Mối Liên Quan Của Khoáng Vật Với Tính Chất Của Đất. Chú Trọng Vào Các Loại Đất Đặc Biệt Như Đất Nhiễm Mặn, Đất Bùn Hữu Cơ, Đất Lún Ướt, Đất Trương Nở

3.1 Khái niệm về đất lún ướt 11

3.2 Hiện tượng lún ướt của đất 12

3.3 Tác hại của đất lún ướt 13

1 Đất mặn

1.1 Định nghĩa đất mặn.

Theo định nghĩa tương đối rộng rãi hiên nay trên thế giới, đất mặn là những loại đất có độ dẫn điện lớn hơn 4 m / dS ở 25 ° C (Richards 1954) Các loại muối hòa tan muối phổ biến nhất hiện nay trong đất mặn là clorua và sunphát canxi, natri và magiê Nitrat có thể có mặt với số lượng hiếm Natri và Clorua là các ion chiếm tỉ lệ nhiều nhất trong các loại đât mặn Nhiều đất mặn có chứa lượng đáng kể của thạch cao

Ngoài ra, còn có một định nghĩa được sử dụng phổ biến hơn

_ Đất mặn là đất chứa nhiều muối hòa tan (1 – 1,5% hoặc hơn ) Những loại muối tan thường gặp trong đất là NaCl, Na2SO4, CaCl2, CaSO4, MgCl2, NaHCO3…Những loại muối này có nguồn gốc khác nhau (nguồn gốc lục địa, nguồn gốc biển, nguồn gốc sinh vật…), nhưng nguồn gốc nguyên thủy của chúng là từ các thành phần khoáng của đá núi lửa Trong quá trình phong hóa đá, những muối này bị hòa tan di chuyển tập trung ở những dạng đại hình trũng không thoát nước.

1.2 Sự hình thành đất mặn.

Nguyên nhân làm đất bị mặn hóa cũng có rất nhiều như địa bàn mà nó phân bố vậy Nhưng nếu tổng hợp các nguyên nhân lớn làm cho đất mặn thì ta có thể dễ dàng thấy rằng có hai nguyên nhân lớn, đó là :

- Nguyên nhân khách quan( do các quá trình, tiến trình xảy ra trong tự nhiên, không có sự tác động của con người).

- Nguyên nhân chủ quan ( Do quá trình sống, canh tác cuả con người gây tác động đến các đặc điểm tự nhiên của đất).

1.2.1 Nguyên nhân khách quan.

-Đất bị nhiễm mặn do sự tích tụ quá mức bình thường của các loại muối hòa tan trong đất Các muối này chủ yếu là muối của các ion Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, K+, Na+… Ở nước ta, đất mặn lại có nguyên nhân là đất nhiễm mặn từ biển, bị nước biển xâm thực…nước biển theo các đường sông, nước ngầm vào sâu trong nội địa…

Vậy muối trong đất có nguồn gốc từ đâu?

-Như ta cũng đã biết, đất có nguồn gốc từ sự phong hóa đá Các loại đá, bản thân chúng điều có chứa một lượng muối khoáng nhất định Đây chính là nguồn gốc của muối trong đất Khi đá trong tự nhiên bị các tác động của các quá trình phong hóa vật lí, phong hóa hóa học gồm có sự thủy phân, sự hydro hóa, sự hòa tan, sự oxy hóa và sự carbonate hóa, các yếu tố cấu tạo nên đá được thả ra dần và làm hòa tan các muối khoáng có trong đá ban đầu Các muối này nếu không bị rửa trôi đi nơi khác sẽ tích tụ ngay tại vùng đất đó, ngày tháng trôi qua, lượng muối tích tụ này ngày một nhiều…và đến một lúc nào đó, chúng thật sự làm cho đất có tính chất của đất mặn- đất đã bị mặn hóa

-Từ nguyên nhân này, ta cũng có thể suy ra rằng, các vùng đất trũng, thấp, thường tích tụ nhiều vật chất từ các nơi khác cũng là những vùng đất có nguy cơ bị mặn hóa cao Các vùng đất này có thể là các trũng của đồng bằng, các vùng cửa sông…( tuy các vùng này không phải là các vùng khô, bán khô hạn, ít mưa…) Ở các vùng này, các ion muối khoáng có trong đất do quá trình phong hóa đá ở các vùng có địa thế cao sẽ bị các tác động bên ngoài như mưa, lũ, gió rửa trôi xuống các vùng trũng thấp, do là các vùng trũng thấp nên các muối này bị giữ lại và lắng xuống, tích tụ ngày một nhiều làm cho đất trở thành đất mặn.

1.3 Đặc điểm.

Một số khái niệm cần nắm: a/ Độ dẫn điện.

-Nước nguyên chất có độ dẫn điện rất kém, nhưng khi cho muối vào nước, độ dẫn điện của nước sẽ tăng Vì vậy độ dẫn điện của nước có tương quan với nồng độ muối Độ dẫn điện được kí hiệu là EC, xác định bằng EC meter, đơn vị đo là decisiemens/mét ( dS/m) - Hiện nay, để xác định EC của đất, người ta có thể dùng điện cực cắm thẳng vaofl đất và đọc giá trị EC.

b/ Tình trạng Na trong đất.

Có hai khái niệm dùng để diễn tả tình trạng Natri trong đất.

- Phần trăm Natri trao đổi (ESP): Xác định mức độ bão hòa Na trên phức hệ trao đổi Khi ESP = 15, pH có thể đạt đến 8.5

ESP = ( Na trao đổi (cmolc/kg)/khả năng trao đổi cation ( cmolc/kg)x100)

- Tỉ lệ hấp phụ Natri ( SAR): Là tính chất thứ hai được sử dụng phổ biến hơn ESP do SAR cho thấy nồng độ cả Na+ và Ca+, Mg+ trong dung dịch.

SAR = [Na+]/(1/2([Ca2+] + [Mg2+]))1/2

Với [Na+], [Ca2+], [ Mg2+] là nồng độ của Natri, Canxi, Magiê trong dung dịch, tính bằng mol/lít Tác hại của ion Na+ sẽ giảm khi có sự hiện diện của các cation Ca, Mg.

Dưới đây là bảng liệt kê một số đặc điểm tiêu biểu của đất mặn.

a muối trung tính bao gồm các clorua và sunphát canxi, natri và magiê chiếm tỉ lệ cao trong thành phần ion của đất mặn.

b pH của đất mặn thấp hơn 8.5

c Độ dẫn điện của đất mặn luôn lớn hơn 4 m / dS ở 25 ° C d tỉ lệ trao đổi Natri: ESP < 15.

Tỉ lệ hấp phụ Natri: SAR < 13

e Mặc dù Na thường là cation hòa tan chiếm ưu thế, các giải pháp đất cũng chứa số lượng đáng kể các cation hóa trị hai, ví dụ như Ca và Mg Đất có thể chứa một lượng đáng kể các hợp chất canxi hòa tan ít, ví dụ

5Địa lý phân phối

Đất mặn có xu hướng chiếm ưu thế ở các vùng khô cằn và bán khô hạn Ngoài ra còn phân bố ở những vùng trũng, cửa sông, ven biển… Chất

lượng nước mặt đất

Nước ngầm ở các khu vực chi phối bởi đất mặn có nồng độ điện nói chung và nồng độ các muối cao.

Đặc điểm của một số nhóm đất mặn -Đất mặn sú vẹt đước:

Có diện tích khoảng 105318ha, chiếm 0,34% diện tích đất tự nhiên toàn quốc và 10,63% diện tích của nhóm đất mặn Loại đất này có phản ứng trung tính và kiềm yếu, hữu cơ,các nguyên tố dinh dưỡng có hàm lượng trung bình và khá, tỷ lệ Mg² tương đương Ca².Tổng số muối tan lớn hơn 1% và Cl־ lớn hơn 0,25%

-Đất mặn nhiều:

Có diện tích khoảng 133288ha Chiếm 0,42% diện tích đất tự nhiên cả nước và 15,0% diện tích đất mặn Thường có Clˉ lớn hơn 0,25% , tổng số muối tan lớn hơn 1%.Về mùa mưa các trị số trên thường hạ thấp hơn Tỷ lệ Ca²/Mg²<1 Đất mặn nhiều thường chứa các chất dinh dưỡng trung bình đến khá

-Đất mặn trung bình và ít:

Có diện tích khoảng 732584ha , Loại đất này chiếm 2,4% diện tích đất tự nhiên toàn quốc và khoảng 75% diện tích của nhóm đất mặn

Kết quả phân tích nhiều mẫu đất mặn trung bình và ít cho thấy :mức độ Cl nhỏ hơn 0,25% và EC <4ms/cm, đất có phản ứng trung tính,xuống sâu pH có tăng lên do nồng độ muối cao hơn tỷ lệ Ca2+/Mg2+<1,mùn, đạm trung bình,lân trung bình và nghèo

-Đặc trưng phẫu diện A(0-15cm) màu xám nâu ẩm, thịt pha sét, cấu trúc cục trung bình, ít lỗ hổng, dẻo hơi chặt, có vết vàng nhỏ lẫn ít rễ cây, chuyển lớp từ từ AC(15-60cm) màu nâu ẩm thịt pha sét, rất ót lỗ hổng, chặt , cấu trúc không rõ, chuyển lớp từ từ B(60-97cm) màu nâu hơi xám, ướt, sét pha limon, rất ít lỗ hổng , chặt , có vết glây yếu , chuyển lớp rõ C(97-160cm) màu nâu đen , ướt , thịt pha sét , glây yếu , dẻo , chặt 1.4 Phân loại.

Chỉ tiêu phân loại: Dựa vào các chỉ số EC, ESP, SAR, và pH để phân loại đất mặn.

-Quá trình tích lũy các loại muối trung tính hòa tan được gọi là quá trình mặn hóa Các

muối này bao gồm chủ yếu là các anion Cl, SO42- và các cation Na+, Mg2+, Ca2+ và K+ Nồng độ các muối này trong đất mặn rất cao, làm ngăn cản sự sinh trưởng của thực vật EC của dịch trích baoxl hòa >4dS/m Các muối hòa tan thường tích tụ ở mặt đất do sự bốc hơi nước, hình thành nên những lớp muối trắng, vì vậy còn gọi đất này là đất kiềm trắng -Ca và Mg chiếm tỉ lệ cao trong phức hệ trao đổi của đất mặn, do đó ESP thường nhỏ hơn 15 và pH thường lớn hơn 8.5

Đôi khi nồng độ Na+ trong đất mặn cao hơn Ca2+ và Mg2+ do sự hiện diện của muối Na hòa tan Tuy nhiên do ái lực của Ca và Mg cao nên SAP < 13.

Sự sinh trưởng kém của thực vật trên đất mặn chủ yếu là do tính chất vật lí của đất bị xấu, các keo đất bị phân tán mạnh do nồng độ Na cao.

Theo USDA, độ mặn của đất được chia làm 4 cấp độ.

(%)

Đối với đất mặn, do chứa chủ yếu là các muối hòa tan như chloride, sulfate Na, Ca và Mg, nên chúng có thể dễ dàng được rửa trôi mà không làm tăng pH đáng kể Chỉ cần rửa với nước có chứa Na thấp.

Đối với đất mặn kiềm, do chứa lượng lớn các muối trung tính hòa tan và ion Na hấp phụ trên keo sét nên có ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến sự sinh trưởng của thực vật pH của đất này thường là < 8.5, đó là do ảnh hưởng của các muối trung tính hòa tan, tương tự ph của đất mặn Nhưng khi rửa đất mặn kiềm sẽ làm tăng pH rất đáng kể, trừ khi nồng độ muối Ca hay Mg trong đất hay trong nước tưới cao pH tăng là do khi Na được rửa se nhanh chống bị thủy phân làm tăng nồng độ OH- trong dung dịch đất Trong thực tiễn, đây là vấn đề bất lợi vì ion Na đối với cây trồng gia tăng.

b/ Biện pháp nông lý:

Cày sâu, đưa CaCO3 và CaSO4 ở các lớp đất sâu lên mặt đất, cày phá đáy làm tơi xốp tầng đế cày Đây là biện pháp thường áp dụng đối với các loại đất mặn nội địa được hình thành trong điều kiện khô hạn và bán khô hạn.

d/ Biện pháp hóa học:

Ion Na+ đóng vai trò quan trọng trong đất mặn, có thể ở dạng muối tan như NaCl, NaHCO3, Na2SO4…và quan trọng hơn là Na+ ở dạng trao đổi hấp phụ trên bề mặt keo đất Những tính chất xấu của đất mặn về phương diện vật lí, hóa học, sinh học…tính chất vật lí của nước chủ yếu do ion này gây ra Muốn cải tạo đất mặn điều kiện tiên quyết là phải

loại trừ ion Na+ trong dung dịch đất và trong phức hệ hấp thụ bằng việc thay thế bởi ion Ca2+ Đó là nguyên lý cơ bản trong cải tạo hóa học đất mặn.

Người ta thường dùng thạch cao ( CaSO4.2H2O ) hoặc phốtphát thạch cao Na+ + CaSO4 ———>Ca2++ Na2SO4

2 Đất hữu cơ 2.1 Khái niệm

Đất bùn hay bột là các loại hạt đất hay đá với kích thước xác định trong một khoảng nhỏ (xem kích thước hạt) Trong thang đo Wentworth, các hạt đất bùn có kích thước trong khoảng 1⁄256 tới 1⁄16 mm (3,9 tới 62,5 μm), lớn hơn hạt sét nhưng nhỏ hơn cát.m), lớn hơn hạt sét nhưng nhỏ hơn cát.

Đất hữu cơ là đất có thêm các thành phần hữu cơ trong đất 2.2 Sự hình thành

Đất hữu cơ, thường là những trầm tích hồ, hồ-đầm lầy, đầm lầy, chủ yếu là các đất hạt mịn hoặc đất cát pha sét có chứa di tích động-thực vật đã phân hủy ở di tích động-thư mức độ khác nhau Các di tích thực vật và các vi sinh vật hiếm khí đã bị phân hủy hoàn toàn làm cho đất có đặc trưng rất dễ nhận biết, đó là: đất khi ẩm có mùi hôi và có mầu xám nâu đen, xám xanh đen, xám đen; các di tích thực vật chưa bị phân hủy hoàn toàn thì có cấu trúc dạng sợi hoặc xơ xốp.

Chất hữu cơ trong đất có thể tồn tại ở dạng còn nguyên hay bán phân huỷ Nhóm chất được hình thành mới trong đất do quá trình mùn hoá gọi là nhóm chất mùn đặc trưng -hợp chất axit mùn.

-Phân loại đất chứa hữu cơ

Theo hàm lượng hữu cơ trong đất, đất chứa hữu cơ được chia thành hai nhóm chính sau:  Nhóm đất hữu cơ (còn được gọi là đất bị than bùn hóa, hoặc đất than bùn) Gồm những đất hạt mịn và đất cát pha sét có chứa từ 10 % đến dưới 50 % chất hữu cơ Dựa vào hàm lượng chất hữu cơ, nhóm đất hữu cơ được chia thành 3 phụ nhóm:

- Đất có hàm lượng hữu cơ thấp: hàm lượng hữu cơ từ 10 % đến 25 %;

- Đất có hàm lượng hữu cơ trung bình: hàm lượng hữu cơ từ lớn hơn 25 % đến 40 %; - Đất có hàm lượng hữu cơ cao: hàm lượng hữu cơ từ 40 % đến dưới 50 %.

 Nhóm than bùn

Dựa vào độ phân hủy của vật chất hữu cơ Dhc, than bùn được phân thành 3 phụ nhóm sau:

- Than bùn có chất hữu cơ phân hủy thấp : Dhc ≤ 20%;

- Than bùn có chất hữu cơ phân hủy trung bình: 20 < Dhc ≤ 45%; - Than bùn có chất hữu cơ phân hủy cao : Dhc > 45%.

2.4 Thành phần và tính chất

Đặc trưng của đất bùn hữu cơ là có hệ số rỗng , chỉ số chảy lớn, mềm nhão, sức chịu tải không đáng kể.

Hàm lượng chất hữu cơ đất và độ bền cấu trúc lien quan chặt chẽ với nhau Chất mùn có vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc và duy trì độ bền cấu trúc đất Chất mùn

kết gắn các phần tử cơ học với nhau tạo thành các đoàn lạp có độ bền với xói mòn và các ngoại lực khác tác động vào đất.

Một số thành phần chính.

Carbon CO2, CO32−, HCO3−, CH4, C Nitrogen NH4 , NO2 , NO3 , N2 (gas)

Sulfur S, H2S, SO32−, SO42−, CS2 Phosphorus H2PO4−, HPO42−

Others H2O, O2, H2, H+, OH−, K+, Ca2+, Mg2+,

=> Không thích hợp cho công việc xây dựng Khi xây dựng trên nền đất này cần có các công tác gia cố nền móng.

3 Đất lún ướt

3.1 Khái niệm về đất lún ướt

+ đất lún ướt là đất không bão hòa và chịu sự biến đổi lớn khi bão hòa

+ là đất có sự lún phụ thêm đáng kể và xảy ra nhanh chóng khi nó bị làm ướt nước dưới tải trọng đang xét, có hệ số lún ướt tương đối lớn hoặc bằng 0,01

+ lún ướt không phải là tính chất phản ánh bản chất của đất, mà là tính chất hình thành có điều kiện khi đất dính ở trạng thái vừa ít chặt, vừa ít ẩm

+.thường thì các đất hạt mịn (đất sét, đất bụi) và đất cát pha sét vừa ít ẩm vừa ít chặt, có cấu trúc lỗ hổng lớn thì rất có thể có tính lún ướt (điển hình là đất đỏ bazan tầng phủ, đất hoàng thổ và đất dạng hoàng thổ).

3.2 Hiện tượng lún ướt của đất

-hiện tượng lún ướt là sự biến đổi về kết cấu độ chặt của sét pha cát hoàng thổ, khi nó bị nén chặt tiếp dưới tác dụng của quá trình ẩm ướt lâu dài (Theo giáo trình địa chất động lực công trình của V.Đ.Lôm tađze)

- lún ướt là khả năng lún nhiều và đột ngột của một số loại đất do bị nước tẩm ướt, có thể vẫn biểu hiện khi đã được nén chặt dưới tác dụng của tải trọng.

- nguyên nhân

+ Là do đất bị tẩm ướt + Tẩm ướt ngẫu nhiên

 Nước mưa, nước tuyết tan  Dòng chảy trên mặt bị rối loạn  Dòng nước ngầm

+ Tẩm ướt tất nhiên:

 Tưới nước cho đất, xây dựng kênh đào, hồ nước…

+ Ngoài ra còn do trọng lượng bản thân của đất và do tải trọng công trình Chiều dày lớp đất và diện tích bao phủ của đất lớt

3.3 Tác hại của đất lún ướt

-Lún ướt tác hại không chỉ là gây ra lún sụt, lún không đều quá mức, mà còn có thể gây nên các khe nứt trong đất nền và trong công trình đất đắp trên đó Đối với đập đất hồ chứa, đê sông, đê biển, dòng thấm có thể tập trung tại các khe nứt đó và sẽ là ẩn họa khó lường.

 Một số đặc điểm về thành phần,khoáng vật có trong đất lún ướt

-Đất lún ướt có nguồn gốc từ các loại đá đỏ, đất bồi tụ,lũ tích nên có thành phần hóa hoc cũng như khoáng vật khá phong phú

- hàm lượng khoáng chất cao

Vd: Đất nâu đỏ có thành phần cơ giới nặng, Hàm lượng chất hữu cơ và đạm tổng số khá (tương ứng từ 2,68 % và 0,15%) Lân tổng số khá (0,12%) Kali tổng số nghèo (0,25 - 0,40%), mức độ phân giải chất hữu cơ mạnh Lân và kali dễ tiêu đều nghèo (P2O5 = 4,4 - 6,1 mg / 100g đất); K2O = 1,0 - 2,0 mg / 100g đất Dung tích hấp thu thấp Tổng cation kiềm trao đổi trong đất thấp (Ca++ + Mg++ = 0,98 -1,06 me/ 100g đất).

- một số khoáng vật điển hình như: Sét cao lanh, sét gạch ngói ,… và các loai khoáng vật có giá trị lớn như bô-xít , vàng ,…

4 Đất trương nở 4.1 Khái niệm:

- Đất trương nở là loại đất trong đó có khoáng vật sét và khoáng vật háo nước hợp lại, đồng thời có hai loại đặc tính, hút nước trương nở hoá mềm rõ rệt, và mất nước co rút cứng lại nứt nẻ Đất có tính dẻo cao của đất sét bị ướt trương nở, bị khô co rút thay đổi thuận nghịch Khoáng vật chủ yếu có tính háo nước và quyết định tính trương nở của loại

đất này là khoáng vật montmorillonite.

+ Monmorilonit – (Al, Mg)2, [Si4,O10][OH]2.2H2O thường được tạo thành từ các khoáng vật giàu Fe, Mg (tro núi lửa) bị thủy phân trong môi trường bazơ, tinh thể không rõ ràng, tập hợp có màu trắng, phớt xám đến hồng lục.

+ Trong các khoáng vật sét trên, khi tương tác với nước, các khoáng vật đều trương nở, khả năng giảm dần từ monmorilonit => ilit => cao linit.

- Sự tăng thể tích của đất khi bị tẩm ướt (bởi nước hoặc các dung dịch hoá chất) Khả năng trương nở liên quan với đặc điểm ưa nước của các khoáng vật sét cấu thành đất dính và diện tích bề mặt rất lớn của các hạt sét

- Phân bố: Đất trương nở gặp nhiều ở đồng bằng Ở Việt Nam từ Bắc chí Nam đều có nhiều vùng có loại đất này trên diện rộng Ở Trung Quốc chủ yếu có các tỉnh: Vân Nam, Quý Châu, Tứ Xuyên, Hồ Bắc, An Huy, Quảng Đông, Quảng Tây, Thiểm Tây, Sơn Tây, Hà Nam, Sơn Đông và Hà Bắc và một số tỉnh khác đều có nhiều loại đất này.