Часть первая

Основы геологии и грунтоведения

РАЗДЕЛ А

Основы геологии

Глава I общие сведения

§ 1. Геология и дноуглубление

Геология — наука о Земле, ее истории развития, строении, составе и процессах, происходящих в ней. Основным объектом изу­чения геологии является наружная оболочка или земная кора. Наиболее принятые разделения всего комплекса геологических наук следующие:

научные дисциплины, изучающие вещество и структуру земной коры (кристаллография, минералогия, петрография, структурная геология);

науки, рассматривающие современные геологические процессы (динамическая геология, изучающая внутренние и внешние силы Земли);

пауки, изучающие историческую последовательность геологи­ческих процессов (историческая геология, стратиграфия, палео­география) ;

науки практического значения (геология полезных ископаемых, I пдрогеология, инженерная геология, включающая новую отрасль пауки —- грунтоведение);

и особую группу можно выделить геологию моря — науку, изу­чающую состав, строение, динамику берегов и дна морей и океа­ном и образование осадков.

Для дноуглубителей необходимы знания главных породообра­зующих минералов, основных магматических, осадочных и мета­морфических пород, внешних и внутренних процессов, действую­щих в прибрежной части моря, изменений пород под действием внутренней динамики Земли и выветривания, разрабатываемых земснарядами грунтов.

Современное дно морей сложено преимущественно илами, песками и глинами, имеющими разную степень влажности. При переувлажнении эти грунты становятся неустойчивыми. Особую неустойчивость проявляют наносные образования в каналах. Они чаще представлены неструктурными илами жидкой консистенции и мелкими песками, проявляющими плывунные свойства. Дина­мические воздействия морского потока на дно моря в штормовые периоды и повышенная отдача им наносов из воды при пересече­нии морского канала создает заносимость прорези канала.

Главной задачей дноуглубительных работ является достиже­ние на канале и в портовых акваториях габаритов, обеспечиваю­щих нормальное судоходство в течение навигации. Полный учет инженерно-геологических условий позволяет правильно выбрать режим работы земснарядов и обеспечить нормальную работу гидротехнических сооружений — морских каналов.

§ 2. Происхождение и строение Земли

Открытие радиоактивного распада элементов привело к корен­ному пересмотру многих основных положений. В частности, представление о происхождении Земли первоначально из расплав­ленных газов, впоследствии превратившихся в огненно-жидкое, а затем в твердое состояние (гипотеза И. Канта и П. Лапласа), было заменено идеей о ее образовании из холодной рассеянной материи, захваченной Солнцем еще в ранней стадии его развития. Из материи, состоящей из пыли и газов, впоследствии выдели­лись участки сгущенной и уплотненной материи, которые превра­тились в планеты (гипотеза советского ученого О. Ю. Шмидта). На планете Земля, после уплотнения твердого пылевидного мате­риала, произошло постепенное разогревание его радиоактивным теплом и расслоение на оболочки (геосферы) разной плотности.

Измерения показали, что Земля по экватору имеет диаметр 12756 км, по полярной оси 12714 км, т. е. сжатие ее равно 42 км или 1:298,3. Такая форма Земли получила название сфероида. В действительности земная поверхность имеет своеобразную иск­ривленную форму, названную геоидом.

Непосредственными исследованиями с помощью бурения вскры­ты напластования пород до глубины 8 км. Для изучения глубоких недр Земли используют различные косвенные методы, из которых наиболее надежным является сейсмический, основанный на наб­людениях сейсмических волн, распространяющихся при землетря­сениях. В последнее время глубокие недра Земли исследуют с помощью искусственных спутников и космических кораблей.

Имеющиеся к настоящему времени данные позволили устано­вить, что в своем внутреннем строении Земля состоит из концент­рических оболочек или геосфер.

Гидросферой называется совокупность всех вод Земли, нахо­дящихся в жидком, твердом и газообразном состоянии. В отличие от других геосфер она не является сплошной оболочкой, а покры­вает 70,8% земной поверхности, образуя Мировой океан. Сред­няя глубина Мирового океана 3,8 км, максимальная — свыше 11 км (впадина Тихого океана).

Литосфера, или земная кора, представляет собой комплекс пород, имеющий важное значение для жизненных процессов, про­текающих на его поверхности. Установлено, что глубина земной коры иод континентами в несколько раз больше, чем под океана­ми. Материковая кора сложена осадочными породами (от 0 до 20 км), ниже лежит средний слой, названный условно «гранит­ным» (от 0 до 40 км), подстилаются они породой, называемой базальтовой» (от 10 до 70 км). Океаническая кора состоит из осадочных слоев, мощностью в несколько сот метров, «гранитный» слой отсутствует, а второй слой (неясной природы) имеет мощ­ность около 1—2,5 км\ толщина базальтового слоя под океанами около 5 км.

Под земной корой располагается мантия, разделяющаяся на верхнюю и нижнюю (до глубины 2900 км), затем внешнее жидкое ядро, внутри которого находится меньшее (по-видимому твердое) субъядро (до глубины 6370 км). Таким образом радиус ядра составляет 3500 км.

Атмосфера является наружной геосферой Земли, представляю­щей собой воздушную оболочку, мощность которой примерно равна 10 000 км. По характеру изменения температуры с высотой в атмосфере выделяются следующие оболочки.

Тропосфера—прилегающая к земной поверхности оболочка, имеющая мощность 6 км у полюсов и 15—18 км у экватора. Температура в тропосфере уменьшается с высотой относительно равномерно. Она содержит свыше 80% всех газов атмосферы и практически весь водяной пар. Физические процессы, протекаю­щие в тропосфере, формируют погоду на материках и океанах. Границей тропосферы служит тропопауза, температура воздуха в которой достигает —60° С.

Стратосфера располагается над тропосферой до высоты 55 км, и в ней заключено почти 20% газов атмосферы. Характерна по­стоянством в повышении температуры с высотой и исключительной сухостью воздуха. В стратопаузе (верхняя граница стратосферы), находящейся на высоте 50—55 км, температура повышается до 0—10° С.

Мезосферой называют слой, лежащий над стратосферой до высоты 80 км, характеризующийся падением температуры с вы­сотой. Мезопауза (верхняя граница мезосферы) расположена на пысоте около 80 км и ее температура достигает —90° С.

Термосфера, лежащая над мезосферой (от 80 до 800— 1000 км), характеризуется быстрым ростом температуры до высо­ты 200—300 км, где она достигает нескольких сот градусов. Выше температура остается постоянной. Эта сфера имеет малую плот­ность и высокую степень ионизации составляющих ее газов.