Основні фізичні властивості та склад ґрунту

Літосфера (земна кора) – мінерально-органічна оболонка планети Земля, яка розповсюджується від її поверхні до магми. Складається з власне літосфери, яка сформована з магматичних порід, зруйнованих фізичними, фізико-хімічними і хімічними процесами до появи життя на Землі, та ґрунту.

Ґрунт – поверхневий шар літосфери (завтовшки від декількох міліметрів на скельних породах до 10 км в низинах), що сформований після появи життя на планеті Земля внаслідок дії клімату, рослинності та живих організмів (мікроорганізмів і коренів вищих рослин). Ґрунт складається з поверхневого орного (0-25 см) або гумусного шару, якому властива родючість та який обробляється при вирощуванні рослин, і власне ґрунту.

Ґрунти надзвичайно різноманітні залежно від умов їх формування, передусім кліматичних умов та рослинності. В Україні найбільш розповсюджені чорноземи (54,0 % території), далі –– сірі лісові ґрунти (18,2 % території) та дерново-підзолисті (7,8 % території).

Основні фізичні властивості ґрунту:

- механічний склад – процентний розподіл часток ґрунту за їх розміром. Визначається просіюванням через сита Кнопа, яких існує 7 номерів з отворами діаметром від 0,25 до 10,0 мм (мал. 18.1). До механічних елементів ґрунту належать: каміння та гравій (розміром > 3 мм); пісок великий (3-1 мм), середній (1-0,25 мм), дрібний (0,25-0,05 мм); пил великий (0,05-0,01 мм), середній (0,01-0,005 мм), дрібний (0,005-0,001 мм); мул (< 0,001 мм). За механічним складом ґрунти класифікують залежно від питомої ваги фізичного піску (частки розміром > 0,01 мм) та фізичної глини (частки розміром < 0,01 мм) (Додаток 3);

- пористість – сумарний об'єм пор в одиниці об'єму ґрунту, виражений у відсотках. Розмір пор в однорідному ґрунті тим більший, що більші за розміром окремі механічні елементи ґрунту, тобто його зернистість. Найбільші пори в кам’янистому ґрунті, менші – у пісчаному, дуже маленькі - у глинистому, найменші – у торф’яному. При цьому сумарний об’єм пор, виражений у відсотках, збільшується, тобто, пористість ґрунту тим вища, чим менші за розміром окремі механічні елементи ґрунту. Так, пористість піщаного ґрунту становить 40%, а торф’яного - 82%.;

Мал. 18.1. Сита Кнопа для визначення механічного складу ґрунту

- повітропроникність – здатність ґрунту пропускати повітря через свою товщу. Підвищується із збільшенням розмірів пор та не залежить від їх загального об'єму (пористості);

- водопроникність – здатність ґрунту поглинати та пропускати воду, яка надходить з поверхні. Перебігає в дві фази: всмоктування, коли вільні пори послідовно заповнюються водою до повного насичення ґрунту і фільтрації, коли за умов повного насиченні ґрунту водою вона починає рухатися в порах ґрунту під дією сили тяжіння;

- вологоємність – кількість вологи, яку здатний утримати ґрунт за рахунок сорбційних та капілярних сил. Тим більша, що менший розмір пор та більший їх сумарний об'єм, тобто пористість. Тому що дрібніші механічні елементи ґрунту, то вища його вологоємність;

- капілярність ґрунту – здатність ґрунту піднімати по капілярах воду з нижніх шарів угору. Що менший розмір механічних частинок ґрунту, тобто дрібніші пори, то більшою буде капілярність ґрунту, вище і повільніше буде підніматися в такому ґрунті вода.

В ґрунтах легкого механічного складу (піщаних, супіщаних і легких суглинистих) порівняно з важкими (глинами, важкими суглинками) превалює фізичний пісок, пори мають більший розмір, пористість невисока, повітропроникність, водопроникність та фільтраційна здатність значні, капілярність і вологоємність малі. В таких ґрунтах, з одного боку, швидко перебігають процеси самоочищення від органічних забруднень, з іншого – більш потужною є міграція хімічних речовин з ґрунту в підземні та поверхневі водойми, атмосферне повітря та рослини.

Ґрунт складається з біотичної (ґрунтові мікроорганізми) та абіотичної компонент. Абіотична компонента включає тверду речовину ґрунту (мінеральні й органічні сполуки та органо-мінеральні комплекси), ґрунтову вологу та ґрунтове повітря.

Мінеральні (неорганічні) речовини ґрунтів на 60––80% представлені кристалічним кремнеземом або кварцом. Значне місце серед мінеральних сполук посідають алюмосилікати, а саме польові шпати та слюда. До алюмосилікатів належать також вторинні глинисті мінерали, зокрема монтморилонітової групи (монтморилоніт, нотроніт, бейделіт, соконіт, гекторит, стивенсит). Їхнє гігієнічне значення полягає в тому, що вони зумовлюють поглинальну здатність та ємність поглинання катіонів (наприклад, важких металів) ґрунтом.

Крім кремнезему та алюмосилікатів, до мінерального складу ґрунту входять практично всі елементи періодичної системи Д.І. Мендєлєєва.

Органічні речовини ґрунту представлені як власне ґрунтовими органічними (гумінові кислоти, фульвокислоти та ін.) сполуками, синтезованими ґрунтовими мікроорганізмами і які називаються гумусом, так і сторонніми для ґрунту органічними речовинами, що потрапили у ґрунт іззовні внаслідок природних процесів та техногенного (антропогенного) забруднення.

Ґрунтова волога може знаходитись в твердому та рідкому стані, а також у вигляді пари. Найбільший інтерес з гігієнічної точки зору має рідка волога, яка може знаходитись у формі: 1) гігроскопічної води, що конденсується на поверхні ґрунтових частинок; 2) плівкової води, що утримується на поверхні ґрунтових частинок; 3) капілярної води, що утримується капілярними силами в тонких порах ґрунту; 4) вільної гравітаційної води, що знаходиться під дією сили тяжіння або гідравлічного напору та заповнює великі пори ґрунту.

Ґрунтове повітря – суміш газів та пари, яка заповнює пори ґрунту. За складом відрізняється від атмосферного та постійно взаємодіє з ним шляхом дифузії за градієнтом концентрацій. Ґрунтове повітря та вода є антагоністами відносно простору пор. Природний склад ґрунтового повітря регулюється швидкістю використання кисню та утворення диоксиду вуглецю внаслідок мікробіологічних процесів мінералізації органічних речовин. Із збільшенням глибини вміст в ґрунтовому повітрі диоксиду вуглецю збільшується, а кисню зменшується.