Топырақ механикасында топырақтың үш негізгі түрі ажыратылады: байланбаған, байланысқан және органикалық текті топырақ. Бұдан өзге жыныстар да бар, бірақ олар топырақ механикасында емес, жыныстар механикасы ғылыми пәнінде қарастырылады.
Байланбаған топырақтар
Борпылдақ немесе кохерентті емес топырақтар — құрамдас бөліктері ешқандай байланыстырғыш затпен байланыспаған топырақтар. Құрғақ күйде, ылғалдың әсеріне ұшырамаған кезде, борпылдақ топырақтың қатты бөлшектері топырақ массасында мүлде еркін болады және олардың арасында тек ішкі үйкеліс деп аталатын үйкеліс қана бар. Борпылдақ топырақтарға мыналар жатады:
- Блоктар, түйір өлшемі 200 – 2000 mm
- Қиыршықтас, түйір өлшемі 60 – 200 mm
- Қиыршық тас, түйір өлшемі 2 – 60 mm
- Құм, түйір өлшемі 0,02 – 2 mm
- Шаң, дән өлшемі 0,002 – 0,02 mm.
Прашина фракциясы кейде мулж деп аталатыны ескеріледі (ағылш. silt, нем. Schluff). Алайда бізде мулж органикалық текті топырақтың белгілі бір түрін білдіретіндіктен, аталған фракция үшін бұл атау түсінбеушілік тудыруы мүмкін.
Сур. 1 - Құмды топырақ
Байланысқан топырақтар
Байланысқан немесе коherentті топырақтар — қатты бөлшектері өзара когезиямен байланысқан топырақтар. Коherentті топырақтардың физикалық қасиеттері өте тұрақсыз болуы мүмкін, олар су әсерінен оңай өзгереді. Байланысқан топырақтарға өлшемі 0,002 mm-ден кіші қатты бөлшектерден тұратын топырақтар жатады. Негізінен өлшемі 0,002 – 0,0002 mm бөлшектерден тұратын топырақ саз деп аталады, ал егер бұл бөлшектердің өлшемі 0,0002 – 0,00002 mm болса, онда ол коллоидты саз деп аталады.
Табиғатта таза саз сирек кездеседі, көбінесе ол құм және шаң сияқты басқа құрамдастармен аралас болады, мұны құмайт деп атайды; әктас аралас саз мергельді саз (мергель) деп аталады, ал магнийі бар саз ума деп аталады. Әдетте, құрамында 50%-тен артық сазды құрамдас бар топырақ майлы саз немесе жай ғана саз деп аталады, ал сазды құрамдас 50%-тен аз топырақ сазды топырақ деп аталады. Құрамында сазды құрамдас 5%-тен аз болатын топыраққа байланыссыз топырақтың қасиеттері тән деп есептеледі.
Топырақтың қай топқа жататынын бағалаудың ең жылдам әрі ең қарапайым тәсілі — үлгіні кептіріп, оны саусақпен уатып көру. Байланыспаған топырақтар бірден ыдырап кетеді. Сазды топырақтар саусақтың арасында ұсақ кесектерге бөлінеді, ал саз тас сияқты дерлік қатайып кетеді.
Сур. 2 - Сазды топырақ
Органикалық текті топырақтар
Бұл топырақтар негізінен органикалық немесе өсімдік текті материалдардың едәуір бөлігінен, сазды және басқа құрамдас бөліктерден тұрады. Органикалық құрамдастардың болуына байланысты бұл топырақтар өте тұрақсыз және суды қатты сіңіреді, сондықтан олар орнықсыз болып келеді әрі жүк көтергіш негіз ретінде де, жерден жасалатын құрылыстардың материалы ретінде де қызмет ете алмайды. Бұл топырақтарға гумус, лай және шымтезек жатады.
Гумус — жер қыртысының үстіңгі қабатында орналасқан, қалыңдығы әдетте бірнеше дециметр болатын құнарлы топырақ. Ол органикалық және минералдық заттардың, көптеген бактериялардың қоспасынан тұрады. Топырақ үйінділерін, жолдағы жабындарды және топырақтағы осыған ұқсас жұмыстарды орындағанда, сондай-ақ топырақ құрылымдарын жасауға арналған материал кен орнында қазу жүргізгенде, гумустың бүкіл қабатын қазып алып тастау керек, өйткені ол тек топырақ еңістерін су шайып кетуден қорғау үшін ғана пайдаланылуы мүмкін.
Sl. 3 - Гумус
Шлам органикалық заттардың өте ұсақ бөлшектер түріндегі минералдық заттармен, мысалы сазбен, шаңмен және құммен араласуынан тұрады. Ол бұрынғы өзендер мен көлдердің түбінде кездеседі.
Шымтезек талшық түріндегі өсімдік және органикалық заттардың мол мөлшерінен, минералдық заттардың аздау құрамымен тұрады.
Топырақтың түзілуі
Егер жер қыртысы арқылы қима жасасақ, оның көбіне беткі топырақтан — жұқа қабатты гумустан, содан кейін бір немесе бірнеше қабаттан тұратын әртүрлі құрамды және әрқилы қалыңдықтағы жер асты топырағынан, және соңында қатты жыныстан тұратынын анықтар едік. Беткі топырақ негізінен өсімдік және органикалық заттардың ыдырауынан пайда болған, ал жер асты топырағы қатты жыныстың ыдырауынан пайда болған.
Қатты жыныстың мүжілуі атмосфералық әсерлердің немесе жанартаулық әрекеттің салдарынан пайда болады. Атмосфералық әсерлер механикалық немесе химиялық болуы мүмкін. Егер қатты жыныстың мүжілу процесі минералдардың оттекпен қосылуы болса, онда бұл тотығу арқылы мүжілу, ал егер суымен қосылу болса, онда гидраттану арқылы мүжілу болады. Жанартаулық әрекет химиялық сипатта. Қатты жыныс үлкен ыстықтың әсерінен жанартаулық күлге айналады.
Қатты тау жынысының бұзылу және оның топыраққа айналу процесі орнында «in situ» немесе тасымалмен болуы мүмкін. Бұзылған бөліктердің тасымалдануы су арқылы жүзеге асады, бұл жағдайда аллювийлік топырақтар түзіледі, жел арқылы, мұндайда эолдық топырақтар пайда болады немесе мұз арқылы, мұнда мұздық топырақтар қалыптасады. Қатты тау жынысының бұзылған кесектері мен бөлшектерін тасымалдау барысында олардың соққы, үйкеліс және шайылу әсерінен одан әрі ұсақталуы жүреді, бұларға олар тасымалдау кезінде ұшырайды. Осы әсердің нәтижесінде сынған кесектердің қырлары дөңгеленеді, жаңа бөлшектер ұсақталады, олардың қырлары қайтадан дөңгеленеді және тасымал жалғасқанша осылай кете береді. Қатты құрамдастардың өлшемі мен пішіні жыныстың беріктігіне, тасымал ұзақтығына, тасымал түріне және т.б. байланысты. Сондықтан топырақтағы қатты бөлшектердің пішіні өте әртүрлі: домалақ, сопақша, өткір немесе дөңгеленген қырлы, үшбұрышты және т.б. 0,02 – 0,002 mm өлшеміндегі қатты құрамдастар, топырақ механикасында шаң деп аталатын фракция, негізінен домалақ немесе сопақша пішінді болады. 0,002 mm-ден кіші өлшемдегі, саз деп аталатын фракцияға жататын мұндай құрамдастар қабыршақ тәрізді болады. Құмның, қиыршық тастың және малта тастың ірі бөлшектері әртүрлі пішінде болуы мүмкін: текше тәрізді, дөңгеленген, тақташа тәрізді және т.б. Текше бөлшектер пішінін өзгертуге қиынырақ бейімделеді, тақташа бөлшектер оңайырақ. Сондықтан негізінен тақташа бөлшектерден тұратын топырақтар өз құрамын оңай өзгерте алады.
Айта кететін жайт, кейбір топырақтар қалыптасуы толық аяқталғаннан кейін кейіннен жаңа шөгінділермен жабылады, сондықтан бұрын қалыптасқан топырақ тереңде қалады, ал жаңа шөгіндіде онымен еш байланысы болмауы мүмкін басқа топырақ түзіледі. Осындай бұрын қалыптасып, кейін жаңа шөгіндімен жабылған топырақ көмілген топырақ деп аталады. Бұлар көбіне өңделген, кейін жел әкелген лесс шаңымен жабылған мәдени жерлер болып келеді, бірақ шөгінділер өзендік те болуы мүмкін. Көмілген топырақ қара түсімен танылады, мұндай топырақ қабаттары бұл процесс бірнеше рет қайталанса, бірнешеу болуы мүмкін.
Аллювиальды топырақтар
Аллювиалдық топырақтар су арқылы тасымалдану кезінде қатты бөлшектердің тұнбалануынан пайда болады. Тұнбалану бірнеше факторға байланысты, олардың ішіндегі ең маңыздылары су ағысының жылдамдығы, тасымалданатын бөлшектердің ірілігі және тұздар, әк және т.б. сияқты басқа құрамдас бөліктердің мөлшері. Су ағысының үлкен жылдамдықтарында тек ірі бөлшектер тұнады, ал ұсақтары тұнбай, әрі қарай тасымалданады. Сондықтан ірі қатты бөлшектер су ағысының жоғарғы бөлігінде, ағыс жылдамдығы жоғарырақ, қайнарға жақын жерде тұнады. Су ағысының жылдамдығы төмендеген сайын барған сайын ұсақ бөлшектер тұнады. Тынық, ағысы жоқ суда, әдетте ең ұсақ қатты бөлшектер тұнады. Су ағысы баяулаған жерде, өзен арнасынан су тасуы кезіндегі жайылма аумақта, өзен сағасында, бөгеттер алдында және т.б. ірі шөгінділер пайда болады.
Коллоидты саздың өте ұсақ бөлшектерінің тұнуы суға батырылған кезде өлшемі 0,0002 mm-дан кіші ұсақ бөлшектердің арасында пайда болатын электрохимиялық әсер салдарынан шексіз ұзақ уақытқа созылуы мүмкін. Бұл жағдайда қатты бөлшектердің бетінде бірдей таңбалы (теріс) электр заряды болады, соның салдарынан олар бір-бірін тебеді және сұйық массада бөлшектер неғұрлым кіші болса, соғұрлым үлкен жылдамдықпен қозғалады. Бұлар — Броундық қозғалыстар. Осы қозғалыстардың салдарынан суда қатты бөлшектердің тұнуы едәуір баяулайды және шексіз ұзақ уақытқа созылуы мүмкін.
Сур. 4 - Аллювиалдық топырақ
Эолдық топырақтар
Эолдық топырақтар жел арқылы қатты бөлшектердің шөгуінен пайда болады. Эолдық топырақтың екі түрі ажыратылады: лёсс және дюналар. Лёсс шамамен 0,05 mm мөлшеріндегі немесе одан сәл ұсақ қатты бөлшектерден тұрады, олар өзара кальций карбонаты арқылы жабысып байланысқан. Сондықтан құрғақ күйде лёсс өте берік болады. Лёсстегі қазбалар өте үлкен биіктіктерде тік қабырғалармен сақталып тұра алады. Алайда лёсс қатты суланса, беріктігін жоғалтып, оңай қозғалады. Белгілі мысалдардың бірі — Белград маңындағы Бежанийа қыратының лёсс қабаттары, олар 20m-ден асатын биіктіктерде тік қабырғалармен сақталып тұрады. Бірақ шетке жақын аумақтарда қоныстар салынған бөліктерде, мысалы Земундағы Чунарска көшесі жағдайында, пайдаланылған судың төгілуі салдарынан лёсс жазығының жиегі жанында үздіксіз ылғалдану орын алып, лёсстік беткейлер опырылып, жиегі маңындағы лёсс топырағының тұрақтылығы бұзылады.
Диналар — жел үйіп жинаған байланыспаған құмнан түзілген қозғалмалы төбешіктер. Бұл төбешіктер жел әсерінен тез ыдырап, қайтадан түзіледі, сондықтан үйлер мен көлік құралдарын көміп тастау және қиратып кету қаупін тудырады.
Сур. 5 - Эолдық топырақ
Мұздық топырақтар
Мұздық топырақтар қатты топырақ бөлшектерін мұздың тасымалдауы нәтижесінде түзіледі. Мұздық топырақтардың құрамы аллювийлік топырақтардан өзгеше, өйткені олар шамамен бірдей іріліктегі қатты бөлшектерден, яғни мұз ерігеннен кейін қалған малта тастардан, қиыршық тастан (морена) немесе құмнан тұрады. Бұрынғы мұздық көлдердің қабаттарында мұздық саздақ кездеседі.
Сур. 6 - Мұздық топырақ