Sposób wyznaczania miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego w środowisku suchym i wodnym

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metoda wyznaczania miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego w wyniku badania samościeralności. Pod pojęciem samościeralność należy rozumieć: ubytek masy skalnej zachodzący w procesie toczenia się próbki złożonej z odłamków szkieletu glebowego, w środowisku suchym lub wodnym. Toczenie to odbywa się w warunkach laboratoryjnych w specjalnie do tego celu wykonanej aparaturze. Proponuje się prowadzenie oznaczeń samościeralności w dwóch środowiskach (suchym i wodnym) ze względu na istotną zmianę warunków doświadczenia związanych ze środowiskiem wodnym. Woda, chociaż z jednej strony zmniejsza tarcie między ocierającymi się o siebie odłamkami szkieletu, to z drugiej strony w przypadku niektórych skał (np. osadowych - piaskowców) wypłukuje cząstki lepiszcza, przyspieszając proces ścierania. Drugim aspektem przeprowadzania badań w środowisku wodnym jest możliwość zastosowania proponowanego wynalazku do badań nad procesami erozyjnymi zachodzącymi w potokach górskich.

Ze względu na to, że proponowana metoda zakłada stopniowe usuwanie kolejnych zwietrzałych warstw z badanych cząstek szkieletu w wyniku wzajemnego tarcia pomiędzy nimi w czasie swobodnego toczenia się w środowisku suchym lub wodnym, całość badania należy podzielić na etapy. Tu trzeba założyć, że w każdym z etapów usuwane będą tylko cząstki z warstwy odznaczającej się tą samą podatnością na ścieranie. Liczba tych etapów zależeć będzie od stopnia zwietrzenia badanego materiału skalnego, jak i od założonej dokładności badań. Pozyskany po każdym etapie samościeralności rozdrobniony materiał skalny można badać pod różnym względem (fizycznym, chemicznym, mineralogicznym).

Ponieważ wyniki doświadczeń samościeralności szkieletu wymagały opracowania metodyki ich prezentacji, proponuje się wprowadzenie następujących grup jednostek. Pierwszą proponowaną grupę jednostek, określających właściwości zwietrzeliny kolejnych warstw szkieletu glebowego autorzy nazwali współczynnikiem zwietrzenia i oznaczyli go symbolem WZ, z indeksami: dolnym d. lub w., w zależności od warunków prowadzonych badań (od angielskiego d - dry i w - water). Definicja WZ: - wyraża on zmiany wartości rozpatrywanej cechy próbki w kolejnych etapach samościerania (masy, objętości, promienia, powierzchni, gęstości objętościowej i właściwej, porowatości) wyrażony w jednostkach rozpatrywanej cechy lub w procentach, przypadający na: określoną przyjętą liczbę obrotów toczącej się cząstki (no) (np. 100, 200, 300, 500 itd.), względnie przyjętą długość drogi toczenia (In) (np. 20 m, 50 m, 100 m, itd.).

Dla drugiej grupy proponowanych jednostek zaliczono jednostki kończące, składający się z kilku etapów, cykl badania zwietrzeliny szkieletu. Jednostkę tą nazwano stopniem zwietrzenia i oznaczono symbolem SZ. Definicja SZ: - wyraża on zmiany rozpatrywanych cech próbki (masy, objętości, promienia, powierzchni, gęstości objętościowej i właściwej, porowatości), które stwierdzono we wszystkich z etapów badań szkieletu, wyrażone w jednostkach rozpatrywanej cechy lub w procentach przypadający: określoną przyjętą liczbę obrotów toczącej się cząstki (no) (np. 100, 200, 300, 500 itd.), względnie przyjętą długość drogi toczenia (In) (np. 20 m, 50 m, 100 m, itd.).

Korzyści z zastosowania wynalazku

Na obecną chwilę autorom nieznane są znormalizowane metody określania stopnia zwietrzenia materiału skalnego, które można by uznać za obiektywne. Stosowane metody badania ścieralności materiału skalnego w postaci kruszywa (ujęte m.in. w normach) dotyczą przede wszystkim określania jego wytrzymałości jako materiału stosowanego w szeroko pojętym budownictwie. Jednakże możliwość stosowa nią tych metod do badań geologicznych, hydrogeologicznych i ekologicznych (w tym gleboznawstwa) jest bardzo ograniczona. Z tego powodu autorzy wynalazku uważają, że proponowana metodyka badań wraz z aparaturą do jej realizacji może być niezwykle istotną przy realizacji prac badawczych w w/w zakresie. W wyniku zastosowania tej metodyki istnieje możliwość oddzielania od cząstek szkieletu glebowego kolejnych warstw zwietrzałych (o różnym stopniu zwietrzenia), które następnie można poddawać badaniom mającym na celu określenie ich właściwości chemicznych, mineralogicznych, fizycznych.

Potencjał komercjalizacji

Badania, które doprowadziły do opracowania zgłoszenia patentowego tematycznie mieszczą się w zakresie zarówno hydrologii jak i gleboznawstwa. Proponowaną metodykę można wykorzystać w następujących dziedzinach nauki:
1. Gleboznawstwo (rolnicze i leśne): W wyniku ścieralności szkieletu glebowego można pozyskać materiał, który następnie można wykorzystać do dalszych analiz, w wyniku których można badać procesy wietrzenia i ich wpływ zarówno na powstawanie gleb jak i ich właściwości.
2. Geologia, geomorfologia i hydrogeologia: Możliwe jest dokonywanie symulacji procesu rozdrabniania się materiału skalnego. Daje to możliwość prognozowania tempa procesów erozyjnych zachodzących w leśnych zlewniach górskich
3. Hydrologia i ekologia: Możliwe jest szacowanie ilości wody dostępne] w szkielecie w profilach glebowych, co jest ważnym czynnikiem zarówno hydrologicznym, jak i ekologicznym. Dla przykładu, gleby górskie posiadają zazwyczaj niewielką miąższość a udział szkieletu w tych płytkich glebach często przekracza 50%.