Как образуется глина: Возникновение глины связали с зарождением жизни

Возникновение глины связали с зарождением жизни

Объединенная команда ученых из
Университета Кентукки (США), Массачусетского технологического института и канадского
Университета МакГилла продемонстрировала, как янтарная кислота, которая
является одним из центральных метаболитов в наших клетках, способна
катализировать формирование цинк-содержащего глинистого минерала из отдельных компонентов
буквально в горячей воде. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Если, согласно библейскому преданию, первый человек был
создан из глины, то откуда тогда взялась глина? По современным представлениям,
жизнь на Земле зарождалась параллельно геологическим процессам. Не только
глинистые минералы катализировали формирование сложных органических молекул, но
и наоборот, органические молекулы — будущие компоненты протоклеток —
способствовали образованию минералов. Вероятно, благодаря своим адсорбирующим
свойствам и способности связывать заряженные молекулы, глина в свое время сыграла
роль идеальной «подложки» для образования полимеров, таких как РНК (о «мире РНК»
можно почитать например здесь), из отдельных нуклеотидов, и образования пузырьков из молекул
жирных кислот, которые послужили прототипом клеточных мембран. Именно поэтому
процессы формирования минералов, слагающих глину, интересуют не только
геологов, но и специалистов по происхождению жизни.

Из неорганических элементов, слагающих глину, самым
интересным с точки зрения биохимиков является цинк. Еще до того, как он вошел в
состав многих эволюционно консервативных клеточных белков, помогая им
поддерживать структуру, цинк, предположительно, сыграл свою роль в процессе
абиогенеза, т.е. образования органических молекул, впоследствии
распространенных в живых системах. Известно, что кристаллы сульфида цинка (ZnS) обладают способностью к фотокатализу, т.е. превращению энергии солнечного света
в энергию химических связей (на этом факте строится современная гипотеза «цинкового
мира», которую в том числе активно разрабатывает российский ученый Армен
Мулкиджанян). Фактически, это абиогенный фотосинтез — процесс, который живые
системы воспроизвели много позже путем создания сложных белковых комплексов. В
лабораторных условиях с участием сульфида цинка удалось катализировать
взаимопревращение компонентов цикла трикарбоновых кислот (один из центральных и
эволюционно консервативных внутриклеточных процессов). Ученые предположили, что
последние, в свою очередь, могли бы способствовать образованию цинк-содержащих
минералов.

Одним из компонентов цикла трикарбоновых кислот является
янтарная кислота — молекула, состоящая из четырех атомов углерода и содержащая
два отрицательных заряда. Благодаря своему строению она способна связывать ионы
металлов, в частности алюминия. Алюминий является одним из основных компонентов
глин, наряду с кремнием. В своей работе ученые, используя янтарную кислоту в
качестве катализатора, воспроизвели в пробирке сауконит — глинистый минерал, содержащий,
помимо алюминия и кремния, ионы цинка и натрия. Всего лишь за 20 часов, в
относительно мягких условиях (при нормальном атмосферном давлении и температуре
90 градусов Цельсия), исследователям удалось получить в растворе видимые кристаллы сауконита.
Конечно, помимо янтарной кислоты и воды, в растворе были еще кремниевая кислота
и ионы металлов, из которых и собрался минерал.

Приведенные условия окалались оптимальными для формирования
кристаллов, но на самом деле образование минерала шло, хоть и с меньшей скоростью, и при другой температуре. Такая «устойчивость», возможность существования реакции в относительно широком диапазоне условий, делает гипотезу авторов более правдоподобной. Исходя из результатов можно говорить о том, что образование органических молекул благодаря фотокатализу
поспособствовало формированию глинистых почв, которое, в свою очередь,
оказалось важным для появления более сложных органических молекул. Таким
образом, как подчеркивают авторы работы, фотохимия могла бы сыграть решающую
роль в формировании жизни на Земле и, возможно, других твердых планетах (для
более подробного ознакомления с этой и другими гипотезами можно порекомендовать
прочитать, например, книгу Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности
до клетки»).

Дарья Спасская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Природная глина: состав, разновидности, свойства

Природная глина – это горная порода осадочного типа. В сухом состоянии она представляет собой глыбы или пыль, которые при намокании приобретают пластичные свойства. Это ископаемое образуется под воздействием сил природы при разрушении скалистых массивов.

Содержание

• 1 Что такое природная глина?
• 2 Типовой состав
• 3 Виды
• 4 Свойства глины
  • 4.1 Цвет
  • 4.2 Пластичность
  • 4.3 Гигроскопичность
  • 4.4 Огнеупорность
• 5 Полезные и лечебные свойства глины
  • 5.1 Голубая природная глина
  • 5.2 Белая глина
• 6 Сфера применения
• 7 Месторождения

Что такое природная глина?

Основным материалом глинистых пластов являются ископаемые, например, полевой шпат. Распространенность глины и ее легкодоступность позволяют использовать данный материал повсеместно. Глинистые материалы – это породы, которые представляют наносы водных течений, накапливающихся на дне водоемов.

Типовой состав

Уже не одно столетие самый распространенный и популярный материал в строительстве по праву занимает глина. Природная глина формируется вследствие того, что идёт расщепление глинистых пород земли натуральным образом, а также благодаря содействию механических воздействий.

Материал обладает непостоянной структурой, поэтому состав глины разнообразен. Она представляет собой сложное соединение частиц воды, алюминия и кремния. Вода в глине может играть связующую роль, она находится в химически связанном состоянии между частицами прослоек. Порода без примесей представляет собой массу с минимальным диаметром частиц. Данный материал очень пластичен.

В состав глины входят примеси следующих веществ: кварц, оксид магния, сульфид железа и так далее. По минеральному составу можно выделить следующие глинистые материалы:

• каолин;
• галлуазит;
• иллит;
• монтмориллонит.

Как выглядит природная глина

Сырье именуют исходя из того, как будет применяться глинистый материал. Важной характеристикой материала является процентное содержание примесей (например, содержание кварцевого песка). Огнеупорность глины определяется процентным содержанием глинозема.

Виды

Вышеперечисленные свойства, несомненно, не могут быть присущи всем разновидностям глины одновременно. Самыми ценными разновидностями природного строительного материала являются:

• огнеупорная;
• каолин;
• кирпичная;
• кислотоупорная;
• цементная;
• бентонитовая.

Первые две разновидности материала являются одним из основных видов сырья для производства фарфора. При этом огнеупорная глина может использоваться для изготовления огнеупорной продукции широкого спектра.

Формовочная глина характеризуется уникальными связующими свойствами, а также огнеупорна. Поэтому использование данной разновидности абсолютно оправдано при производстве литейных форм.

Что касается кислотоупорных глин, то они включают в свой состав магний, кальций, а также железо. Производят из такого материала в основном фаянс.

Отличный строительный материал получается из цементных и кирпичных глин. Фильтрация нефтепродуктов осуществляется посредством использования бентонитовой глины, которая, к слову, сильно набухает при контакте с водой.

В производстве различают глину с высоким содержанием кварцевого песка (примесь, преобладающая в глине) и с низким его содержанием. Первую называют «тощей», а вторую – «жирной».

Свойства глины

Глина является универсальным природным материалом. Разнообразная по составу, а также физическим свойствам она применяется повсеместно для производства предметов быта и строительных материалов, к числу которых ее причисляют в чистом виде.

Свойства глины напрямую зависят от ее состава. Так, она может по-разному себя вести, вступая с водой в контакт. В некоторых случаях при смешивании материала с водой образуется масса, похожая на тесто. В других случаях результатом такой процедуры становится образование взвеси. В первом случае, глина обладает уникальными свойствами и может принимать какую угодно форму и сохранять ее при высыхании.

Распространенность глины и ее легкодоступность позволяют использовать данный материал повсеместно. Вместе с тем ввиду нецелесообразности транспортировки тяжелого материала на дальние расстояния производственные комплексы располагаются непосредственно в месте глиняных залежей.

Цвет

Разноцветная глина – это материал, который содержит оксиды металлических элементов или пигменты, и представляет собой однородную смесь:

1. Природные пигменты придают глине тот или иной оттенок, их разделяют на две категории: оксиды металлических элементов и собственно красящие вещества.
2. В процессе обжига красная глина стаёт красной или белой, зависимо от условия процесса и типа обжигающего оборудования. Данная разновидность может выдержать нагревание до 1100 градусов.
3. Легкоплавкая глина майолика черного цвета. После обжига масса напоминает изделия из слоновой кости по цвету. Благодаря использованию глазури изделия из сырья становятся необычайно прочными, обладают высокой водостойкостью.
4. Для придания материалу голубого цвета применяют кислородсодержащие соединения кобальта. Соединения хрома обеспечивают цвет оливок, а соединения магния и никеля – коричневый и серый соответственно.
5. Красящие компоненты добавляют в сырье в количестве от 1 до 5%. При более высоком содержании пигментов могут возникнуть нежелательные последствия в процессе обжига.

Пластичность

Высыхая, глина будет сохранять ту форму, которую ей придать, но уменьшится в своих размерах. При обжиге она станет твердой, словно камень. Её часто применяют при изготовлении посуды и другой кухонной утвари. Из обожженной глины часто производят кирпичи, они имеют достаточно хорошую прочность при механических повреждениях.

Пластичность природной глины

Глина имеет связывающую способность, а также хорошую клейкость. Когда глина наберёт в себя достаточно количество воды, она больше её не будет пропускать, то есть станет водоупорной.

Материал обладает высокой кроющей способностью. Это свойство обуславливает применение материала в качестве побелки для стен домов и печей.

Гигроскопичность

Не водостойкое сырье, при попадании в воду начинает размокать, делится на части, образуется кашеобразная масса.

Она может поглощать в себя соединения, растворенные в водной среде (сорбционная способность). Это свойство обуславливает применение материала для очистки нефтепродуктов, паточных сиропов, соков, растительных жиров.

Огнеупорность

Огнеупорная глина имеет хорошую прочность. Глина в сыром виде может принимать всевозможные конфигурации. Такие типы глин называют «жирными», так как они при прикасании кажутся жирными. А вот глины, которые менее пластичны, называют «тощими». Кирпич, сделанный из такой глины, будет очень рассыпчатым и непрочным.

Полезные и лечебные свойства глины

Несомненно, глина оказывает положительное влияние на организм человека. Каждый сорт глины воздействует на организм по-разному в силу разного химического состава.

Глина, которая является природным материалом, оказывает благотворное влияние по той причине что, по сути, это осадочная порода, которая образовалась в результате разрушения горных пород и долгое время впитывала в себя всевозможные микроэлементы.

Голубая природная глина

Из всех сортов наиболее древней считается кембрийская голубая глина. С давних времен люди довольно успешно используют ее целебные свойства в медицине. Своим названием эта глина обязана периоду в истории на протяжении, которого она образовывалась.

Иные глинистые материалы считаются вторичными. Они образуются в результате разрушения горных пород потоками воды. По большей части в составе вторичных сортов содержатся силикатные частицы.

Голубая природная глина

Одной из основных причин, по которым глину используют в медицинских целях, является ее способность удерживать тепло. По этой причине глина так распространена в теплолечении. В большинстве случаев перед использованием глины ее доводят по консистенции сметаны, разбавляя водой.

По количеству добавленной воды можно судить о теплоемкости и теплопроводности глины.

Белая глина

На данный момент насчитывается примерно сорок видов глины. Белая глина или каолин в наше время наиболее изучена:

1. Данная глина широко применяется не только в лечении, но также в изготовлении фарфоровых изделий, широко используется в химической промышленности, изготовлении духов и тому подобное.
2. Белая глина обладает обволакивающими, а также впитывающими свойствами. Поэтому она собственно и применяется при лечении ожогов, опрелостей, язв и других кожных заболеваниях.
3. У этого сорта существует не только внешнее применение, но и внутреннее. Внутрь она принимается при проблемах с желудочно-кишечным трактом, а также, при отравлениях. Данную глину охлаждают и покрывают ушибы или места вывихов на теле.
4. Часто используются популярные компрессы из глины. В народе глиной просто присыпают места ран и повреждений. Еще она может быть использована в роли детской присыпки. Но, не смотря на все полезные свойства белой глины, в народе большей популярностью пользуется голубое ее аналог. Потому как, по мнению большинства, она наиболее пластичная и обладает самой высокой теплоёмкостью.

Сфера применения

Самой распространенной сферой применения глины является производство фарфора и стройматериалов. Самым важным этапом производства предметов из глины является их обжиг. Так, по завершении этой процедуры предмет приобретает прочность и влагостойкость. Строительный материал, произведенный из глины, обладает удивительной стойкостью к механическому воздействию.

Не менее важны кроющая способность глины, а также ее красящие свойства. В природе глины встречаются самой разнообразной окраски. Белая, например, отлично подходит для побелки поверхностей, а цветная — для их покраски.

Некоторые разновидности глины пригодны для фильтрации нефтяных продуктов, а также растительных масел. Данное свойство материала заключается в его сорбционной способности.

Месторождения

Глина распространена повсеместно, это естественно, так как она относится к осадочным породам, и является, по сути, измельченными до порошкообразного состояния скальными породами.

Места добычи ископаемого зачастую располагаются по берегам водоемов. Выходы на поверхность многочисленны, однако далеко не все месторождения пригодны для промышленной добычи.

Самые известные месторождения – Каштымское, Астафьевское, Палевское. Стоит отметить, что огнеупорная и каолиновая глины встречается значительно реже. Зачастую тугоплавкие разновидности соседствуют с огнеупорными видами.

В настоящее время глину добывают карьерным способом. Глинистые карьеры могут быть различной глубины. Часто в одном карьере может производиться выработка различных типов глин.

Что такое глина? — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

С древнейших 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.

В коммерческом отношении наиболее важные глины известны как каолин и бентонит

Откуда берется глина?

Глина представляет собой мягкий, рыхлый, землистый материал, содержащий частицы с размером зерна менее 4 микрометров (мкм). Он образуется в результате выветривания и эрозии горных пород, содержащих полевой шпат группы минералов (известный как «матерь глины») в течение огромных промежутков времени.

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

Глинистые минералы

Минерал представляет собой встречающийся в природе кристаллический материал, который имеет определенный или ограниченный диапазон химического состава.

Глинистые минералы имеют пластинчатую структуру и состоят в основном из тетраэдрически расположенных силикатных и октаэдрически расположенных алюминатных групп.

Каолинит является основным минералом каолиновых глин. Это глинистый минерал в пропорции 1:1 — основная единица состоит из двумерного (2D) слоя силикатных групп, тесно связанных с двумерным слоем алюминатных групп.

По всему минералу наблюдается тетраэдрооктаэдрическая (ТО) слоистая структура 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 листовой структурой TO, эти минералы имеют тетраэдрическую/октаэдрическую/тетраэдрическую (TOT) листовую структуру.

Это приводит к расположению ТОТ ТОТ ТОТ ТОТ с пространством между каждым блоком ТОТ.

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

Залежи глины в Новой Зеландии

Залежи глины обычно находятся в Новой Зеландии. Месторождение Матаури Бэй (верхний Нортленд) производит каолиновую глину высокой чистоты, богатую глинистым минералом, известным как галлуазит. Он экспортируется в более чем 20 стран для производства высококачественной керамики, такой как фарфор и тонкий фарфор. Уникальные месторождения исключительно белой первичной глины (считающейся самой белой глиной в мире) образовались в результате изменения вулканических пород.

Крупнейший в стране карьер по добыче бентонитовой глины находится в Харпер-Хиллз недалеко от Крайстчерча. Карьер работает в засушливые летние месяцы, а глина перерабатывается в близлежащем поселке Коулгейт.

Обработанная бентонитовая глина используется в производстве бумаги, для стабилизации буровых скважин во время бурения, в сельском хозяйстве в качестве питательной среды и пищевой добавки, а также в ряде геотехнических и экологических применений. Он все чаще используется при очистке воды, где он помогает удалять взвешенный ил, обесцвечивающий воду, а также в управлении сточными водами.

Nature of Science

Чтобы лучше понять тонкую структуру глинистых минералов, почвоведы все больше зависят от высокотехнологичных инструментов, таких как сканирующий электронный микроскоп и оборудование для рентгеноструктурного анализа. Техническая поддержка является неотъемлемой частью науки.

Опубликовано 27 апреля 2010 года.0006

Скачать 0 шт.

Скачать все

Как формируется глинистая почва?

Обновлено 18 января 2022 г. Молекулярная биология и генетика

Как образуется глинистая почва? Существует множество типов почвы, и будь то в первую очередь глина, ил или песок, процесс почвообразования одинаков. Вся почва состоит примерно из одинаковой пропорции компонентов: 45 % минералов, 25 % воды, 25 % воздуха и 5 % органических веществ. Пространство почвы, занятое водой и воздухом, называется поровым пространством.

Точный состав и текстура определяются размером минеральных частиц, который контролируется пятью основными факторами почвообразования. Факторами, влияющими на почвообразование, являются исходный материал, климат, биота, топография и время. Сочетание этих факторов определяет типы почв, присутствующих в регионе, а глинистые почвы обычно встречаются в районах, где породообразующие минералы, такие как кремнезем, глинозем и магнезия, подверглись воздействию химического выветривания.

Типы глинистых минералов

Глинистые почвы состоят из микроскопических частиц чешуйчатой ​​формы и кристаллической структуры. Частицы глины намного меньше, чем зерна песка и ила, частицы глины крошечные — меньше 2 микрон.

Другое различие между частицами глины и песком или илом заключается в том, что глинистые минералы несут на своей поверхности электрический заряд. Это придает характеристики, отличные от глинистых грунтов, такие как пластичность и сцепление. Глинистые почвы часто богаты питательными веществами из-за того, что электрический заряд частиц глины притягивает и удерживает другие заряженные частицы, такие как кальций и калий.

Из-за размеров типов глинистых минералов глинистые почвы значительно расширяются и сужаются при изменении влажности. Это качество означает, что некоторые виды гончарных изделий могут быть изготовлены из определенных видов глины для искусства. Глинистая почва также может быть использована для изготовления строительных материалов, таких как кирпичи и черепица.

Глинистое почвообразование

Взаимодействие пяти факторов, влияющих на почвообразование – исходный материал, климат, биота, топография и время – приводит к развитию различных почв на нашей планете. Почвоведы изучают и классифицируют различные типы почв на Земле, используя таксономическую систему, которая группирует почвы в двенадцать основных категорий.

От тяжелых глин до почв, богатых органическим веществом, верхний слой поверхности нашей планеты поддерживает всю жизнь на Земле. Типы почв, встречающихся в регионе, сильно зависят от исходного материала, присутствующего в этом районе, а это означает, что почвы, которые развиваются вблизи вулкана, сильно отличаются от тех, которые образуются в джунглях, богатых растительностью.

Химическое выветривание породообразующих минералов, таких как кремнезем, в течение длительных периодов времени, то есть тысяч лет, приводит к образованию глинистых почв. Поскольку исходные материалы распадаются на более мелкие частицы в процессе выветривания, они объединяются с разлагающимся органическим материалом, образуя почвы. Химическое выветривание, необходимое для образования глинистых почв, происходит быстрее в более теплом климате.

Характеристики почвы и горизонты

Глинистые почвы развиваются медленнее, чем другие типы почв, из-за того, что исходные материалы медленно подвергаются атмосферным воздействиям. Поскольку почвы создаются постоянно, они со временем накапливаются и образуют отдельные слои, известные как почвенные горизонты.

Самый верхний слой почвы содержит наибольшее количество органических материалов, таких как разлагающиеся растения и животные. Относительно молодые почвы содержат меньше слоев, или горизонтов.