Ил — это зернистый материал размером между песком и глиной , состоящий в основном из разбитых зерен кварца . [1] Ил может встречаться в виде почвы (часто смешанной с песком или глиной) или осадка , смешанного во взвешенном состоянии с водой. Ил обычно имеет мучнистый вид в сухом состоянии и теряет пластичность во влажном состоянии. Ил также может ощущаться языком как зернистый, если его положить на передние зубы (даже в смеси с частицами глины).
Ил — распространенный материал, составляющий 45% средней современной грязи . Он встречается во многих речных дельтах и в виде отложенных ветром скоплений, особенно в Центральной Азии, Северном Китае и Северной Америке. Он производится как в очень жарком климате (в результате таких процессов, как столкновение зерен кварца в пылевых бурях ), так и в очень холодном климате (в результате таких процессов, как ледниковое измельчение зерен кварца).
Лёсс — это почва, богатая илом, которая является одной из самых плодородных сельскохозяйственных угодий на Земле. Однако ил очень уязвим к эрозии и имеет плохие механические свойства, что делает строительство на илистом грунте проблематичным. Обрушение плотины Тетон в 1976 году объясняется использованием неподходящего лёсса в ядре плотины, а разжижение илистого грунта представляет собой значительную опасность землетрясения. Переносимый ветром и переносимый водой ил представляет собой серьезную форму загрязнения окружающей среды, которое часто усугубляется плохой практикой ведения сельского хозяйства.
Ил — это детрит (фрагменты выветрелой 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 (от 4 до 63 микрон). [2] Это соответствует частицам от 8 до 4 фи-единиц по шкале Крумбейна фи . [3] [4] Другие геологи определяют ил как обломочные частицы размером от 2 до 63 микрон или от 9 до 4 фи-единиц. [5] Третье определение заключается в том, что ил — это мелкозернистый обломочный материал, состоящий из кварца , а не глинистых минералов . [6] Поскольку большинство частиц глинистых минералов имеют размер менее 2 микрон, [7] в то время как большинство обломочных частиц размером от 2 до 63 микрон состоят из разбитых зерен кварца, на практике существует хорошее согласие между этими определениями. [5]
Верхний предел размера 1/16 мм или 63 микрона соответствует наименьшим частицам, которые можно различить невооруженным глазом. [8] Это также соответствует разрыву Таннера в распределении частиц по размерам в отложениях : частиц размером от 120 до 30 микрон мало 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 представляют собой преимущественно разбитые зерна кварца, к частицам, которые представляют собой преимущественно частицы глинистых минералов. [5]
Ассалли и его коллеги далее разделяют ил на три размера: C (2–5 микрон), который представляет собой послеледниковую глину и пустынную пыль; D1 (20–30 микрон) представляет собой «традиционный» лесс ; и D2 (60 микрон), представляющий очень грубый североафриканский лёсс. [5]
В полевых условиях ил можно отличить от глины по отсутствию пластичности и 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 кажутся гладкими между зубами. [9] Пропорции крупного и мелкого ила в образце отложений более точно определяются в лаборатории с использованием метода пипетки, который основан на скорости осаждения по закону Стокса и дает соответствующее распределение частиц по размерам. [10] Минеральный состав частиц ила можно определить с помощью петрографического микроскопа для зерен размером всего 10 микрон. [11]
Вадозный ил представляет собой кристаллы кальцита размером с ил , обнаруженные в порах и кавернах известняка . Он образуется по мере того, как осадок проходит через вадозную зону и откладывается в поровом пространстве. [12]
Американский стандарт испытаний материалов ASTM : сито 200 – 0,005 мм.
Министерство сельского хозяйства США , Министерство сельского хозяйства США 0,05–0,002 мм.
ISSS Международного общества 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 проявляют низкую пластичность во влажном состоянии и низкую связность при высушивании на воздухе. [13] Международное общество почвоведения (ISSS) определяет ил как почву, содержащую 80% или более частиц размером от 0,002 до 0,02 мм [14] , тогда как Министерство сельского хозяйства США устанавливает пороговое значение 0,05 мм. [15] Термин «ил» также неофициально используется для обозначения материала, содержащего много песка и глины, а также частиц размером с ил, или для грязи, взвешенной в воде. [8]
Ил — очень распространенный материал, и, по оценкам, во всем мире существует миллиард триллионов триллионов (10 33 ) илистых зерен. Ил изобилует эоловыми и аллювиальными отложениями, включая дельты рек , таких как дельты Нила и Нигера . Бангладеш в значительной степени подстилается иловыми отложениями дельты Ганга . Ила также много в северном Китае, Центральной Азии и Северной Америке. [5] Однако ил относительно редко встречается в тропических регионах мира. [16]
Ил обычно находится во взвешенном состоянии в речной воде и составляет более 0,2% речного песка. Его много в матриксе между более крупными песчинками граувакк . Современная грязь 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 отсеивает ил и глину, тогда как комки предполагают происхождение фекальных шариков . Там, где ил рассеян по илистой породе, он, вероятно, отложился в результате быстрых процессов, таких как флокуляция . [18] Осадочная порода , состоящая в основном из ила, известна как алевролит . [19]
Ил распространен во всей геологической летописи , но, по-видимому, особенно распространен в четвертичных формациях. Возможно, это 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 ледникового воздействия. [20] Ил, взвешенный в воде, стекающей с ледников, иногда называют каменным молоком или лунным молоком . [21]
Простое объяснение образования ила состоит в том, что оно является прямым продолжением меньшего масштаба распада горных пород на гравий и песок. [22] Однако наличие Таннеровского зазора между песком и илом (недостаток частиц размером от 30 до 120 микрон) предполагает, что песок и ил образуются в результате различных физических процессов. [23] Механизмы образования ила тщательно изучались в лаборатории [24] и сравнивались 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 кварцевых алевритов обычно имеют пластинчатую или пластинчатую форму. [25] Это может быть характерно для того, как более крупные зерна истираются, или отражают форму мелких зерен кварца в расслоенной метаморфической породе , или возникают в результате аутигенного роста зерен кварца параллельно напластованию в осадочной породе . [26] Теоретически частицы, образовавшиеся в результате случайного разрушения изотропного материала, такого как кварц, естественным образом имеют форму лезвия. [27] Размер илистых зерен, образовавшихся в результате истирания или разрушения 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 в результате перехода кварца от высокого к низкому: объем кварца резко уменьшается, когда он охлаждается ниже температуры около 573 ° C (1063 ° F). , [29] , что создает деформации и кристаллические дефекты в зернах кварца в остывающем теле гранита. [30]
Механизмы образования ила включают: [5]
Лабораторные эксперименты дали противоречивые результаты относительно эффективности различных механизмов образования ила. Это может быть связано с использованием в некоторых экспериментах жильного или пегматитового кварца. Оба материала образуются в условиях, способствующих идеальному росту кристаллов, и могут отсутствовать дефекты Мосса, характерные для зерен кварца в гранитах. Таким образом, добыча ила из жильного кварца очень затруднена любым механизмом, тогда как добыча ила из гранитного кварца легко осуществляется любым из ряда механизмов. [5] Однако основным процессом, вероятно, является абразия в результате транспорта, включая речное измельчение , эоловое истощение и ледниковое измельчение. [24]
Поскольку отложения ила (такие как лёсс , почва, состоящая в основном из ила [34] ), по-видимому, связаны с ледниковыми или гористыми регионами Азии и Северной Америки, большое внимание уделялось ледниковому измельчению как источнику ила. Высокая Азия была определена как главный источник ила, который накапливался, образуя плодородные почвы северной Индии и Бангладеш, а также лёссы Центральной Азии и северного Китая. [5] Долгое время лёсс отсутствовал или был редок в пустынях, где отсутствуют близлежащие горы (Сахара, Австралия). [35] Однако лабораторные эксперименты показывают, что эоловые и речные процессы могут быть весьма эффективными для образования ила, [24] как и выветривание в тропическом климате. [36] Ил, по-видимому, образуется в больших количествах во время пыльных бурь, а отложения ила, обнаруженные в Израиле, Тунисе, Нигерии и Саудовской Аравии, не могут быть отнесены к оледенению. Более того, районы происхождения пустынь в Азии могут иметь более важное значение для формирования лёсса, чем считалось ранее. Частично проблема может заключаться в сочетании высоких темпов производства с условиями, способствующими отложению и сохранению, что благоприятствует ледниковому климату больше, чем пустыням. [37]
Лёсс, связанный с оледенением и холодным выветриванием, можно отличить от лёсса, связанного с жаркими регионами, по распределению размеров. Ледниковый лесс имеет типичный размер частиц около 25 микрон. Пустынный лесс содержит частицы большего или меньшего размера, при этом мелкий ил образуется во время пыльных бурь, а фракция крупной пыли, возможно, представляет собой мелкодисперсные частицы песка. [5]
Лёсс лежит в основе некоторых из самых продуктивных сельскохозяйственных угодий в мире. Однако он очень подвержен эрозии. [5] Частицы кварца в иле сами по себе не обеспечивают питательные вещества, но они способствуют превосходной структуре почвы , а частицы других минералов размером с ил, присутствующие в меньших количествах, обеспечивают необходимые питательные вещества. [16] Ил, отложившийся в результате ежегодных наводнений вдоль реки Нил , создал богатую, плодородную почву, которая поддерживала древнеегипетскую цивилизацию. Закрытие Асуанской плотины отрезало этот источник ила, а плодородие дельты Нила ухудшается. [38]
Лёсс имеет свойство терять прочность при намокании, и это может привести к разрушению фундамента здания. [5] Илистый материал имеет открытую структуру, которая разрушается при намокании. [39] Быстрая глина (комбинация очень мелкого ила и частиц размером с глину, образовавшаяся в результате ледникового измельчения) представляет собой особую проблему для гражданского строительства . [40]
Прорыв плотины Тетон объясняется использованием лёсса из поймы реки Снейк в ядре плотины. [41] Лёссу не хватает необходимой пластичности 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 обеспокоенность по поводу потенциального ущерба от землетрясения илистой почве центральной части Соединенных Штатов в случае сильного землетрясения в сейсмической зоне Нового Мадрида . [42] [43]
Ил легко переносится в воде [44] и достаточно мелкий, чтобы переноситься по воздуху на большие расстояния в виде пыли . [45] В то время как самые крупные частицы ила (60 микрон) оседают из метра стоячей воды всего за пять минут, мельчайшим илистым частицам (2 микрона) может потребоваться несколько дней, чтобы оседать из стоячей воды. [46] Когда ил появляется в качестве загрязнителя в воде, это явление известно как заиление . [47]
Ил, отложившийся рекой Миссисипи на протяжении 20-го века, уменьшился из-за системы дамб , что способствовало исчезновению защитных водно-болотных угодий и барьерных островов в районе дельты , окружающем Новый Орлеан . [48]
На юго-востоке Бангладеш, в районе Ноахали , в 1960-х годах были построены перекрестные дамбы, в результате чего ил постепенно начал образовывать новые земли, называемые «чарс». За последние 50 лет район Ноахали приобрел более 73 квадратных километров (28 квадратных миль) земли. При финансовой поддержке Нидерландов правительство Бангладеш начало помогать развивать старые угольки в конце 1970-х годов, и с тех пор эти усилия превратились в межведомственную операцию по строительству дорог, водопропускных труб , насыпей, убежищ от циклонов, туалетов и прудов, а также раздаче земли поселенцам. . К осени 2010 года в рамках программы будет выделено 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 — символ возрождения, связанный с египетским богом Анубисом . [53] [54]