Гранулометрический состав

В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции (группы).

Соотношение частиц разного размера может быть весьма различным в зависимости от характера исходной породы, направления (типа), интенсивности и длительности выветривания, определяя тот или иной гранулометрическкй (механический) состав отложений или элювия породы и соответственно, формирующихся на них почв.

Г'ранулометрическим (механическим) составим почвы называется массовое (весовое) соотношение (относительное содержание в процентах) в ее составе твердых частиц (механических элементов) разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных условных групп крупности (гранулометрических фракций). При этом имеется в виду, что механические элементы почв представлены мономинеральными или полиминеральными (если это обломки соответствующей плотной породы) зернами и органическими и (или) органоминеральными гранулами, свободно суспендируемыми в воде после разрушения клеящих материалов; существование и целостность механических элементов определяется силами молекулярных взаимодействий.

Гранулометрнческий состав продуктов выветривания (элювия) плотных пород тесно связан с их минералогическим составом: кислые, богатые кварцем породы дают при выветривании много крупнодисперсного песчаного материала; элювий основных, богатых легковыветривающимися минералами пород обогащен тонкодисперсными глинистыми частицами. Элювий известняков, мергелей обычно имеет глинистый состав.

Аллювиальные и эоловые отложения при этом обычно становятся относительно гомогенными, хорошо отсортированными, разделяющимися в пространстве по крупности преобладающих в них частиц на пески, суглинки, глины. Гляциальные, флювиогляциальные и делювиальные наносы обычно плохо сортированы.

Частицы разной крупности имеют обычно различный минералогический, а следовательно, и химический состав. Крупные частицы большей частью представлены кварцем, пылеватые — кварцем и полевыми шпатами, тонкодисперсные — вторичными глинистыми минералами.

В почвах механические элементы не только наследуются от исходной материнской породы, хотя основная их часть имеет именно такое происхождение, но образуются и в процессе почвообразования. Поэтому механические элементы почв могут быть минеральными, органическими или органоминеральными. Соответственно почвенные механические элементы могут быть первичными (унаследованными) либо вторичными (новообразованными).

Как правило, почвы бывают не монодисперсными, а представляют собой смесь механических элементов самых различных размеров.

В советском почвоведении приняты номенклатура и подразделение гранулометрических фракций, в основе разработанные А. Н. Сабаниным и В. Р. Вильямсом и впоследствии уточненные Н. А. Качинским. Ниже приведена классификация механических элементов (Н. А. Качинский, 1965):

Н. М. Сибирцевым были введены широко используемые и сейчас понятия физическая глина (сумма частиц мельче 0,01 мм) и физический песок (сумма частиц крупнее 0,01 мм), которые выделяются в пределах фракции мелкозема, под которым понимается сумма частиц мельче 1 мм. Частицы, включающие камни и гравий, т. е. имеющие размер крупнее 1 мм, называются скелетом. Сумма частиц мельче 0,001 мм называется илистой или тонкодисперсной фракцией. Фракцию крупной пыли (0,050,01 мм) иногда называют лессовидной, поскольку она составляет основную массу в лессах.

Несмотря на некоторую условность границ гранулометрических фракций, в целом 'они' отражают реально существующие различия в их свойствах (физических, химико-минералогических), что, в свою очередь, обусловливает наличие определенных свойств почв в зависимости от степени участия тех или иных фракций в формировании их гранулометрического состава.

Наглядное представление о различиях в удельной поверхности частиц в зависимости от их размера дают приведенные ниже данные:

Наиболее существенные отличия в свойствах фракций лежат на границе около 0,001 мм. У частиц мельче этого размера, т. е. частиц илистых и, в особенности, коллоидных, в силу высокой дисперсности и особого химико-минералогического состава (преобладание в их составе глинистых минералов, а также гумуса) ярко выражена поглотительная способность: вся емкость поглощения почв, как правило, обусловлена содержанием этих фракций. У частиц менее 0,001 мм хорошо выражена способность к коагуляции с образованием агрегатов, включающих и более крупные частицы, что способствует созданию благоприятных физических свойств почв в целом; вместе с тем при существовании в почве преимущественно вне агрегатов илистые частицы резко снижают ее воздухо- и водопроницаемость.

Во фракциях крупнее 0,001 мм поглотительная способность практически не выражена, так как они представлены преимущественно обломками первичных минералов и содержат ничтожное количество органического вещества (за исключением фракции 0,0050,001 мм, содержащей некоторую примесь глинистых минералов и гумуса в силу ее переходного к илу характера). Фракция пыли в интервале 0,050,005 мм обусловливает способ­ность почв к распылению в сухом состоянии и к сплыванию во влажном, создавая при значительном содержании вне агрегатов неблагоприятные водно-физические свойства почв. Фракции песка (10,05 мм), целиком представленные обломками пород и минералов, совершенно лишены поглотительной способности, однако при значительном содержании они обеспечивают хорошую воздухо- и водопроницаемость почв.

Механические элементы находятся в почве или породе и в свободном состоянии, и в агрегатном, когда они соединены в структурные отдельности – агрегаты различной формы, размеров и прочности. Крупные агрегаты могут разрушаться на механические элементы и более мелкие агрегаты при механическом усилии или при размокании в воде.

Гранулометрический состав – важнейшая характеристика почвы. От него зависят практически все свойства почвы и, в целом, ее плодородие. Почти все морфологические свойства почвы определяются ее гранулометрическим составом, поэтому его изучение в поле и в лаборатории является самым необходимым этапом исследования почвы как природного тела.

Гранулометрический состав является важным свойством почвы, по которому она относится к той или иной разновидности. Определение механического состава по горизонтам играет большую роль при изучении генезиса почвы, так как механический состав зависит не только от состава материнской породы, но и от процессов почвообразования, происходящих в почве.

Механический состав является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки, сроков полевых работ, нормы удобрений, размещение сельскохозяйственных культур и т.д. От механического состава зависят почти все физические, водно-физические, и физико-механические свойства почвы: водопроницаемость, влагоемкость, порозность, воздушный и тепловой режимы, водоподъемная сила и др.

Существуют сухой и мокрый способы приблизительного определения механического состава в поле.

Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок.

Во влажном состоянии эти почвы сильно мажутся, хорошо скатываются в длинный шнур, из которого легко можно сделать кольцо.

Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором легко прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Во влажном состоянии раскатывается в шнур, который разламывается при сгибании в кольцо, а шнур растрескивается и дробится при раскатывании – это легкий суглинок. Тяжелый суглинок дает кольцо с трещинами. Средний суглинок с более крупными трещинами.

Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц. Почва бесструктурная, не обладает связностью.

При описании почвы обязательно характеризуется механический состав мелкозема. Он определяется скатыванием колбасок, колечек, шариков. Для этого небольшое количество почвы смачивают водой до полного насыщения и разминают. Размятую почву раскатывают в шнур толщиной 3мм и длиной 5-7см. Шнур сворачивают в колечко диаметром 3 см. По характеру полученного колечка определяют механический состав почвы:

• песок - рыхлая масса, не образует ни шнура, ни шарика;

• супесь - почва скатывается в непрочный шарик,но не скатывается в шнур.

• легкий суглинок - почва скатывается в короткие толстые цилиндрики, которые распадаются на дольки;

• средний суглинок - почва скатывается в шнур, который при сгибании его в колечко ломается;

• тяжелый суглинок: почва скатывается в тонкий шнур, который при сгибании в колечко лишь трескается;

• глина - почва скатывается в длинный шнур, который легко сгибается в колечко без образования трещин на его окружности.

«Легкими» называются почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции. К легким относятся песчаные и супесчаные почвы. «Тяжелые» почвы характеризуются преобладанием в их составе тонких фракций, особенно ила. К тяжелым относятся тяжелосуглинистые и глинистые почвы.

Общее название почвы по механическому составу дается по данным механического анализа верхнего горизонта (0-25 см). Если наблюдается резкое различие механического состава верхнего и нижнего горизонтов, то это обстоятельство должно отразиться в названии почвы.

Дальнейшее подразделение почв по механическому составу производится на основании соотношений фракций песка(> 0,05 мм), пыли (0,05 – 0,001 мм), ила (< 0,001 мм), причем название преобладающей фракции ставится в конце.

Механический состав почвы довольно устойчивый признак, унаследованный от почвообразующей породы.

Таблица 1 – Классификация форм скелета почвы

Размер, см	Форма скелета
	угловатая		окатанная
0.1-1	хрящ (дресва)	гравий
1-10	щебень	галька
10-100	камни	валуны
более 100	скала	валуны

Указывают также степень выветренности обломков горных пород:

• невыветреные: твердые обломки раскалываются с трудом, поверхность склона свежая;

• слабовыветреные: обломки плотные, монолитные, но при ударе распадаются на более мелкие, плоскости скола покрыты пленками;

• выветренные: легкокрошащиеся обломки, при сдавливании распадаются на мелкие зерна, покрытые пленками;

• сильновыветреные: обломки различаются по цвету, режутся ножом, их невозможно выделить из почвенного горизонта.

Общее название почвы по механическому составу дается по данным механического анализа верхнего горизонта (0-25 см). Если наблюдается резкое различие механического состава верхнего и нижнего горизонтов, то это обстоятельство должно отразиться в названии почвы.

Дальнейшее подразделение почв по механическому составу производится на основании соотношений фракций песка (> 0,05 мм), пыли (0,05 – 0,001 мм), ила (< 0,001 мм), причем название преобладающей фракции ставится в конце.

Механический состав почвы довольно устойчивый признак, унаследованный от почвообразующей породы.

Петрографический и минералогический состав обломков горных пород описывают согласно классификациям и критериям полевой диагностики, принятым в петрографии и минералогии (Добровольский, 1989)