סוגי הקרקע והיווצרות הקרקע

במכניקת הקרקע מבחינים בשלושה סוגים עיקריים של קרקעות: לא־קשורות, קשורות ו-קרקעות ממקור אורגני. נוסף על כך קיימים גם סלעים, אך הם אינם נלמדים במכניקת הקרקע, אלא בתחום המדעי מכניקת הסלעים.

קרקעות לא קושרות

קרקעות לא מלוכדות או לא קוהרנטיות הן קרקעות שחלקיהן אינם קשורים באמצעות חומר מלכד כלשהו. במצב יבש, כאשר אינן מושפעות מלחות, החלקים המוצקים של קרקע לא מלוכדת חופשיים לחלוטין בתוך מסת האדמה, וביניהם קיים רק חיכוך, הנקרא חיכוך פנימי. לקרקעות לא מלוכדות שייכות:

• בלוקים, גודל גרגיר 200 – 2000 mm
• אבן גסה, גודל גרגרים 60 – 200 mm
• חצץ, גודל גרגרים 2 – 60 mm
• חול, גודל הגרגרים 0,02 – 2 mm
• אבק, גודל גרגרים 0,002 – 0,02 mm.

יש לציין כי לעיתים מכנים את החלקיק העדין אבק בשם סחף (באנגלית silt, בגרמנית Schluff). אולם, מאחר שאצלנו סחף פירושו סוג מסוים של קרקע ממקור אורגני, שם זה עבור החלקיק הנזכר עלול לגרום לאי־הבנה.

Sl. 1 - קרקע חולית

קרקעות קשורות

קרקעות קשורות או קוהרנטיות הן כאלה שהמרכיבים המוצקים שלהן קשורים ביניהם באמצעות קוהזיה. לקרקעות קוהרנטיות עשויות להיות תכונות פיזיקליות בלתי יציבות מאוד, המשתנות בקלות בהשפעת מים. לקרקעות קשורות שייכות כאלה המכילות מרכיבים מוצקים בגודל קטן מ-0,002 mm. קרקע המכילה בעיקר מרכיבים בגודל 0,002 – 0,0002 mm נקראת חרסית, ואם מרכיבים אלה הם בגודל 0,0002 – 0,00002 mm, היא נקראת חרסית קולואידלית.

בטבע חרסית טהורה נמצאת לעיתים רחוקות, וברוב המקרים היא מעורבת עם מרכיבים אחרים, כגון חול ואבק, תערובת הנקראת ilovača; חרסית עם אבן גיר נקראת חרסית מרליכית (מרל), וחרסית עם מגנזיום היא uma. בדרך כלל מקובל כי קרקע המכילה יותר מ-50% רכיבים חרסיתיים נקראת חרסית שומנית או פשוט חרסית, בעוד שקרקע עם פחות מ-50% רכיבים חרסיתיים נקראת קרקע חרסיתית. קרקע המכילה פחות מ-5% רכיבים חרסיתיים נחשבת כבעלת תכונות של קרקע לא־קוהרנטית.

הדרך המהירה והפשוטה ביותר להעריך לאיזו קבוצה שייכת קרקע מסוימת היא לייבש את הדגימה ולנסות למעוך אותה בין האצבעות. קרקעות לא-לכידות מתפוררות מיד. קרקעות חרסיתיות מתפוררות בין האצבעות לחתיכות קטנות, והחרסית נעשית קשה כמעט כמו אבן.

אי. 2 - קרקע חרסיתית

קרקעות ממקור אורגני

קרקעות אלו מורכבות ברובן מחומרים אורגניים או צמחיים, יחד עם רכיבים חרסיתיים ואחרים. בשל תכולת הרכיבים האורגניים קרקעות אלו אינן יציבות מאוד וסופגות מים במידה רבה, ולכן הן אינן יציבות ואינן יכולות לשמש לא כקרקע נושאת ולא כחומר לבניית מבני עפר. קרקעות אלו כוללות הומוס, סחף ו-כבול.

הומוס היא אדמה פורייה, המצויה בשכבה העליונה של קרום כדור הארץ, שעובייה בדרך כלל כמה דצימטרים. היא מורכבת מתערובת של חומרים אורגניים ומינרליים עם הרבה חיידקים. בעת ביצוע סוללות עפר, תשתיות כבישים ועבודות דומות בקרקע, וכן בעת חפירה במקור העפר לצורך יצירת מבני עפר, יש לחפור ולהסיר את כל שכבת ההומוס, שניתן להשתמש בה רק להגנה על מדרונות עפר מפני סחיפה על ידי מים.

Sl. 3 - הומוס

סחף מורכב מתערובת של חומרים אורגניים בצורת חלקיקים זעירים מאוד עם חומרים מינרליים כגון חרסית, אבק וחול. הוא מצוי בתחתית נהרות ואגמים קדומים.

הכבול מורכב מכמות גדולה של חומרים צמחיים ואורגניים בצורת סיבים, עם תכולה נמוכה יותר של חומרים מינרליים.

היווצרות הקרקע

אם היינו מבצעים חתך דרך קרום כדור הארץ, היינו מגלים כי הוא מורכב בדרך כלל מ_קרקע_ עילית – הומוס בשכבת עובי קטן, לאחר מכן מ_קרקע תת-עילית_ המורכבת משכבה אחת או יותר בהרכבים שונים ובעוביים שונים, ולבסוף מ_סלע מוצק_. הקרקע העילית נוצרה בעיקר מהתפרקות חומרים צמחיים ואורגניים, ואילו הקרקע התת-עילית נוצרה מהתפרקות סלע מוצק.

התפוררות של סלע מוצק נוצרת עקב השפעות אטמוספריות או עקב פעילות געשית. השפעות אטמוספריות יכולות להיות מכניות או כימיות. אם תהליך ההתפוררות של הסלע המוצק הוא התחברות של המינרלים עם חמצן, הרי שזו התפוררות בחמצון, ואם זו התחברות עם מים, הרי שזו התפוררות בהידרציה. הפעילות הגעשית היא כימית. עקב החום הרב הסלע המוצק הופך לאפר געשי.

תהליך ההתפרקות של סלע מוצק והפיכתו לקרקע יכול להיות במקום, „in situ“, או עם הובלה. הובלת החלקים שהתפוררו נעשית במים, ובמקרה כזה נוצרות קרקעות אלוביאליות, ברוח, ואז נוצרות קרקעות אאוליות או בקרח, ואז נוצרות קרקעות קרחוניות. במהלך ההובלה של השברים והחלקיקים של הסלע המוצק מתרחש פירוק נוסף שלהם עקב מכות, חיכוך ושטיפה, שהם נתונים להם במהלך ההובלה. עקב פעולה זו שולי השברים נשחקים ומתעגלים, החלקיקים החדשים מתפוררים, שוליהם מתעגלים שוב, וכך הלאה כל עוד נמשכת ההובלה. הגודל והצורה של המרכיבים המוצקים תלויים בחוזק הסלע, באורך ההובלה, בסוג ההובלה וכו’. לכן צורת החלקיקים המוצקים בקרקע מגוונת מאוד: עגולה, אובלית, עם שולים חדים או מעוגלים, משולשת וכו’. המרכיבים המוצקים בגודל 0,02 – 0,002 mm, שמחלקה זו במכניקת הקרקע נקראת אבק, הם ברובם בעלי צורה עגולה או אובלית. מרכיבים כאלה, בגודל קטן מ־0,002 mm, שמחלקה זו נקראת חרסית, הם בעלי צורת פתיתים. חלקיקי חול, חצץ ואבנים מעוגלות גדולים יותר יכולים להיות בצורות שונות: קובייתיות, מעוגלות, לוחיות וכו’. חלקיקים קובייתיים משנים את צורתם בקושי רב יותר, לוחיים בקלות רבה יותר. לכן קרקעות המורכבות בעיקר מחלקיקים לוחיים יכולות לשנות בקלות את הרכבן.

מובהר כי קרקעות מסוימות, שיצירתן הושלמה לחלוטין, מכוסות לעיתים בשלב מאוחר יותר בהשקעות חדשות, כך שהקרקע שכבר נוצרה קודם לכן נותרת בעומק, בעוד שעל ההשקעה החדשה נוצרת קרקע אחרת שאינה חייבת להיות קשורה כלל לקודמת. קרקע מוקדמת זו, שכוסתה לאחר מכן בשכבה חדשה, נקראת קרקע קבורה. אלה הן לרוב קרקעות מעובדות, שעובדו ולאחר מכן כוסו בהשקעות של אבק לס באוויר הרוח, אך ההשקעות עשויות להיות גם נהריות. קרקע קבורה מזוהה לפי צבעה הכהה, ויכולות להיות שכבות קרקע כאלה רבות אם התהליך חזר על עצמו כמה פעמים.

קרקעות אלוביאליות

קרקעות סחף נוצרות מהשקעת חלקיקים מוצקים במהלך הובלה על ידי מים. ההשקעה תלויה בכמה גורמים, שהחשובים שבהם הם מהירות זרימת המים, גודל הרכיבים המובלים ותכולת רכיבים אחרים כגון מלחים, סיד וכו’. במהירויות זרימת מים גבוהות שוקעים רק רכיבים גסים, ואילו הדקים אינם שוקעים אלא מוסעים הלאה. לכן הרכיבים המוצקים הגסים יותר שוקעים בחלק העליון של זרימת המים, קרוב יותר למקור, שם מהירות הזרימה גבוהה. עם ירידת מהירות הזרימה שוקעים רכיבים דקים יותר ויותר. במים שקטים, ללא זרימה, שוקעים בדרך כלל הרכיבים המוצקים הדקים ביותר. בכל מקום שבו יש האטה של זרימת המים, נוצרים משקעים גדולים, כפי שקורה באזור מוצף בעת גלישת מים ממיטת הנהר, וכן בשפכי נהרות, לפני סכרים וכו’.

שיקוע של חלקיקים זעירים מאוד של חרסית קולואידית יכול להימשך זמן בלתי מוגבל עקב פעולה אלקטרוכימית, הנוצרת בין חלקיקים זעירים שגודלם נמוך מ-0,0002 mm כאשר הם שקועים במים. במקרה זה החלקיקים המוצקים נושאים מטען חשמלי מאותו סימן (שלילי), ולכן הם דוחים זה את זה ונעים במאסה הנוזלית במהירויות גדולות יותר ככל שהם קטנים יותר. אלה הן תנועות בראון. בשל תנועות אלו שיקוע החלקיקים המוצקים במים מואט מאוד ויכול להימשך זמן בלתי מוגבל.

איור 4 - קרקע אלוביאלית

קרקעות איאוליות

קרקעות אאוליות נוצרות מהצטברות של חלקיקים מוצקים המוסעים על ידי הרוח. מבחינים בשני סוגים של קרקע אאולית לס ו־דיונות. לס מורכב מחלקיקים מוצקים בגודל של כ־0,05 mm או מעט קטנים יותר, המלוכדים זה לזה בסידן פחמתי. לכן, במצב יבש, ללס יש חוזק רב. חפירות בלס יכולות להישמר עם דפנות אנכיות בגבהים גדולים מאוד. אולם אם הלס נרטב מאוד, הוא מאבד את חוזקו ונע בקלות. ידועים מקרים של שכבות הלס של בז’ניסקה קוסה ליד בלגרד, הניצבות עם דפנות אנכיות בגבהים של יותר מ־20m. עם זאת, באזורים שבהם הוקמו יישובים סמוך לשוליים, כמו במקרה של רחוב צ’ונארסקה בזמון, שם מתרחש רטיבּת יתר מתמדת לצד מדרון מישור הלס עצמו עקב שפיכת מי שימוש, מדרונות הלס קורסים ויציבות קרקע הלס ליד השוליים נפגעת.

דיונות הן גבעות ניידות של חול לא־מלוכד שהושקע על ידי הרוח. גבעות אלה מתפזרות ונוצרות מחדש במהירות בהשפעת הרוח, ולכן הן מהוות סכנה של קבורה תחת החול ושל התמוטטות בתים וכלי תחבורה.

איור 5 - קרקע אאולית

קרקעות קרחוניות

קרקעות קרחוניות נוצרות על ידי הובלת חלקיקי קרקע מוצקים באמצעות קרח. לקרקעות קרחוניות הרכב שונה מזה של קרקעות סחף, משום שהן מורכבות מחלקיקים מוצקים בעלי גודל גס דומה בערך, כלומר חלוקים, חצץ (מורנות) או חול שנותרו לאחר הפשרת הקרח. בשכבות של אגמי קרחוניים לשעבר קיימת חמרה קרחונית.

איור 6 - קרקע קרחונית