SKŁAD MINERALOGICZNY FRAKCJI ILASTEJ OSADÓW ALUWIALNYCH WYBRANYCH RZEK PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ POLSKI

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 2 WARSZAWA 2009: 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 'Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb, UTP Bydgoszcz. 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. Słow a kluczowe: aluwia, frakcja ilasta, minerały mieszanopakietowe. Key words: 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 Ja 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.

2 Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów ahiwialnych wybranych rzek 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 została pobrana z basenu zastoiskowego doliny Łyny (mezoregion Równina Sępopolska). Lokalizację punktów badawczych przedstawiono na rysunku 1. Do badań wybrano próbki, które pod względem uziarnienia spełniały kryterium iłu wg PTG Frakcję ilastą do badań wydzielono metodą wirówkową za pomocą wirówki Beckmann po preparatyce wstępnej według Jacksona [Cieśla 1964] oraz po zdyspergowaniu Na-jonitem [Gonet, Cieśla 1988]. Skład mineralogiczny RYSUNEK 1. Lokalizacja punktów badawczych FIGURĘ 1. Localion map of experiinental sites oznaczono metodą dyfraktometr i i rentgenowskiej próbek wy syconych jonami magnezu (Mg21), solwatowanych glikolem etylenowym (Mg2^+GE), wysyconych jonami potasu (Kf) oraz prażonych w' 300 C (Kr300) i 550 C (K7550). Analizę przeprowadzono 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 aluwialnych 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 mieszanopakietowe 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

3 26 J. Długosz, M. Orzechowski, S. Smólczymski, M Kohierski TABELA 1. Wybrane właściwości badanych osadów TABLE 1. Some properties o f the sediments under study Miejsce Site Głębokość jzawartość [%] frakcji [mm] Depth 1Content [%] o f fraction [mm] Tekstura* Texture C-org TOC ph cm < g kg"1 H,0 IM KC1 Braniewo pvi ,6 4.6 Jeziernik gpvi 8,8 6,6 5,1 Smolajny pvi ,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 dyfraktogramach 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 smektytowych (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. Natom 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 of sample saturated with magnesium and solvated with ethylene glycol

4 Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek CuKcr RYSUNEK 3. Dyfraktogramy frakcji ilastej wysyconej magnezem FIGURE 3. X-ray diffractograms of clay fraction saturated with magnesium RY SUNEK 4. Dyfraktogram frakcji ilastej próbki Jeziernik wysyconej Mg2 i solwatowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie CuK«, przerywana linia - sumaryczny w y nik fitowania. linia kropkowana - piki składowe, cienka ciągła linia - dane eksperymentalne FIGURE 4. X-ray diffractogram of the clay fraction of the sample Jeziemik saturated with Mg2" and solvated with ethylene glycol (EG) in the range CuKa, dash line - the fitted envelope curve, dot line - reconstructed picks, while fine solid line represents experimental data

5 28 J. Długosz, M Orzechowski, S. Smólczymski. M Kohierski RYSUNEK 5. Dyfraktogram frakcji ilastej próbki Jeziernik wy syconej Mg2- i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie ,5 20 C uk «, gruba linia - refleksy po wygładzeniu, przerywana linia - sumaryczny wynik fitowania, linia kropkowana - piki składowe, cienka ciajzła linia - dane eksperymentalne FIGURE 5. X-ray diffractogram of the clay fraction of the sample Jeziemik saturated with Mg:" and solvated with ethylene glycol in the range CuKcr. bold solid line - peaks alter smoothing, dash line - the fitted envelope curve, dot line - reconstructed peaks, while fine solid line - experimental data RYSUNEK 6. Dyfrakt ogram frakcji ilastej próbki Jeziemik wy syconej Mg2' i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie CuK«. opis dyfraktogramu jak na rys. 5 FIGURE 6 X-ray diffractogram of the clay fraction of the sample Jeziernik saturated with Mg2" and solvated with ethylene glycol in the range CuKa, description as in Fig. 5

6 Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek RYSUNEK 7. Dyfraktogram frakcji ilastej próbki Braniewo wy syconej Mg2" i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie CuKa, opis dvfraktogramu jak na rys. 5 FIGURE 7. X-ray diffractogram of the clay fraction of the sample Braniewo saturated with Mg2" and solvated with ethylene glycol (EG) in the range CuKa, description as in Fig. 5 RYSUNEK 8. Dyfrakt ogram frakcji ilastej próbki Braniewo wysyconej Mg2ł i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie CuKa. opis dvfraktogramu jak na rys. 5. FIGURE 8. X-ray diffractogram of the clay fraction of the sample Braniewo saturated with MgA+ and solvated with ethylene glycol in the range 15-19,0 29 CuKa. description as in Fig. 5

7 30 J. Długosz, jvi. Orzechowski, S. Smólczyński, M. Kohierski RYSUNEK 9. Dyfraktogram frakcji ilastej próbki Braniewo wysyconej Mg2' i sol watowanej glikolem etylenowym (GE) w zakresie CuK«. opis dyfraktogramu jak na rys. 5. FIGURE 9.' X-ray diffractogram o f the clay fraction o f the sample Braniewo saturated with Mg2- and solvated with ethylene glycol in the range CuKa. description 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.

8 Skład mineralogiczny frakcji ilastej osadów aluwialnych wybranych rzek Opisany skład minerałów ilastych jest prawdopodobnie 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 strukturze nieuporządkowanej, zawierających 60-70% pakietów smektytowych. 3. Minerałami akcesorycznymi były minerały' smektytowe. illitowe i kaolinitowe. Nie stwierdzono obecności chlorytów i wermikulitów'. LITERATURA BROGOWSKI Z.. MAZUREK A. 1986: Skład mineralny frakcji mniejszych od 0.02 mm gleby aluwialnej. Rocz. Glebozn. 37, 4: CIF^ŚLA W. 1964: Adaptacja metody Jacksona przygotowania próbek glebowych do celów analiz chemicznych i innych badań glebowych. Rocz. Glebozn. 15: DĄBKOWSKA-NASKRĘT H. 1990: Skład i właściwości fizykochemiczne wybranych gleb aluwialnych Doliny Dolnej Wisły z uwzględnieniem ich cech diagnostycznych. Wyd. ATR, Bydgoszcz. DĄBKOWSKA-NASKRĘT IL DŁUGOSZ J. 1996: Occurrence and characteristics of layer silicates in alluvial soils from the Lower Wisła river valley. Poland. Applied Clay Science 11: DĄBKOWSKA-NASKRĘT FI., DŁUGOSZ J.. KOBIERSKI M. 1996: Badania składu mineralogicznego frakcji ilastej wybranych gleb brunatnych Niziny Wielkopolskiej. Rocz. Glebozn. 47,3/4: DĄBKOWSKA-NASKRĘT H.. DLUGOSŻ J., KOBIERSKI M. 1998a: Characteristics of clay minerals in black earths from Kujawy region. Rocz. Glebozn /2: DĄBKOWSKA-NASKRĘT IL KOBIERSKI M., DŁUGOSZ J. 1998b: Identyfikacja struktury minerałów mieszanopakietowych z pakietami smektvtowymi we frakcji ilastej gleb. Zesz. Probl Post. Nauk Roln. 464: DŁUGOSZ J. 1994: Minerały mieszanopakiettnve typu illit-smektyt w glebach wytworzonych z gliny zwałowej w RZD-Gliszcz. Zesz. Probl. Post. Nauk R oi 414: GONET S.S.. CIEŚLA Wr. 1988: Metody dyspergowania próbek glebowych do badań frakcji ilastej. Prace Komisji Nauk PTG 103: KOBIERSKI M.. DĄBKOWSKA-NASKRĘT H. 2003: Skład mineralogiczny i wybrane właściwości fizykochemiczne zróżnicowanych typologicznie gleb Równiny Inowrocławskiej. Cz. II. Skład mineralogiczny frakcji ilastej. Rocz. Glebozn. 54, 4: LASKOWSKI S., SZERSZEŃ L.. CHODAK T., BOGDA A. 1975: Skład minerałów ilastych gleb aluwialnych z rejonu środkowej Odry. Materiały. Konf.: Minerały ilaste gleb, Puławy: ŚRODOŃ J. 1980: Precise identification of illite/smectite bv X-ray powder diffraction. Clavs and Clay Miner. 28: ŚRODOŃ J. 1981: X-ray identification of randomly interstratified illite/smectite in mixture with discrete illite. Clay Miner. 16: ŚRODOŃ J. 1984: X-ray pow'der identification of illitic materials. Clays and Clay Miner 32: 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, Bydgoszcz jacekdcajutp. edu.pl