Glauconite weathering processes in soils of temperate climate: a case study from the soil profile in Górniki (Roztocze Środkowe)

Celem niniejszej pracy było zbadanie procesów wietrzenia glaukonitu, zachodzących w środowisku glebowym, w warunkach klimatu umiarkowanego. Przedmiot badań stanowił materiał pobrany z profilu gleby brunatnej eutroficznej, rozwiniętej na mioceńskich piaskach glaukonitowych, z miejscowości Górniki na Roztoczu Środkowym. Do badań wykorzystano materiał frakcji <2 mm z siedmiu poziomów glebowych oraz płytki cienkie wykonane z trzech próbek o nienaruszonej strukturze. Płytki cienkie poddano obserwacjom z użyciem mikroskopu optycznego, a wyseparowane magnetycznie pelety glaukonitowe – obserwacjom w skaningowym mikroskopie elektronowym. Surowe próbki, wydzielone frakcje ilaste (<2 µm i <0.2 µm) oraz pelety przeanalizowano metodą dyfraktometrii rentgenowskiej. Materiał frakcji ilastej oraz pelety z najniższego poziomu zbadano również metodą spektrometrii absorpcyjnej w podczerwieni. Ponadto, pelety z najniższego poziomu przeanalizowano metodą spektrometrii mössbauerowskiej oraz oznaczono ich skład chemiczny w mikroskopie elektronowym z systemem EDS. Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że w profilu nie zachodzi grawitacyjne przemieszczanie najdrobniejszego materiału. W składzie frakcji ilastej zidentyfikowano glaukonit, smektyt i minerały mieszano-pakietowe bogate w smektyt, kaolinit oraz goethyt. Zaobserwowano wyraźny wzrost zawartości smektytu i kaolinitu w górę profilu. Pelety z najniższego poziomu zawierały glaukonit z nieznacznym udziałem minerałów mieszano-pakietowych glaukonit-smektyt. Fe2+ stanowiło 4% całkowitego żelaza zawartego w glaukonicie z tego poziomu. Pelety z wyższych poziomów zawierały oprócz glaukonitu również rosnącą ilość minerałów mieszano-pakietowych glaukonit-smektyt. Zidentyfikowano w nich ponadto kaolinit, a w górnej części profilu także goethyt.Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że w badanym profilu kosztem „czystego” glaukonitu powstaje smektyt, kaolinit oraz w nieznacznym stopniu goethyt. W trakcie wietrzenia zachodzi dezintegracja peletów, uwalnianie Fe i Mg z glaukonitu i najprawdopodobniej przebudowa jego struktury. W efekcie powstają minerały ilaste bogate w Al. Utlenianie żelaza nie odgrywa istotnej roli w smektytyzacji glaukonitu.

The aim of the presented research was to study the weathering of glauconite in soils under temperate climate conditions. The research object was the material sampled from Eutric Cambisol, developed on the Miocene sand from Górniki in the Roztocze region. The studied material was <2 mm fraction from seven soil horizons and three thin sections prepared from undisturbed soil samples. Thin sections were examined using optical microscope while magnetically separated glauconite pellets were observed in the scanning electron microscope. Bulk soil material, separated clay fractions (<2 m and <0.2 m) and glauconite pellets were analyzed by X-ray diffractometry. The fine clays and pellets from the lowermost horizon were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy. Pellets from the soil parent material were also analyzed using Mössbauer spectroscopy. The pellets chemical composition was determined using EDS method. Observations of thin sections indicated that no significant transport of the finest material occurred within the profile. Separated clay fractions contained glauconite, smectite-rich glauconite-smectite mixed layered minerals, kaolinite and trace amounts of goethite. An increase in the concentration of smectite and kaolinite was observed in the clay fractions up the profile. The green pellets separated from the lowermost horizon contained almost pure glauconite with traces of swelling glauconite-smectite. Fe2+ constituted only 4% of the total iron present in the parent glauconite. The pellets from upper soil horizons except for glauconite contained increasing amounts of glauconite-smectite. Kaolinite was also identified there and in the uppermost horizons there was also trace amount of goethite. According to the results obtained glauconite weathering leads to the formation of smectite, kaolinite and minor amounts of goethite. During weathering disintegration of pellets takes place, Fe and Mg ions are leached from glauconite and reorganization of the mineral structure likely occurs. As a result, the Al-rich clay minerals form. Ferrous iron oxidation does not play an important role in the process of glauconite smectitization.