Большие и малые составные части грунтов

На блюдце три белых порошка. По виду они одинаковы, но если попробовать их на вкус, то окажется, что один сладкий, другой соленый, а третий безвкусный. А если опустить их в воду, то первый и второй растворятся, а третий образует нерастворимый осадок на дне. Хотя их «внешность» одинакова, но составы — разные.

Без особого труда можно определить, что первое вещество — сахар, второе — поваренная соль, а третье — гипсовый порошок. Таким образом, они состоят соответственно из кристаллов сахарозы, минерала галита и минерала гипса. Значит, и свойства этих порошков определяются их кристаллами — минералами. А теперь на столе перед нами три кусочка грунта: первый (очень, прочный) — гранит, второй (сравнительно мягкий) — тальковый сланец и третий — сухая глина.

Первые два кусочка, брошенные в воду, не изменяются, не размокают, сохраняя твердость, зато, если увлажнить третий грунт, то он становится вначале вязким, а затем постепенно превращается в текучую массу. Сланец, в отличие от других двух образцов, на ощупь производит впечатление жирного и т. д. Опять оказывается: разные грунты — разные свойства. Теперь мы уже знаем главную причину такого отличия; грунты состоят из разных минералов. Гранит содержит кварц, полевой шпат и слюду, сланец состоит главным образом из минерала, получившего название талька. Он известен тем, что, размолотый в порошок, употребляется как детская присыпка. Наконец, глина состоит из массы особых «глинистых» минералов, обладающих чаще всего очень малыми размерами.

Можно сказать, что разнообразие и многие свойства грунтов в определенной степени зависят от состава минералов. Зная его, можно предсказать и некоторые качества грунта. Удивительный мир минералов очень богат и разнообразен. В земной коре известно более 7000 их разновидностей. Некоторые из минералов, такие, как топаз, алмаз, аквамарин, рубин и другие «благородные» камни, поражают своей красотой и считаются драгоценными. Вместе с тем их роль в природе крайне незначительна.

Главное место в мире камней занимают породообразующие минералы. Их число не превышает 100 наименований. Среди них особенно распространены кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит и другие «рядовые» минералы. Основная масса грунтов и слагается ими. Большинство таких минералов представляет собой кристаллы, имеющие разнообразные формы многогранников. Эти формы связаны с закономерным внутренним размещением молекул составляющих их веществ. Они образуют правильные кристаллические решетки разных типов, создающих многообразие внешних форм минералов.

Любому человеку знакомы кристаллы слюды, представляющие собой плоские пластины, поразительные формы рубинов, горного хрусталя и других, встречающихся в повседневной жизни минералов. Часть из них представлена очень крупными кристаллами-великанами. Так, слюды могут образовывать пласты площадью несколько квадратных метров, кварц встречается в виде кристаллов длиной до 2,7 м. Но в природе многочисленны и очень тонкие кристаллики размером от 0,0005 до 0,00001 мм и даже меньше.

Среди минералов есть и такие, кристаллическое строение которых трудно обнаружить, поэтому говорят, что они аморфны. Таковы, например, известные разновидности кварца: кремень, агат, опал. Минералы изучаются одной из геологических наук — минералогией, а данные, полученные учеными-минералогами, широко используются в грунтоведении. Скальные грунты, образовавшиеся путем кристаллизации глубинных расплавов (магмы) или метаморфических процессов, такие, как граниты, диориты, габбро, базальты, гнейсы, сланцы, диабазы и многие другие, состоят в основной из солей кремневых кислот — «силикатов». К ним относятся: кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки и др. Химический состав силикатов достаточно сложен. Сочетание силикатов и создает высокую прочность скальных пород.

Помимо этого, в ряде скальных грунтов осадочного происхождения (известняки, каменная соль, гипс), а также в некоторых метаморфических породах (например, мрамор) основу составляют минералы — простые соли. К ним относятся галоиды (галит), карбонаты (кальцит, доломит), сульфаты (гипс, ангидрит). Одни из них быстро растворяются в воде (например, галит, сильвин), другие медленнее (кальцит, гипс). Их химический состав несложен. Прочность этих минералов уступает силикатам.

Рыхлые грунты часто имеют пестрый минеральный состав (хотя такая порода, как песок, состоит в основном из кварца). Среди грунтов этого типа есть чемпионы по количеству составляющих их видов минералов. Так, лёссовые грунты содержат до 60—70 минералов. В составе ряда осадочных грунтов: глин, суглинков, супесей — большую роль играет особая группа силикатов, образующих очень тонкие кристаллы — глинистые минералы. Их размеры оказываются меньше 0,001—0,0001 мм.

Легко заметить, что различное сочетание минералов разных видов является одной из причин разнообразия грунтов по их характеру и свойствам. Это делает необходимым широкое использование минералогических методов для выявления состава грунтов.