Тема: Общие сведения. Эндогенные геологические процессы
1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.
2. Тектонические движения земной коры.
3. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.
4. Выветривание. Элювий
1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.
Геологическими называютпроцессы, протекающие в недрах Земли или на ее поверхности и связанные с образованием, перемещением или разрушением горных пород. Эти процессы постоянно изменяют облик нашей планеты.
Различают эндогенные (внутренней динамики) и экзогенные (внешней динамики) процессы.
Основной движущей силой эндогенных процессов является энергия, которая выделяется за счет перераспределения вещества в недрах Земли, радиоактивного превращения элементов, химических реакций.
К ним относятся: магматизм, метаморфизм, вулканизм, землетрясение и породообразование.
Экзогенные процессы действуют под влиянием солнечной энергии. Они проявляются во взаимодействии литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой.
Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико - химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.
Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.
Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся в глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом. Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а приурочены к определенным участкам земной коры, положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.
Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения магмы в земную кору получили название глубинного вулканизма, или плутонизма.
Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т. д.
Кроме кратковременных и сильных колебаний типа землетрясений, земная кора испытывает колебания, при которых одни участки ее опускаются, а другие поднимаются. Движения совершаются очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие, они недоступны непосредственным наблюдениям без приборов. Но так как эта движения совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет, то конечные результаты их весьма существенны.
Вследствие этих колебательных движений, многие области, ранее бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки земной поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под водой. Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних, участках земной коры опускания или поднятия более значительны, на других менее значительны.
Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов, выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.
Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза («орос» - по-гречески возвышенность, «генез» - образование). В настоящее время установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин «орогенез», утратив свое первоначальное значение, стал употребляться реже.
Складчатые деформации проявляются только в определенных, наиболее подвижных и наиболее проницаемых для магмы участках земной коры, именуемых геосинклиналями. В противоположность им устойчивые, со слабой тектонической активностью, области называются платформами.
Складчатые деформации, землетрясения и особенно вулканизм способствуют существенному изменению горных пород, слагающих земную кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются. Действие паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных породах новых минералов. Все эти явления преобразования горных пород под действием эндогенных процессов носят название метаморфизма («метаморфизм» - по-гречески означает превращение) и также связаны с глубинными силами.
К числу эндогенных процессов относятся, следовательно, вулканизм, землетрясения, колебательные движения (или эпейрогенез), складчатые и разрывные деформации и метаморфизм.
Из всех видов эндогенных явлений только колебательные движения, как указывалось ранее, проявляются более или менее равномерно в пределах всей земной коры; все же остальные явления сосредотачиваются главным образом в подвижных геосинклинальных поясах Земли.
Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм рельефа поверхности Земли - горных стран и отдельных возвышенностей, огромных впадин - вместилищ океанической и морской воды и др.
Формы, созданные эндогенными силами, в свою очередь подвергаются действию экзогенных сил. Возвышенности размываются реками, развеваются ветрами; у подножия возвышенностей накапливаются мощные пролювиально-делювиальные шлейфы, впадины заполняются осадками, берега впадин размываются волнами. Эндогенные силы стремятся к расчленению и усложнению рельефа земной поверхности, а экзогенные силы денудируют, т. е. выравнивают поверхность Земли. Во взаимодействии экзогенных и эндогенных процессов происходит развитие земной коры и ее поверхности.
2. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.
Тектоническими нарушениями называются перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е. изменения первичного залегания горных пород. Особенно отчетливо эти изменения наблюдаются на примере осадочных пород, которые первично отлагаются в виде горизонтально залегающих пластов, а вследствие тектонических нарушений оказываются смятыми в складки или разорванными на отдельные чешуи и блоки. Тектонические движения, в конечном счете создают наблюдаемую структуру земной коры, т. е. они являются созидательными движениями («тектонос» по-гречески-созидательный). В результате этих движений возникают и основные неровности рельефа поверхности Земли.
Тектонические движения можно разделить на два типа: радиальные – колебательные, или эпейрогенические движения, и тангенциальные , орогенические. В первом типе движении напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли, во втором - по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень часто эти движения бывают, взаимосвязаны, или один тип движений порождает другой. В результате этих типов движений создаются три вида тектонических деформаций:1) деформации крупных прогибов и поднятий; 2) складчатые; 3) разрывные.
Первый тип тектонических деформаций, вызванный радиальными движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах земной коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие образование подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний совершаются относительно медленно, ощутимых разрушений не приносят и непосредственным наблюдениям человека не поддаются.
Складчатые деформации вызываются тангенциальными движениями и выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки, иногда короткие, быстро затухающие моршины.
Третий тип тектонических деформаций характеризуется образованием разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль трещин этих разрывов. Разрывные нарушения очень часто являются производными от первых двух типов, но в большей мере от складчатых. Установить причину той или иной деформации не всегда удается, так как, кроме вышеуказанных типов движений, деформации могут образоваться в связи с внедрением магмы и т.п
Тектонические процессы приводят к нарушениям в залегании Г.П. Эти нарушения наз. дислокациями.
3. Формы залегания пластов, дислокаций.
1 антиклиналь 2 синклиналь
Основные виды разрывных дислокаций:
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических извержениях.
Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.
ИЗВЕРЖЕНИЯ
Везувианский тип. Назван по имени знаменитого вулкана Везувия, расположенного в Италии близ Неаполя. Известен своим катастрофическим извержением , разразившимся в 79 г. н. э., которое красочно описано древнеримским ученым Плипием Младшим. Тогда под толщей вулканического пепла и грязевых потоков были погребены три города - Геркуланум, Помпея, Стабия. Для этого типа характерны сильные взрывные извержения вследствие периодической закупорки жерла вулкана, а также последующее излияние лавовых потоков.
Гавайский тип особенность его состоит в том, что базальтовые расплавы здесь изливаются относительно спокойно, без взрывов; расплав слабо насыщен газами и имеет небольшую вязкость, хотя иногда и возникают необыкновенно эффектные лавовые фонтаны. В результате такого извержения вулкан имеет очень пологие склоны, на которых расположено несколько кратеров.
Тип Пеле Которому свойственны раскаленные пепловые тучи и рост купола в кратере вулкана. Впервые на этом вулкане был отмечен направленный взрыв, охвативший большую площадь.
Тип Вулкано. Вулкан Вулкано, находящийся на Липарских островах, также весьма знаменит - ведь отсюда происходит и сам термин «вулкан». Для него характерно извержение относительно кислых вулканических продуктов (андезито-дацитового состава). Вследствие большой вязкости расплава происходит закупорка жерла вулкана; скопившиеся пары и газы взрывают эту пробку, выбрасывая на большую высоту пепел и другие лавовые частицы разнообразных форм и размеров.
4. Выветривание. Элювий.
К экзогенным процессам относят процессы выветривания,
Выветривание (а. weathering, degradation, disengagement; н. Verwitterung; ф. alteration; и. meteorizacion) - процесс разрушения и изменения горной породы в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов . По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферное (или наземное) выветривание и подводное (или гальмиролиз). Основные типы выветривания по роду воздействия на горные породы; физическое, химическое и органическое (биологическое).
Физическое выветривание вызывает разрушение горной породы на обломки и происходит вследствие быстрого изменения объёма поверхностных частей пород и последующего их растрескивания под влиянием резких суточных колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды в трещинах. (высокогорные области, полярная и пустынные зоны, тундра, сухой климат).
Химическое выветривание ведёт к изменению химического состава горной породы процессами окисления, гидратации и др. с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности. (влажные области, тропики, субтропики).
Биологическое выветривание сводится к механическому и химическому изменению пород, вызываемому жизнедеятельностью организмов. Биологические факторы играют важную роль в своеобразном типе выветривания - почвообразовании. (во многих климатических зонах).
Элювий – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования.
Элювий накапливается там на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях, где ослаблена денудация. Он образует кору выветривания и отличается отсутствием сортировки материала и слоистости. Размер кусков эливия (механический состав) - от глыб до глин. Во многих районах в элювие концентрируются россыпи тех полезных ископаемых, которые заключались в коренных горных породах.
1. Дать к лассификацию геологических процессов.
2. Что понимают под эндогенными процессы.
3. Назвать виды т ектонических движений земной коры.
4. Перечислите тектонические процессы и явления.
5. Назовите формы тектонических дислокаций.
6. Что понимают под выветриванием.
7. Что понимают под элювием.
Геология - это , которая изучает , ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.
Что делают геологи?
Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:
- Геологи изучают земные процессы, такие как оползни, землетрясения, наводнения, извержения вулканов и т.п., которые могут быть опасны для людей.
- Геологи изучают Земли, многие из которых используются человечеством ежедневно.
- Геологи изучают историю Земли. Сегодня нас беспокоит и многие геологи работают над тем, чтобы узнать о прошлых климатических условиях Земли и о том, как они менялись со временем. Эта историческая информация позволяет понять, как меняется наш нынешний климат и каковы могут быть последствия для человечества от этих изменений.
Что изучает геология?
Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:
Минералы
Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.
Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.
Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.
Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.
Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.
Горные породы
Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.
Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь - это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.
Окаменелости
Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.
Имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.
Формы рельефа, геологические структуры и карты
Формы во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.
Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого - сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.
Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.
Геологические процессы и угрозы
Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.
Геологические опасные явления - мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.
Тектоника и история Земли
Движение плит в Сан-Андреас
Тектоника - геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике - жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня , и о том, какие процессы происходят в ядре и . Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.
Геологическая история Земли - это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия и и акцентирован . Предыдущие четыре миллиарда лет, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.
Роль геологии
Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. - геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.
Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.
Последствия катастрофического землетрясения в Сан-Франциско, США, в 1906 году
Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология - раздел геологии - хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.
Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.
На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.
1.4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими явления
Природные геологические процессы являются результатом геологической работы воды, льда, ветра, гравитации. Все геологические процессы, которые оказывают влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и тип фундамента, на выбор способа производства работ) и, соответственно, влияние инженерных сооружений на существующую геологическую обстановку изучает наука геодинамика. Необходимо не только ознакомиться с ходом геологических процессов, но и акцентировать внимание на профилактике и экстренных мерах по борьбе с ними.
Особое внимание следует обратить на гравитационные явления на склонах (оползни, обвалы), имеющие, как правило, катастрофический характер. Необходимо иметь представление о классификации оползней, об основных факторах и поводах для их возникновения, мероприятиях по борьбе с ними. Эти знания могут правильно прогнозировать вероятность возникновения оползней в конкретных условиях природного склона или искусственного откоса.
Следует знать, что исключительную роль играют подземные воды в возникновении таких геологических процессов, как суффозия, карст, плывунность и просадки лессовых пород. Необходимо уяснить, что воздействие гидродинамического давления потока подземных вод на природные склоны, борта карьеров и откосы котлованов не только уменьшает их устойчивость, но и в определенных случаях приводит к суффозии – механическому выносу потоком подземных вод мелких частиц, образованию пустот, вследствие чего еще более нарушается устойчивость склона.
При изучении карста – процесса химического растворения горных пород и образования пустот – надо особое внимание обратить на условия, факторы и различную скорость развития этого процесса в карбонатных, сульфатных и соляных (галоидных) породах. Следует ознакомиться и с методами оценки устойчивости территорий в карстовых районах. Необходимо разобраться в природе плывучего состояния песчаных и глиняных грунтов. Важно уяснить роль гидродинамического давления в формировании ложных плывунов, состава грунта и биогенного фактора в образовании истинных плывунов. При изучении просадочных лессовых пород наряду с выяснением природы этого явления следует особое внимание обратить на их развитие при различных видах обводнения пород, возведения сооружений, строительных работах и хозяйственном использовании территорий. Необходимо ознакомиться с основными направлениями по борьбе с просадочностью лессовых пород (предварительное замачивание, обжиг, силикатизация, механическое уплотнение и другие).
Надо рассмотреть как процессы, связанные с сезонным промерзанием и оттаиванием, так и специфические процессы и явления (наледи, пучение, солифлюкция, термокарст, мари и другие), характерные для районов развития многолетней мерзлоты. Необходимо ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.
Выветривание горных пород и строительных материалов. Геологическая деятельность ветра. Геологическая деятельность атмосферных осадков (образование наносов, оврагов, селей, снежных лавин). Геологическая деятельность рек, морей, озер, болот и водохранилищ. Классификация болот и их характеристика. Геологическая деятельность ледников. Движение горных пород на склонах рельефа местности (осыпи, обвалы, оползни, курумы). Карстовые и суффозионные процессы. Мерзлотные процессы. Прогноз, оценка и выбор мероприятий, устраняющих негативное влияние на строительство природных процессов и явлений.
1.4.2. Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления
Инженерно-геологические (антропогенные) процессы связаны с инженерной деятельностью человека. Примером могут служить: деформации искусственных откосов, сдвижение горных пород над горными выработками, уплотнение пород в основании сооружений, просадочные явления в лессах, вследствие утечек воды из водопроводов и т.д. Следует четко усвоить, что для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможности развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений. Студенту необходимо ознакомиться с существующими современными мероприятиями, исключающими или уменьшающими вредные воздействия инженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Процессы и явления в основании инженерных сооружений и искусственных склонах.Плывуны (истинные и ложные). Лессы и связанные с ними просадочные явления.Деформации над подземными горными выработками.
Вопросы для самопроверки:
1. Виды выветривания горных пород. Значение выветриваемых горных пород для практики строительства.
2. Охарактеризуйте мероприятия, необходимые для защиты горных пород от выветривания.
3. Как называются несмещенныепродукты выветривания, накапливающиеся на выровненных поверхностях и на водоразделах?
4. Как называются рыхлые отложения на склонах долин гор и их подножий, образующихся в результате перемещения и отложения продуктов выветривания горных пород на более низкие участки под влиянием силы тяжести и смыва дождевыми водами?
5. Как называется ветровой снос рыхлых продуктов в результате механической силы ветра?
6. В чем заключается геологическая деятельность рек? Как образуются речные долины? Виды аллювиальных отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
7. В чем заключается геологическая работа волн, возникающих на поверхности воды? Виды морских отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
8. Объясните геологическую деятельность ледников. Как образуются ледниковые отложения? Виды ледниковых отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
9. Причины возникновения болот, условия строительства.
10. Назовите причины возникновения карстового процесса, какие проявления карста вы знаете?
11. Что такое суффозия, ее проявления и меры борьбы.
12. Назовите причины возникновений оползней.
13. Как называется явление, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения?
14. Как называется участок земной поверхности, подвергшийся деформации горных пород, залегающих непосредственно над горной выработкой?
15. Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется специальными СНиП и СН. По каким принципам осуществляется строительство в этих районах?
16. Уплотнение пород в основании сооружений. Мероприятия по улучшению прочностных свойств слабых грунтов.
Экзогенные геологические процессы протекают в самых верхних частях земной коры или на ее поверхности и обусловлены лучистой энергией Солнца и силой тяжести.
Геологические агенты:
1. Выветривание.
2. Геологическая деятельность ветра.
3. Поверхностные воды:
а. дождевые и талые воды,
б. временные водотоки,
в. постоянные водотоки – реки,
г. озера, болота,
д. Мировой океан.
4. Подземные воды.
5. Геологическая деятельность ледников.
6. Геологическая деятельность человека (антропогенный фактор).
Виды работ, совершаемые геологическими агентами:
· разрушающая,
· транспортирующая,
· аккумулирующая.
Денудация – это совокупность процессов разрушения горных пород и переноса продуктов разрушения, вызванных и осуществляемых внешними геологическими агентами.
Денудация: площадная и локальная. Результат денудации:
· общее сглаживание рельефа местности,
· формирование денудационных равнин – пенепленов.
Выветривание
Выветривание – разрушения горных пород на месте их выхода под действием физических и химических процессов (колебания температуры, влажности, механические виды разрушения, взаимодействие каменных масс с активными химическими веществами: вода, кислород, углекислый газ, органические кислоты).
Иногда процессы действуют комплексно, иногда по отдельности. В зависимости от преобладания тех или иных процессов различают физическое, химическое и биологическое выветривание.
Продукты выветривания:
· элювий – продукты выветривания, которые остаются на месте своего образования (современные образования). Мощность от 1миллиметра до десятков метров.
· делювий - продукты выветривания (обломочный материал), перенесенный вниз по склону талыми и дождевыми водами. Залегает в виде шлейфа по склону у подножия. Характерна сортировка обломков и параллельная склону слоистость.
· коллювий - обломочный материал, перенесенный вниз по склону за счет силы тяжести. Характерно отсутствие окатанности и сортировки, образование осыпей в местах с расчлененным горным рельефом.
Кора выветривания – совокупность всех продуктов выветривания, как оставшихся на месте, так и перемещенных, но не потерявших связь с материнской породой. Мы могли наблюдать линейную кору выветривания, представленную очень светлыми, кремовыми, с розоватым оттенком породами, в которых явно просматривается первичная порфировая структура.
Почва – слой коры выветривания, обогащенный гумусом. По возрасту выделяют древнюю (обычно перекрыта более молодыми породами, источник полезных ископаемых) и современную почву. Мы наблюдали черноземные почвы по ходу маршрута №1 в т.н. 2 вблизи кладбища.
Физическое выветривание
Физическое выветривание вызывается разнообразными факторами. В зависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных пород при физическом выветривании различен. В одних случаях процесс разрушения происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически действующего агента. Сюда относится изменение объема составных частей породы, вызываемое колебаниями температуры. Такое явление называется температурным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются под механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно назван механическим выветриванием.
Механическое выветривание происходит под механическим воздействием посторонних агентов. Особенно большое разрушительное действие оказывает замерзание воды. Когда вода попадает в трещины и поры горных пород, а потом замерзает, она увеличивается в объеме на 9-10%, производя при этом огромное давление. Такая сила преодолевает сопротивление горных пород на разрыв, и они раскалываются на отдельные обломки. Наиболее интенсивное расклинивающее действие производит замерзающая вода в трещинах горных пород. Такое же механическое воздействие на горные породы оказывает корневая система деревьев и роющие животные.
Дезинтеграцию пород вызывает так же рост кристаллов в капиллярных трещинах и порах. Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильном нагревании капиллярная вода подтягивается к поверхности испаряется, а соли, содержащиеся в ней кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов капиллярные трещины разрушаются, что приводит к нарушению монолитности горной породы и ее разрушению.
Химическое выветривание
Разрушению горных пород под влиянием физического выветривания всегда в той или иной степени сопутствует химическое выветривание, а в ряде случаев последнее играет решающую роль. Это отражает тесную взаимосвязь различных форм единого процесса выветривания. Главными факторами химического выветривания являются:
· газы атмосферы: вода, кислород, углекислота,
· органические кислоты, под влиянием которых существенно изменяются структура, и состав минералов и образуются новые минералы, соответствующие определенным физико-химическим условиям.
Химическое выветривание происходит комплексно и всегда сопровождается коренным изменением состава минералов и замещением их новыми, в отличие от физического выветривания, при котором химический состав горных пород остается неизменным.
К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз.
Окисление
Окисление – переход одних соединений в другие, сопровождающийся присоединением кислорода.
Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах, содержащих закисные соединения железа, марганца и других элементов. Так, сульфиды в кислотной среде становятся не устойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, окислами и гидроокислами. Направленность этого процесса можно схематически изобразить следующим образом:
FeS 2 + nO 2 + mH 2 O → FeSO 4 → Fe 2 (SO 4) 3 → Fe 2 O 3 ∙ H 2 O
пирит сульфат сульфат бурый железняк
закиси окиси (лимонит)
железа железа
Примером проявления физического и химического выветривания может послужить т.н. 9 – это обнажение кварцевых альбитофиров на левом берегу р. Шаты в 150 метрах от её устья вверх по течению. Кварцевые альбитофиры - это светло-серые в свежем сколе породы, по трещинам сильно ожелезненные. Трещин настолько много, лимонита и гематита по трещинам тоже очень много, поэтому в целом всё обнажение выглядит не светло-серым, а ржаво-рыжим. Кварцевые альбитофиры – это стекловатые породы с большим количеством (до 2-3%) пирита (фото 3.1.1).
Фото 3.1.1. Физическое и химическое выветривание
Основные агенты здесь: сезонные и суточные колебания температуры, воздействие метеорных вод (дождевых), паводковых вод, действие солнечных лучей, расклинивающая деятельность корневой системы растений, окисление пирита, возникновение серной кислоты при преобразовании пирита и другие.
Гидратация
Гидратация – процесс поглощения или присоединения воды к минералам и образования новых водных соединений, который сопровождается увеличением объема породы и уменьшением плотности, при этом кристаллическая решетка не разрушается (гипс ↔ ангидрид).
Растворение
Растворение связано с воздействием на породы воды, в которой растворены активные ионы (Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- , HCO 3-). С растворением связано образование карстовых пещер.
Гидролиз
Гидролиз – процесс обменного разложения минералов под влиянием воды и углекислоты.
Биологическое выветривание
В сложных процессах химического разложения минералов и горных пород велика роль биосферы.
Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют значительное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность, а черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы. Особенно сильно разрушение ведется микроорганизмами. Деятельность корневой системы деревьев не однозначна, она разрушает горную породу, а так же удерживает ее своими корнями.
Так, в т.н. 14 маршрута №2, расположенной на правом склоне долины р. Шата можно видеть небольшой овраг, рассекающий склон. Правый склон оврага закреплён корневой системой сосен. Густое переплетение корневой системы сдерживает рост оврага (фото 3.1.2).
Фото 3.1.2. Закрепляющая деятельность корневой системы сосен
3.3. Гравитационные и водно-гравитационные процессы
Гравитационные процессы - это процессы, происходящие за счет силы гравитации. Происходит сортировка обломков на склоне по принципу, чем больше и тяжелее обломок, тем ниже по склону он будет находиться.
Водно-гравитационные процессы - это процессы, совершенные водой под действием силы гравитации, например оползни.
Оползень - перемещение грунтовых или земляных масс по склону под действием силы тяжести, связанное в большинстве случаев с деятельностью подземных вод. Оползшую массу называют оползневым телом, а поверхность, по которой происходит передвижение его вниз - поверхностью скольжения или поверхностью смещения. Самой распространенной формой оползня является грязевой оползень, или обвал. Иногда его следы можно заметить на подмытом рекой обрывистом берегу, где пласт грунта отделился от основы. Крупный оползень способен привести к значительным изменениям рельефа.
При оползнях гравитация заставляет твердые породы сползать вниз по склону, изменяя рельеф местности. Основную массу оползня составляют обломки горных пород, образовавшиеся в результате выветривания. Вода действует как смазка, уменьшая трение между частицами.
Иногда оползни движутся медленно, а иногда со скоростью до 100 м/сек. и более (обвалы). Самый медленный оползень называют крипом. За год он проползает всего несколько сантиметров, и заметить его можно только через несколько лет, когда стены построек, заборы и деревья склонятся под напором ползущей земли.
Примером крипа может послужить маршрута №5 (фото 3.3.1). Он расположен в устье Гематитового оврага в 30 метрах от нашего лагеря в правом борту р. Шата. Здесь мы наблюдали так называемый «пьяный лес», который является признаком оползня.
Фото 3.3.1. Крип
Перенасыщенность почвы или глины водой может вызвать грязевой поток, или сель. Бывает, что земля годами прочно держится на месте, но достаточно небольшого подземного толчка, чтобы обрушить ее вниз по склону.
В горной местности оползшая вниз масса образует пологий склон у подножия горы. Многие горные склоны покрыты длинными языками щебнистых осыпей.
Эрозионные процессы
Эрозия - разрушение горных пород и почв под действием геологических агентов (водные потоки, ветер), включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.
На первых этапах развития речных долин, а также в верхней части русла эрозионная деятельность наиболее активно проявляется. Выделяют два главных вида движения воды: ламинарное и турбулентное. Существует два типа речной эрозии: донная и боковая.
Донная эрозия, ведущая к углублению речной долины, преобладает в начале развития речной долины и всегда сочетается с пятящейся эрозией. Объясняется это тем, что, при одинаковом уклоне русла (а значит и скорости течения) в низовьях и верховьях, в силу большей массы воды близ устья здесь и эрозия будет максимальна. Следовательно, выработка профиля равновесия происходит от устья к истоку. В результате вертикальных движений земной коры и разной прочности размываемых пород в русле могут возникать пороги и водопады, которые получают рольместных (локальных) базисов эрозии. Относительно них река разбивается на самостоятельно развивающиеся участки, и единый для всего русла профиль равновесия сформируется только после срезания местных базисов эрозии. Вследствие донной эрозии возникает V-образный поперечный профиль речной долины. Такой профиль мы наблюдали по ходу маршрута у р. Ключ, р. Усолки (поперечный профиль с крутыми бортами) и р. Шаты, где профиль долины V-образный, в основном с крутыми бортами, но с невыработанным продольным профилем (рис. 3.4.1).
Рис. 3.4.1. V-образный поперечный профиль р. Ключ в среднем течении.
Боковая эрозия, заключающаяся в размыве берегов, наибольшее развитие получает в поздние этапы жизни речной долины, когда с приближением к профилю равновесия уменьшится скорость течения в нижней и средней частях русла. Основными причинами ее возникновения являются турбулентность течения и ускорение Кориолиса. Благодаря боковой эрозии русло изгибается, появляются излучины. Вогнутые берега излучин активно размываются, дно под ними углубляется. Близ противоположного выпуклого берега скорость потока минимальна, поэтому здесь происходит отложение переносимого рекой материала и формируются прирусловые отмели. Под действием боковой эрозии речная долина расширяется, ее поперечный профиль приобретает U-образную форму. U-образный поперечный профиль имеет р. Пышма, а возле плотины мы наблюдали боковую эрозию, в этом месте река изгибается (фото 3.4.1).
Фото 3.4.1. р. Пышма
Речная эрозия играет ведущую роль в образовании пенеплена - практически ровная, местами слабовсхолмлённая поверхность (денудационная равнина), которая образовывалась в результате разрушения старых гор длительной эрозией, называемой денудацией. (фото 3.4.2)
Фото 3.4.2. Пенеплен
Овражная эрозия – процесс линейного размыва временными водными потоками поверхности склонов, берегов рек, приводящий к образованию и развитию оврагов и расчленению ими территории. Зарождение оврага чаще всего происходит на перегибах склона и в нижней его части. Овражная эрозия в первом случае распространяется регрессивно (вверх по склону) и трансгрессивно (вниз по склону). При зарождении оврага в нижней части склона овражная эрозия распространяется только регрессивно; если овраг возник в верхней части склона, то преобладает трансгрессивная овражная эрозия. Бурное развитие овражной эрозии обусловливает быстрый рост оврага в длину и глубину и формирование отвершков.
Во время нашей практики в крутой излучине р. Шаты мы наблюдали смену растительности и овраг на границе этой смены. Также на правом берегу р. Шаты рядом с нашим лагерем мы видели овраг Гематитовый с двумя отвершками, заросший травой. Иногда на склонах растут сосны, корни которых сдерживают рост оврага. Рядом с автомобильным мостом через р. Пышму недалеко от Автозаправочной станции (АЗС) хорошо наблюдалась разрушающая работа временных водных потоков, которые размывали породу вдоль грунтовой дороги, образуя узкий каньон. При дальнейшем воздействии этот каньон может преобразоваться в овраг.
Подразделение геологических процессов на эндогенные и экзогенные.
Эндогенные процессы: вулканизм и сейсмические явления.
Сейсмические явления: причины и основные параметры землетрясений. Сейсмическое районирование для строительства.
Экзогенные геологические процессы: выветривание, деятельность ветра, деятельность поверхностных текучих вод, деятельность морей и океанов, деятельность ледников, мерзлотные процессы.
Деятельность человека как геологический фактор: добыча полезных ископаемых, строительство (городское, дорожное, гидротехническое).
Методические указания
Изучая сейсмические явления, необходимо разобраться в механизме землетрясений, в понятиях «гипоцентр» и «эпицентр», знать основные виды волн и классификацию землетрясений по глубине и силе. Экзогенные процессы проявляются в сглаживании земной поверхности перемещением горных пород с выпуклых форм рельефа в вогнутые. При этом породы подвергаются тройному воздействию:
разрушению;
переносу;
отложению, накоплению и уплотнению.
Студенту необходимо разобраться в сущности протекания каждого из экзогенных геологических процессов. Особое внимание следует уделять таким понятиям, как эрозия, элювий, делювий, пролювий, аллювий, морена.
Сейсмические явления в геологии относят к внутренним эндогенным процессам. Это колебания упругих волн в земной коре. Точку зарождения землетрясений, находящуюся на глубине от поверхности, называют очагом землетрясения или гипоцентром, а точку, лежащую над ним – эпицентром. Наиболее разрушительны очаги землетрясений, залегающие неглубоко (0-10 км). Разрушения связаны с распространением сейсмических волн. От гипоцентра распространяются продольные волны со скоростью до 4-5 км/с, перпендикулярно к ним идут поперечные волны. Их скорость составляет около 2 км/с. А на поверхности возникают поверхностные волны – до 500 м/с. Комплекс этих волн вызывает сейсмодеформации – трещины в земной коре, ступенчатые оседания, вспучивания и смещения грунтов: обвалы, осыпи, оползни. В районах застройки – разрушения зданий и сооружений. Сила землетрясений характеризуется баллами по шкале Рихтера (12-ти бальная).
Районы, где ожидаются землетрясения силой в 6 баллов и более, называются сейсмоопасными. Строительство в этих районах ведется с учетом сейсмичности, т.е. учитывается рельеф местности, наличие дислокаций слоев, наличие грунтовых вод и их близость к поверхности, возможность оползней, обвалов, осыпей и т.п. При этом учитывают жесткость конструкций, этажность, массивность зданий и сооружений.
К эндогенным процессам также относятся вулканизм и сейсмические явления. Появление вулканизма представляет собой один из наиболее важных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития земной коры. Ни одна область на земле не формировалась без участия вулканизма. Землетрясение- это особый вид движения плит земной коры литосферы. Они выражаются в волновых, упругих колебаниях и вызывают устойчивые деформации земной коры. По своей природе землетрясения могут быть денудационными, вулканическими, тектоническими и техногенными. Денудационные землетрясения возникают в результате толчка из-за обрушения массива горной породы. Вулканические землетрясения могут возникать при извержении вулкана. Тектонические землетрясения являются следствием тектонических процессов, происходящих в толще земной коры.
К экзогенным процессам относятся геологические процессы:
– Выветривание - изменение и разрушение горных пород на поверхности земли под влиянием резких колебаний температуры воздуха, замерзающей в пустотах и трещинах горных пород воды, углекислоты, кислорода и организмов. При этом совершаются процессы физического, химического и биологического характера.
В результате процесса выветривания формируется совершенно особое минеральное образование. Кора выветривания – верхняя (подпочвенная) часть литосферы в пределах континентов.
Технологическая деятельность ветра на континентах складывается из разрушений горных пород, переноса и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения.
Разрушительная деятельность ветра складывается из дефляции – выдувания и развеивания таких частиц породы, и коррозии – механической обработки поверхностей обнаженных пород при помощи переносимых им твердых частиц.
Геологическая деятельность морей, озер и болот. Морская образивность (разрушающее действие морских волн).
Деятельность ледников.
Деятельность человека как геологический фактор.
Виды выветривания.
Процесс выветривания протекает при одновременном участии многих агентов, но роль их при этом далеко неодинакова. По интенсивности воздействия тех или иных агентоввыветривания и характеру изменений горных пород принято выделять три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое (органическое).
Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Породы дробятся в результате колебания температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов песчинок, переносимых ветром, кристаллизации солей в капиллярах, давления, которые возникает в процессе роста корней растений и т. д. Большую роль в этом разрушении играют температурные явления. В условиях земной поверхности, особенно в пустынях, суточные колебания температур довольно значительны. Так, летом в дневное время породы нагреваются до + 80 °С, а ночью их температура снижается до + 20 °С. Кроме попеременного нагреванияи охлаждения разрушительное действие оказывает также неравномерное нагревание пород, что связано с различными тепловыми свойствами, окраской и размером минералов, которые составляют горные породы. На контактах отдельных минералов образуются микротрещины и порода посте пенно распадается на отдельные блоки и обломки различной формы.
Химическое выветривание выражается в разрушении пород путем растворения и изменения их состава. Наиболее активными химическими реагентами в этом процессе являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.
Простейшим видом химического выветривания является растворение в воде. Легко растворяютсякаменная соль, гипс. Разрушительное действие оказывает процесс гидратации.Примером может служить переход ангидрита в гипс. Этот процесс сопровождается резким увеличением объема (до 50 - 60 %), что вызывает разрушительное давление гипса на окружающие породы. В присутствии воды происходит также окисление. Например, минерал пирит, который часто присутствует в различных породах, превращается в гидрат оксида железа с одновременным образованием серной кислоты, которая, в свою очередь, весьма разрушительно действует на минералы:
При химическом выветривании значительное воздействие на породы оказывает вода, содержащая в своем составе углекислоту. В результате этого полевые шпаты превращаются в глинистые образования.
Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды и растворов, их температуры, а также степени устойчивости минералов в отношении агентов выветривания; Наиболее устойчивыми являются минералы кварц, мусковит, корунд; менее устойчивы – кальцит, доломит и др. Интенсивности химического выветривания способствует дробление пород в результате механического выветривания.
Наибольшее значение химическое выветривание имеет в условиях тёплого и влажного климата.
Биологическое (органическое) выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений. Породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот. Механическое разрушение производят растения своей корневой системой. Корни деревьев способны расщеплять даже прочные скальные породы. Известны случаи, когда растение «верблюжья колючка» прорастало сквозь 20-сантиметровые железобетонные плиты. Корни травянистой растительности легко преодолевают слой асфальта на улицах города. Многие живые организмы, особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы. В коре выветривания ими создаются многочисленные ходы, пустоты, просверливаются даже твердыепороды. На выветривание горных пород большое влияние оказывают многочисленные бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они поглощают одни вещества и выделяют другие. Их воздействие особенно сильно сказывается в зоне почв. Отдельные виды бактерий извлекают углерод из карбонатов, разрушают силикаты, создают скопление железных руд и т. д. Растения и животные, особенно микроорганизмы (бактерии, микробы и др.) и низшие растения,(водоросли, мхи, лишайники), выделяют различные кислоты и соки, которые, в свою очередь, весьма активно взаимодействуют с минералами горных пород, разрушают их, формируют минеральные новообразования.
Отложения выветривания остаются на месте. Их образования называются элювиальными, обозначаются индексом «е».
Все процессы, связанные с геологической работой ветра, носят название эоловых. Перенос частиц ветром совершается во взвешенном
состоянии или путем перекатывания в зависимости от скорости ветра и размера частиц.
При уменьшении скорости ветра и других благоприятных условиях происходит отложение переносимого материала. Так образуются ветровые (эоловые) отложения песков (пустыни) и лёссов.
Для строительства имеет большое значение закрепленность песков. По этому признаку песчаные накопления делят на подвижные (дюны и барханы) и закрепленные (грядовые, бугристые) пески.
Лёссовые отложения характеризуются пылеватыми глинистыми частицами, сложенными в слои с высокой пористостью. В связи с этим при замачивании такие грунты деформируются по вертикали даже от собственного веса, тем более под нагрузкой от зданий и сооружений. Эти грунты называют просадочными. Строительство ведется с предварительным уплотнением этих грунтов различными методами.
Ветровые отложения – эоловые, обозначаются индексом «L».
Водные потоки от дождей и таяния снега смывают элювиальные отложения, переносят их по уклонам к склонам, в частности, к склонам долин рек и откладывают их у подножий этих склонов. Как правило, такие отложения по возрасту молодые, неуплотненные, высокопористые, чаще всего представленные суглинками. Такие суглинки называют лёссовидными из-за их пористости и способности при замачивании резко деформироваться по вертикали.
Отложения называют делювиальными и обозначают индексом «d».
Сносимый водными потоками грунт, попадая в реки, переносится энергией движущейся воды. При этом частицы грунта переносятся во взвешенном состоянии, в растворенном, волочением по дну. Процесс выпадения из воды переносимых ею частиц называется седиментацией, а накопление их- аккумуляцией. Образованные при этом отложения называются аллювием - речные отложения (обозначаются индексом "а"). Пойменный аллювий отлагается во время паводков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения воды меньше, чем в руслах, обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы, чем в русловых. Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумусосодержащие почвы. Русловый аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Наиболее крупные частицы пород, увлеченные в русло реки во время паводка, после спада вод осаждаются. Для руслового аллювия так же как и для пойменного, характерны горизонтальная или наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и озера. Впадая в водный бассейн, не имеющий течения, вода реки теряет скорость, и весь принесенный обломочный материал оседает на дно. Он отлагается на прибрежном откосе дна слегка наклонными слоями, постепенно утончающимися в сторону бассейна. В отложениях дельтового аллювия встречаются все песчаные и глинистые фракции. Приведенные характеристики пойменного, руслового и дельтового аллювия и условия его образования характерны для равнинных рек. Образование аллювия горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладают не отложения, а размыв. Аллювиальные отложения горных рек практически следует считать несжимаемыми.
Большое площадное распространение имеет дельтовый аллювий. Мощность его значительна, у некоторых рек до сотен метров. В строении дельтового аллювия принимают участие осадки обломочные, химические и органические. В строении аккумулирующих и цокольных террас участвует аллювий террас. В его состав входят русловые и пойменные отложения.
В пределах стариц, развитых в поймах старых рек, накапливается старичный аллювий, состоящий из мягких органических илов, смешанных с пойменными песчанно-суглистыми осадками. В заболоченных старицах накапливаются отложения торфа. Старичный аллювий залегает в виде линз среди пойменного аллювия.
Большинство рек доносит породный разрушенный материал до моря или океана, где происходит грандиозное накопление осадочных пород на шельфе океана и на дне. Помимо этого море и океан в прибрежной зоне осуществляют разрушительную работу энергией волн, переносят разрушенный материал, сегрегируют его по крупности и затем откладывают на различных глубинах. Индекс отложений – «m».
В геологических процессах внешней геодинамики существенную роль играют также ледники.
Геологические данные говорят о том, что в древние времена оледенение земли было значительным.
В настоящее время льды занимают 10% поверхности суши, 98,5% ледниковой поверхности приходится на полярные области и лишь 1,5% - на высокие горы. Различают три типа ледников: горные, плоскогорий и материковые.
Горные ледники образуются высоко в горах и располагаются либо на вершинах, либо в ущельях, впадинах, различных углублениях. Такие ледники есть на Кавказе, Урале и т.д.
Лед образуется за счет перекристаллизации снега. Он обладает способностью к пластическому течению, образуя потоки в форме языков. Движение ледников по склонам ограничивается высотой, где солнечного тепла оказывается достаточно для полного таяния льда.
Ледники плоскогорий образуются в горах с плоскими вершинами. Лед залегает неразделенной сплошной массой. От него по ущельям спускаются ледники в виде языков. Такого типа ледник, в частности, располагается сейчас на Скандинавском полуострове.
Материковые ледники распространены в Гренландии, Шпицбергене, Антарктиде и др. местах, где сейчас протекает современная эпоха оледенения. Льды залегают сплошным покровом, мощностью в тысячи метров.
Геологическая деятельность льда велика и обусловлена главным образом его движением, несмотря на то, что скорость течения льда примерно в 10000 раз медленнее, чем воды в реках при тех же условиях.
При своем движении лед истирает и вспахивает поверхность земли, создавая котловины, рытвины, борозды. Эта разрушительная работа совершается под действием тяжести льда.
Двигаясь по ущельям или другой какой-либо наклонной плоскости, ледники захватывают продукты путем вымораживания их в лед. Наличие трещин благоприятствует проникновению обломков внутрь и в нижнюю часть ледников. Таким образом, обломочный материал передвигается вместе с ледником. При таянии льда весь обломочный материал отлагается и образуется значительные по мощности ледниковые отложения. Обломочный материал, который находится в движении или уже отложился, называется «морены». Ледниковые отложения иногда образуют друмлины-холмы эллипсоидальной формы в несколько десятков метров высоты, состоящие из отложений донной морены. В их состав входят, главным образом, мореные глины с валунами. Отложения называют гляциальными и обозначают индексом «g».
При таянии ледника образуется постоянные потоки талых вод, которые размывают донную и конечную морены. Вода подхватывает материал размываемых морен, выносит за пределы ледника и откладывает в определенной последовательности. Такие водно-ледниковые отложения получили название флювиогляциальных – индекс «fg».
Флювиогляциальные отложения отличаются сравнительной отсортированостью и слоистостью. Они обычно представлены толщами песка, гравия, галечника, а также глинами и покровными суглинками, мощность которых достигает многих метров. Флювиогляциальные отложения создают характерные формы рельефа:
1.Озы - накопление обломочного материала (песка, гравия) в виде высоких узких валов, длина которых колеблется от сотни метров до десятков километров, высота 5-10 метров.
2.Камы - беспорядочно разбросанных холмы, состоящие из слоистых отсортированных песков, супесей с примесью гравия и прослоев глины.
3.Зандровые поля - широкие пологоволнистые равнины, расположенные за краем конечных морен, в состав которых входят слоистые пески, гравий и галька.
На месте растаявшего ледника остаются углубления, которые становятся ложем озер и болот. Геологическая деятельность озер заключается в накоплении отложений из твердых частиц, чаще мелких фракций, принесенных ручьями, и отложений совместно с органикой. Такие отложения называют озерными и обозначают индексом «».
Мерзлотные геологические процессы заключаются в сезонном замораживании верхних слоев грунтов в зимний период и оттаивании - в летний. Это вызывает пучение и осадку грунта. В строительстве учитывают нормативную глубину промерзания, которая вычисляется как средняя величина за последние 10 лет, так как закладка фундаментов осуществляется ниже глубины промерзания.
В условиях, где средняя годовая температура отрицательна, в грунтах сформирована вечная мерзлота. В районах вечной мерзлоты деформация зданий и сооружений связана с оттаиванием грунтов, так как нарушается физическое его состояние, связанное с вскрытием котлованами. Поэтому на вечномерзлых грунтах строительство ведут по трем принципам:
Без учета мерзлого состояния (при скальном основании);
При сохранении мерзлого состояния, за счет теплоизоляции;
С оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие, например, щебеночные.