ziarna piasku nie są jednolite pod względem wielkości. Minimalna średnica ziarna piasku wynosi tylko 62,5 mikrometra lub 0,0625 milimetra, podczas gdy górna granica średnicy ziarna piasku wynosi 2 milimetry. Powszechnie wiadomo, ale dlaczego takie liczby? Można powiedzieć, że po prostu trzeba narysować gdzieś granicę, aby móc odróżnić piasek od mułu lub żwiru. Czy te liczby są całkowicie dowolne? Tak i nie. Dokładne liczby są zdecydowanie dowolne. Są one określone przez skalę logarytmiczną, która określa również granice między drobnym, średnim i grubym piaskiem.
szare koło przypomina górną granicę wielkości ziaren piasku (bardzo grubego), podczas gdy najmniejsze czerwone koło przypomina najmniejsze. Czarny, niebieski, zielony i żółty to górne granice odpowiednio Grubych, Średnich, drobnych i bardzo drobnych ziaren piasku. Wykres jest skalowany.
jednak ten schemat klasyfikacji jest wybrany tak, aby uzyskać jak najwięcej sensu w geologii. Odzwierciedla ruch ziaren piasku w wodzie. W wodzie rzeki ziarna piasku nie są przenoszone w zawiesinie. Mają tendencję do poruszania się w skokach — bieżąca woda czasami podnosi ziarna piasku do góry, ale nie jest w stanie przenieść ich daleko. Ziarna piasku osiadają ponownie i czekają na następny skok. Taki tryb ruchu nazywany jest saltation i jest szczególnie charakterystyczny dla ziaren piasku. Żwir toczy się po dnie rzeki, podczas gdy muł jest zwykle przenoszony w zawieszeniu.
oczywiście, to zależy od prędkości wody rzeki. Czasami (w szybko poruszających się potokach górskich) granulki również solą. A czasami woda rzeczna nie jest w stanie podnieść ziaren piasku nawet tymczasowo. Natura się nie klasyfikuje. Nie ma takiej potrzeby. Ale my, ludzie, desperacko potrzebujemy schematów klasyfikacji, aby skategoryzować rzeczy i spróbować zrozumieć otaczający nas świat. Dlatego żaden schemat klasyfikacji nie jest doskonały, a stosowany obecnie nie jest w żadnym razie jedynym możliwym.
trudno sobie wyobrazić, jak różne mogą być dwa ziarna, jeśli jedno z nich ma średnicę tylko 62.5 mikrometrów, podczas gdy drugi ma grubość 2000 mikrometrów lub 2 milimetry. Pierwszy z nich jest ledwo widoczny, podczas gdy drugi jest tak duży jak głowa zapałki. Ile jeden jest większy od drugiego? To powinno być proste, po prostu dzielimy 2000 przez 62,5 i otrzymujemy wynik 32. Jednak taki wynik może być matematycznie poprawny, ale nie ma sensu. Prawdziwą miarą wielkości ziarna jest jego objętość. W końcu to, czy woda rzeczna jest w stanie przenosić ziarno, zależy od masy i objętości ziaren, a nie od średnicy.
jeśli założymy, że nasze ziarna są kulami doskonałymi, to większa ma 32 768 razy większą objętość. To ogromna różnica i oczywiście musi znacząco wpływać na zachowanie ziaren.
ile waży jedno ziarno piasku? Załóżmy, że mamy do czynienia z ziarnami kwarcu. Kwarc ma gęstość 2,65 gramów na centymetr sześcienny. Ziarno o średnicy 2 milimetrów stanowi niewiele ponad cztery tysiące centymetrów sześciennych i waży około 0,011 grama. Nie podaję masy mniejszego ziarna, liczba byłaby śmiesznie mała, ale można ją łatwo obliczyć dzieląc 0,011 z 32,768.
teraz wiemy, że nawet największe ziarna piasku są lekkie. A co z liczbą ziaren, które możemy zmieścić w pojemniku o określonej objętości, powiedzmy 1 centymetr sześcienny? Aby to obliczyć, musimy wiedzieć, ile ziaren możemy wcisnąć do tego pojemnika. Obliczenia teoretyczne pokazują, że jeśli ziarna są rozmieszczone nieregularnie,nie można osiągnąć lepszego pakowania niż około 63%. Oznacza to, że około 37% twojego pojemnika zostanie wypełnione powietrzem, wodą lub czymś innym. Tworzy objętość przestrzeni porów, co jest bardzo ważnym wskaźnikiem, jeśli spróbujemy obliczyć, na przykład, ile ropy naftowej może zawierać warstwa piaskowca. Proste obliczenia dają wynik, że 1 centymetr sześcienny może zawierać 151 ziaren piasku o średnicy 2 mm i 4 959 645 ziaren piasku o średnicy 62,5 mikrometra.
większość kolekcjonerów piasku woli mieć co najmniej 30 ml piasku na próbkę. Jestem wyjątkiem, ponieważ jestem zadowolony z znacznie mniej niż to. Oto kilka obliczeń, dlaczego tak jest. Załóżmy, że średnie ziarno piasku ma średnicę 250 mikrometrów (jest to granica między piaskiem drobno – i średnioziarnistym). Jeśli masz 30 ml takiego piasku, to masz 2 324 833 ziaren piasku. Czy naprawdę potrzebujesz tak wielu, jeśli twoim celem jest uzyskanie ogólnego przeglądu składu próbek piasku? Zdecydowanie nie. Nawet setna z tego wystarczy. To jest podstawa mojego twierdzenia, że jeśli masz bardzo ciekawą próbkę piasku, ale możesz wysłać tylko jeden gram, nadal byłbym szczęśliwy. To więcej niż potrzebuję.
Czy możemy spróbować oszacować, ile ziaren piasku jest na całym świecie? Nikt ich nigdy nie policzył, ale myślę, że możemy dokonać bardzo szorstkich szacunków. Istnieje około 200 milionów kilometrów sześciennych osadów kontynentalnych. Zakładając, że około czwarta część to piasek, całkowita objętość piasku wynosi około 50 milionów kilometrów sześciennych. Jeśli założymy, że średnie ziarno piasku ma średnicę 250 mikrometrów, to mamy około 4 x 1027 ziaren piasku w skorupie.
to naprawdę ogromna liczba. Pamiętam, jak Carl Sagan powiedział kiedyś w swoim serialu Cosmos, że jest prawdopodobnie więcej gwiazd we wszechświecie niż ziaren piasku na wszystkich plażach. Może i tak, ale plaże nie są jedynymi miejscami, gdzie można znaleźć piasek. Jeśli obliczymy liczbę wszystkich ziaren piasku pokrywających skorupę, myślę, że ziarna piasku nadal mają ostatni śmiech.
| wielkość ziarna (µm) | nazwa zbiorcza | różnica objętości | nie. of grains in 1 cm3 |
|---|---|---|---|
| 62.5 | Very fine sand | 1 | 4,959,645 |
| 125 | Fine sand | 8 | 619,956 |
| 250 | Medium sand | 64 | 77,494 |
| 500 | Coarse sand | 512 | 9687 |
| 1000 | Very coarse sand | 4096 | 1211 |
| 2000 | Gravel | 32,768 | 151 |