Происхождение. 
Лессовые породы

Более чем за вековую историю изучения лёссов было предложено не менее двадцати различных гипотез их происхождения. Обобщение этих данных позволило объединить все гипотезы в несколько групп, объясняющих возникновение лёссов эоловым (ветровым) и водным путем.

«Эоловая гипотеза. Ее основателем является Ф. Рихтгоффен (1877). Относя лёссы к эоловым отложениям, он не считал ветер единственным фактором образования лёссовых пород. После детального изучения лёссов Китая Ф. Рихтгоффен пришел к выводу, что лёссовый (пылеватый) материал переносился и откладывался в бессточных впадинах ветром и дождевой водой и удерживался там степной растительностью. Эоловая гипотеза нашла много последователей среди ученых России и других стран, которые развили и дополнили ее. Так, В. А. Обручев (1904) объяснял формирование сплошного лёссового покрова на высоких элементах рельефа за счет пыли, принесенной из отдаленных районов (экзотическая пыль). По мнению П. А. Тутковского (1899), ветры развевали ледниковые отложения и уносили пыль далеко от ледникового покрова, где она и образовывала лёсс. Американские ученые Ф. Леверетт (1899), Т. Чемберлин и др. (1909) основное значение придавали образованию пылеватых толщ за счет развевания речных и водно-ледниковых отложений близлежащих долин.

Многие известные отечественные и зарубежные ученые, например, А. И. Москвитин, И. И. Трофимов, Н. И. Кригер были и до настоящего времени остаются горячими сторонниками эоловой гипотезы.

Это связано с тем, что данная гипотеза хорошо объясняет покровное залегание лёссов на больших площадях и подкрепляется фактами быстрого накопления в засушливых областях довольно мощных слоев пылеватых осадков после прохождения сильных пыльных бурь.

Гипотезы водного происхождения. Среди сторонников, рассматривающих лёсс как породу, сформировавшуюся в водной среде, следует отметить выдающихся ученых П. А. Кропоткина (1876), В. В. Докучаева (1892), А. П. Павлова (1898), Ю. А. Скворцова (1948), Н. И. Толстихина (1928). По мнению этих исследователей, образование толщи пылеватых осадков происходило в результате смыва и последующего переотложения склоновых пород, переноса и накопления минерального материала в речных долинах и озерах, а также переноса и накопления лёссовых отложений водно-ледниковыми потоками. Существовала также точка зрения, что лёсс — это принесенная пыль, но переотложенная водными потоками. Все эти гипотезы рассматривают лишь процесс накопления пылеватых отложений, но не отвечают на главный вопрос: как пылеватый осадок превращается в лёсс с характерным набором признаков и свойств.

Почвенно-элювиальные гипотезы. В соответствии с этими гипотезами пылеватые отложения могут накапливаться любым путем, а их превращение в лёсс со всеми специфическими признаками этой породы происходит в результате почвообразования и выветривания. К сторонникам этой гипотезы следует отнести Л. С. Берга (1916), Н. М. Симбирцева (1900), Б. Б. Полынова (1934), И. П. Герасимова (1939). При рассмотрении данных гипотез, к сожалению, приходится констатировать, что они могут объяснить происхождения лишь отдельных лёссовых толщ.

Обобщение и анализ существующих в настоящее время гипотез происхождения лёссов позволяет сказать, что процесс формирования лёссовых пород состоит из двух этапов:

• * накопление минерального пылеватого осадка, которое может происходить различными путями,
• * превращение накопленного осадка в типичный лёсс, то есть в просадочную породу.

Безусловно, второй этап, характеризующийся появлением уникального явления — просадочности лёссов, имеет важнейшее значение. Ведь именно просадочность делает лёссы теми «загадочными» породами, над которыми уже более ста лет бьются ученые.

Из инженерной геологии известно, что лёсс:

• * эолового происхождения;
• * содержит соли CaCO3; CaSO4;
• * имеет малую влажность;
• * довольно однороден;
• * характерная особенность наличия макропор.

Образование лёсса по эоловой теории с его характерными особенностями приведено на рисунке 1. Предполагается, что пылеватоглинистые мелкие частицы, наносимые ветром, постепенно откладывались слоями и прорастали растительностью.

Рисунок 1. Схема образования лёссового грунта по эоловой теории происхождения Постепенно растительность сгнивала, вода испарялась, а соли кальция (по результатам гниения растительности) оставались. Поскольку водно-коллоидные связи, оставшейся пленочной воды, прочны и могут выдержать большую нагрузку, то грунт не уплотнялся. Коэффициент пористости такого грунта практически оставался постоянным е? const (отсюда определение не уплотненный грунт) — наличие большого количества макропор. Количество макропор в верхних слоях лёсса увеличивается из-за наличия землероев.

По гранулометрическому составу и числу пластичности лёссовые грунты относятся к пылеватым супесям и суглинкам.

Влажность лёссовых грунтов в естественном состоянии обычно не превышает 0,08…0,16, степень влажность менее 0,5, пористость -0,4…0,5.

Для лессовых грунтов характерно большое наличие макропор в виде трубчатых канальцев диаметром 0,1…4 мм, преимущественно имеющих вертикальное положение (рисунок 2).

По мере замачивания загруженного лёссового грунта наблюдается резкое уменьшение его объема, что приводит к просадке дневной поверхности и возведенных на ней сооружений.

Просадкой называют быстро развивающуюся осадку, вызванную резкими изменениями структуры грунта.

При природной влажности лёссовые грунты за счет цементационных связей обладают заметной прочностью и способны держать вертикальные откосы высотой более 10 м. Увлажнение лёссов приводит к растворению цементационных связей и разрушению его макропористой текстуры. Это сопровождается резкой потерей прочности грунта, значительными и быстро развивающимися деформациями уплотнения — просадками. Поэтому лёссовые грунты называют просадочными" [8].

Рисунок 2. Схема макроструктуры лёссового грунта и возможности развития просадки при попадании в неё воды.