แร่ดินเหนียวเป็นอะลูมิเนียมฟิล_{โล ซิลิเค} ต ที่ มีน้ำเป็นส่วนประกอบ (เช่นเคโอไลน์ , Al₂Si₂O₅ ₍ OH ) ₄ ₎บางครั้งอาจมีธาตุเหล็กแมกนีเซียมโลหะอัลคาไลน์ โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธและแคตไอออนอื่นๆในปริมาณ ที่แตกต่างกัน พบ ได้บนหรือใกล้ พื้นผิว ของ ดาวเคราะห์ บาง _ดวง

แร่ดินเหนียวก่อตัวขึ้นเมื่อมีน้ำ^{[ 1 ]}และมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต และทฤษฎีกำเนิดสิ่งมีชีวิต หลายทฤษฎี ก็เกี่ยวข้องกับแร่ดินเหนียว แร่ดินเหนียวเป็นส่วนประกอบสำคัญของดินและมีประโยชน์ต่อมนุษย์มาตั้งแต่สมัยโบราณในด้านการเกษตรและการ ผลิต

ดินเหนียวเป็นวัสดุทางธรณีวิทยาที่มีเนื้อละเอียดมาก ซึ่งจะมีความยืดหยุ่นเมื่อเปียก แต่จะแข็ง เปราะ และไม่ยืดหยุ่นเมื่อแห้งหรือเผา[ ^{2 ] [ 3 ] [ 4 ] เป็น}วัสดุที่พบได้ทั่วไป^{[ 5 ]}และเป็นเครื่องปั้นดินเผา ที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จัก มนุษย์ ยุคก่อนประวัติศาสตร์ค้นพบคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของดินเหนียวและนำมาใช้ทำเครื่องปั้นดินเผา[ ^{6 ] คุณสมบัติ} ทางเคมีของดินเหนียว รวมถึงความสามารถในการ กักเก็บแคตไอออนของสารอาหาร เช่นโพแทสเซียมและแอมโมเนียมมีความสำคัญต่อความอุดมสมบูรณ์ของดิน^{[ 7 ]}

เนื่องจากอนุภาคแต่ละอนุภาคในดินเหนียวมีขนาดเล็กกว่า 4 ไมโครเมตร (0.00016 นิ้ว) จึงไม่สามารถระบุลักษณะได้ด้วยวิธีการทางแสงหรือทางกายภาพทั่วไป โครงสร้างผลึกของแร่ดินเหนียวเริ่มเป็นที่เข้าใจมากขึ้นในช่วงทศวรรษ 1930 ด้วยความก้าวหน้าของ เทคนิค การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) ซึ่งจำเป็นต่อการถอดรหัสโครงสร้างผลึก^{[ 8 ]}พบว่าอนุภาคดินเหนียวส่วนใหญ่เป็น แร่ ซิลิเกตแบบแผ่น (ฟิลโลซิลิเกต) ซึ่งปัจจุบันจัดกลุ่มรวมกันเป็นแร่ดินเหนียว โครงสร้างของพวกมันมีพื้นฐานมาจากแผ่นหกเหลี่ยมแบนคล้ายกับกลุ่มแร่ไมกา^{[ 9 ]}การกำหนดมาตรฐานในคำศัพท์เกิดขึ้นในช่วงเวลานี้เช่นกัน^{[ 8 ]}โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับคำที่คล้ายกันซึ่งทำให้เกิดความสับสน เช่น แผ่นและระนาบ^{[ 8 ]}

เนื่องจากแร่ดินเหนียวมักจะมีขนาดเล็กมาก (แต่ไม่จำเป็นเสมอไป) จึงจำเป็นต้องใช้เทคนิคการวิเคราะห์พิเศษในการระบุและศึกษาแร่เหล่านี้ นอกเหนือจากผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์แล้ว ยังรวมถึงวิธีการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอน^{[ 10 ]}วิธีการทางสเปกโทรสโกปีต่างๆ เช่นสเปกโทรสโกปีมอสส์บาวเออร์^{[ 11 ]} สเปกโทรส โกปีอินฟราเรด^{[ 10 ]}สเปกโทรสโกปีรามาน [ ^{12 ]}และSEM - EDS ^{[ 13 ]}หรือ กระบวนการ แร่ธาตุอัตโนมัติ^{[ 10 ]}วิธีการเหล่านี้สามารถเสริมด้วยกล้องจุลทรรศน์แสงโพลาไรซ์ ซึ่ง ^เป็นเทคนิคดั้งเดิมที่ใช้ในการสร้างการเกิดขึ้นพื้นฐานหรือความสัมพันธ์ทางธรณีวิทยา^{[ 14 ]}

แร่ดินเหนียวเป็นผลิตภัณฑ์จากการผุพัง ทั่วไป (รวมถึงการผุพังของ เฟลด์สปาร์ ) และผลิตภัณฑ์ จากการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ แร่ดินเหนียวพบได้ทั่วไปในดิน ใน หินตะกอนเนื้อละเอียดเช่นหินดินดานหินโคลนและหินทรายแป้ง และใน หินชนวนแปรสภาพเนื้อละเอียดและหินฟิลไลต์^{[ 9 ]}

เนื่องจากความต้องการน้ำ แร่ดินเหนียวจึงค่อนข้างหายากในระบบสุริยะแม้ว่าจะพบได้ทั่วไปบนโลกซึ่งน้ำได้ทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุอื่นๆ และ^สารอินทรีย์แร่ดินเหนียวถูกตรวจพบในหลายตำแหน่งบนดาวอังคาร [ ^{15 ]}รวมถึงEchus Chasma , Mawrth Vallis , Memnonia quadrangleและElysium quadrangle การวิเคราะห์สเปกตรัมได้ยืนยันการมี ^อยู่ของแร่ดินเหนียวบนวัตถุทางดาราศาสตร์ รวมถึงดาวเคราะห์แคระเซเรส [ ^{16 ] ดาวเคราะห์}น้อย101955 Bennu [ ^{17 ]}และดาวหางTempel 1 [ ^{18 ] ตลอด}จนดวงจันทร์ยูโรปาของ ดาวพฤหัสบดี ^{[ 19 ]}

เช่นเดียวกับฟิลโลซิลิเคตทั้งหมด แร่ดินเหนียวมีลักษณะเป็น แผ่นสองมิติของ เตตระเฮดรา SiO ₄หรือ ออกตาเฮดรา AlO ₄ ที่มุมร่วมกัน หน่วยแผ่นมีองค์ประกอบทางเคมี(Al, Si) ₃ O ₄เตตระเฮดราซิลิกาแต่ละอันจะใช้ไอออนออกซิเจนที่จุดยอดสามตัวร่วมกับเตตระเฮดราอื่น ๆ ทำให้เกิดการจัดเรียงแบบหกเหลี่ยมในสองมิติ ไอออนออกซิเจนตัวที่สี่จะไม่ใช้ร่วมกับเตตระเฮดราอื่น และเตตระเฮดราทั้งหมดจะ "ชี้" ไปในทิศทางเดียวกัน กล่าวคือ ไอออนออกซิเจนที่ไม่ใช้ร่วมกันทั้งหมดจะอยู่ด้านเดียวกันของแผ่น ไอออนออกซิเจนที่ไม่ใช้ร่วมกันเหล่านี้เรียกว่าไอออนออกซิเจนที่ปลายยอด^{[ 20 ]}

ในดินเหนียว แผ่นทรงสี่หน้าจะเชื่อมต่อกับแผ่นทรงแปดหน้าซึ่งเกิดจากแคตไอออนขนาดเล็ก เช่น อะลูมิเนียมหรือแมกนีเซียม และมีอะตอมออกซิเจน 6 อะตอมล้อมรอบ จุดยอดที่ไม่ใช้ร่วมกันของแผ่นทรงสี่หน้าจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของด้านใดด้านหนึ่งของแผ่นทรงแปดหน้า แต่จะมีอะตอมออกซิเจนเพิ่มเติมอยู่เหนือช่องว่างในแผ่นทรงสี่หน้าตรงกลางของทรงสี่หน้าทั้ง 6 อะตอม อะตอมออกซิเจนนี้จะเชื่อมต่อกับอะตอมไฮโดรเจน ทำให้เกิดหมู่ OH ในโครงสร้างดินเหนียว ดินเหนียวสามารถแบ่งประเภทได้ตามวิธีการจัดเรียงแผ่นทรงสี่หน้าและแผ่นทรงแปดหน้าเป็นชั้นๆหากมีเพียงกลุ่มทรงสี่หน้าและกลุ่มทรงแปดหน้าอย่างละหนึ่งกลุ่มในแต่ละชั้น ดินเหนียวนั้นเรียกว่าดินเหนียว 1:1 ส่วนอีกแบบหนึ่ง เรียกว่าดินเหนียว 2:1 ซึ่งมีแผ่นทรงสี่หน้าสองแผ่น โดยจุดยอดที่ไม่ใช้ร่วมกันของแต่ละแผ่นจะชี้เข้าหากันและก่อตัวเป็นแต่ละด้านของแผ่นทรงแปดหน้า^{[ 20 ]}

การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเตตระเฮดรัลและออกตาเฮดรัลจำเป็นต้องให้แผ่นเตตระเฮดรัลมีลักษณะเป็นลอนหรือบิดเบี้ยว ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวแบบไดไตรโกนัลกับอาร์เรย์หกเหลี่ยม และแผ่นออกตาเฮดรัลจะแบนราบลง ซึ่งจะช่วยลดการบิดเบี้ยวของพันธะวาเลนซ์โดยรวมของผลึกให้น้อยที่สุด^{[ 20 ]}

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของแผ่นเตตระเฮดรัลและออกตาเฮดรัล ชั้นนั้นจะไม่มีประจุหรือมีประจุลบสุทธิ หากชั้นนั้นมีประจุ ประจุนี้จะถูกปรับสมดุลโดยแคตไอออนระหว่างชั้น เช่น Na ⁺หรือ K ⁺หรือโดยแผ่นออกตาเฮดรัลเดี่ยวๆ นอกจากนี้ ชั้นระหว่างชั้นอาจมีน้ำอยู่ด้วย โครงสร้างผลึกเกิดจากการเรียงซ้อนกันของชั้นต่างๆ โดยมีชั้นระหว่างชั้นคั่นอยู่^{[ 20 ]}

แร่ดินเหนียวสามารถจำแนกได้เป็น 1:1 หรือ 2:1 ดินเหนียว 1:1 จะประกอบด้วยแผ่นเตตระเฮดรัลหนึ่งแผ่นและแผ่นออกตาเฮดรัลหนึ่งแผ่น ตัวอย่างเช่นคาโอลิไนต์และ เซอร์ เพนไทน์ดินเหนียว 2:1 ประกอบด้วยแผ่นออกตาเฮดรัลที่อยู่ระหว่างแผ่นเตตระเฮดรัลสองแผ่น ตัวอย่างเช่นทัลก์เวอร์มิคูไลต์และมอนต์มอริลโลไนต์ชั้นในดินเหนียว 1:1 ไม่มีประจุและยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างชั้น แต่ชั้น 2:1 มีประจุลบสุทธิและอาจยึดติดกันด้วยแคตไอออนแต่ละตัว (เช่น โพแทสเซียมในอิลไลต์หรือโซเดียมหรือแคลเซียมในสเมกไทต์) หรือด้วยแผ่นออกตาเฮดรัลที่มีประจุบวก (เช่นในคลอไรต์ ) ^{[ 9 ]}

แร่ดินเหนียวประกอบด้วยกลุ่มต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• กลุ่ม คาโอลินซึ่งรวมถึงแร่คา โอลิไนต์ ดิกไคต์ฮัลลอยไซต์และแนไครต์ ( โพลีมอร์ฟของAl ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ ) ^{[ 21 ]}
  • แหล่งข้อมูลบางแห่งรวมกลุ่มคาโอลิไนต์-เซอร์เพนไทน์ ไว้ด้วย เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้าง^{[ 8 ]}
• กลุ่ม สเมกไทต์ซึ่งรวมถึงสเมกไทต์ไดออกตาเฮดรัล เช่นมอนต์มอริลโลไนต์นอนโทรไนต์ และเบเดลไล ต์และสเมกไทต์ไตรออกตาเฮดรัล เช่นซาโพไนต์^{[ 21 ]}ในปี 2556 การทดสอบวิเคราะห์โดยยานสำรวจคิวริโอซิตีพบผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับการมีอยู่ของแร่ดินเหนียวสเมกไทต์บนดาวอังคาร^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}
• กลุ่ม อิลไลต์ซึ่งรวมถึงดินเหนียวไมกา อิลไลต์เป็นแร่ทั่วไปเพียงชนิดเดียวในกลุ่มนี้^{[ 21 ]}
• กลุ่มคลอไรต์ประกอบด้วยแร่ธาตุที่คล้ายคลึงกันหลากหลายชนิดที่มีความแตกต่างทางเคมีอย่างมาก^{[ 21 ]}
• นอกจากนี้ยังมีดินเหนียวประเภท 2:1 อื่นๆ เช่น พาลีกอร์สไกต์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อแอตตาพัลไกต์ ) และเซพิโอไลต์ซึ่งเป็นดินเหนียวที่มีช่องทางน้ำยาวอยู่ภายในโครงสร้าง

แร่ดินเหนียวชั้นผสมมีรูปแบบที่แตกต่างกันสำหรับกลุ่มส่วนใหญ่ข้างต้น^{[ 9 ]}การเรียงลำดับอธิบายได้ว่าเป็นลำดับแบบสุ่มหรือแบบปกติ และอธิบายเพิ่มเติมด้วยคำว่าreichweiteซึ่งเป็นภาษาเยอรมันหมายถึงช่วงหรือขอบเขต บทความทางวรรณกรรมจะอ้างถึง illite-smectite ที่เรียงลำดับแบบ R1 ตัวอย่างเช่น ประเภทนี้จะถูกเรียงลำดับในลักษณะ illite-smectite-illite-smectite (ISIS) ในทางกลับกัน R0 อธิบายถึงการเรียงลำดับแบบสุ่ม และยังพบประเภทการเรียงลำดับขั้นสูงอื่นๆ อีกด้วย (R3 เป็นต้น) แร่ดินเหนียวชั้นผสมที่เป็นประเภท R1 ที่สมบูรณ์แบบมักจะได้รับชื่อเฉพาะของตนเอง chlorite-smectite ที่เรียงลำดับแบบ R1 เรียกว่าcorrensiteและ illite-smectite แบบ R1 เรียกว่าrectorite ^{[ 25 ]}

X-ray rf(001)คือระยะห่างระหว่างชั้นในหน่วยนาโนเมตร ซึ่งกำหนดโดยการวิเคราะห์ผลึกด้วยรังสีเอกซ์ ไกลคอล (มก./กรัม)คือความสามารถในการดูดซับไกลคอล ซึ่งจะเข้าไปแทนที่ตำแหน่งระหว่างชั้นเมื่อดินเหนียวสัมผัสกับไอระเหยของเอทิลีนไกลคอล_ที่อุณหภูมิ 60 °C (140 °F) เป็นเวลาแปดชั่วโมงCECคือความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกของดินเหนียวK₂O (%)คือเปอร์เซ็นต์ของโพแทสเซียมออกไซด์ในดินเหนียวDTAอธิบายถึง เส้นโค้งการวิเคราะห์ ความร้อนเชิงอนุพันธ์ของดินเหนียว

สมมติฐานดินเหนียวเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตได้รับการเสนอโดยGraham Cairns-Smithในปี 1985 ^{[ 27 ] [ 28 ]}สมมติฐานนี้กล่าวว่าโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนเกิดขึ้นทีละน้อยบนพื้นผิวการจำลองแบบที่ไม่ใช่อินทรีย์ที่มีอยู่ก่อนแล้วของผลึกซิลิเกตที่สัมผัสกับสารละลายในน้ำ แร่ดินเหนียวมอนต์มอริลโลไนต์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถเร่งปฏิกิริยาการพอลิเมอไรเซชันของ RNA ในสารละลายในน้ำจาก โมโน เมอร์นิวคลีโอไทด์^{[ 29 ]}และการก่อตัวของเยื่อหุ้มเซลล์จากลิปิด^{[ 30 ]}ในปี พ.ศ. 2541 ไฮแมน ฮาร์ทแมน เสนอว่า "สิ่งมีชีวิตแรกเริ่มคือดินเหนียวที่มีธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งสามารถจำลองตัวเองได้ โดยจะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นกรดออกซาลิกและกรดไดคาร์บอกซิลิก อื่นๆ ระบบการจำลองตัวเองของดินเหนียวและลักษณะ ทางเมตาบอลิซึมนี้ ได้วิวัฒนาการไปสู่ บริเวณที่มี ซัลไฟด์เป็นองค์ประกอบหลักของน้ำพุร้อน ทำให้สามารถตรึงไนโตรเจนได้ในที่สุดฟอสเฟตก็ถูกรวมเข้ากับระบบที่กำลังวิวัฒนาการ ซึ่งทำให้สามารถสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์และฟอสโฟลิปิดได้" ^{[ 31 ]}

ความหลากหลายทางโครงสร้างและองค์ประกอบของแร่ดินเหนียวทำให้มีคุณสมบัติทางชีวภาพที่น่าสนใจ เนื่องจากพื้นผิวที่มีรูปร่างเป็นแผ่นและมีประจุ ดินเหนียวจึงทำปฏิกิริยากับยา โปรตีน โพลิเมอร์ DNA หรือโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ ได้หลากหลาย การประยุกต์ใช้ดินเหนียวบางส่วน ได้แก่ การส่งยา วิศวกรรมเนื้อเยื่อ และการพิมพ์ชีวภาพ^{[ 32 ]}

แร่ดินเหนียวสามารถผสมลงในปูนขาว-เมตาคาโอลินเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลได้^{[ 33 ]}การแยกด้วยไฟฟ้าเคมีช่วยให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีซาโปไนต์ที่ดัดแปลงแล้วซึ่งมีความเข้มข้นของแร่กลุ่มสเมกไทต์สูง ขนาดอนุภาคแร่ที่เล็กลง โครงสร้างที่กะทัดรัดมากขึ้น และพื้นที่ผิวที่มากขึ้น คุณลักษณะเหล่านี้เปิดโอกาสสำหรับการผลิตเซรามิกคุณภาพสูงและสารดูดซับโลหะหนักจากผลิตภัณฑ์ที่มีซาโปไนต์^{[ 34 ]} นอกจากนี้ การบดกากเกิดขึ้นในระหว่างการเตรียมวัตถุดิบสำหรับเซรามิก การแปรรูปของเสียนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้เยื่อดินเหนียวเป็นสารทำให้เป็นกลาง เนื่องจากต้องใช้อนุภาคละเอียดสำหรับปฏิกิริยา การทดลองเกี่ยวกับการลดความเป็นกรดของฮิสโตซอลด้วยสารละลายดินเหนียวอัลคาไลน์แสดงให้เห็นว่าการทำให้เป็นกลางด้วยระดับ pH เฉลี่ย 7.1 เกิดขึ้นที่ 30% ของเยื่อที่เติม และสถานที่ทดลองที่มีหญ้ายืนต้นพิสูจน์ประสิทธิภาพของเทคนิคนี้ ยิ่งไปกว่านั้น การฟื้นฟูพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบถือเป็นส่วนสำคัญของความรับผิดชอบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมของบริษัทเหมืองแร่ และสถานการณ์นี้ตอบสนองความต้องการของชุมชนทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับภูมิภาค^{[ 35 ]}

ผลลัพธ์ของการดูดซับไกลคอล ความจุการแลกเปลี่ยนแคตไอออน การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ การวิเคราะห์ความร้อนเชิงอนุพันธ์ และการทดสอบทางเคมี ล้วนให้ข้อมูลที่สามารถใช้สำหรับการประมาณเชิงปริมาณได้ หลังจากที่ได้กำหนดปริมาณของสารอินทรีย์ คาร์บอเนต ออกไซด์อิสระ และแร่ธาตุที่ไม่ใช่ดินเหนียวแล้ว เปอร์เซ็นต์ของแร่ดินเหนียวจะถูกประมาณโดยใช้ข้อมูลการดูดซับไกลคอล ความจุการแลกเปลี่ยนแคตไอออน K20 และ DTA ที่เหมาะสม ปริมาณของอิไลต์จะถูกประมาณจากปริมาณ K20 เนื่องจากเป็นแร่ดินเหนียวชนิดเดียวที่มีโพแทสเซียม^{[ 36 ]}

หินดินเหนียวคือหินที่มีแร่ดินเหนียวเป็นส่วนประกอบสำคัญ^{[ 37 ]} ตัวอย่างเช่นหินปูนดินเหนียวเป็นหินปูน^{[ 38 ]}ที่ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต เป็นส่วนใหญ่ แต่มีแร่ดินเหนียวอยู่ 10–40% หินปูนดังกล่าวเมื่ออ่อนตัวลง มักเรียกว่าหินมาร์ลในทำนองเดียวกันหินทรายดินเหนียวเช่นเกรย์แวกก์เป็นหินทรายที่ประกอบด้วย เม็ด ควอตซ์ เป็นหลัก โดยมีช่องว่างระหว่างเม็ดเต็มไปด้วยแร่ดินเหนียว

• เคมีของดินเหนียว
• ดินเหนียวขยายตัว  – ดินเหนียวที่มีแนวโน้มที่จะบวมและหดตัว
• หินโคลน/ดินเหนียวบนดาวอังคาร
  • แผนที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสเอโอลิส  – หนึ่งในชุดแผนที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส 30 ภาพของดาวอังคาร
  • องค์ประกอบของดาวอังคาร  – สาขาธรณีวิทยาของดาวอังคาร
  • ลำดับเหตุการณ์ของโครงการห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ดาวอังคาร  – ลำดับเหตุการณ์ของภารกิจห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ดาวอังคารของนาซา
• การผุกร่อนแบบย้อนกลับ  – การก่อตัวของแร่ดินเหนียวที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ
• สมาคมแร่ดินเหนียว  – องค์กรไม่แสวงหาผลกำไรในสหรัฐอเมริกาหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของแร่ดินเหนียว
• ดินปั้น  – กลุ่มของวัสดุที่อ่อนตัวได้ ใช้ในการก่อสร้างและปั้นรูปทรงหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง