CHƯƠNG 3: ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG(SOILS AND ENVIRONMENT)

Chia sẻ: Lê Thị Phương Tú | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Có một số định nghĩa về đất: · Các nhà khoa học đất: Đất là vật liệu rắn của trái đất, chịu ảnh hưởng của các quá trình lí học, hoá học, sinh học, là giá thể của cây xanh. · Các nhà kỹ thuật: đất là vật liệu rắn của trái đất có thể di chuyển mà không cần cho nổ tung (soil is any solid earth material that can be removed without blasting). Cả hai định nghĩa trên đều quan trọng trong đia chất môi trường. Các nhà địa chất phải hiểu không chỉ về định nghĩa khác nhau mà cả quan điểm khác nhau của các...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 3: ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG(SOILS AND ENVIRONMENT)

CHƯƠNG 3 ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG(SOILS AND ENVIRONMENT) 3.1.Giới thiệu Có một số định nghĩa về đất: • Các nhà khoa học đất: Đất là vật li ệu rắn c ủa trái đ ất, ch ịu ảnh hưởng của các quá trình lí học, hoá học, sinh học, là giá th ể c ủa cây xanh. Các nhà kỹ thuật: đất là vật liệu rắn của trái đất có thể di chuyển • mà không cần cho nổ tung (soil is any solid earth material that can be removed without blasting). Cả hai định nghĩa trên đều quan trọng trong đia chất môi trường. Các nhà địa chất phải hiểu không chỉ về định nghĩa khác nhau mà cả quan đi ểm khác nhau của các nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau quan tâmđ ến quá trình tạo thành đất và vai trò của đất liên quan đến vấn đề môi trường. Xem xét về đất, đặc biệt tham khảo các giới hạn sử dụng đất, đã trở thành các khía cạnh quan trọng của công việc môi trường: • Trong lĩnh vực quy hoạch sử dụng đất , khả năng đ ất (thích h ợp c ủa đ ất cho sử dụng đặc biệt) thường được xác định một phần bởi sự hiện diện đất đai, đặc biệt cho các sử dụng như đô thị hóa, quản lí gỗ và nông nghiệp. • Đất rất quan trọng khi chúng ta xem xét các vấn đề đổ bỏ chất thải (waste disposal) do những tương tác giữa chất thải, nước, đất và đá thường xác định tính thích hợp của các vị trí đặc biệt để tiếp nhận chất thải. • Nghiên cứu đất giúp các nhà quy hoạch sử dụng đất đânhs giá các tai bi ến tự nhiên bao gồm lũ lụt, trượt đất và động đất. Trong trường hợp lũ lụt, vì đất đồng bằng ngập lụt khác với đất vùng cao, cân nhắc các tính ch ất đất giúp phác thảo các đồng bằng ngập lụt. Đánh giá tuổi tương đối của đất trên các trầm tích trượt là có thể cung cấp sự ước lượng v ề t ần su ất trượt đất và như vật trợ giúp trong quy hoạch để giảm thiểu các tác đ ộng của chúng. Nghiên cứu đất cũng là công cụ mạnh trong thi ết l ập b ảng
niên đại các vật liệu bị biến dạng bởi đứt gãy để tính tốt hơn những khoảng xuất hiện của các trận động đất tại các vị trí đặc biệt. 3.2 . Hình thành đất: Quá trình hình thành đất: sự phát triển của các đất từ các vật chất vô cơ đến hữu cơ là một quá trình phức tạp. Nh ững tương tác ch ặt ch ẽ c ủa chu kỳ đá và thủy văn tạo ra các vật liệu đá phong hóa là các hợp phần cơ bản của đất. Quá trình có ảnh hưởng đến sự hình thành đất là quá trình phong hóa Phong hóa: Phong hóa là sự phá hủy vật lý và hóa học của đá và là giai đoạn đầu tiên trong phát triển đất. Đá phong hóa bị biến đổi tiếp tục bởi các sinh v ật đ ất trong đ ất mà đ ược gọi hoặc là tàn dư hoặc được vận chuyển , tùy thuộc vào vị trí và th ời gian mà nó bị biến đổi. Vật liệu phong hóa không hòa tan được nữa có thể bị biến đổi tạo thành đất tàn dư như đất đỏ của Piedmont ở đông nam nước Mỹ. Nếu vật liệu phong hóa được nước, gió, băng hà mang đi và rồi được biến đổi ở các vị trí mới, nó hình thành nên đất bị vận chuy ển nh ư đất phì nhiêu đ ược hình thành t ừ trầm tích băng hà ở trung tây nước Mỹ. Phong hóa bao gồm: Phong hóa cơ lý: Quá trình làm vỡ vụn đá do tác nhân lý c ơ đ ơn thu ần, • tính chất và thành phần đá không đổi. Phong hóa hóa học: dưới tác động của các tác nhân hóa học (nước, CO 2, • SO2), đá không chỉ bị vỡ vụn nhiều mà còn bị biến đổi thành ph ần và tính chất. Phong hóa sinh học: quá trình biến đổi lý hóa do tác đ ộng c ủa sinh v ật và • các sản phẩm trong quá trình sống của chúng. Đất có thể xem như hệ thống mở mà tương tác các hợp phần khác nhau của chu kì địa chất. Các đặc điểm của đất riêng biệt là hàm s ố c ủa khí h ậu, đ ịa
hình, đá mẹ (đá hoặc aluvi mà từ đó đất được hình thành), th ời gian (tuổi c ủa đất), và các quá trình hữu cơ(hoạt động của các sinh vật đất). Rất nhiều sự khác biệt mà chúng ta thấy trong các loại đất bị ảnh hưởng bởi khí h ậu, đ ịa hình, đá mẹ, các quá trình hữu cơ và độ dài thời gian các quá trình tạo đất. Phẫu diện đất Khi di chuyển theo chiều dọc và ngang, ta sẽ thấy sự khác biệt giữa các tầng đất, các tầng này gần như song song với bề mặt đất. Tập hợp tất cả các tầng đất được gọi là phẫu diện đất. Hình 3.1 là các tầng đất phổ biến. Tầng O và A chứa nhiều hợp chất hữu cơ. Sự khác nhau giữa hai tầng này phản ánh lượng vật chất hữu cơ có trong từng tầng. Nhìn chung tầng O chứa toàn bộ xác thực vật và vật chất hữu cơ khác, trong khi đó tầng A thì chứa nhiều vật liệu hữu cơ và khoáng. Tầng O: tích tụ hữu cơ - trên mặt( ở điều kiện k ngập nước) Tầng A: tích lũy mùn - Tầng E :tầng rửa trôi (chứa nhiều khoáng sét, Fe,…bị rửa trôi) - Tầng B: là tầng giàu sét, ion Fe, cacbonate và nhi ều khoáng khác l ắng - đọng từ các tầng trên xuống,được gọi là tầng tích tụ
Tầng C: Chứa vật liệu gốc, có thể có màu đỏ khi xuất hiện ion Fe. - (tầng mẫu chất) Tầng R: Tầng đá móng (đá cứng) - Tầng B hay tầng tích tụ, nằm dưới tầng O, A hoặc E chứa các vật li ệu khác nhau được di chuyển xuống dưới từ những tầng bên trên. Ki ểu quan tr ọng nhất là tầng argillic B hoặc Bt. Tầng Bt là tầng giàu sét được di chuy ển xu ống dưới bởi các quá trình hình thành đất. Kiểu khác của t ầng B mà các nhà đ ịa ch ất môi trường quan tâm là tầng Bk , đặc trưng bởi sự tích lũy carbonat canxi. Carbonat bao quanh các hạt đất riêng rẽ trong đất và có th ể lấp đ ầy các kho ảng rỗng (khoảng trống giữa các hạt đất), nhưng nó không chi ph ối c ấu trúc c ủa tầng này. Tầng đất bị nhiễm carbonat canxi và cấu trúc bị kh ống ch ế b ởi carbonat là tầng K (hình 3.1 b). Carbonate lấp đầy các lỗ rỗng trong tầng K và carbonate tạo các lớp song song với mặt đất. Thuật ngữ caliche thường được dùng cho sự tích lũy không đều đặn hoặc các lớp carbonate trong đất. Tầng C nằm ngay trên vật liệu đá mẹ ch ưa biến đổi và chứa vật liệu đá mẹ biến đổi từng phần bởi các quá trình phong hóa. Tầng R, hoặc vật liệu đá mẹ chưa biến đổi, là đá gốc rắn chắc nằm dưới cùng. Tuy vậy, một số khe nứt và khoảng lỗ rỗng khác có thể chứa sét di chuyển từ trên xuống. Thuật ngữ hardpan (lớp sét rắn ngay dưới mặt đất) được dùng trong tài liệu về đất. Tầng đất hardpan được định nghĩa tầng đất cứng (bị nén chặt). Hardpan thường chứa sét nén chặt hoặc gắn kết bằng carbonate, oxit sắt, hoặc silic. Cá tầng hardpan gần như không thấm nước và như thế sẽ hạn chế việc ngấm xuống dưới của nước trong đất.
Màu đất Màu sắc đất là dấu hiệu bề ngoài dễ nhận biết nhất của đất. Màu s ắc của đất phụ thuộc thành phần hóa học và độ ẩm của đất. Màu sắc của đất tuy phức tạp nhưng chỉ là hỗn hợp c ủa 3 màu đen, đ ỏ và trắng. Màu đen:chủ yếu do mùn tạo nên, đất càng nhiều mùn càng đen, ít mùn • có màu xám. MnO và FeS cũng có màu đen. Màu trắng do SiO2, CaCO3 và Kaolinite. Một số muối hòa tan cũng có • màu trắng như NaCl, Na2SO4.8H2O. Màu đỏ chủ yếu do Fe2O3 tạo ra. Nếu bị ngậm nước (hydrat hóa) chúng • sẽ có màu vàng đỏ. Độ ẩm của đất cũng ảnh hưởng đến cường độ màu của đất. Độ ẩm càng lớn thì màu sắc càng sẫm, khi khô màu sắc thường nhạt hơn.màu đất lafd một chỉ số quan trọng về đất bị rửa trôi tốt như th ế nào.đất rửa trôi tốt là có những điều kiện không khí tốt( điều kiện oxy hóa ) và s ắt oxy hóa ra có màu đỏ. Đất bị rửa trôi kém là đất ẩm ướt và s ắt ít b ị oxy hóa, màu đất thường là màu vàng .sự phân biệt này là quan trọng vì đ ất rửa lũa kém được kết hợp với các vấn đề môi trường nh ư tính ổn đ ịnh sườn thấp và không thể dùng như môi trường chất thải cho các hệ thống thoát nước gia đình (bể tự hoại và bồn lọc) Sa cấu
Sa cấu đất phụ thuộc vào tỷ lệ tương đối của ba cấp hạt : cát, th ịt, sét (hình 3.2). Sét có đường kính
Cấu trúc đất: Cấu trúc đất là sự sắp xếp hoặc tập hợp các h ạt đất khác nhau, các h ạt đ ược kết dính với nhau nhờ các keo sét và hữu cơ, là một công c ụ chu ẩn đoán quan trọng để nghiên cứu sự hình thành và tuổi tương đối của các tầng đất.ví d ụ như cấu trúc hạt rất rõ trong tầng A , trong khi đó cấu trúc khối và lăng trụ(prismatic) thường thấy trong tầng B. Phát triển phẫu diện tương đối Hầu hết các nhà địa chất môi trường không thể mô tả chi ti ết đ ất và phân tích các dữ liệ của đất. Tuy nhiên, thừa nhận sự khác nhau về đất kém phát tiển, trung bình và tốt là rất quan trọng cho các nhà địa chất, hay là sự th ừa nh ận phát triển đất tương đối. Sự phát triển đất này có lợi cho vi ệc đánh giá s ơ b ộ các tính chất đất và giúp cho việc xác định các ý kiến của các nhà khoa h ọc đất trong các đề án cụ thể. Phẫu diện của đất phát triển yếu được đặc trưng bởi t ầng A trực • tiếp trên tầng C (không có tầng B hoặc tầng này phát triển kém). Tầng
C có thể bị oxy hóa. Đất như vậy chỉ có tuổi khoảng vài trăm năm, trong mọi khu vực, nhưng cũng có thể vài ngàn năm. Phẫu diện đất phát triển trung bình có thể bao gồm tầng A, tầng • argillic Bt trên tầng C. Tầng carbonate Bk có thể hiện diện nhưng không được xem là đất phát triển vừa. Các đất này có tầng B với những biến đổi di chuyển, sa cấu phát triển tốt hơn và màu đỏ hơn đất phát tri ển yếu. Đất phát triển vừa có tuổi it nhất là Pleistocen (hơn 10 000 năm). Đất phát triển tốt đặc trưng bởi màu đỏ hơn ở t ầng B và có c ấu • trúc phức tạp hơn. Tầng K có thể hiện diện nhưng không được xem là đất phát triển tốt. Đất phát triển tốt có tuổi thay đ ổi lớn t ừ 40 000 năm đến vài trăm ngàn năm. Niên đại đất Niên đại đất là loại đất được sắp xếp từ trẻ nh ất đến già nh ất trên c ơ s ở phẫu diện tương đối. Trình tự như vậy có giá trị trong vi ệc đánh giá tai bi ến, vì nó cung cấp thông tin về lịch sử mới nhất của cảnh quan, cho phép chúng ta đánh giá sự ổn định những vị trí thuận lợi cho hoạt động chất thải hoặc nhà máy điện lớn. Niên đại đất kết hợp với ghi nh ận tuổi (ứng d ụng các ph ương pháp định tuổi khác nhau như C14) có thể cung cấp tuổi cần thi ết đ ể t ạo các báo cáo suy luận như “ không có bằng chứng phá hủy đất là do động đất trong 1000 năm gần đây” hoặc “dòng bùn cuối cùng có tuổi ít nh ất là 30 000 năm”. Phải tìm hiểu rất nhiều để xác định niên đại đất ở các khu vực cụ thể. Ví dụ xem xét cảnh ở trong hình 3.4, quạt bồi tích phù sa dọc theo đ ứt g ẫy San Adreas ở đồi Indo phía nam California. Quạt bồi tích phân nhánh khoảng 0.7km (700 000m). Những hố đất khai thác trong quạt bồi tích phù sa cho th ấy nó có tuổi khoảng 20 000 năm. Tuổi được ước lượng trên cơ sở so sánh với niên đại đất ở sa mạc Mojave gần đó nơi niên đại đất đã được xác định. Sự
phát triển đất trên quạt bồi tích phù sa phẳng cho phép đ ịnh tu ổi c ủa qu ạt b ồi tích. 3.3. Độ phì nhiêu (soil fertility) Đất có thể được xem là hệ sinh thái phức tạp (complea ecosystem). Một mét khối đất có thể chứa hàng triệu sinh vật bao gồm các loài gặm nhấm , côn trùng , giun , tảo , nấm và vi khuẩn . các sinh vật này quan trong trong vi ệc làm xáo trộn , không khí xả thải và chuy ển đổi ch ất dinh d ưỡng trong đ ất thành các dạng hữu ích cho thực vật.độ phì đất là kh ả năng cung c ấp ch ất dinh dưỡng dưới những dạng mà cây xanh có thể sử dụng được,chẳng hạn như: Các chất dinh dưỡng cho đất( nito, phospho và kali ) • Độ ẩm thích hợp • Nhiệt độ thích hợp • Chế độ không khí thích hợp cho hô hấp của thực vật • Không có chất độc • Không có cỏ dại,đất tơi xốp đảm bảo cho hệ rễ phát triển • Đất phát triển trên đồng bằng ngập lụt, trầm tích băng hà chứa các ch ất dinh dưỡng và vật liệu hữu cơ là độ phì tự nhiên.các đất khác phát tri ển trên các núi đá rửa lũ mạnh hoặc trên đất trầm tích bở rời ít v ật ch ất h ữu c ơ có th ể nghèo dinh dưỡng với độ phì thấp. đất thường được cải tạo nhằm tăng sản lượng cây trồng bằng việc bổ sung phân bón để cung cấp dinh d ưỡng hoặc v ật chất hữu cơ nhằm cải thiện kiến trúc đất và duy trì ẩm.đ ộ phì đ ất có th ể gi ảm dưới tác dụng của xói mòn, rửa trôi , việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật , sự gián đoạn của các quá trình tự nhiên: lũ lụt làm các ch ất dinh d ưỡng s ẽ di chuyển đi nơi khác . 3.4.Nước trong đất Đất bao gồm các mẫu khoáng vật cứng, chất hữu cơ với các khoảng rỗng giữa chúng.khoảng rỗng được lấp đầy các khí ( hầu hết là không khí) hoặc ch ất lỏng (hầu hết là nước). nếu tất cả các khoảng rỗng trong khối đất đều được lấp đầy nước , đất này được gọi là đất bão hòa nước;ngược lại là đất không bão hòa. Đất trong các vùng đầm lầy bị bão hòa quanh năm, khi đó đất ở các vùng khô hạn ít xảy ra hiện tượng này . Lượng nước trong đất gọi là hàm lượng nước hoặc độ ẩm, có thể rất quan trọng trong việc xác định các tính chất như sức bền và độ co giãn của
đất .Nếu bạn từng xây lâu đài ở bãi biển , bạn bi ết rằng cát khô không th ể xây được, nhưng cát ẩm sẽ xây được các bức tường cao cho lâu đài của bạn. Một việc mà chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng khi đất khô thì vi ệc giao thông s ẽ khá thuận lợi hơn khi trời mưa . Nước trong đất có thể chảy về một phía hoặc theo chiều thẳng đ ứng qua các l ỗ rỗng đất là các khoảng trống giữa các hạt hoặc trong các khe nứt tạo ra là kết quả của cấu trúc đất. Trong dòng không bão hòa, sự vận động của nước liên quan với các quá trình như làm mỏng hoặc dày các màng nước trong các lỗ rỗng và các h ạt đất xung quanh. Các phân tử nước gần mặt hạt nhất và giữ ch ặt nhất (giữ căng h ết mức), khi các màng dày lên , lượng nước gua tăng và các lớp nước ngoài bắt đầu di chuyển . bởi vậy dòng chảy nhanh nhất ở tâm lỗ rỗng và chậm hơn khi ở gần các rìa. Về độ ẩm của đất, nó liên quan tới nhiều vấn đề ô nhiễm nước như sự vận động của dầu hỏa do sự rò rỉ của các bồn chứa nước ngầm hoặc tại vị trí xả thải. 3.5.Phân loại đất . Cả hệ thống thuật ngữ và phân loại đất là vấn đề trong nghiên cứu môi trường vì chúng ta thường quan tâm tới cả các quá trình hình thành và sử dụng đất của con người . có hai hệ thống phân loại riêng biệt :nguyên tắc phân loại đất dược các nhà khoa học đất sử dụng và phân loại công trình mà các nhóm đất bởi kiểu vật liệu và các tính chất công trình. Nguyên tắc phân loại đất ( soil taxonomy) Các nhà khoa học đẫ phát triển phân loại đất có tính h ệ th ống được gọi là soil taxonomy , chú ý tới các tính chất vật lý và hóa h ọc c ủa ph ẫu di ện đ ất. phân loại này là hệ thống cấp bậc sáu phần : loại (order), loại ph ụ (suborder), nhóm (great groups), nhóm phụ (subgroups), chủng (familier), loạt (series). Có 10 loại bảng 3.1 được dựa vào phẫu diện đất (số lượng và các kiểu tầng hiện diện), trạng thái dinh dưỡng, hàm lượng hữu cơ (vụn thực vật…), màu sắc ( đỏ, vàng ,nâu, trắng..)và những xem xét chung về khí hậu (lượng mưa , nhi ệt đ ộ trung bình..). Nguyên tắc phân loại đặc biệt có ích cho mục đích nông nghi ệp và s ử d ụng đ ất. tuy nhiên , hệ thống phân loại này được xây dựng bởi các nhà khoa học đất và các nhà địa chất Đệ Tứ (những người nghiên cứu các vật liệu trái đất và quá trình của lịch sử trái đất hiện đại (kéo dài 1.65 triệu năm) Bảng 3.1 • Entisols: chưa phát triển,có nhiều phù sa mới,nhiều đất m ới được t ổng hợp, đất trẻ.
gồm sét co mạnh(>35%) , nở và co lại khi thay đổi độ Vertisols: • ẩm,thường hình thành ở vùng có mùa mưa, khô rõ rệt. Inceptsols: 1 hoặc nhiều tầng phát triển nhanh, khó phân bi ệt gi ữa các • tầng, đất mới được hình thành nhưng không phải bề mặt đ ất mới, có các vật chất hữu cơ tích tụ, hầu hết ở vùng khí hậu ẩm ướt kéo dài từ bắc cực đến vùng nhiệt đới, thảm thực vật bản địa thường là rừng . Aridsols: đất hoang mạc hoặc đất ở nơi khô cằn, hàm l ượng ch ất h ữu c ơ • tích tụ thấp, tầng đất mặt có nhiều thạch cao(CaSO 4.nH2O), calcite(CaCO3), muối và nhiều vật chất khác tích tụ. Mollisols: đất dược dặc trưng bởi màu đen, tầng A giàu ch ất hc(tầng tích • lũy mùn)- đất đồng cỏ, lớp mặt có tính bazo,có ở vùng cận ẩm và vùng semiarid? Andisol: có nguồn gốc từ nham thạch của núi lửa,tương đối giàu các • khoáng chất hóa học hoạt động phân hủy thành các nguyên tố quan trọng như C,P Sopdosols: đất dược đặc trưng bởi màu xám tro của cát, có sự kết tinh của • oxit Sắt nhôm thừa và mùn, đất acid được hình thành từ các vật ch ất ban đầu nhiều cát, có ở dưới các tán rừng ở vùng ẩm ướt. Alfisols: được đặc trưng bởi tầng đất mặt màu nâu hoặc xám nâu,t ầng • agrillic tích tụ nhiều sét với độ bão hòa base t ừ trung bình đ ến cao (> 35% là cation như Na, Ca, Mg..), được hình thành dưới các tán rừng trong vùng ẩm ướt ở các vĩ độ trung bình. Ultisols: được đặc trưng bởi tầng argillic vói độ bão hòa base th ấp(< 35% • các cation), thường có màu đỏ vàng hay đỏ nâu, có trong vùng ẩm ướt, hình thành trên vùng đất mới hoặc đất lâu năm mà có độ phong hóa cao.
Oxisols: tương đối bằng phẳng, thường ở sâu, rửa trôi thủy hợp các kim • l o ại chứa hợp chất nhôm và sắt (laterit hóa) được xem như là sét kaolinit,có ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Histosol: đất hữu cơ (than bùn, phân hữu cơ, đầm lầy) • Hệ thống phân loại đất theo thành phần cơ giới Theo thành phần cơ giới: 3 loại: đất thô, đất mịn và đất giàu hữu cơ. H ệ • thống phân loại đất thống nhất được sự dung rộng rãi trong nghành xây dựng. Bởi vì đất trong tự nhiên là hỗn hợp của các loại hạt thô (đ ất và sỏi), các loại hạt mịn (bùn và sét) và các vật chất hữu cơ. Sự phân loại này dựa vào kích thước các loại hạt ch ủ y ếu trong đ ất ho ặc • dựa vào sự đa dạng của các loại vật chất hc trong đó. Trong đất thô có hơn 50%là các hạt có đường kính lớn hơn 0.074mm. Đất mịn là đất có ít hơn 50% các hạt có đường kính >0.074mm. Đất hữu cơ là đất có hàm lượng cao chất hc, và được nhận biết qua màu sắc đen hay xám thỉnh thoảng có mùi hidro sunfur (mùi trứng thối). 3.6. Đặc tính cơ học của đất Đất ở trên gương nước ngầm (water table) có 3 pha riêng biệt: pha rắn, pha lỏng và pha khí. Các loại vật chất rắn, kích th ướt các h ạt, và hàm l ượng nước là các căn cứ để xác định tính chất cơ học của đất. Đối với các nhà quy hoạch quan tâm đến những tính chất cơ học quan trọng là tính dẻo (plasticity), độ bền (strength), tính nhạy (sensitivity), khả năng chịu nén (compressibility), khả năng bị bào mòn (erodibiity), tính dễ đào xới (ease of excavation) và kh ả năng trương co của đất (shrink-swell potential). Tính dẻo của đất: thường thể hiện khi đất ở trạng thái ẩm, có khả năng • nặn được những hình dạng nhất định và có thể giữ nguyên được hình
dạng đó khi không có lực tác động. Phạm vi xuất hiện đ ộ d ẻo c ủa đ ất được xác định bởi hai giới hạn( có liên quan đến độ ẩm của đất). Giới hạn lỏng(LL): độ ẩm quá lớn đất bị nhão ra không còn tính dẻo nữa Giới hạn dẻo(PL): độ ẩm thấp đất bị khô có thể nứt vỡ không còn tính dẻo nữa Chỉ số độ dẻo(PI): đặc trưng cho tính dẻo của đất: +PI < 5%:đất chuyển từ dạng rắn sang lỏng. +PI > 35%: đất có khả năng trương co lớn. Độ bền: khả năng chống lại sự biến dạng khi bị tác dụng bởi lực. Độ • bền của đất có liên quan đến lực liên kết và lực ma sát. Tính liên kết của đất: thướt đo khả năng kết dính các phần tử trong đất • lại với nhau.Tính liên kết trong đất mịn là do lực điện (lực hút) giữa các phần tử đất. Đối với đất thô đã bão hòa có lực liên k ết b ề mặt được gây ra bởi sức căng bề mặt của các phân tử nước trong đất. Tính ma sát (friction): sự ma sát giữa các phần tử trong đất góp phần làm • tăng độ bền của đất. Lực ma sát là hàm về mật độ, kích th ướt, hình d ạng cũng như khối lượng của các phần tử đất khi chúng ma bị ma sát. L ực ma sát là nhân tố đáng chú ý đối với các loại đất thô nh ư cát và s ỏi. L ực ma sát giải thích tại sao chúng ta không bị lún sâu khi đi trên cát khô. Bởi vì thành phần chính của loại đất là các hạt thô và mịn nên đ ộ b ền c ủa đ ất là kết quả của sự ma sát nội phân tử và sự liên kết. Mặc dù khái quát nh ư vậy là nguy hiểm nhưng đất sét và đất giàu vật chất hữu cơ có độ b ền thấp hơn là đất thô. Thực vật đóng vai trò quan trọng trong độ bền c ủa
đất. Ví dụ: Rễ cây tạo sự liên kết mặt ngoài đáng kể cho đất nh ờ vào đặc tính kết dính của rễ hoặc do rễ cây bám vào các n ền đá bên d ưới l ớp đ ất mỏng trên các sườn dốc. Độ nhạy: thướt đo sự thay đổi độ bền của đất khi bị xáo trộn nh ư đào • xới hoặc rung động. Đất cát và đất sỏi không chứa sét có độ nh ạy kém. Khi đất có nhiều vật chất mịn thì độ nhạy cao hơn. Đất có độ bão hòa cao có thể chuyển sang thể lỏng khi bị rung động. Quá trình này g ọi là s ự hóa lỏng. Ta có thể quan sát được điều này ở ngoài thực tế như khi ta đứng trên cát ướt và rung chân, đất bị nhão ra và ta bị lún xuống một tí. Khả năng chịu nén của đất (độ nén): khả năng của đất bị nén chặt • hoặc bị giảm thể tích. Khả năng chịu nén là một phần của chức năng co dãn tự nhiên của các phần tử trong đất và có liên quan trực ti ếp đ ến s ự sa lắng các cấu trúc. Sự sa lắng (sụp lún) quá lớn sẽ làm nứt các nền móng và tường. So với đất có nhiều hạt thô thì đất có nhiều hạt mịn hoặc nhiều vật chất hữu cơ có khả năng chịu nén cao hơn. Khả năng bị ăn mòn (erodibility): Khả năng các vật chất trong đất dễ bị • cuốn đi bởi gió và nước. Các vật chất dễ bị ăn mòn bao gồm cát, bùn và những vật liệu có độ chắc thấp. Đất có tính kết dính (>20% sét) và đất có tính xi-măng tự nhiên khó bị ăn mòn bởi gió hoặc bi nước cuốn đi, vì th ế chúng là vật chất bị ăn mòn thấp. Độ thấm (permeability): khả năng của đất cho nước di chuyển qua dễ • dàng. Cát và sỏi sạch có độ thấm cao. Các hạt mịn trong hỗn hợp đất và sỏi làm giảm độ thấm của đất. Đất sét thường có độ thấm thấp.
Sự bào mòn (corrosion): Sự phong hóa chậm hay sự phân hủy hóa học • diễn ra ở lớp đất mặt đến nền đá móng. Sự bào mòn ph ụ thu ộc tính ch ất hóa học của những thứ bị chôn vùi trong đất và độ ẩm c ủa đ ất . Người ta quan sát thấy rằng đất tích điện (mạng dòng điện hoặc điện trở thấp do có nước) càng nhiều thì càng dễ bị bào mòn. Vì thế mà đo điện trở c ủa đất là 1 cách để ước tính độ bào mòn cả đất. Khả năng dễ đào xới của đất: gắn liền với các quy trình và thiết bị • trong xây dựng. Có 3 kĩ thuật đào xới đất thông dụng: Kĩ thuật đào xới thông thường: sử dụng cuốc, xẻng, máy đào… đào dễ dàng mà không cần khoét lỗ trước. Kĩ thuật đào lỗ: cần phá vỡ đất trước khi lấy đất lên(đất t ảng,tính k ết dính cao) Kĩ thuật phá đá hoặc cho nổ: đắt tiền, đối với các lo ại đ ất có ch ứa nhi ều thạch anh kết dính cao như ximăng Tính trương co: thể tích đất tăng lên khi ngậm nước, giảm đi khi mất • nước. Đất trương lên là do nước chen vào giữa các tinh tầng khoáng sét. Đất trương có chỉ số độ dẻo cao, phản ánh khả năng giữ nhiều nước ở trạng thái dẻo. Montmorillonite có tính trương lớn nhất, khi ngậm nhi ều nước thể tích của nó có thể tăng 15 lần. Đất thông th ường ch ỉ có một lượng hữu hạn loại sét này nên tính trương của đất thường từ 25-50%. Tuy nhiên khi thể tích đất tăng lên hơn 3% thì rất nguy hiểm. Ví d ụ đất trương lên ở Mỹ gây ra các vấn đề về môi trường, một trong những mối nguy hiểm gây thiệt hại nhiều nhât ở đây. Mỗi năm nó gây thiệt hại hơn 3 tỉ đô cho đường cao tốc, các tòa nhà và nh ững công trình khác.Mỗi năm có
hơn 250.000 ngôi nhà được xây trên đất trương phồng, khoảng 60% chúng chịu thiệt hại nhẹ như nứt tường, nền móng, lối đi; khoảng 10% bị hư hỏng nặng. Những thiệt hại trong xây dựng trên đất trương phồng được gây ra bởi sự thay đổi thể tích của đất khi thay đổi độ ẩm. Nhân t ố thay đ ổi đ ộ ẩm trong đ ất trương phồng: khí hậu, thực vật, địa hình, sự thóat nước, quy hoạch xây dựng và chất lượng xây dựng. Ở vùng tây nam Hoa Kì có mùa khô và mùa mưa rõ rệt (đi ều ki ện x ảy ra quá trình trương co liên tục) đất ở đây có tính trương co nhiều h ơn so với vùng mưa quanh năm. Thực vật cũng gây ra sự thay đổi độ ẩm trong đất, đặc bi ệt trong su ốt mùa khô các cây lớn hút và sử dụng nhiều nước trong đ ất, làm cho đ ất d ễ b ị co lại. Vì thế đối với những vùng đất có tính trương phồng cao không nên trồng cây gần nền móng có cấu trúc yếu (như nhà ở). Địa hình và dòng chảy bất lợi gây ra sự ứ đọng nước thành ao và những cấu trúc tương tự, làm tăng tính trương phồng của đất sét. Tuy nhiên, c ả ch ủ nhà lẫn các nhà thầu đều không tránh kh ỏi vấn đề này. Các thí nghi ệm ki ểm tra trước khi xây dựng giúp phát hiện tính trương co tìm ẩn của đất. Nh ững thi ết kế chắc chắn về hệ thống thoát nước, máng dẫn nước mưa và nền móng có thể làm giảm tối thiểu các thiệt hại có liên quan đến đất trương phồng thông qua việc củng cố dược các dòng chảy và cho phép nền móng thích nghi v ới tính trương co của đất. Các nhà quy hoạch chỉ quan tâm đến mục đích sử dụng đất nên không cần kiểm tra để xác định đặc tính cơ lí c ủa đ ất. H ọ ch ỉ c ần n ắm được những qui tắc và thuật ngữ cơ bản của các vật chất hình thành đất. Những bàn luận về đặc tính cơ lí của đất đã hình thành nên 2 nguyên lí cơ bản:
Đối với đất sét có độ bền thấp, độ nhạy cao, khả năng chịu nén cao, độ • thấm thấp và khả năng trương co khác nhau không nên xây dựng các công trình có cấu trúc nặng, độ ổn định thấp hoặc những công trình đòi hỏi khả năng thoát nước tốt của đất. Nếu có thể nên tránh đất có độ xói mòn cao hoặc đất dễ xới. Nếu • không tránh được cần quan tâm đến những vật liệu hoặc kĩ thuật đặc biệt, cần tăng thêm chi phí cho các công việc qui hoạch, thi ết k ế và xây dựng. Chi phí cho việc vận hành và giữ gìn các công trình ph ải cao h ơn nhiều. 3.7. Tốc độ xói mòn. Tốc độ xói mòn đất là thể tích, khối lượng, hoặc trọng lượng của đất bị xói mòn từ một vị trí trong một thời gian và khu vực cụ th ể (ví dụ, kg/năm/ha) thay đổi các thành phần cơ giới của đất, sử dụng đất, địa hình và khí hậu. Có một số phương pháp để đo đạc tốc độ xói mòn đất. Ph ương pháp tr ực tiếp nhất là thực hiện các số đo trên sườn dốc qua các năm (ít nh ất vài năm) và sử dụng các giá trị này là đại diện của xói mòn xảy ra trên một diện rộng hơn và khoảng thời gian dài hơn. Tuy nhiên phương pháp này thường không th ực hiện được vì các dữ liệu từ các sườn riêng lẻ và các lưu vực rất khó thu được. Phương pháp thứ hai là sử dụng các dữ liệu thu được từ việc khảo sát các hồ chứa để tính toán những thay đổi sức chứa nước của hồ (Bảng 3.4); sự suy yếu sức chứa cho chúng ta biết về khối lượng trầm tích đ ược gi ữ l ại trong hồ. Nếu chúng ta sử dụng dữ liệu này từ nhiều h ồ chứa, chúng ta có th ể đo được đường cong tốc độ sản lượng trầm tích cho toàn bộ vùng. Hình 3.7 là m ột trong những ví dụ như thế cho các lưu vực ở Tây Nam nuớc Mỹ. Ph ương pháp này có giá trị không tin cậy cho các lưu vực nh ỏ nơi mà sản l ượng tr ầm tích có thể thay đổi đáng kể. Lưu ý rằng trên hình 3.7 có m ối quan h ệ ngh ịch đ ảo gi ữa sản lượng trầm tích trên một đơn vị diện tích và diện tích l ưu vực (di ện tích thường lưu góp nước và trầm tích , trong trường hợp này cho h ồ ch ứa). Các diện tích lưu vực nhỏ có sản lượng trầm tích lớn hơn vì diện tích lưu vực nh ỏ hơn có xu hướng dốc hơn với tiềm năng xâm thực lớn. Phương pháp cuối cùng là sử dụng phương trình để tính toán tốc đ ộ trầm tích bị xói mòn từ một vị trí riêng biệt. Phương trình dùng phổ biến nhất là USLE (phương trình tính lượng xói mòn đất) . Phương trình này sử dụng các dữ liệu về dòng tràn mưa, kích thước và hình dạng của sườn dốc, lớp phủ đất và
các biện pháp kiểm soát xâm thực để dự báo lượng đất di chuyển từ vị trí gốc của nó. Phương trình USLE: A = RKLSCP A: lượng đất bị xói mòn (tấn/ha/năm) R: hệ số dòng chảy nước mưa gây xói mòn K: hệ số tính xói mòn đất L: hệ số chiều dài sườn dốc S: hệ số độ dốc mặt đất (hệ số Gradient mặt đất) C: hệ số che phủ đất P: hệ số biện pháp chống xói mòn Trong đó R, K, L, S, C có thể tính toán được còn P thì không. 3.8 Ô nhiễm do trầm tích Vật liệu trầm tích có thể là chất ô nhiễm lớn nh ất cho chúng ta.Trong nhiều khu vực, ô nhiễm trầm tích làm tắc nghẽn dòng chảy, lấp đầy các hồ, bồn chứa nước, hố đào kênh cảng, chôn vùi thực vật và nói chung tạo ra sự khó khăn cho việc di chuyển. Trầm tích ô nhiễm tự nhiên - đất bị xói mòn - thực s ự làm cạn kiệt tài nguyên. Nó làm suy thoái đất tại vị trí ban đầu của nó(Hình 3.8), làm suy giảm chất lượng nước cung cấp, có thể lắng đọng các vật liệu khô cằn trên đất canh tác sản xuất hoặc các đất hữu dụng khác (Hình 3.9). Dữ liệu này cho thấyrằng các hồ nhỏ sẽ lấp đầy trầm tích trong vài thập kỷ. Hầu hết các trầm tích ô nhiễm tự nhiên gồm các mảnh đá và khoáng vật có kích thước từ hạt cát nhỏ hơn 2mm đến bột, sét và các hạt keo rất nh ỏ. Các trầm tích ô nhiễm do con người bao gồm các mảnh vụn do chất thải công nghiệp và sinh hoạt. Các trầm tích như thế bao gồm rác rưởi đ ổ trực ti ếp ho ặc gián tiếp vào mặt nước. Phần lớn các trầm tích này có kích thước hạt rất nhỏ và khó phân biệt với các trầm tích tự nhiên trừ khi chúng ch ứa các khoáng vật l ạ những phá hủy mặt đất để xây dựng, nông nghiệp, phá rừng và đào kênh. Tóm laị, phần lớn ô nhiễm trầm tích là kết quả sử dụng môi trường của con người và sự thay đổi các quy hoạch liên tục và sự thay đổi của các nền văn minh. Trong thế kỷ này ở nước Mỹ, việc nhấn mạnh bảo tồn đất và nước đang gia tăng đáng kể. Các chương trình đầu tiên tập trung vào vi ệc ổn đ ịnh các vùng xâm thực gió và nước quá mức cũng như kiểm soát lũ lụt và nước t ưới cho các vùng khô hạn và bán khô hạn. Khi các chương trình này đang tiến triển, những ảnh hưởng môi trường bất lợi từ một số hoạt động như xói mòn sông suối gia tăng và sự lắng bùn trong hồ chứa tăng lên đã bị phát hiện. Đồng th ời nh ững nhu
cầu gia tăng sử dụng mở rộng diện tích được cải thiện cho ngh ỉ ngơi, cung c ấp nước và hàng hải. Những ảnh hưởng môi trường mới này và những nhu c ầu tăng lên đòi hỏi phải nghiên cứu và phát triển để tìm ra giải pháp cho v ấn đ ề mới hoặc phát hiện lại các vấn đề. Đề ra những biến đổi đã phát tri ển và áp dụng để hiệu chỉnh các vấn đề xâm thực và trầm tích bao gồm cày đ ất theo đường viền, thay đồi thói quen làm đất, xây dựng các đập và h ồ nh ỏ đ ể gi ữ dòng tràn và giữ trầm tích. Hiện nay, các vấn đề cơ bản giống nhau - kiểm soát xói mòn và ô nhi ễm trầm tích - mối quan tâm chủ yếu của người dân. Tuy nhiên, nguồn trầm tích đã mở rộng bao gồm các trầm tích từ sự phát triển đất, đường cao tốc khai thác mỏ, sản xuất các hợp chất hóa học mới và hiếm, tất cả đều quan tâm về một cuộc sống tốt hơn. Ô nhiễm trầm tích ảnh hưởng đến sông suối, hồ và cả đại dương. Và vấn đề này hứa hẹn với chúng ta không biết đến bao giờ. Các giải pháp bao gồm thực hiện bảo tồn đúng đắn, nhất là trong các khu v ực đô th ị hóa nơi mà một lượng lớn trầm tích được tạo ra trong quá trình xây d ựng. Hình 3.10 trình bày kế hoạch kiểm soát trầm tích và giữ nó tại ch ỗ,do đó ngăn ch ặn ô nhiễm sông. Mặt cắt ngang tổng quát của lưu vực trầm tích - kiểm soát đ ược trình bày ở hình 3.11.
3.9 Sử dụng đất và vấn đề môi trường của đất Các hoạt động nhân sinh tác động tới nước bằng hoạt đ ộng đ ến ki ểu, l ượng và cường độ của dòng tràn xói mòn và trầm tích. Quan trọng nhất của hoạt động dân sinh này là việc chuyển đổi các khu vực tự nhiên thành s ử d ụng đ ất khác nhau và những tác động lên tầng nước mặt chúng ta . Hình 3.12 trình bày những thay đổi trong nước và trầm tích mà x ảy ra nh ư một cảnh quan bị sửa đổi từ tự nhiên hình thành những sử dụng đất khác nhau. Cây cối ảnh hưởng đến lượng mưa bằng cách chắn những cơn mưa khi chúng rơi xuống và chuyển nước trở lại khí quyển bằng sự bốc hơi nước. Tiếp theo là việc khai thác gỗ đốn hết cây cối (hình 3.12b), chúng ta có th ể mong đ ợi gì s ự suy giảm trong việc chặn lại và thoát hơi nước, dẫn đến dòng nước mặt dâng lên và hình thành trầm tích. Khi rễ cây phân hủy s ụt l ở đ ất có th ể gia tăng , tr ầm tích phân bố xa hơn nữa tới các dòng sông. Sự chuyển đổi đất rừng thành đ ất nông nghiệp cũng sẽ có những tác dụng tương tự nhưng có mức độ nh ỏ h ơn