Chơng III Khoáng sét trong nhóm đất đỏ vàng vùng đồi núi Nhóm đất đỏ vàng chiếm một diện tích lớn ở vùng đồi núi nớc ta, phân bố rộng từ vùng đồi núi phía Bắc đến tận vùng cao nguyên Tây Nguyên trên độ cao từ 200-1000 m. Chúng hình thành trên các loại đá mẹ rất khác nhau, song nói chung đều chịu ảnh hởng của quá trình Ferralit hoá mạnh (rửa trôi cation kiềm + kiềm thổ cùng axit silicic và tích luỹ tơng đối sắt nhôm) do địa hình cao dốc và khí hậu nhiệt đới nóng ẩm chi phối. Đây là nhóm đất đợc các nhà thổ nhỡng nớc ngoài (Gôcbonop 1965; Pagel 1962; Fridland 1973) cũng nh những nhà thổ nhỡng Việt Nam điều tra nghiên cứu về phát sinh, tính chất vật lý, hoá học, sinh học đất khá kỹ. Những kết quả nghiên cứu của các tác giả đều đi đến thống nhất rằng nhóm đất đỏ vàng vùng đồi núi đặc trng cho lớp vỏ phong hoá Ferralit điển hình của vùng nhiệt đới nóng ẩm; tính chất lý, hoá học hay độ phì đất nói chung phụ thuộc sâu sắc vào thành phần đá mẹ, mức độ phong hoá đá mẹ và mức độ Ferralit hoá của đất. Kết quả xác định thành phần hoá học của một số loại đất đỏ vàng (từ 1-4 ở bảng 3) thể hiện khá rõ nét đặc tính chung và riêng của các loại đất trong nhóm này. Xét về thành phần khoáng sét của đất, một chỉ tiêu mà đã đợc các nhà thổ nhỡng khẳng định là rất quan trọng đối với việc đánh giá lớp vỏ phong hoá thổ nhỡng cũng nh độ phì của đất, những kết quả nghiên cứu bớc đầu của Fridland (1973); Trần Khải - Nguyễn Vy (1969) cho thấy rằng khoáng sét Kalinit chiếm u thế trong nhóm đất này. Chính vì vậy khi nêu đặc điểm của quá trình Ferralit ở đất đồi núi nớc ta, Cao Liêm (1969) đã đa chỉ tiêu khoáng sét kaolinit là một trong những đặc điểm của quá trình này. Để nghiên cứu tiếp vấn đề khoáng sét của nhóm đất này, chúng tôi đã chọn một số loại đất đại diện cho những loại đá mẹ điển hình tạo thành các loại đất Ferralit chủ yếu của nớc ta đồng thời cũng có sự khác nhau về mức độ phong hoá, về thành phần khoáng vật và về tính chất đất. - Đất đỏ nâu phát triển trên đá Bazan - Đất vàng đỏ trên đá Granit - Đất đỏ vàng trên đá phiến sét và phiến Mica. I. Đất đỏ nâu trên đá Bazan Loại đất này tập trung nhiều nhất ở vùng cao nguyên Tây Nguyên Gialai-Kontum; Đắc Lắc; Lâm Đồng; ở tỉnh Sông Bé; Đồng Nai; một ít ở Bình Trị Thiên và Phú Quỳ- Nghệ Tĩnh với diện tích khoảng gần 2 triệu ha (Nguyễn Vy- Đỗ Đình Thuận 1977). Theo tài liệu khảo sát và nghiên cứu của liên đoàn địa chất Việt Nam (1979) thì Bazan ở Việt Nam là sản phẩm của hoạt động núi lửa phun trào cách đây mấy chục vạn năm qua 4 giai đoạn: Neogien; Pleistoxen sớm; Pleistoxen giữa và muộn; Holoxen. Bazan phun trào ở tuổi Neogen và Pleistoxen sớm gọi là Bazan cổ, ở tuổi Pleistoxen giữa và muộn và Holoxen gọi là Bazan trẻ. Các Bazan cổ đợc trào ra theo các khe nứt, đứt gãy kéo dài và phủ tràn các bề mặt san bằng và thung lũng cổ rộng lớn (Sông Bé, Phớc Long, Di Linh, Bảo Lộc, Lê Thanh, Kon-Hanùng, Vĩnh Linh, Gio Linh, ). Bazan trẻ đợc phun ra theo các họng núi lửa điển hình (Plêycu, Buôn Mê Thuột, Xuân Lộc, Cồn Tiên, Phủ Quỳ, Cù lao Ré, Hoàng Sa, ). Phần lớn diện tích đất đỏ nâu trên Bazan có địa hình cao nguyên khá bằng phẳng hoặc lợn sóng; đá mẹ Bazan dễ phong hoá cho tầng đất dày đồng nhất từ vài mét đến vài trăm mét (Cao Liêm 1975), thành phần cơ giới khá nặng, cấp hạt sét 70-80% (bảng 3). Do địa hình khá cao 200-1000 m so với mặt biển nên đất có quá trình Ferralit hoá điển hình (bảng 3).Tỷ lệ SiO 2 < 2 pH = 4,2 - 4,4. R 2 O 3 Đặc điểm này đã ảnh hởng đến sự hình thành và tồn tại khoáng sét trong đất này rất rõ. Chúng tôi đã xác định khoáng sét của một số mẫu đất đỏ nâu trên Bazan của vùng cao nguyên Tây Nguyên (vùng có diện tích đất này lớn hơn cả) và thu đợc kết quả sau: - Bằng phơng pháp nhiệt sai (DTA): các đờng nhiệt sai của một số mẫu đất lấy tại Plêycu, Kontum, Buôn Mê Thuột đều cho hiệu ứng thu nhiệt 550-560C và hiệu ứng toả nhiệt 900-940, đặc trng của Kaolinit rất sâu và nhọn (hình 5). Phân tích nhiệt sai theo các tầng đất của một phẫu diện (0-120 cm) chúng tôi cũng thu đợc hiệu ứng nhiệt của Kaolinit rất đặc trng (hình 6), chứng tỏ Kaolinit chiếm u thế không chỉ trên lớp mặt mà còn ở suốt tầng phẫu diện đất. Ngoài ra, trên hầu hết các đờng DTA chúng tôi còn thấy hiệu ứng nhiệt 300-340C của Gơtit. Vậy trong cấp hạt sét của đất còn có hàm lợng khoáng vật thứ sinh có độ phân tán cao đáng kể. Trên đờng TG (Thermogravimet) biểu thị sự giảm trọng lợng nớc trong khoáng sét theo nhiệt độ nung mẫu của các tầng đất chúng tôi thu đợc kết quả theo bảng 5, thấy rằng tỷ lệ % giảm trọng lợng nớc ở các khoáng sét 2 lớp của Kaolinit khá lớn từ 6-8%. Bảng 3: Thành phần hoá học của một số loại đất Việt Nam (dán bảng ngang vào trang này) Bảng 4: Thành phần cơ giới của các loại đất đỏ vàng và đất đen cấp hạt mm Loại đất Độ sâu 1 - 0,25 0,25 - 0,05 0,05 - 0,01 0,01 - 0,005 0,005 - 0,001 < 0,001 Đất đỏ nâu trên Bazan 0 - 20 20 -40 60 - 80 100-120 2,53 3,22 1,75 1,47 6,34 9,40 7,12 6,55 11,13 8,35 8,34 8,27 8,45 5,07 6,20 7,15 10,15 9,34 6,85 6,43 64,41 65,67 69,65 70,58 Đất đỏ vàng trên phiến Mica 0 - 20 20 - 35 35 - 70 3,05 2,30 2,35 8,72 7,43 6,57 11,17 10,40 12,40 8,25 4,65 8,30 10,78 4,18 14,08 52,54 47,25 35,60 70 - 85 1,70 9,34 17,50 7,28 11,37 37,20 Đất vàng đỏ trên Granit 0 - 20 30 -40 40 -60 7,44 9,35 10,55 10,45 12,50 14,60 16,42 11,20 10,32 7,43 5,40 8,19 12,56 10,35 11,64 35,30 51,20 42,70 Đất đen trên sản phẩm đọng Cácbonát 0 - 20 20 - 43 43 - 75 75 - 120 1,95 3,9 1,36 1,75 2,74 5,69 4,99 5,01 16,13 10,04 11,12 11,50 15,31 11,39 11,48 9,82 26,62 11,43 24,76 20,52 28,44 49,91 43,21 45,58 Đất đen trên đá Sepentinit 0 - 15 15 - 35 35 - 75 3,08 1,21 2,61 10,20 11,24 15,75 27,93 30,14 14,43 7,47 4,43 10,91 15,23 16,78 18,36 39,37 48,60 48,52 Bảng 5: Phân tích nhiệt (TG): Trọng lợng nớc giảm của các khoáng sét đất trên Bazan. Độ sâu tầng đất (cm) Khoảng nhiệt độ ( 0 C) Trọng lợng giảm (mg) Tỷ lệ % trọng lợng giảm 0 -20 0 - 250 450 - 590 0 - 1000 14 22 56 4,12 6,29 16,0 20 - 40 0 - 250 40 - 200 430 - 620 0 - 1000 26 21 53 112 3,71 3,00 7,57 16,00 40 - 60 0 - 250 60 - 180 460 - 620 0 - 1000 27 23 43 102 4,5 3,8 7,17 17,0 60 - 80 0 - 250 50 - 170 490 - 640 0 - 1000 27 21 42 106 3,9 3,0 6,0 15,1 80 - 100 0 - 250 30 - 160 400 - 640 0 - 1000 26 20 56 112 3,71 2,86 8,00 16,00 H.5: Đất đỏ nâu trên Bazan H.6: DTA - đất đỏ nâu trên Bazan - Bằng phơng pháp tia Runtgen cho thấy rằng trên tất cả các đờng XRD của các mẫu dất, hiệu ứng 7,14-7,20 và 3,56 của Kaolinit khá rõ rệt (hình 5). Đờng XRD của các tầng đất trong phẫu diện (hình 7) cũng nh trong các cấp hạt khác nhau từ 56 àm đến <2àm cũng cho thấy Kaolinit chiếm u thế tuyệt đối (hình 8). H.7: XRD- Đất đỏ nâu trên đá Bazan H.8: XRD-Đất đỏ nâu trên đá Bazan Để kiểm tra lại, chúng tôi đã xử lý một mẫu keo ở 550-560C thì thấy các pick 7,14 và 3,56 biến mất, chứng tỏ đó là kaolinit. Đây cũng là loại đất duy nhất chúng tôi không thấy xuất hiện hiệu ứng của SiO 2 và khoáng sét Mica, đó là do thành phần khoáng vật của đá Bazan rất nghèo SiO 2 và hầu nh không có Mica. Khi xác định hàm lợng khoáng sét của đất bằng tia Runtgen với việc dùng mẫu chuẩn trong Bohmit, chúng tôi cũng nhận thấy hàm lợng của Kaolinit trong cấp hạt sét khá cao ( 20%), cao nhất trong tất cả các loại đất chính của Việt Nam (bảng 6). Bảng 6: Hàm lợng (%) của một số khoáng sét và khoáng vật trong đất Bazan (trong cấp hạt sét) Loại khoáng H: Chiều cao Pick (cm) V: Chiều cao Pick khoáng/chiều cao Pick Bohmit V trung % khoáng H 1 V 1 H 2 V 2 H 3 V 3 bình Bohimit 11,7 11,1 11,3 Kaolinit (d=7,14) 3,8 0,32 4,1 0,36 3,8 0,34 0,34 16 Thạch anh (d=3,34) 1,8 0,15 2,5 0,22 2,7 0,24 0,20 Rất ít Kaolinit (d=3,57) 4,5 0,38 4,1 0,36 3,7 0,33 0,36 20 Gơtit (d=2,69) 4,0 0,34 3,1 0,28 3,9 0,34 0,32 6,1 - Bằng phơng pháp chụp kính hiển vi điện tử tia xuyên chụp thẳng (ảnh 1) và chụp nối Sterio (ảnh 2), chúng tôi cũng thu đợc kết quả khá rõ. ở ảnh 1 cho thấy các tinh thể dạng phiến 6 cạnh của Kaolinit phân bố rải rác, không thấy có dạng vẩy to của khoáng Mica hoặc tinh thể thô của thạch anh xen vào. Đặc biệt ở ảnh chụp nổi hiện tợng tinh thể khoáng Kaolinit đợc khoáng sét Gơtit bao bọc sần suì rất rõ. Hiện tợng này cũng đợc các nhà khoáng sét học CHDC Đức (Stởrr, Schaumburg 1975) xác nhận ở đất đồi nhiệt đới của Cuba. Nh vậy bằng các phơng pháp khác nhau, chúng tôi đều đi đến kết quả rằng ở đất đỏ nâu Bazan có quá trình Ferralit điển hình nhất ở nớc ta, khoáng sét Kaolinit chiếm u thế tuyệt đối. A1: HDVT - Đất đỏ nâu trên đá Bazan A2: HDVT (chụp nổi) - đất đỏ nâu trên đá Bazan II. Đất vàng đỏ trên Granit Granit là đá macma axit xâm nhập điển hình, có thành phần khoáng vật khác hẳn đá macma bazơ bazan, gồm chủ yếu Thạch anh, Benspat, Mica. Vì vậy đá có cờng độ phong hoá kém, sản phẩm phong hoá thờng thô. Granit lại thờng phân bố ở các địa hình khá cao, dốc của vùng núi nớc ta, nhiều nơi đất bị rửa trôi, xói mòn mạnh nên tầng đất mỏng, thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cấp hạt sét thấp <30% (bảng 3), đất nghèo dinh dỡng hơn đất trên đá Bazan và một số loại đá mẹ khác (bảng 3). Chỉ có hàm lợng kali trong đất là khá hơn cả do thành phần khoáng vật của đá mẹ giàu kali. Nh chúng ta đều biết, kali là một nguyên tố vô cơ của đất nằm chủ yếu trong thành phần khoáng nguyên sinh Mica trắng (Muscovit) hoặc Mica đên (Biotit) và Benspat cũng nh nằm giữa các phiến tinh thể khoáng sét 3 lớp Illit, Vecmiculit, Hydromica.Đất trên Granit kali nầm trong khoáng nguyên sinh hay khoáng sét cũng là một vấn đề cần quan tâm đối với cá nhà thổ nhỡng vì nó có liên quan đến chế độ kali cho cây trồng. Theo kết quả xác định thành phần khoáng sét trong đất này của Trần Khải - Nguyễn Vy (1969) thì trong cấp hạt sét của đất ngoài khoáng sét Kaolinit còn có mặt khoáng Illit, Vecmiculit là các loại khoáng sét 3 lớp giàu kali. Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu trên 2 loại đất này của vùng cao nguyên Tây Nguyên, ở Đắc Lắc và cao nguyên cổ Kontum, có kết quả nh sau: - Trên đờng nhiệt sai DTA (hình 9) của 2 mẫu đất đều thấy xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt ở 125-140C của khoáng sét Mica (Illit, Vecmiculit) và ở 560C của Kaolinit khá sâu và nhọn, chứng tỏ trong đất tồn tại cả 2 khoáng sét này. - Trên đờng XRD của keo sét mẫu đất cũng cho thấy bên cạnh các pick lớn của Kaolinit (ở 7,19 ; 7,20 và 3,56) có các pick của khoáng sét Mica khá rõ (ở 10 và 4,95-4,98). Nh vậy trong keo sét có cả khoáng sét 2 lớp Kaolinit và khoáng sét 3 lớp của Mica, trong đó khoáng Kaolinit có phần u thế hơn qua hiệu ứng tia X cao và nhọn hơn (hình 9). H.9: Đất vàng đỏ trên Granit - Quan sát ảnh chụp dới kính hiển vi điện tử tia xuyên, chúng tôi cũng nhận thấy thành phần khoáng sét bao gồm cả Kaolinit với tinh thể 6 cạnh đều và khoáng sét Mica với những tinh thể dạng vẩy to sắp xếp lộn xộn (ảnh 3). Các kết quả xác định trên nh vậy cũng tơng tự nh kết quả của Nguyễn Vy làm trên mẫu đất Granit vùng Bắc Việt Nam. Sự xuất hiện trong đất trên Granit cả 2 loại khoáng sét chứng tỏ rằng sự tạo khoáng ở đây không chỉ phụ thuộc vào quá trình Ferralit hoá mà còn chịu ảnh hởng sâu sắc của thành phần khoáng vật cũng nh mức độ phá huỷ của đá mẹ. A3: HVDT - Đất đỏ vàng trên đá Granit III. Đất đỏ vàng trên đá phiến sét và phiến Mica Đây là các loại đất thuộc loại phát triển trên các đá trầm tích và biến chất khá phong phú và phổ biến ở nớc ta. Chúng phân bố rải rác, xen kẽ khắp nơi từ vùng đồi núi phía Bắc đến Nam trung bộ và cũng đã đợc con ngời khai phá sử dụng từ lâu. Nhìn chung đất trên đá phiến sét và phiến Mica có quá trình phong hoá hoá học mạnh do khoáng vật dễ bị phá huỷ dới điều kiện nóng ẩm. Vì vậy chúng thờng có tầng đất khá dầy và giàu sét (bảng 4). Song xét về tính chất hoá học của chúng thì khá khác nhau bởi địa hình và thành phần khoáng vật đá mẹ chi phối (bảng 3). Khi nghiên cứu thành phần khoáng sét ở đất này, các tác giả Fridland (1973); Nguyễn Vy - Trần Khải (1976) đã thấy rằng đất trên đá sét thì khoáng Kaolinit còn có cả Hydromica, Vecmiculit. Nh vậy phải chăng sự tồn tại khoáng sét của các đất trên các loại đá mẹ giàu Mica đều khác với các đất trên các loại đá mẹ khác trong cùng điều kiện Ferralit của vùng đồi núi nhiệt đới ? Để nghiên cứu thêm đặc điểm này, chúng tôi đã xác định khoáng sét trên mẫu đất của đá phiến sét thuộc tỉnh Sơn La - vùng Tây bắc và đất của đá phiến Mica vùng Tam thanh - Vĩnh phú, kết quả nh sau: - Phân tích nhiệt sai các tầng đất của phẫn diện đất trên phiến Mica (hình 10) chúng tôi thu đợc hiệu ứng thu nhiệt ở 550-560C và toả nhiệt ở 900C của Kaolinit khá rõ, sâu nhất là ở lớp đất mặt và yếu dần xuống các lớp dới; chứng tỏ ở đây sự tạo khoáng sét chịu ảnh hởng của quá trình Ferralit. Hiệu ứng 300-340C chứng tỏ đất giàu khoáng Gơtit. Sự xuất hiện khoáng sét 3 lớp của Illit, Vecmiculit không đáng kể. Trên đờng TG của phẫu diện đất này tỷ lệ % giảm trọng lợng của Kaolinit cũng nhiều hơn cả, khoảng từ 4-5% (bảng 7). Bảng 7: Phân tích nhiệt (TG): Trọng lợng nớc giảm của các khoáng sét trên đá sét. Độ sâu tầng đất (cm) Khoảng nhiệt độ ( 0 C) Trọng lợng giảm (mg) Tỷ lệ % trọng lợng giảm 0 -20 0 - 250 30 - 180 240 - 370 400 - 600 0 - 1000 32 24 33 28 106 5,25 3,93 5,41 4,49 17,38 20 - 60 0 - 250 190 - 340 430 - 570 29 32 33 4,60 5,08 5,24 H.10: DTA - đất đỏ vàng trên phiến Mica [...]...0 - 1000 3, 71 39 5,57 460 - 600 27 3, 86 0 - 1000 114 16,29 0 - 250 6 0,86 230 - 33 0 22 3, 14 0 - 1000 50 7,14 0 - 250 15 2 ,38 240 - 36 0 11 1,75 470 - 590 8 1,27 0 - 1000 100 - 120 26 230 - 35 0 80 - 100 17,40 0 - 250 60 - 80 110 49 7,78 - Phân tích bằng tia Runtgen thành phần khoáng sét của các cấp hạt 56àm đến khoáng 2 lớp -> khoáng oxyt tự do (Fe2O3; Al2O 3) Tuy nhiên, sự tồn tại của các khoáng sét 3 lớp Mica ở một số loại đất trên đá... nhiều theo chiều sâu phẫu diện đến lớp đá mẹ giàu Mica còn chứng minh một đặc điểm tạo khoáng sét vùng đồi núi nớc ta là thành phần khoáng sét ở các đất trên đá giàu Mica phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và mức độ phong hoá của đá, Đó là do các đá giàu khoáng Mica nguyên sinh (Muscovit - Biotit - Fenspat kali) trong quá trình phong hoá tạo đất, các khoáng nguyên sinh khó phá huỷ này vẫn tồn tại trong. .. Liêm 1975, Fridland 19 73, Pagel 1967 rằng khoáng sét Kaolinit chiếm u thế và là khoáng sét đặc trng cho nhóm đất đỏ vàng nhiệt đới Việt Nam Kết quả này cũng phù hợp với quy luật hình thành và chuyển hoá khoáng sét của đất Ferralit nhiệt đới mà nhiều nhà khoáng sét và thổ nhỡng thế giới đã nghiên cứu và khẳng định (Correns 1 938 ; Caller 1950; Hardon 1950; Goocbunop 1974; Jackson 1968 ) Đó là dới điều kiện... sét mica Illit (1 0) Vecmiculit (4 ,9 5), trong đó khoáng Kaolinit cho hiệu ứng mạnh hơn (hình 1 2) Ngợc lại xuống các tầng dới (5 5 cm; sản phẩm phong ho ) thì khoáng sét Mica lại trội dần lên, còn Kaolinit thì ít hẳn đi, chứng tỏ sự xuất hiện khoáng sét Mica ở đây là do đá mẹ quyết định và Kaolinit nhiều trên lớp mặt là do quá trình Ferralit chuyển hoá Illit, Vecmiculit thành Kaolinit - Dới kính hiển... trung tính (vôi) kiềm (macma baz ), trầm tích phiến sét bị phá huỷ triệt để; các cation kiềm, kiềm thổ cùng axit silicic bị rửa trôi mạnh (pH đất chua) thì sự tạo thành khoáng sét chủ yếu là Kaolinit ở đây Kaolinit có thể hình thành trực tiếp từ các Silicat hoặc Aluminsilicat của các đá mẹ bị phá huỷ mạnh Goocbunop 1974 đã giới thiệu sơ đồ hình thành khoáng Kaolinit từ Plagioclaz (Fenspat Ca) của Sanches... diễn biến khoáng sét của phẫu diện đất trên phiến Mica cho thấy rằng càng xuống sâu quá trình Ferralit yếu dần, hàm lợng khoáng Mica càng nhiều do sản phẩm phong hoá đá mẹ; do đó sự tồn tại khoáng sét 3 lớp ở đây là do đá mẹ quyết định, khoáng sét này đã làm cho các đất trên đá giàu Mica có hàm lợng kali cao hơn hẳn các đất đồi núi khác, thích hợp cho việc trồng sắn, chè, dứa, gai, Khoáng sét Kaolinit . 0 ,34 16 Thạch anh (d =3, 3 4) 1,8 0,15 2,5 0,22 2,7 0,24 0,20 Rất ít Kaolinit (d =3, 5 7) 4,5 0 ,38 4,1 0 ,36 3, 7 0 ,33 0 ,36 20 Gơtit (d=2,6 9) 4,0 0 ,34 3, 1. III Khoáng sét trong nhóm đất đỏ vàng vùng đồi núi Nhóm đất đỏ vàng chiếm một diện tích lớn ở vùng đồi núi nớc ta, phân bố rộng từ vùng đồi núi phía