Издательство «Недра», 1984 2 страница

Минералогический микроскоп открыл целый мир минералов «средних» размеров — от 1 — 2 до 0,005 мм. Его использование позволило изучить особенности тонкопесчаных и пылеватых частиц. Микроскоп и сейчас является важным оружием грунтоведа. С его помощью можно увидеть и определить состав агрегатов и частиц размером более 0,002 мм. Он позволяет исследовать многие детали строения грунта: поры, трещины, взаимоотношение агрегатов и частиц и другие элементы структуры. Более тонкие детали строения грунтов при помощи оптического микроскопа увидеть не удается. Это связано с тем, что длина световой волны меньше 0,8 мкм. Частицы, приближающиеся к этому размеру, как бы обтекаются лучами света и становятся практически невидимы в оптический микроскоп. Только в середине XX в., призвав на помощь современные физические методы, ученые раскрыли существование целого мира «невидимых» карликовых минералов. Идею об их существовании впервые высказал еще в XVIII в. М. В. Ломоносов. Однако эти гениальные догадки нельзя было в то время экспериментально подтвердить.

Эти замечательные карлики широко распространены вокруг нас. В одном кубическом сантиметре самого чистого воздуха содержится более 1000 пылинок, которые в основном являются микрочастицами тонких минералов.

Чтобы убедиться в их «невидимости», возьмите маленький кусочек глины и положите его в стакан чистой дистиллированной воды. Подождите немного и взболтайте, воду. Взгляните: в стакане опять почти прозрачная вода. Глина распалась на отдельные тонкие кристаллы, которые исчезли из поля нашей видимости.

Первым обнаружил глинистые минералы в 1926 г. советский ученый Л Б. Струтинский, применивший для этой цели рентгеновский аппарат. Затем В. И. Вернадский использовал метод снятия кривых нагревания глин и также обнаружил кристаллическое строение тонкого глинистого вещества. Но увидеть «карликов» удалось только в 40-х годах при помощи просвечивающего электронного микроскопа, созданного О. О. Лебедевым. Об этом мы поговорим в следующем разделе книги.

При помощи рентгеноструктурного анализа открылись весьма сложные особенности строения кристаллов. Оказалось, что каждый из микроминералов обладает своей неповторимой кристаллической решеткой.

Исследователи очень удивились, обнаружив, что среди изученных глинистых минералов обнаружились до того не встречавшиеся подвижные кристаллические решетки. Они чем-то напоминали баян. Только этот музыкальный инструмент раздвигается силой рук артиста, а решетка — в результате сложного физико-химического процесса.

Первые такие глины, состоящие из минерала с подвижной структурой, были обнаружены около французского города Монтморилло-на. Этот удивительный микроминерал и получил название «монтмориллонит». Если его начать насыщать водой, то ее молекулы, проникая внутрь подвижной решетки, начнут раздвигать последнюю.

Как проявляется этот процесс внешне? Монтмориллонит с большой силой начнет расширяться. Возникнет явление набухания. Если глина целиком состоит из этого микроминерала, то увеличение ее объема может составить десятикратную величину. Если начать высушивать эту глину, то возникнет обратный процесс — усадка.

В отличие от монтмориллонита другой минерал, каолин, имеет неподвижную кристаллическую решетку, которая не меняет своих размеров под воздействием молекул воды. Распределение молекул в структуре обоих минералов довольно сложное, но специалистам-рентгенографам удалось получить о нем точное представление. На рис. 6 показаны кристаллические решетки монтмориллонита и каолинита.

Глинистые минералы образуются в результате процессов выветривания, протекающих на поверхности земли. Сейчас известно около 200 таких минералов. Особое значение в грунтах имеют: каолинит, монтмориллонит, гидрослюда и так называемые смешаннослой-ные минералы. Последние состоят из пакетов, в которых чередуются слои с разными кристаллическими решетками. Встречаются комбинации каолинита с гидрослюдой, гидрослюды с монтмориллонитом.

Если приходится изучать глинистый грунт, то грунтоведа весьма интересует, из каких тонких минералов он состоит. Это позволяет ему заранее получить представление о ряде свойств такого грунта. Данные о составе минералов являются своеобразной путеводной звездой для исследователей.

В завершение нашего разговора о минералах-карликах, необходимо сказать, что они играют существенную роль в повседневной жизни людей. Многие из этих удивительных природных образований разрабатываются как полезные ископаемые. Примером могут служить бокситы — важнейший поставщик алюминия. Нередко с микроминералами связаны месторождения железа, марганца, кобальта, золота, никеля и других металлов.

Рис. 6. Кристаллические решетки: монтмориллонита (а) и каолината (б)

Глинистые минералы находят широкое применение в народном хозяйстве. Так, они используются для выработки сукна, шерсти, резины, огнеупоров, кирпича, керамических изделий. Их применяют в радиопромышленности, мыловаренной, парфюмерной, нефтеобра-батывающей, фармацевтической и ряде других отраслей народного хозяйства.

Наконец, глинистые минералы имеют большое значение в образовании почв и формировании их урожайности.

Вот как велика роль в жизни человечества этих малых минералов-карликов. Как говорят: «Мал, да удал».

Русская пословица гласит: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Перефразируя эту известную пословицу, можно сказать: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз предположить о существовании тонких коллоидных частиц». Ученые всегда стремились увидеть малые объекты: частицы глинистых минералов, микробы, вирусы и т. д. Мы уже познакомились с развитием микроскопических методов исследования, но они оказались совершенно непригодными для изучения «невидимок».

Рис. 7. Так выглядит современный просвечивающий электронный микроскоп

Рис. 8. Формы отдельных частиц глинистых минералов в просвечивающем электронном микроскопе:

а — каолинит; б — монтмориллонит; в — гидрослюда; г — галлуазит (трубочки)

Впервые удалось увидеть коллоидные частицы размером менее 1 — 0,1 мкм в ультрамикроскопе. Он основан на так называемом эффекте Тиндаля. Если в комнату проникает через щель в занавеске или ставне тонкий луч солнца, то на его пути видны тысячи тонких пылеватых частиц. Этот эффект и лежит в основе действия ультрамикроскопа. В нем коллоидные частицы видимы в направлении, перпендикулярном к направлению луча света. Конечно, видимость таких частиц в подобном микроскопе совершенно недостаточна для их изучения. Лишь с появлением электронного микроскопа по-настоящему увидели тонкие частицы глинистых минералов. Первым для этой цели был использован электронный микроскоп просвечивающего типа. В нем вместо световых лучей используется пучок быстролетящих в вакууме электронов. Их полет ускоряется электрическим напряжением в десятки и даже сотни тысяч вольт. В таком микроскопе вместо стеклянных используются электронные линзы (рис. 7).

Длина возникающих волн для электронов в сотни тысяч раз короче световых волн. В просвечивающем электронном микроскопе можно увидеть частицы размером в несколько сот раз меньше, чем в лучшем оптическом микроскопе. Он дает возможность получать увеличения до 100 000 крат и даже больше. В такой установке исследовались прежде всего суспензии (смеси глины с водой). В них впервые увидели по-настоящему тончайшие частицы каолинита, монтмориллонита и других глинистых минералов. Стали ясны формы и размеры их кристаллов.

Оказалось, что эти тонкие минералы очень разнообразны по форме. Одни образуют шестиугольные пластинки, другие — иголки, трубочки, зерна с расплывчатыми краями, нитки и т. д. (рис. 8).

Рис. 9. Вот так выглядит поверхность глинистого грунта, увиденная через растровый микроскоп. Ув. 1000

Рис. 10. Расположение глинистых частиц в грунте

Несколько больше информации дал метод реплик. Реплика представляет собой отпечаток, получаемый с поверхности кусочка глины путем напыления на нее в вакууме графита либо какого-нибудь другого вещества. Затем глина удаляется, и на электронном микроскопе исследуется отпечаток-реплика.

Наконец, делались попытки изучения тончайших срезов с глинистых грунтов.

Применение этих методов позволило узнать много нового о тонкой структуре глин.

Следующий шаг был сделан в 50-х годах XX в., когда были созданы принципиально новые растровые электронные микроскопы. Они широко открыли окно в загадочный мир тончайших структур грунтов.

В таких микроскопах узкий электронный луч (зонд) обегает поверхность исследуемого образца. В каждой точке соприкосновения электронного луча (зонда) с грунтом возникает несколько видов отраженного излучения. Здесь и вторичные, и рассеянные электроны, и рентгеновские лучи, и, наконец, световые волны. Они и дают яркое изображение объекта на экране электронно-лучевых трубок. Благодаря комплексности изучения с помощью такого прибора получают информацию о самых разнообразных свойствах, поверхности грунта.

На рис. 9 показана поверхность глинистого грунта, увиденная с помощью растрового электронного микроскопа. Эта установка, в отличие от оптического микроскопа, позволяет увидеть даже при небольших увеличениях (в 200 — 500 раз) более тонкие детали строения глинистого грунта.

Для изучения структуры глинистых грунтов в растровом электронном микроскопе их поверхность покрывается тончайшим слоем металла (чаще всего золотом) с тем, чтобы она могла отражать электронный луч.

С помощью растрового электронного микроскопа можно рассмотреть детали строения поверхности размером до 1 — 0,5 мкм. Это позволило изучить многие особенности микроструктуры глинистых грунтов, которые до этого были неизвестны. Использование физических методов исследования дало новые возможности для развития науки о грунтах. Так, сейчас начали применять ультразвуковой и рентгеновский микроскопы. Пока они оказались пригодными для решения лишь отдельных вопросов. Однако в их использовании сделаны только первые робкие шаги.

Важную информацию о составе минералов, слагающих глинистые грунты, дают рентгеноструктурные методы. Они позволяют получить дифракционную картину, возникающую при прохождении рентгеновских лучей через столбик спрессованного глинистого вещества, помещенный в специальную рентгеновскую камеру.

В основе этих методов лежит явление дифракции — огибание рентгеновскими лучами атомов и ионов, слагающих кристаллические решетки минералов. Такой луч, прошедший через вещество, фиксируется на пленку-рентгенограмму, по которой специалисты судят о составе минералов.

Рентгеновский метод дает также возможность выяснить, как располагаются в глинах частицы минералов. Для этой цели используются как обычные рентгеновские камеры, так и специальные ди«фрактомеры — рентгеновские установки, в которых регистрация изменений ведется с помощью специальных счетчиков.

Применяя все эти методы, грунтоведы обнаружили, что глинистые грунты обладают самыми разнообразными тонкими структурами. Среди них есть структура «карточный домик» (рис. 10), в которой частицы образуют на первый взгляд совершенно неустойчивую «воздушную» постройку. Но это оказывается не совсем так. Электромолекулярные силы особенно проявляются на концах частиц, поэтому-то такие микроструктуры достаточно прочны.

Рис. 11. Осадок монтмориллонита под растровым электронным микроскопом

Рис. 12. Использовав электронный микроскоп, В. И. Осипов обнаружил в глинистых грунтах следующие микроструктуры:

А — ячеистую: I — тонкие агрегаты, 2 — ячейки; б — скелетную: 1 — пылева-тые частицы, 2 — глинистые пленки, 3 — поры; в — матричную: 1 — неориентированные глинистые частицы (матрица), 2 — пылеватые и песчаные зерна; г — турбулентную: 1 — глинистые частицы, «обтекающие» зерна, 2 — песчано-пылеватые зерна; д — ламинарную; е — доменную, представленную крупными микроагрегатами (доменами); ж — губчатую: 1 — крупные агрегаты (до 0,08 мм), состоящие из глинистых микроагрегатов, 2 — ячейки

Советский ученый В. И. Осипов с помощью растрового электронного микроскопа подробно исследовал строение глин и обнаружил целую серию структур. Он показал, что наиболее рыхлыми являются глинистые осадки, содержащие гидрослюду и монтмориллонит. Они образуют причудливые скопления лепестков разных форм (рис. 11). Их «узор» зависит от среды, в которой возникает осадок, химического состава минералов и ряда других факторов.

В природных глинистых грунтах В. И. Осипов обнаружил семь основных типов микроструктур. Их схематические изображения приведены на рис. 12. Он убедительно показал, что многие свойства глин тесно связаны с особенностями их микростроения. Так наука все глубже и глубже проникает в тайны тончайшего строения грунтов.

Как гласит легенда, шахматы были изобретены индусским ученым по имени Сета Царь Индии Шерам пришел в восторг от новой остроумной игры. Решив вознаградить создателя шахмат, он пригласил его к себе во дворец.

— Я решил наградить тебя за твою выдумку. Проси, что хочешь!

Как далее повествуется в легенде, остроумный ученый попросил, чтобы ему выдали немного пшеничных зерен. При этом количество этих зерен должно было быть определено из такой прогрессии: на первую клетку шахматной доски нужно было положить всего-навсего одно зерно, на вторую — только два, на третью — четыре и так удваивать до последней клетки доски.

Царь удивился и решил, что ученый очень скромен и просит крайне мало. Он сказал: «Ты получишь то, что просишь. Жди у ворот дворца, тебе вынесут мешок пшеницы».

Как известно, мудрецы царя в течение ночи подсчитали, что ученому необходимо выдать ни много, ни мало 18 446 744 073 709 551 615 зерен. Это количество пшеницы заняло бы объем в 12 000 км³, что во много раз больше объема пшеницы, собираемой на всей Земле.

Теперь представим, что изобретатель решил просить себе в награду землю и для этой цели вместо пшеничных зерен потребовал бы частицы грунта. Давайте примерно подсчитаем, какой они займут объем, если их размер будет меняться?

Для начала возьмем песчаные частицы размером 1 мм. Если насыпать их в сосуд объемом 1 м³, то в нем окажется примерно 10⁹ песчинок. Теперь давайте класть частицы на клетки шахматной доски. Всего придется туда уложить 1,8-10¹⁹ песчинок (для простоты округляем эту цифру). Учитывая число песчинок в одном кубометре, легко рассчитаем, что они займут объем 1,8-10^!0 м³, или 18 км³.

А теперь давайте проделаем эту же операцию с пылеватыми частицами размером 0,01мм. Таких пылинок в сосуде емкостью 1 м³ окажется 10¹⁵. Число пылеватых частиц, которые нужно будет уложить на шахматную доску, будет то же, что и для песчинок. Но вот объем их будет только 18 000 м³, или стотысячные доли кубического километра.

Ну, а теперь начнем укладывать на клетки шахматной доски частички глины размером 0,001 мм. В 1 м³ будет находиться 10¹⁸ зерен. Если взять все глинистые чистички, уложенные по системе индусского ученого Сета, и собрать их в кучу, то ее размер составит лишь 18 м³. Это будет параллелепипед со сторонами 3X3X2 м.

Так много частичек и в столь малом объеме! Разве это не поразительно? Однако существуют не менее интересные явления, обусловленные астрономическим числом тонких частиц, содержащихся в малых объемах.

Возьмем кубик, у которого длина каждого ребра составляет 1 см. Можно легко подсчитать, что площадь поверхности его сторон равна всего 6 см². Теперь давайте разделим кубик на восемь равных частей. Площадь его сторон возрастет до 12 см². Будем продолжать деление дальше. Когда величина сторон распиливаемых кубиков достигнет 1 мм, то площадь их поверхности станет равной 60 см². Если разделить наш кубик на микрокубики со сторонами 0,001 мм, то суммарная площадь их поверхности составит 6-Ю⁶ см², или 600 м². А ведь объем их остался тем же (считаем, что при распиливании потери вещества не происходит) — -1 см³!

Если дробление продолжить и дальше, до коллоидных размеров, то при сторонах мельчайших кубиков, равных 0,0001 мм, площадь их поверхности будет уже определяться впечатляющей цифрой в 60 млн. см², или 6000 м².

Но в грунтах могут быть и еще более тонкие глинистые частицы и тогда в 1 см³ грунта общая площадь поверхности будет еще грандиознее.

Ученые назвали площадь этой поверхности частиц в 1 см³ (иногда в 1 г вещества) удельной поверхностью грунта.

Когда мы подсчитывали площадь поверхности, то исходили из упрощенного представления о том, что частицы имеют кубическую форму и тесно прилегают друг к другу. В природе все гораздо сложнее. Прежде всего удельная поверхность зависит от минерального состава. Возьмем, к примеру, глинистый грунт, состоящий из монтмориллонита. Подсчеты показали, что в этом случае удельная поверхность, рассчитанная на 1 г вещества, достигает 800 м². Если взять глину, состоящую из гидрослюды, то величина удельной поверхности составит только 80 м².

Возникает вопрос: «Какое значение имеет удельная поверхность?» Оказывается, многие свойства грунтов зависят от удельной поверхности. В следующих разделах мы еще вспомним об этой характеристике грунтов.

Остается только сказать, как на практике определить удельную поверхность грунта. Для этого физикохимия предлагает целый комплекс методов. В основном используется зависимость между удельной поверхностью грунта и его способностью к поглощению разных; веществ из растворов или к поглощению газов. Чем больше удельная поверхность, тем больше способность грунта к поглощению.

В римской мифологии существовал бог времени Янус. Он изображался с двумя лицами, обращенными в противоположные стороны: молодым — вперед, а старым — назад. Отсюда дошло до нас выражение «двуликий Янус». Всем известна эта летучая фраза. А в природе можно найти множество примеров подобного рода.

Ну, чем не двулик гриб мухомор? Он радует глаз своей яркой окраской, красивой формой. Но его второе лицо — необычайная ядовитость.

В грунтах, бывает так, что один и тот же песок может быть и рыхлым, опасным для строительства, и он же может оказаться надежным основанием для многоэтажных домов. И впрямь — «двуликий Янус».

Вот перед нами два суглинистых грунта. В одном содержатся кварц и гидрослюда, в другом — тот же состав. В лаборатории определили, из каких частиц по крупности состоят эти грунты. Опять оказалось, что они весьма схожи и по величине составляющих их частиц. Значит, по составу они одинаковы, но тогда почему их свойства различны?

Давайте попробуем определить, как образовались эти два грунта. Геологи легко установят — первый из них сформировался во время оледенения. Этот суглинок был отложен потоками талых вод, возникших при таянии ледников. Второй же возник в результате деятельности ветра. Его порывы подхватывали частицы, переносили их на большие расстояния, и, когда ветер стихал, они падали на поверхность земли. Так, год за годом накопилась толща этого суглинка. Процессы выветривания и особенно деятельность организмов и растений внесли затем свои коррективы. И вот результат — похожие по составу грунты, а строение их оказалось разным, отсюда вытекает и различие в свойствах.

Посмотрим внимательно: первый суглинок плотный с тонкой пористостью, в то время как второй содержит много крупных пор, а его частицы собраны в группы-агрегаты. Кроме того он буквально пронизан корне- и червеходами.

Вот и выходит — помимо состава грунта его свойства зависят и от структуры.

Теперь необходимо выяснить, что же такое структура грунта? Если говорить обобщенно — это все то, что определяет строение грунтов на небольших однородных участках.

Мы уже знаем, что в грунтоведении изучается грунт как система, состоящая из твердых минеральных частиц, жидкости (водных растворов) и газообразной составляющей.

Получается, что изучение структуры — это прежде всего исследование размеров и формы частиц, агрегатов, пор и их взаимосвязи. К этому нужно добавить, что в грунтах встречаются различные структурные формы влаги и газов, которые также нужно изучать. Кроме того, очень важно выявить взаимоотношения между всеми этими структурными элементами.

Теперь становится понятным, что перед наукой о грунтах стоит очень сложная задача — выявление их структурных особенностей.

Комплексное изучение структуры грунтов началось только в 50-х годах нашего столетия. Правда, исследования крупности частиц грунтов проводились уже в XIX в., но это были еще первые шаги в познании структуры. Для решения практических вопросов в первую очередь стали исследовать свойства грунтов. Когда их довольно хорошо изучили, возник вопрос, почему эти свойства такие, а не иные. Вот и пришлось заниматься изучением состава и структуры грунтов.

Большой шаг в развитии представлений в этой области был сделан, когда стали использоваться оптические, а затем электронные микроскопы. Перед глазами грунтоведа открылся новый интересный мир структур.

Сейчас мы уже знаем, что по структуре все рыхлые осадочные грунты можно разделить на четыре больших класса.

К первому относятся сыпучие пески. Они чаще всего состоят из зерен кварца, полевого шпата, слюд и некоторых минералов. В обычных условиях зерна не образуют между собой каких-либо существенных связей. Исследования под электронным микроскопом показали, что зерна кварца на своей поверхности, как правило, содержат тончайший слой измененного кварца (опала), окислов железа, а иногда и пленок глинистых минералов. Эти пленки настолько малы, что для их изучения требуются специальные методы. Влияние всех этих пленок проявляется лишь тогда, когда слой песка длительное время находится под большим давлением. Вот и возникают между его зернами устойчивые связи, нарастающие с течением времени. Из таких песков в течение многих тысячелетий образуется хорошо известная всем скальная порода — песчаник.

Рис. 13. Посмотрите, как изменяется взаимоотношение тонких и крупных частиц в различных структурах грунтов.

Структуры: а — раздельнозернистая; б — зернисто-пленчатая: 1 — зерна, 2 — глинистые пленки (<0,003 мм); в — агрегативная: 1 — зерна, 2 — глинистая масса; г — слитная: 1 — зерна, 2 — глинистая масса

Зерна песчаных грунтов не связаны друг с другом. Поэтому пески имеют структуру, названную раздельнозернистой, в ней частицы существуют как бы сами по себе (рис. 13, а).

Возмем другой случай, когда в тех же песках появляется некоторое количество тонких глинистых частиц (размером менее 0,001 мм). Ученые обнаружили удивительное явление. Эти тонкие частицы, оказывается, не образуют комков или каких-либо других скоплений, а создают пленки вокруг более крупных зерен (диаметром более 0,01 мм). В результате частицы контактируют между собой только через эти пленки. Толщина последних колеблется от 0,0001 до 0,003 мм. Их нельзя увидеть даже при помощи оптического микроскопа. Поэтому когда смотришь через него на грунт с подобной структурой, видишь лишь чудесные гроздья зерен, громоздящихся в самых причудливых формах. Кажется, что вот-вот все они рассыплются. Но действующие между частицами атомно-молекулярные силы прочно удерживают их.

В последнее время эти тонкие пленки изучаются при помощи растровых электронных микроскопов.

Ученые назвали эту форму структуры зернисто-пленчатой (см. рис. 13,6). Такой структурой обладают супеси и легкие суглинки. Нужно заметить, что подобные пленки могут образовывать не только глинистые минералы, но и окислы железа, аморфный кремнезем, органические вещества и др.

В такой зернисто-пленчатой структуре прочность определяется главным образом составом зерен.

Но вот перед нами суглинистый грунт, в составе которого содержится ощутимое количество тонких глинистых частиц. Окружающие песчаные частицы глинистые пленки хорошо видны в оптическом микроскопе. Их роль в прочности такого грунта становится более заметной. В его строении широко участвуют агрегаты, крайне разнообразные по своим размерам, форме и природе образования. Поэтому такая структура и была названа агрегативной (см. рис. 13, в). Агрегативной структурой обладают различные суглинки и некоторые типы глин.

Между зернисто-пленочной и агрегативной выделяется также переходный вид структуры — зернисто-агрегативный. В грунтах с подобной структурой глинистые пленки хорошо видны в оптическом микроскопе.

Если количество тонкой глинистой составляющей становится значительно большим, чем песчаных и пылеватых частиц, то тогда образуется новая, весьма интересная структура: в общей массе глинистого вещества как бы плавают отдельные песчинки. Как легко понять, эта глинистая масса и определяет все свойства грунта. Подобная структура характерна для различных глин. Она получила название слитной (см. рис. 13, г).

Давайте взглянем на структурные особенности глинистых частиц глазами специалистов в области коллоидной химии.

Советские ученые П. А. Ребиндер, Б. А. Дерягин и И. М. Горь-кова обнаружили, что тонкие частицы в природе в большинстве случаев окружены тончайшими пленками воды. Глинистые кристаллики отделены друг от друга прослойками влаги. Причины подобного явления связаны с атомно-молекулярными силами, действующими между молекулами воды и поверхностью минеральных частиц.

Если влажность глины по какой-либо причине возрастает, то новые молекулы воды поступают в пленки и их толщина увеличивается. Возникает своеобразный процесс, названный расклиниванием. По мере нарастания толщины пленки в новых ее слоях, все более удаленных от поверхности частиц, сила молекулярного взаимодействия заметно ослабевает. Глина из-за нарастающего расклинивания становится мягкой, а дальше вообще может потерять прочность и начнет растекаться. Такую водно-пленочную структуру глин ученые назвали коагуляционной (от лат. coagulatio — затвердевание). При высушивании возникает противоположный процесс: глина становится все более твердой, что связано с уменьшением толщины пленок, взаимным приближением частиц и нарастанием между ними атомно-мо-лекулярного взаимодействия.

Однако пленки на поверхности глинистых частиц могут состоять не только из воды, но и из окислов железа, карбонатов, опала и других веществ. Тогда эти образования практически не растворяются водой, или данный процесс протекает очень медленно. Тогда и размягчение грунта оказывается незначительным. Такие структуры получили наименование кристаллизационных.

Рассмотренные коагуляционные и кристаллизационные структуры вносят свою дань в формирование свойств глинистых грунтов, дополняя представления о классах структуры.

Но и этим не ограничивается разнообразие структуры грунтов. Например, большую роль в грунтах играет пористость. Что же это такое?

В каждом сухом грунте есть твердая часть и воздушная составляющая. Чем больше последняя, тем легче порода. Стали определять число пор по отношению содержания воздуха (или, проще говоря, пустот) в грунте к общему его объему. Этот показатель получил название пористости. Она колеблется от десятых долей процента в скальных породах (граниты, базальты) до 80% в глинистых грунтах.

Но вот что оказалось интересным. Пески имеют небольшую пористость — 30 — 36% и хорошо пропускают воду, а глины, как правило, обладают большой пористостью — 35 — 70% и практически водонепроницаемы. В чем же дело? Ведь именно по порам поступает вода.

Объяснение сравнительно простое. Поры песка имеют размеры больше 0,01 мм, а глины в основной массе содержат тонкие их разности — 0,005 — 0,0001 мм и даже еще меньше. Крупные же поры являются прекрасным путем для движения воды, в то время как тонкие воду не пропускают. Если мы начнем сжимать грунт, то произойдет быстрое разрушение крупных пор, а тонкие длительное время могут сохраняться. Специалисты назвали такие крупные (больше 0,01 мм) поры «активными». Так структура грунтов стала различаться еще по одному важному показателю — «активной» пористости.

Самой старой структурной характеристикой является содержание в грунте частиц разных размеров. Ее назвали гранулометрическим составом.

Вот перед нами холм, состоящий из валунов и галечно-гравели-стого материала. Эту массу оставил после себя древний ледник. Здесь валуны размером более 30 см, галька от 4 до 20 см и много гравия, имеющего размеры от 0,2 до 4 см.

Сидя на пляже, мы наслаждаемся теплым песком. Его образовала вода в результате вековой обработки течениями и волнами обломков пород. Частицы песка имеют размер от 0,05 до 2 мм. Песчаные зерна тоньше 0,25 мм слагают очень мелкие пески, а песчинки размером 1 — 2 мм — очень грубые.