Образование глины: Месторождения глины и суглинков — Интернет-энциклопедии Красноярского края

Свойства глины

Глина – измельченная горная порода, в состав которой входят ней алюминий, кремний, а также минералы и вода. Она непостоянна с точки зрения технологических и физических свойств, образуется из палевого шпата в процессе выветривания.

Первичную глину можно встретить довольно редко. Ее называют каолиновой из-за содержания глинообразующего огнеупорного минерала, имеющего белый оттенок – каолинита. В каолинах, в основном, можно встретить слюду, неразложившийся шпат и кварц. Зачастую в местах образования она смывается водой и переносится на другое место. После ее повторного отложения среди возможных примесей можно встретить песок, углекислые соли, гипс, окисные соединения железа.

Разнообразие свойств и видов глины важно исходя из технических целей. Ее главными свойствами являются:

• набухание в воде;
• связывание;
• клейкость;
• образование вязкого теста;
• сохранение формы и структуры после высыхания;
• пластичность.

Сухая глина вбирает в себя значительное количество воды, становится пластичной массой, которую можно размешать, слепить из нее определенное изделие, после высыхания она удерживает форму. Добавив в глину песок, мы уменьшим пластичность материала, но появится новая способность — связывание. Не пластичный тип глины принято называть тощим, а с высоким показателем пластичности — жирным, поскольку он является таковым на ощупь.

По свойствам сушки глину разделяют на чувствительную, малочувствительную, а также высокочувствительную.

При обработке высокой температурой глина лишается своей пластичности и пористости. Температурные показатели, при которых порода приобретает твердую структуру, зависят от сорта глины и содержащихся в ней добавок. Этот природный материал содержит кремнезем (природный диоксид кремния) и глинозем (тугоплавкий, нерастворимый в воде оксид алюминия). Первому свойственно плавиться при более низких температурах, из этого следует, что добавляя в глину кремнезем можно добиться снижения ее показателей огнеупорности, но до определенного уровня. После показатель станет увеличиваться. При увеличении содержания глинозема огнеупорные свойства породы увеличатся в разы. Иногда, чтобы понизить показатель огнеупорности, в глину добавляют всяческие примеси:

• щелочи;
• известь;
• магнезию и др.

Осадочные глины разделяются по своему типу на:

• огнеупорные — к ним относят не пластичные каолиновые глины, имеющие после обжига белесый цвет;
• плавкие — в основном это пластичная глина, богатая примесями, и поэтому легче огнеупорной размягчающаяся в огне;
• кирпичные — содержат еще больше примесей, менее пластичные, поэтому используются, в основном в кирпичном производстве;

Для гончарного дела лучше использовать глину, содержание кварцевого песка в которой насчитывает 5%. Допускается наличие в глине углекислой извести, а также окиси железа. Ведь благодаря этим примесям, изделия можно обжигать при низкой температуре. А лучше всего избегать известковой примеси с наличием маленьких кусочков самой извести.

Также необходимо знать, что, если в глине обнаружено более 15 % песка, значит, от изделий не следует ждать прочности, их края начнут просто осыпаться. В таком случае нужно добавлять жирную глину к этому материалу.

• Свойства и виды глины

• Что подарить любимой на день Святого Валентина

Образование — глина — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Образование глин определяется двумя факторами — химич ским ( минеральным) составом первоначального материала физико-химическими условиями среды. Так, каолинит образ ется преимущественно в кислой среде из полевых шпатов путе выщелачивания оснований, монтмориллонит требует присутстви оснований, в частности магния. Поэтому железо-магнезиальны силикаты, анортиты, вулканические стекла и туфы обычно пр вращаются в минералы монтмориллонитовой группы.
 [1]

Условия образования глин определяют их строение. Лессы и некоторые виды суглинков имеют рыхлое строение, при небольших усилиях они распадаются и достаточно хорошо размокают. Большая часть суглинков и глин имеет плотное строение и довольно трудно подвергается измельчению. В ряде случаев встречаются очень плотные кам-неподобные глины, трудно измельчающиеся и чрезвычайно медленно размокающие. Эти свойства глин следует учитывать при выборе схемы переработки сырья.
 [2]

По условиям образования глины делят на остаточные и перенесенные. Остаточные глины обычно засорены частицами горной породы, из которой они образовались.
 [3]

Различия в образовании глин настолько велики, что, несмотря на большое их количество, трудно найти глины разных месторождений с одинаковыми во всех отношениях составом и свойствами.
 [4]

Так, например, образование као-линитовых глин происходит в каолинитовой фации, которая характеризуется наличием кислой среды ( рН 2 1 — 5 5), восстановительными, нейтральными и окислительными условиями по Eh. Образование марганцево-железисто-кремнистых осадков и конкреций происходит в фации того же названия в кислой ( рН 4 2 — 5 6) и окислительной средах.
 [5]

Это и составляет первоначальный способ образования глины в ее первобытных месторождениях, среди каменистых пород, по трещинам которых просачивается атмосферная вода. Такие первобытные залежи нередко содержат белую, чистую глину, называемую каолином или фарфоровою глиною. Но такие глины составляют редкость, потому что и условия тдкого рода встречаются редко. Мутная текущая вода горных источников содержит обыкновенно висящие в ней частицы глины, происшедшие от вышеупомянутого соединенного химического и механического действия воды на минералы, в горных породах заключающиеся. Вода, вместе с этими мельчайшими частицами глины, уносит и более крупные части, на которые не может действовать, как, напр. Они сперва были связаны между собою теми минералами, которые дают глину. Когда вода подействовала на эти связующие минералы, получается песчанистая масса, которую вода и уносит с собою. Мутная вода, в которой висят частицы песку и глины, несет их и отлагает в затишьях рек, в озерах, морях и океанах. При этом первоначально осаждаются крупные частицы, образующие песок и тому подобные сыпучие породы, а глина, вследствие своей мелкости, несется далее и отлагается только в спокойных частях вод. Такие изменения горных пород и такие выделения песку и глины совершались помаленьку в миллионы лет жизни земли, продолжаются поныне и дали повод к образованию огромных осадочных толщ песков и глин.
 [6]

Полевые шпаты в результате выветривания разлагаются с образованием глины ( каолина) и песка.
 [7]

В то время как выветривание горных пород с образованием глин может идти в обычных условиях атмосферного выветривания, образование каолина, как впервые показал Шварц ( 1933 г. и ел. Этому существенно благоприятствуют повышенная температура, повышенное давление, присутствие сильных кислот ( например, НС1), но не угольной кислоты. Однако, согласно Ноллю ( 1935 г. и ел. Действие сильных кислот способствует образованию каолина, так как при этом ускоряется гидролиз полевого шпата.
 [8]

В то время как выветривание горных пород с образованием глин может идти в обычных условиях атмосферного выветривания, образование каолина, как впервые показал Шварц ( 1933 г. и ел. Этому существенно благоприятствуют повышенная температура, повышенное давление, присутствие сильных кислот ( например, НС1), но не угольной кислоты. Однако, согласно Ноллю ( 1935 г. и ел. Действие сильных кислот способствует образованию каолина, так как при этом ускоряется гидролиз полевого пшата.
 [9]

В то время как выветривание горных пород с образованием глин может идти в обычных условиях атмосферного выветривания, образование каолина, как впервые показал Шварц ( 1933 г. и ел. Этому существенно благоприятствуют повышенная температура, повышенное давление, присутствие сильных кислот ( например, НС1), но не угольной кислоты. Однако, согласно Ноллю ( 1935 г. и ел. Действие сильных кислот способствует образованию каолина, так как при этом ускоряется гидролиз полевого шпата.
 [10]

В виду столь сложных и разнообразных явлений, сопровождающих процесс образования глины, получается большое разнообразие ее сортов.
 [11]

Полевые шпаты в результате воздействия воды и ССЬ разлагаются с образованием глины ( каолина) и песка. Каолин является сырьем для фарфоровых и кирпичных заводов, а кварцевый песок — сырьем для цементных и стекольных заводов.
 [12]

Полевые шпаты в результате воздействия воды и СО2 разлагаются с образованием глины ( каолина) и песка.
 [13]

Более ранние опыты свидетельствуют о возможности генезиса и химической реактивности смешанных гелей; однако эти последние непосредственно связаны с образованием осадочных глин, как связаны каолины. Они ограничиваются менее важной группой аллофа-нов.
 [14]

Достаточно привести в качестве примера строительство крупных и тяжелых портовых сооружений на мощных толщах морских илов, которые в литологии рассматриваются как сингенетическая стадия образования глин. Таким образом, термин грунт охватывает не только горные породы, но и геологические осадки, если они являются объектом строительно-технических мероприятий.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

Образование подземных вод и глинистых минералов в ранней истории Марса

10.5 Глинистые минералы – экологическая геология

В науках о Земле слово «глина» имеет два значения. Глина в широком смысле определяется как любой неуплотненный материал с диаметром зерен менее 0,004 мм. Это примерно 1/100 размера точки в конце этого предложения, так что этого недостаточно, чтобы увидеть его невооруженным глазом. Это может быть мелкоизмельченный кварц, полевой шпат, кальцит, гематит или любой другой минерал. «Глина» также относится к глинистым минералам, которые представляют собой листовые силикаты или филлосиликаты (от греческого слова phyllo, означающего лист). Глинистые минералы обычно существуют только в виде очень крошечных кристаллов, поэтому большинство настоящих глин также соответствуют мелкозернистому значению слова «глина».

Глинистый минерал представляет собой мелкокристаллический листовой силикат с ионами гидроксила, а в некоторых случаях с водой как частью структуры. Под листовым силикатом мы подразумеваем, что тетраэдры кремнезема расположены в виде плоских листов с сильной ковалентной связью внутри листов, и что эти листы расположены стопками, где связь между листами относительно слаба. Ион гидроксила представляет собой пару кислород-водород (ОН ^– ), и они входят в состав всех глинистых минералов. Некоторые глинистые минералы также имеют H ₂ O как часть конструкции или, в некоторых случаях, вода просто прикреплена к конструкции.

Большая часть глины, присутствующей в горных породах на поверхности, образовалась в результате выветривания других силикатных минералов, прежде всего полевых шпатов, слюд, пироксена и амфибола. Участвующие реакции представляют собой реакции гидролиза, что-то вроде следующей реакции калиевого полевого шпата, воды и углекислого газа с образованием каолина. ^[1]

2KAlSi ₃ О ₈ + 2CO ₂ + 11H ₂ O —> Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ + 2K ⁺ + 4H ₄ SiO ₄ + 2HCO ₃ ^–

калиевый полевой шпат + диоксид углерода + вода -> каолин + ионы калия, кремнезема и бикарбоната в растворе

Проще говоря, калиевый полевой шпат реагирует с водой и углекислым газом с образованием каолина и ионов бикарбоната. Калий и часть кремния, изначально присутствовавшие в полевом шпате, удаляются в растворе. СО ₂ происходит из атмосферы, и в течение геологического времени этот тип реакции играет важную роль в контроле состава атмосферы и, следовательно, парникового эффекта.

Глинистые минералы также могут образовываться, когда горячие воды (известные как гидротермальные растворы) циркулируют через толщу породы. Как и в случае выветривания, горячие растворы приводят к изменению ранее существовавших минералов. Гидротермальные растворы часто также связаны с образованием месторождений металлов (например, медно-порфировых месторождений), и окружающие глинисто-минеральные ореолы могут быть важным ориентиром при разведке таких месторождений.

В отличие от первичных силикатных минералов, из которых они образуются, глинистые минералы мягкие и легко разрушаются на мелкие фрагменты, а затем транспортируются. Они накапливаются в основном в виде отложений в средах с низким энергопотреблением (например, в глубоком океане или в озерах), отложений, которые в конечном итоге превращаются в сланцы.

Глинистые минералы состоят из тетраэдров кремнезема и октаэдров глинозема, которые показаны на рис. 10.5.1. Как мы видели в главе 2 (рис. 2.1.5), тетраэдр кремнезема представляет собой ион кремния, окруженный четырьмя ионами кислорода. Плоскости, проведенные через линии, соединяющие атомы кислорода, определяют тетраэдрическую (четырехгранную) форму. Октаэдр оксида алюминия представляет собой ион алюминия, окруженный шестью ионами кислорода или гидроксила. Плоскости, проведенные через линии, соединяющие атомы кислорода и гидроксила, определяют октаэдрическую (восьмигранную) форму.

Рисунок 10.5.1 Представления кремнеземных тетраэдров и алюминиевых октаэдров, которые в сочетании образуют глинистые минералы

Важная особенность глинистых минералов обусловлена ​​особенностями их связывания. Тетраэдры и октаэдры прочно связаны друг с другом внутри листов, но листы лишь слабо связаны друг с другом. Пластины, из которых состоит зерно глинистого минерала, имеют тенденцию скользить относительно друг друга, в результате чего массы глинистого минерала имеют тенденцию быть мягкими и пластичными и не очень прочными.

Самый простой глинистый минерал – каолин. Каждый «лист» в структуре каолина состоит из тетраэдрического слоя кремнезема и октаэдрического слоя алюминия (рис. 10.5.2). Комбинация одного тетраэдрического слоя и одного октаэдрического слоя делает этот силикатный слой 1:1. Для простоты может быть полезно описать это как структуру T-O (1 тетраэдрический слой и 1 октаэдрический слой). Эта структура также встречается в минеральном серпентине, в котором магний заменяет алюминий в октаэдрических позициях.

Рисунок 10.5.2 Представление тетраэдрически-октаэдрической структуры слоя глинистого минерала каолина 1:1. Слои удерживаются вместе слабыми ван-дер-ваальсовыми связями.

Строение иллита сложнее, чем у каолина. В этом случае каждый «лист» в структуре состоит из алюминиевого октаэдрического слоя, зажатого между двумя тетраэдрическими слоями (один «лицом вверх», а другой «вверх ногами») (рис. 10.5.3). Иллит также имеет ионы калия, расположенные в определенных местах между листами. Комбинация двух тетраэдрических слоев, окружающих один октаэдрический слой, известна как силикатный слой 2:1. Мы также можем описать это как структуру T-O-T. Некоторые другие глины T-O-T включают смектит, тальк и хлорит.

Рисунок 10.5.3 Представление тетраэдрически-октаэдрически-тетраэдрической структуры глинистого минерала иллита 2:1

Катионы калия (K ⁺ ) иллита удерживаются на месте, потому что верхняя и нижняя поверхность каждого слоя насыщен ионами кислорода (O ^-2 ), что придает этим поверхностям постоянный отрицательный заряд. Эти отрицательно заряженные поверхности являются одной из фундаментально важных особенностей глинистых минералов, поскольку такие поверхности притягивают положительно заряженные ионы, такие как тяжелые металлы или некоторые органические загрязнители. Глины не только имеют эти привлекательные поверхности, но и имеют очень большие площади поверхности. Подсчитано, что кубический сантиметр глины имеет реактивную поверхность около 2800 квадратных метров, что эквивалентно площади футбольного поля!

Рисунок 10.5.4 Сканирующая электронная микрофотография , показывающая пластины глинистого минерала каолина

Некоторые кристаллы каолина показаны на рисунке 10. 5.4. Пластины каолина уложены в нечеткие нити. Каждая видимая пластина имеет толщину от 1/10 до 1/5 микрона, но каждая из них состоит из сотен и тысяч слоев T-O, показанных на рис. 10.5.2. Между пластинами имеется значительное количество пустого пространства.

Несмотря на то, что существует много десятков различных глинистых минералов, нам важно знать лишь некоторые из них, и они обобщены в Таблице 10.3. Первое, что нужно отметить, это то, что в этом списке есть только два глинистых минерала 1:1 (T-O), каолин и серпентин, в то время как все остальные представляют собой глины 2:1 (T-O-T). Большинство этих глин 2:1 содержат магний и/или железо, поэтому их можно считать ферромагнезиальными силикатами. Единственными перечисленными неферромагнезиальными глинами являются каолин, пирофиллит и иллит, хотя иллит также может содержать небольшое количество магния, а разновидность глауконита содержит железо. Важным моментом здесь является то, что в то время как каолин, пирофиллит и иллит обычно образуются в результате изменения минералов, таких как полевой шпат и мусковит, большинство других глин образуются в результате изменения таких минералов, как оливин, пироксен, амфибол и биотит.

Как уже отмечалось, глинистые минералы обычно образуются в результате изменения (гидролиза) ранее существовавших силикатных минералов. Тип глинистого минерала, который будет образовываться в любой ситуации, частично зависит от того, какой силикатный минерал подвергается изменению, а также от ряда других переменных, таких как температура и давление, а также химический состав растворов, которые проходят через породу или над ней. в то время.

Глинистые минералы образуются во время выветривания на поверхности, во время гидротермального изменения породы в земной коре и во время диагенеза (минеральные изменения, которые происходят, когда отложения погребаются под другими отложениями) и их превращения в осадочную породу.

В то время как температура и давление гидротермальных изменений и диагенеза могут сильно различаться, условия выветривания во всем мире в целом схожи, основные различия заключаются в количестве воды, доступной из осадков, и средних температурах. Разница температур в несколько десятков градусов в основном определяет скорость выветривания, а не тип, поэтому основным фактором, определяющим, какие глинистые минералы будут образовываться во время выветривания, является тип первичных силикатных минералов, присутствующих в породе.

Сводка глинистых продуктов выветривания первичных силикатных минералов представлена ​​в таблице 10.4. Кварца нет в этом списке, потому что он не подвержен химическому выветриванию.

Глинистые минеральные продукты, перечисленные в Таблице 10. 4, представляют собой, в частности, те, которые образуются в условиях погодных условий, что обычно означает температуру ниже 40°C, атмосферное давление и воду с низким уровнем растворенных ионов и pH, близким к нейтральному.

Более высокие температуры, связанные с захоронением и диагенезом отложений, или с гидротермальными изменениями, или даже с метаморфизмом низкой степени, приводят к образованию некоторых глин, которые обычно не образуются во время выветривания.

Некоторые из глинисто-минеральных преобразований, которые могут происходить в отложениях по мере того, как они все больше погружаются под другие отложения, показаны на рис. 10.5.5. Здесь предполагается, что отложения уже включают некоторые глинистые минералы, особенно низкотемпературные глины, смектит и каолин, образовавшиеся во время выветривания в районе источника отложений. Начиная примерно со 100°С, смектит может сначала превратиться в минерал со смешанными или чередующимися слоями смектита и иллита. Глины со смешанным слоем могут быть преобразованы в хлорит и иллит при температуре около 150 ° C, а иллит превращается в мусковит при температуре более 200 ° C. Любой каолин, изначально присутствующий в осадке в виде каолинита или галлуазита, может сначала преобразоваться при более высокой температуре. полиморфы (дикит или накрит), а затем в иллит и, в конечном итоге, либо в хлорит, либо в мусковит.

Рисунок 10.5.5 Преобразование глинистых минералов при погребальном диагенезе отложений и осадочных пород. Отношение температуры к глубине будет переменным, в зависимости от геотермического градиента в конкретной области.

Гидротермальные изменения происходят там, где горячая вода циркулирует на глубине от сотен до тысяч метров в земной коре. Это обычно связано с системами конвекции, создаваемыми магматическим теплом, и, как описано в главе 8, это процесс, который обычно связан с рудообразованием. Глинистые изменения хорошо известны вокруг порфировых, эпитермальных, вулканогенных массивных сульфидных и некоторых урановых месторождений. В этих средах химический состав воды может быть чрезвычайно изменчивым, а температура может колебаться до сотен градусов, поэтому может образовываться очень широкий спектр глинистых минералов и других гидротермальных минералов. Подробности выходят за рамки этой книги, но их можно найти в работах, связанных с месторождениями полезных ископаемых.

Гидротермальное преобразование глинистых минералов также происходит в вулканических районах, поскольку источник тепла может стимулировать конвекцию, а также ускоряет скорость реакции. Это видно в районе горы Мигер в прибрежной полосе Британской Колумбии (рис. 10.5.6). Некоторые цвета горных пород являются продуктом изменения глины. На фотографии виден шрам от оползня 2010 года и каменной лавины, которые произошли отчасти из-за того, что вулканическая порода была ослаблена гидротермальным изменением глины.

Рисунок 10.5.6 Пик Пилон (2481 м, слева, за облаками) и гора Мигер (2650 м, в центре справа). Голый участок земли справа от горы Мигер является источником крупнейшего в истории Канады обвала склона — камнепада 2010 года и каменной лавины.

Один из наиболее важных участков глинистых изменений находится на расходящихся океанических границах, где наблюдается вулканическое тепло, приводящее к конвективной циркуляции воды. Породы океанической коры включают базальт, габбро и даже ультраосновные породы на большей глубине, поэтому они богаты пироксеном и оливином, и эти минералы легко превращаются в такие минералы, как хлорит и серпентин, при температурах в несколько сотен градусов. Пример этого процесса следующий:

2MG ₂ SIO ₄ + 3H ₂ O → MG ₃ SI ₂ O ₅ (OH) ₄ + MG (OH) 999191991 29991 29991 2 _{29991 29991 29991 2 2 2 2 2 2} (OH) _.

(оливин + вода -> серпентин + брусит (не глинистый минерал)

Полученный камень может выглядеть так, как показано на рис. 10.5.7. Пироксен и оливин океанической коры также могут превращаться в смектит (при низких температурах), в тальк и хлорит. Таким образом была изменена значительная часть океанической коры, и, поскольку океаническая кора составляет около 70% земной коры, это, вероятно, крупнейшее хранилище глинистых минералов на планете. Это важно с точки зрения земных систем, потому что, когда океаническая кора в конечном итоге погружается, глинистые минералы нагреваются и превращаются (путем метаморфизма) обратно в неводные силикатные минералы, а вода высвобождается. Эта вода способствует частичному таянию над зоной субдукции и, следовательно, образованию сложных вулканов вдоль границ субдукции.

Рисунок 10.5.7  Порода, содержащая серпентин, из античного карьера Вермонт-Верде, Вермонт

Некоторые глинистые минералы перечислены ниже. Укажите среду (например, выветривание, диагенез, гидротермальные изменения), в которой он, вероятно, образовался, и возможный минерал-предшественник.

Ответы на упражнения представлены Приложение 2

Стоит понимать некоторые свойства глинистых минералов, поскольку они имеют важное значение для многих аспектов геологии окружающей среды. Они играют роль в самых разных процессах, от химии почвы до причин и последствий землетрясений и проницаемости горных пород. Вот некоторые из их важных свойств:

Они мягкие и слабые, в первую очередь из-за слабых связей между листами и, как следствие, склонности листов скользить друг относительно друга под нагрузкой. Тальк занимает первое место по шкале Мооса, и большинство других глинистых минералов такие же мягкие. Слабость глинистых минералов имеет значение для обрушения склонов (как отмечалось выше), потому что глиносодержащие породы также имеют тенденцию быть слабыми, а также для землетрясений, потому что граница плиты с богатыми глиной породами, скорее всего, будет плавно скользить и, следовательно, с меньшей вероятностью прилипать и вызывать сильные землетрясения.

Большинство глин пластичны во влажном состоянии, в том числе из-за слабых связей между слоями, и поэтому им легко придавать форму, полезную для художественных, бытовых, промышленных и научных целей.

Глинистые минералы представляют собой кристаллы, как и другие минералы, но обычно они формируются в виде очень маленьких кристаллов, поэтому отложения глины почти всегда мелкозернистые. Хотя тело глины имеет значительную пористость, поры чрезвычайно малы, и большая часть воды в них находится достаточно близко к границе зерен, чтобы плотно удерживаться за счет поверхностного натяжения, что делает глиняные отложения значительно непроницаемыми. Это имеет значение для стока подземных вод (глава 11) и удаления отходов (глава 13).

Тетраэдры и октаэдры, из которых состоят глинистые минералы, имеют снаружи отрицательно заряженные ионы (анионы) (либо O ^2-, либо OH ^– ), что делает поверхности отдельных слоев отрицательно заряженными и, следовательно, привлекательными для положительно заряженных ионов. (катионы) в растворе. Большинство металлов существуют в виде катионов, и многие органические загрязнители имеют положительный заряд, поэтому глинистые минералы являются эффективными поглотителями загрязнителей окружающей среды и могут использоваться в качестве барьеров для предотвращения распространения загрязнителей, а также в проектах по восстановлению окружающей среды. Разные глины обладают разной способностью поглощать катионы (известной как «емкость катионного обмена»), и некоторые из них перечислены в таблице 10.5. ^[2] Смектит обладает гораздо более высокой емкостью катионного обмена, чем другие глины, потому что катионы могут проникать в места между молекулярными слоями внутри кристалла, а не только на внешние поверхности кристаллов.

Смектитовые глины имеют структуру 2:1, аналогичную структуре иллита (рис. 10.4.3), но межслоевые катионы обычно представляют собой натрий, кальций или магний (вместо калия). Это означает, что слои немного дальше друг от друга, чем в иллите, и по этой причине смектиты обладают уникальной способностью поглощать молекулы воды в межслоевых участках. Это особенно верно для смектитов натрия, которые могут поглощать до 18 слоев воды между листами и, таким образом, будут резко расширяться или набухать при намокании. На рис. 10.5.8 показано некоторое набухание глины. Глина присутствует во впадине и была влажной. При высыхании он давал типичную усадку в виде грязевых трещин. Набухающие глины имеют ряд важных промышленных и бытовых применений, но они также имеют серьезные геологические последствия. Набухший влажный смектит даже слабее, чем сухой, поэтому может значительно ослабить склоны, а тела набухшей глины могут деформировать окружающие их материалы, что также может способствовать обрушению склона или проблемам со строительством или основанием дороги.

Рисунок 10. 5.8 Смектитсодержащая глина в вулканическом районе Крафла, Исландия. При высыхании глина сжималась, а уменьшение объема компенсировалось растрескиванием.
Вермикулит

также слегка набухает во влажном состоянии, но, в отличие от других глин, значительно расширяется при нагревании (рис. 10.5.9). При нагревании до 500-800°C вода, находящаяся между слоями, закипает и раздвигает слои, резко увеличивая объем. Расширенный вермикулит имеет множество применений, в том числе в качестве среды для выращивания, изоляции, тормозных накладок и огнеупорных панелей.

Рисунок 10.5.9 Вспученный вермикулит

Глинистые минералы повсюду. Осмотрите свой район или регион, чтобы увидеть, можете ли вы найти что-нибудь. Вероятными местами могут быть: выветриваемый выход скалы, скала, подвергшаяся гидротермальным изменениям, мелкозернистая осадочная порода (например, аргиллит), высохшая лужа, край болота или пруда или небольшой залив. Если вы не можете найти место, похожее на предложенное, подумайте, где может быть глина, которую вы не видите, например, посреди озера или в океане.

Вы также можете найти глину дома. Поищите, например, в аптечке или среди предметов искусства и ремесел.

И тогда в вашем доме наверняка найдутся глиняные вещи (или глиняные, а уже не глиняные).

Хотя большинство из следующих моментов уже было сделано ранее в этой главе или в других главах, стоит рассмотреть некоторые ключевые последствия, которые глинистые минералы имеют для систем Земли:

• Глинистые минералы, возможно, сыграли роль в начальной эволюции жизни из органических химических веществ, потому что регулярная структура глин могла действовать как шаблон для сборки органических молекул,
• Преобразование силикатных минералов в глину потребляет атмосферный CO ₂ и, таким образом, имеет последствия для климата,
• Глинистые минералы накапливают микроэлементы, которые впоследствии становятся доступными для растений и микроорганизмов,
• Глинистые минералы накапливают микроэлементы, которые со временем могут концентрироваться в месторождениях полезных ископаемых,
• Глинистые минералы могут снижать прочность горных пород и тем самым способствовать эрозии и обрушению откосов,
• Глинистые минералы, взвешенные в воде или в виде облаков пыли, могут быть переносчиками микроэлементов и основных элементов с суши в океан (см. рис. 10.5.10), и
• Глинистые минералы являются средством переноса воды из субдуцированной океанической коры в мантию, что приводит к образованию магмы (через плавление флюса) и вулканизму.

Рисунок 10.5.10 Облако пыли из пустыни Сахара простирается в Атлантику и направляется в сторону Европы, февраль 2021 г.

Атрибуты СМИ

• Рисунок 10.5.1 Стивен Эрл, CC BY 4.0
• Рисунок 10.5.2 Стивен Эрл, CC BY 4.0
• Рисунок 10.5.3 Стивен Эрл, CC BY 4.0
• Рисунок 10.5.4 Пластины глинистого минерального каолина из Центра электронной микроскопии и анализа в наномасштабе ACEMAC, Абердинский университет, GSoil, CC BY 3.0, https://www.abdn.ac.uk/business-info/facilities -and-expertise/acemac-nano-scale-electron-microoscopy-and-analysis-facility-846.php#panel861
• Рисунок 10.5.5 Стивен Эрл, CC BY 4.