Clay Minerals in Pennsylvania Soils Relation to Lithology of the Parent Rock and Other Factors — I

Abstract

Clay mineral data have been obtained on 348 soil profiles representing 117 different soil series from 28 of Pennsylvania’s 67 counties. The surface rock from which the soils were formed ranged from Pre-Cambrian to Tertiary-Pliocene and includes igneous, metamorphic and various types of sedimentary rocks. Major attention was focused on the subsoil mineralogy. Mica was found to be the most predominant clay mineral in terms of amounts and frequency of occurrence. It is dominant or co-dominant in 82 per cent of the profiles. In shale derived soils it is important in 95 per cent of the cases and in 68 per cent of the limestone soils. Kaolinite is a prominent component of soils derived from sandstone and metamorphic rocks. Montmorillonite was detected in over half of the soils but is very infrequently a prominent component and is more frequently found in the poorly drained soils. A mica-kaolinite suite is characteristic of soils from Pennsylvanian age rock whereas soils derived from Devonian, Mississippian, and Ordovician age rock had a mica-chlorite suite. The chlorite is frequently found weathered to chlorite-vermiculite in a 1:1 ratio. Gibbsite, talc, and pyrophyllite have been identified but only rarely occur. A difference in clay mineral types is frequently found among different profiles of the same soil series. Soils derived from limestone and highly calcareous rock may have rather unusual clay suites such as the dominance of a well-crystallized triocta-hedral chlorite, well crystallized mica, and soils approaching a monominerallic character in mica.

Résumé

On a obtenu des informations concernant les minéraux argileux sur 348 coupes de sol représentant 117 séries de sols différents à partir de 28 des 67 comtés de la Pennsylvanie. La roche de surface qui a été à l’origine de la formation des sols était de pré-cambrienne à tertiaire-pliocène et comprenait des roches ignées, métamorphiques et sédimentaires de types variés. L’attention s’est surtout concentrée sur la minéralogie du sol. Le mica était le minéral argileux le plus dominant en terme de quantité et de fréquence de venue. Il est dominant ou co-dominant dans 82% des coupes. Dans des sols dérivés du schiste, il est important à 95% et à 68% dans les sols calcaires. La kaolinite est un élément dominant des sols dérivés de roches métamorphiques et de grès. La montmorillonite a été trouvée dans plus de la moitié des sols, mais sa présence est très irrégulière en tant qu’élément dominant et on la trouve plus fréquemment dans les sols mal drainés. Une suite mica-kaolinite est caractéristique des sols de roches d’âge pennsylvanien tandis que les sols dérivés de roches d’âge dévonien, mississipien et ordovicien avaient une suite mica-chlorite. La chlorite se trouve fréquemment altérée par les intempéries en chlorite vermiculite rapport 1:1. Gibbsite, talc et pyrophyllite ont été identifiés mais se rencontrent rarement. On trouve fréquemment, parmi les différentes coupes des mémes séries de sols, une différence entre les types des minéraux argileux. Les sols dérivés du calcaire et de roches hautement calcaires peuvent avoir des suites argileuses plutôt inhabituelles telles que la dominance d’une chlorite trioctaédrique hautement cristallisée, du mica bien cristallisé et des sols approchant un caractère monominéralique dans le mica.

Kurzreferat

Es wurden Tonmineraldaten von 348 Bodenprofilen erhalten, die 117 verschiedene Boden-serien aus 28 der 67 Provinzen Pennsylvaniens darstellen. Das Oberflächangestein, aus welchen die Böden gebildet waren, erstreckte sich vom Präkambrium zum Tertiär-Pliozän und umfaßt eruptives, metamorphisches und verschiedene Arten von Sedimentgestein. Der Mineralogie des Untergrundes wurde besondere Beachtung geschenkt. Es wurde festgestellt, daß in Bezug auf Mengen und Häufigkeit des Vorkommens Glimmer das vorherrschende Tonmineral bildet. Es ist vorherrschend, oder mitvorherrschend, in 82 Prozent der Profile. In den aus Schiefer stammenden Böden stellt es die Hauptmenge in 95 Prozent dar und in Kalksteinböden in 68 Prozent. Kaolinit ist ein prominenter Bestandteil von Böden, die aus Sandstein und metamorphem Gestein hervorgehen. Montmorillonit wurde in mehr als der Hälfte der Böden gefunden, stellt jedoch selten einen hervortretenden Bestandteil dar und findet sich häufiger in mangelhaft entwässerten Böden. Eine Glimmer-Kaolinit Folge ist kennzeichnend für Böden aus pennsylvanischem Gestein, während die aus devonischem, mississipischem und ordovizischem Gestein stammenden Gesteine eine Glimmer-Folge aufweisen. Der Chlorit wird häufig an Chlorit-Vermiculit in einem Verhältnis von 1:1 verwittert gefunden. Gibbsit. Talk und Pyrophyllit konnten festgestellt werden, kommen jedoch nur selten vor. Häufig wird unter verschiedenen Profilen der gleichen Bodenserie ein Unterschied in den Typen der Tonminerale festgestellt. Die aus Kalkstein und hoch-kalkhaltigen Gesteinen erhaltenen Böden weisen manchmal ungewöhnliche Ton-Folgen auf, wie etwa das Vorherrschen von gut kristallisiertem trioktaedrischem Chlorit, gut kristallisiertem Glimmer, sowie Böden, die sich einem monomineralischen Zustand im Glimmer nähern.

Резюме

Данные по глинистым минералам получены для 348 почвенных профилей, представляющих 117 различных почвенных серий 28 из 67 пенсильванских провинций. Возраст пород, из которых образовались почвы,—от докембрийского до третичного (плиоцен); это изверженные, метаморфические и различные осадочные породы. Основное внимание было сконцентрировано на минералогии подпочвенных грунтов. Найдено, что слюда как по количеству, так и по частоте обнаружения является наиболее распространенным глинистым минералом. Она преобладает или играет большую роль в 82% профилей. В сланцевых переотложенных почвах слюда является важнейшим компонентом в 95% случаев, а в известняковых почвах—в 68% случаев. Каолинит является преобладающим компонентом в почвах на песчаниках и метаморфических породах. Монтмориллонит был обнаружен в более чем половине изученных почв, но очень редко он представляет важный компонент; чаще всего монтмориллонит встречается в слабо дренированных почвах. Ассоциация слюда—каолинит характерна для почв, образованных на породах пенсильванского возраста, в то время как почвам, образованным на девонских, миссисипских и ордовикских породах, свойственна ассоциация слюда—хлорит. Хлорит часто выветрелый (хлорит-вермикулит в отношении 1:1). Гиббсит, тальк и пирофиллит встречаются редко. Для различных профилей одних и тех же почвенных серий зачастую обнаруживались различия в типах глинистых минералов. Почвы на известняках и богатых известью породах могут содержать весьма необычные ассоциации глинистых минералов, например, с преобладанием хорошо окристаллизованного триоктаэдрического хлорита или хорошо окристаллизованной слюды, а также почвы, приближающиеся к мономинеральным по высокому содержанию слюды.