Грунтознавство

• Название: Грунтознавство
• Анкор: Nazarenko_II_Gruntoznavstvo.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 3.44 Mb.
• Имя файла: Nazarenko_II_Gruntoznavstvo.doc
• Тип: Документы; #5390
• страница: 6 из 39

Pf – псевдофіброві, складаються з тонких бурих або червонувато-бурих ущільнених прошарків (псевдофібрів) товщиною 1-3 см, що чергуються з прошарками палевого або білястого піску;

R – ортзандові, складаються зі зцементованого оксидами заліза піску. Залізо в них переважно гідрогенного й мікробного походження, вони червоного кольору, як правило – щільні, безструктурні;

Rg – ортштейнові, збагачені глиною, півтораоксидами, гелями кремнію, тверді, червонувато-коричневі;

М – мергелисті, складаються з карбонатних новоутворень гідрогенного походження (луговий мергель). Містять від 25 до 50% карбонатів кальцію і магнію, білого або сірувато-білого кольору, часто з бурими плямами.
Перехідні горизонти сполучають в однаковій мірі ознаки двох сусідніх горизонтів. У грунтах з поступовим ослабленням будь-якої ознаки від поверхні до породи (чорноземах, лугових, дернових та інших) ці горизонти так і називаються – перехідні; у грунтах з диференційованим профілем – за назвою двох суміжних горизонтів. Позначаються символами суміжних горизонтів. Наприклад, перехідний між гумусовим і материнською породою в чорноземах – HP; гумусовим та елювіальним в дерново-підзолистих грунтах – НЕ (гумусово-елювіальний).

Майже всі ознаки, виділені в основних горизонтах, можуть проявлятись нерівномірно, в одних випадках бути головними, в інших – накладатись, виражатись нечітко. У цих випадках вони позначаються такою ж, але малою буквою. Наприклад, верхній перехідний горизонт у чорноземах між гумусовим та материнською породою характеризується значною гумусованістю та невеликою домішкою породи (Нр), а нижній перехідний – навпаки (Ph).
До додаткових належать відокремлені морфологічні елементи грунту, уламки порід, а також ознаки, пов'язані з діяльністю людини. Нижче наводяться їх назви та символи (за системою III – українською):

k – наявність карбонатів;

s – наявність легкорозчинних солей;

г – наявність м'яких залізисто-марганцевих стягнень та пунктуацій;

п – наявність твердих залізисто-марганцевих конкрецій;

kn – наявність карбонатних конкрецій;

q – наявність уламків твердих безкарбонатних порід;

qk – наявність уламків твердих карбонатних порід;

F – наявність вохри;

z – наявність копролітів, червоточин, кротовин;

dn – наявність ерозії (денудації);

dl – делювіальні наносні горизонти на поверхні грунту;

de – еолові наносні горизонти на поверхні грунту;

аl – алювіальні наносні горизонти на поверхні грунту;

а – орні горизонти (від лат. arvum – поле);

ag – насипні рекультивовані горизонти (agger – насип);

рl – плантажовані горизонти;

mo – ознаки, пов'язані зі зрошенням;

m – ознаки, пов'язані з осушенням.
Якщо засолення, карбонати чи літогенні включення відкриті в нижній частині горизонту, то цей спеціальний символ пишеться через косу риску (наприклад, P/k, Hp/gl). У випадку, коли має місце локальна концентрація (не по всій товщі горизонту) тих чи інших новоутворень та включень, чи ознака дуже слабо виражена, – символ беруть у дужки (наприклад, P(h), H(e)). Поховані горизонти записують у квадратних дужках [Н], [НТ].

Горизонти, які виникають за рахунок діяльності людини, але за своїми властивостями не відрізняються від природних, позначаються такими ж символами, що й природні, але перед ними ставиться ще символ ознак, пов'язаних з антропогенезом. Наприклад, вторинно-осолонцьований, внаслідок зрошення (іригації) мінералізованими водами горизонт – moSl; вторинно оглеєний за рахунок підняття грунтових вод при зрошенні – moHPgl; торф'яно-мінеральний, утворений внаслідок пересушення торф'яників – mТС і т. ін.

Символ має повністю відображати назву, наприклад, Ehgl – елювіально-гумусований оглеєний, Pks – карбонатна засолена материнська порода, Нр – верхній перехідний; Ph – нижній перехідний; НРт – перехідний метаморфізований. З цієї позиції, українська індексація є об'єктивно більш досконалою.

Отже, українська символіка більше інформативно відбиває характерні ознаки горизонтів.

2.5. Переходи між горизонтами в профілі

Характер переходів між горизонтами в грунтовому профілі, форма границь горизонтів і ступінь їх виразності мають важливе генетичне значення й служать суттєвою морфологічною ознакою грунту, оскільки це один із критеріїв визначення інтенсивності грунтоутворення і його загальної направленості. Часто характер переходів має й діагностичне значення. Різні грунти володіють неоднаковими характерами переходів у профілі, що визначається типом, віком та інтенсивністю грунтоутворення відповідно до комплексу факторів навколишнього середовища (рис. 6).


Рис.6. Характер переходів між горизонтами:

1 – дерново-підзолистий орний грунт: від Норн. до НЕ – границя рівна, перехід різкий; від НЕ до Іе – язикоподібна, різкий; від Іе до І – хвиляста, помітний; від І до Ір – рівна, поступовий; від Ір до Р – рівна, поступовий. 2 – чорнозем звичайний: від Н до Нр – хвиляста, поступовий; від Нр до Phk границя кишенями, перехід ясний; від Phk до Рк – рівна, поступовий; 3 – червонозем: всі границі рівні, переходи поступові
За формою виділяються вісім основних типів границь між грунтовими горизонтами (рис.7).


Рис.7. Форми границь між горизонтами в профілі:

1 – рівна; 2 – хвиляста; 3 – кишенеподібна; 4 – язикоподібна; 5 – затічна; 6 -розмита; 7 – пильчаста; 8 – палісадна
Рівна границя характерна для більшості грунтів, особливо для нижніх слабо диференційованих горизонтів, звичайно – при поступових переходах. Хвиляста властива для нижньої частини гумусових горизонтів лісових грунтів, а також часто характерна для переходу між підгоризонтами. Кишенеподібна характерна для нижньої частини гумусованих горизонтів степових грунтів. Язикоподібна найтиповіша для нижньої частини Е-горизонту підзолистих грунтів. Затічна – характерна для грунтів із потічним характером гумусу або тих, які розтріскуються. Розмита границя характерна для грунтів із сильним елювіально-ілювіальним процесом. Пильчаста – зустрічається досить рідко, в підзолистих грунтах на структурних глинах. Палісадна також дуже рідко зустрічається в солонцях при переході до солонцевого горизонту. За ступенем вираження виділяють такі види переходів: різкий, ясний, помітний, поступовий.

Контрольні питання

1. Дайте коротку характеристику фазового складу грунту.

2. Оцініть поняття "морфологічна будова грунту", опишіть рівні морфологічної організації грунту. Основні поняття грунтової морфології.

3. Визначте поняття "грунтовий профіль", причини його утворення.

4. Охарактеризуйте основні типи будови профілів і границь між генетичними горизонтами.

5. Визначте поняття "генетичні горизонти", охарактеризуйте основні принципи та напрямки їх індексації.

6. Оцініть забарвлення як важливу морфологічну ознаку грунту.

7. Оцініть структуру грунту як важливу морфологічну ознаку.

8. Визначте поняття "гранулометричні фракції", дайте їх коротку характеристику.

9. Визначте поняття "гранулометричний склад грунтів", принципи класифікації грунтів за гранулометричним складом.

10. Дайте класифікацію та характеристику властивостей механічних елементів грунтів.

11. Як впливає гранулометричний склад порід на грунтоутворення?

12. Як впливає гранулометричний склад грунтів на їх властивості?

13. Оцініть новоутворення та включення як важливу морфологічну ознаку грунту.

14. Опишіть принципи української індексації генетичних горизонтів.

15. Охарактеризуйте діагностичні ознаки поверхневих генетичних горизонтів.

16. Охарактеризуйте діагностичні ознаки підповерхневих генетичних горизонтів.

17. Обгрунтуйте переваги та недоліки української індексації генетичних горизонтів.

18. Оцініть характер переходів між: генетичними горизонтами як морфологічну ознаку.

3. ВИВІТРЮВАННЯ, ГРУНТОУТВОРЮЮЧІ ПОРОДИ І МІНЕРАЛЬНА ЧАСТИНА ГРУНТУ

Грунт формується на продуктах вивітрювання гірських порід, які є важливим фактором грунтоутворення. Для розуміння грунтоутворення необхідні чіткі уявлення про склад грунтотворних порід і мінералів, які їх складають, а також про процеси перетворення гірських порід і мінералів на поверхні літосфери.

Мінеральна частина зазвичай складає до 90-97% маси грунту. Мінералогічний склад грунту зв'язаний з мінералогічним складом гірських порід, на яких відбувається грунтоутворення. Він успадковується від породи і лише частково трансформується в процесі педогенезу.

Мінералогічний склад грунтотворних порід і грунтів представлений первинними та вторинними мінералами. Первинні мінерали представлені скелетними й крупнопіщаними частинками, що є продуктами механічного руйнування магматичних і метаморфічних порід. Вторинні мінерали – глинистими й колоїдними частинками, що є продуктами вивітрювання первинних під дією кліматичних і біологічних факторів. Загальна кількість мінералів, що містяться в грунті, обчислюється сотнями, але найчастіше зустрічаються 50-60 видів. Первинні мінерали представлені переважно частинками крупнішими 0,001 мм, вторинні – меншими 0,001 мм. Перші за масою звичайно переважають.

3.1. Вивітрювання гірських порід

Вивітрюванням (гіпергенезом) називається процес механічного руйнування та хімічної зміни гірських порід і мінералів.
При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали. Вивітрювання – це сукупність складних і різноманітних процесів, кількісних і якісних змін гірських порід.
Зовнішні горизонти гірських порід, де протікають процеси вивітрювання, називають корою вивітрювання.
Виділяють дві зони: зону поверхневого або сучасного і зону глибинного або вікового вивітрювання. Потужність кори вивітрювання буває від кількох сантиметрів до 2-10 м і зростає в напрямку до екватора.
Вивітрювання – єдиний процес, але для зручності його розуміння виділяють три взаємопов'язані форми: фізичну, хімічну, біологічну.
Фізичне вивітрювання – механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Ця форма вивітрювання пов'язана з фізико-механічними факторами впливу: зменшенням тиску після виходу породи на поверхню; бічним тиском на уламок породи, зумовлений адсорбованою водою, льодом, корінням рослин і кристалами солей; коливаннями температури й різницею коефіцієнтів лінійного розширення мінералів, які входять до складу даної породи, руйнівною діяльністю водних потоків, льодовиків, що рухаються, зсувів, вітру.

Розтріскування гірської породи проходить внаслідок різних коефіцієнтів розширення мінералів, які її складають. Наприклад, граніт складається з кварцу (коефіцієнт розширення 0,000310), ортоклазу (0,000170), рогової обманки (0,000284), а при нагріванні кварц збільшується в об'ємі майже у 2 рази більше, ніж ортоклаз; рогова обманка – на 1/3 більше від ортоклазу.

Фізичне вивітрювання прискорюється при наявності води, яка, потрапляючи в тріщини гірських порід, створює капілярний тиск (у тріщинах розміром 1 ммк тиск складає 1500 кг/см кв). Ще більша руйнівна сила води при замерзанні, коли вона розширяється на одну десяту об'єму й створює тиск на стінки порід 890 кг/см кв і більше.

Унаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває нових властивостей. Вона пропускає крізь себе повітря, воду і здатна затримувати певну їх кількість. Значно збільшується загальна поверхня уламків одиниці об'єму даної породи, що сприяє інтенсифікації хімічних процесів. Хімічний склад породи не змінюється.
Хімічне вивітрювання – це процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінералів. Найінтенсивніше хімічно вивітрюються магматичні породи, що утворились при нестачі води та кисню. Агентами хімічного вивітрювання є вода, кисень і вуглекислий газ. Підвищення температури реакцій на 10°С прискорює їх проходження у 2-2,5 раза.

Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у воді мінеральних сполук, їх гідроліз, окиснення – відновлення, карбонізація; коагуляція тощо. Вода – універсальний розчинник на планеті. Розчинення мінералів водою прискорюється з підвищенням температури й насиченням її вуглекислим газом, який підкислює середовище. За таких умов хімічне вивітрювання відбувається значно швидше. Цим пояснюється наявність різноманітних кір вивітрювання в різних широтах земної кулі. Руйнування гірських порід у субтропічному й тропічному поясах іде в кілька разів швидше, ніж у помірному й полярному.
Розчинення гірських порід і мінералів водою (особливо, якщо вона містить значну кількість вуглекислого газу та інших речовин) широко розповсюджене в природі. Так, при 25°С в 1 л води розчиняється 0,0145 г кальциту, а при вмісті у воді СО, розчинність його різко зростає через перехід карбонату в бікарбонат:
СаСО₃ + СО₂ –» Са(НСО₃)₂.
У процесах хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз – хімічна реакція води з мінералами. Гідроліз призводить до заміщення катіонів лужних та лужноземельних металів кристалічної решітки на іони водню дисоційованих молекул Н₂O. Наприклад, гідроліз ортоклазу відбувається за такою схемою.
KAlSi₃O₈ + Н2O –» КОН + HAlSi₃O₈.
Утворення КОН зумовлює лужну реакцію розчину, при якій проходить подальше руйнування кристалічної ґратки з відокремленням частини кремнезему й утворенням каолініту.

КОН, при наявності СО₂, переходить у форму карбонату:
2КОН + СО₂ –» К₂СО₃ + Н₂O.
Гідратація – хімічний процес приєднання води до частинок мінералів, як правило, відбувається при вивітрюванні осадових порід, які містять ангідрид. У процесі гідратації ангідридів об'єм породи збільшується на 50-60%, а їх розчинність значно зростає:
CaSО₄ + 2H₂О –» CaSО₄ - 2H₂О.

2Fe₂О₃ (гематит) + 3Н₂O –» 2Fe₂О₃ - 3H₂О (лимоніт).
Такі процеси мають місце у тропіках, зоні підзолистих грунтів. Гідратація переважно спостерігається у більш складних за будовою мінералах – силікатах і алюмосилікатах.
Окиснення – реакція дуже поширена у зоні вивітрювання. Окиснюється значна кількість мінералів, що містять закисні елементи, зокрема, залізо. Так, при окисненні піриту, поряд із сульфатами й гідратами оксидів заліза утворюється сірчана кислота, що бере

участь у новоутворенні інших мінералів. У процесі окиснення змінюється початкове забарвлення гірських порід, з'являються жовті, бурі та червоні відтінки.
Відновлення протікає при повній відсутності кисню (анаеробіозису), наявності специфічної мікрофлори та енергетичного матеріалу у вигляді органічних речовин.

Постійна наявність у розчинах вугільної кислоти зумовлює карбонатизацію – утворення карбонатів.

Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні уламків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується їх кристалічна решітка. Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких властивостей, як в'язкість, пластичність, вологоємкість, вбирна здатність та інших.
Біологічне вивітрювання – механічне руйнування й зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під виливом таких факторів: засвоєння рослинами й мікроорганізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після смерті організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі тощо); реакцій окиснення й відновлення з участю мікроорганізмів.

Процеси біологічного вивітрювання здійснюють представники багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрювання. В природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) процесів механічного й хімічного вивітрювання. Одним із процесів біологічного руйнування є процес засвоєння кореневими волосками мінеральних елементів, які входять до кристалічної решітки мінералів. Водень, який рослини виділяють у навколишнє середовище, входить до кристалічної решітки мінералу і руйнує її. Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навколишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавелеву, оцтову, яблучну та інші), які руйнують мінерали.

Грунти і гірські породи населяють певні групи мікроорганізмів, які утворюють мінеральні кислоти: бактерії нітрифікатори – азотну кислоту, сіркобактерії – сірчану. Як і органічні, ці кислоти розчиняють мінерали і посилюють вивітрювання. Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виділеннями хімічно руйнують їх.

Характер руйнування гірських порід і, як правило, склад продуктів вивітрювання залежать від умов навколишнього середовища та від мінералогічного складу самої породи. Геохімічними дослідженнями доведено, що при вивітрюванні кислих порід формуються піски й супіски, середніх – суглинки, основних – важкі суглинки й глини. Усі названі пухкі відклади мають певні фізичні й фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу процесів грунтоутворення. Цим вони відрізняються від невивітрених скельних порід. Отже, основними грунтоутворюючими породами є продукти вивітрювання гірських порід.

Процеси вивітрювання відбуваються дуже повільно. В результаті тривалого вивітрювання, що продовжується багато мільйонів років, утворюються потужні кори (рис.8).