Rocks 

1. Introduction

• The Earth’s crust, which forms the solid outer layer of our planet, is primarily composed of rocks and minerals.
  These materials constitute the parent material from which soils are formed through the continuous processes of weathering and pedogenesis.
• Rocks are aggregates of minerals, and minerals are naturally occurring inorganic substances with definite chemical compositions and crystalline structures. The type of rocks and minerals in a region largely determines the soil texture, color, fertility, and nutrient composition.
• Thus, the study of rocks and minerals is fundamental to understanding soil formation, classification, and management.

2. Rocks: Meaning and Definition

• A rock is a natural, solid mass composed of one or more minerals or mineral-like materials that form a significant part of the Earth’s crust.
• According to geologists:
• “A rock is a natural, solid, coherent aggregate of one or more minerals that forms a part of the Earth’s crust.”

Rocks can be:

• Monomineralic (composed of one mineral, e.g., limestone = calcite), or
• Polymineralic (composed of several minerals, e.g., granite = quartz + feldspar + mica).

3. Minerals: Meaning and Definition

• A mineral is a naturally occurring inorganic crystalline substance having a definite chemical composition and distinct physical properties.
• According to the Soil Science Society of America (SSSA):
• “A mineral is a naturally occurring inorganic compound that has an orderly internal atomic arrangement and characteristic physical properties.”

Examples include:

• Quartz (SiO₂)
• Feldspar (KAlSi₃O₈)
• Mica (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂)
• Calcite (CaCO₃)
• Olivine ((Mg,Fe)₂SiO₄)

4. Relationship Between Rocks and Minerals

The relationship between rocks and minerals can be summarized as follows:

• Minerals are the building blocks of rocks.
• A rock is composed of one or more minerals bound together.
• The type of minerals and their proportion determine the texture, color, hardness, and weathering properties of the rock.
• When rocks undergo weathering, the minerals break down and release essential elements such as Ca, Mg, K, Fe, and Si, which contribute to soil fertility.

5. Composition of the Earth’s Crust

The Earth’s crust is dominated by silicate minerals.
About 98% of the Earth’s crust is composed of just eight elements, as shown below:

These elements combine to form silicate minerals, such as feldspars, micas, and pyroxenes, which make up the majority of rocks.

6. Classification of Rocks

Rocks are classified based on their origin (mode of formation) into three main types:

1. Igneous Rocks
2. Sedimentary Rocks
3. Metamorphic Rocks

Each type has distinct physical, chemical, and mineralogical properties that influence soil formation and fertility.

7. Types of Rocks in Detail

7.1 Igneous Rocks

Origin and Formation

Igneous rocks form from the cooling and solidification of molten magma or lava.

• When magma cools beneath the Earth’s surface, it forms intrusive (plutonic) igneous rocks.
• When lava cools on the Earth’s surface, it forms extrusive (volcanic) igneous rocks.

Types of Igneous Rocks

1. Intrusive (Plutonic) Rocks: Slow cooling → large crystals. Coarse-grained texture. Examples: Granite, Diorite, Gabbro.
2. Extrusive (Volcanic) Rocks: Rapid cooling → fine crystals. Fine-grained or glassy texture. Examples: Basalt, Rhyolite, Andesite.

Characteristics

• Hard, dense, and crystalline in nature.
• Contain primary minerals such as quartz, feldspar, mica, and pyroxene.
• Generally lack fossils and stratification.
• Resistant to weathering, but once weathered, form fertile soils (e.g., basalt → black soil).

Role in Soil Formation

• Basalt produces black cotton soils (Vertisols) rich in Fe, Mg, and Ca.
• Granite forms sandy soils due to quartz dominance.
• Provide primary minerals that release nutrients during weathering.

7.2 Sedimentary Rocks

Origin and Formation

Sedimentary rocks are formed by the deposition, compaction, and cementation of sediments derived from pre-existing rocks or biological remains.
They often form in layers (strata) under water or wind action.

Types of Sedimentary Rocks

• Clastic (Detrital) – formed from rock fragments (e.g., sandstone, shale).
• Chemical – formed from precipitation of minerals from solutions (e.g., limestone, gypsum).
• Organic – formed from accumulation of plant or animal remains (e.g., coal, chalk).

Characteristics

• Layered or stratified structure.
• Contain fossils.
• Softer and more porous than igneous rocks.
• Composed mainly of secondary minerals like quartz, calcite, and clay.

Role in Soil Formation

• Limestone gives rise to calcareous soils rich in Ca and Mg.
• Shale forms clayey soils.
• Sandstone forms sandy soils.
• Generally produce fertile soils due to high mineral diversity and weatherability.

7.3 Metamorphic Rocks

Origin and Formation; Metamorphic rocks are formed when pre-existing igneous or sedimentary rocks undergo physical and chemical changes under heat, pressure, or chemically active fluids — a process known as metamorphism.

Types of Metamorphism

• Contact Metamorphism: Caused by heat from nearby magma.
• Regional Metamorphism: Caused by intense pressure and temperature during mountain building.

Examples

Characteristics

• Hard, compact, and crystalline.
• Often show foliation or banding due to mineral reorientation.
• Less porous and resistant to weathering.
• Contain secondary minerals such as mica, hornblende, and garnet.

Role in Soil Formation

• Weather very slowly, resulting in thin, coarse, and infertile soils.
• Soils derived from metamorphic rocks are often gravelly and shallow.

8. Comparative Summary of Rock Types

Types of Minerals

Minerals can be classified based on chemical composition, mode of formation, and role in soil formation.

5.1 Classification Based on Chemical Composition

Types of Minerals

• Minerals can be classified based on chemical composition, mode of formation, and role in soil formation.

Classification Based on Origin; Minerals can also be classified as primary or secondary depending on their origin and the degree of weathering.

• Primary Minerals

Definition: Primary minerals are those that crystallize directly from molten magma during the cooling of igneous rocks.
They are inherited minerals — present in the soil as residues of the parent rock.

Characteristics:

• Formed under high temperature and pressure conditions.
• Usually large, well-formed crystals.
• Hard and resistant to weathering (e.g., quartz).
• Provide nutrients during weathering.

Examples of Primary Minerals:

• Quartz
• Feldspars (Orthoclase, Plagioclase)
• Micas (Muscovite, Biotite)
• Pyroxenes
• Amphiboles
• Olivine

Major Nutrients Released:

• Feldspar & Mica: Potassium (K), Aluminium (Al), Silicon (Si)
• Pyroxene & Amphibole: Iron (Fe), Magnesium (Mg), Calcium (Ca)
• Olivine: Magnesium (Mg), Iron (Fe)

• Secondary Minerals

Definition: Secondary minerals are formed by the weathering and alteration of primary minerals under surface conditions.

Characteristics:

• Formed at low temperature and pressure.
• Fine-grained and clay-sized.
• Usually soft, easily weathered.
• Contain hydrated oxides and silicates.
• Responsible for soil texture, cation exchange, and color.

Examples of Secondary Minerals:

• Clay minerals: Kaolinite, Montmorillonite, Illite.
• Oxides and Hydroxides: Gibbsite (Al(OH)₃), Goethite (FeO(OH)).
• Carbonates: Calcite (CaCO₃), Dolomite (CaMg(CO₃)₂).

Major Roles:

• Kaolinite: Stable clay with low CEC; common in humid tropical soils.
• Montmorillonite: Expanding clay with high CEC; common in Vertisols (black soils).
• Gibbsite & Goethite: End products of intense weathering; found in lateritic soils.

6. Common Minerals and Their Role in Soil Formation

Role of Minerals in Soil Formation and Properties

• Source of Parent Material; Rocks composed of different minerals weather into soils of varying composition. For example, basalt (rich in ferromagnesian minerals) → black soil (Vertisol).
• Nutrient Supply; Minerals are reservoirs of essential plant nutrients like K, Ca, Mg, Fe, P, and Si. Through weathering, these nutrients become available to plants.
• Influence on Soil Texture; Quartz contributes to sand fraction (coarse texture). Feldspars and micas weather to clay (fine texture).
• Influence on Soil Color; Iron minerals like hematite and goethite give red, yellow, or brown colors. Organic-rich minerals contribute dark colors.
• Soil Fertility and Cation Exchange; Secondary minerals like clays have high CEC (cation exchange capacity), enhancing nutrient retention. Montmorillonite → high fertility; Kaolinite → low fertility.
• Influence on Soil Type
  • Quartz-rich rocks → sandy soils.
  • Feldspar-rich rocks → clayey soils.
  • Carbonate-rich rocks → calcareous soils.

Transformation of Minerals During Weathering

Weathering leads to chemical alteration of minerals:

• Hydration – Addition of water (e.g., anhydrite → gypsum).
• Hydrolysis – Reaction with water to form new minerals (e.g., feldspar → kaolinite).
• Oxidation – Iron oxidation (Fe²⁺ → Fe³⁺) giving red/yellow color.
• Carbonation – Reaction with CO₂ to form carbonates.
• Solution – Dissolution of soluble minerals like gypsum and halite.

These processes convert primary minerals into secondary minerals and form soil horizons over time.

Summary Table: Primary vs. Secondary Minerals

शिलाएँ (Rocks) और खनिज (Minerals) — हिंदी अनुवाद

परिचय (Introduction)

• पृथ्वी की भूपर्पटी (Earth’s crust) — जो हमारी धरती की ठोस बाहरी परत है — मुख्यतः शिलाओं और खनिजों से बनी है।
• यही पदार्थ अपक्षय (weathering) और मृदागठन (pedogenesis) की सतत प्रक्रियाओं से मृदा की मूल सामग्री (parent material) बनाते हैं।
• शिलाएँ खनिजों के समुच्चय (aggregates) हैं, और खनिज वे प्राकृतिक, अकार्बनिक पदार्थ हैं जिनकी निश्चित रासायनिक संरचना और क्रिस्टलीय संरचना होती है। किसी क्षेत्र में उपस्थित शिलाएँ/खनिज उस क्षेत्र की मृदा की बनावट, रंग, उर्वरता और पोषक तत्वों की रचना को बहुत हद तक निर्धारित करते हैं।
• इस प्रकार, शिलाओं और खनिजों का अध्ययन मृदा निर्माण, वर्गीकरण और प्रबंधन को समझने के लिए मूलभूत है।

शिलाएँ: अर्थ और परिभाषा (Rocks: Meaning & Definition)

शिला एक प्राकृतिक, ठोस द्रव्यमान है जो एक या अधिक खनिजों/खनिज-सदृश पदार्थों से मिलकर बना होता है और पृथ्वी की भूपर्पटी का महत्त्वपूर्ण भाग बनाता है।
भू–विज्ञानियों के अनुसार: “शिला एक प्राकृतिक, ठोस, सुसंगठित (coherent) खनिज–समुच्चय है जो पृथ्वी की भूपर्पटी का भाग बनता है।”

• एक–खनिजीय (Monomineralic): एक ही खनिज से बनी (उदा., चूना–पत्थर = कैल्साइट)
• बहु–खनिजीय (Polymineralic): अनेक खनिजों से बनी (उदा., ग्रेनाइट = क्वार्ट्ज + फेल्डस्पार + माइका)

खनिज: अर्थ और परिभाषा (Minerals: Meaning & Definition)

खनिज प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अकार्बनिक, क्रिस्टलीय पदार्थ हैं जिनकी निश्चित रासायनिक संरचना और विशिष्ट भौतिक गुण होते हैं।
SSSA के अनुसार:
“खनिज एक प्राकृतिक, अकार्बनिक यौगिक है जिसकी आंतरिक परमाण्विक संरचना सुव्यवस्थित (orderly) होती है और जिसके विशिष्ट भौतिक गुण होते हैं।”

उदाहरण: क्वार्ट्ज (SiO₂), फेल्डस्पार (KAlSi₃O₈), माइका KAl2(AlSi3O10)(OH)2KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂KAl2​(AlSi3​O10​)(OH)2​, कैल्साइट (CaCO₃), ओलिवाइन ((Mg,Fe)2SiO4)((Mg,Fe)₂SiO₄)((Mg,Fe)2​SiO4​)

शिलाओं और खनिजों का संबंध (Relationship Between Rocks & Minerals)

• खनिज शिलाओं के निर्माण–खंड (building blocks) हैं।
• एक शिला एक या अधिक खनिजों के बंधित समुच्चय से बनती है।
• शिला के खनिज–प्रकार और अनुपात उसकी बनावट, रंग, कठोरता, अपक्षय–व्यवहार तय करते हैं।
• जब शिलाएँ अपक्षय से टूटती हैं, तो इनमें मौजूद खनिज Ca, Mg, K, Fe, Si जैसे तत्व मुक्त करते हैं — जो मृदा–उर्वरता में योगदान देते हैं।

पृथ्वी की भूपर्पटी की रचना (Composition of the Earth’s Crust)

भूपर्पटी में सिलिकेट खनिज प्रधान हैं। कुल मिलाकर लगभग 98% भूपर्पटी आठ तत्वों से बनी है:

ये तत्व मिलकर फेल्डस्पार, माइका, पाइरोक्सीन जैसे सिलिकेट खनिज बनाते हैं जो अधिकांश शिलाओं का निर्माण करते हैं।

शिलाओं का वर्गीकरण (Classification of Rocks)

उत्पत्ति/निर्माण-रीति (mode of formation) के आधार पर शिलाएँ तीन मुख्य प्रकार की होती हैं:

1. आग्नेय शिलाएँ (Igneous)
2. अवसादी शिलाएँ (Sedimentary)
3. ** रूपांतरित शिलाएँ (Metamorphic)**

प्रत्येक प्रकार की अपनी भौतिक, रासायनिक और खनिजीय विशेषताएँ होती हैं जो मृदा–निर्माण और उर्वरता को प्रभावित करती हैं।

शिलाओं के प्रकार — विस्तार से (Types of Rocks in Detail)

7.1 आग्नेय शिलाएँ (Igneous Rocks)

उत्पत्ति: द्रवित मैग्मा/लावा के शीतलन और ठोसकरण से बनती हैं।

• अन्तःक्षेप/प्लूटोनिक (Intrusive): पृथ्वी के भीतर धीमा शीतलन → बड़े क्रिस्टल, स्थूल–दानेदार बनावट। उदा.: ग्रेनाइट, डायोराइट, गैब्रो
• बहिर्वाही/ज्वालामुखीय (Extrusive): सतह पर तेज शीतलन → सूक्ष्म क्रिस्टल/काँचीय बनावट। उदा.: बेसाल्ट, रियोलाइट, एन्डेसाइट

लक्षण: कठोर, सघन, क्रिस्टलीय; प्रायः जीवाश्म/परतें नहीं; प्राथमिक खनिज (क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार, माइका, पाइरोक्सीन)।
मृदा में भूमिका:

• बेसाल्ट → काली कपास मृदा (Vertisols); Fe, Mg, Ca से समृद्ध
• ग्रेनाइट → रेतीली मृदा (क्वार्ट्ज-प्रधान)
• प्राथमिक खनिजों से पोषक तत्वों की आपूर्ति (अपक्षय पर)

7.2 अवसादी शिलाएँ (Sedimentary Rocks)

उत्पत्ति: पूर्व-स्थित शिलाओं/जैविक अवशेषों से बने अवसादों का निक्षेपण, दाबन (compaction) और सीमेंटेशन; अक्सर परतदार (stratified)।

प्रकार:

• क्लास्टिक/धूलिक (Clastic): शिलाखंड-टुकड़ों से — सैंडस्टोन, शेल
• रासायनिक (Chemical): विलयन से खनिजों का निक्षेप — लाइमस्टोन, जिप्सम
• जैविक (Organic): पौध/जीव अवशेषों का संचय — कोयला, चॉक

लक्षण: परतदार; जीवाश्म प्रचुर; अपेक्षाकृत मुलायम/छिद्रपूर्ण; द्वितीयक खनिज (क्वार्ट्ज, कैल्साइट, क्ले)।
मृदा में भूमिका:

• लाइमस्टोन → कैल्केरियस मृदा (Ca, Mg समृद्ध)
• शेल → चिकनी/क्लेयी मृदा
• सैंडस्टोन → रेतीली मृदा
• विविध खनिजता और अपक्षयशीलता के कारण सामान्यतः अधिक उर्वर।

7.3 रूपांतरित शिलाएँ (Metamorphic Rocks)

उत्पत्ति: पूर्व-स्थित आग्नेय/अवसादी शिलाएँ ऊष्मा, दाब और/या रासायनिक द्रवों के प्रभाव से रूपांतरण (metamorphism) द्वारा बदलती हैं।

• संपर्क रूपांतरण (Contact): पास के मैग्मा की ऊष्मा से
• क्षेत्रीय रूपांतरण (Regional): पर्वत निर्माण जैसी प्रक्रियाओं में उच्च दाब-ताप से

लक्षण: कठोर, सघन, क्रिस्टलीय; अक्सर स्तरीकरण/बैंडिंग (foliation); कम छिद्रयुक्त, धीमा अपक्षय।
मृदा में भूमिका: धीरे-धीरे अपक्षय → पतली, दरदरी, अल्प–उर्वर मृदाएँ; अक्सर कंकरीली/उथली।

तुलनात्मक सार (Comparative Summary of Rock Types)

खनिजों के प्रकार (Types of Minerals)

5.1 रासायनिक संरचना के आधार पर (By Chemical Composition)

उत्पत्ति के आधार पर वर्गीकरण (By Origin)

प्राथमिक खनिज (Primary Minerals)

परिभाषा: मैग्मा के शीतलन से सीधे क्रिस्टलीकृत; शिलाओं में मूलतः विद्यमान; मृदा में अवशेष के रूप में मिलते हैं।
लक्षण: उच्च ताप-दाब पर निर्मित; प्रायः मोटे, सुविकसित क्रिस्टल; सामान्यतः कठोर, अपक्षय–प्रतिरोधी (उदा., क्वार्ट्ज); अपक्षय पर पोषक तत्व छोड़ते हैं।
उदाहरण: क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार (ऑर्थोक्लेस, प्लैजिओक्लेस), माइका (मस्कोवाइट, बायोटाइट), पाइरोक्सीन, अम्फिबोल, ओलिवाइन
मुख्य पोषक तत्व:

• फेल्डस्पार/माइका → K, Si, Al
• पाइरोक्सीन/अम्फिबोल → Fe, Mg, Ca
• ओलिवाइन → Mg, Fe

द्वितीयक खनिज (Secondary Minerals)

परिभाषा: प्राथमिक खनिजों के अपक्षय/परिवर्तन से सतही परिस्थितियों में बने।
लक्षण: निम्न ताप-दाब; सूक्ष्म/क्ले–आकार; तुलनात्मक मुलायम; जलयोजित ऑक्साइड/सिलिकेट; मृदा की बनावट, CEC, रंग के लिए उत्तरदायी।
उदाहरण:

• क्ले खनिज: काओलिनाइट, मॉन्टमोरोनिलाइट, इलाईट
• ऑक्साइड/हाइड्रॉक्साइड: गिब्साइट, गोएथाइट
• कार्बोनेट: कैल्साइट, डोलोमाइट
  भूमिकाएँ:
• काओलिनाइट: स्थिर, निम्न CEC; आर्द्र उष्णकटिबंधीय मृदाएँ
• मॉन्टमोरोनिलाइट: विस्तारशील, उच्च CEC; काली मृदा (Vertisols)
• गिब्साइट/गोएथाइट: तीव्र अपक्षय के अंतिम उत्पाद; लेटराइट में

सामान्य खनिज और मृदा–निर्माण में उनकी भूमिका

मृदा–निर्माण और गुणों में खनिजों की भूमिका

• मूल सामग्री का स्रोत: विभिन्न खनिज-रचना वाली शिलाएँ अलग-अलग प्रकार की मृदाएँ बनाती हैं
  (उदा., बेसाल्ट → काली मृदा/वर्टिसोल)।
• पोषक आपूर्ति: K, Ca, Mg, Fe, P, Si आदि के भंडार; अपक्षय से उपलब्धता।
• मृदा बनावट पर प्रभाव: क्वार्ट्ज → रेत; फेल्डस्पार/माइका → क्ले।
• मृदा रंग: Fe-खनिज (हेमेटाइट/गोएथाइट) → लाल/पीला/भूरा।
• उर्वरता और CEC: द्वितीयक खनिज (क्ले) का CEC अधिक/कम;
  मॉन्टमोरोनिलाइट → उच्च उर्वरता; काओलिनाइट → निम्न उर्वरता।
• मृदा–प्रकार पर प्रभाव:
  • क्वार्ट्ज–समृद्ध शिलाएँ → रेतीली मृदा
  • फेल्डस्पार–समृद्ध → चिकनी/क्लेयी मृदा
  • कार्बोनेट–समृद्ध → कैल्केरियस मृदा

अपक्षय में खनिज–परिवर्तन (Transformation During Weathering)

• हाइड्रेशन (Hydration): जल का जुड़ना (उदा., एनहाइड्राइट → जिप्सम)
• हाइड्रोलाइसिस (Hydrolysis): जल के साथ अभिक्रिया से नए खनिज (उदा., फेल्डस्पार → काओलिनाइट)
• ऑक्सीकरण (Oxidation): Fe²⁺ → Fe³⁺ (लाल/पीले रंग)
• कार्बोनेशन (Carbonation): CO₂ के साथ अभिक्रिया से कार्बोनेट
• विलेपन (Solution): जिप्सम, हैलाइट जैसे विलेय खनिज घुलना

इन प्रक्रियाओं से प्राथमिक खनिज → द्वितीयक खनिज में बदलते हैं और समय के साथ मृदा-क्षितिज बनते हैं।

सार–सारणी: प्राथमिक बनाम द्वितीयक खनिज (Summary Table)