Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek północno-wschodniej Polski

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 2 WARSZAWA 2009: 24-31

JACEK DŁUGOSZ1. MIROSŁAW ORZECHOWSKI2, SŁAWOMIR SMÓŁCZYŃSKI2, MIROSŁAW KOBIERSKI'

SKŁAD MINERALOGICZNY FRAKCJI ILASTEJ

OSADÓW ALUWIALNYCH WYBRANYCH RZEK

PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ POLSKI

MINERALOGICAL COMPOSITION OF CLAY FRACTION

OF ALLUVIAL SEDIMENTS FROM SOME RIVER

VALLEYS OF NORTH-EASTERN POLAND

2Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb, UWM Olsztyn

Abstract: The objective o f the investigations was to evaluate mineralogical changeability o f the clay

fraction from deposits o f three rivers o f north-eastern Poland. Clay fractions separated from heavy humus alluvial soil deposited by Vistula and Pasieka (delta deposits) and Lyna (valley deposit) were analysed for mineralogical composition by XRD. Random minerals o f the illite/smectite type (70-80% smectite) prevailed, while illites and kaolinites were identified at smaller amounts.

Sło w a kluczow e: aluwia, frakcja ilasta, minerały m ieszanopakietowe. K ey w ords: alluvial deposit, clay fraction, interstratified minerals.

WSTĘP

Utwory aluvvialne występujące w dolinach rzecznych, ze względu na swoją złożoną genezę, charakteryzują się bardzo dużym zróżnicowaniem właściwości fizycznych i chemicznych. Zmienność ta występuje zarówno pomiędzy osadami różnych rzek J a k i w obrębie aluwiów tej samej rzeki. Decyduje o tym miąższość i skład granulometryczny zdeponowanego materiału J a k również późniejsze procesy postsedymentacyjne, które w znacznym stopniu modyfikują właściwości pierwotnych osadów. Jedną z tych cech jest skład mineralogiczny frakcji ilastej, który szczególnie w młodych osadach rzecznych determinowany jest przez ich pierwotny skład minerałów ilastych. Jednakże wraz z wiekiem aluwiów ich skład mineralogiczny podlega wielu zmianom, które mogą być następstwem przebiegu procesów glebotwórczych. Kierunek i tempo tych procesów nie są w pełni rozpoznane. Badania nad tym zagadnieniem były dotychczas nieliczne i obejmowały aluwia Wisły [Brogowski, Mazurek 1986; Dąbkowska-Naskręt 1990; Dąbkowska-Naskręt. Długosz 1996] oraz Odry [Laskowski i in. 1975]. Brak natomiast doniesień dotyczących składu mineralogicznego frakcji ilastej aluwiów zdeponowanych w dolinach innych rzek.

Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów ahiwialnych wybranych rzek ... 25

Celem niniejszych badań było określenie składu mineralogicznego frakcji ilastej osadów aluwialnych trzech rzek północno-wschodniej Polski.

MATERIAŁ I METODY

Analizie składu mineralogicznego frakcji ilastej poddano próbki mad próchnicznych, wytworzonych z osadów deltowy ch i dolinowych. Osady deltowe reprezentuje próbka z okolic Braniewa, pobrana z delty Pasłęki (mezoregion Wybrzeże Staropruskie) oraz z okolic Jeziemik, pobrana z delty Wisty (mezoregion Żuławy Wiślane). Sąto aluwia, których

depozycja została zakończona w XIII w'ieku [Witek 1965]. Osady dolinowe reprezentuje próbka Smoląjny, która zosta­ ła pobrana z basenu zastoiskowego doliny Łyny (mezoregion Równina Sępopolska). Lokalizację punktów badawczych przed­ stawiono na rysunku 1.

Do badań wybrano próbki, które pod względem uziarnienia spełniały kryterium iłu wg PTG 1989. Frakcję ilastą do badań wydzielono metodą wirówkową za pomo­ cą wirówki Beckmann po preparatyce wstępnej według Jacksona [Cieśla 1964] oraz po zdyspergowaniu Na-jonitem [Go­ net, Cieśla 1988]. Skład mineralogiczny oznaczono metodą dyfraktometr i i rentge­ nowskiej próbek wy syconych jonami mag­ nezu (Mg21), solwatowanych glikolem etylenowym (M g2^+GE), wysyconych jonami potasu (K f) oraz prażonych w' 300°C (K r300) i 550°C (K7550). Analizę prze­ prowadzono na dyfraktometrze HZG-4 z lampą miedziową i filtrem niklowym. Dane zbierane były metodą krokową przy kroku 0,05° 29 i 4 s - czasem zbierania impulsu. Interpretację refleksów zespolonych wykonano wykorzystując rozkład Lorentza i Gaussa za pomocą programu ORIGIN 7,0. Natomiast skład minerałów mieszanopakietowych typu illit/smektyt (I/S) oraz typ uporządkowania tych minerałów oznaczono metodąŚrodonia [1980, 1981, 1984].

WYNIKI I DYSKUSJA

Wybrane właściwości fizykochemiczne badanych próbek glebowych opisano w tabeli 1. Badane próbki glebowe charakteryzowały się uziarnieniem wg PTG (1989) iłu bądź iłu pylastego - próbka Braniewo, natomiast wg podziału PTG 2008 żadna z wybranych próbek nie jest iłem (tab. 1).

Przeprowadzona analiza składu mineralogicznego frakcji ilastej trzech osadów alu­ wialnych wykazała ich znaczną jednorodność pomimo zróżnicowanego pochodzenia i miejsca depozycji. We frakcji ilastej badanych osadów stwierdzono występowanie przede wszystkim minerałów pęczniejących, wśród których dominowały minerały mieszano- pakietowe typu illit/smektyt (I/S) o znacznym udziale w ich strukturze pakietów smektytowych. Świadczą o tym bardzo silne refleksy o wartości d=l,45 nm widoczne

RYSUNEK 1. Lokalizacja punktów badawczych FIGURĘ 1. Localion map o f experiinental sites

26 J. Długosz, M. Orzechowski, S. Smólczymski, M Kohierski

TABELA 1. Wybrane w łaściw ości badanych osadów TABLE 1. Some properties o f the sediments under study M iejsce

Site

Głębokość j Zawartość [%] frakcji [mm] Depth 1 Content [%] o f fraction [mm]

Tekstura* Texture C -org TOC pH cm 2 -0.05 0 .0 5 -0 .0 0 2 < 0.002 g • kg"1 H ,0 IM KC1 Braniewo 2 5 -3 0 129 52 19 pvi 34.3 5,6 4.6 Jeziernik 5 5 -6 0 112 50 38 gpvi 8,8 6,6 5,1 Smolajny 4 5 -5 0 111 67 12 pvi 26.5 7.0 6,2

* wg PTG 2008 gpvi - glina pvlasto-ilasta -- silty clay loam; pvi - pył ilasty - silt loam

na dyfraktogramach frakcji ilastej wysyconej magnezem (Mg2*), które ulegały przesunięciu do wartości d =1,66 nm po solwatowaniu glikolem etylenowym (Mg2r+GE) (rys. 2. 3). Dowodem na dominację minerałów mieszanopakietowych typu I/S było występowanie refleksów w zakresie d=0,882: 0,546; 0,282 nm (rys. 4, 5, 6) widocznych na dyfrak­ togramach preparatów Mg2i+ GE (rys. 2) frakcji ilastej z Jeziernik. Podobny skład minerałów ilastych stwierdzono we frakcji ilastej próbki Smolajny. Natomiast minerały illit/smektyt stwierdzone we frakcji ilastej próbki Braniewo były dwojakiego rodzaju. Przeważały nieuporządkowane minerały I/S o zawartości około 70% pakietów smekty- towych (S), dajace refleksy d=0,863; 0,553 i 0,281 nm (rys. 7, 8, 9) oraz minerały typu illit/smektyt z 30% (S), o czym świadczył refleks d=0,532 nm, widoczny na rysunku 7. N atom iast brak refleksu 1,70 nm na dyfraktogram ach Mg2r+ GE wskazuje na

RYSUNEK 2. Dyfraktogramy frakcji ilastej próbki wysyconej magnezem i solwatowanej glikolem etylenowym

F7IGURE 2. X-ray dilTractograms ol'clay fraction o f sample saturated with magnesium and solvated with ethylene glycol

Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek ... 27

20CuKcr

RYSUNEK 3. Dyfraktogramy frakcji ilastej wysyconej magnezem FIGURE 3. X-ray diffractograms o f clay fraction saturated with magnesium

RY SUNEK 4. Dyfraktogram frakcji ilastej próbki Jezier- nik w ysyconej M g2‘ i sol- watowanej glikolem etyle­ nowym (GE) w zakresie 8 -1 1 ° 20 C uK «, przerywa­ na linia - sumaryczny w y ­ nik fitowania. linia kropko­ wana - piki składowe, cien­ ka ciągła linia - dane eks­ perym entalne

FIGURE 4. X-ray diffracto- gram o f the clay fraction o f the sample Jeziemik saturated with Mg2" and solvated with ethylene glycol (EG) in the range 8-11°20 CuKa, dash line - the fitted envelope curve, dot line - reconstructed picks, while fine solid line represents experimental data

28 J. Długosz, M Orzechowski, S. Smólczymski. M Kohierski

R Y SU N E K 5. Dyfrakto- gram frakcji ilastej próbki Jeziernik wy syconej M g2- i sol w atow anej glikolem etylenowym (GE) w zakre­ s ie 1 5 - 1 9 ,5 ° 2 0 C u K « , gruba linia - refleksy po w ygładzeniu, przerywana linia - sumaryczny w ynik fitowania, linia kropkowa­ na - piki składowe, cien­ ka ciajzła linia - dane eks­ perym entalne

FIGURE 5. X-ray diffrac- togram o f the c l a y fraction o f the sample Jeziemik satu­ rated with Mg:" and solvated with ethylene glycol in the range 15-19.5° 20 CuKcr. bold solid line - peaks alter smoothing, dash line - the fitted envelope curve, dot line - reconstructed peaks, while fine solid line - experi­ mental data

RYSUNEK 6. Dyfrakt ogram frakcji ilastej próbki Jeziemik wy syconej Mg2' i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie 3 0-50° 29 CuK«. opis dyfraktogramu jak na rys. 5

FIGURE 6 X-ray diffractogram o f the clay fraction o f the sample Jeziernik saturated with Mg2" and solvated with ethylene glycol in the range 30-50° 20 CuKa, description as in Fig. 5

Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek ... 29

RYSUNEK 7. Dyfrakto- gram frakcji ilastej prób­ ki Braniewo wy syconej Mg2" i sol watowanej gli­ kolem etylenowym (GE) w zakresie 8-11 °29 CuKa, opis dvfraktogramu jak na rys. 5

FIGURE 7. X-ray diffrac- togram o f the clay fraction o f the sample Braniewo saturated with Mg2" and solvated w ith ethylene glycol (EG) in the range 8-11° 20 CuKa, descrip­ tion as in Fig. 5

RYSUNEK 8. Dyfrakt ogram frakcji ilastej próbki Braniewo wysyconej Mg2ł i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie 15-19.0° 29 CuKa. opis dvfraktogramu jak na rys. 5.

FIGURE 8. X-ray diffractogram o f the clay fraction o f the sample Braniewo saturated with MgA+ and solvated with ethylene glycol in the range 15-19,0° 29 CuKa. description as in Fig. 5

30 J. Długosz, jVI. Orzechowski, S. Smólczyński, M. Kohierski

RYSUNEK 9. Dyfra- ktogram frakcji ilastej próbki Braniewo wy- syconej Mg2' i sol wa­ towanej glikolem ety­ len ow ym (G E) w zak resie 3 0 - 5 0 ° 29 CuK«. opis dyfrakto- gramu jak na rys. 5. FIGURE 9 .' X-ray diffractogram o f the clay fraction o f the sample Braniewo satu­ rated with M g2- and solvated with ethylene glycol in the range 30-50° 29 CuKa. de­ scription as in Fig. 5

niewystępowanie w tych osadach znaczących ilości smektytów homogenicznych, co jednak nie wyklucza ich całkowitego braku. Oprócz minerałów mieszanopakietowych typu I/S we frakcji ilastej badanych aluwiów stwierdzono minerały illitowe, dające refleksy d=l,00; 0,500; 0,334 nm (rys. 2, 3) oraz d=0.252; 0,200 nm (rys. 6 i 9). O obecności minerałów z grupy kaolinitu świadczą refleksy d=0,716; 0.356; 0,237 nm (rys. 2. 3, 6, 9), które w preparatach poddanych prażeniu w temp. 550°C uległy zanikowi.

DYSKUSJA

Analiza mineralogiczna frakcji ilastej badanych próbek iłów aluwialnych wykazała dużą jednorodność w składzie minerałów ilastych. We wszystkich analizowanych próbkach stwierdzono nieuporządkowane minerały' mieszanopakietowe typu illit/smektyt z wysokązawartościąpakietów smektytowych. Jako minerał}' akcesoryczne występowały' illity i kaolinity. Podobnie wysoką zawartość minerałów typu illit/smekt we frakcji ilastej mad wiślanych stwierdzili Brogowski i Mazurek [1986], Dąbkowska-Naskręt [1990], Dąbkowska-Naskręt i Długosz [1996] oraz Laskowski i in. [1975] we frakcji ilastej mad odrzańskich.

Nie można jednoznacznie stwierdzić, czy oznaczone w badanych próbkach minerały ilaste pochodzą z osadów zdeponowanych w trakcie procesów aluwialnych, czy-' też są produktami procesów postsedymentacyjnych. Brak jest danych opisujących skład mineralogiczny frakcji ilastej utworów glebowych Polski północno-wschodniej. Porównując skład mineralogiczny frakcji ilastej badanych osadów aluwialnych z utworami glacjalnymi fazy pomorskiej i poznańskiej zlodowacenia Bałtyckiego, zauważa się w tych drugich dominującą rolę minerałów illitowych i form mieszanopakietowych ze smektytem oraz obecność chlorytów [Długosz 1994; Dąbkowska-Naskręt i in. 1996; Dąbkowska-Naskręt i in. 1998a; Kobierski, Dąbkowska-Naskręt 2003]. Udział pakietów smektytowych w minerałach illil/smektyt badanych osadów rzecznych był podobny do tego, jaki stwierdzono we frakcji ilastej iłów gniewskich [Dąbkowska-Naskręt i in. 1998b]. We frakcji ilastej badanych aluwiów rzecznych nie stwierdzono minerałów wennikulitowych i chloiytowych.

Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek ... 31

Opisany skład m inerałów ilastych jest praw dopodobnie wynikiem procesów' postsedymentacyjnych, jednakże wymaga to dalszych badań, zwłaszcza utworów glebowych występujących w ich otoczeniu.

WNIOSKI

1. Frakcja ilasta badanych osadów' aluwialnych charakteryzowała się zbliżonym do siebie składem minerałów ilastych niezależnie od genezy osadu.

2. Stwierdzono dominację minerałów mieszanopakietowych typu illit/smektyt o struktu­ rze nieuporządkowanej, zawierających 60-70% pakietów smektytowych.

3. Minerałami akcesorycznymi były minerały' smektytowe. illitowe i kaolinitowe. Nie stwier­ dzono obecności chlorytów i wermikulitów'.

LITERATURA

BROGOWSKI Z.. MAZUREK A. 1986: Skład mineralny frakcji mniejszych od 0.02 mm gleby aluwial- nej. Rocz. Glebozn. 37, 4: 9-22.

CIF^ŚLA W. 1964: Adaptacja metody Jacksona przygotowania próbek glebowych do celów analiz che­ micznych i innych badań glebowych. Rocz. Glebozn. 15: 284-293.

DĄBKOWSKA-NASKRĘT H. 1990: Skład i właściwości fizykochemiczne wybranych gleb aluwial­ nych Doliny Dolnej Wisły z uwzględnieniem ich cech diagnostycznych. Wyd. ATR, Bydgoszcz. DĄBKOWSKA-NASKRĘT IL DŁUGOSZ J. 1996: Occurrence and characteristics o f layer silicates in

alluvial soils from the Lower Wisła river valley. Poland. Applied Clay Science 11: 77-83.

DĄBKOWSKA-NASKRĘT FI., DŁUGOSZ J.. KOBIERSKI M. 1996: Badania składu mineralogiczne­ go frakcji ilastej wybranych gleb brunatnych Niziny Wielkopolskiej. Rocz. Glebozn. 47,3/4:171-180. DĄBKOWSKA-NASKRĘT H.. DLUGOSŻ J., KOBIERSKI M. 1998a: Characteristics o f clay mine­

rals in black earths from Kujawy region. Rocz. Glebozn. 49. 1/2: 45-52.

DĄBKOWSKA-NASKRĘT IL KOBIERSKI M., DŁUGOSZ J. 1998b: Identyfikacja struktury mine­ rałów mieszanopakietowych z pakietami smektvtowymi we frakcji ilastej gleb. Zesz. P robl Post.

Nauk Roln. 464: 261-269.

DŁUGOSZ J. 1994: Minerały mieszanopakiettnve typu illit-smektyt w glebach wytworzonych z gliny zwałowej w RZD-Gliszcz. Zesz. Probl. Post. Nauk R o i 414: 49-56.

GONET S.S.. CIEŚLA Wr. 1988: Metody dyspergowania próbek glebowych do badań frakcji ilastej.

Prace Komisji N auk PTG 103: 17-29.

KOBIERSKI M.. DĄBKOWSKA-NASKRĘT H. 2003: Skład mineralogiczny i wybrane właściwości fizykochemiczne zróżnicowanych typologicznie gleb Równiny Inowrocławskiej. Cz. II. Skład mine­ ralogiczny frakcji ilastej. Rocz. Glebozn. 54, 4: 29-44.

LASKOWSKI S., SZERSZEŃ L.. CHODAK T., BOGDA A. 1975: Skład minerałów ilastych gleb aluwialnych z rejonu środkowej Odry. Materiały. Konf.: Minerały ilaste gleb, Puławy: 18-21. ŚRODOŃ J. 1980: Precise identification o f illite/smectite bv X-ray powder diffraction. Clavs a nd Clay

Miner. 28: 401—411.

ŚRODOŃ J. 1981: X-ray identification o f randomly interstratified illite/smectite in mixture with discrete illite. Clay Miner. 16:297-304.

ŚRODOŃ J. 1984: X-ray pow'der identification o f illitic materials. Clays and Clay M iner 32: 337-349. WITEK T. 1965: Gleby Żuław Wiślanych. Pamiętnik Puławski 18: 157.

Dr hab. Jacek Długosz prof DTP w Bydgoszczy Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy ul. Bernardyńska 6, 85-029 Bydgoszcz e-mail: jacekdCajutp. edu.pl