической, так и генетической, поскольку она учитывает все факторы почвообразования (например, климат, исходный материал, топографию, биоту и время). Он также отражает различия в степени выветривания от незрелых энтисолей и молодых инцептизолов до сильно выветриваемых ультисолей и оксисолей. Эта система классификации почв широко используется в почвоведении и совместима со Всемирной справочной базой 24 , международной стандартизированной системой классификации почв.Порядок гистозолей был исключен из настоящего исследования, поскольку он распространен в основном на торфяниках и в основном состоит из органических материалов с небольшим содержанием минерального вещества. По этой же причине не учитывались данные по органическим слоям (О или горизонт А 0 ) над минеральными слоями почвы. Мы выбрали записи из документов, которые содержали всю следующую информацию для образца почвы: место отбора проб, порядок почвы на участке (или название из другой системы классификации почв, которое можно было бы перевести в порядок таксономии почв), глубина или почва. отобранный пласт и количественные данные о минеральном составе глинистой фракции (например,g., процент глинистой фракции каждого компонента, в дальнейшем обозначаемый как% глины). Работы, в которых только качественно описывалось, какой минерал глинистой крупности преобладает в образце почвы, не использовались. В собранной нами литературе для большинства измерений глинистого минерального состава использовался метод XRD 25,26 . В нескольких исследованиях также использовались другие аналитические методы для идентификации и количественного определения минералов глинистых размеров, такие как сканирующая или просвечивающая электронная микроскопия, инфракрасная спектроскопия, дифференциальный термический анализ и термогравиметрический анализ 18 , а также селективное растворение 27,28 для не -кристаллическая категория.По возможности другая информация об образцах почвы была извлечена для будущих анализов. Они включали насыпную плотность; песчано-иловый и глинистый состав; катионообменная емкость; удельная поверхность; и содержание органического углерода. В настоящее время мы собрали 168 записей из 27 статей (Data Citation 1), которые удовлетворяли указанным выше условиям, представляя все отряды почв и различные континентальные регионы.

    В собранной литературе глинистая фракция (не только глинистые минералы, но и другие вещества) была классифицирована с использованием различных методов и номенклатур.Чтобы максимизировать применимость данных к биогеохимическим исследованиям, мы сгруппировали глинистые минералы в десять групп (таблица 1): гиббсит, каолинит, иллит / слюда, смектит, вермикулит, хлорит, оксид железа, кварц, некристаллический и другие. . Иллит и слюда были сгруппированы вместе, потому что иллит может образовываться в результате выветривания богатой калием слюды (мусковита), наиболее распространенного минерала в семействе слюд. Среди силикатных глинистых минералов со слоем 2: 1 вермикулит и смектит были отделены от иллита из-за способности их прослоек расширяться, что приводит к гораздо более высокой химической активности.Минералы группы смектита (например, монтмориллонит) особенно расширяются и, таким образом, отделяются от вермикулита. Вермикулит с прослойкой гидроксила (HIV) и смектит с прослойкой гидроксила (SIV), часто присутствующие в кислых почвах, включены в категорию вермикулита. Оксид, гидроксид и оксигидроксид железа здесь все вместе называются оксидами Fe. Оксид железа, в основном присутствующий в виде гематита и гетита, рассматривается отдельно от других минералов размером с глину, потому что это важная группа минералов размером с глину, особенно в выветрившихся тропических почвах и почвах, полученных из основных материалов, и играет уникальную роль в питании растений и почве. микробный метаболизм 29 .Некристаллическая категория, оцененная по данным выборочного растворения, содержала несколько различных аморфных минералов и минералов ближнего порядка, включая вулканическое стекло в андозолях и растворимые в кислых оксалатах фазы оксидов Al и Fe. Для каждой записи общая фракция глинистых минералов 10 групп в таблице 1 была нормализована до 100%. Другая категория была принята в качестве универсальной для компонентов размером с глину с низкой частотой встречаемости, включая полевой шпат и смешанные минералы размером с глину. Классификация не предназначена для того, чтобы оставаться неизменной и могла быть пересмотрена в ответ на лучшее понимание или для удовлетворения требований различных приложений.

    Таблица 1 Сводка по группам глинистых минералов.

    В этом исследовании мы приняли глобальное определение верхнего слоя почвы как слой почвы от поверхности земли до глубины 0,3 м, если задана глубина отбора проб, или как почва в горизонте А, когда глубина отбора проб была описана в терминах профиля почвы. слои. Аналогичным образом, недра определялась как почва на глубине менее 0,3 м или горизонт B. Почвы, полученные с глубины менее 2 м или из горизонта С, не регистрировались, потому что наше внимание было сосредоточено в первую очередь на биогеохимически активных компонентах почвы.Чтобы избежать чрезмерной представленности нескольких интенсивных исследований, несколько проб с одного участка были усреднены по участку и слою почвы. Затем мы рассчитали статистические показатели (например, среднее значение, медианное значение и стандартное отклонение) фракций минералов по крупности глины для верхнего и нижнего слоев почвы в каждом порядке таксономии почв. Средний минеральный состав глинистой крупности для 11 порядков почв, полученных в результате метаанализа, ясно показал, что минеральный состав глинистой крупности сильно различается в разных отрядах почв (рис. 1).

    Рис. 1: Минеральный состав средней крупности глины для каждого из порядков почв таксономии почв.

    Данные были получены из литературы и показаны отдельно для верхнего слоя почвы ( a ) и подпочвы ( b ). Полоса погрешностей в верхней части каждого столбца показывает диапазон взвешенного по дробям стандартного отклонения, полученного на основе данных из литературы.

    Картографирование

    Доступно несколько методов преобразования данных точек с географической привязкой в ​​непрерывную область, например линейная интерполяция и геостатистические методы, такие как кригинг. Ввиду прерывистого характера глинистого состава и скудности имеющихся данных мы приняли простой и надежный метод распределения на основе карты типов почв.Мы использовали глобальную карту порядков и подотрядов таксономии почв, подготовленную Службой охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (данные получены из: https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_052837.zip, последний доступ: 7 июля 2017 г.), составленный путем реклассификации базовых карт Почвенной карты мира ФАО / ЮНЕСКО. Пространственное разрешение почвенной карты представляет собой сетку, определяемую ячейками 2 ‘широты и долготы (около 3,7 км на экваторе). Средний состав глины (рис.1) был назначен каждой ячейке сетки на основе преобладающего порядка почв для ячейки (были исключены области ледников и ледяных щитов, гистосоль на заболоченных территориях и подвижные пески пустыни). Чтобы данные можно было использовать в качестве входных данных для глобального моделирования с более грубым пространственным разрешением, чем 2 ‘, мы также подготовили версии карт с более крупными сетками (Data Citation 1). Несколько значений 2 ‘, содержащихся в более крупной ячейке сетки, будут усреднены для получения значения для более крупных ячеек. Мы производили версии с размерами ячеек 5 ‘, 15’, 30 ‘, 1 ° и 2 °.

    Данные о составе глины, упомянутые выше, указывают на F CM (% глины), что представляет собой долю глины почвы, занятую минералами данной группы размера глины, для каждой из десяти групп. Чтобы получить абсолютное количество минерала размером с глину в столбе почвы (т.е. вес минерала на единицу площади, W CM , кг м −2 ), мы использовали следующее уравнение:

    WCM = ST × BD × (1 − FGV / 100) × FCL / 100 × FCM / 100

    , где ST — глубина грунта или толщина слоя (м), BD — объемная плотность грунта (кг · м −3 ), F GV — доля гравия (%), а F CL — содержание глины в почве (%).Эти дополнительные данные о почвах ( BD , F GV и F CL ) доступны из глобальных наборов данных, таких как Гармонизированная всемирная база данных о почвах (HWSD) версии 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *