Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Грунтоведение

Органическая компонента грунтов

Распространение, состав и свойства органического вещества в грунтах

В грунтах органическое вещество в твердом состоянии представляет собой остатки растительного (или животного) происхождения, которые со временем претерпевают различные стадии разложения, физико-химического преобразования и минерализации. Грунты, содержащие органическое вещество, называются органическими и органо-минеральными. К органо-минеральным грунтам следует относить ил, сапропель, заторфованный грунт, к органическим грунтам торф и сапропель [34]. Наряду с природным происхождением органическое вещество в грушах может накапливаться искусственным путем в результате разнообразной хозяйственной деятельности человека.

Органические и органо-минеральные грунты имеют широкое распространение в морских и континентальных отложениях. Они относятся к дисперсным грунтам [34] и не выделяются в отдельный класс, хотя вполне этого заслуживают, так как обладают специфическими свойствами, резко отличающими их от других грунтов, такими как:

  • • высокая г гористость и влажность;
  • • малая прочность и большая сжимаемость с длительной консолидацией при уплотнении; высокая гидрофильность и низкая водоотдача;
  • • существенное изменение деформационных, прочностных и фильтрационных свойств при нарушении их естественного сложения, а также под воздействием динамических и статических нагрузок;
  • • анизотропия прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик; склонность к разжижению и тиксотропному разупрочнению при динамических воздействиях;
  • • наличие ярко выраженных реологических свойств;
  • • проявление усадки с образованием усадочных трещин в процессе осушения;
  • • разложение растительных остатков в зоне аэрации;
  • • наличие природного газа (метана); повышенная агрессивность к бетонам и коррозионная активность к металлическим конструкциям [111].

Эти особенности позволяют считать рассматриваемые грунты малопригодными для возведения различных сооружений, но их широкое распространение не позволяет полностью отказаться от строительства.

По распространенности в грунтах органическое вещество можно разделить на три группы: рассеянное, локально и регионально распространенное [50].

Рассеянное органическое вещество содержится в грунтах в виде тонких фракций, поверхностных "пленок" или "рубашек" вокруг частиц и в целом более или менее равномерно распределено во всей толще грунта. Наиболее богаты рассеянным органическим веществом грунты платформенных фаций и фаций, завершающих развитие предгорных прогибов, отложений мелководных заливов, лагун, лиманов, стариц, болот, озер и др.

Локально распространенное органическое вещество приурочено к определенным фациям (старичным, болотным и др.) и образует локальные скопления органики в грунтах. Его характерные примеры - пласты углей и торфов в четвертичных отложениях, сапропели, черноземные почвы, гумусный горизонт и техногенные грунты.

Регионально распространенное органическое вещество приурочено к регонам, в пределах которых в определенную геологическую эпоху происходило интенсивное формирование и захоронение живого вещества. Характерным примером являются мощные залежи торфа в болотных массивах. В России на долю болот приходится 10 % территории страны (рис. 2.21); средняя заболоченность тундровой зоны по данным разных авторов 50...70 %, таежной зоны - около 30 %. Наиболее заболочены Западная Сибирь, районы севера и северо-запада европейской части. Дальний Восток и Камчатка. Наиболее крупные болотные массивы - болота Васюї'анья и Сургутского Полесья, занимающие территории около 350 тыс. км2, где мощность торфяников может достигать 15... 18 м.

Болота Российской Федерации с глубиной торфа более 30 см в % от /пощади территории [ 123)

Рис. 2.21. Болота Российской Федерации с глубиной торфа более 30 см в % от /пощади территории [ 123)

Превращение органических остатков в гуминовые вещества получило название процесса гумификации (от лат. humus земля, почва). Гуминовые вещества были впервые выделены из торфа в 1786 г. немецким физиком и химиком Францем Лхардом. Гумификация идет с участием живых организмов и путем химических реакций окисления, восстановления, гидролиза, конденсации и др. Растительные и животные остатки претерпевают наибольшие превращения под действием микроорганизмов, разлагающих сложные органические соединения, состоящие из С, О, Н и их производных (включая изо- и гетероциклические соединения) до простых минеральных соединений (ССЬ, Н20, NH4, и др.) и органических веществ гумусового типа. В результате многочисленных реакций в грушах накапливаются только наиболее устойчивые соединения.

В состав гуминовых веществ входят четыре группы органических соединений: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (Ф К). гиматомелановые кислоты (ГМК), гуминовые угли (ГУ).

Гуминовые кислоты растворимы в щелочных растворах и входят в состав органической массы торфа (до 60 %), бурых углей (20...40 %), почв (до 10 %).

Фульвокислоты, растворимые в воде, кислотах и щелочах, отличаются резко пониженным содержанием углерода (до 40 % по массе) и более высоким содержание кислорода, они более окислены, чем другие гуминовые вещества.

Гиматомелановые кислоты извлекаются из сырого остатка (геля) гуминовых кислот кислоэтиловым спиртом.

Гуминовые угли (гумин) - практически нерастворимое органическое вещество.

Содержание различных химических элементов в этих веществах хорошо изучено. Количество углерода в массовых долях колеблется от 40 до 60 % (в зависимости от происхождения и источника гуминового вещества), азота 3...5 %, водорода обычно содержится 3...6 %, кислорода - 33...37 %, серы - до 0,7... 1,2 % и фосфора - до 0,5 %, всегда есть разные металлы.

Блок-схема гуминовой кислоты по Мыстерски и Логинову [50/

Рис. 2.22. Блок-схема гуминовой кислоты по Мыстерски и Логинову [50/

Любые гуминовые вещества содержат большой набор функциональных групп: карбоксильные группы (-СООН), фенольные (-ОН), хинонные (=С=0) и аминогруппы (-NII) (рис. 2.22). Количество их велико, распределены они неравномерно по молекулам различного размера, и даже молекулы одного размера могут различаться по содержанию функциональных групп. Более того, молекулы гуминовых веществ различаются по количеству входящих в их состав остатков аминокислот (всего их 17-20), углеводных остатков и характеру их расположения.

Состав органического вещества природного или искусственного происхождения резко различен. Если состав природного органического вещества обусловлен длительными процессами преобразования первичных органических компонентов в гуминовые соединения, то состав техногенного органического вещества чрезвычайно разнообразен и определяется особенностями хозяйственной деятельности человека на данной территории, а также составом "первичной" органики, поступающей в грунт тем или иным путем [50).

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы