Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật và thành phần độ hạt với các tính chất môi trường đất tại xã đại thịnh, huyện mê linh, hà nội

Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài Đất là một thể tự nhiên độc lập được thành tạo trên bề mặt Trái đất dưới tácđộng của các chất vô cơ và hữu cơ đá mẹ, khí hậu, địa hình, thời gian, sin

LỜI CAM ĐOAN

Sinh viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng sinh viên vàđược sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Thị Thục Anh và ThS Trần Thị HồngMinh Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công

bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụcho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính sinh viên thu thập từ các nguồnkhác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệucủa các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào sinh viên xin hoàn toàn chịu tráchnhiệm về nội dung đồ án của mình

Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2018

Người cam đoan

Trương Hà Phương

MỤC LỤC

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

SEM : Kính hiển vi điện tử quét

VN2000 : Tọa độ Việt Nam

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

Đất là một thể tự nhiên độc lập được thành tạo trên bề mặt Trái đất dưới tácđộng của các chất vô cơ và hữu cơ (đá mẹ, khí hậu, địa hình, thời gian, sinh vật vàcác hoạt động của chúng) ngoài ra còn có yếu tố thủy văn có vai trò vô cùng quantrọng trong việc hình thành đất và đất có độ phì Độ phì là đặc tính cốt lõi, đặc tínhphân biệt của đất Các loại đất được hình thành thông qua quá trình phong hóa củacác loại đá sự phân hủy của các chất hữu cơ Các thành phần khoáng chất và chấthữu cơ xác định cấu trúc và các thuôc tính khác của các loại đất Thành phần và tínhchất của các tầng đất có ảnh hưởng lớn tới môi trường sống, đặc biệt là quá trìnhsinh trưởng của các sinh vật

Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính môi trường của đất là thànhphần khoáng vật của nó Trong đất có các khoáng vật nguyên sinh và khoáng vậtthứ sinh, chiếm hàm lượng ưu thế trong đất và phong hóa; khoáng vật nguyên sinhcủa đá mẹ bao gồm 2 loại: loại bền vững với quá trình phong hóa như: thạch anh,rutin, manhetit, hematit, apatit, và loại khoáng vật dễ bị biến đổi trong quá trìnhphong hóa như mica, fenspat, plagioclas Các khoáng vật thứ sinh (biểu sinh) gặptrong đất bao gồm các khoáng vật của nhóm sét như hydrmica, montmorilonit,nontronit, kaolinit, haloysit các khoáng vật hydroxit, oxit của Al và Fe như gotit,hydrogotit, hydragilit Ngoài ra, trong một số loại đất còn chứa khoáng vật muối,khoáng vật nhóm thạch cao, nhóm carbonat, nhóm sulfat Fe, Al

Thành phần khoáng vật và thành phần độ hạt có mối quan hệ mật thiết với môitrường đất Nghiên cứu thành phần khoáng vật sẽ giúp chúng ta xác định được các

tổ phần khoáng vật có ích hay có hại với môi trường đất Ngoài ra thành phần độ hạtảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion và dự trữ dinh dưỡng trong đất Nghiên cứuthành phần khoáng vật và thành phần độ hạt trong đất ở khu vực huyện Mê Linh làrất cần thiết Bởi vì Mê Linh là một huyện trồng cây rau màu đặc biệt tại khu vực xãĐại Thịnh; trong vùng có nhiều khu công nghiệp là những nguồn phát thải các kimloại nặng trực tiếp ra môi trường Kết quả của những nghiên cứu về thành phần

khoáng vật và thành phần độ hạt sẽ là những tài liệu cần thiết để đưa ra các biệnpháp xử ô nhiễm môi trường đất tại đây.

Xuất phát từ những yêu cầu trên, sinh viên đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật và thành phần độ hạt với các tính chất môi trường đất tại xã Đại Thịnh, huyện Mê Linh, Hà Nội”.

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề tài

b Nội dung nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật (chủ yếunhóm khoáng vật sét) trong đất ở độ sâu tối đa 0,8m

- Phạm vi nghiên cứu: xã Đại Thịnh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội, đặc điểm địa chất, địa chấtthủy văn thuộc xã Đại Thịnh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Nghiên cứu thành phần khoáng vật, thành phần độ hạt của đất tại xã ĐạiThịnh, huyện Mê Linh, Hà Nội Sinh viên đã lấy và phân tích 9 mẫu đất bao gồm: 8mẫu thành phần độ hạt; 3 mẫu đất về thành phần khoáng vật; 9 mẫu đất về các chỉtiêu môi trường (nhiệt độ, pH, Eh, Ec)

- Thành lập sơ đồ tài liệu thực tế thuộc xã Đại Thịnh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Đề xuất các giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường đất xã Đại Thịnh, huyện MêLinh, Hà Nội

- Lấy mẫu phân tích các chỉ số môi trường pH, Eh, Ec; phân tích thành phầnkhoáng vật và thành phần độ hạt của đất.

- Tổng hợp kết quả và viết báo cáo

3 Cơ sở tài liệu và cấu trúc đồ án

a Cơ sở tài liệu

Đồ án được hoàn thành dựa trên cơ sở báo cáo “Tổng hợp nghiên cứu địa hóa – khoáng vật để đánh giá môi trường đất huyện Mê Linh, Hà Nội” mã số

13.01.16c.02 của ThS Trần Thị Hồng Minh, đồng thời có sử dụng chọn lọc cácnguồn tài liệu thu được trong “Bài giảng Khoáng vật sét” của PGS.TS NguyễnKhắc Giảng Sinh viên đã thừa kế kết quả của một số công trình luận văn thạc sĩ vàmột số bài báo ở trong các tạp chí lấy từ mạng internet Đặc biệt là các kết quả dochính sinh viên đi khảo sát, lấy mẫu, phân tích và luận giải kết quả

b.Cấu trúc đồ án

Đồ án được thành lập với cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở khoa học và các phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật và thành phần

độ hạt với các tính chất môi trường đất tại xã Đại Thịnh, huyện Mê Linh, thành phố

Hà Nội

Kết luận, kiến nghị

Sau thời gian học tập và nghiên cứu, sinh viên đã hoàn thành đồ án tại bộ mônQuản lý Tài nguyên khoáng sản, khoa Địa chất, trường Đại học Tài nguyên và Môitrường Hà Nội

Trong quá trình hoàn thành đồ án, sinh viên luôn nhận được sự giúp đỡ và góp

ý của các Thầy, Cô trong khoa Địa chất, nhân dịp này, sinh viên xin gửi lời cảm ơnchân thành nhất đến các Thầy, Cô Đặc biệt, xin gửi đến giảng viên TS Nguyễn ThịThục Anh và ThS.Trần Thị Hồng Minh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ sinh viênhoàn thành đồ án tốt nghiệp lời cảm ơn sâu sắc nhất

Sinh viên xin chân thành cảm ơn đến Thầy, Cô như TS Nguyễn Văn Bình vàThS Nguyễn Thị Phương Thanh đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn sinh viên trong

suốt thời gian sinh viên tiến hành thí nghiệm và nghiên cứu tại phòng thí nghiệmcủa Khoa Địa chất.

Sinh viên xin cảm ơn Ban Giám hiệu, các Phòng, Ban, Trung tâm trực thuộctrường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để sinhviên hoàn thành việc học tập và bảo vệ khóa luận tốt nghiệp

Do kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế, nêntrong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, sinh viên rất mongnhận được sự đóng góp quý báu các Thầy, Cô trong Hội đồng bảo vệ đồ án tốtnghiệp để sinh viên có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình, phục vụ tốthơn công tác thực tế sau này

Sinh viên xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

Huyện Mê Linh nằm ở phía Tây Bắc của thành phố Hà Nội, cách trung tâm HàNội 35 km Nằm trong toạ độ địa lý từ 21o07’19’’ - 21o14’22’’ vĩ độ Bắc và

105o36’50’’ - 105o47’24’’ kinh độ Đông Địa giới hành chính của huyện như sau:

- Phía Bắc giáp thị xã Phúc Yên

- Phía Tây giáp huyện Yên Lạc, huyện Bình Xuyên tỉnh Vĩnh Phúc

- Phía Nam giáp huyện Đan Phượng

- Phía Đông giáp huyện Đông Anh, Sóc Sơn

Sơ đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu được thể hiện trong Hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

Huyện có 18 đơn vị hành chính trực thuộc, trong đó có 2 thị trấn, hệ thốnggiao thông tương đối phát triển, có đường ô tô, có tuyến đường sắt Hà Nội- Lào Cai,

gần sân bay quốc tế Nội Bài và có đường cao tốc Hà Nội - Nội Bài chạy qua nốiđường 18 đi qua cảng nước sâu Cái Lân, được bao bọc bởi sông Hồng và sông Cà

Lồ, đồng thời nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ

Với những điều kiện thuận lợi về giao thông đường bộ và đường sắt, đườnghàng không tạo cho khu vực nghiên cứu có lợi thế trong giao lưu kinh tế với cáctỉnh trung du và miền núi phía Bắc cũng như các tỉnh đồng bằng sông Hồng và cảtrong nước cũng như quốc tế, tạo điều kiện cho khu vực phát triển toàn diện về cácmặt, góp phần nâng cao đời sống kinh tế xã hội của khu vực [6]

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Mê Linh là huyện nằm trong vùng đồng bằng sông Hồng, địa hình tương đốibằng phẳng, thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam theo hướng ra sông Hồng Vớitổng diện tích tự nhiên 14.251ha, theo đặc điểm địa hình, huyện Mê Linh được chiathành 3 tiểu vùng như sau:

- Tiểu vùng đồng bằng chiếm 47% diện tích đất tự nhiên toàn huyện, có địahình nhấp nhô, lượn sóng với độ dốc khoảng 8°, do phù sa cũ của hệ thống sôngHồng, sông Cà Lồ bồi đắp, bao gồm các xã Vạn Yên, Tự Lập, Tiến Thắng, ThanhLâm, Đại Thịnh, Kim Hoa, Quang Minh, Mê Linh, Tiền Phong Trong số các xã này

có 6 xã: Tiền Phong, Mê Linh Đại Thịnh, Thanh Lâm, Quang Minh, Kim Hoa đượchình thành trên nền phù sa cổ, nguồn gốc đất bạc màu do đó chỉ thích hợp với trồngrau màu, hoặc phát triển sản xuất công nghiệp, xây dựng

- Tiểu vùng ven đê sông Hồng chiến 22% diện tích đất tự nhiên của huyện, cóđịa hình tương đối bằng phẳng, bao gồm các xã Tiến Thịnh, Chu Phan, Thạch Đà,Hoàng Kim, Văn Khê, Tráng Việt Tiểu vùng địa hình này thuộc diện tích đất phù sagiàu hàm lượng dinh dưỡng, được sông Hồng bồi đắp hàng năm do đó rất thích hợpvới phát triển sản xuất nông nghiệp Với phân bố ven sông Hồng, một số xã có thểphát triển du lịch sinh thái như các xã: Tân Lập, Chu Phan, Tráng Việt,

- Tiểu vùng trũng chiếm 31% diện tích tự nhiên toàn huyện, bao gồm các xãTam Đồng, Liên Mạc và một phần còn lại của các xã ven sông Hồng Tiểu vùngtrũng là vùng đất bãi ngoài đê, đất phù sa có hàm lượng dinh dưỡng trung bình và

cao, đã được thủy lợi hóa tương đối hoàn chỉnh, phù hợp với phát triển nông nghiệp

kỹ thuật cao (trồng cây lương thực, rau màu thực phẩm) [6]

1.1.3 Đặc điểm sông suối

Hệ thống sông, hồ, kênh và đầm trên địa bàn huyện khá phong phú như sôngHồng, sông Cà Lồ, Đầm Và, có tác động rất lớn về mặt thuỷ lợi, chế độ thuỷ văn

cả huyện phụ thuộc vào chế độ thuỷ văn sông Hồng

- Sông Hồng: chảy qua phía Nam của huyện với chiều dài 19 km, lưu lượngnước bình quân năm 3.860 m3/s, lớn nhất vào tháng 8 là 10.700 m3/s, thấp nhất vàotháng 2 là 1.930 m3/s, là nguồn cung cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt của các xãphía Nam Sông Hồng chính là tuyến đường thủy nối Hà Nội với các tỉnh đồng bằngsông Hồng, tạo điều kiện giao lưu phát triển kinh tế cho địa phương

- Sông Cà Lồ: là phụ lưu cấp 1 của phần lưu vực sông Thái Bình, chảy quaphía Bắc và Đông Bắc huyện Mê Linh, dài 8,6 km Sông Cà Lồ chảy theo hướngTây Nam - Đông Bắc và hội tụ với nhánh 1 tại khu vực thôn Đại Lợi, thị xã PhúcYên Lòng sông rộng trung bình 50 - 60m, mực nước cao nhất 9,14 m, tuy nhiênlượng nước của sông không nhiều trung bình khoảng 30m3/s (vào mùa mưa là286m3/s)

Hệ thống ao, hồ, đầm: Huyện Mê Linh có trên 200 ha ao hồ, đầm với trữlượng nước khá lớn, có ý nghĩa qua trọng với việc phát triển nuôi trồng thủy sản vàphục nhu cầu nước tại chỗ [6]

1.1.4 Đặc điểm khí hậu

Khu vực nghiên cứu thuộc ngoại thành Hà Nội nên mang đặc điểm vùng đồngbằng châu thổ sông Hồng có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều, giôngbão vào mùa hè và giá lạnh, ít mưa, đôi khi còn có sương muối vào mùa đông.Khí hậu của vùng này chịu tác động của gió biển khí hậu nóng ẩm hơn Khíhậu mang tính chất mùa nhưng không khắc nghiệt Có 2 mùa (mùa mưa và mùakhô): mùa mưa kéo dài 6 tháng (tháng V đến tháng X) nóng (nhiệt độ trung bình cáctháng mùa hè là 27,8 °C, nhiệt độ cao nhất đã từng xảy ra là 42°C, số ngày có nhiệt

độ cao trên 35°C thường từ 8 đến 10 ngày), nhiều nắng (thường đạt tới 180-200 giờ

mỗi tháng), mưa nhiều (chiếm tới 85 % tổng lượng mưa cả năm), gió có hướng chủyếu là Đông Nam Mùa khô kéo dài 6 tháng ( từ tháng XI đến tháng IV năm sau) làmùa lạnh Song có thể phân biệt rõ 2 thời kỳ: lạnh hanh và lạnh ẩm: thời kỳ lạnhhanh thịnh hành trong khoảng tháng 10-12 là thời kỳ khô nhất trong năm (đạt 45-50

%); thời kỳ lạnh ẩm phổ biến vào cuối mùa trời thường u ám, ít nắng, ẩm ướt (nhiệt

độ trung bình của các tháng mùa này là 19,5°C), lượng mưa thấp (Chỉ chiếm 15%tổng lượng mưa cả năm), hướng gió thịnh hành là Đông - Bắc [10]

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

1.2.1 Đặc điểm kinh tế

Trong khu vực nghiên cứu có tập trung các khu công nghiệp như khu côngnghiệp Quang Minh Tại khu công nghiệp này tập trung nhiều lĩnh vực sản xuất nhưlinh kiện điện tử, thiết bị y tế, nội thất, hóa chất và vật liệu xây dựng Ngoài ra còn

có một số cụm công nghiệp nhỏ, lẻ Tóm lại, ngành công nghiệp trong khu vựctương đối phát triển và là một trong những nơi tăng tỉ lệ nguồn thu ngân sách chohuyện Mê Linh nói riêng và thành phố Hà Nội nói chung [6]

Khu vực nghiên cứu sống chủ yếu bằng nghề nông nghiệp và hoa màu, hàngnăm có 2 vụ lúa và xen canh Hoa màu trong huyện Mê Linh chủ yếu là rau, củ, quả

và hoa gồm các xã Đại Thịnh, xã Tráng Việt, xã Mê Linh và xã Kim Hoa và một số

xã lân cận khác

Tốc độ phát triển kinh tế hàng năm của huyện tăng 20,8%, trong đó: Côngnghiệp - xây dựng tăng 25,1%/năm, dịch vụ tăng trên 15,6%/năm, nông nghiệp tăng1,7%/năm Cơ cấu các ngành kinh tế tiếp tục chuyển dịch theo hướng công nghiệp -xây dựng - nông nghiệp - dịch vụ [6]

1.2.2.Đặc điểm văn hóa - xã hội

Huyện Mê Linh có diện tích đất tự nhiên là 14.251 ha Dân cư trong khu vựcchủ yếu là dân tộc Kinh, sống tập trung tại các làng, xã và thị trấn

Mật độ dân số tương đối cao Trình độ dân trí và đời sống của nhân dân tươngđối phát triển Dân số của huyện là 193.727 người (thành thị chiếm 9,77%, nôngthôn chiếm 90,23%); chiếm 0,3% dân số toàn thành phố Trong đó nữ chiếm

51,09%; nam chiếm 48,91% Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên trung bình trong nhữngnăm qua từ 1,25% đến 1,55% Dân số của huyện tăng nhanh chủ yếu là tăng cơ học,

do những năm qua thu hút được số lượng đáng kể lao động từ các địa phương khácđến làm việc trong các ngành, các khu công nghiệp trên địa bàn huyện

Hiện tại, lực lượng lao động nông nghiệp của huyện vẫn còn chiếm tỷ trọngkhá lớn nhưng đang có xu hướng giảm dần Tỷ lệ lao động qua đào tạo đang có xuhướng tăng lên rõ rệt Mỗi năm huyện đã giải quyết việc làm cho khoảng 2.500 laođộng [6]

1.3 Đặc điểm giao thông

Hệ thống giao thông huyện Mê Linh bao gồm giao thông đường bộ, giaothông đường thủy và đường sắt Trong đó đường bộ 433 km; đường sông 27,6 km;đường sắt 8km

- Giao thông đường bộ:

Đường 23 với tổng chiều dài chạy qua địa phận Huyện là 16,5km; đường BắcThăng Long - Nội Bài với chiều dài 2,5km Các tuyến đường này do Trung ươngđầu tư quản lý, đến nay đường Bắc Thăng Long - Nội Bài có chất lượng tốt, cònđường 23 đã xuống cấp, mặt đường lồi lõm không đảm bảo cho các phương tiện lưuthông trên đường

Tỉnh lộ gồm các tuyến đường 301 với chiều dài 2,5km; đường 308 với chiềudài 11,5km; đường 312 với chiều dài là 7,3km Toàn bộ các tuyến đường đã đượccứng hóa như rải nhựa, bê tông

- Đường sắt:

Chạy qua địa bàn huyện có 8 km đường sắt thuộc tuyến Hà Nội - Lào Cai, trênđịa bàn huyện có ga Thạch Lỗi tại Thị trấn Quang Minh, đây là một tuyến giaothông khá quan trọng cho quá trình phát triển kinh tế - xã hội của huyện, nối huyệnvới khu vực miền núi phía Bắc như Phú Thọ, Yên Bái, Lào Cai và các huyện đồngbằng và khu vực Hà Nội, kể cả nhu cầu vận chuyển hành khách và vận chuyển hànghóa Tuyến đường sắt qua địa phận huyện không dài tuy nhiên có vai trò quan trọngtrong vận chuyển nguyên liệu, hàng hóa phục vụ hoạt động sản xuất kinh doanh của

các cơ sở sản xuất, kinh doanh trên địa bàn huyện Trong tương lai sẽ được nângcấp, mở rộng thành tuyến đường sắt xuyên Á.

- Giao thông đường thủy:

Mạng lưới đường sông trên địa bàn huyện Mê Linh có tổng chiều dài là 27,6km; trong đó đường sông thuộc hệ thống sông Hồng có chiều dài là 19km và còn lại

là hệ thống sông Cà Lồ Đây là mạng lưới giao thông quan trọng trong chiến lượcphát triển kinh tế của huyện

Trên tuyến sông Hồng thuộc địa bàn Huyện không có cảng sông mà chỉ có cácđiểm bốc dỡ hàng hóa đường sông chủ yếu phục vụ nhu cầu vận chuyển vật liệu xâydựng, nguyên nhiên liệu và hàng hóa giao lưu với các địa phương khác [6]

1.4 Đặc điểm địa chất và khoáng sản

1.4.1 Đặc điểm địa chất

Trong diện tích của khu vực Mê Linh phát triển chủ yếu là các trầm tích Đệ tứ

bở rời Vùng nghiên cứu có mặt các trầm tích của hệ tầng Hà Cối, hệ tầng PhanLương và các trầm tích Đệ tứ của hệ tầng Vĩnh Phúc, hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng

Thái Bình (Xem sơ đồ địa chất) Khái quát về đặc điểm của các hệ tầng được mô tả

dưới đây

JURA HẠ - TRUNG

Hệ tầng Hà Cối (J 1-2hc)

Hệ tầng do Dovjikov A E và nnk (1965) xác lập khi nghiên cứu mặt cắt ở vùng

Hà Cối Hệ tầng phân bố trên những diện tích rộng lớn ở Quảng Ninh, ven vịnh HàCối từ Móng Cái đến Móng Dương, qua Đông Triều và trên các đảo Cái Bầu, VĩnhThực, Cái Chiên; ngoài ra còn lộ ở Đình Lập, An Châu, Thái Nguyên vả rải rác ởmột số nơi khác Trong vùng nghiên cứu hệ tầng Hả Cối lộ ra chủ yếu ở khu vực xãThanh Lâm (huyện Mê Linh)

Thành phẩn thạch học chủ yếu của hệ tầng là trầm tích hạt thô: cuội kết đakhoáng (cuội là thạch anh, cát kết, quarzit, ít silic), sạn kết, cát kết, đá phiến sét màunâu đỏ, chuyển lên trên lá đá phiến sét, cát kết xen bột kết Đôi nơi gặp đá hạt thô,

phân lớp xiên chéo Trong cát bột kết chứa Estherice và hóa thạch thực vậtPterophyllum portali, Cladophlebis, Haiburnensis, Phoenicosis [9]

Bề dày của hệ tầng ∼ 700m Quan hệ dưới của hệ tầng Hà Cối chưa rõ ràng

PLEISTOCEN THƯỢNG

Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q 1 vp)

Hệ tầng do Hoàng Ngọc Ngọc Kỷ và Nguyễn Đức Tâm xác lập năm 1973

Có nguồn gốc sông, hồ - đầm, lầy

Hệ tầng Vĩnh Phúc được hình thành trong khoảng thời gian 100.000 - 10.000năm cách ngày nay Bề mặt hệ tầng bị phong hóa nên dưới lớp đất trồng mỏng,thường là lớp cát sét nhiễm sắt, cứng chắc và có màu loang lổ Trong diện tích khuvực nghiên cứu hệ tầng lộ ra rất rộng rãi

Nét đặc trưng của hệ tầng là trầm tích lộ trên bề mặt hay bề mặt của hệ tầng ởvùng phủ ven rìa bị laterit hóa yếu tạo nên lớp sét, sét cát màu sắc vàng đỏ, đỏ nâu,nâu vàng loang lổ Mặt cắt đặc trưng của hệ thống gồm có:

- Lớp 1: cuội sỏi, cát lẫn bột sét màu vàng xám, dày 3 - 10m, cấu tạo phân lớpxiên

- Lớp 2: cát bột lẫn sét, cát vàng cấu tạo phân lớp xiên, cát có thành phần ítkhoáng, chủ yếu là thạch anh, ít mảnh đá thuộc tướng lòng sông và ven lòng, dày

~33m

- Lớp 3: sét bột loang lổ xám vàng, xám đen, dày 2 - 10m

- Lớp 4: bột sét loang lổ xám vàng, xám nâu đen, lẫn mùn thực vật, dày 1 - 3m[9]

xanh, dẻo, mịn (đồng nhất về độ hạt) và ổn định về bề dày Hệ tầng được đặc trưngbằng hai kiểu nguồn gốc: trầm tích hồ - đầm lầy trước biển tiến nằm dưới và trầmtích biển với màu xám xanh, mịn dẻo nằm trên.

Hệ tầng không lộ ra trên mặt mà nằm ở độ sâu 1,5 - 20m, bề dày lớn nhất là13,5m

Thành phần trầm tích này chủ yếu là bột sét, bột cát chứa tàn tích thực vật, lớpmỏng than bùn Đặc trưng mặt cắt của hệ tầng:

- Lớp l (18 - 12,6m): bột cát, bột sét lẫn nhiều mùn thực vật, màu xám đennhạt, độ chọn lọc kém đến rất kém, độ pH = 4,5 - 6,5; mang tính môi trường acid vàkhử đặc trưng cho đầm lầy ven biển Lớp này phủ không chỉnh hợp lên lớp sétloang lổ của hệ tầng Vĩnh Phúc, bề dày 5,4m

- Lớp 2 (12,6 - 4,5m): bột sét, bùn lẫn mùn và xác thực vật phân hủy chưa hếtmàu xám, xám sẫm.Thành phần hạt mịn hơn Lớp dày 8,1m Lớp này bị lớp sét màuxám xanh nguồn gốc biển cùng hệ tầng Hải Hưng nẳm chỉnh hợp lên trên [9]

HOLOCEN THƯỢNG

Hệ tầng Thái Bình (Q2 2-3tb)

Các trầm tích thuộc hệ tầng Thái Bình là những thành tạo trẻ nhất được tạothành khoảng 3.000 năm trở về đây Đây là các trầm tích hiện đại được tạo thànhsau khi biển lùi, mực nước biển hạ thấp, vai trò sông Hồng lớn dần trong quá trìnhhình thành đồng bằng sông Hồng, trong đó có diện mạo thành phố Hà Nội ngày nay.Sông Hồng trong giai đoạn này có quy trình xâm thực ngang chiếm ưu thế Trầmtích hiện đại chủ yếu có nguồn gốc sông, phân bố dọc theo hai bên bờ các sông lớnnhư sông Hồng, sông Đuống, sông Cầu Hệ thống đê điều ven sông Hồng được thiếtlập dần tới phần trầm tích trong đê bị ngừng bồi đắp phù sa trong khi đó ngoài đêhàng năm vào mùa lũ, các bãi bồi lại được phủ một lớp mỏng phù sa: cát, bột, sét

Hệ tầng Thái Bình trong địa bàn thành phố Hà Nội được phân ra làm 3 kiểu nguồngốc khác nhau

a Trầm tích sông, tướng đá bãi bồi trong đê

Trầm tích kiểu nguồn gốc này phổ biến rộng ở Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm

và Thanh Trì Ngoài ra còn một diện nhỏ dọc theo sông Cầu Đặc trưng của hệ tầng:

- Lớp 1 (26,5 - 9m): cát hạt nhỏ đến vừa, màu xám, xám nâu, xám tro lẫn vảynhỏ muscovit và cả tàn tích thực vật Thành phần độ hạt gồm cát: 94,57%; bột sét5,49 Lớp 1 nằm phủ không chỉnh hợp lên bề mặt của lớp sét loang lổ của hệ tầngVĩnh Phúc; bề dày 17,5m

- Lớp 2 (9 - 8m): bột sét lẫn ít cát màu nâu xám, trong đó bột chiếm 84,6%, sét7,8%, cát 7,56% [9]

b Trầm tích sông - hồ - đầm lầy

Diện phân bố của loại trầm tích này nhỏ hẹp, rải rác ở Đông Anh, Mê Linh vàtrong nội thành Hà Nội Đây thực chất là những ao hồ trũng thấp và lòng sông cổhình móng ngựa đang bị đầm lẩy hóa Trầm tích kiểu nguồn gốc này được thành tạochủ yếu do quá trình đổi dòng của sông Hồng và các sông nhánh, liên quan tới sựhình thành hệ thống đê dẫn tới sông rạch thoát nước bị đầm lầy hóa dần Thànhphần chính của trầm tích này là sét, bột sét, bột màu xám, xám tro, xám đen lẫn hợpchất hữu cơ, tàn tích thực vật

Hiện tại tốc độ đô thị hóa tăng nhanh thường đưa đến việc san lấp ao hồ đểxây dựng Trên diện phân bố những ao hồ này, cấu trúc nền đất phức tạp gồm 3 - 4lớp đất khác nhau Trên cùng chủ yếu là đất loại sét, tiếp đến là đất bùn sét pha, bềdày có khi tới 15 - 20m, dưới cùng là các nguồn gốc sông tuổi Pleistocen hayHolocen [9]

c Trầm tích sông, tướng lòng, bãi bồi ngoài đê

Đây là trầm tích trẻ nhất thuộc tướng bãi bồi, ven lòng phân bố ở ngoài đêsông Hồng, sông cầu, sông Cà Lồ và các sông suối nhánh

Trầm tích này, ở các sông suối nhánh có thành phần cuội, sỏi, sạn, cát lẫn bộtsét màu nâu, vàng xám Đặc trưng mặt cắt của hệ tầng:

- Lớp l (6,23 - 3,2m): cát hạt từ trung bình đến thô Thành phần khoáng vậtchủ yếu là thạch anh (85- 90%), ít mica, felspat (5%) ít mảnh đả mâu xám đen lớpnày chưa khống chế được hết chiều dày

- Lớp 2 (3,2 - 0,3m): cát hạt mịn lẫn bột cát màu xám đen, thành phần cátchiếm 80 - 90%, bột sét 10%.

- Lớp 3 (0,3 - 0m): bột sét màu nâu, bề mặt có thảm cỏ phát triển, thành phầnbột sét chiếm 90%, cát 10%

Đôi chỗ trong cát có mảnh vỏ trai, hến nước ngọt Cát trầm tích bãi bồi hiện

đang được khai thác làm cát san lấp hay để dùng làm vữa trát trong xây dựng (Xem

sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu).

Tại khu vực nghiên cứu, nguồn nước mặt chủ yếu từ hệ thống sông Hồng vàsông Cà Lồ, đó là các con sông có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp nước tưới

và cung cấp nguồn nước dưới đất cho thủ đô Hà Nội và các tỉnh lân cận Ngoài ratrên địa bàn còn có một số ao, hồ và kênh, mương nhỏ đó là nguồn cung cấp choviệc tưới tiêu cho nông nghiệp và hoa màu của các xã trên địa bàn huyện Mệ Linh.Các kết quả nghiên cứu về lịch sử hình thành các trầm tích Pleistocen muộn -Holocen nêu trên cho thấy các thành tạo trầm tích này được sinh ra trong bối cảnhđịa chất khác nhau (mà cụ thể là gắn với các giai đoạn biển tiến, biển thoái trongPleistocen muộn và (Holocen) do vậy, trầm tích của các thành tạo Pleistocen muộn -Holocen là đối tượng khá phức tạp, bởi lẽ chúng vừa mang các tính chất của điềukiện môi trường tạo thành, lại vừa chịu tác động của các yếu tố tự nhiên, nhân sinhvừa đa dạng vừa phức tạp, nên rất cần thiết phải có hệ phương pháp nghiên cứu đặctrưng Mặt khác, các trầm tích sét bột và các vật chất hữu cơ, thường là những tácnhân hấp thụ, lữu giữ các tổ phần gây ô nhiêm như các kim loại nặng, các độc chất

vô cơ và hữu cơ [9]

1.4.2 Đặc điểm khoáng sản

Tài nguyên khoáng sản có giá trị cao trên địa bàn huyện Mê Linh dạng nhỏ, lẻ

và phân tán và không đáp ứng được yêu cầu phát triển công nghiệp Các loại tàinguyên khoáng sản, nguyên vật liệu xây dựng có giá trị thấp hơn như cát, sét có trữlượng khá lớn, tập trung chủ yếu ở các xã ven đê giáp sông Hồng như Tráng Việt,Đại Thịnh, Chu Phan, Thạch Đà, Hoàng Kim, Văn Khê có thể khai thác phục vụsản xuất gồm:

- Đất sét: dùng làm gạch ngói, sản xuất gạch không nung, có diện tích khaithác từ 150 - 200 ha.

- Cát: có thể khai thác với khối lượng lớn phục vụ xây dựng và san lấp côngtrình, diện tích khai thác từ 400 - 500 ha, đây là nguồn tài nguyên quan trọng có thểtái tạo thường xuyên do dòng chảy của sông Hồng [6]

Thành phần độ hạt của đất (grain - size composition of soil) là tỷ lệ phần trăm

(%) theo khối lượng của các nhóm cỡ hạt thành phần có trong đất [7] Thành phần

độ hạt (%) gồm các cấp: cát 2-0,05mm; bột 0,05-0,005mm; sét <0,005mm, trong đócấp hạt sét đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nguyên liệu khoáng

Xác định thành phần hạt là phân chia đất thành từng nhóm các cỡ hạt gầnnhau về độ lớn và xác định hàm lượng phần trăm của chúng

b Khái niệm chung về khoáng vật và thành phần khoáng vật

Khoáng vật là một nguyên tố hoặc một hợp chất thường có dạng kết tinh và nó

đã được thành tạo do kết quả của các quá trình địa chất [2].

Khoáng vật tồn tại ở 3 thể: rắn, lỏng và khí, trong đó chủ yếu ở thể rắn.Khoáng vật thể rắn hình thành và tồn tại ở 2 dạng cơ bản là kết tinh tạo thành cáctinh thể và vô định hình, hầu hết khoáng vật ở dạng tinh thể Hình dạng tinh thể do

sự liên kết theo quy luật của các nguyên tử, ion hoặc phân tử tạo nên các mạng lướitinh thể

Thành phần khoáng vật của đất bao gồm ba loại chính là khoáng vô cơ,khoáng hữu cơ và chất hữu cơ Khoáng vô cơ là các mảnh khoáng vật hoặc đá vỡvụn đã và đang bị phân huỷ thành các khoáng vật thứ sinh Chất hữu cơ là xác chếtcủa động thực vật đã và đang bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật trong đất.Khoáng hữu cơ chủ yếu là muối humat do chất hữu cơ sau khi phân huỷ tạo thành.Ngoài các loại trên, nước, không khí, các sinh vật và keo sét tác động tương hỗ vớinhau tạo thành một hệ thống tương tác các vòng tuần hoàn của các nguyên tố dinhdưỡng nitơ, phôtpho, v.v

Hiện nay đã xác định được trên 3000 loại khoáng vật có trong vỏ Trái Ðất

Theo Chetvericốp, toàn bộ khoáng vật có trong vỏ Trái Ðất nằm trong 10 lớp:

Khoáng vật thứ sinh được hình thành do quá trình biến đổi như các quá trìnhphong hoá, các hoạt động địa chất.v.v Do vậy khoáng vật thứ sinh gặp nhiều trongmẫu chất và đất như oxyt, hydroxit, các keo sét.v.v

Sự phân biệt khoáng vật nguyên sinh với thứ sinh có tính chất tương đối.Thạch anh trong đá granit là nguyên sinh, khi granit bị phong hoá cho ra thạch anh

là khoáng thứ sinh, nhưng thạch anh thứ sinh lại là thành phần chính tạo đá trầm

tích là cát kết nên nó cũng là khoáng nguyên sinh trong đá cát [4]

c Khái niệm về khoáng vật sét

Có rất nhiều các nhà khoa học đưa ra các khái niệm khác nhau về khoáng vậtsét như Keit Frye, Hoa Kỳ và Deer và nnk (1993) đều cho rằng khoáng vật sét làkhoáng vật có kích thước nhỏ (<2µm), chủ yếu là các silicat có cấu trúc lớp củanhôm, sắt và magie

Định nghĩa này đã dựa trên bản chất của các phần silicat của cấu trúc màkhông bao gồm các yêu cầu trước đây về các mối liên kết giữa lớp yếu hơn hoặc cácthuộc tính vật lý nhất định của tính chất đó Vì vậy nó không động chạm đến phạmtrù được gọi là "silicat giả lớp" của các khoáng vật như palygorskit và sepiolit (làcác loại không có các cắt khai theo mặt lớp rõ ràng)

Ngày nay mọi người đều thừa nhận: Các khoáng vật sét thuộc về họ cáckhoáng vật cấu trúc lớp (phylosilicates) và bao gồm các tấm (tầng) tứ diện hai chiềuliên tục có thành phần T2O5 (T: Si, AL, Be ) với các tứ diện được liên kết với nhau

bằng cách dùng chung ba góc của mỗi tứ diện, còn góc thứ tư có thể có hướng bất

kỳ Các tứ diện này trong ô mạng cơ sở liên kết với các tầng bát diện hoặc với cácnhóm cation phối trí, hoặc với các cation riêng lẻ" [1]

d Khái niệm kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 và thông thườngchỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Tuy nhiênchúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng

Các kỹ sư mỏ cho rằng đất là tập hợp các mảnh vụn bở rời phủ trên các đá vàquặng mà khi khai thác, các phần bở rời này cần được bóc đi

Theo quan điểm về thổ chất của Địa kỹ thuật, đất là một đối tượng bở rời nằmphía trên đá cứng, do đó phân đới của mặt cắt đất cũng gần gũi hơn với các phânđới thường được sử dụng nghiên cứu vỏ phong hóa

Đối với ngành giao thông, đất là loại vật liệu cần phải được đầm nén khi làmđường hoặc cần được bóc đi và thay thế bằng sỏi và đá nếu các tính chất của chúngkhông ổn định

Đối với ngành nông nghiệp, đất là loại vật liệu trên đó có thể trông cây và cácloại cây cối Đối với nông dân, đất không chỉ là một đối tượng có ích mà còn là bộphận không thể thiếu được trong đời sống của họ

Từ các định nghĩa hay khái niệm khác nhau về các lĩnh vực nghiên cứu, ta rút

ra để nghiên cứu đất là: đất là gì và nó có thể và nên được sử dụng như thế nào.Hiện nay trong ngành nông nghiệp và sinh vật đang phổ biến hai cách tiếp cậnđối tượng đất:

Trường phái thứ nhất đưọc gọi là Edaphology (xuất phát từ tiếng Hy Lạp

Edaphos- cổ nghĩa là đất thổ chất - tạm dịch là thổ nhưỡng học): coi đất là phần

phía trên cùng của nền đất đá, là đối tượng nơi các loài thực vật cư trú và nghiêncứu đất dựa trên cơ sở này

Trường phái thứ hai coi đất là một thể tự nhiên thống nhất, là sản phẩm biếnđổi về mặt sinh hoá và kết hợp lại của tự nhiên, phân bố ở phía trên cùng của vỏphong hóa Những người theo trường phái này tạo nên ngành khoa học Pedology-

cũng xuất phải từ tiếng Hy Lạp Pedon có nghĩa là đất (tạm dịch là thồ chất học hay

khoa học đất) [3]

b Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành đất

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hình thành, khả năng bảo tồn và trạngthái hóa lý của đất Trong các yếu tố đó, trước hết phải kể đến thành phần (hóa học

và khoáng vật cũng như cấu trúc và tính chất vật lý của đá mẹ, điều kiện khí hậu,địa hình và địa chất thủy văn, thảm thực vật

- Vật liệu đá gốc: đá gốc là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết

định tốc độ của quá trình hình thành đất và tính chất cơ lý (thành phẩn cơ giới) củađất Các đá gốc chứa nhiều thạch anh và các khoáng vật khó phong hóa khác thường

bị phong hóa chậm, tạo nên các sản phẩm bở rời (đất) với nhiều thành phần vụn thô(cát sạn) Các đá gốc chứa các khoáng vật dễ bị phong hóa (các khoảng vậtcacbonat, felspat kiềm ) khi bị phong hóa sẽ tạo thành đới sản phẩm giàu sét vàcác vật liệu mịn

Ngoài thành phần, cấu trúc của đá gốc cũng ảnh hưởng đến qụá trình hìnhthành đất đá gốc có cấu tạo đồng nhất, đặc xít thường khó bị phong hóa để tạo thànhđất Các đá gốc xốp hoặc bị nứt nẻ nhiều thường de cho nước và oxy xâm nhập vào,tạo điều kiện cho quá trình hình thành đất nhanh hơn

Đá gốc ngoài việc ảnh hưởng đến thành phần cơ giới của đất cũng đóng vai tròquan trọng về mặt thành phẩn hóa học của đất Các đá gổc giàu sắt và nhôm khi bịphong hóa thường tạo nên loại đất feralit mà loại đất đỏ bazan là ví dụ điển hình

Các đá gốc giàu Mg và các loại kiềm khi phong hóa sẽ cho các sản phẩm đất giàukiềm

- Khí hậu: khí hậu với các thông số điển hình là nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm,

…quyết định rất nhiều đến tốc độ phong hóa các đá (hay hình thành đất), thànhphần cơ giới và thành phần khoáng vật của đất Tại các vùng nhiệt đới nóng ẩmthường phát triển loại đất giàu khoáng kaolinit và hydroxit sắt - nhôm Tại các vùnglạnh phát triển loại đất giàu khoáng hydromica và montmorillonit Tại các vùng khôthường phát triển đất giàu các vật liệu vụn thô

- Địa hình: địa hình là yếu tố quan trọng trong việc hình thành đất thông qua

mực nước ngầm và khả năng bảo tồn đất Tại các khu vực địa hình phân cắt, đất saukhi được hình thành thường dễ bị bào mòn và rửa trôi đi nơi khác Tại các khu vựcbằng phẳng mực nước ít dao động dẫn đến giảm lượng oxy hòa tan cũng làm chậmlại quá trình hình thành đất Các khu vực địa hình sườn thoải rất lý tưởng cho quátrình hình thành và bảo tồn đất

- Sinh vật: sự có mặt của các sinh vật đặc biệt là lớp phủ thực vật và các chủng

loại vi sinh vật trong đất cũng thúc đẩy nhanh quá trình hình thành các loại đất Cácmùn cây và các vật liệu hữu cơ trong đất, ngoài việc đóng vai trò cung cấp dinhdưỡng làm tăng độ phì của đất còn là những chất xúc tác cho quá trình phong hóacác đá gốc tạo nên những tầng đất dày

- Thời gian: là yếu tố cần thiết để 1 mặt cắt đất hình thành một cách đầy đủ.

Trong các vùng nhiệt đới nóng ẩm, thời gian để hình thành 1 phẫu diện đất cũng cầnphải hàng trăm ngàn năm, còn trong điều kiện ôn đới và khô hạn thời gian có thểđến hàng triệu năm

- Mặt cắt đất: tương tự mặt cắt phong hóa, trong mặt cắt đất cũng phân ra các

đới có những đặc trưng riêng về hình thái, cấu trúc và thành phần, cơ chế thành tạo.Môi trường đất bao gồm các tổ phần pha rắn, lỏng, khí và các thông số đặctrưng cho chúng, cụ thể là Eh và pH đóng một vị trí vô cùng quan trọng đối với sinhvật

- Thế năng oxi hóa - khử (Eh)

Đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động của vi sinh vật.

+ Eh dương từ 450 - 800mV: oxy tự do có mặt với khối lượng đủ lớn ở cảdạng khí và dạng hoà tan trong đất, các phản ứng oxy hoá diễn ra mạnh mẽ (kể cảphản ứng nitrit hóa), các chất hữu cơ hoà tan bị phân hủy sinh hóa rất nhanh

+ Eh dương từ 0 đến 450mV: Phản ứng oxy hóa sắt hai thành hydroxit sắt(Fe(OH)3) ba chiếm vai trò chủ đạo, hàm lượng oxy tự do và oxy hoà tan rơi xuôngdưới ngỡng tối thiểu Nó được bổ xung thêm ở một mức độ nào đó từ các hợp chấtnitrat và Fe(OH)3 nhưng phản ứng rất chậm Phân hủy sinh học các chất hữu cơ hòatan rất chậm Cần lưu ý thêm rằng tính acid đã củng cố thêm vai trò của Eh trongviệc đẩy mạnh quá trình khử Một phần Fe(OH)3 bị khử trong môi trường acid ởmức Eh từ 300 đến 400mV

+ Eh âm từ 0 đến - 300mV: Môi trường khử mạnh còn được gọi là môi trường

âm tính (anoxic - Không có oxy) Các vật liệu hữu cơ được phân hủy bằng lên men

kị khí Từ giá trị Eh bằng 0 trở đi, phản ứng khử oxyt sắt diễn ra ngay tại môitrường trung hòa (pH bằng 7), các muối hỗn hợp sắt III và sắt II tương đối dễ bị hoàtan được hình thành, và có xu hướng tích tụ trong hệ thống đất tạo nên màu xanhlục xám

Trong môi trường khử mạnh (Eh từ - 200 đến - 300mV), có một số phản ứngđặc trưng diễn ra: Khử các sunfat sắt thành sunphua sắt, phản ứng này thường diễn

ra ở các khu vực lưu thông khí kém và các rừng ngập mặn Các trầm tích chứ thanbùn giàu chất hữu cơ bị men hóa thành metan Theo phương thức này tất cả cáccacbua hydro, thậm chí cả cellulos đều bị biến thành các khí, tạo thành H2 và CH4-

là loại khí tạo nên hiệu ứng khí nhà kính [3]

- Độ acid và pH của đất

Độ pH của đất được xác định bằng nồng độ của ion H+: độ pH thực tế tươngứng với nồng độ của H+ trong dung dịch đất, khác với độ acid tiềm tàng được xácđịnh bằng tổng của các ion H+ có khả năng trao đổi (cao hơn rất nhiều) đóng gópvào khối lượng “không sẵn sàng” hiện thời Loại này được đo bằng cách xác địnhhoặc trao đổi với dung dịch muối Độ pH tạo nên độ acid thực tế Nó là trị số logarit

âm của nồng độ H+ trong dung dịch đất Do đó đất được gọi là acid nếu có pH <7,trung tính nếu có trị số pH = 7 và được gọi là đất bazơ nếu trị số pH >7.

Có thể xác định đo pH bằng máy đo pH (pH meter) trong dung dịch đất –nước với tỷ lệ 1:1 Nhiều người thích đo trong dung dịch KCI 0,1N vì phép đo đócho kết quả nhanh hơn nhưng do trao đổi của ion K+ với ion H+, nên kết quả thuđược sẽ thấp hơn giá trị thực tế 0,1 đến 1 tùy loại đất [3]

Ngoài ra đất còn có khả năng hấp phụ và trao đổi cation như hấp phụ cơ học,hấp phụ hóa học, và hấp phụ sinh học, trao đổi cation, trao đổi anion… được trìnhbày chi tiết ở chương 3

c Các kim loại nặng trong đất

Các kim loại nặng có thể tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác nhau, hấp phụ,liên kết với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat).Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH;dung tích trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn nhau vào các kim loại khác Ởcác loại đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ Nhìnchung các kim loại nặng có khả năng linh động lớn ở các đất chua (pH<5,5)

Hàm lượng KLN vượt quá ngưỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dàiđến cơ thể con người Những nguyên tố KLN như As, Cd, Cr, Pb, Hg đều được cơquan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và Cơ quan Quốc tế Nghiên cứu về Ungthư (IARC) coi là tác nhân gây ung thư ở người Nguy hiểm hơn nếu cơ thể tích lũyhàm lượng lớn KLN sẽ dẫn đến nhiều biến chứng nặng nề, gây tổn thương não, corút các bó cơ, biến dạng các ngón tay, chân, khớp, làm người bệnh phát điên và tửvong sau khi tiếp xúc từ vài giờ đến vài tháng hoặc năm KLN có thể tiếp xúc vớimàng tế bào, ảnh hưởng đến quá trình phân chia DNA, dẫn đến thai chết, dị dạng,quái thai của các thế hệ sau

d Phân loại đất

- Phân loại đất theo thành phần cơ giới

Trên thế giới có rất nhiều bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới nhưng cócác dạng phân loại: theo Mỹ, Liên Xô (cũ), và quốc tế (Nguyễn Thế Đặng và ctv,1999) Cách phân loại đất theo thành phần cơ giới được biểu diễn trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1 Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của quốc tế

( Nguồn Nguyễn Thế Đặng và ctv, 1999)

Tên

% Trọng lượng Cát

2-0.02mm

Bụi 0.02-0.002mm

Sét 0.002- 0002mm

0-4530-4545-100

0-150-150-15

Thịt nặng 5.Đất thịt trung bình

6.Đất thịt nặng7.Đất sét nặng

55-8530-550-40

0-3020-4545-75

15-2515-2515-25Sét 8.Đất sét pha cát

9.Đất sét pha thịt10.Đất sét trung bình11.Đất sét

12.Đất sét nặng

55-750-3010-550-550-35

0-2045-750-450-550-35

25-4525-4525-4545-6565-100

- Phân loại đất theo thành phần độ hạt [8]

Dựa theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8732:2012 Đất xây dựng và công trìnhđất được phân chia thành các nhóm theo kích thước như sau:

+ Nhóm hòn tảng: cỡ hạt lớn hơn 200 mm

+ Nhóm hạt cuội (tròn) và dăm (góc cạnh): cỡ hạt từ 200 mm đến 60 mm;được phân ra: cuội (dăm) hạt to: 200 đến 100 mm; cuội (dăm) hạt nhỏ: 100 mm đến

60 mm

+ Nhóm hạt sỏi (tròn) sạn (góc cạnh): cỡ hạt từ 60 mm đến 2 mm, được phânra: sỏi (sạn) hạt to: 60 mm đến 20 mm; sỏi (sạn) hạt trung: 20 mm đến 5 mm; sỏi(sạn) hạt nhỏ: 5 mm đến 2 mm

+ Nhóm hạt cát: cỡ hạt từ 2 mm đến 0,05 mm, được phân ra: các hạt thô: từ 2

mm đến 0,5 mm; các hạt trung: từ 0,5 mm đến 0,25 mm; các hạt nhỏ: từ 0,25 mmđến 0,10 mm; cát hạt mịn: từ 0,10 mm đến 0,05 mm

+ Nhóm hạt bụi: cỡ hạt từ 0,05 mm đến 0,005 mm

+ Nhóm hạt sét: cỡ hạt nhỏ hơn 0,005 mm

2.1.3 Đặc điểm cấu trúc khoáng vật sét và phân loại.

a Đặc điểm cấu trúc khoáng vật sét

Trong các khoáng vật sét thường có hai loại cấu trúc cơ sở - cấu trúc hydroxytnhôm + oxy (hydroxyl) bát diện và cấu trúc oxyt silic - tứ diện (Hình 2.1)

Trong cấu trúc cơ sở hình tứ diện, một nguyên tử silic cách đều 4 nguyên tửoxy (hay nhóm hydroxyl) sắp xếp trong tứ diện với nguyên tử silic ở trung tâm.Chúng tạo thành các nhóm sao cho có thể tạo nên các liên kết mạng sáu cạnh vàđược lặp lại không giới hạn để tạo thành một tầng với thành phần Si4O6(OH)4 liênkết với nhau bởi các ion (cation) Al3+ và /hoặc các cation Mg2+, mỗi nguyên tử nàyđược 6 anion oxy “hoạt tính” vây quanh (Etrim, 1962)

a b

Hình 2.1 Sơ đồ đơn vị cấu trúc cơ sở của khoáng vật sét:

tứ diện (a) và bát diện (b)

Hai loại cấu trúc trên có thể tạo thành các kiểu các lắp ghép khác nhau tạo nênnhiều loại alumosilicat khác nhau dưới dạng các khoáng vật có cấu trúc lớp (kiểutấm-liên kết với nhau theo hai chiều) hoặc chuỗi hay mạch (kiểu kim que kéo dài)hay theo cả ba chiều trong không gian tạo thành cấu trúc khung (Hình 2.2)

Hình 2.2 Liên kết của các tứ diện SiO 4 tạo thành cấu trúc khung

Đa số các các khoáng vật sét có cấu trúc lớp nhưng lại có một số khoáng vậtsét như palygorskit và sepiolit lại có cấu trúc dạng mạch

Trong cấu trúc của sepiolit, các bát diện liên kết với nhau thành những chuỗi(mạch) chứ không phải những tầng (lớp) như ở các khoáng vật sét khác Tuy vậyloại cấu trúc này kém phổ biến hơn nhiều so với cấu trúc lớp trong các khoáng vậtsét.Trong các khoáng vật silicat lớp (phylosilicate) nói chung và khoáng vật sét nóiriêng, các đơn vị cấu trúc cơ sở trên liên kết với nhau tạo thành các tầng tứ diện vàbát diện

Hình 2.3 Mô hình liên kết của các tứ diện SiO 4 và bát diện (Al,Mg)(OH) 6

trong cấu trúc của các khoáng vật sét

Trong tầng cấu trúc bao gồm các bát diện, các nguyên tử (đúng hơn là cáccation Al+3, Fe+2 hay Mg+2) phân bố trong các bát diện sao cho chúng cách đều sáuanion oxy hay hydroxyl (OH) Khi oxyt nhôm có mặt thì chỉ có 2/3 vị trí được lấpđầy tạo nên các tầng hydroxyl (hay cấu trúc kiểu gibsit theo một số người dùng) vớicông thức Al2(OH)6; trong khi đó, nếu có mặt Mg thì mọi vị trí đều được lấp đầy đểcân bằng cấu trúc tạo nên cấu trúc hydroxit (hay như một số người gọi là cấu trúckiểu brucit) với công thức Mg3(OH)6 (Hình 2.4) [1]

Hình 2.4 Cấu trúc lớp kiểu brucit từ các bát diện với tâm là Al 3+ , Fe +2

hoặc Mg 2+ , các đỉnh là O -2 hoặc nhóm hydroxyl (O)

- Họ sét kaolin: kaolinit, dickit, nacrit

- Họ sét haloysit: haloysit, (gacierit) alophan

- Họ sét hydromica: vecmiculit, glauconit, hydromuscovit, stilpnomelan

- Họ sét montmorilonit: montmorilonit, beidelit, nontronit, chryzocon

Một số nhà khoáng vật học phương tây có phân loại khác như:

Keit Frye (1981) (trong cuốn từ điển khoáng vật ) đã phân ra các nhóm khoángvật sét chính sau:

- Nhóm kaolinit bao gồm các khoáng vật thuộc loại kaolinit-haluazit và loạisecpentin (lizardit vad crisotil)

- Nhóm sét mica hạt mịn (được gọi là illit) bao gồm các khoáng vật mica bịhydrat hóa

- Nhóm smectit trong đó phổ biến nhất là montmorilonit, nontronit

- Nhóm vecmiculit và clorit

- Nhóm khoáng vật sét có cấu trúc gần như vô định hình: Alophan, imogolit [1]

2.1.4 Khả năng hấp phụ và trao đổi cation của các khoáng vật

a Các dạng hấp phụ

- Hấp phụ cơ học: là khả năng của keo giữ lại các hạt tương đối thô trong cáckhe, lỗ hổng Keo là một vật thể xốp chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhaunên nó có khả năng giữ lại một cách cơ học những hạt có kích thước lớn hơn kíchthước của lỗ hổng

- Hấp phụ lý học (hấp phụ phân tử) là khả năng giữ lại những hạt có kíchthước nhỏ (những phân tử, nguyên tử) trên bề mặt keo Các hạt keo có kích thướcnhỏ thường có năng lượng bề mặt (những nguyên tử ở ngoài cùng khác với nhữngnguyên tử ở bên trong) Bởi vậy hấp phụ lý học phụ thuộc nhiều vào thành phần cơgiới (tổng lượng các cấp hạt) Ví dụ trong đất, nếu loại nào có nhiều hạt sét- thànhphần cơ giới nặng thì có năng lượng bề mặt lớn Do đó khả năng hấp phụ lý họccũng càng lớn

Ngoài ra hấp phụ lý học còn phụ thuộc vào sự có mặt của một số chất có khảnăng làm tăng hay giảm sức căng bề mặt của các hạt đất có kích thước nhỏ

Chất làm giảm sức căng bề mặt sẽ bị hấp phụ mạnh, ngược lại chất làm tăngsức căng bề mặt sẽ bị đẩy ra khỏi bề mặt

- Hấp phụ hóa học: là khả năng giữ lại trong keo các chất hòa tan ở dạng kếttủa, không tan, ít tan do kết quả của những phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch

- Hấp phụ sinh học:

Là khả năng hấp phụ của đất được thực hiện bởi các yếu tố sinh vật

Nhờ hấp phụ sinh học mà có thể giảm được chi phí sản xuất do việc giảmlượng phân bón sử dụng

- Hấp phụ trao đổi:

Là khả năng hấp phụ của đất được thực hiện thông qua quá trình trao đổi ion

b Khái quát về hấp phụ và trao đổi cation của khoáng vật sét.

Các khoáng vật sét có một tính chất rất quan trọng là khả năng hấp phụ và traođổi ion Hiện tượng trao đổi ion của khoáng vật sét là kết quả của việc tăng điện tích

âm của các sét, khi đó các ion bị hấp thụ trên bề mặt của keo này Các ion bị hấp thụbao gồm Ca+2, Mg+2, K+, Al+3, H+ cùng các ion khác

Nguyên nhân chính của khả năng hấp thụ và trao đổi ion của sét phụ thuộc vàocấu trúc của các khoáng vật sét (Xem Hình 2.5)

Hình 2.5 Mô hình phân bố điện tích trong tứ diện SiO 4 và bát diện Al(OH) 3

Trong khi cấu trúc tứ diện SiO4 khá cân bằng về mặt điện tích thì các cấu trúcbát diện khi hấp thụ thêm nhóm (OH)- lại bị mất cân bằng điện tích ở các mức độkhác nhau Chính sự mất cân bằng điện tích là yếu tố quan trọng để các phần tử séthấp thụ các ion trái dấu nhằm đạt mức độ cân bằng điện tích trong phạm vi các hạtsét

Kết quả nghiên cứu cho thấy, sét có khả năng trao đổi, hấp thụ các ion (cation

và anion) từ môi trường xung quanh đồng thời nhả ra một số ion tương ứng Cáccation hấp thụ chính trong sét là Ca+2, Mg+2, H+, Na+, Ka+ và các anion quan trọngnhất là PO43-, SO42-, Cl-, NO3-

Cụ thể phản ứng trao đổi trong môi trường sẽ xảy ra như sau:

Ca+2 + 2Na+ (trong sét) → Ca2+ (trong sét) + 2Na+

Kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy, trong số các khoáng vậtsét thì montmorillonit có khả năng trao đổi- hấp thụ mạnh nhất, sau đó đến beidelit,hydromica và cuối cùng là nhóm kaolinit