Круговорот железа. Вадозные сульфаты железа и формы самородного железа богатые никелем

Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

Круговорот железа

 

геолог Борис Полынов

 

Смотрите также:

 

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ. Элювий...

 

Элювиальные коры выветривания...

 

Древняя кора выветривания ...

 

Борис Борисович Полынов. Геохимия ...

 

Полынов о Докучаеве

 

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

почвы

 

Химия почвы

 

Биология почвы

 

Круговорот атомов в природе

 

Книги Докучаева

докучаев

 

Криогенез почв  

 

Биогеоценология

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Черви и почвообразование

 

 Дождевые черви

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Геохимия - химия земли

 

Гидрогеохимия. Химия воды

 

Минералогия

минералы

 

Происхождение растений

 

Биология

 

Эволюция биосферы

 

Геоботаника

  

Общая биология

общая биология

 

Мейен - Из истории растительных династий

 

Биографии биологов, почвоведов

 

Эволюция

 

Пособие по биологии

 

Очередным интересующим нас элементом является железо, с соединениями которого мы уже неоднократно встречались раньше. Первичные формы, в которых железо  Появляется в зоне выветривания, значительно более разнообразны, нежели формы соединений алюминия, и двойственная природа, присущая обоим этим элементам, в ряде железных соединений выступает более ярко.

 

Среди ювенильных форм мы встречаем прежде всего самородное железо, значительную часть которого следует отнести, собственно говоря, не к ювенильиой, а к космическим формам.

 

Еще не так давно в руководствах минералогии всему самородному железу приписывалось космическое происхождение, и его минералы рассматривались или как элементы метеоритов или космической пыли.

 

В настоящее время, однако, нам определенно указывают на формы самородного железа, являющиеся продуктами выкристаллизации из расплавленной магмы и сопровождающие поэтому многие, по преимуществу, основные породы (базальты, перидотиты).

 

Они обнаруживаются в этих породах в виде мельчайших рассеянных выделений и много реже в виде более крупных обособленных масс. Как и для космического железа, для ювенильного характерна примесь никеля, количество которой не является постоянным и у разных представителей вариирует.

 

Очевидно, что самородное железо в зоне выветривания, неизбежно подвергаясь действию кислорода и воды, не может быть более или менее устойчивым соединением и переходит прежде всего и легче всего в гидрат окиси железа, проходя либо весьма кратковременную, либо несколько более продолжительную стадию закисного железа. Процесс можно представить в следующей форме:

Fe-f О -4- Н20 Fe(OH)2

2Fe(OH2) + О - 2FeO(OH) + Н20

 

В действительности, однако, окись железа, как непосредственный результат выветривания, имеет коллоидальную форму Fe2OanHaO и только, повидимому, с течением времени в большей или меньшей степени переходит в моногидрат окиси, дающий с избытками воды соединения типа твердых растворов г(§ 33). Следует отметить, что формы самородного железа, более богатые никелем, отличаются относительно более высокой устойчивостью.

 

Далее следует группа весьма разнообразных первичных соединений железа с серой, мышьяком и сурьмой. Сюда относятся: моносульфиды пирротин и троилит (FeS); изоморфные примеси сернистого железа к сернистому никелю и цинку; двусернистое железо — пирит (FeS2); изоморфные примеси к сернисто-мышьяковистым соединениям никеля и кобальта; чистое мышьяковистое железо-лёллингит (FeAs2), сернисто-мышьяковистое — арсенопирит FeAsS и, наконец, ряд минералов из группы сульфосолей, т. е. солей кислот типа: Fe(SH); FeS(SH), Fe3S(SH)< и их производных. Сюда относятся медные соли: борнит Fe(SCu)a, халькопирит FeS(SCu), серебряные: штернбергит Fe2S2(AgS) и др. К числу ювенильных относятся хлориды железа: м о л и з и т FeCI3 иэритросидерит FeCI32KCl • Н30, свойственные кислым фумароллам действующих вулканов. Среди многообразных природных кислородных соединений железа мы также встречаем достаточно много ювенильных (и фреатических) форм: гематит (Fe3Oa); ряд ферритов, как, например, магноферрит (MgFe204), марганцевая шпинель (MnFe204), магнетит (FeFe20 Д в котором часть железа играет роль основания, часть же входит в кислотный радикал; алюминаты, вольфраматы и титанаты железа, как, например, плеонаст из группы шпинелей (MgFe)Al204, причем в этой же группе' железо нередко изомофорно примешивается к А1, ферберит FeW04, ильменит FeTi03, титаномагнетит Fe(Fe,Ti)304; марганаты, как, например, б икс бит FeMnOa и многочисленные изомофорные примеси: в кислотных радикалах преимущественно к А1 и Сг, в основаниях солей к Mg, в тех же и других местах к Мп.

 

В обширных группах ювенильных и фреатических силикатов и алюмосиликатов железо также играет двоякую роль. В магнезиальных силикатах оно является почти постоянной неизменной изоморфной примесью к магнию, а в алюмосиликатах железо изомофорно замещает А1, а иногда играет и самостоятельную (главную роль), образуя аналогичные алюмосиликатам строения — феррисиликаты. Необходимо отметить, что среди ювенильных в строгом смысле слова минералов феррисиликаты и изоморфные замещения в радикалах кремнеглиноземных кислот алюминия железом сравнительно редки. Широко распространенная, например, группа полевых шпатов почти совершенно лишена ферриси- ликатов, но в группах фреатических минералов они получают заметно более широкое -р а с п р о ст р а н е н и е.

 

§ 31. Переходя к процессам изменения перечисленных форм железа в коре выветривания и образованию его вадозных минералов, мы прежде всего должны отметить весьма крупное значение описанного уже нами соединения гидроокиси железа,

 

В конце концов она является результатом так наз. „нормального" выветривания, т. е. действия воды, углекислоты и кислорода на все вышеперечисленные нами формы. Ее предельная окисленность, гидратность и ее широкое распространение в коре выветривания давали повод рассматривать эту форму соединения железа как конечную и находящуюся в равновесии с термодинамическими условиями коры выветривания. Будет правильнее, однако, если мы будем говорить не о равновесии, а о типичной для коры выветривания активной форме железа* занимающей крупное место в его цикле в этой оболочке и представляющей почти необходимую стадию этого цикла. Это последнее обстоятельство и обусловливает широкое распространение формы гидроокиси железа, формы, через которую неизбежно проходит почти вся масса попадающего в зону выветривания железа.

 

Очередным является для нас вопрос о переходе в это состояние бескислородных ювенильных соединений железа, т. е. его хлоридов и форм сернистого, мышьяковистого и т. д. железа. Относительно первых он решается достаточно просто: переходя в раствор, хлориды железа уже кончают свое существование в зоне выветривания, ибо случаи их выпадения из вадозных растворов или неизвестны, или, если они есть, то связаны с совершенно исключительными, редкими условиями. Это легко объясняется неизбежными взаимодействиями растворенных хлоридов железа с другими солями, в той или иной мере присутствующими в вадозиых растворах, хотя бы, например, с карбонатами щелочей.

2FeCl3 + 3Na2C03 — 6NaCl-fFe203 -f 3COa

 

В результате такой встречи, как мы видим, образуется коллоидная форма окиси железа; Fe203-nH20, частично остающаяся в состоянии золя, в большой же своей массе выпадающая в форме геля.

 

Необходимо, однако, принять во внимание, что в тех участках коры выветривания, где на более или менее продолжительное время устанавливается восстановительная среда (слабый приток кислорода, разложение органических остатков), возможно образование и карбоната железа—минерала, известного под названием сидерита FeCOe. И действительно, мы встречаем вадозные формы этого минерала, так же, как и примеси углекислого железа к природным карбонатам кальция и магния. Представляя собой соединение закиси железа и обладая подобно углекислому кальцию некоторой растворимостью в воде с растворенной в ней углекислотой, углекислое железо при окислении разрушается и опять-таки выпадает из раствора в форме гидроокиси.

 

Этим обусловливается и непрочность FeCOs в зоне выветривания и его незначительное распространение. Вадозный сидерит, в противоположность гидроокиси железа, отнюдь не является необходимым элементом цикла железа в коре выветривания, но громадные массы железа несомненно проходят стадию бикарбоната в растворе FeH(C03)3.

 

Что касается ювенильных сернистых соединений железа, то первой стадией их превращения является окисление и переход в сульфат железа, как, например:

FeS 4- 40 FeS04 или FeSa + 70 + На0 -> FeSO, -f HjSO*.

причем избыток серной кислоты, вступая во взаимодействие с другими солями щелочных или щелочно-земельных металлов (карбонаты, силикаты), образует рядом с железным другие сульфаты.

 

Вадозные сульфаты железа (железный купорос, быть может, некоторые разности железных квасцов), представляя формы закисного соединения железа и к тому же легко растворяясь в воде, являются еще менее стойкими в коре вывег- 122 ривания, чем карбонаты. Переходя в соли окиси железа и встречая неизбежное природных растворах катионы, способные к более прочной связи с SO/', они отдают ее другим металлам: Na, К, Са. Черезвычайно слабое распространение сульфатов железа в коре выветривания только подтверждает это свойство их. Все же эта форма играет не менее значительную роль, нежели карбонаты железа, так как, во-первых, через нее проходит довольно значительная часть железа, приходящая в кору выветривания в форме сернистых соединений, а, во-вторых, в это же состояние попадает иакоторая часть железа и иного происхождения. В самом деле, нам уже известно (§ 14), что одним из продуктов гниения белковых органических остатков является H2S. Действуя на соединения закиси железа, обычные для среды восстановительных процессов, оно образует новый вадозный коллоидальный минерал—гидротроилит FeSnHaO:

HaS + FeO — FeS+hLO.

 

Очевидно, что последующее окисление неизбежно приведет на некоторое время это сернистое железо в состояние сульфата. Аналогичные процессы выветривания, понятно, охватывают также мышьяковистые, сурьмянистые и проч. бескислородные соединения железа с тем иногда существенным различием, что стадия, соответствующая сульфатам, -благодаря чрезвычайной непрочности этих соединений (арсениты, арсенаты, антимониты) настолько сокращается, что уже в самом начале окисления железо выпадает в форме гидроокиси.1 Подобно гидротроилит у, в восстановительной среде под влиянием действия мышьяковистого водорода (AsH3) может образоваться вадозное мышьяковистое железо.2

 

Что касается силикатов, в которых железный силикат играет роль изоморфной примеси к магнезиальному, то о его выделении и распаде уже говорилось в связи с превращением форм кремнезема (§ 23). И в этом случае очевидно, что закись железа выпадает по окислении в форме гидроокиси,, одевающей бурой пленкой все выветривающиеся породы с более или менее значительным содержанием магнезиальных силикатов. Иначе, понятно, обстоит дело с железом алюмосиликатов, изоморфно примешанным к А1, и железом чистых феррисиликатов.

 

Для этих форм мы можем руководствоваться аналогиями с соответствующими алюмосиликатами, тем более, что природные разности их во многих случаях подтверждают эту аналогию. Так, например, среди вадозных минералов мы встречаем кристаллические разности кремне-железных кислот: железный каолинит HFe2Si2Oe-Н201 и хлоропал H2Fe2Si4-014, совершенно, как мы видим, аналогичные кремнеглиноземным кристаллическим кислотам каолинового строения: каолиниту и пирофиллиту (§ 26). Мы имеем основание и их рассматривать как „остаточные" феррисиликаты 1-й группы, т. е. имеющие в основе своего химического строения каолиновое ядро, в котором алюминий в большей или меньшей части замещён трехвалентным железом.

 

Очевидно, что в этих феррисиликатах железо с кремнеземом обладает более прочнбй связью, чем в других. Но как бы ни была она прочна, она все же, как и у каолинита (если не скорее), в конце концов разрушается и быть может в некоторых случаях также не без участия организмов (железобактерий). Что касается других феррисиликатов, то в них мы не имеем никакого основания допускать особенно прочную связь железа с кремнеземом. Их распад идет, повидимому, даже скорее, чем у соответствующих алюмосиликатов (группы мелилита, хлоритоидов и хлоритов). Таким образом, и в этих случаях в конце концов мы получаем гидроокись железа, хотя, как увидим ниже, свободное состояние ее нередко может быть ограничено до весьма краткого времени.

 

 

 

К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания

 

 

Последние добавления:

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы

 

Значение воды

 

Онежское озеро   Криогенез почв  

 

 Почвоведение - биология почвы

 

Происхождение и эволюция растений 

 

Биографии ботаников, биологов, медиков