ЛЕКЦІЯ 14
ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ҐРУНТІВ
Гірські породи як чинник грунтотворення.
Поняття катени і літокатени. Топографічні ряди ґрунтів.
14.2.1. Практичне застосування методу літокатен.
Інженерно-геологічні особливості основних типів ґрунтів.
Інженерно-геологічна характеристика і поділ штучних ґрунтів.
14.1. Гірські породи як чинник грунтотворення
Ґрунт є самостійним природно-історичним тілом, яке складається з багатьох складових частин і може існувати лише у процесі взаємодії чинників ґрунтотворення.
Ґрунтотворні породи є одним із основних чинників ґрунтотворення, вони є тим субстратом, фундаментом, на якому відбувається утворення ґрунтів. Фундатор ґрунтознавчої науки В. В. Докучаєв називав ґрунтотворні (материнські породи) у числі основних чинників ґрунтотворення. Він розглядав ґрунт як продукт (функцію) спільної дії а) материнських порід, б) клімату, в) рослинних і тваринних організмів, г) віку країни і, частково, ґ) рельєфу місцевості. Г. Пенні визначав материнську породу як початковий стан ґрунтової системи.
Вивчення гірських порід як чинника ґрунтотворення має значні труднощі. Породи дуже різноманітні за хімічним і мінералогічним складом, зложенням і структурою. Кожна з ознак може значною мірою і незалежно від інших впливати на процес ґрунтотворення.
П. М. Чижиков у праці "О понятиях "почвообразующая порода" и "подпочва" зазначає, що термін "ґрунтотворна порода" рівнозначний терміну "материнська порода", це синоніми. Автор під материнськими (ґрунтотворними) породами розуміє геологічні породи, які знаходяться біля денної поверхні і з яких утворився ґрунт у результаті життєдіяльності організмів. Товщу, яка лежить нижче і не охоплена процесами ґрунтотворення, треба називати підґрунтям. У праці "Почвообразующие породьі" Є. М. Самойлова наводить лаконічне визначення ґрунтотворних порід. Під ґрунтотворною або материнською породою автор розуміє ті гірські породи, з яких утворився ґрунт.
І. П. Герасимов і М. А. Глазовська зазначають, що породи, на яких утворився ґрунт, краще називати материнськими, оскільки цей термін прямо вказує на величезне значення гірських порід в утворенні ґрунтів. Автори виділяють два аспекти в значенні гірських порід у ґрунтотворенні. По-перше, у результаті значного різноманіття петрографічного складу гірські породи зумовлюють значні відмінності в мінералогічному і, відповідно, в хімічному складі ґрунтів. По-друге, породи характеризуються значними відмінностями своєї будови, яка по-різному відображається на морфологічних і фізичних властивостях ґрунтів - їхній потужності, складенні, теплових і водно-фізичних властивостях.
Не завжди порода, на якій залягає ґрунтова товща, є материнською для цього ґрунту. Ґрунт може сформуватись не на одній, а на кількох породах, коли одна порода змінює іншу в межах ґрунтового профілю. У таких випадках ми маємо справу з підстилаючою породою. За Б. Г. Розановим, підстилаюча порода - це гірська порода, яка лежить під материнською породою або ґрунтом, якщо весь горизонт материнської породи охоплений ґрунтотворенням, і літологічно відмінна від неї. Такі ґрунти досить поширені в постгляціальних областях, де особливо часто спостерігається зміна і шаруватість поверхневих відкладів.
Однак гірська порода не є скелетом ґрунту, інертним до процесів, які в ньому відбуваються. Вона складається з різноманітних мінеральних компонентів, які по-різному беруть участь у процесі грунтотворення. Серед них є частинки, інертні до хімічних процесів, але вони відіграють важливу роль у формуванні фізичних властивостей ґрунтів. Інші складові частини ґрунтотворних порід легко руйнуються і збагачують ґрунт хімічними елементами. Склад і будова ґрунтотворних порід мають винятково великий вплив на процес грунтотворення.
Ґрунтотворним породам протягом тривалого часу надавали другорядне значення. Це призвело до того, що гірські породи як чинник ґрунтотворення вивчені менше, ніж інші чинники.
Вплив породи на ґрунтотворення не можна розглядати без врахування зміни самої породи. Комплекс явищ перетворення гірських порід в умовах зовнішньої оболонки Землі називається процесом вивітрювання. Відповідно, ґрунтотворні породи є продуктом вивітрювання корінних порід - кори вивітрювання. Ґрунти розвиваються в товщі кір вивітрювання і залежно від співвідношення їхніх потужностей охоплюють більшу чи меншу частину профілю кори вивітрювання. Тому розґляд закономірностей ґенези і географії кір вивітрювання одночасно представляє собою розгляд закономірностей генези і географії ґрунтотворних порід.
В. М. Фрідланд зазначає, що процеси вивітрювання необхідно розглядати не лише як процеси виникнення ґрунтотворних порід, але і як процеси утворення ґрунтового профілю та його важливих властивостей. Внутрішньоґрунтове вивітрювання знаходиться в тісному зв'язку з процесами перетворення органічної частини ґрунту і включає в себе процеси руйнування мінералів у ґрунтах, а також утворення нових.
Чим молодший ґрунт, тим сильніше проявляється у ньому взаємозв'язок з породою. При інтенсифікації вивітрювання і ґрунтотворення вплив вихідного матеріалу з (ґрунтотворної породи) зменшується. Тому під час ґрунтових досліджень потрібно звертати увагу на характер вихідної породи і ступінь її можливого впливу на ґрунти, на напрям і інтенсивність "доґрунтового" вивітрювання породи, тобто вивітрювання до моменту, коли порода стала ґрунтотворною, а також на динамічний вплив активних чинників ґрунтотворення на материнську породу ґрунту. Однак провести такі дослідження важко через складну історію клімату або геоботанічні зміни, що відбулись у недавньому геологічному минулому, через велике різноманіття ґрунтів, труднощі в розмежуванні впливу на ґрунти материнської породи і інших чинників ґрунтотворення (клімату, рослинності).
С. П. Позняк, Є. Н. Красєха називають ґрунтотворні породи твердофазним субстратом, у межах якого відбуваються усі взаємодії неживої і живої речовин педосфери. У зоні контакту літосфери, гідросфери та атмосфери ці взаємодії, контрольовані рельєфом і часом, спричиняють формування біокосної системи, основні параметри і властивості якої зафіксовані в ґрунтотворній породі. З іншого боку, сама порода поряд з тим виступає як умова ґрунтотворення і через свої водно-фізичні, мінералогічні, стратиграфічні, гранулометричні властивості впливає на створення середовища проживання живих організмів, які в ході своєї життєдіяльності змінюють ці параметри, роблячи їх більш сприятливими для існування.
Ґрунт відрізняється від гірських порід своєю неоднорідністю і наявністю різних фаз - твердої, рідкої, газоподібної і біогенної. Тверда фаза ґрунту складається з органічної та неорганічної (мінеральної) частин. Мінеральна частина за об'ємом займає до 60 % ґрунту, а за масою - до 90 - 97 % і більше. Тільки в торфових ґрунтах її кількість знижується до 10 % і нижче (1-2 % у сфагнових мохах).
Мінеральна частина ґрунту практично повністю успадковується від ґрунтотворних порід. Ґрунтотворну роль виконують зазвичай лише осадові породи і продукти вивітрювання (елювій) масивно-кристалічних порід. Новітні осадові породи на 75 % покривають земну поверхню, а 25 % зайнято виходами кристалічних і метаморфічних порід і їхнім елювієм. Формування осадових порід обов'язково пов'язане з перетворенням цих первинних порід на поверхні Землі. Глибинні породи піддаються різноманітному впливу фізичних, хімічних і біологічних процесів, які разом можна назвати вивітрюванням.
Вивчаючи процеси ґрунтотворення, не можна мінеральну частину ґрунту розглядати окремо від ґрунтового розчину і ґрунтового повітря. З огляду на це, В. М. Фрідланд пропонує розділити всю мінеральну частину ґрунту (в тім числі тверду, рідку і газоподібну фази) на чотири частини, кожна з яких характеризується визначеною роллю у ґрунтотворенні, в утворенні властивостей ґрунтів: 1) активну, 2) поверхнево-активну, 3) потенціальну і 4) інертну.