Склад та властивості ґрунтів

Фазовий склад грунтів

Ґрунт — це багатофазне природне тіло, речовина якого представлена такими фізичними фазами: тверда, рідка, газова та жива речовина організмів, що населяють ґрунт.

Тверда фаза ґрунту — це полідисперсна і полікомпонентна органоминеральна система, що утворює твердий каркас ґрунтового тіла. Вона формується в процесі ґрунтотворення з материнської гірської породи і в значній мірі успадкує її склад і властивості. Характеризується хімічним мінералогічним і гранулометричним складом, з одного боку, і складенням, структурою і пористістю — з іншого.

Рідка фаза ґрунту — це вода в ґрунті, ґрунтовий розчин, що заповнює її пори.

Газова фаза ґрунту — це повітря, що заповнює у ґрунті пори, вільні від води. Його склад істотно відрізняється від атмосферного і динамічний у часі.

Жива фаза ґрунту — це організми, що його населяють і беруть участь у процесі ґрунтотворення. До них відносяться численні мікроорганізми (бактерії, актиноміцети, гриби, водорості), представники ґрунтової мікро- і мезофауни (найпростіші, комахи, черв'яки та інш.), кореневі системи рослин.

Гранулометричний склад ґрунту[ред. • ред. код]

Гранулометричним (механічним) складом ґрунту називають масове співвідношення (відносний вміст у процентах) у його складі твердих частинок (механічних елементів) різної крупності. У вітчизняному ґрунтознавстві він визначається на основі відсоткового співвідношення у ґрунті фракцій фізичної глини (механічних елементів <0,01мм) і фізичного піску (механічних елементів >0,01мм). За класифікацією Н.А.Качинського (1958 року) виділяють пухкопіщані, зв’язнопіщані, супіщані, легкосуглинкові, середньосуглинкові, важкосуглинкові, легкоглинисті, середньоглинисті і важкоглинисті ґрунти.

Мінералогічний склад ґрунту

Основну частку речовинного складу мінеральних ґрунтів утворюють первинні (переважно кварц, польові шпати, слюди), а також вторинні мінерали (глинисті, оксиди і гідрооксиди, мінерали-солі), що успадковуються ґрунтом від ґрунтотворної породи, утворюються в процесі вивітрювання і ґрунтотворення. Особливу роль відіграють тонкодисперсні (<0,001 мм) глинисті мінерали (груп каолініту, гідрослюд, монтморилоніту, змішаношаруватих), що визначають важливі властивості ґрунтів: водно-фізичні, фізико-механічні, вбирну здатність ґрунту, наявність елементів живлення рослин.

Органічна частина ґрунту

Середній склад органічної речовини ґрунту

Органічна речовина ґрунтів — це сукупність живої біомаси, органічних решток рослин, тварин, мікроорганізмів, продуктів їх метаболізму, а також специфічних новоутворених органічних речовин — гумусу.

Гумус ґрунту — це складний комплекс органічних сполук, що включає:

Неспецифічні органічні сполуки індивідуальної природи (притаманні не тільки ґрунтам).

У процесі трансформації решток організмів органічна речовина ґрунту збагачується азотовмісними речовинами (білками та амінокислотами), вуглеводами — моносахаридами (глюкоза, фруктоза, маноза, галактоза та інш.) і полісахаридами (крохмаль, целюлоза та інш.), гетерополісахаридами (камеді, слизи і пектинові речовини), ліпідами, ароматичними сполуками та їх похідними.

Власне гумусові речовини як специфічний комплекс органічних сполук.

Гумусові речовини специфічної природи являють собою гетерогенну полідисперсну систему високомолекулярних азотовмісних ароматичних сполук кислотної природи. Вони представлені гуміновими кислотами, фульвокислотами і залишком, що не гідролізується або гуміном. Гумінові кислоти добре розчиняються в лужних розчинах, слабо розчиняються у воді і не розчиняються в кислотах, мають темно-коричневий або чорний колір. Фульвокислоти — група гумусових кислот, що залишається в розчині після осадження гумінових кислот; відрізняються світлим забарвленням, розчинністю в кислотах, більшою гідрофільністю і здатністю до кислотного гідролізу.

Органо-мінеральні сполуки у ґрунтах

Першу групу складають солі органічних неспецифічних кислот (оцтової, щавлевої, мурашиної, лимонної та інших) і гумусових специфічних кислот з катіонами лужних і лужноземельних металів. Другу групу утворюють комплексні солі, які синтезуються при взаємодії неспецифічних органічних кислот і гумусових кислот з полівалентними металами (залізом, алюмінієм, міддю, цинком, нікелем). Третю групу складають адсорбційні органо-мінеральні з'єднання — Al-Fe-гумусові, а також глинисто-гумусові комплекси.

Гумус — найважливіша складова органічної речовини ґрунту, яка визначає його родючість. Екологічна роль органічних речовин у житті ґрунту визначається тим, що: 1) органічні речовини — один із найважливіших факторів вивітрювання гірських порід та процесів руйнування мінеральної частини ґрунту; 2) вони є джерелом поживних речовин для рослин; 3) органічні речовини відіграють важливу роль в утворенні структури ґрунту; 4) органічні речовини мають безпосередній вплив на рослину, сприяючи її росту та розвитку.

За характерний «земляний» запах ґрунту відповідає органічна сполука геосмін, яка виробляється низкою мікроорганізмів.

Вапно

Вапно́ гідравлі́чне — тонкомолотий продукт випалу мергелистих вапняків, які містять від 6% до 20% глинистих і високодисперсних піщаних домішок, отриманий за температури нижче спікливості цих вапняків — при 900–1000 °C . При цій температурі сировинні матеріали розкладаються з утворенням вільних оксидів СаО, SiO2, Al2O3, Fe2O3, що надалі, володіючи хімічною активністю, взаємодіють між собою з утворенням силікатів, алюмінатів і феритів кальцію. Саме такий мінералогічний склад забезпечує надалі гідравлічне твердіння цього в'язкого матеріалу.

Гідравлічне вапно в замішаному водою стані твердне та зберігає набрану міцність у виробах і матеріалах як на повітрі, так і у воді. Відповідно, твердіння гідравлічного вапна складається з двох процесів: повітряного твердіння, яке викликається поступовою кристалізацією і карбонізацією гідрату вапна, а гідравлічне — гідратацією силікатів і алюмінатів кальцію.

Гідравлічне вапно поділяється на слабогідравлічне і сильногідравлічне (ДСТУ Б В.2.7-90-99 Вапно будівельне). У першому вміст активних оксидів кальцію і магнію 40-65%, у другому — 5-40%.

Вапняки, що містять велику кількість глинистих речовин (15-20%), дають сильногідравлічне вапно, а ті, що містять знижену кількість таких домішок — слабогідравлічне.

Високогідравлічне вапно характеризується високою міцністю і швидкістю твердіння.

Основною характеристикою сировинних матеріалів для отримання гідравлічного вапна є гідравлічний модуль — відношення процентного вмісту оксиду кальцію до сумарним вмістом оксидів алюмінію, кремнію і заліза. Для слабогідравлічного вапна він дорівнює 9-4,5, сильногідравлічного — 4,5-1,7.

Слабогідравлічне вапно при взаємодії з водою інтенсивно гаситься і розсипається в порошок, сильногідравлічне — гаситься повільно або не гаситься зовсім.

Залежно від вмісту в гідравлічному вапні вільного оксиду кальцію терміни схоплювання коливаються в межах: початок — 0,5-2 і кінець — 8-16 годин. Активність гідравлічного — від 1,7 до 5 МПа. Гідравлічне вапно застосовують для виготовлення низькомарочних легких і важких бетонів, для виготовлення штукатурних і кладочних розчинів.

Сильногідравлічне вапно після 7 днів затвердівання на повітрі і решти часу у воді має у віці 28 днів межу міцності при стисненні до 50 кг/см² і більше. Слабогідравлічне вапно можна поміщати в воду через триваліші терміни (21 і більше днів після приготування розчину або виробів). Воно має в 28-денному віці нижчу міцність, ніж сильногідравлічне.

Межа міцності при стисканні зразків з вапняно-піщаних розчинів складу 1:3 (одна частина вапна за масою, три частини звичайного піску) через 28 діб для слабогідравлічного вапна повинен бути не менше 1,7 МПа, сильногідравлічного — 5 МПа.

Гідравлічне вапно застосовується для виготовлення будівельних кладкових і штукатурних розчинів, що використовуються як в сухому, так і у вологому середовищі. Розчини на основі гідравлічного вапна міцніші, ніж на повітряному вапні, але менш пластичні. Гідравлічне вапно можна застосовувати також для виробництва вапновмісних змішаних в'яжучих, легких і важких бетонах низьких марок. Розчини і бетони на гідравлічному вапні володіють високою довговічністю при експлуатації їх в повітряно-вологому середовищі.

Гідравлічне вапно є одним з дешевих і доступних за способом виробництва в'яжучих матеріалів.

Торф

Торф (англ. peat, нім. Torf) — порода рослинного походження, утворена протягом тисяч років з недорозкладених рослинних залишків (трав, мохів та деревини), які внаслідок високої вологості та поганого доступу повітря мінералізувалися лише частково.

Давня назва торфу — займиста земля. Згадки про торф як «займисту землю», що нею західноєвропейці користувалися для нагрівання їжі, трапляються в «Природничій історії» (46 р. н. е.) римського історика Плінія Старшого.

Торф містить 50—60 % вуглецю. Його теплота згоряння (максимальна) становить 24 МДж/кг.

Вік сучасних торфовищ вимірюється 5—10 тисячами років. Усі торф'яники зазвичай дуже заводнені й заболочені. Торф іноді вкритий невеликим шаром ґрунту, при цьому він утворює пальзи.

Більшість торф'яних покладів (близько 80 %) розташована в верхніх широтах; близько 60 % усіх заболочених територій у світі мають запаси торфу. Найбільші торф'яні суцілі зосереджені в обширних пониженнях рельєфу.

За деякими оцінками, світові запаси торфу складають близько 267 мільярдів тон.

Сільське господарство[ред. • ред. код]

Торф має декілька важливих властивостей, котрі зумовлюють його цінність для рільництва. Унесення торфу в ґрунт є найліпший спосіб поліпшити властивості ґрунту: пористість, щільність, повітроємність, вологоємність, мікробіологічний та живильний склад.

Торф містить гумінові кислоти, котрі підштовхують ріст і розвиток рослин, та амінокислоти, потрібні на перетворення певних первнів харчування на форму, доступну рослинам.

Торф має бактерицидні й газопоглинальні властивості, що є однаково потрібними всім видам ґрунтів. Торф оздоровлює ґрунт, знижує вміст нітратів у виробі в 1,5-2 рази, запобігає нагромадженню в рослинах важких металів та інших шкідливих речовин, послаблює дію отрутохімікатів, що потрапляють до ґрунту. Перегній, який утворюється в ґрунті при тривалому внесенні торфу, перешкоджає вимиванню легкорозчинних добрив.

Низовинні й перехідні торфи, які складаються з перепрілих залишків деревної та трав'яної рослинності, є родючіші, аніж горішні. Ними користуються, щоб докорінно поліпшити слабородючі ґрунти, надати зв'язності бідним на перегній пісковим ґрунтам або розпушити глинисті. В сільськогосподарському виробництві торф ділять на дві групи:

легкий (або світлий) — торф горішньогу шару залягання зі ступенем розкладання до 15 %. Це молодий, слаборозкладений торф з питомою вагою від 150 до 250 кг/м3, який має високу газо- та водопоглинальну здатність, але менший вміст гумінових та амінокислот через незавершений розпад;

важкий (або темний) — торф долішніх шарів зі ступенем розкладання понад 15 %. Це «зріліший» торф з питомою вагою від 350 кг/м³ та високим вмістом гумусу, але меншою, ніж у легкого, газо- й водопоглинністю.

Залежно від технології рільництва торф використовують:

чистий, щоб поліпшити побудову ґрунту, збирати та тривало втримувати вологу й утворити середовище, яке сприяє збільшенню кисневого обміну;

з торфу готують субстрат, тобто беручи торф за основу, його змішують з набором мікро- та макроелементів, потрібних рослинам. Таким чином отримують готовий якісний ґрунт, пристосований до первного виду рослин, кліматичних особливостей, умов дозрівання плодів тощо;

як сировину для приготування органічних добрив;

при виготовленні торф'яних блоків, які використовуються для вирощування розсади та облаштування газонів та укріплення схилів земляни насипів, каналів та водоймищ.

Тваринництво[ред. • ред. код]

Торф використовують як підстилку у тваринництві. Здатність сухого торфу поглинати вологу та запахи дозволяє використовувати його як підстилку для худоби. Один кілограм легкого торфу утримує до 20 літрів води. Отриману після цього суміш можна компостувати без дооброблення. Ще однією перевагою використання торфу для підстилок є його бактерицидні властивості: торф запобігає багатьом хворобам у худоби.

Енергетика

Горіння торфу.

Торф - займиста корисна копалина, тобто непогане паливо.

Перші електростанції, побудовані в Радянському Союзі на початку 1920-х років навколо Москви, працювали саме на місцевому торфі. Останніми роками в Фінляндії, наприклад, близько 5-7 % відсотків всієї енергії, яка споживаються в країні, отримується з торфу.

На виробництво енергії придатний тільки торф середнього й високого ступенів розкладання, який видобувають із серединних та донних частин боліт.

Важливою перевагою торфу є його своєрідне горіння. Адже торфові волокна містять кисень, тому торф здатен горіти без додаткової подачі кисню.

Зола

Зола — пилоподібний або шлакоподібний залишок, що утворюється з мінеральної частини палива, коли воно повністю згоряє. Складається з продуктів окиснення і випалення золотвірних компонентів мінеральної частини і органічних сполук палива і деякої кількості невигорілих його органічних компонентів (недопал). В промислових умовах 3. утворюється у вигляді тонкодисперсного порошку — золи-виносу і шлаку — сплавленого уламкового матеріалу. При спаленні палива з рідким шлаковидаленням в осн. утворюється шлак, при сухому — на 80% зола-унос.

Різновид[ред. • ред. код]

За плавкістю (температурі початку плавлення) поділяється на:

легкоплавку (менше 1200С)

середньоплавку (1200—1350С)

тугоплавку (1350—1500С)

неплавку (більше 1500С).

За способом видалення розрізняють:

золу сухого відбору (зола-виносу)

золу мокрого відбору (зола-гідровидалення)

Склад[ред. • ред. код]

Компоненти зол і шлаків

Немагнітна мінеральна фракція

Мікросфери алюмосилікатні

Ценосфери

Магнітна мінеральна фракція

Мікросфери магнетитові

Гранули феросиліція

Зола і тверді викиди містять немагнітні та магнітні фракції. Поділ на такі фракції і їх дослідження виконуються, насамперед, з позицій впливу осадів золи на природу і для цілей визначення напрямів використання золи цих фракцій. Очевидно, що магнітні фракції збагачені залізом в кристалічній магнітній формі (мікросфери магнетитові).

Хім. склад золи при згорянні вугілля, горючих сланців і торфу — y % (SiO 10-65, Al 10-40, CaO 0,5-45, [Оксид магнію|MgO] 0,2-6, Na 1-10%, KaO 1,5-3) залежить від умов утворення даного палива, технології його спалення тощо. 3. низькозольних торфу, бурого і окисненого вугілля і горючих сланців має підвищений вміст CaO, кам. вугілля - переважно алюмо-силікатний склад. За величиною співвідношення суми оксидів Fe, Са, Mg, Na і K до суми оксидів Si, Al, Ti. розділяють на кислі (менше 1) і лужні (більше 1). 3. вугілля в осн. кисла, горючих сланців і дерева - лужна. Шлаки використовують в будівництві. З. застосовується також як заповнювач для бетонів і будівельних розчинів, як домішка (в цеглу), сировина для вироблення аглопориту, зольного гравію. Зола-унос в осн. складується в мокрих золовідвалах і лише частково використовується в цем. промисловості як сировина і добавка, при виробництві будівельної кераміки, асфальтобетону, золобетону, випалювального і безвипалювального гравію. Із 3. деяких типів вугілля вилучають рідкісні і розсіяні елементи, напр. ґерманій і ґалій. Зола-уносу ТЕС містить до 1-5% порожнистих частинок (так звані Ценосфери), які мають унікальні теплоізоляційні властивості і використовуються для спеціальних теплоізоляційних покрить, наприклад, у космічній техніці.

Зола вугільна

Зола вугільна – мінеральна речовина, що залишається після спалювання вугілля при температурі біля 800 0 С при доступі повітря. Основні компоненти З.в. – оксиди кремнію, алюмінію, заліза, кальцію, магнію, натрію, калію. Вторинне значення мають оксиди титану, фосфору, марганцю. За складом золи поділяються на кременисті (вміст SiO2 40-70%), глиноземні (Al2O3 30-45%), залізисті ( Fe2O3 20%), вапнисті (СаО 20-40%).

Основні компоненти золи вугілля: Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO.

Крім того, зола вугілля містить понад 40 різних елементів. Це:

мікроелементи з вмістом 0,1-0,001% (B, F, P, Cl, Ti, V, Ni, Cu, Zn, As, Ba, Pb);

рідкісні елементи з вмістом 0,001-0,00001% (Li, Be, Ce, Co, Go, Ge, Se, Sr, Pb, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, I, Cs, La, W, Bu, V),

ультрарідкісні елементи з вмістом менше 0,00001% (Ag, In, Re, Pt, Au, Ir, Hg).

Хімічний склад та мікроелементи вивчаються для встановлення можливості їх попутного вилучення та використання, а також для оцінки токсичності золи.