Латерит — это тип почвы, богатый железом и алюминием , который, как обычно считается, образовался в жарких и влажных тропических районах. Почти все латериты имеют ржаво-красную окраску из-за высокого содержания оксида железа . Они образуются в результате интенсивного и длительного выветривания подстилающей материнской породы , обычно в условиях высоких температур и обильных осадков с чередованием влажных и сухих периодов. [1] Процесс образования называется латеризацией . [2] Тропическое выветривание — это длительный процесс химического выветривания, который приводит к большому разнообразию толщины, сорта, химии и минералогии руды в образующихся почвах. Большая часть площади суши, содержащей латериты, находится между тропиками Рака и Козерога .
Латерит обычно упоминается как тип почвы, а также как тип горной породы. Это, а также дальнейшие изменения в способах концептуализации латерита (например, как полного профиля выветривания или теории выветривания), привели к призывам вообще отказаться от этого термина. По крайней мере, несколько исследователей, включая TR Paton и MAJ Williams [3] , специализирующихся на разработке реголита, посчитали, что вокруг названия возникла безнадежная путаница. Материал, который выглядит очень похожим на индийский латерит, в изобилии встречается по всему миру.
Исторически латерит разрезали на кирпичные формы и использовали при строительстве памятников. После 1000 г. н. э. строительство в Ангкор-Вате и других местах Юго-Восточной Азии изменилось на прямоугольные храмовые ограждения из латерита, кирпича и камня. С середины 1970-х годов на некоторых пробных участках дорог с битумным покрытием и низкой интенсивностью движения вместо камня в качестве основания использовался латерит. Толстые слои латерита пористые и слабопроницаемые, поэтому они могут функционировать как водоносные горизонты в сельской местности. Доступные на местном уровне латериты использовались в кислотном растворе с последующим осаждением для удаления фосфора и тяжелых металлов на очистных сооружениях.
Латериты являются источником алюминиевой руды ; руда в основном существует в глинистых минералах и гидроксидах , гиббсите , бёмите и диаспоре , которые напоминают по составу бокситы . В Северной Ирландии они когда-то были основным источником железных и алюминиевых руд. Латеритные руды также были ранним основным источником никеля .
Фрэнсис Бьюкенен-Гамильтон впервые описал и дал название латеритовой формации в южной Индии в 1807 году. [4] : 65 Он назвал ее латеритом от латинского слова later , что означает кирпич; эта сильно уплотненная и сцементированная почва может быть легко разрезана на блоки в форме кирпича для строительства. [4] : 65 Слово латерит использовалось для обозначения почвенных горизонтов с переменной степенью сцементированности, богатых полуторным оксидом . [5] Полуторный оксид — это оксид с тремя атомами кислорода и двумя атомами металла. Он также использовался для любой красноватой почвы на поверхности Земли или вблизи нее. [5]
Латеритовые покровы толстые в стабильных областях Западного Эфиопского щита , на кратонах Южно-Американской плиты и на Австралийском щите . [6] : 1 В Мадхья-Прадеше , Индия, латерит, покрывающий плато, имеет толщину 30 м (100 футов). [7] : 554 Латериты могут быть как мягкими и легко разламываемыми на более мелкие куски, так и твердыми и физически устойчивыми. Подстилающие породы погребены под толстым выветренным слоем и редко выходят на поверхность. [6] : 1 Латеритовые почвы образуют самую верхнюю часть латеритового покрова.
В некоторых местах латериты содержат пизолиты и феррикриты , и их можно обнаружить на возвышенных позициях в результате инверсии рельефа . [8]
Клифф Олье раскритиковал полезность этой концепции, учитывая, что разные авторы вкладывают в нее разный смысл. [9] Сообщается, что некоторые использовали ее для феррикрита, другие — для тропической красноземной почвы, а третьи — для почвенных профилей, состоящих сверху донизу из коры , пятнистой зоны и бледной зоны. [9] Он настоятельно предостерегает от концепции «латеритного глубокого выветривания», поскольку «она вызывает слишком много вопросов». [9]
Тропическое выветривание (латеризация) — это длительный процесс химического выветривания, который приводит к широкому разнообразию толщины, сорта, химии и минералогии руды в образующихся почвах. [10] : 3 Первоначальными продуктами выветривания являются в основном каолинизированные породы, называемые сапролитами . [11] Период активной латеризации продолжался примерно с середины третичного до середины четвертичного периода (от 35 до 1,5 миллионов лет назад). [10] : 3 Статистический анализ показывает, что переход в средних и дисперсионных уровнях 18 O в середине плейстоцена был резким. [12] Кажется, что это резкое изменение было глобальным и в основном представляет собой увеличение массы льда; примерно в то же время произошло резкое снижение температуры поверхности моря ; эти два изменения указывают на внезапное глобальное похолодание. [12] Скорость латеризации снизилась бы с резким охлаждением Земли. Выветривание в тропическом климате продолжается и по сей день, но с меньшей скоростью. [10] : 3
Латериты образуются в результате выщелачивания исходных осадочных пород ( песчаников , глин , известняков ); метаморфических пород ( сланцев , гнейсов , мигматитов ); магматических пород ( гранитов , базальтов , габбро , перидотитов ); и минерализованных проторуд; [6] : 5 , который оставляет более нерастворимые ионы, в основном железо и алюминий. Механизм выщелачивания включает кислотное растворение минеральной решетки хозяина , за которым следует гидролиз и осаждение нерастворимых оксидов и сульфатов железа, алюминия и кремния в условиях высоких температур [13] влажного субтропического муссонного климата . [14]
Существенной особенностью формирования латерита является повторение влажных и сухих сезонов . [15] Породы выщелачиваются просачивающейся дождевой водой во время влажного сезона; полученный раствор, содержащий выщелоченные ионы, выносится на поверхность капиллярным действием во время сухого сезона. [15] Эти ионы образуют растворимые солевые соединения , которые высыхают на поверхности; эти соли смываются во время следующего влажного сезона. [15] Образование латерита благоприятно в низких топографических рельефах пологих гребней и плато , что предотвращает эрозию поверхностного покрова. [10] : 4 Реакционная зона, где породы контактируют с водой — от самых низких до самых высоких уровней грунтовых вод — постепенно истощается легко выщелачиваемыми ионами натрия , калия , кальция и магния . [15] Раствор этих ионов может иметь правильный pH для предпочтительного растворения оксида кремния, а не оксидов алюминия и оксидов железа . [15] Было высказано предположение, что силкрит образуется в зонах относительно сухих «зон осаждения» латеритов. [16] Напротив, в более влажных частях латеритов, подверженных выщелачиванию, предположительно образуются феррикриты . [16]
Минералогический и химический состав латеритов зависит от их материнских пород. [6] : 6 Латериты состоят в основном из кварца , циркона и оксидов титана , железа, олова , алюминия и марганца , которые сохраняются в процессе выветривания. [6] : 7 Кварц является наиболее распространенным реликтовым минералом материнской породы. [6] : 7
Латериты значительно различаются в зависимости от их местоположения, климата и глубины. [13] Основными минералами-хозяевами для никеля и кобальта могут быть либо оксиды железа , глинистые минералы , либо оксиды марганца . [13] Оксиды железа образуются из основных магматических пород и других пород, богатых железом; бокситы образуются из гранитных магматических пород и других пород, бедных железом. [15] Никелевые латериты встречаются в зонах Земли, которые подверглись длительному тропическому выветриванию ультраосновных пород, содержащих ферро-магнезиальные минералы оливин , пироксен и амфибол . [10] : 3
Ив Тарди из французского Национального политехнического института Тулузы и Национального центра научных исследований подсчитал, что латериты покрывают около одной трети площади континентальной суши Земли. [6] : 1 Латеритные почвы являются подпочвами экваториальных лесов, саванн влажных тропических регионов и степей Сахеля . [6] : 1 Они покрывают большую часть площади суши между тропиками Рака и Козерога; районы, не охваченные в пределах этих широт, включают крайнюю западную часть Южной Америки, юго-западную часть Африки, пустынные районы северо-центральной Африки, Аравийский полуостров и внутреннюю часть Австралии. [6] : 2
Некоторые из самых старых и наиболее сильно деформированных ультраосновных пород, которые подверглись латеризации, обнаружены в виде окаменелых ископаемых почв в сложных докембрийских щитах в Бразилии и Австралии. [10] : 3 Более мелкие сильно деформированные интрузии альпийского типа сформировали латеритовые профили в Гватемале, Колумбии, Центральной Европе, Индии и Бирме. [10] : 3 Крупные надвиговые пластины мезозойских островных дуг и континентальных коллизионных зон подверглись латеризации в Новой Каледонии, на Кубе, в Индонезии и на Филиппинах. [10] : 3 Латериты отражают прошлые условия выветривания; [5] латериты, которые встречаются в современных нетропических районах, являются продуктами прошлых геологических эпох , когда эта область находилась вблизи экватора. Современные латериты, встречающиеся за пределами влажных тропиков, считаются индикаторами климатических изменений, континентального дрейфа или комбинации того и другого. [17] В Индии латеритовые почвы занимают площадь в 240 000 квадратных километров. [1]
Латеритные почвы имеют высокое содержание глины, что означает, что они имеют более высокую емкость катионного обмена , низкую проницаемость, высокую пластичность и высокую водоудерживающую способность, чем песчаные почвы. Это происходит из-за того, что частицы настолько малы, что вода задерживается между ними. После дождя вода медленно перемещается в почву. Из-за интенсивного выщелачивания латеритные почвы не обладают плодородием по сравнению с другими почвами, однако они легко реагируют на удобрение и орошение. [1] Пальмы реже страдают от засухи, поскольку дождевая вода удерживается в почве. Однако, если структура латеритных почв деградирует, на поверхности может образоваться твердая корка, которая препятствует инфильтрации воды, появлению всходов и приводит к увеличению стока. Такие почвы можно реабилитировать, используя систему, называемую «биорекультивацией деградированных земель». Это включает в себя использование местных методов сбора воды (таких как посадочные ямы и траншеи), применение остатков животных и растений и посадку ценных фруктовых деревьев и местных овощных культур, которые устойчивы к засушливым условиям. Эти почвы наиболее подходят для плантационных культур. Они хороши для выращивания масличной пальмы, чая, кофе и кешью. Международный научно-исследовательский институт сельскохозяйственных культур для полузасушливых тропиков ( ICRISAT ) использовал эту систему для восстановления деградированных латеритных почв в Нигере и увеличения доходов мелких фермеров. [18] В некоторых местах эти почвы поддерживают пастбища и кустарниковые леса. [1]
Во влажном состоянии латериты можно легко разрезать лопатой на блоки обычного размера. [6] : 1 Латерит добывают, когда он находится ниже уровня грунтовых вод, поэтому он влажный и мягкий. [19] Под воздействием воздуха он постепенно затвердевает, поскольку влага между плоскими частицами глины испаряется, а более крупные соли железа [15] образуют жесткую решетчатую структуру [19] : 158 и становятся устойчивыми к атмосферным условиям. [6] : 1 Предполагается, что искусство добычи латеритного материала для кладки было завезено с Индийского субконтинента. [ необходимо разъяснение ] [20] Они затвердевают, как железо, под воздействием воздуха. [1]
После 1000 г. н. э. строительство в Ангкоре изменилось с круглых или неровных земляных стен на прямоугольные храмовые ограждения из латерита, кирпича и камня. [21] : 3 Географические исследования показывают области, на которых имеются выравнивания из латеритовых камней, которые могут быть фундаментами храмовых участков, которые не сохранились. [21] : 4 Кхмеры построили памятники Ангкора, которые широко распространены в Камбодже и Таиланде, между IX и XIII веками. [22] : 209 Использованными каменными материалами были песчаник и латерит; кирпич использовался в памятниках, построенных в IX и X веках. [22] : 210 Можно выделить два типа латерита; оба типа состоят из минералов каолинита, кварца, гематита и гетита. [22] : 211 Различия в количестве второстепенных элементов мышьяка, сурьмы, ванадия и стронция были измерены между двумя латеритом. [22] : 211
Ангкор-Ват , расположенный на территории современной Камбоджи, является крупнейшим религиозным сооружением, построенным Сурьяварманом II , правившим Кхмерской империей с 1112 по 1152 год. [23] : 39 Это объект Всемирного наследия. [23] : 39 Песчаник, используемый для строительства Ангкор-Вата, представляет собой мезозойский песчаник, добываемый в горах Пном Кулен, примерно в 40 км (25 милях) от храма. [24] Фундамент и внутренние части храма содержат латеритовые блоки за поверхностью песчаника. [24] Кладка была выполнена без затирки швов. [24]
Он используется в качестве местного строительного материала в таких местах, как Буркина-Фасо , где его ценят за прочность и снижение расходов на отопление и охлаждение. [25]
Французы покрывали дороги в Камбодже, Таиланде и Вьетнаме дробленым латеритом, камнем или гравием. [26] Кения в середине 1970-х годов и Малави в середине 1980-х годов построили пробные участки дорог с битумным покрытием с низкой интенсивностью движения, используя латерит вместо камня в качестве основания. [27] Латерит не соответствовал никаким принятым спецификациям, но показал себя одинаково хорошо по сравнению с прилегающими участками дороги, использующими камень или другой стабилизированный материал в качестве основания. [27] В 1984 году в Малави было сэкономлено 40 000 долларов США на 1 км (0,62 мили) за счет использования латерита таким образом. [27] Он также широко используется в Бразилии для строительства дорог. [28]
Коренная порода в тропических зонах часто представляет собой гранит, гнейс, сланец или песчаник; толстый слой латерита пористый и слабопроницаемый, поэтому слой может функционировать как водоносный горизонт в сельской местности. [6] : 2 Одним из примеров является водоносный горизонт Юго-Западный латерит (Кабук) в Шри-Ланке. [29] : 1 Этот водоносный горизонт находится на юго-западной границе Шри-Ланки, с узкими мелководными водоносными горизонтами на прибрежных песках между ним и океаном. [29] : 4 Он обладает значительной водоудерживающей способностью, в зависимости от глубины образования. [29] : 1 Водоносный горизонт в этом латерете быстро пополняется дождями в апреле-мае, которые следуют за сухим сезоном в феврале-марте, и продолжает заполняться муссонными дождями. [29] : 10 Уровень грунтовых вод медленно отступает и пополняется несколько раз в течение остальной части года. [29] : 13 В некоторых густонаселенных пригородных районах уровень грунтовых вод может опуститься до 15 м (50 футов) ниже уровня земли в течение длительного засушливого периода, превышающего 65 дней. [29] : 13 Латериты водоносного горизонта Кабук поддерживают относительно неглубокие водоносные горизонты, доступные для вырытых колодцев. [29] : 10
В Северной Ирландии обогащение озер фосфором из-за сельского хозяйства является значительной проблемой. [30] Местно доступный латерит — низкосортный боксит, богатый железом и алюминием — используется в кислотном растворе с последующим осаждением для удаления фосфора и тяжелых металлов на нескольких очистных сооружениях сточных вод. [30] Для удаления фосфора рекомендуются твердые среды, богатые кальцием, железом и алюминием. [30] Исследование, в котором использовались как лабораторные испытания, так и пилотные водно-болотные угодья, сообщает об эффективности гранулированного латерита в удалении фосфора и тяжелых металлов из фильтрата свалки . [ 30] Первоначальные лабораторные исследования показывают, что латерит способен удалять 99% фосфора из раствора. [30] Пилотная экспериментальная установка, содержащая латерит, достигла 96% удаления фосфора. [30] Это удаление больше, чем сообщалось в других системах. [30] Первоначальное удаление алюминия и железа пилотными установками составило до 85% и 98% соответственно. [30] Фильтрационные колонны из латерита удалили достаточно кадмия , хрома и свинца до неопределяемых концентраций. [30] Существует возможность применения этой недорогой, низкотехнологичной, визуально незаметной, эффективной системы для сельских районов с рассредоточенными точечными источниками загрязнения. [30]
Руды сосредоточены в металлоносных латеритах; алюминий содержится в бокситах , железо и марганец находятся в богатых железом твердых корках, никель и медь находятся в разрушенных породах, а золото находится в пятнистых глинах. [6] : 2
Бокситовая руда является основным источником алюминия. [4] : 65 Это разновидность латерита (остаточной осадочной породы), поэтому она не имеет точной химической формулы. [31] Она состоит в основном из гидратированных минералов глинозема, таких как гиббсит [ Al(OH) 3 или Al2O3.3H2O ) ] в более новых тропических отложениях; в более старых субтропических, умеренных отложениях основными минералами являются бемит [ γ-AlO(OH) или Al2O3.H2O ] и немного диаспора [ α -AlO ( OH) или Al2O3.H2O ]. [31] Средний химический состав боксита по весу составляет от 45 до 60% Al2O3 и от 20 до 30% Fe2O3 . [31] Оставшийся вес состоит из кремнеземов (кварца, халцедона и каолинита ), карбонатов ( кальцита , магнезита и доломита ), диоксида титана и воды. [31] Бокситы, представляющие экономический интерес, должны содержать мало каолинита. [11] Образование латеритных бокситов происходит по всему миру в меловых и третичных прибрежных равнинах возрастом от 145 до 2 миллионов лет . [32] Бокситы образуют вытянутые пояса, иногда длиной в сотни километров, параллельные нижнетретичным береговым линиям в Индии и Южной Америке; их распределение не связано с определенным минералогическим составом материнской породы. [32] Многие высокоуровневые бокситы образуются в прибрежных равнинах, которые впоследствии были подняты до их нынешней высоты. [32]
Базальтовые латериты Северной Ирландии образовались в результате обширного химического выветривания базальтов в период вулканической активности. [14] Они достигают максимальной толщины 30 м (100 футов) и когда-то служили основным источником железной и алюминиевой руды. [14] Просачивающиеся воды вызвали деградацию исходного базальта, а преимущественное осаждение кислой водой через решетку оставило железные и алюминиевые руды. [14] Первичный оливин , плагиоклазовый полевой шпат и авгит были последовательно разрушены и заменены минеральной ассоциацией, состоящей из гематита , гиббсита , гетита , анатаза , галлуазита и каолинита . [14 ]
Латеритовые руды были основным источником раннего никеля. [10] : 1 Богатые месторождения латерита в Новой Каледонии разрабатывались с конца 19-го века для производства белого металла . [10] : 1 Открытие сульфидных месторождений Садбери , Онтарио, Канада, в начале 20-го века сместило акцент на сульфиды для извлечения никеля. [10] : 1 Около 70% наземных ресурсов никеля Земли содержатся в латеритах; в настоящее время на них приходится около 40% мирового производства никеля. [10] : 1 В 1950 году никель из латерита составлял менее 10% от общего объема производства, в 2003 году он составлял 42%, а к 2012 году доля никеля из латерита, как ожидалось, составит 51%. [10] : 1 Четыре основных региона в мире с крупнейшими ресурсами никелевого латерита: Новая Каледония с 21%; Австралия с 20%; Филиппины с 17%; и Индонезия с 12%. [10] : 4
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ]{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )