Rubification of Terrae Rossae in Slovakia: A Mössbauer Effect Study

Abstract

Mineralogical and ⁵⁷Fe Mössbauer spectroscopic analyses were made on seven terrae rossae and two terrae fuscae samples of Pliocene to Early Pleistocene age from Slovakia and limestone residues from their parent materials. In most of the samples, no mineral weathering or clay mineral formation could be detected by optical or X-ray powder diffraction investigation, compared with their parent limestone residues; only one terra rossa showed a strong weathering of primary feldspar and phyllosilicates and a high rate of clay formation, especially kaolinite. Mössbauer measurements between 5° and 300°K showed that hematite and goethite are the dominant color pigments in the rubified terrae rossae and their corresponding limestone residues. The mean particle size of hematite and goethite was estimated from Mössbauer effects and X-ray powder diffraction data to be 95 and 250 Å, respectively. Reduced values of the hyperfine fields at 5°K of the soil iron oxides, as compared with those of the pure oxides, indicate a partial substitution of Fe(III) by Al. The hematite content correlates with the Munsell color notation of 5 of the 7 terrae rossae samples and their corresponding limestone residues. All terrae rossae samples showed higher hematite contents than their corresponding limestone residues, indicating that the rubification of such materials is independent of the degree of weathering.

Резюме

Минералогический и ⁵⁷Fе Мессбауеровский спектральный анализы были проведены на семи образцах терра-росса и двух образцах терра-фюзе из эпохи от плиоцена до раннего плейстоцена в Словакии и на известняковых осадках из первоначальных материалов. В большинстве образцов ни выветривание, ни образование глинистых минералов не могут быть обнаружены при помощи оптической или порошковой рентгеновской диффракции по сравнению с их первоначальными известняковыми осадками. Только один образец терра-росса показал сильное выветривание первоначального фельдшпата и филлосиликатов и большую скорость образования глины, особенно каолинита. Мессбауеровские измерения между 5° и 300°К указали на то, что гематит и гетит являются главными цветовыми пигментами в красноватых образцах терра-росса и соответствующих им известняковых осадках. Средний размер частиц гематита и гетита был приблизительно оценен из данных эффектов Мессбауера и рентгеновской порош-ковой диффракции на 95 и 250 Å соответственно. Меньшие величины сверхтонких полей при 5°К почвенных окисей железа по сравнению с величинами чистых окисей указывают на частичную подстановку атомов Fе(Ш) атомами Аl. Содержание гематита соответствует минселловскому цветному коду для 5 из 7 образцов терра-росса и соответствующих им известняковых осадков. Все образцы терра-росса имели большее содержание гематита, чем соответствующие им известняковые осадки. Это указывает на то, что покраснение таких материалов является независимым от степени выветривания. [Е.О.]

Resümee

Sieben ausgewählte Terrae rossae pliozänen bis altpleistozänen Alters und zwei Terrae fuscae alt- bis mittelpleistozänen Alters und ihre jeweiligen Kalksteinlösungsrückstände aus der Slowakei wurden mineralogisch und mößbauerspektroskopisch untersucht. In fünf Terrae rossae ist im Vergleich zum jeweiligen Kalksteinlösungsrückstand keine Mineralverwitterung und Tonmineralbildung belegbar. In einer Terra rossa ist die Tonmineralbildung gering. Nur eine Terra rossa zeigt eine stärkere Verwitterung von primären Feldspäten und Phyllosilikaten und eine höhere Tonbildungsrate, insbesondere von Kaoliniten. Mößbauer-Messungen zwischen 5° und 300°K zeigen, daß Hämatite und Goethite die dominierenden Eisenoxide in den rubefizierten Terrae rossae einschließlich ihrer zugehörenden Kalksteinlösungsrückstände sind. Die mittleren Korngrößen von Hämatit und Goethit wurden aufgrund von Mößbauereffekt-Daten und Röntgenanalysen auf 95 bzw. 250 Å abgeschätzt. Reduzierte Werte der Hyperfeinfelder bei 5°K der Eisenoxide in den Böden im Vergleich zu reinen Eisenoxiden weisen auf eine partielle Substitution von Fe(III) durch Al hin. Bei fünf der sieben Terrae rossae und ihrer jeweiligen Kalksteinlösungsrückstände korreliert der Hämatitgehalt mit den Munsell-Farbwerten. Alle Terrae rossae zeigen höhere Hämatitgehalte als ihre jeweiligen Kalksteinlösungsrückstände. Das bedeutet, daß die Rubefizierung dieser Böden unabhängig von der Verwitterungsintensität ist.

Résumé

Des analyses minéralogiques et spectrographiques de Mössbauer ⁵⁷Fe ont été faites sur sept échantillons de terrae rossae et sur deux échantillons de terrae fuscae du pliocène et du haut pleistocene de Slovaquie et sur des résidus calcaires des matériaux d’origine. Dans la plupart des échantillons, aucune altération minéralogique ni de formation de minéral argileux ne pouvait être détectée par investigation optique ou de diffraction poudrée de rayons-X, comparé aux résidus calcaires d’origine; une seule terra rossa a montré une forte altération de feldspar primaire et des phyllosilicates, et un taux élevé de formation d’argile, spécialement de la kaolinite. Des mesures de Mössbauer entre 5° et 300°K ont montré que l’hématite et la goethite étaient les piments de coloration dominants dans les terrae rossae rubifiées et leurs résidus calcaires correspondants. La taille moyenne de la particule d’hématite et de goethite a été estimée à partir des effets de Mössbauer et des données de diffraction poudrée des rayons-X à 95 et 250 Å, respectivement. Des valeurs réduites des champs hyperfins à 5°K des oxides de fer de sols, comparé à celles d’oxides purs, indiquent une substitution partielle de Fe(III) par Al. Le contenu en hématite s’accorde avec la notation de couleur Munsell de 5 des 7 échantillons terrae rossae et leurs résidus calcaires correspon dants. Tous les échantillons de terrae rossae ont montré des contenus en hématite plus élevés que leurs résidus calcaires correspondants, indiquant que la rubification de tels matériaux est indépendante de degré d’altération. [D.J.]