Ил — это зернистый материал размером между песком и глиной , состоящий в основном из битых зерен кварца . [1] Ил может встречаться в виде почвы (часто смешанной с песком или глиной) или в виде осадка, смешанного в суспензии с водой. Ил обычно имеет мучнистое ощущение в сухом виде и не обладает пластичностью во влажном состоянии. Ил также может ощущаться языком как зернистый, если его положить на передние зубы (даже смешанный с частицами глины).
Ил — это распространенный материал, составляющий 45% средней современной грязи . Он встречается во многих речных дельтах и в виде накоплений, нанесенных ветром, особенно в Центральной Азии, Северном Китае и Северной Америке. Он образуется как в очень жарком климате (в результате таких процессов, как столкновения кварцевых зерен в пыльных бурях ), так и в очень холодном климате (в результате таких процессов, как ледниковое измельчение кварцевых зерен).
Лесс — это почва, богатая илом, которая составляет некоторые из самых плодородных сельскохозяйственных земель на Земле. Однако ил очень уязвим к эрозии и имеет плохие механические свойства, что делает строительство на илистых почвах проблематичным. Крушение плотины Тетон в 1976 году было приписано использованию неподходящего лесса в ядре плотины, а разжижение илистых почв представляет собой значительную опасность землетрясений. Переносимый ветром и водой ил является существенной формой загрязнения окружающей среды, часто усугубляемого ненадлежащей сельскохозяйственной практикой.
Ил — это детрит (фрагменты выветренной и эродированной породы) со свойствами, промежуточными между песком и глиной . Более точное определение ила, используемое геологами, заключается в том, что это обломочные частицы размером от 1/256 до 1/16 мм (примерно от 4 до 63 микрон). [2] Это соответствует частицам от 8 до 4 единиц фи по шкале фи Крумбейна . [3] [4] Другие геологи определяют ил как обломочные частицы размером от 2 до 63 микрон или от 9 до 4 единиц фи. [5] Третье определение заключается в том, что ил — это мелкозернистый обломочный материал, состоящий из кварца, а не из глинистых минералов . [6] Поскольку большинство частиц глинистых минералов меньше 2 микрон, [7] в то время как большинство обломочных частиц размером от 2 до 63 микрон состоят из сломанных зерен кварца, на практике между этими определениями наблюдается хорошее соответствие. [5]
Верхний предел размера 1/16 мм или 63 микрона соответствует наименьшим частицам, которые можно различить невооруженным глазом. [8] Он также соответствует разрыву Таннера в распределении размеров частиц в отложениях : частицы размером от 120 до 30 микрон встречаются редко в большинстве отложений, что позволяет предположить, что различие между песком и илом имеет физическое значение. [5] Как отмечалось выше, нижний предел от 2 до 4 микрон соответствует переходу от частиц, которые в основном представляют собой разбитые зерна кварца, к частицам, которые в основном представляют собой частицы глинистых минералов. [5]
Ассаллей и его коллеги-исследователи далее разделяют ил на три диапазона размеров: C (2–5 микрон), который представляет собой постледниковые глины и пустынную пыль; D1 (20–30 микрон), представляющий «традиционный» лесс ; и D2 (60 микрон), представляющий очень грубый североафриканский лесс. [5]
Ил можно отличить от глины в полевых условиях по отсутствию пластичности или связности, а также по размеру зерен. Зерна ила достаточно велики, чтобы придать илу ощущение песчанистости, [7] особенно если образец поместить между зубами. Частицы размером с глину ощущаются гладкими между зубами. [9] Пропорции грубого и тонкого ила в образце осадка определяются более точно в лаборатории с использованием метода пипетки, который основан на скорости осаждения по закону Стокса и дает соответствующее распределение размеров частиц. [10] Минеральный состав частиц ила можно определить с помощью петрографического микроскопа для размеров зерен вплоть до 10 микрон. [11]
Вадозный ил — это кристаллы кальцита размером с ил, которые находятся в порах и пустотах известняка . Они размещаются, когда осадок переносится через зону вадоза , чтобы отложиться в порах. [12]
Американский стандарт испытаний материалов ASTM : сито 200 – 0,005 мм.
USDA Министерство сельского хозяйства США 0,05–0,002 мм.
ISSS Международное общество почвоведения 0,02–0,002 мм.
Инженеры-строители в Соединенных Штатах определяют ил как материал, состоящий из частиц, которые проходят через сито номер 200 (0,074 мм или меньше), но показывают малую пластичность во влажном состоянии и малую связность при воздушной сушке. [13] Международное общество почвоведения (ISSS) определяет ил как почву, содержащую 80% или более частиц размером от 0,002 мм до 0,02 мм [14] , в то время как Министерство сельского хозяйства США устанавливает пороговое значение в 0,05 мм. [15] Термин «ил» также неофициально используется для материала, содержащего много песка и глины, а также частиц размером с ил, или для грязи, взвешенной в воде. [8]
Ил является очень распространенным материалом, и было подсчитано, что во всем мире существует миллиард триллионов триллионов (10 33 ) зерен ила. Ил в изобилии присутствует в эоловых и аллювиальных отложениях, включая дельты рек , такие как дельты рек Нил и Нигер . Бангладеш в значительной степени залегает под иловыми отложениями дельты Ганга . Ил также в изобилии встречается в северном Китае, Центральной Азии и Северной Америке. [5] Однако ил относительно редко встречается в тропических регионах мира. [16]
Ил обычно находится в виде суспензии в речной воде и составляет более 0,2% речного песка. Он в изобилии присутствует в матрице между более крупными песчаными зернами граувакки . Современный ил имеет среднее содержание ила 45%. [17] Ил часто встречается в илистых породах в виде тонких пластинок , комков или рассеян по всей породе. Пластинки предполагают отложение в слабом течении, которое провеивает ил глины, в то время как комки предполагают происхождение в виде фекальных шариков . Там, где ил рассеян по илистым породам, он, вероятно, отложился в результате быстрых процессов, таких как флокуляция . [18] Осадочная порода, состоящая в основном из ила, известна как алеврит . [19]
Ил распространен во всей геологической летописи , но, по-видимому, особенно распространен в четвертичных образованиях. Это может быть связано с тем, что отложению ила благоприятствуют оледенение и арктические условия, характерные для четвертичного периода. [5] Ил иногда называют каменной мукой или ледниковой мукой , особенно когда он образуется в результате ледниковой деятельности. [20] Ил, взвешенный в воде, стекающей с ледников, иногда называют каменным молоком или лунным молоком . [21]
Простым объяснением образования ила является то, что оно является прямым продолжением в меньших масштабах распада горной породы на гравий и песок. [22] Однако наличие зазора Таннера между песком и илом (нехватка частиц размером от 30 до 120 микрон) предполагает, что различные физические процессы производят песок и ил. [23] Механизмы образования ила были тщательно изучены в лабораторных условиях [24] и сравнены с полевыми наблюдениями. Они показывают, что образование ила требует высокоэнергетических процессов, действующих в течение длительных периодов времени, но такие процессы присутствуют в различных геологических условиях. [5]
Зерна кварцевого ила обычно имеют пластинчатую или лопастную форму. [25] Это может быть характерно для того, как более крупные зерна истираются, или отражать форму мелких зерен кварца в слоистой метаморфической породе , или возникать в результате аутигенного роста зерен кварца параллельно напластованию в осадочной породе . [26] Теоретически частицы, образованные случайным разрывом изотропного материала, такого как кварц, естественным образом имеют тенденцию иметь форму лезвия. [27] Размер зерен ила, полученных в результате истирания или дробления более крупных зерен, может отражать дефекты в кристаллической структуре кварца, известные как дефекты Мосса. [28] Такие дефекты возникают в результате тектонической деформации материнской породы, а также возникают из-за перехода кварца из верхнего в нижний диапазон: кварц резко уменьшается в объеме, когда охлаждается ниже температуры около 573 °C (1063 °F), [29] что создает деформации и дефекты кристаллов в зернах кварца в остывающем теле гранита. [30]
Механизмы образования ила включают в себя: [5]
Лабораторные эксперименты дали противоречивые результаты относительно эффективности различных механизмов производства ила. Это может быть связано с использованием жильного или пегматитового кварца в некоторых экспериментах. Оба материала образуются в условиях, способствующих идеальному росту кристаллов, и могут не иметь дефектов Мосса, присущих кварцевым зернам в гранитах. Таким образом, производство ила из жильного кварца очень затруднено любым механизмом, тогда как производство ила из гранитного кварца легко происходит любым из ряда механизмов. [5] Однако основным процессом, вероятно, является истирание посредством переноса, включая речное измельчение , эоловое истирание и ледниковое измельчение. [24]
Поскольку отложения ила (например, лесс , почва, состоящая в основном из ила [34] ), по-видимому, связаны с ледниковыми или горными регионами Азии и Северной Америки, большое внимание уделяется ледниковому измельчению как источнику ила. Высокая Азия была определена как основной генератор ила, который накапливался, образуя плодородные почвы северной Индии и Бангладеш, а также лесс Центральной Азии и северного Китая. [5] Долгое время считалось, что лесс отсутствует или редок в пустынях, где нет близлежащих гор (Сахара, Австралия). [35] Однако лабораторные эксперименты показывают, что эоловые и речные процессы могут быть довольно эффективными в производстве ила, [24] как и выветривание в тропическом климате. [36] Ил, по-видимому, производится в больших количествах во время пыльных бурь, и отложения ила, обнаруженные в Израиле, Тунисе, Нигерии и Саудовской Аравии, не могут быть отнесены к оледенению. Кроме того, районы происхождения пустынь в Азии могут быть более важными для образования лесса, чем считалось ранее. Часть проблемы может заключаться в сочетании высоких темпов производства с благоприятными условиями для отложения и сохранения, что больше благоприятствует ледниковому климату, чем пустынному. [37]
Лесс, связанный с оледенением и холодным выветриванием, можно отличить от лесса, связанного с жаркими регионами, по распределению размеров. Ледниковый лесс имеет типичный размер частиц около 25 микрон. Пустынный лесс содержит как более крупные, так и более мелкие частицы, при этом мелкий ил образуется во время пыльных бурь, а фракция грубого ила, возможно, представляет собой хвост мелких частиц производства песка. [5]
Лёсс лежит в основе некоторых из самых продуктивных сельскохозяйственных земель в мире. Однако он очень подвержен эрозии. [5] Частицы кварца в иле сами по себе не обеспечивают питательными веществами, но они способствуют отличной структуре почвы , а частицы размером с ил других минералов, присутствующие в меньших количествах, обеспечивают необходимые питательные вещества. [16] Ил, отложенный ежегодными разливами вдоль реки Нил , создал богатую, плодородную почву, которая поддерживала древнеегипетскую цивилизацию. Закрытие Асуанской плотины отрезало этот источник ила, и плодородие дельты Нила ухудшается. [38]
Лёсс имеет тенденцию терять прочность при намокании, и это может привести к разрушению фундаментов зданий. [5] Илистый материал имеет открытую структуру, которая разрушается при намокании. [39] Глина сыпучая (комбинация очень мелкого ила и частиц размером с глину от ледникового измельчения) представляет особую проблему для гражданского строительства . [40]
Крушение плотины Тетон было приписано использованию лесса из поймы реки Снейк в ядре плотины. [41] Лесс не обладает необходимой пластичностью для использования в ядре плотины, но его свойства были плохо изучены даже Бюро мелиорации США с его богатым опытом строительства земляных плотин . [5]
Ил подвержен разжижению во время сильных землетрясений из-за отсутствия пластичности. Это вызвало опасения относительно потенциального ущерба от землетрясения в илистых почвах центральной части США в случае крупного землетрясения в сейсмической зоне Нью-Мадрид . [42] [43]
Ил легко переносится в воде [44] и достаточно мелкий, чтобы переноситься на большие расстояния по воздуху в виде пыли . [45] В то время как самые крупные частицы ила (60 микрон) оседают из метра стоячей воды всего за пять минут, самым мелким зернам ила (2 микрона) может потребоваться несколько дней, чтобы оседать из стоячей воды. [46] Когда ил появляется в воде как загрязняющее вещество, это явление известно как заиление . [47]
Количество ила, отложенного рекой Миссисипи на протяжении 20-го века, уменьшилось из-за системы дамб , что способствовало исчезновению защитных водно-болотных угодий и барьерных островов в районе дельты , окружающей Новый Орлеан . [48]
На юго-востоке Бангладеш, в округе Ноакхали , в 1960-х годах были построены поперечные плотины, в результате чего ил постепенно начал формировать новые земли, называемые «чарс». За последние 50 лет округ Ноакхали приобрел более 73 квадратных километров (28 квадратных миль) земли. При голландском финансировании правительство Бангладеш начало помогать развивать старые чарс в конце 1970-х годов, и с тех пор усилия превратились в многоведомственную операцию по строительству дорог, водопропускных труб , насыпей, убежищ от циклонов, туалетов и прудов, а также по распределению земли среди поселенцев. К осени 2010 года программа выделит около 100 квадратных километров (20 000 акров) 21 000 семей. [49]
Основным источником ила в городских реках является нарушение почвы в результате строительной деятельности. [50] Основным источником в сельских реках является эрозия от вспашки сельскохозяйственных полей, [51] вырубки или подсечно-огневой обработки лесов . [52]
Плодородный черный ил берегов реки Нил является символом возрождения, связанным с египетским богом Анубисом . [53] [54]