رسها از نظر فیزیکی، ذراتی هستند که در محدوده قطری کوچکتر از 2 میکرون قرار دارند که از آنها رسهای سیلیکاتی معمولاً از کانیهای اولیه مانند فلدسپاتها، میکاها آمفیبول و پیروکسین تکامل می‌یابند. درباره تشکیل آنها عقاید متعددی ابراز شده که با اندک اختلافی در مطالب زیر منتشر کند:
الف: تجزیه و تغییر شکل فیزیکی کانیهای سیلیکاتی لایهای مانند میکاها فلدسپاتها آمفیبول وپیروکسین.
ب: تجریه شیمیایی کانیهای اولیه مخصوصاً فلدسپاتها همراه با ترکیب و تبلور مجد عنصر نهابی تجزیه( کریستالیزاسیون مجدد)
راجع به الف – سیلیکاتهای متورق با حفظ ساختمان و ترکیب اصلی خود تغییر ماهیت می‌دهند. بدین ترتیب که از بین طبقات داربست‌ها، یونهای آزاد شده و جای خود را به مولکولهای آب محتوی هیدروژن آزاد (H3O = هیدرونیوم) می‌دهند مثلاً در مورد موسکوویت که داربست کریستالی محکمی دارد وضع از این قرار است:
یونK موجود در فواصل لایه‌ها در اثر تجزیه بعدی جای خود را به یونهای H داده و خود بصورت آزاد در محلول خاک وارد میشود ساختمان کرستالی کانی جدید که همان رس ایلیت1 با کانی قبلی یعنی موسکوویت شباهت کامل داشته و فقط در بین لایه‌ها جای پتاس یونهای هیدروژن مستقر شده‌اند اگر به محیط مزبور که رسها تازه تشکیل یافته ایلیت در آن فراوان‌اند به مقدار کافی نمکهای محتوی پتاس اضافه شود پتاس می‌تواند در فواصل لایه‌ها مجدداً وارد شده و ترکیب محکمی را بوجود آورد در این شرایط پتاس دیکر قابل تبادل نبوده و بیشتر حالت تثبیت2 پیدا می‌کند.
روند تجزیه ارتوکلاس به رس دارای ترکیب شیمیایی ساده یعنی کائولینیت بدین نحو است:
پتاس آزاد شده در این فعل انفعال تخریب مبین این موضوع است که در اثر هوازدگی کانیهای اولیه در محیطهای متفاوت خاک عناصر شیمیائی( بسته به ترکیب سنگ ما در اولیه) در خاک برای تغذیه گیاه آزاد میشوند.
ملاحظه دقیق فرمول شیمیائی ساده‌ترین رسها معلوم می‌سازد که آنها ترکیبات ثانوی سیلیکتهای متورق آبدار آلومینیوم بوده و فرمل کلی آنها را می‌توان عبارت از دانست در ترکیب شیمیای انواع مختلف رسها نسبت:
متفاوت بوده و بین 2 و 7 متغیر است.
در شرایط آب و هوائی مختلف زمین و در ارتباط با زمان تشکیل رسهای متفاوتبی پدید آمده‌ان چنانکه در شرایط اقلیمی استوائی و نیمه استوائی مرطوب در خاکها رسهای کائولینیتی بیشتر تشکیل میگردد در صورتی که در شرایط نیمه مرطوب معتدل رسهای ایلیت و مونتمور یلونیت از نظر مقداری غلبه دارند. خاکهای لسی و همینطور خاکهای شور تحت تأثیر آب زیرزمینی اکثراً محتوی ایلیت فراوانی‌اند ایلیت از سنگ مادرهای دارای واکنش اسیدی بویژه گرانیت و دیوریت نیز بمقدار قابل توجهی در خاکها ایجاد میشود در حالیکه از تخریب سنگهای آذرین بازیک مانند بازالت کانیهای رسی مونتمور یلونیت و ورمی کولیت پدید می‌آیند.
از طرف دیگر در محیطهای متنوع تشکیل در اثر جابجائی یونهای شرکت کننده در ساختمان رسها ممکن است رسهای جدیدی تشکیل گردند چنانکه ایلیت در آب و هوای گرم و مرطوب با اندک تغییراتی می‌تواند به مونتموریلونیت و سپس کائولینیت تبدیل گردد(55,5 )
راجع به ب- در وضعیت کرستالیزاسیون مجدد ساختمان داربستهای کریستالی کانی اولیه بکلی متلاشی شده و عمل تخریب تا مرحله تشکیل مولکول و یوتن پیش می‌رود. در این ضمن مخصوصاً مقدار اکسیدهای و هیدروکسیدهای فلزی Al,Si در محیط افزایش می‌یابد.
از مولکولهای مزبور در اثر تبلور سنتری کانی رسی جدیدی بوجود می‌آید مراحل تشکیل رس از یونها فقط در شرایط قلیائی و خنثی امکان پذیر است زیرا یون Si از سیلیکا تها و Al از آلومینات‌ها می‌توانند همزمان در جوار همدیگر بصورت آزاد باشند و ترکیب سنتزی انجام دهند. در غیر این صورت به سبب انحلال متفاوت آنها در واکنش‌های مختلف مجاورت Al,Si بطور آزاد ممکن نیست(72 ). این ادعا را C.W.correns بامنحتی شکل (23) اثبات می‌کند.
ضمن اعمال سنتر از ترکیب مواد مذکور قبلاً کلوئیدهای ژلی سیلیکاتی آلومیینوم با نسبت کوچکتر ساخته شده و پس از گذشت سالیان متمادی و کهنه شدن کلوئیدهای مزبور تشکیل داربست های کریستالی داده و به کریستالهای کامل ثانوی تبدیل می گردند .
شکل (23) - قابلیت انحلال Si و Al و Fe در واکنش‌های مختلف
در این شرایط با وجود بازهای فراوان و بالا بودن pH ، رسهای سه لایه و در واکنش‌های پائین تر ، رسهای دولایه تشکیل می شوند ( ) .
ضمن فعل و انفعالات مذکور ، اکسیدهای آلومینیم ( ) و هیدروکسیدهای آهن ( ) به عنوان کلوئیدهای قلیائی ضعیف ، و اکسیدهای سیلیسیم محلول ( ) یا اسید سیلیسیک ، بعنوان کلوئیدهای اسیدی ضعیف انجام وظیفه می نمایند.
مراحل تجزیه مواد به مولکولها و یونها ، سبب افزایش مواد غذائی قابل دسترس گیاه در خاک شده ، سنتز آنها برعکس با کم شدن یونهای معدنی توام است . معمولاً در شرایط طبیعی ، اعمال سنتزوکریستالیزاسیون مواد بکندی صورت می گیرد .
از گروه های مختلف کانی های ثانوی ، رسهای سیلیکاتی حائز اهمیت اند .
در آب و هوای نیمه خشک و مرطوب قسمت اعظم رسها را رسهای سیلیکاتی تشکیل می‌دهند درصورتیکه شرایط گرم و استوائی مناسب برای تشکیل رسهای هیدورکسیدی هستند. در شرایط اخیر به علت وجود امکان تخریب‌های شدید و مداوم سیلیکاتها درخاک تامرحله مولکولی اکسیدی و هیدروکسیدی و یونی Mg,Fe,Al,Si وغیره تجزیه میشوند ار مواد نهایی تجزه در اثر فعل و انفعالات مخصوص سنتزی و از سنتزیونهای OH,Ca,Mg,Fe,Si,Al و غیره ممکن است رسهای هیدروکسیدی بوجود آیند.(8 )
ساختمان عمومی رسها:
بطوریکه قبلاَ نیز ذکر گردید رس بذراتی از خاک اطلاق میشود که با داشتن منشاء معدنی قطرهای کوچکتر از 002/0 میلیمتر داشته باشند. بدیهی است که در این محدوده درشتی که از 2 میکرون شروع و تا به مرحله مولکولی و یونی ختم میشود چه قطر ذرات مختلفی قرار می‌گیرند بعنوان مثال قطر یونی یک اتم اکسیژن 64/2 آنگستروم1 است.)
رسهای ثانوی قبل از مجاورت با آب ساختمان بلوری ثابت داشته و پس از جذب آب متسع و خاصیت کلوئیدی پیدا می‌کند در این حال قادرند سایر اجزاء و قطعات موجود در خاک را احاطه کرده و سپس بهم بچسبانند.
عناصر شیمیایی تشکیل دهنده رسها که بصورت ردیفهای منظم توسط همدیگر نگهداری و ترکیب میشوند مجموعاً داربستهای کریستالی را بوجود می‌آورند که در آنها یونهای کوچک مانند Al,Si توسط یونهای درشت OH و O بصورت واحد اندازه‌گیری طول و معادل میلیمتر است.
واحدهای ساختمانی چهار وجهی احاطه شده‌اند در چهار وجهی‌ها اتمهای O درزوایا و Si در مراکز قرار گرفته و با ایجاد واحد چهار بار منفی اضافی دارند که توسط ارتباط ترکیبی با سایر واحدها خنثی میگردند در واحد ساختمانی دیگر یعنی هشت وجهی‌ها نیز کاتیون Al وگاهی بجای آن Fe,Mg در مرکز یونهای o و OH در زوایا واقع شده‌اند و ارتباط ترکیبی دو چهار وجهی با هم بوسیله یک پل اکسیژنی بوده و دو هشت وجهی در یک وجه کامل توسط سه اکسیژن با OH از پهلو با هم ارتباط ترکیبی دارند یک کانی رسی از اجتماع ترکیبی منظم دو نوع واحد ساختمانی مذکور تشکیل شده است در انواع مختلف رسها یونهای دیگری مانند Fe,Mg و غیره بجای بعضی از آلومینیوم ها و سیلیسیم‌ها نشسته‌اند.
در مشاهدات میکروسکوپ الکترونی و به کمک طیف اشعه‌های مختلف و سایر روشهای تجزیه مشابه در هر ذره اکثر فرمهای مطبق نامنظم با شش وجهی مطبق دارند سه نوع سطح مشاهده میشود:
1 سطوح خارجی 2- سطوح درونی 3- سطوح کناری
مطابق شکل زیر:
شکل 24 نمایش سطوح مختلف یک ذره رسی
یک ذره رسی ممکن است چندین لایه چهار وجهی و هشت وجهی داشته باشند چنانکه در حدود درشتی هر ذره رسی معمولاَ 10 الی 20 لایه تشخیص داده میشوند.
موقع تجزیه رس با اجزاء کوچکتر لبه‌های شکسته‌ای ایجاد میشوند( ایجاد سطوح کناری) به این شکستگی ممکن است بین اتمهای ترکیبی هر واحد ساختمانی و یا بین دو واحد ساختمانی مختلف باشد در هر دو صورت تعادل ظرفیتی اتمهای کناری لبه‌های بهم خورده و مقداری از بارهای منفی و مثبت یونهای داربست کریستالی آزاد می‌مانند مطابق شکل(25).در هر نوع کانی رس واحدهای ساختمانی مختلف رویهم یک لایه کرستالی رس را وجود می‌آورند اختلاف در ضخامت لایه‌ها و فاصله آنها از همدیگر بروش‌های مختلف چشمی( میکروسکوپ الکترونی)و تجزیه حرارتی و حرارتی1 در مجاورت آب قابل تشخیص است وجه تمایز مناسی برای شناسایی انواع رسها محسوب میشوند.
شکل 25 نمایش لبه‌های شکسته یک ذره رسی
انواع رسها
رسها بر حسب خواص متعددی که در ضمن تجریه‌های کامل معلوم میگردد به گروههای زیر تقسیم میشوند:
الف: گروه کائولینیت
خود کائولینیت از مهمترین رس این گروه اسن که قسمت اعظم کائولین( خاک سرامیک) را تشکیل می‌دهد مقدار آن در خاکهای خنثی و قلیائی مناطق خشک و نیمه خشک و در خاکهای نواحی مرطوب و زمینهای اسیدی بیشتر است. جائیکه این رس فراوان یافت میشود ، رسهای بی‌شکل ( آلوفان‌ها) نیز مشاهده میگردند(32). در کائولینیت هر ردیف چهار وجهی سیلیس و هشت وجهی آلومینیوم مستقیماً توسط پلهای اکسیژنی با همدیگر در ارتباتط ترکیبی بوده و پس از یک فاصله کم بین لایهای لایه‌های بعدی با همان ردیف ادامه می‌یابند.
بنابه مطالب فوق کائولینیت نسبت چهار جهی‌های سبیلیس به هشت وجهی‌های آلومینیوم مساوی یک است یعنی رس:
تترائدر
و یا 1:1 است.
اکتائدر
ضخامت هر لایه با فاصله مربوطه 2/7 آنگستروم میباشد با فاصله کم بین لایهای فقط یونهای هیدروژن می‌توانند بین لایه‌ها جایگزین گردند. در این فواصل قابلیت جذب و نگهداری برای سایر گاتیونها وجود ندارد بطور کلی این رس غیر قابل اتساع بوده و دارای قدرت جذب کاتیونی ناچیزی است بعلاوه ذرات خیلی ریز آن فقط در لبه‌های شکسته کناری حامل بارهای منفی می‌باشند.
یکی دیگر از نماینده‌های این گروه به هالویزیت مشهور ایت که شباهت زیادی به کائولینیت هیدراته شده دارد در فاصله لایه‌های آن مولکولهای آب نفوذ کرده و نگهداری می شوند در نتیجه این عمل بر ضخامت لایه‌ها و فواصل آنها افزوده شده و در هالویزیت به 10 آنگستروم می‌رسد .(32,55 )
در بعضی از خاکهای کائولینیت همراه هالوییت با سایر کانیهای رسی مخلوط است. در خاکهای پدزولی قزمز میزان رسهی کائولینینی بررسهای گروه دیگر غلبه دارد.
ب- گروه مونتمور یلوینت 3
این رسها در هر لایه خود سه ردیف واحد ساختمانی منظم دارند که از آنها دو ردیف سیلیسی ازدو طرف یک ردیف آلومینیومی را احاطه و رسهای نوع 2:1 را بوجود می‌آورند ضخامت یک لایه با فاصله بین لایهای مربوطه بطور متوسط آنگستروم است که پس از جذب آب و کاتیونهای درش دارای پوشش ابی ضخیم می‌تواند تا 30 آنگستروم افزایش یابد. تورم شدید لایه‌های ای رسها به سبب ترکیب نامحکم لایه‌های همجوار با یکدیگر و نیز بعلت وجود بارهای منفی آزاد و فراوان در سطوح داخلی( بین لایهای) است که قابلیت جذب و نگهداری کاتیونهای محلول و آزاد در فاز مایع خاک را ممکن می‌سازد.
شکل (26) - ترکیب شیمیائی رس کائولینیت
درخاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک در جوار سایر انواع رسها رسهای مونتموریلونیت نیز بمقدار قابل توجه مشاهده میشوند دراین خاکها به رسهای مذکور نامهای دیگری مانند رسهای کلسیم و منیزیم و رسهای سدیم نیز اطلاق میشود.
در خاکهایی که زهکش بد داشته و یونهای سدیم در جوار سایر کاتیونهای قلیائی محیط بمقدار کافی موجود است نیز رسهای مونتموریلونیتی تشکیل میشوند.
(66)Russel,j. عقیده دارد که خاکهای اغلب نواحی کره زمین محتوی رسهای کلسیمی‌اند در صورتیکه رسهای سدیم در خاکهای ساحلی دریاها و زمینهائی که ار ازمنه گذشته مدت مدیدی تحت تأثیر آب دریا قرار داشته و امروزه نیز در شرایط آب و هوانی خشک و نیمه خشک قرار دارند باعث میشوند و بسته به میزان سدیمی که در ساختمان ترکیبی آنها بکار رفته محدودیتهای رویش گیاهی کم و بیش درخاکهای بوجود آمده و در شرایط ویژه نیز به تشکیل خاکهای شور و قلیائی کمک کرده‌اند.
رسهای گروه مونتموریلونیت به دو نوع دواکتائدری و سه اکتائدری تقسیم میشوند که خود رس مونتموریلونیت از نوع دو اکتائدری است.
بطوریکه قبلاً نیز تا حدودی اشاره گردید در ساختمان رسهای مونتموریلونیتی کاتیونهای دو ظرفیتی مانند Ca,Fe,Mg نیز بعنوان اتم مرکزی اکتائدرها شرکت می‌کنند که گاهی بجای کاتیون سه ظرفیتی Al در هشت وجهی‌ها جانشین میشوند همچنین ممکن است در برخی چهار وجهی‌ها بجای کاتیون Si چهار ظرفیتی،Al سه ظرفیتی تشیل دهندة اتم مرکزی تترائردر باشندو نگهداری ترکیبی بین دو لایه در این رسها عیناً مانند کائولینیت‌ها توسط نیروهای جذبی بین مولکولی صورت می‌گیرد.
در صورتیکه درهر سه هشت وجهی مجاور هم یک رس اتم مرکزی بدون وقفه وحود داشته باشد آنرا رس سه اکتائدری می‌نامند( ورمی‌کولیت1 وکلریت2) که در اینصورت هر سه کاتیون از نوع دو ظرفیتی بوده و در واقع بجای دو اتم آلومینیوم نشسته‌اند ولی اگر از هر سه هشت وجهی مجاور یکی فاقد اتم کاتیونی مرکزی باشد آن رس بدو اکتائدری مرسوم است( مونتموریلونیت) . برای تجسم بهتر موارد فوق باشکال(27) و (29) هدایت میشود:
ج- گروه ایلیت3
میکایاگلمیر از سیلیکاتهای متورق است که با انواع مشهور خود یعنی بیونیت( سه اکتائدری) و موسکوویت( دواکتائدری) در فراکسیون‌های سنگریزه شن و سیلیت اکثر خاکها بوفور یافت میشود. در اثر هیدورلیز سایر انواع تجزیه‌های ممکن میکاها به مرور زمان ممکن است میکاهای هیدراته ( شبه ایلیت) تشکیل شوند.
شکل (27) - ساختمان مونتموریلونیت
Jackson.S,B. و همکاران وی( درج در 55,25 ) عقیده دارند که ایلیت‌ها همان میکاهای با داربست کریستالی مشابه‌اند که ممکن است دواکتائدری ( از منشاء اولیه موسکوویت) و یا سه اکتائدری( از منشاء بیوتیت) باشند. ایلیت‌های نوع دیگر نیز ممکن است درخاکها یافت شوند که منشاء میکائی نداشته و فقط شبیه میکاها می‌باشند.
رس ایلیت از نظر ساختمان جزو رسهای سه لایه( 2:1) و از این لحاظ مانند مونتموریلونیت است. ضخامت لایه با فاصله مربوطه کمتر از مونتمویلونیت و حدود 10 آنگستروم است که قابلیت اتساع ندارد. در ایلیت بعضی از Si های تترائدری توسط Al تعویض شده و پس از این جانشینی بارهای منفی اضافی از اکسیژن آزاد می‌ماند اجتماع بارهای اضافی مزبور کلاً به سطوح این رس بارگیری منفی می‌دهد. از طرف دیگر دراکثر انواع ایلیت‌ها بارهای منفی بین لایهای عملاَ با جذب شدید یونهای پتاس متعادل گشته‌اند. تدریجاَ و در اثر تخریب‌های بعدی یونهای k ازترکیب مزبر سست شده و حای خود را به یونهای H هیدورنیوم(H3O ) داده و پتاس در محلول خاک آزاد میگردد در این حالت ایلیت استحکام خود را از دست داده و فاصله بین لایه‌های آن قابلیت اتساع پیدا می‌کند.
رس ایلیت منشاء یکی از مواد غذایی مهم گیاه یعنی پتاس به شمار می‌رود. در خاکهای مناطق مرطوب که ایلیت معمولاَ از فراوانترین کانیهای رسی است در ادامه تخریب می‌تواند همه یونهای K خود را تحویل زمین بدهد(11 ). کانیهای موسکوویت و بیوتیت نیز تا حدودی در دسترس قرار دادن K به گیاه مؤثرند: ولی به علت کمی نسبی سطوح قابل تجزیه( درش بودن ذرات آنها) مقدار پتاس آزاد شده نمی‌توانند قابل توجه باشد. در این وضعیت عیناَ مشابه کانیهای میکا لایه‌های مجاور هم توسط یونهای K با یکدیگر اتصال ترکیبی دارند.
در شرایطی که بطور ثانوی یونهای پتاسیم آزاد حذب بارهای موجود در فواصل بین لایهای گردند رس ایلیت ساختمان محکم‌تر پیدا کرده و پتاس جذب شده نیز بصورت ترکیب مقاوم و ثابتی در محل باقی می‌ماند. در این صورت پتاس قابل تجزیه بعدی نبوده و در ساختمان رس تثبیت میگردد. معمولاَ به منظور اشباع کامل خاکهای حاوی ایلیت‌های قابل اتساع و تثبیت کند پتاس، مقادیر فراوان کودهای پتاسه لازم است که می‌توان رقم بزرگ 3000 کیلوگرم K در هکتار را یادآوری نمود. این نوع خاکها استعداد تثبیت کاتیون را نیز که از نظر قطر اتمی مشابه K میباشد دارا میباشد.
شکل (28) ترکیب شیمیایی ایلیت‌ها
رسهای ایلیتی در اکثر خاکها بمقادیر فراوان یافت میشوند آب و هوای معتدل در شرایط خاکهای آهکی و اسیدی ضعیف ار مناسب‌ترین شرایط محلی تشکیل رسهای ایلیتی بشمار می‌رود.
د:ورمی کولیت:
در خاکهای ورمی‌کولیت به مقدار زیاد وجود دارد این کانی ثانوی از رسهای 2:1 بوده و اکثراَ از منشاء بیوتیت( سه اکتائدری) و گاهی موسکوویت( دو اکتائدری)بوجود می‌آید.
ضخامت لایه و. فاصله بین لایهای با هم حدود 14 آنگستروم است. درفاصله بین لایهای این رس معمولاَ دو ردیف مولکولی آب جذب و نگهداری میشوند ضخامت طبقه آبی بستگی نزدیک با کاتیون جذب شده در سطوح داخلی( قطر و درجه هیدروتاسیون کاتیون مزبور) دارد. معمولاَ قابلیت اتساع ورمی‌کولیت کمتر از مونتموریلونیت ولی قدرت جذب کاتیونی آن بیشتر است. به علت جانشینی ایزومورف1 درتترائدرها بارهای منفی فراوانی تولید میشوند( مراجعه شود به منشاء بارهای منفی) مقایسه آن با ایلیت این تفاوت را آشکارمی‌سازد که دروومی‌کولیت بطور طبیعی یونهای K کمتر و در عوض کاتیون Mg بیشتر است که در فواصل بین لایهای جذب و نگهداری میشوند استقرار Mg در نقاط مزبور ضمن تخریب‌های بعدی بیوتیت ممکن گشته و بر عکس پتاس در میکاها منیزیم ورمی‌کولیت قابل تبادل است.(8,5 ) اگر Mg توسط k یا NH4 استخلاف گردد ضخامت دولایه به 10 آنگستروم تقلیل می‌یابد(77 ). گاهی ممکن است در اثر از بین رفتن یونهای K بین لایهای در ایلیت‌ها و جانشینی آن با Mg رسهای ورمی کولیتی تشکیل گردند که همزمان به انبساط رس به بارهای الکتریکی منفی آن نیز افزوده میشود.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 41 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله کانیهای ثانوی