ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE T. X X X I, N R 1, W ARSZA W A 19Я»
JE R Z Y W EBER
GENEZlA I WŁAŚCIWOŚCI GLEB WYTWORZONYCH Z SERPENTYNITÓW DOLNEGO ŚLĄSKA C ZĘ ŚĆ I. C H A R A K T E R Y ST Y K A S K A Ł Y M A C IE R ZY STEJ
Z akład G leb o zn a w stw a In sty tu tu C hem ii R oln iczej, G le b o z n a w stw a i M ikrobiologii. A k a d e m ii R o ln iczej w e W rocław iu
W pływ skały m acierzystej na pow stającą z niej glebę jest niezwy kle doniosły. Jej budowa, skład m ineralny, właściwości chemiczne i fi zyczne niejednokrotnie w pływ ają w sposób istotny na tem po rozwoju i kierunki przebiegu procesów glebotwórczych. Wpływ ten zaznacza się tym w yraźniej, im bardziej specyficzne właściwości ma skała prze kształcana w glebę.
Wśród skał m acierzystych szczególnymi utw oram i są serpentynity.. Są to skały metamorficzne, które pow stały w w yniku przeobrażenia ultrazasadow ych skał głębinowych, głównie dunitu i perydotytu [6]. Istnieje również druga możliwość tw orzenia się tych skał, a mianowi cie przez metamorfozę kontaktow ą w apieni i dolomitów lub ich hy- droterm alne przekształcenie. Obie grupy pow stałych skał odznaczają się znacznym udziałem magnezu, lecz różnią się zawartością innych składników [5]. Proces tw orzenia się m inerałów serpentynow ych może być również związany z procesami w ietrzenia, gdy następuje hydro- lityczny rozkład krzem ianów magnezu, np. oliwinu.
S erpentynit jest skałą masywną, zbudowaną praw ie wyłącznie z m i nerałów należących do grupy serpentynu: antygorytu, chryzotylu i li- zardytu. Są to uwodnione glinokrzem iany dw uwarstwow e o wzorze*
Mg6Si4O10(OH)8. W zależności od stopnia zaawansowania procesu ser-
pentynizacji w utw orzonych skałach w ystępują różne ilości m inerałów pow stałych ze skały pierw otnej — oliwinu, bronzytu, diallagu, diopsy- du i hornblendy. Podrzędnie i akcesorycznie mogą występować: m a gnetyt, chromit, apatyt, g ranat i wolna krzem ionka. W niektórych ser pentynitach produktam i przem ian są również trem olit, talk i chloryt
144 J. Weber
W polskiej literatu rze b rak u je publikacji . omawiającej serp en ty n ity jako skały m acierzyste gleb. Dlatego celem niniejszej pracy było określenie właściwej serpentynitow ej skały m acierzystej oraz jej w pływ u na wartość glebotwórczą pow stającej z niej zwietrzeliny.
O B IE K TY I M E TO D Y K A B A D A Ń
W ystępowanie serpentynitów w Polsce wiąże się wyłącznie z te re nem Dolnego Śląska, gdzie zajm ują powierzchnię około 80 km 2. N aj większe ich obszary w ystępują w obrzeżeniu bloku sowiogórskiego w okolicach Sobótki i Jordanow a (masyw Gogołów—Jordanów) oraz Ząb kowic Śląskich (masyw G rochowej—Braszowic). Skały serpentynitow e
w w ym ienionych m asywach są na ogół przyk ryte utw oram i czw arto rzędowymi, takim i jak gliny i utw ory lessopodobne, których miąższość w aha się od kilku do 20 m. Miejscami nadkład stanowią również utw ory trzeciorzędowe, przeważnie iły lub piaski ze żwirem, których miąższość wynosi do 30-40 m [6]. S erpentynity w ystępują na pow ierz chni w morfologicznie najwyższych punktach terenu, gdzie w ytw orzy ły się z nich gleby serpentynitow e.
Badaniami objęto próbki spękanej skały o stosunkowo słabo za aw ansowanym procesie w ietrzenia, w ystępującej bardzo płytko w 14 profilach gleb serpentynitow ych w ytypow anych do badań (rys. 1). B ar
wa serpentynitów określana na świeżym przekroju różnicowała się od .popielatawoseledynowej (próbki 1, 2, 5, 6, 8, 12) do granatowozielonej
R ys. 1. R ozm ieszczen ie o d k ry w ek g leb o w y ch w rejon ie w y stęp o w a n ia serp en ty n itó w na D o ln y m Ś lą sk u
1, 2 ... - n u m er y o d k r y w e k g le b o w y c h , a — se r p e n ty n it
L o ca tio n of soil outcrops in th e reg io n of serp en tin ites o ccu ren ce in L ow er S ile sia 1, 2 ... — No. o f so il ou tcrop , a — se r p e n tin ite
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 145
(próbki 9, 15), przy czym niektóre z nich (próbki 9, 10, 13, 14) w yróż niały się w ystępow aniem rdzaw obrunatnych plamek.
W celu scharakteryzow ania serpentynitów badano je pod m ikros kopem polaryzacyjnym , a sproszkowane próbki poddano analizie dery- w atograficznej przy użyciu aparatu produkcji w ęgierskiej system u F. Paulik, J. Paulik, L. Erdey oraz poddano badaniom przy użyciu de- frak to m etru rentgenostrukturalnego DRON 2. Ponadto wykonano ana lizy składu chemicznego w stopach z Na2C 0 3, w których oznaczono na stępujące m akro- i m ikroelem enty: S i0 2 — wagowo, A120 3 — z różni cy R20 3 i pozostałymi półtoratlenkam i, F e20 3 — jodometrycznie; CaO i MgO — kompleksometrycznie; K 20 — fotom etrem płomieniowym; MnO, NiO, Cr20 3 i CoO — przy użyciu spektrofotom etru ty pu Atomie Absorption Spectrophotom eter P erkin-E lm er 403, P 20 5 — metodą ko lorym etryczną \
W Y N IK I A N A L IZ Y M IK R O SK O PO W EJ
Badania cienkich płytek pod m ikroskopem polaryzacyjnym w ykaza ły, że główną masę skalną stanowią m inerały z grupy serpentynu. Dominującym m inerałem z tej grupy jest antygoryt, który tw orzy bardzo drobne, bezładnie rozmieszczone płytki (rys. 2). Odznaczają się one niską dwójłomnością, są bezbarwne, niepleochroiczne oraz m ają n i skie współczynniki załam ania światła. A ntygoryt jest praw ie jedynym reprezentantem m inerałów serpentynow ych w próbkach 5, 6, 10, 15. D rugi m inerał z grupy .serpentynu — w łóknisty chryzotyl — w ystępuje w mniejszych ilościach. Jest on bezbarwny i nie w ykazuje pleochro- izmu, ale ma nieco wyższą od antygorytu dwójłomność oraz nieco niż sze współczynniki załam ania św iatła (rys. 3). Opierając się na właści wościach optycznych napotyka się przy identyfikacji m inerałów ser pentynow ych na trudności związane z bardzo drobnym ich w ykształ ceniem w badanych próbkach. Szczególnie kłopotliwe jest odróżnienie antygorytu od lizardytu, który zazwyczaj w ykazuje pokrój włóknisty, lecz niekiedy może być też blaszkowy [1, 5, 9, 11]. Dlatego na podsta wie obserwacji mikroskopowych można stwierdzić, że badane próbki są zbudowane głównie z mieszaniny tych minerałów, przy czym domi nującym m inerałem jest antygoryt. W niektórych próbkach (zwłaszcza 13) zwiększa się udział chryzotylu tworzącego żyłki zbudowane z włók nistych osobników.
W badanych serpentynitach obserw uje się zmienne ilości oliwinów i piroksenów — m inerałów pochodzących ze skały pierw otnej. N
aj-1 D o cen to w i d o k to ro w i hab. H. P o n d lo w i oraz p racow n ik om P ra co w n i C hem ii G leb IU N G w P u ła w a ch składam serd eczn e p od zięk ow an ie za pom oc przy w y k o n y w a n iu an aliz sk ład u ch em iczn ego sk a ł se r p en ty n ito w y ch , jak ró w n ież m a teria łu g leb o w eg o oraz w y d zielo n ej fra k cji k o lo id a ln ej.
R y s . 2. M ; : s a s k a l n a s e r p e n t y n i t u z b u d o w a n a z a n t y g o r y t u , n i k o l e s k r z y ż o w a n e
a — d ro b n o p ły tk o w y a n t y g o r t z p r o filu , 6, p o w ię k s z e n ie 1 4 0X, Ъ — r z a d k o w y s tę p u ją c e d u ż e b la s z k i a n ty g o r y tu z p r o filu 15, p o w ię k s z e n ie 8GX
R o c k y m a s s o f s e r p e n t i n i t e c o m p o s e d o f a n t i g o r i t e ; c r o s s e d n i ç o i s
a — s m a ll f la k e s of a n tig o r ite f ro m th e p r o file 6, e n la r g e m e n t 140X, b — r a r e ! у o c c u r r in g la r g e f la k e s of a n tig o r ite f ro m th e p r o file 15, e n la r g e m e n t 86 x
częściej w ystępują one w małych ilościach (próbki 1, 2, 3, 10, 12, 13, 14 i 15) i są objęte procesami przeobrażenia w stopniu uniemożliwia jącym ich identyfikację (rys. 4). W ystępujące pirokseny są reprezento
wane głównie przez pirokseny jednoskośne zbliżone do augitu zwy
czajnego i diopsydu. M ają formę krótkich słupków, ledwo dostrzegal ny pleochroizm oraz w yraźnie dodatni relief w stosunku do m inerałów z grupy serpentynu. Ponadto w ykazują barw y interferencyjne II rzędu oraz wygaszają światło pod kątem około 40°. Uległy częściowemu
przeobrażeniu, w w yniku którego w ytw orzył się antygoryt (rys. 5).
Oliwiny są reprezentow ane przez człony magnezowe zbliżone do forste-J. W e b e r
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 147
R y s . 3. W ł ó k n i s t y c h r y z o t y l t w o r z ą c y ż y ł k ę p r z e c i n a j ą c ą m v s . : a n ly :*ory iov>. л P r o f i t 7, n i k o l e s k r z y ż o w a n e , p o w i ę k s z e n i e 8 6 x
F i b r o u s c h r y s û t i l e f o r m i n g s m a l l v e i n c r o s s i n g a n t i ^ o r i t e m a s ; . P r o f i l e 7, c r o s s e d n i c o l s , e n l a r g e m e n t 8 6 x
R ys. 4. S iln ie zm ien io n y m in era ł p och od zący ze sk a ły p ierw o tn ej p rzeobrażonej w serp en ty n it. W zdłuż częścio w o z a ch o w a n y ch p ła szczy zn łu p liw o śc i w y stę p u je
w tó rn y m a g n ety t. P r o fil 9, n ik o le ró w n o leg łe, p o w ię k sz e n ie 86x
S tr o n g ly a ltera ted m in era l g ra in from p rim ev a l rock tra n sfo rm ed in to st.rp en tin ite. S econ d ary m a g n etite appears alon g p artly p reserved cle a v a g e s. P r o fil 9, p a ra llel
n ico ls, en la rg em en t 86x
rytu. Najczęściej są one przecięte żyłkami chryzotylow ym i i tw orzą tzw. stru k tu rę siatkową (rys. 6). M inerały te są bezbarwne i niepleochroicz- ne, odznaczają się współczynnikami załamania św iatła zbliżonymi do piroksenów opisanych powyżej-, w ykazują jednak wyższe barw y in ter ferencyjne.
148 J. Weber
R y s . 5. C z ę ś c i o w o p r z e o b r a ż o n y p i r o k s e n , z k t ó r e g o u t w o r z y ł s i ę a n t y g o r y t . P r o f i l 10, p o w i ę k s z e n i e 8 6 x
a — n ik o le ró w n o le g łe , b — n ik o le s k rz y ż o w a n e
P a r t l y t r a n s f o r m e d p y r o x e n e c h a n g e d i n t o a n t i g o r i t e . P r o f i l e 10, e n l a r g e m e n t 8 6 x
a — p a r a lle l n iç o is, b — c ro ss e d n ic o ls
W pró b k ach 13 i 14 w w y n ik u p rzeo b rażenia pow stała znaczna ilość am fiboli rep re z en to w a n y c h przez tre m o lit (rys. 7). P o nad to w skałach ty c h w y stęp u ją m in e ra ły serp en ty n o w e, częściowo zserp en ty n izo w an e p iro k se n y i oliw iny oraz talk . T rem o lit odznacza się słupkow ym po k ro jem , jest b ezb arw n y, niepleochroiczny, m a nieco niższe od piroksenów
w spółczynniki załam ania św iatła, w y k azu je niższe b a rw y in te rfe re n
c y jn e II rzęd u oraz k ą t w ygaszania św iatła około 20°.
S e rp e n ty n it z p ro filu 9 odbiega sw oim składem m in e raln y m od po zo stały ch próbek, gdyż zaw iera oprócz m inerałów serp en ty n o w y ch znaczne ilości ta lk u (rys. 8). M in erał te n tw o rzy b ezb arw n e n iep
le-Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 149 R y s . 6. C z ę ś c i o w o r o z ł o ż o n y o l i w i n p o c i ę t y ż y ł k a m i c h r o z o t y l u P r o f i l 14, p o w i ę k s z e n i e 1 4 0 x a — n ik o le ró w n o le g łe , b — n ik o le sk rz y ż o w a n e P a r t l y d e c o m p o s e d o l i v i n e s l i t e d b y s m a l l v e i n s o f c h r y s t o t i l e P r o f i l e 14, e n l a r g e m e n t 1 4 0 x
a — p a r a lle l n ico ls, b — c ro sse d n ic o ls
ochroiczne blaszki o średnim dodatnim reliefie. C harakteryzuje się pro stym wygaszaniem oraz w ykazuje barw y in terferencyjne III rzędu. Talk w ystępujący w 'badanej skale powstał najprawdopodobniej w czasie p ro cesów hydroterm alnego przeobrażania skały pierw otnej, w w yniku do prowadzenia roztworów o tem peraturze wyższej od 500°C [8]. Masyw ny charakter skały, jak również brak w yraźnych oznak w ietrzenia ra czej w ykluczają w ietrzeniowe pochodzenie tego składnika.
We wszystkich serpentynitach w ystępuje w tórnie w ytrącony mag n ety t (rys. 4), który tw orzy cienkie, nieprzezroczyste żyłki lub nieregu larne skupienia, w ykazujące w świetle ukośnie odbitym stalowoszarą
150 J. Weber
R y s . 7. T r e m o l i t u t w o r z o n y w s e r p e n t y n i c i e z p r o f i l u 14; p o w i ę k s z e n i e 140x
a — n ik o le ró w n o le g łe , b — n ik o le s k rz y ż o w a n e
T r e m o l i t e f o r m e d in s e r p e n t i n i t e f r o m t h e p r o f i l e 14; e n l a r g e m e n t I 4 0 x
a — p a r a lle l n ic o ls, b — c ro ss e d n ic o ls
barw ę. N iekiedy w y stę p u ją ziarn a m a g n e ty tu pierw otnego o p o k ro ju k w a d ra tó w lub sześcioboków. We w szystkich prób kach w y stęp u ją ró w
nież zróżnicow ane ilości n iere g u la rn y ch , b ru n a tn o prześw iecających
sku pień chrom itu, k tó re p rzy brzegach są czarne, zupełnie n iep rzezro czyste (rys. 9).
W Y N I K I A N A L I Z Y R E N T G E N O S T R U K T U R A L N E J
R entgen og ram y sproszkow anych skał serp e n ty n ito w y c h są p rz e d
staw ion e na rys. 10 i 11. W próbkach 1, 2, 4-8, 10-12 i 15 zdecydow anie d o m in u ją reflek sy m in erałó w z g ru p y se rp e n ty n u . A n ty g o ry to w i odpo w iadają bardzo in te n sy w n e reflek sy 7,22-7,30, 3,68-3,58, 2,520—2,512 Â o raz słabsze 2,417-2,410, 2,164, 2,154, 1,816-1,812, 1,561-1,556Â. C
hryzo-Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 151 R y s . 8. B l a s z k i t a l k u w y s y p u j ą c e g o w p r o f i l u 9; n i k o l e s k r z y ż o w a n e , p o w i ę k s z e n i e 8 6 x F l a k e s o f t a l c o c c u r r i n g i n t h e p r o f i l e 9; c r o s s e d n i c o l s , e n l a r g e m e n t 3 6 x R y s . 9. N i e r e g u l a r n e s k u p i e n i e o h r o m i t u . P r o f i l 7, n i k o l e r ó w n o l e g ł e . p o w ięk szen ie 86x
Irregu lar con glom eration of chrom ite. P ro file 7, p a ra llel nicols, en la rg em en t 86x
tyłow i i lizardytow i odpowiadają refleksy 7,36 Â, 4,61-4,52, 2,501-2,480 Â, 2,454 À, 2,152-2,145 oraz 1,535-1,530 Â, przy czym refleksy 2,501- -2,480 i 1,535-1,530 Â potw ierdzają obecność lizardytu [9]. Ponadto w próbkach 4, 5, 10 w ystępują refleksy typowe dla m agnetu — 2,977 oraz 1,474 A.
W próbkach 13 i 14 obok refleksów minerałów serpentynow ych wy stępują silne refleksy typowe dla trem olitu: 8,40-8,38, 3,13-3,12, 2,72 A, oraz słabe refleksy talku: 9,42, 4,78 i 3,13 A. W serpentynicie w
ystę-152 J. Weber
R ys. 10. R en tg en o g ra m y sp ro szk o w a n y ch sk ał serp en ty n ito w y ch . P rób k i n ie o r ie n to - w a n e. N u m ery obok p o szczeg ó ln y ch ren tg en o g ra m ó w oznaczają n u m er profilu , z k tó
rego p och od zi próbka
R andom p ow d er X -r a y d iffra cto g ra m s od serp en tin ites. N u m b ers b esid e d iffr a c to - gra m s are th e sam e as th o se o f so il ou tcrop s w h ere sa m p les o f serp en tin ites w ere
c o llected from
R ys. 11. R en tg en o g ra m y sp ro szk o w a n y ch sk ał se r p e n ty n ito w y c h tra w io n y ch 1 N H C l w tem p era tu rze 95°C przez 1 god zin ę
R andom p o w d er X -r a y d iffra cto g ra m s o f se r p e n tin ite sam p les treated w ith 1 N HCi at 95°C for 1 hour
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 153
pującym w profilu 9 najbardziej intensyw ne są refleksy 9,42, 4,69 i 3,116" Â, odpowiadające talkowi. Ponadto w yraźne są refleksy antygorytu 7,23 i 3,62 Â, chryzotylu 2,482 i 1,525 Â oraz m agnetytu 2,748, 2,104 i 1,699 Ä.
W celu zniszczenia stru k tu ry chryzotylu próbki traw iono w tem pe
ratu rze 95°C przez 1 godzinę za pomocą 1 N HC1. Według N a g y
i F a u s t a [11] tego typu traktow anie niszczy zupełnie s tru k tu ry c h ry zotylu, nie naruszając stru k tu r pozostałych m inerałów z grupy serp en tynu. W h i t t a k e r i Z u s s m a n [14] stwierdzili, że nieco m ocniej
szy kwas solny niszczy również stru k tu ry lizardytu. Rentgenogram y
próbek traktow anych HC1 (wykonane z mniejszą czułością) p rzed sta wia rys. 11. Największy efekt można zaobserwować w próbce z profi lu 13, gdzie pozostał tylko słaby refleks 7,28 Â odpowiadający antygo rytow i, co świadczy o przewadze chryzotylu. Osłabienie refleksów ser pentynow ych wystąpiło również w próbkach z profilów 4, 7, 8, 11 i 14, co wskazuje na zwiększony udział chryzotylu w analizowanych skałach.
W Y N IK I A N A L IZ Y D ER Y W A TO G R A FIC ZN EJ
Term ogram y sproszkowanych serpentynitów przedstawiono na rys. 12. Analizowane próbki z profilów 6, 10 i 15 odznaczają się silnym efe ktem endoterm icznym 740-780°C i słabym egzotermicznym 805-810°C Term ogram y tych próbek po traktow aniu HCl nie ulegają zmianie, co potwierdza, że skały te są złożone głównie z antygorytu z niewielką domieszką chryzotylu lub lizardytu [5, 7, 8, 11, 12]. S erpentynit w y stępujący w profilu 5 w ykazuje silny efekt endoterm iczny 725°C i egzo term iczny 810°C. Efekt endoterm iczny znajduje się powyżej zakresu tem peratu r dla chryzotylu i lizardytu oraz poniżej zakresu tem p eratu r typow ych dla efektu endotermicznego antygorytu. Ponieważ nie w y stąpiły zmiany po działaniu na próbkę HC1, można przypuszczać, że
efekty te odpowiadają antygorytowi. Również badania S z u m l a s a
[12] potw ierdzają możliwość w ystępow ania niskiego efektu endoter
micznego — 720°C, charakteryzującego antygoryt.
Próbka z profilu 8 w ykazuje podobne efekty: endoterm iczny 720°C i egzotermiczny 810°C, ale badania ren tg en ostru kturalne wykazały, że po działam u HC1 (w przeciwieństwie do próbki 5) w ystępujące reflek sy uległy bardzo znacznemu osłabieniu. Świadczy to, że w tym przy padku efekty term iczne odpowiadają chryzotylowi [11]. Próbki 1, 2, 4,. 7, 11-13 i 14 charakteryzują się dwoma efektam i endotermiczny mi: 630-720°C i 730-775°C. Pierw szy efekt odpowiada chryzotylow i i lizar- dytowi, drugi antygorytowi. W ystępujący efekt egzotermiczny około 795-810°C odpowiada mieszaninie antygorytu, chryzotylu i lizardytu [7, 8, 13]. Po traw ieniu HC1 niższy efekt endoterm iczny znikł zupełnie w próbce 2 oraz zm niejszył się dla serpentynitów z profilów 1, 7 i 12.
.154
R ys. 12. K rzy w e term iczn e sp ro szk o w a nych sk ał se rp en ty n ito w y ch . N u m ery obok k rzyw ych oznaczają n u m ery p rofilu , z k tó
rego poch od zi próba
Э ТА th erm ogram s of serp en tin ites. N u m bers b esid e th erm ogram s are th e sam e as th ose oif soil o u tcrop s w h ere sam p les o f
se r p e n tin ite s w ere co llected from
Na tej podstawie można wnioskować, że skały te zbudowane są z mie szaniny antygorytu i chryzotylu, natom iast próbki 4, 11, 13 i 14 zbu dowane są z mieszaniny antygorytu i lizardytu, który jest odporniej szy od chryzotylu na działanie HC1.
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 15fj
Nieco odmiennie przedstaw ia się term ogram próbki 9. W ystępują tu ta j trzy efekty endotermiczne: 590, 750 i 950°C oraz słaby efekt egzo term iczny 815°C. Silny efekt endoterm iczny 950°C jest powodowany obecnością talku, słaby efekt 590°C może odpowiadać chryzotylowi, na tom iast efekt 750°C i egzotermiczny 815°C odpowiadają antygorytowi.
W Y N IK I A N A L IZ Y SK Ł A D U CHEMICZNEGO
S erpentynit jako skała m acierzysta stanowi swego rodzaju kurio zum, zawierając 27-38°/o MgO oraz tylko 38-47% S i0 2 i 1-3% CaO {tab. 1). Ponadto zaznacza się też znaczny udział Fe20 3, który może być spov/cdc\v.?ny występowani-em m agnetytu albo żelazo może być bez pośrednio związane z m inerałam i z grupy serpentynu. Wśród skład ników chemicznych zw racają uwagę wysokie zawartości Cr20 3, NiO i CaO, które mogą powodować występowanie większych ilości tych mi kroelem entów glebowych w zw ietrzelinach serpentynitow ych. Ponie waż omawiane składniki były oznaczane w stopach z Na2C 0 3 przy za stosowaniu absorpcji atomowej, w yniki mogą być obarczone pew nym błędem, jednak rzędem wielkości są one zbliżone do wyników uzyska
nych przez inn3^ch autorów [12].
Wychodząc ze wzoru m inerałów serpentynow ych Mg6Si4O10(OH)y
można wyliczyć stosunki m olarne zachodzące między głównymi składni kami: SiO2:MgO = 0,67, S i0 2:H20 = l,00, MgO:H20 = l,50. Stosunki w yli czone ze składu chemicznego badanych próbek są bardzo zbliżone do podanych w artości potw ierdzając, że skały te są zbudowane głównie
z m inerałów serpentynow ych (przy obliczeniach stechiom etrycznych
strata żarowa została wzięta jako H20). Nieco odmiennie kształtują się stosunki m olarne w skale m acierzystej z profilu 9. Jeżeli jednak weź mie się pod uwagę dużą zawartość talk u stwierdzonego w tej próbce, to okaże się, że w artości tych stosunków zbliżone są do w artości w yli czonych dla tego m inerału, gdzie S i0 2:Mg0 = l,33, S i0 2:H20 = 4,00, a MgO:H20 = 3,00.
S erpentynit ,z profilu [11] w ykazuje ubytek MgO zarówno w stosun ku do S i0 2, jak też do wody stru k tu raln ej, gdy tym czasem stosunek S i0 2:H20 nie ulega zmianie. Ponieważ w próbce tej w ystępuje znaczna ilość A120 3, istnieje duże prawdopodobieństwo, że część Mg2+ w w arstw ie oktaedrów m inerałów serpentynow ych została podstawiona przez jo ny Al3-:- [Ц].
N iektóre próbki (zwłaszcza 13 i 14) odróżniają się wyższym stosun kiem m olarnym M g0:H 20 i S i0 2:H20 , co może wiązać się z niższym uw odnieniem m inerałów pierw otnych i trem olitu. Również zwiększona
T a b e l a 1 S k ła d chem iczny s k a ł s e r p e n ty n ito w y c h
C hem ical c o m p o sitio n o f s e r p e n t i n i t e ro c k s
Kr p r o f i l u P r o f i l e II o . 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 S t r a t a żarowa I g n i t i o n l o s s 12,05 11,42 12,70 11,73 11,82 1 2 ,1 2 1 1,8 4 6 ,7 5 9 ,6 9 11,73 10,44 6 , 2 6 5 ,6 4 11,98 Si02 41,23 4 2 ,1 9 4 0 ,5 9 40 ,0 4 4 1 ,3 0 4 2 ,6 4 4 0,43 52 ,0 5 4 2 , 0 6 38,7 3 47 ,2 4 44 ,9 5 43,01 41,01 /л,о; 0 ,9 9 1,78 1 ,8 9 5,26 2,81 1 ,2 5 2 , 2 6 1,2 7 1 ,2 9 8 ,8 5 0,48 3 ,9 0 1,88 2 ,5 0 :-е2о , 7 ,8 4 7 ,7 6 co coo 8 ,0 0 7 ,0 4 7 ,3 6 9,28 9 , 1 2 8 , 1 6 11,92 11,04 11,68 8 ,4 3 8 ,2 4 ;.:no 0,12 0 ,0 5 0 ,0 9 0 ,0 9 0 ,0 9 0,06 0 ,1 7 0 ,1 4 0,11 0 ,1 0 0 ,2 6 0 ,2 2 0 ,1 3 0 ,2 5 oaO 1,75 1 ,4 0 1*31 1,05 1 ,0 5 1 ,4 0 1,23 1,05 0 ,8 8 1,93 1,58 3 ,5 9 2 ,5 4 1,58 ;'.go 32,46 3 4 ,7 8 3 5 ,9 7 36,04 3 6 ,6 0 3 4 ,6 5 3 4,5 9 2 8 , 1 6 38,11 2 7 ,0 9 2 8,60 2 7 ,1 5 3 8 ,0 5 3 4,52 *'•2° 0,01 0 , 0 2 0,01 0,01 0,01 0,01 0 ,02 0,01 0 ,0 2 0 ,0 3 0 ,0 3 0 ,0 3 0 ,0 4 0 ,0 2 *2°5 0 ,0 1 5 0 ,0 1 3 0,01 1 0 ,0 2 5 0,011 0 ,0 1 0 0 ,0 3 3 0 ,06 6 0 ,0 2 7 0 ,0 1 7 0 ,0 1 5 0 ,0 1 3 0 ,0 1 0 0,066 C r.,0,с 1 0,81 1 ,18 0 ,4 7 0,b 6 0 ,7 8 0 ,5 9 0 ,9 5 0 ,7 4 0 ,5 3 0 ,5 3 1, 21 1 , 2 1 0 ,9 2 0,66 MO 0 ,3 5 0,36 u , 43 0 , 3 1 0,31 0,36 0 ,3 5 0 ,3 9 0 , 3 3 0 ,4 3 0 ,4 6 0 ,6 5 0 ,4 3 0 ,3 7 00 0 0 , 0 1 6 0 ,0 1 4 0 ,0 1 4 0 , 0 1 4 0 ,0 1 4 0
,
0 1>
0 ,0 1 7 0,01^ 0 ,0 1 5 0 , 0 1 6 0,021 0 ,0 2 0 0 , 0 1 6 0 , 0 1 6 Ï. 99,64 100,93 101,56 101,53 1 01,84 100,46 1 01,17 99,76 10 1,22 1 01,34 101,38 9 9 ,6 7 1 00 ,6 7 1 01,15 JiOoZ-üO 0 ,7 8 0 , 7 9 0 ,7 4 0 ,7 3 0 ,7 4 0 ,8 0 0 ,7 6 1 , 2 1 0 ,7 2 0 , 9 4 1,08 1 ,0 8 0 r 74 0 ,7 8 Ji02/;i20 1, 03 1 f 11 0 ,9 6 1,02 1,05 1 ,0 5 1 , 0 2 2,31 1 , 3 0 0 ,9 9 1,36 2 ,1 5 2 ,2 9 1,03 '•igO/ri^O 1.31 '.,4 0 1 >30 1.41 1,*?- »•31 1,3 4 1 , 9 1 1 , 8 0 1,06 1,26 1 ,9 9 3 ,1 0 1 ,32 J. W e b e rGeneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 157
zawartość CaO w obu próbkach może łączyć się z w ystępow aniem tych minerałów. Niższe uwodnienie omawianych serpentynitów znajduje swoje odzwierciedlenie także w w artościach straty żarowej.
P O D SU M O W A N IE I D Y S K U S J A W Y NIK Ó W
Skład m ineralny serpentynitów określony mikroskopowo w cienkich płytkach znalazł potw ierdzenie w analizie ren tg en ostrukturalnej, dery- w atograficznej i chemicznej. W yniki analizowanych próbek spękanej skały w ystępującej bardzo płytko w profilach gleb serpentynitow ych Dolnego Śląska nie odbiegają zasadniczo od wyników badań litej skały
serpentynitow ej, znanych z literatu ry [2, 3, 6, 7, 10, 12]. Głównymi
składnikam i badanych serpentynitów są m inerały z grupy serpentynu, a zwłaszcza antygoryt, który dom inuje najw yraźniej w próbkach 5, 6, 10 i 15. Udział pozostałych m inerałów z tej grupy — chryzotylu i li- zardytu — jest znacznie mniejszy, spotkać jednak można serpentynity (próbka 13), w których przeważa chryzotyl.
Analizowane skały różnią się zaawansowaniem procesów serpenty- nizacji oraz produktam i tego procesu. Skały macierzyste w ystępujące w profilach 10, 12, 13 i 14 odznaczają się zwiększoną obecnością oliwinów i.piroksenów — m inerałów zachowanych ze skały pierw otnej. Przeobra żenie skały z profilu 9 doprowadziło do pow stania znacznej ilości talku, a w próbkach 13 i 14 — trem olitu i talku.
Podczas badań mikroskopowych obserwowano przypadki pow staw a nia chryzotylu kosztem oliwinów oraz tworzenie się antygorytu w w y niku przeobrażania piroksenów (rys. 5 i 6). Według H e f 1 i к a [7] w w yniku serpentynizacji najpierw pow staje chryzotyl, który w skutek powolnych zmian przeobraża się w antygoryt. Omówione w yniki badań sugerują jednak, że na rodzaj pow stających m inerałów serpentynow ych może mieć w pływ skład przeobrażanych m inerałów pierw otnych.
Analiza składu chemicznego w ykazała, że serpentynity odznaczają się bardzo dużym udziałem MgO, stosunkowo dużą ilością Fe20 3 oraz niską zawartością S i0 2 i CaO. Stosunki m olarne głównych składników w większości próbek zbliżone są do stosunków tych składników w yli czonych ze wzoru m inerałów serpentynow ych, potw ierdzając suprem a cję tych m inerałów w badanych skałach. Znaczne zawartości takich m i kroelem entów glebowych jak Cr, Ni oraz Co świadczą o magmowym po chodzeniu serpentynitów , na co zwrócili uwagę F a u s t i F a h e y [5]. S kładniki te były kum ulow ane w trzeciorzędowej zw ietrzlinie [7, 12], istnieje więc duże prawdopodobieństwo przechodzenia znacznych ilości określonych m ikroelem entów do m ateriału glebowego.
Stosunkowo znaczna zawartość A120 3 w niektórych serpentynitach (próbka 11), przy niższej równocześnie zawartości MgO, wskazuje na możliwość podstaw iania magnezu w ystępującego w oktaedrach przez
158 J. Weber
glin. B a t e s i M i n k [1] sugerują, że tw orzenie się płytkowej stru k tu ry antygorytu może występować w w yniku zmniejszania się w ar stwy oktaedrów w stosunku do tetraedrów , właśnie przez zastąpienie Mg2+ przez atomy Al3+ lub Fe8+. W swoim chemicznym składzie an ty goryt może zawierać do 9,4%, natom iast chryzotyl do 4,8% A120 3 lub Fe20 3 [1, 5, 9, 11]. Ponieważ zm iennym ilościom antygorytu lub chry zotylu w badanych próbkach nie tow arzyszy zróżnicowanie zawartości żelaza (przy niskiej równocześnie zawartości glinu), znaczny udział Fe20 3 prawdopodobnie jest związany z obecnością m agnetytu.
Ci r . i ć [4] badając gleby serpentynitow e Jugosław ii zwrócił uwagę na wpływ stopnia zserpentynizow ania skały m acierzystej na pow stające gleby. W prawdzie badane skały również w ykazują zmienne zaawanso wanie przeobrażenia, jednakże w ydaje się, iż w większości przypadków nie jest ono tak znaczne, aby wpłynąć w istotny sposób na zróżnicowa nie w artości glebotwórczej zwietrzeliny. Omówione w yniki badań w y raźnie w skazują, że serpentynitow a skała m acierzysta może w ywierać bardzo duży wpływ na typologię, ewolucję i właściwości wytworzonej z niej gleby, a czynnikiem determ inującym charakter gleby może być duża zawartość magnezu.
W N IO SK I
Na podstawie przeprow adzonych badań w ysunięto następujące
wnioski.
1. Skład m ineralny spękanej skały macierzystej w ystępującej na m a łych głębokościach w profilach gleb serpentynitow ych Dolnego Śląska nie odbiega zasadniczo od składu m ineralnego typowej litej skały ser pentynitow ej. Badane skały zbudowane są głównie z antyg ory tu i wy stępującego w mniejszych ilościach chryzotylu. Ponadto w małych ilo ściach w niektórych próbkach w ystępują m inerały zachowane ze skały pierw otnej oraz trem olit i talk — m inerały powstałe w trakcie proce sów przeobrażania.
2. Powstawanie m inerałów serpentynow ych może być uw arunko
wane rodzajem przeobrażanych minerałów; serpentynizacja oliwinów
może prowadzić do powstania chryzotylu, pirokseny zaś, ze względu na większą zawartość A120 3, mogą być przeobrażane bezpośrednio w an ty goryt.
3. Skały m acierzyste w ystępujące w poszczególnych profilach glebo wych w ykazują zróżnicowany stopień zserpentynizow ania, który nie w yw iera jednak istotnego w pływ u na w artość glebotwórczą zw ietrzeli ny. S erpentynity z powodu dużej zawartości magnezu i niektórych mi kroelem entów glebowych mogą wywierać bardzo duży wpływ na gene zę i właściwości w ytw orzonych z nich gleb.
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 159
☆
Promotorowi — Panu Profesorowi Stanisławowi Kowalińskiemu składam serdeczne podziękowanie za wskazanie tematu pracy oraz cen ne rady i wskazówki udzielane w trakcie jego realizowania.
Serdeczne podziękowania składam również Panom Profesorom: To maszowi Komornickiemu i Stanisławowi Uziakowi za wnikliwe uwagi zawarte w recenzjach niniejszej pracy.
L IT E R A T U R A
[1] B a t e s T. F., M i n k J. F.: M orp h ology and stru ctu re of th e serp en tin e m in era ls a n tig o rite and ch r y so tile (abst.). G eol. Soc. A m . B u ll. 61, 1950, 1442-1443.
[2] B u t l e r J. R.: T h e g eo ch em istry and m in era lo g y o f rock w ea th erin g . I. T h e L izard area, C orn w all. G eoch im ica at C osm och im ica A cta 4, 1953, 157- 178.
[3] C h m u r a K.: C h a ra k tery sty k a se r p e n ty n itu g ro ch o w sk ieg o . P rzegl. geol. 7, 1950,, 37'l-375.
[4] C i r i ć M.: E in B eitra g zur B od en b ild u n g auf S erp en tin . Ztschr. F fla n zen ern . D üng. B od en k u n d e 96, 1962, 115-120.
[5] F a u s t G. T., F a h e y I. I.: T h e serp en tin e-g ro u p m in era is. U.S. G eol. Su rv. P rof. Pap. 384 A, 1962, 92.
[6] G a j e w s k i Z.: M in era liza cja m a g n ezy to w a na p łn. przed p olu w zgórza „K ielczy n” na D oln ym Ś lą sk u . P rzegl. geol. 8, 1961, Ф62-465.
[7] H e f 1 i к W.: S tu d iu m m in era lo g iczn o -p etro g ra ficzn e leu k o k ra ty czn ej str e fy p rzeobrażonej ok olic Jord an ow a (D olny Ś ląsk ). Pr. M iner. K om is. N auk M iner. P A N , Oddz. w K ra k o w ie, nr 10, 1967, 122.
[8] H e f 1 i к W., W y s z o m i r s k i P.: R ea k cje w y so k o tem p era tu ro w e w n ie k tó ry ch p ery d o ty ta ch i serp e n ty n ita c h D oln ego Ś lą sk a . M ater. O gniotr. 1969, 4, 132-135.
[9] K a l o u s e k G. L., M u t t a r t L. E.: S tu d ies on th e ch r y so tile and a n ti go rite co m p on en ts o f serp en tin e. A m . M iner 42, 1957, 1-22.
[10] К u b i с z A.: Z m ien n ość p etro g ra ficzn a sk a ł se r p e n ty n ito w y c h ok olic G ro ch ow ej i B ra szo w ic jako o g n io trw a ły ch su ro w có w k rzem ia n o w o -m a g n ezo - w y ch , A rch. M iner. 1966, z. 1-2, 397-472.
[11] N a g у В., F a u s t G. T.: S erp en tin es: n a tu ra l m ix tu r e s o f c h r y so tile and a n tig o rite. A m . M iner. 41, 1956, 817-838.
[12] S z u m 1 a s F.: N ik iel, k o b a lt i chrom w serp e n ty n ita c h ok olic S ob ótk i na D oln ym Ś lą sk u . A rch. M iner. 1063, 1, 5-116.
[13] W e b e r J. N. , G r e e n R. T.: D e h y d ra tio n o f serp en tin e: h ea t o f rea ctio n and reaction k in etics at Ph20 = 1 atm . A m . M iner. 50, 1965, 450-4)64.
[14] W h i t t a k e r E. J. W., Z u s s m a n J.: C h aracterization o f serpentine: m in era ls by X -r a y d iffraction . M in eral. M ag. 31, 1956, 107-126.
160 Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska E. В Е Б Е Р ГЕНЕЗИС И СВО Й С ТВА ПОЧВ О Б Р А ЗО В А Н Н Ы Х И З С ЕРП ЕН ТИ Н И ТО В Н И Ж Н Е Й С И Л ЕЗИ И Ч А С Т Ь 1-я. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А М А Т Е Р И Н С К О Й П О РО Д Ы И нститут агрохимии, п очвоведени я и микробиологии, С ель ск охозяй ствен н ая академ ия во В роцлаве Р е з ю м е В статье приводятся резул ьтаты ан ал и зов покры той трещ инами -материн с к о й породы залегавш ей на небольш ой глуби не в 14 п р о ф и л я х серп ен ти н и то- в ы х почв Н и ж н ей Силезии. Ц елью и сследован ий было оп р едел ен и е связей м е ж ду свойствами серпеититов и п очвообразую щ и м достоинством и з вьгветрелостей. М инеральны й состав и ссл едован н ы х пород, оп ределяем ы й в тонких ш л и ф а х под микроскопом, наш ел п о д т в ер ж д ен и е в ан ал и зах: рентген оструктурном , д е р иватограф ическом и химическом. П ороды эти бьгли сл ож ен ы п р еж д е всего из минералов группы серпентина в глав,ном и з антигорита. В меньш ем к о л и ч е стве находятся зд есь оливины и пироксены — минералы унаследован н ы е от первичной породы, а т а к ж е тремолит и тальк — минералы сф орм ировавш иеся в р езул ь тате преобразований. В токе и сследован и й установлено, что состав сер - пептипи товы х минералов м ож ет обн аруж и в ать зависимость от ви да п о д в е р ж е н н ы х превращ ениям первичны х минералов. А н ал и з хим ического состава показал, что серпентинит является у н и к ал ь ны м видом м атеринской породы, со д ер ж а щ ей 27-38% , MgO, лиш ь 38-47% SiO z и 1-3% СаО. С верх того эти породы огличаю тся высоким содер ж ан и ем таких п очвенны х м икроэлем ентов как Сг, N i, Со, присутствие которы х вы являет м агм атическое п р о и сх о ж д ен и е и сследован н ы х серпентинитов. Н азванн ы е эл е менты п о-видим ом у будут вы ступать в зам етн ы х кол и ч ествах т о ж е и в в ы - в етр ел сстях, подчерк ивая этим и х специ ф ич ность. И спы танны е породы вы являли д и ф ф ер ен ц и р ов ан н ость степени сер п ен т и н и - зации, однако различи я не были на столько велики, чтобы могли сущ ественны м обр азом сказаться на п очвообразую щ ем достоинстве отдель н ы х образцов. Р е зул ьтаты испы таний совершению ясно указы ваю т на то, что серпентинитова'Я м атеринская порода м ож ет оказы вать сильное влияние на типологию, эволю цию и свойства сф орм ированной из н е е почвы, а реш аю щ им ф ак тор ом м ож ет я в- .ляться вы сокое со д ер ж а н и е магния.
Geneza gleb z serpentynitów Dolnego Śląska 161 J. WEBER
G E N ESIS A N D PR O PE R T IES O F SO ILS DER IV ED FRO M SE R PE N T IN IT E S IN LOW ER SIL E SIA
PA R T I. CHARACTERISTICS OF PA R EN T ROCK
D ep a rtm en t o f A g ricu ltu ra l C h em istry S o il S cien ce and M icrobiology, A g ricu ltu ra l U n iv e r sity o f W rocław
S u m m a r y
R esu lts o f th e a n a ly ses o f th e fissu r e d p aren t rock o f 14 v e r y sh a llo w serp en tin ite soil p ro files in L ow er S ile sia are p resen ted in th e paper. T he aim of th e r e sp e c tiv e in v e s tig a tio n s w a s to d eterm in e th e rela tio n sh ip b e tw e e n p ro p erties o f se r p e n tin ite s and th e so il-fo r m in g v a lu e of th eir w ea th ered m aterial. T h e m in era l co m p o sitio n o f rock under stu d y, d eterm in ed u n d er m icroscop e in th in sectio n s, has b een co n firm ed b y X -r a y d iffra ctio n , d iffe r e n tia l th erm al and ch em ica l a n a ly ses. T he ex a m in ed sam p les con sist, fir st of all, of m in era ls of the serp en tin e group, m a in ly o f a n tig o rite. O liv in es and p y ro x en es (m inerals p reserved from th e p rim ev a l rock) as w e ll as trem o lite and talc (m in erals form ed by m etam orp h ism ) occur in le s s am ou n ts. It has b een fou n d in th e cou rse o f th e in v e stig a tio n s th a t th e co m p o sitio n of ser p e n tin e m in era ls .m ay d ep en d on th e kind of tran sform ed p rim ary m in era ls.
T h e a n a ly se s o f th e ch em ica l co m p o sitio n has p roved th a t se r p e n tin ite is a p ecu lia r kind o f th e so il p aren t rock, co n ta in in g 27-38% MgO, 38-47% S i 0 9 and 1-3% CaO. M oreover, th e s e rocks d istin g u ish th e m se lv e s w ith h igh con ten ts o f su ch so il trace elem en ts, as Cr, N i and Co. T he p resen ce o f th e se com p on en ts su g g ests th e m agm atic origin o f th e se r p e n tin ite s in v e stig a te d . T he a b o v e elem en ts, w ou ld prob ab ly occur in co n sid era b le am ou n ts a lso in th e w ea th ered m a teria l, em p h a sizin g its sp e c ific character.
T he rocks under study sh o w a d iffe r e n t degree o f serp en tin isa tio n . N e v e r th e le ss, it seem s th a t it w o u ld not be as stro n g as to e x e r t a sig n ific a n t e ffe c t o n th e so il-fo r m in g v a lu e o f in v estig a ted rock sam p les. T he research resu lts in d ica te q u ite d is tin c tly th a t th e se r p e n tin ite p aren t rock can took a stron g hold upon th e ty p ology, e v o lu tio n and p rop erties o f th e so il d ev elo p ed from it, w h ile a h igh m a g n esiu m co n ten t m a y b e an im p o rta n t factor d eterm in in g th e ch aracter o f th is soil.
Dr Jerzy Weber
Instytut Chemii Rolniczej,
Gleboznawstwa i Mikrobiologii AR Wrocław, ul. Grunwaldzka 53
