Proces wietrzenia tatrzańskich skał górno-triasowych i minerały ilaste gleb na tym podłożu wytworzone

M ineralogy

TOMASZ KOMORNICKI, BOLESŁAW ADAMCZYK, JÓZEF JAKUBIEC JAN K U BISZ1, KRYSTYNA OLEKSYNOWA, JÓZEF TOKAJ

THE PRO CESS O F W EA TH ER IN G O F U P P E R TR IA SSIC ROCKS

IN THE TA TRA MTS. AND THE CLAY M IN ERA LS

FORM ED TH EREFROM

D epartm ent of Soil Science, College of Agriculture, K raków

The u p p e r T riassic (K euper) rocks in th e m o u n ta in fo rest zone of th e

T a tra M ts. a re u su a lly rich in clay; as th e a u th o rs w ished to s tu d y th e

fo rm atio n of clay m in e rals in m o u n ta in conditions, as th is seem ed to

facilitate a com parison b e tw e en th e m in e ral com position of th e soil and

th a t of th e p a re n t rock. A tran sien ce of unch ang ed clay m a tte r fro m rock

to soil is called “in h e rita n c e ” b y M i 11 о t [4]; of course, th e re also m ay

occur n eoform ation of clay o r o th e r tra n sfo rm atio n s.

T he K e u p e r rocks in qu estio n a re m o st o fte n re p re se n te d by clay-

stones (or m udstones), u su a lly red, as w ell as lig h t-co lo u red sandstones

o r q u a rtz itic sandstones. T he p a re n t rocks m en tio n ed have been de­

scribed by

K u ź n i a r

[3] and

T u r n a u - M o r a w s k a

[8]. The

a u th o rs of th e p re se n t p ap er ex am in ed m icroscopic slides m ade fro m rock

sam ples and co rro b o rated th e findings of b o th m en tio n ed scientists

(especially th e latte r). T he chem ical analysis of th e colloidal fractio ns

se p ara te d from th e p a re n t rocks are given an d discussed in a la te r ch ap ter.

It is enough to m en tio n h e re th a t both kinds of rocks contain q u a rtz an d

a little felsp ars (2— 3%.) in th e coarser fraction, and m icas, sericite, and

calcite or dolom ite in th e fin e r fractions.

A fte r p re lim in a ry ex am inatio n s o n ly tw o profiles of soils w ere chosen

for f u rth e r stu d y . The choice w as m ade so th a t

1) th e pro file situ a tio n should m inim ise th e effects of erosion or

d elu v iu m accum ulation,

2) th e p a re n t rock should be uniform .

It should be m en tion ed th a t th e re d claystone or shale o fte n ap p ears

m ixed w ith th e sand sto n e an d vice-versa. The tw o soils w ere found on

1 Academ y of Mines and Foundries, Kraków.

G rzybow iec P ass (altitu d e a b o u t 1300 m etres); th is a d d itio n ally en su red

u n ifo rm en v iro n m en ta l conditions, clim atic as w ell as phytocenotic.

Soil p ro file I w as form ed fro m sandstone; it w as r a th e r shallow , p eaty ,

a n d v e ry acid. It w as classified as a slig h tly podsolised soil u n d e r 40 to

60-year-old spru ce forest. Soil p ro file II w as fo rm ed fro m re d claystone;

it w as d eeper, alth o u g h th e ro o ts o n ly re a c h e d 40 cm, acid dow n to

105 cm.; it w as classified as an acid b ro w n soil u n d e r 10 to 20-year-old

sp ruce forest. Som e a n aly tical d a ta a re g iven in Tab. 1.

T a b l e 1 Some p h y sica l and chemical p ro p erties of the examined s o i l s

Horizon cm

Mechanical com position Apercent)

p a r tic le s iz e in mm. Organic substance % PH (H20) stones > 1 fin e earth - 100% 1 -0 ,1 0 ,1 -0 ,0 2 below_0,02 below 0,002 p r o f ile I ^oo ^-2 - spruce l i t t e r

_

_

_

S a m p l e

p r e p a r a t i o n .

T he colloidal fractio n su b m itte d to

closer in v estig atio n was e x tra c te d fro m th e soil sam ples b y sed im en tatio n

of soil suspension w ith a tra c e of am m onia for b e tte r dispersion; 20 cm.

of th e suspension w ere decanted a fte r 24 hours, p a rticle size th u s c o rre ­

sponding to less th a n 1.6 m icrons. This d ecan tate w as d ried on th e steam

b a th and g ro u n d to pass a 0.2 m m . sieve.

Sam ples of th e p a re n t rock w ere tre a te d in th e sam e m an n e r; th e

claystone w as sim ply sh a k en in w a te r a fte r m echanical com m inution and

sed im en ted as described above. The san dstone w as gro u n d a t first, coar­

ser sand grains being sieved off. H ow ever, th e sam ple contained too m uch

q u a rtz and a d iffe re n t tech n iq u e w as used: ab o u t 0.5 kg. of stones from

th e last soil horizon w e re g ro u n d to fo rm a 2— 4 m m . gravel, m ix ed w ith

w a te r and revolved fo r sev eral h o u rs in th e c o n tain er of a ball m ill w ith

th e balls ta k e n out; th e obtain ed suspension w as sed im en ted as before.

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 355

T he chem ical analyses w ere m ade on crude sam ples of th e colloidal

fraction . F o r th e rm a l a n d X -ray -a n a ly sis th e sam ples had to be p u rifie d b y

tre a tin g on th e steam b a th w ith 6— 12ю/о h yd ro g en pero xid e u n til no

f u rth e r discolouring took place, an d c e n trifu g e d w ith p o rtio ns of w a te r

to rem ove salts fo rm ed d u rin g h um u s oxidation. Som e of th e sam ples

c o n tain ed carbonates; th ese w ere a d d itio n ally tre a te d du rin g 24 ho u rs

w ith cold lVo acetic acid and s tirre d fro m tim e to tim e (100 m l. of acid

p e r g ram m e of colloid). It w as a scertain ed th a t w hile th e carb o n ate w as

destroyed, th e clay w as n o t dam aged. R ep eated d é can tatio n a fte r c e n tri­

fuging serv ed to rem o ve calcium o r m agnesium acetates. The sam ples

th u s w ash ed w ere dried and g ro u nd as above.

T a b l e 2 Chemical com position of the c o llo id a l fr a c tio n s in percent

(before hydrogen peroxide and a c e tic acid treatment)

Horizon cm Sample \ I r . C onstituents P r o file I P r o file II 2-10 1-1 10-17 1-2 17-50 1-3 50 1-4 2-4 I I - l 4-20 11-2 20-40 I I-3 40-70 I I -4 70-105 II-5 105-154 II-6

In solu ble in hot hydrochloric acid (1:1) a fte r 24 hours

S i0 2 2.20 28.10 31.20 36.73 9.74 26.12 3 0 .7Э 24.49 27.75 29.60

a12°3 1.93 6.94 11.20 14.10 2.15 1.18 3.18 3.00 1.95 1.75

UgO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.10

X20 0 0 0 4 .3 1 0 0 0 0 0 0

Soluble in hot hydrochloric acid (1 :1 ) a fte r 24 hours

SiÛ2 3.41 26.49 19.92 11.85 28.01 20.40 13.85 17.65 18.45 17.50 Ti02 0.15 0.16 0.15 0 0.54 0.50 0 .4 6 0.36 О.З6 0.36 a12°3 0.44 12.54 9.50 9.20 17.38 21.50 17.75 21.64 16.88 9.47 0,68 4.70 4 .25 5-50 6.55 7.85 8.25 6.75 11.25 8.25 p2o3 0 0 0 0 0.12 0.03 0 .0 4 0.10 0 .10 0.11 MnO 0 0 0 0 0‘. 05 0 0 0 0 0 CaO 0.76 0.45 0.75 0.88 0 0.13 0.25 1.00 1.25 8.25 UgO 1.01 2.17 1.13 0.75 5 .12 2.45 1.25 2.25 2.87 6.12 K20 0.49 2.76 1.24 2.75 2.22 2.24 3.18 5 . 6О 4 .49 3.88 Na20 0.43 0.33 0.57 0.83 0 .61 0.60 0.88 1.35 0 .50 Ś1. so3 0.69 0.57 2.32 0.70 1.09 1.11 0 .69 2.19 3.24 0.88 CvJ О О 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11.24 -н 2о 10.46 2.14 2.85 1.03 3.45 3.31 2.50 2.50 3.26 0 .7 9 +н2о 8.98 8.46 13.31 9.57 8.20 0.84 Humus 77.18 12.14 15.21 11.55 13.91 3.23 4 .36 2.17 2.04 0.44 Total 99.83 99.49 100.29 100.20 99.90 100.00 IOO.69 100.62 100.23 99.58 23’

M e t h o d s

o f

a n a l y s i s .

T he chem ical analyses w ere m ade

se p a ra te ly for th e acid-insoluble and th e acid-soluble fractions. 1 g. of

colloid was tre a te d w ith 100 m l. of h y d roch loric acid (diluted 1 : 1) for

24 hours on th e steam b a th . A fte r filte rin g and w ashing w ith h o t w a te r

u n til free of Cl ions, th e insoluble re s t w as boiled fo r 30 m in. in 50 m l.

of 5% sodium carb o n ate solution (to solve th e soluble silica p rec ip ita te d

d u rin g acid tre a tm e n t), and th e n filte re d and w ashed w ith ho t w a te r

un til fre e of N a ions. The insoluble re s t w as ignited, w eighed, an d fused

w ith sodium carb onate, chem ical an alysis follow ing. T he re su lts are

given in Tab. 2.

D iffe ren tia l th e rm a l analysis w as m ade on a p p a ra tu s c o n stru c te d by

L. Stoch (A cadem y of M ining and F oundries, K raków ). H eating r a te w as

ab o u t 10°C. p er m in u te, th e sam ples w eighing ab o u t 0,8 g. each. T he

DTA curves are re p re s e n te d on Figs. 1 an d 2.

Fig. 1. DTA curves for clay fraction from profile I (on sandstone). Curve 1—4 clay fraction from parent rock

T he X -ra y in v estig atio n w as m ade by th e D e b y e -S c h errer-H u ll m e­

thod in cy lind rical cam eras m easu rin g 114,8 m m . in d iam e te r (cam eras

m ade by th e D e p a rtm e n t of M ineralogy and P e tro g ra p h y , A cadem y of

M ines and F oundries, K raków ). T he rad ia tio n used w as m onochrom atic

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 357

Fig. 2. DTA curves for clay fraction from profile II (on claystone). Curves 11—6 — clay fraction from parent rock, upper curve after acid treatm ent, low er curve before

(filtered)) F e K a = 1.93598 Â, a n d Cu К а = 1.54050 Â. The p rep a ra tio n s

w ere m ade into cy lind ers less th a n 0.3 m m . in d iam eter fixed w ith celluloid.

T he c ry sta llin e phases contained in th e p u rifie d sam ples of colloidal

fra c tio n w ere id en tified by calcu latin g d istances m ea su red and b y com ­

p ariso n w ith a p p ro p riate sta n d a rd s. As th e basal reflex es of th e firs t

o rd e r for clay m in erals w ere not w ell visible on th e film s, additional

m ea su rem e n ts w ere m ade by th e sem i-focussing B rag g -B ren tan o m eth o d

fro m fla t p rep aratio n s, for th e low -angle ran g e (0 = 3— 10°). The o b tain ed

d a ta a re n ot p rese n ted in detail here, b u t discussed below .

R e s u l t s a n d d i s c u s s i o n . A n ex am in atio n of th e DTA curves

allow s folloving conclusions: illite, m ontm orillonite, an d k ao linite are

c e rta in ly p resen t. A d m ix tu re s of u n -o x y d ate d organic su bstance give

stro n g ex o th erm ic effects a t 200— 600°C. low ering th e second en d o therm ie

effect of th e clay m in erals. T he c u rv e for sam ple “11-6 n a tu r a l” (colloid

from p a re n t rock II before rem oving carbonates) shows stro n g e n d o th e r­

m ie effects of dolom ite decom position.

The b ack g ro u n d of alm o st all X -ra y film s is d istin ct w hile th e

d iffra c tio n lines a re w eak and diffuse; th is m ad e an e x a c t d e te rm in a tio n

of th e clay m in e rals im possible. T h erefo re th e nam es “illite ” , “k a o lin ite ” ,

or “m o n tm o rillo n ite ” used h ere should be u n dersto od as ap p ro x im ativ e

gro u p nam es, b u t n o t as a re s u lt of id en tifica tio n of a d efin ite m em b er

of th e series th u s nam ed. O nly th e illite group m in e rals w hich p rev ail

in all sam ples give a fu ll series of basal re fle x e s (001) an d a d istin ct line

(060). A gain, kaolin ite an d m o n tm o rillo n ite could be id en tified o n ly by

th e firs t o rd e r basal re fle x d00i = 7,15 Â and 14,5 Â, resp ectiv ely .

T he b lu rrin g of th e re fle x d = 10 A to w ard s th e low er angles shows

th e presence of w a te r b etw e en illite layers; it m ay also indicate th e

in te r-la y e rin g of illite an d m o n tm o rillo n ite sheets, occu rrin g w h en m icas

change into m o n tm o rillo n ite (or kaolinite) ov er th e illite stage, as fo un d

b y S t o c h [7] in w e a th erin g conditions causing loss of potassium .

It m u st be b orne in m in d th a t th e estim ations of q u a n titie s m ade

below are v e ry ro u g h and d esignate th e com position of c ry sta llin e phases

only, n o t th e w hole sam ple. Sym bols used: l it — illite, M m t — m on tm o­

rillo n ite, K n t — kaolinite, Q — q u a rtz . T he m in eral com position of th e

colloidal fraction s m ay be su m m arised as follows:

P r o f i l e I

1-1

(2— 10 cm.): chiefly lit w ith traces of K nt, sm all am ounts of

M m t (probably in te rla y e re d w ith lit), 10— 15% Q.

1-2

(10— 17 cm.): chiefly lit, less th a n 10% M m t, K n t and Q less

th a n 5% each.

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 359

I-4

(p are n t ro ck a t 50 cm.): ch iefly l it (ca 60%) w ith 20% each of

M m t an d K n t; no o rtho clase (if any p rese n t, less th a n 3% ).

T h ere seem s to be no re g u la rity in lit d istrib u tio n in th e p rofile

(m ax im u m c o n te n t in sam ple 1-2). K n t im p e rce p tib ly increases w ith

dep th , w hile M m t decreases; excep tio n — sam ple 1-4.

P r o f i l e II (the estim ated am o u n ts of c ry sta llin e phases m ay be

less th a n those in profile I, p e rh a p s b y one half)

I I - l

(2— 4 cm.): chiefly l i t (ca 50%), som ew hat 'less M m t an d K n t

(ca 20% each), ca 5% Q.

II-2

(4— 20 cm.): as sam ple II- l, w ith Q less th a n 5%.

II-3

(20— 40 cm.|): as sam ple I I- l, w ith 5— 10% Q.

II-4 (40— 70 cm.l): as sam ple II-2.

II-5

(70— 105 cm.): as sam ple II-2, sm all am o u n t of dolom ite.

II-6

(p are n t ro ck ab o u t 150 cm.): a fte r rem o v al of dolom ite l it p re ­

vails (ca 60%), M m t an d K n t ab o u t 20% each; no hy d ro u s a lu ­

m ina discernible.

T he co n ten t in M m t seem s to gro w w ith d ep th dow n to 70 cm. The

p rev alen ce of l it o v er o th e r co n stitu e n ts seem s less th a n in p ro file I.

T he co m parison of th ese re s u lts w ith th e d a ta fro m chem ical a n a ­

lysis as w ell as calculatio ns m ade th e re fro m allow th e follow ing conclu­

sions or rem a rk s:

1. I t is n o t q u ite easy to in te r p re t th e chem ical analyses. E lem en tal

chem ical an alyses of th e fine e a rth (as m ade som etim es) an d calculations

an d assum ptions based on th e m hav e th e d raw back of reck oning w ith

v a ry in g and u n k n o w n q u a n titie s of q u a rtz and n on -clay m inerals. T h e re ­

fore th e clay m in erals m ay be co n c en tra te d b y sed im en tatio n of th e

colloidal fractio n to o b v iate th e d ifficulty; it is tru e th a t som e segreg ation

of th e clay m in e rals u su a lly occurs (as found e.g. by G o r b u n o v [1]

or K o m o r n i c k i [2]) and th e fin e r fractio n s becom e ric h e r in m o n t-

m o rillo n ite; anyw ay, q u a rtz is “re p re sse d ” n e a rly com pletely. A f u rth e r

possib ility to gain in sig h t into th e clay m in e ral com position is offered

by th e analysis of acid e x tra cts. T he chem ical fra c tio n a tio n into an

insoluble an d a soluble fra c tio n is n o t alw ays as d istin ct as should be —

m o n tm o rillo n ite dissolves m o re or less com pletely, k aolinite n e a rly not

a t all, illite (after P a s k a nd D a v i e s [5]) up to 10% of its alum ina.

Som e d raw b acks a re — in th e opinion of th e w rite rs — b alanced by th e

fact th a t th e re is a t all a p ossibility to o b tain fractions, an d th is allow s

a so m ew h at b e tte r in te rp re ta tio n of th e re s u lts (see below , p a ra g ra p h 4).

2. T he silica (acid-insoluble fraction) belongs to q u a rtz an d p ro bab ly

illite (orthoclase is n o t p resen t, k ao lin ite is too scarce to account for all

of it)). T he p rev alen ce of illite in all sam ples is in accord w ith chem ical

analysis and w ith th e findings of T u r n a u - M o r a w s k a [8], who

not o nly ascertain ed th e p resen ce of m icas and sericite in both th e clays-

tone and sandstone, b u t also ascribes th e re d colour of th e claystone

(after R o b b [6]) to th e fo rm atio n of illite an d h a e m a tite d u rin g th e

w e a th erin g of biotite, even d u rin g diagenesis. T he presence of te r r a rossa

assum ed by K u ź n i a r [3] fro m th e so lu b ility of th e alum ina in 10%

acetic acid is not th e only e x p la n a tio n possible; m oreover, th e assum ption

can no t sta n d as no h y d ro u s alu m in a could be found by X -ray s or DTA.

The presence of m o n tm o rillo n ite and kaolinite is not co n trad icted by

Tab. 2.

3. The a lre ad y m en tio n ed b lu rrin g of d iffractio n lines ind icates th e

presence of an am orphous phase an d a w eak ly cry sta llin e s tru c tu re of

some clay m in erals. T h erefo re one of th e firs t questions — is th e soil

clay “in h e rite d ” fro m th e p a re n t rock o r fo rm ed anew ? — m ay be a n ­

sw ered: in th e ex am in ed p rim itiv e soils both processes p ro b ab ly occur.

The m in e ral com position of th e colloidal fra c tio n of b oth p a re n t rocks

is sim ilar (60% illite, 20% each of m o n tm o rillo n ite and k ao linite in th e

c ry sta llin e phase) and th a t of th e soils m o re or less so; how ever, in th e

u p p e r horizons am orphous o r p oorly cry stallized m in erals ap pear. This

is e ith e r th e d e stru c tiv e effect of a v e ry acid soil rea c tio n or a n eo fo r­

m atio n of clay m in erals. T he firs t p o ssibility m akes it som ew hat su rp risin g

to fin d prev alen ce of m o n tm o rillo n ite in p rofile I, as k aolinite is m o re

acid -resistan t; th e second possibility is in accord w ith th e w e a th erin g

' sequence assum ed by S t о c h [7] m en tioned above.

4. T he a u th o rs a tte m p te d to stu d y th e process of clay decom position

o r th e w a n d erin g of some soil c o n stitu en ts in th e profile by calculating

th e so-called U coefficients (i.e. com paring m o lecular ratio s of neighb o u­

rin g horizons); th e m o lecular ratio s are listed in Tab. 3. To m ak e th e r e ­

su lts com parable w ith those of some o th e r a u th o rs th e ratios for ele­

m en ta l analysis w ere also given.

T he U coefficients for A 0 : А г and A 2B : С in profile I d istin ctly show

a tra n s p o rt of sesquioxydes (w hile th a t fo r A x : A 2B is m ore or less n e u ­

tra l; th e acid-soluble fractio n w ould th u s tell of sesquioxyde w an d erin g

from top to bottom . The elem en tal analysis, how ever, m akes exception

fo r A 0 : А г. In profile II th e U coefficients for A x : А гВ and A ^ B ) : (B)

in d icate th e m o b ility of sesquioxydes w hile th e n e x t th re e show e ith e r

an in crease of silica or a decrease of sesquioxyde co n ten t dow nw ards

(soluble fraction). Again, th e elem en tal analysis gives th e tw o' fo rm e r

coefficients m ore or less equal 1 (no tra n sp o rt); th a t for (B) : (B)C shows

sesquioxyde w an d erin g (opposite th a n in th e soluble fraction), th e two

la st ones being as before.

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 361

T his allow s to discern tw o p a rts in p ro file II, th e th re e low est h o ri­

zons b eing less changed b y soil fo rm atio n th a n th e u p p e r ones. In p a rt

th is could be ex p lain ed b y lesser acidity, as according to som e au th o rs

alu m in a is m obile o nly belo w pH 5.0— 5.1.

T a b l e 3 Molecular r a tio s ( s i l i c a , alumina! iron oxide) computed

from the chemical analyses

Sample Kr.

Insoluble S i0 2 a i 203

A cid -solu b le Total a n a ly sis j

SiÛ2 S i0 2 ^ 3

AI2O3 SiÛ2 SiÛ2

AI2O3 1 А120з 1-1 1.76 6.63 13.20 1.01 3.23 3.88 5.40 1-2 6.88 2.90 3.59 4 .2 8 4 .1 2 4 .76 6.50 1-3 4 .73 2.76 3 .56 3 .50 3 .71 4 .1 9 7.54 1-4 4.42 1.58 2.19 . 2.63 3.0 8 3.53 6.55 I I - l 7.82 2.18 2.59 4 .2 2 2.68 3.26 4.74 11-2 24.10 1.30 1.61 4 .2 9 2.79 3 .38 4.65 11-3 16.50 0.94 1.23 3.31 2.82 3.54 3.90 11-4 13.80 1.15 1.85 5.03 2.52 2.97 5.22 11-5 24.20 1.30 1.85 2.45 3.0 1 4 .1 6 2.62 II-6 28.60 2 .01 3.13 1.79 4.8 5 7.12 2.12

It seem s, anyw ay, th a t th e m eth o d of calculatin g m o lecu lar ratio s

or U coefficients to stu d y sesquioxyde o r silica w a n d erin g m ay be used

w ith re stric tio n s only. In p a rtic u la r, th e fact th a t o fte n in lite ra tu re

logical conclusions a re d raw n fro m elem en tal analysis of th e fine earth ,

is som ew hat surp risin g ; w h y th e in feren ces should be less cle a r w hen

based on analyses of th e colloidal fractio n or w h y th e la tte r m ay be con­

tra d ic to ry w ith those based on elem en tal analysis, rem ain s to be e x p la ­

ined. T he a u th o rs suggest th a t e ith e r th e m eth o d is n ot q u ite su itab le or

th e course of soil phen om ena m ay d iffer from th e u su ally accepted view .

REFERENCES

[1] N. I. G o r b u n o v : M inerały tonkoj frakcii poczv, zakonom ernosti ich ras- predelenija i m etodika izuczenija. Poczvovedene 1952, nr 10, 890—898.

[2] T. K o m o r n i c k i : Studia nad frakcją ilastą kilku gleb podkrakowskich. Roczniki Gleboznawcze, vol. 8, nr 1, 1958, 3—52.

[3] C. K u ź n i a r : Skały osadowe tatrzańskie, studium petrograficzne. Rozprawy Wyćz. M atem at.-Przyrodn. Akad. Umiej., Kraków 1913, ser. 3, vol. 13(53), dz. A,

[4] G. M i l l o t : Héritage et néoform ation dans la sédim entation argileuse. Con­ grès Géol. Internat., Compt. Rend. X IX Session, A lger 1952, Comité Internat, pour l ’Étude des Argiles.

[5] J. A. P a s k , B. D a v i e s : Thermal analysis of clays and acid extraction of alum ina from clays. U. S. Bur. Mines Techn. Paper 664, 1945, 56—78.

[6] C. S. R o b b : Red bed coloration. Journ. Sedim. Petrol., vol. 19, 1949.

[7] L. S t o c h : Badania nad zjaw iskam i przeobrażeniowym i m ik w glinach kaoli- nitowych. Sprawozdanie z Posiedź. K om isji Oddziału PAN w Krakowie, lipiec— grudzień 1961, 461—462.

[8] M. T u r n a u - M o r a w s k a : K ajper tatrzański, jego petrografia i sedym en- tologia. Acta Geologica Polonica, vol. 3, 1953, 1, 33— 103.

T . K O M O R N I C K I , B . A D A M C Z Y K , J . J A K U B I E C , J. K U B I S Z , K . O L E K S Y N O W A , J . T O K A J

DER VERWITTERUNGSPROZESS DER GESTEINE DES OBEREN TRIAS IM TATRA GEBIRGE UND DIE TONMINERALIEN

DER DARAUF ENTSTEHENDEN BEODEN

L e h r s t u h l f ü r B o d e n k u n d e d e r L a n d w i r t c h a f t l i c h e n H o c h s c h u l e in K r a k ó w A k a d e m i e f ü r B e r g w e r k - u n d H ü t t e n w e s e n i n K r a k ó w

Z u s a m m e n f a s s u n g

Es w urden zw ei aus G esteinen des Keupers entstandene Böden gew ählt (im Tatra-Gebirge, ca 1300 M ü.M .); das Profil I, auf Sandstein, untief, steinig, sehr sauer, schw ach podsoliert; das Profil II, auf rotem Tonstein, tief, sauer bis 100 cm, als sauere Braunerde bezeichnet (einige D aten in Tab. 1). Beide Böden in einer Lage, die gegen stärkere Erosion oder D eluvium auftragung versichert.

Für genauere Untersuchungen wurde die K olloidfraktion (d.h. kleiner als 1,6 Mikron) aus den Bodenproben durch Schläm m ung vorbereitet. D ieselbe M ethode w urde für M uttergesteinsproben nach ihrer Zerkleinerung verw endet. Proben der Kolloidfraktion wurden der rationellen chem ischen Analyse unterworfen. Proben derselben Substanzen w urden von Humus und Karbonaten befreit (mit heissem 6— 12% W asserstoffperoxyd und kalter 1% Essigsäure). So gereinigte und m it Wasser gew aschene Proben wurden nach dem Trocknen der d ifferen tiellen Ther­ m alanalyse und der R öntgenanalyse unterworfen. D ie Ergebnisse sind in Tab. 2 und Fig. 1 und 2 zusam m engefasst.

Aus den Röntgen- und Therm alanalysen folgt es, dass sow ohl der rote Tonstein als der Sandstein in der Kolloidfraktion vorw iegend Illit enthalten und auch in den Böden ist dieses Ü bergewicht in allen Horizonten ersichtlich. Darüber sind noch M ontm orillonit und K aolinit vorhanden (sowohl im M uttergestein als in beiden Böden; ihr Gehalt ist im P rofil I v iel kleiner als in den oberen Horizonten). D ie K olloidfraktion enthält noch überall kleine Mengen von Quartz und ein w enig Dolom it im unteren Teil des Profils II. D ie schw ache Ausbildung der kristallinen Phasen ist auffallend, das Vortreten von amorpher Substanz ist wahrscheinlich.

Die chem ischen A nalysen bestätigen das Vortreten von Quartz und Illit, die Gegenwart von K aolinit und M ontm orillonit ist m öglich. D ie V erfasser glauben, dass in den untersuchten Böden ein “Vererben” der Tonsubstanz aus dem M ut­ tergestein vorkommt; dabei entstehen beträchtliche Mengen amorpher Substanz. D iese Erscheinung darf w ohl erklärt werden, indem entw eder schlechte K ristall­ bildung der neuenstehenden Tonsubstanz (G lim m er-Illit-M ontm orülonit-K aolinit)

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 363

oder ein Zerfall der Tonm ineralien w egen sehr saure Bodenreaktion angenomm en wird.

Ausserdem versuchen die Verfasser die Ergebnisse der chem ischen Analysen zum Studium einer etw aigen Wanderung der B odenbestandteile im P rofil zu v er­ w erten. Tabelle 3 enthält die aus den A nalysen berechnete M olekularverhältnisse. D iese V erhältnisse w erden angegeben für: die säurelösliche und säureunlösliche Fraktion und auch (zum Vergleich m it den Arbeiten anderer Verfasser) die B au­ schanalysen. D ie V erfasser sind der Meinung, dass eine fraktionierte chem ische A nalyse (obwohl einige N achteile besitzend) doch eine grössere E insichtsm öglich­ keit in die M ineralzusam m ensetzung geben kann als eine Bauschanalyse.

D ie berechneten U -K oeffiziente (für die säurelösliche Fraktion) zeugen von einer Eisen- und Tonwanderung im Profil I. Im Profil II zeigen die U -K oeffiziente in der säurelöslichen Fraktion eine Sesquioxydw anderung in den oberen Horizon­ ten, dagegen w ird in den unteren der Sesquioxydgehalt kleiner. D abei zeigen die U -W erte für die Bauschanalyse m anchm al etw as ganz umgekehrtes (besonders in den oberen Horizonten des Profils II). Es scheint also, dass man diese Methode nicht ohne Vorbehalt zum Studium der Bestandteilw anderung im Profil verw enden kann, denn einige unlogische Schlüsse können entw eder auf Unvollkom m enheit der Methode hinw eisen oder auch einen V erlauf der Bodenprozesse voraussetzen, der anders ist als gew öhnlich angenom m en wird.

T . K O M O R N I C K I , В . A D A M C Z Y K , J. J A K U B I E C , J . K U B I S Z , К . O L E K S Y N O W A , J. T O K A J

PROCESSUS DE DÉCOMPOSITION DES ROCHES D U TRIAS SUPÉRIEUR DA NS LES MONTS TATRY ET LES MINÉRAUX DES SOLS FORMÉS LÀ DESSUS

I n s t i t u t d e P é d o l o g i e d e l ’E c o l e S u p é r i e u r e d ’A g r i c u l t u r e à C r a c o v i e

R é s u m é

On a choisi deux profils des sols form és sur roches du trias supérieur (Keuper) dans les Tatra (altitude ca 1300 m); le profil I — sol form é sur gres, peu profond, pierreux, très acide, faiblem ent podzolisé; le profil II — sol form é sur roche argileu­ se rouge, profond, acide jusqu’à 100 cm, brun acide (données générales — table 1). Les deux sols sont situés de façon de n ’être pas trop exposés à l ’érosion ou à l ’ac­ cum ulation de déluvions.

Pour un exam en plus détaillé on a préparé une fraction colloidale (diamètre inférieur à 1,6 micron) séparé des échantilons des sols par sédim entation. On a fait de m êm e pour les roches m ères après broyage partiel. La fraction colloidale a été soumise à une analyse chim ique fractionnée. D es échantillons des mêm es substan­ ces on été purifiés, l ’humus oxydé par l’eau oxylgenées à 6—12°/o et les carbonates dissous dans l ’acide acétique à 1% (à froid). Après lavage et dessication, les échan­ tillons purifiés ont été soumis à l ’analyse therm ique d ifférentielle et roentgeno- graphique (les résultats — table 2, fig. 1 et 2).

Il résulte des analyses roentgenographiques et therm o-d ifférentielles que les roches m ères contiennent dans leur fraction colloidales plus de 50°/o d’illite et les sols form és à partir d’elles — de même. En outre, il y a encore de la kaolinite et de la m ontm orillonite (dans les roches m ères et dans les d eux sols; leur teneur dans les horizons superficiels du sol I est sensiblem ent plus basse. La fraction colloidale contient encore de petites quantités de quartz (tous les échantillons) et

un peu de dolomie dans la partie inférieure du profil II. Les phases cristallines des m inéraux argileux sont m al form ées et la présence de substances amorphes est probable.

Les analyses chim iques confirm ent la présence du quartz et de l’illite; la présence de la kaolinite et de la m ontm orillonite est possible. Les auteurs suppo­ sent que les sols “héritent” leur m inéraux argileux des roches mères, m ais une quantité considérable de substances amorphes est form ée en m êm e temps. Ce p hé­ nomène peut être expliqué par une faible cristallisation de l ’argile en néoformation ainsi que par la décom position de l’argile due à l’acidité très prononcée des sols.

De plus, les auteurs essayent d’interpréter les résultats d’analyses chim iques pour étudier le déplacem ent des composants dans les profil du sol. Table 3 con­ tien t les rapports m oléculaires calculés à partir des analyses. Ces rapports ont été com pilés pour les fractions solubles et insolubles à l ’acide ainsi que pour l ’analyse élém entaire (pour comparer avec les données d’autres auteurs). Une analyse fractionnée, selon notre opinion informe m ieux sur la composition m inérale de la fraction colloidale que l ’analyse élém entaire.

Les coefficients U calculés pour la fraction soluble à l ’acide démontrent un déplacem ent des oxydes de fer et d’alum inium en profondeur de profil I. Dans profil II (fraction soluble) les coefficients U indiquent un déplacem ent des sesquioxydes en profondeur de la partie supérieure du profil; dans la partie inférieure la teneur en sesquioxydes décroit. Les coefficients U calculés suivant l ’analyse élém entaire dém ontrent par contre parfois le contraire (surtout dans la partie supérieure du profil II’). Il sem ble donc que cette m éthode d’étudier un déplacem ent de silice ou des sesquioxydes dans le profil du sol ne peut être u tilisée sans réserve; cartains défauts de logique peuvent indiquer une im perfection de la m éthode soit une évolution du processus dans le sol, différant de ce qui est actuellem ent admis.

T . K O M O R N I C K I , B . A D A M C Z Y K , J. J A K U B I E C , J. K U B I S Z , K . O L E K S Y N O W A , J. Т О К А J

PROCES WIETRZENIA TATRZAŃSKICH SKAŁ GÔRNO-TRIASOWYCH I MINERAŁY ILASTE GLEB

NA TYM PODŁOŻU WYTWORZONE

K a t e d r a G l e b o z n a w s t w a W S R K r a k ó w 7, A k a d e m i a G ó r n i c z o - H u t n i c z a K r a k ó w

S t r e s z c z e n i e

Wybrano dwa profile gleb w ytw orzonych ze skał górno-triasow ych w Tatrach (ok. 1300 m n.p.m.); profil I w ytw orzony z piaskowca, płytki, kam ienisty, gleba bardzo kwaśna, słabo zbielicowana; profil II w ytw orzony z czerwonego iłowca, g łę­ boki, gleba kwaśna do 100 cm, brunatna kwaśna (niektóre dane w tab. 1). Obie gleby były w położeniu zabezpieczonym przed wyraźnym zm ywem lub namywem obcego m ateriału.

Do szczegółowych badań przygotowano frakcję koloidalną (ziarna m niejsze od 1,6 mikrona), oddzieloną z próbek gleb przez szlam owanie i sedym entację. Za­ stosowano tę samą m etodę do próbek skały m acierzystej po jej rozdrobnieniu. Próbki tych sam ych substancji pozbawiono próchnicy przez traktow anie gorącą 6— 12% wodą utlenioną oraz w ęglanów 1% kwasem octow ym na zimno. Tak oczysz­ czone i przem yte wodą próbki poddano po w ysuszeniu różnicowej analizie term icz­ nej (DTA) i rentgenow skiej. W yniki analiz przedstawiono w tab. 2 i rys. 1 i 2.

Clay m inerals in soils form ed from Upper Triassic rocks of Tatra Mts. 365

Z analiz rentgenow skich i różnicow o-term icznych wynika, że tak iłow iec czer­ w ony, jak i piaskow iec zawierają w e frakcji koloidalnej w ięcej niż połowę illitu, a w glebach z nich w ytw orzonych przewaga ta jest w idoczna w e w szystkich po­ ziomach. Prócz tego obecne są jeszcze m ontm orylonit i kaolinit (zarówno w skale m acierzystej, jak i w obu glebach ich udział w profilu I jest w yraźnie m niejszy w górnych poziomach). Frakcja koloidalna zawiera jeszcze m ałe ilości kwarcu we w szystkich próbkach i nieco dolomitu w dolnych poziomach profilu II. Uderza słabe w ykształcenie faz krystalicznych, prawdopodobne jest w ystępow anie substancji bezpostaciow ych.

A nalizy chem iczne potwierdzają obecność kwarcu i illitu, w ystępow anie kaoli- nitu i m ontm orylonitu jest m ożliwe. Autorzy sądzą, że w badanych glebach zacho­ dzi proces „dziedziczenia” substancji ilastej ze skały m acierzystej, przy czym tworzą się znaczne ilości substancji bezpostaciowej. Zjawisko to można tłum aczyć albo przez złe skrystalizow anie powstającej w tórnie nowej substancji ilastej (łysz- czyki-illit-m ontm orylonit-kaolinit), albo przez rozkład m inerałów ilastych w y w o ­ ływ any przez bardzo kw aśny odczyn gleb.

Ponadto autorzy starają się zinterpretować w yniki analiz chem icznych do zba­ dania przem ieszczania się składników w profilu glebowym . Tabela 3 zawiera w y ­ liczone z analiz stosunki m olekularne. Stosunki te podano dla otrzymanych w ana­ lizie frakcji rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w kw asie oraz (w celu porów ­ nania z danym i innych autorów) analizy sum arycznej. Autorzy sądzą, że analiza chem iczna frakcjonowana, jakkolw iek posiada pewne wady, daje w iększy wgląd w skład m ineralny frakcji koloidalnej niż analiza sumaryczna (elementarna).

Obliczone w spółczynniki U (dla frakcji rozpuszczalnej) świadczą o przem iesz­ czeniu tlenków żelaza i glinu w głąb profilu I. W profilu II w e frakcji rozpuszczal­ nej w spółczynniki U w skazują na przem ieszczanie R20 3 w głąb profilu w górnych poziomach, w dolnych natom iast zawartość R20 3 m aleje. Natom iast w spółczynniki U obliczone z analizy sumarycznej w skazują niekiedy (zwłaszcza w górnych po­ ziomach profilu II) na coś wręcz przeciwnego. Wydaje się przeto, że nie można tej m etody badania w profilu przem ieszczeń krzemionki, glinu i żelaza używać bez zastrzeżeń, gdyż pew ne nielogiczności mogą w skazyw ać na niedoskonałość m etody bądź to na przebieg zjaw isk w glebie inny niż się to norm alnie przyjm uje.

Т . К О М О Р Н И Ц К И , Б . А Д А М Ч Ы К , Ю . Я К У Б Е Ц , Я . К У Б И Ш , К . О Л Е К С Ы Н О В А , Ю . Т О К А Й ПРОЦЕСС ВЫ ВЕТРИВАНИЯ ТАТРАИСКИХ ВЕРХНЕТРИАСОВЫХ ПОРОД И ИЛИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ ПОЧВ ОБРАЗОВАВШ ИХСЯ НА ЭТИХ ПОРОДАХ К н ф е д р а П о ч в о в е д е н и я К р а к о в с к о й С е л ь с к о х о з я й с т в е н н о й А к а д е м и и Р е з ю м е Отобрано два почвенных разреза почв, образовавшихся из верхнетриасовых :пород в Татрах (ок. 1300 м над уровнем моря); первый разрез почвы, образо­ вавшейся из песчаника, мелкий каменистый, почва очень кислая, слабо опод- золенная; второй разрез почвы, образовавшейся из красного илистого сланца, мощный, почва кислая до глубины 100 см, бурая кислая (соответствующие дан­ ные в табл. 1). Обе почвы не подвергались процессам вымывания и наноса чужеродного материала.

Для исследований брали коллоидную фракцию (меньше 1,6 микрона) вы де­ ленную из почвы отмучиванием и седиментацией. Тот ж е метод был применен по отношении и к материнской породе после ее размельчения. Образцы колло­ идной фракции подвергались последовательному химическому анализу. Образ­ цы тех ж е веществ лишали перегноя путем обработки перекисью водорода 6—12°/о и карбонатов 1% уксусной кислотой. Затем промытые водой образцы высушивали и подвергали дифференциальному термическому анализу (ДТА) и рентгеновскому исследованию. Результаты приведены в табл. 2 и на рис. 1, 2. Из рентгеновских и ДТА анализов следует, что как красный илистый сла­ нец, так и песчаник содерж ат и коллоидной фракции больше половины иллита, а в почвах из них возникших преобладание иллита заметно во всех горизон­ тах. Кроме того обнаружено наличие монтмориллонита и каолинита (как в ма­ теринской породе, так и в обеих почвах их доля участия в первом разрезе значительно меньше в верхних горизонтах). Коллоидная фракция содерж ит еще небольшие количества кварца во всех образцах и доломита в ниж них го­ ризонтах второго разреза. Характерно слабое образование кристаллической фазы , вероятно такж е наличие аморфных веществ. Химические анализы подтверждают наличие кварца и иллита, возможно наличие каолинита и монтмориллонита. Авторы считают, что в исследованных почвах имеет место процесс „наследования” илистого вещества от материнской породы, при чем образуются значительные количества аморфного вещества. Это явление можно объяснить или плохой кристаллизацией вторичных или­ стых веществ (слюды-иллит-монтмориллонит-каолинит) или ж е разлож ением илистых минералов вызванное высокой кислотностью почвы. Кроме того авторы пытаются применить результаты химических анализов в исследованиях перемещения компонентов по почвенному профилю. Табл. 3 содерж ит вычисленные на основе анализов молярные соотношения. Соотноше­ ния эти приведены для растворимых фракций и нерастворимых в кислоте и (с целью сравнить с данными других авторов) суммарного анализа. Авторы считают, что фракционный химический анализ, хотя имеет некоторые недо­ статки, дает лучш ее представление об минеральном составе коллоидной фракции, чем суммарный анализ (элементарный). Вычисленные коэффициенты У (для растворимой фракции) свидетельствуют о передвижении окислов ж елеза и алюминия в ниж ележ ащ ие горизонты р аз­ реза первого. В разрезе втором коэффициенты У растворимой фракции указы ­ вают на перемещение в глубину полуторных окислов в верхних горизонтах, в ниж них ж е горизонтах содерж ание этих окислов уменьшается. К оэф ф ициен­ ты У вычисленные по элементарному анализу указывают иногда (особенно в верхних горизонтах разреза второго) на совершенно противопожную картину. Поэтому, метод этот не долж ен применяться в исследованиях профиля кремне­ зема, алюминия и ж ел еза без оговорок, так как некоторые нелогичности могут указывать или на несовершенство метода или ж е на совсем другой ход поч­ венных процессов отличающихся от обычно принятого.