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黃土

黃土(Loess)是干旱、半干旱地區一種特殊的黃色粉砂沉積,主要由第四紀時期的風搬運形成,主要分為原生黃土和次生黃土,其顆粒成分以粉砂粒徑為主(含量50%,富含碳酸鈣質、鈣質結核有時包含硫酸鹽巖或氯化物鹽,具有可見孔隙的第四紀大陸沉積物,還包含微小的角狀應時、方解石顆粒、長石等巖石碎塊多為灰黃色,顆粒成分以粉砂粒徑為主,呈松散或半固結狀態在風的作用下,黃土顆粒可能會變圓,這就很難識別其層理。

黃土主要分布在北半球的中緯度干旱或半干旱地區中國的黃土主要分布在黃土高原華北平原和東南部黃土高原的黃土可能主要是風造成的,其他地區主要是洪水造成的。

目錄

研究歷史 編輯本段

18301880年黃土的研究歷史比較簡單1832年,地質學家查爾斯萊爾(查爾斯萊爾) 觀察了萊茵河和密西西比的黃土懸崖“黃土”萊爾注意到,從海德堡附近的花崗巖到萊茵河平原的石頭,幾乎每塊巖石都有黃土,這是一種帶有鈣質結核的黃壤,不具備沖積的特征因此,推斷黃土幾乎不受圍巖的影響;關于萊茵河和多瑙河流域的黃土,萊爾認為冰河時期多瑙河有很多大型支流,很可能攜帶了大量阿爾卑斯山的冰泥萊爾提出了黃土的起源,認為黃土是湖泊沉積。

美國人龐培利(Pompelli)和德國的李希霍芬(Richthofen)1866年和1868年,他來到中國進行地質調查,開始了中國黃土的研究史。

1949年以前,中國主要分布黃土、成因、地層劃分等等;對黃土濕陷性的綜合研究始于20世紀50年代-20世紀60年代,由于我國國家建設的需要,這一時期進行了大量的濕陷性試驗,取得了豐富的數據和可喜的成果,為我國黃土的進一步研究奠定了基礎,形成了完整的濕陷性評價體系;70年代中期以后,隨著科學技術的進步,特別是掃描電子顯微鏡的出現,對黃土的研究從宏觀走向微觀,微觀研究使得對黃土的認識、特別是對黃土濕陷機理的認識有了質的飛躍;20世紀90年代以后,隨著先進測試技術和計算機技術的蓬勃發展以及大量交叉學科的出現,黃土變形的本構關系發生了變化、微結構、非飽和土力學的定量結構參數和理論研究取得了豐碩的成果。

黃土成因 編輯本段

黃土的形成需要四個階段:首先是塵埃顆粒的形成;第二是灰塵顆粒的處理;第三是粉塵沉積;第四是粉塵沉積后的改造,也就是說黃土的形成必須滿足以下四個條件物源、搬運力、有利的堆積場所和適宜的成土環境。中國科學家經過多年研究,提出中國的黃土,尤其是黃土高原的黃土,有一個合適的物源、權力和積累的地方。

黃土黃土

在全球范圍內,黃土主要分布在中緯度干旱或半干旱大陸性氣候區,即現代沙漠和草原區。這是因為在干旱的沙漠地區、在半沙漠地區,沙漠中的大量泥沙和沙塵被強大的反氣旋吹到沙漠邊緣和內陸地區,經年累月堆積形成黃土。

中歐和北美的一些地區也有黃土分布。它們被認為是冰河期大陸冰川區的干冷反氣旋,將冰水沉積物中的一些細小物質吹到冰川外緣沉積,被稱為冰緣黃土。因此,人們稱沙漠黃土為暖黃土,冰緣黃土為冷黃土。

此外,還有一些黃土狀沉積物,稱為黃土狀沉積物,可能是流水沖刷原生黃土造成的、搬運后堆積而成。比如中國長江中下游就有很多黃土狀的沉積物、在第三級階地上,它們很可能是河流再沉積的,屬于次生黃土,是華南磚瓦工業的重要材料。一些黃土狀沉積物含有殘留物、洪積等外力作用的產物,因此其堆積過程較為復雜。

黃土類型 編輯本段

黃土分為原生黃土和次生黃土。

原生黃土:是原生的、厚層連續分布,與基巖不整合接觸,無層理,常含古土壤層和鈣質結核層,垂直節理發育如果沒有層理的風成黃土是原生黃土。

次生黃土:原生黃土在水力和重力的作用下再次搬運,重新沉積,稱為次生黃土次生黃土呈層狀,含砂甚至細礫石,如再次搬運后的風成黃土。

結構特性 編輯本段

物理特性

黃土多為灰黃色,顆粒成分以粉粒級為主(含量50%黃土的顆粒組成高度均勻,組成黃土的顆粒通常可分為五個等級(以毫米為單位)25-1、1-05、05-01、01-005、<0.005,依次命名為粗砂、細沙、粗粉沙、粉沙土、粘土。

礦物組成

黃土的化學成分主要是SiO?(占50%左右),Al?O?(占8-15%和CaO(占10%左右)其他重要的是Fe2O?(占4-5% MgO(占2~3%和K2O(占2%SiO?Al2O3和CaO的高含量是由于黃土礦物組成中的石英、長石和碳酸鹽礦物含量較高,而Fe2O?和MgO的含量與黃土中含有較多鐵錳成分的不穩定礦物有關(如角閃石、輝石、黑云母等)此外,黃土中含有豐富的碳酸鈣、鈣質結核,有時包含硫酸鹽巖或氯化物鹽,具有宏觀孔隙的第四紀大陸沉積物。干燥時比較堅實,能保持壁面直立陡峭,被水浸泡后容易崩解下沉。其機械成分主要是粉砂,其次是粘土,再次是砂。碎屑礦物的成分是應時、長石為主,其次是云母和各種重礦物。

結構構造

黃土孔隙發育,垂直節理發育,不呈層狀盡管黃土的粒度在垂直剖面上有所變化,但這種變化并沒有造成明顯的逐層交替。

黃土一般具有發育良好的管狀孔隙,最大孔隙為0.5 ~ 1 cm,大部分孔隙被不同量的碳酸鹽充填,部分孔隙幾乎完全被碳酸鹽充填;黃土的孔隙度相對較高,一般為33%~64%經驗證明,黃土的多孔性是黃土濕陷的根本原因。黃土中的豎向節理一方面是由于重力作用下豎向產生拉應力造成的,另一方面黃土中存在較多的豎向孔隙,削弱了水平方向的合力,因此豎向容易產生裂縫。在黃土地區的邊坡,往往沿節理面崩塌,形成崗哨墻,有時甚至產生大規模的滑坡。

黃土結構中的孔隙可分為三類

1)肉眼基本可見的大孔隙直徑約為0.5mm~1.0mm的孔道;

2)細孔是架空結構中大顆粒的粒間孔,肉眼看不見,在放大鏡下可以觀察到;

3)毛細孔是大顆粒和小顆粒附著在其表面形成的粒間孔,肉眼不可見。

這三種孔隙形成了黃土的高孔隙度,所以黃土也叫黃土“大孔土”

分布區域 編輯本段

世界分布

黃土呈不連續的帶狀分布,由東向西延伸,在南北半球的中緯度地區綿延;歐洲、北美和西伯利亞的黃土分布在第四紀大陸冰蓋的外圍,而中亞、中國和南美的黃土分布在沙漠外圍;據估計,歐洲黃土覆蓋面積占7%,北美占5%,南美占10%,亞洲占3%,大陸面積9.3%為黃土覆蓋。

中國分布

中國是一個黃土多的國家,面積63.5萬平方公里,占中國陸地總面積的65.6%主要分布在昆侖山-祁連山-秦嶺-山東東部山區和遼東半島以北的干旱半干旱地區,即北緯34° ~ 35°以北的地區,包括東北和山東、河北河南、山西、陜西、甘肅、青海、新疆等省(區),主要圍繞沙漠從西北向華北直至東北呈弧形帶狀分布。

陜西北部、甘肅中(東)部、寧夏南部和山西西部因地勢較高,被稱為黃土高原。黃土疏松、土層深厚、富含礦物質,有利于農業生產。而黃土分布區多在半干旱地區,雨水少、植被稀疏。

在黃河中游,黃土分布面積約為4.0×105km2,形成海拔1000~1500m的黃土高原(Loess   plateau)黃土厚度多為50 ~ 80m,最大厚度可達250m。在陜西、甘肅一帶,厚度150 ~ 180 m較為普遍。其分布面積和厚度均為世界之最。

地貌分類 編輯本段

根據主導的地質作用力,黃土地貌可分為黃土堆積地貌、黃土侵蝕地貌、黃土侵蝕地貌和黃土重力地貌,黃土堆積地貌是大量黃土堆積形成的高而平坦的地面,黃土侵蝕地貌是雨水沖刷和風力吹拂形成的黃土地貌;由于地表水局部集中,沿黃土裂隙向下滲透,結果形成一系列黃土侵蝕地貌在重力和流水的作用下,黃土坡谷等物質經常發生移動和滑動、崩塌、滑坡等重力地貌。

應用領域 編輯本段

建筑行業

黃土用途廣泛因為土壤很細,很粘,可以用來做土坯,白色的抹灰材料,有的用來做建筑墻體的粘結材料和砂漿。因為附著力強,中性位置用木板挑起來,中間加土,看起來像“干打壘”干燥后,它可以使墻壁牢固。濕陷性是黃土最重要的工程特性,所謂濕陷性就是黃土浸水后,在外荷載或自重作用下下沉的現象。

生產硅酸鹽水泥

生產硅酸鹽水泥的原料主要是鈣質原料和粘土原料。鈣質原料主要提供CaO,可以使用石灰石、凝灰巖、貝殼等其中石灰石是最常用的。粘土原料主要提供SiO2、可以使用Al2O3和少量Fe2O3粘土、黃土、頁巖、砂巖等,其中粘土和黃土應用最為廣泛。

藝術行業

泥塑藝術家經常使用黃土作為材料捏泥塑;粉塑面譜,滿族傳統民間工藝,用黃土粘土塑造人臉,繪畫,用彩色絲線粘胡子,模仿京劇臉譜素描。

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