Тема 2. Ґрунтоутворюючі породи і мінеральна частина ґрунту. Екологічні функції ґрунтів, зумовлені його фізичними властивостями.

План

1. Вивітрювання гірських порід і ґрунтоутворення.

2. Основні ґрунтоутворюючі породи.

3. Механічний склад ґрунтоутворюючих порід і ґрунтів.

3.1.Механічні елементи ґрунту та їх класифікація.

3.2. Класифікація ґрунтів за механічним складом.

4. Вплив ґрунтоутворюючих порід на ґрунтоутворення та формування ґрунтового покриву регіонів.

5. Загальні фізичні і фізико-механічні властивості ґрунту.

6. Екологічне значення механічного складу ґрунту.

   1. Загальна характеристика.

   2. Щільність ґрунту та його екологічне значення.

   3. Екологічна оцінка щільності ґрунту.

   4. Екологічні функції ґрунтів, зумовлені їх фізичними властивостями.

1. Вивітрювання гірських порід і ґрунтоутворення

Вивітрювання (гіпергенез) – процес руйнування гірських порід і мінералів під впливом деяких природних факторів (повітря, води, коливання температури, живих організмів). При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали. Вивітрювання – це сукупність складних і різноманітних процесів, кількісних і якісних змін гірських порід. Горизонти гірських порід, де відбувається процес вивітрювання, називають корою вивітрювання. Потужність її буває від кількох сантиметрів до 2-10 м.

Вивітрювання – єдиний процес, проте для зручності його розуміння виділяють три його форми: фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання – механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Ця форма вивітрювання відбувається під впливом таких фізико-механічних факторів: зменшення тиску після виходу породи на поверхню; бічний тиск на уламок породи, зумовлений адсорбованою водою, льодом, корінням рослин і кристалами солей; коливання температури і різниця коефіцієнтів лінійного розширення мінералів, які входять до складу даної породи; руйнівна діяльність водних потоків, льодовиків, що рухаються, зсувів, вітру.

Внаслідок 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 – процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінералів. Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у воді мінеральних сполук, їх гідроліз; окислення – відновлення; карбонатизація; коагуляція тощо.

Вода – універсальний розчинник на планеті. Розчинення мінералів водою прискорюється з підвищенням температури і 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 в субтропічному і тропічному поясах йде в кілька разів швидше, ніж в помірному і полярному.

У процесах хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз – хімічна реакція води з мінералами. Наприклад, гідроліз ортоклазу відбувається за такою схемою:

KАlSі₃О₈ + Н₂О HАlSi₃O₈ + KОН.

Отже, водень заміщує калій, а останній з іоном ОНˉ утворює луг, який, в свою чергу, посилює руйнування мінералу.

Гідратація, 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.

CaS0₄ + 2H₂0 CaS0₄ ∙ 2H₂0.

Постійна наявність в розчинах вугільної кислоти зумовлює карбонатизацію – утворення карбонатів. Схему карбонатизації можна показати на таких прикладах:

Na₂SiO₃ + H₂CО₃ = Na₂CO₃ + H₂O + SiO₂;

2NaOH + H₂CO₃ = Na₂CO₃ + 2H₂O.

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 інші.

Біологічне вивітрювання – механічне руйнування і зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під впливом таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорганізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після смерті організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі тощо); реакцій окислення і 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 і хімічного вивітрювання.

Рис. 2.1. Схема засвоєння елементів живлення коренями рослин (за В.Д. Келлі і А.Ф. Фредеріксоном, 1952): 1 – іони водню; 2 – іони металів.

Одним з 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 (рис. 2.1).

Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навколишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавлеву, оцтову, яблучну та інші), які руйнують мінерали.

Ґрунти 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 і супіски, середніх – суглинки і основних – важкі суглинки і глини. Всі названі пухкі відклади мають певні фізичні і фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу процесів ґрунтоутворення. Цим вони відрізняються від не вивітрених скельних порід.

Отже, основними ґрунтоутворюючими породами є продукти вивітрювання гірських порід.