Cát

Cát là vật liệu tự nhiên dạng hạt bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn. Khi được sử dụng trong lĩnh vực địa chất học, kích thước hạt cát dao động từ 0,0625 mm đến 2 mm (theo thang Wentworth ở Hoa Kỳ) hoặc từ 0,05 mm đến 1 mm (theo thang Kachinskii ở Nga và Việt Nam hiện nay). Một hạt vật liệu tự nhiên nếu nằm trong các kích thước này được gọi là hạt cát.

Phân loại theo kích thước

Dựa vào kích thước hạt, cát được chia thành các lớp phụ khác nhau.

(*): Đơn vị tính cm

Các kích thước này được đo bằng thang đo kích thước trầm tích Φ, trong đó Φ = -log cơ số 2 của kích thước tính bằng mm. Trên thang đo Wentworth, giá trị Φ cho cát dao động từ -1 đến +4, với các lớp phụ được phân bố tại các số nguyên.

Thành phần

Silica (dioxide silic hay SiO₂) là thành phần phổ biến nhất của cát trong các môi trường đất liền trên lục địa và các vùng không phải là duyên hải khu vực nhiệt đới, thường ở dạng thạch anh, là chất có tính trơ hóa học và có độ cứng đáng kể, nên có khả năng chống phong hóa tốt.

Tuy nhiên, thành phần hợp của cát có sự biến động lớn, phụ thuộc vào nguồn gốc đá và các điều kiện khác tại khu vực. Các loại cát trắng được tìm thấy ở các vùng duyên hải nhiệt đới và cận nhiệt đới thường là đá vôi bị xói mòn và có thể chứa các mảnh vụn từ san hô hoặc mai (vỏ) của động vật cùng các vật liệu hữu cơ hoặc có nguồn gốc hữu cơ khác. Các đụn cát thạch cao ở Di tích quốc gia White Sands, bang New Mexico (Hoa Kỳ), nổi tiếng với màu trắng chói. Acco (arkose) là cát hay sa thạch với hàm lượng fenspat đáng kể, có nguồn gốc từ quá trình phong hóa và xói mòn của đá granit (thường là cận kề). Một số loại cát còn chứa manhếtit, chlorit, glauconit hay thạch cao. Cát giàu manhếtit thường có màu từ sẫm đến đen, giống như cát có nguồn gốc từ đá bazan núi lửa và opxidian (obsidian). Cát chứa chlorit-glauconit thông thường có màu xanh lục (còn được gọi là cát lục), như cát có nguồn gốc từ bazan (dung nham) với hàm lượng olivin lớn. Nhiều loại cát, đặc biệt cát ở Nam Âu, chứa các tạp chất sắt trong các tinh thể thạch anh của cát, tạo ra cát có màu vàng sẫm. Cát trầm lắng tại một số khu vực chứa ngọc hồng lựu và một số khoáng vật có sức kháng phong hóa tốt, bao gồm một lượng nhỏ các loại đá quý.

Cát được gió và nước vận chuyển đi và trầm lắng thành các dạng bãi biển, bãi sông, cồn cát, đụn cát, bãi cát ngầm, v.v.

Nghiên cứu cát

Nghiên cứu các hạt cát riêng lẻ có thể giúp phát hiện nhiều thông tin lịch sử như nguồn gốc và hình thức vận chuyển hạt cát. Cát thạch anh mới bị phong hóa gần đây từ các tinh thể thạch anh trong đá granit hay gơnai thường sắc nhọn và góc cạnh. Nó thường được sử dụng trong vật liệu xây dựng để sản xuất bê tông hoặc trong làm vườn như vật liệu bổ sung để làm xốp các lớp đất sét. Cát bị vận chuyển đi xa nhờ gió và/hoặc nước sẽ thuôn hơn, với các kiểu mài mòn đặc trưng trên bề mặt hạt cát. Cát sa mạc thường là thuôn tròn.

Sử dụng

Cát được sử dụng trong xây dựng và làm đường giao thông như là vật liệu tạo nền móng và vật liệu xây dựng trong dạng vữa (cùng vôi tôi hay xi măng). Một vài loại cát (như cát vàng) là một trong các thành phần chủ yếu trong sản xuất bê tông. Cát tạo khuôn là cát được làm ẩm bằng nước hay dầu và sau đó tạo hình thành khuôn để đúc khuôn cát. Loại cát này phải chịu được nhiệt độ và áp suất cao, đủ xốp để thoát khí và có kích thước hạt nhỏ, mịn, đồng nhất, không phản ứng với kim loại nóng chảy. Là một trong các thành phần chủ yếu để sản xuất thủy tinh. Cát đã phân loại bằng sàng lọc cũng được dùng như là một vật liệu mài mòn trong đánh bóng bề mặt bằng phun cát áp lực cao hay trong các thiết bị lọc nước. Các xí nghiệp sản xuất gạch ngói có thể dùng cát làm phụ gia để trộn lẫn với đất sét và các vật liệu khác trong sản xuất gạch. Cát đôi khi được trộn lẫn với sơn để tạo ra bề mặt ráp cho tường và trần cũng như sàn chống trượt trong xây dựng. Các loại đất cát thích hợp cho một số loại cây trồng như dưa hấu, đào, lạc cũng như là vật liệu được ưa thích trong việc tạo nền móng cho các trang trại chăn nuôi bò sữa vì khả năng thoát nước tốt của nó. Cát được sử dụng trong việc tạo cảnh quan như tạo ra các ngọn đồi và núi nhỏ, chẳng hạn trong xây dựng các sân golf. Cát được dùng để cải tạo các bãi tắm. Các bao cát được dùng để phòng chống lũ lụt và chống đạn. Xây dựng lâu đài cát cũng là một hoạt động khá phổ biến. Có nhiều cuộc thi về nghệ thuật xây dựng các lâu đài cát. Hoạt hình cát là một kiểu nghệ thuật biểu diễn và là công cụ kỹ thuật để sản xuất phim hoạt hình. Các bể nuôi sinh vật cảnh đôi khi cũng dùng cát và sỏi. Trong giao thông đường bộ và đường sắt người ta đôi khi sử dụng cát để cải thiện khả năng bám đường của bánh xe trong một số điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Cát còn dùng để chữa cháy ở một số nơi như cây xăng, trạm phòng cháy chữa cháy.

Nguy hiểm

Cát, nói chung, không gây hại cho sức khỏe. Tuy nhiên, khi làm việc với cát trong các hoạt động như đánh bóng bề mặt bằng phun cát áp lực cao, cần phải cẩn thận và đeo kính bảo hộ cũng như khẩu trang để tránh cát bắn vào mắt và hít phải bụi cát. Nếu tiếp xúc lâu dài với bụi silica, có thể dẫn đến bệnh phổi silicosis, do hít phải các hạt silica mịn. Các MSDS cho silica cũng cảnh báo rằng 'tiếp xúc quá mức với bụi silica có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe'.

Cát có thể hình thành cát lún trong các khu vực có dư thừa nước và áp suất căng lớn, khiến nó trở nên nhão ra. Khi khô, cát tạo ra các vật chắn đối với sinh vật sống trong đó, thường dẫn đến cái chết của chúng.