Лекційне заняття № 4 Геологічне середовище міста: небезпечні геологічні процеси та захист від них міських територій

1. Ендогенні та екзогенні геологічні процеси, вплив на них активної господарської діяльності.

1. Небезпечних геологічні процеси (НГП) на міських територіях.

2. Прогнозування НГП при забудові міст.

3. Захист міських територія від НГП.

Ендогенні та екзогенні геологічні процеси, вплив на них активної господарської діяльності.

Процеси, що впливають на формування твердої оболонки Землі по своєму положенню щодо її поверхні підрозділяються на ендогенні й екзогенні.

Ендогенні процеси протікають в умовах високих температур і тисків. Гравітаційне поле Землі і сили обертання можуть впливати на форму планети, викликати вертикальні і горизонтальні переміщення фрагментів літосфери різної щільності, процеси діапіризму і т.д.

Для рельєфоутворення найбільше значення мають механічні рухи літосфери, магматизм і метаморфізм. Один з найважливіших результатів - формування первинних нерівностей твердої поверхні Землі - тектонічно обумовлених підняттів і западин.

Під ендогенними рельєфоутворюючими факторами розуміються процеси, обумовлені внутрішнім розвитком літосфери і нерівності земної поверхні, що створюють, в умовах приповерхнього гравітаційного полючи Землі і під впливом її рухів у просторі. Структурні форми, виражені в рельєфі - полігенні утворення, тому що завжди в різному ступені перекручені екзогенними процесами.

4. Джерела енергії ендогенних процесів підрозділяються на : Зовнішні (космічні); Внутрішні (земні):

1) потенційна енергія маси Землі і створюваного нею гравітаційного полючи; 2) енергія руху Землі; 3) енергія, виділювана Землею в процесі розвитку планетарної матерії. По своєму впливі на земну поверхню ендогенні фактори можуть бути підрозділені на статичні і динамічні. Динамічні, чи активні, ендогенні фактори - загальні і приватні рухи земної кори. Динаміка визначається напрямком, швидкістю і нерівномірністю рухів у просторі і часі.

До основних статичних, чи пасивним, ендогенних факторів відносяться: літолого-стратиграфічні умови і глибина денудаціонного зрізу. Деформація порід - структурна форма, є як статичним, так і динамічним фактором.

Велике значення має загальний характер рухів, особливо при розбіжності знаків загальних і приватних вертикальних переміщень.

За характером рухів (кінематикою) тектонічні рухи земної кори можна поділити на переважно вертикальні (радіальні) та переважно горизонтальні (тангенціальні). Вони можуть бути плавними (хвильові, складчасті) і розривними (брилові, блокові); направлені (незворотні і коливальні (зворотні); висхідні та низхідні; інтенсивні і слабкі. Вертикальні рухи називають також коливальними, або епейрогенічними.

Коливальні тектонічні рухи за часом їх прояву та методом вивчення поділяються на сучасні, новітні та рухи минулих геологічних епох. Вивченню цих тектонічних рухів притаманні свої геологічні та геоморфологічні методи. Тектонічні рухи викликають деформації гірських порід, порушення первинних умов їх залягання. Виходячи з умов накопичення осадків, первинним є горизонтальне (або близьке до нього) залягання. Під впливом тектонічних рухів породи деформуються і виникають нові структурні форми залягання. Такі порушення залягання називають тектонічними порушеннями, або дислокаціями. Вони бувають складчастими (плікативними), або розривними (диз'юнктивними). Велике значення має вивчення проблеми, пов'язаної з катастрофічними тектонічними рухами, що мають назву землетрусів. Катастрофічні землетруси наносять великі матеріальні збитки та призводять до людських жертв. Виникають вони на різній глибині (від поверхні до декількох сотень кілометрів в глибині Землі). Це місце називають вогнищем землетрусу в центрі якого – гіпоцентр, а проекція на денну поверхню – епіцентр. В вогнищі землетрусу виникають пружні коливання – сейсмічні хвилі.

Екзогенні процеси, протікають у самих верхніх шарах земної кори, на межі її з зовнішніми геосферами планети. Енергетичною основою даних процесів є сонячна теплота , енергія сонячної радіації та сили гравітації. Екзогенні процеси протікають при нормальних значеннях температури та тиску згідно з ендотермічною схемою, супроводжуються поглинанням тепла та направлені на диференціацію (розподілення) речовини земної кори. Виділяється чотири стадії екзогенних процесів : вивітрювання , денудація, акумуляція та діагенез.

Вивітрювання (німецьк. “веттер” – погода) являє собою процесс руйнування та глибоких змін фізичного і хімічного стану мінералів та гірських порід у результаті фізичної, хімічної і біологічної дії на них води, кисню, вуглекислого газу, мінеральних та органічних кислот, а також атмосферних явищ і сонячної радіації. Денудація (латин. “денудаціо” – відслонення) – це сукупність явищ , направлених на перенесення продуктів вивітрювання з місця їхнього утворення та безпосереднього руйнування гірських порід. Агентами денудації є сили гравітації , води поверхневого стоку , води морів та океанів , вітер і льодовики. Переміщення матеріалу відбувається з піднятих ділянок рельєфу в понижені. Одночасно денудаційні процеси призводять до зміни форм рельєфу, вирівнюючи його . Акумуляція ( латин . “ аккомулос ” – насипати, накопичувати) – це процесс , у результаті якого продукти руйнування гірських порід після перенесення накопичуються на понижених ділянках рельєфу – річкових долинах, озерах, болотах, морях та океанах. Діагенез ( грецьк. “діагенезис” – переродження) являє собою складний процесс перетворення продуктів екзогенної діяльності в осадові гірські породи під впливом гравітаційних сил та змін фізико-хімічних умов в приповерхневій частині земної кори. Усі екзогенні геологічні процеси тісно пов’язані між собою. Завдяки вивітрюванню відбувається підготовка матеріалу для денудації, а самі продукти вивітрювання, які залишаються на місці, слугують матеріалом для утворення інших гірських порід. Разом з тим, продукти акумуляції можуть знову піддаватись процессам вивітрювання, денудації та повторному нагромадженню.

Характер та інтенсивність екзогенних процесів залежить від багатьох геологічних, фізико-географічних та інших факторів. Найважливішими серед них є тектонічні рухи земної кори, геологічна будова району, рельєф, кліматичні умови і час.

Основним результатом екзогенних геологічних процесів є зміна речовинного складу верхньої частини земної кори, диференціація речовини згідно з їх фізичними та хімічними властивостями, утворення осадових гірських порід і форм рельєфу земної поверхні. Завдяки екзогенним процессам формуються ґрунти та корисні копалини. Біля 60% світового видобутку кориснихкопалин пов’язано з продуктами екзогенної діяльності. Разом з тим, руйнування берегів рік, озер і морів, обвали та зсуви, снігові лавини , розмивання та руйнування схилів, ріст ярів і заболоченість територій – теж є результатами діяльності екзогенних геологічних процесів. Останні приносять значні збитки народному господарству. З цим пов’язана необхідність прогнозування результатів дії екзогенних процесів, що вимагає всебічного вивчення закономірностей їх проявів і встановлення провідної ролі тих чи інших факторів, які мають максимальний вплив на формування негативних для діяльності людини явищ, щоб запобігти різного роду катастрофам .

Небезпечні геологічні процеси (НГП) на міських територіях.

Геологічні процеси, які негативно впливають на території, господарські і промислові об’єкти, життєдіяльність людей, називають небезпечними геологічними процесами. Із ендогенних небезпечних геологічних процесів (НГП) на території міста можуть відбуватись землетруси і виверження вулканів. Землетруси – це коливання земної кори, пов’язані з вивільненням енергії у внутрішньому просторі землі. Землетруси бувають тектогенні, вулканічні та денудаційні. Інтенсивність землетрусів залежить від властивостей гірських порід, глибини залягання підземних вод, тектонічних порушень і глибини гіпоцентру землетрусу. Землетруси стимулюють селі, обвали, цунамі. Небезпечними для людей і цілісності споруд є землетруси силою більше 5 балів. Вулканізм – вихід магми на поверхню землі. На сьогодні нараховують понад 600 діючих вулканів і декілька тисяч потухлих. При виверженні вулканів викидається велика кількість попелу. Який розсіюється у повітрі, осідає на поверхню землі. Досить поширеним у нафтогазоносних районах є грязьовий вулканізм. Частіше на території міст відбуваються екзогенні НГП - зсуви, селі, підтоплення, затоплення, ерозія, карст, просідання, абразія, акумуляція. Зсув - ковзаюче зміщення порід природного схилу чи штучного відкосу під впливом сили тяжіння. Причина зсувів – порушення рівноваги схилу. Фактори, які зумовлюють зсуви поділяють на природні (перезволоження, вивітрювання, збільшення нахилу схилу, сейсмічні поштовхи) та антропогенні. Сель – водний потік, насичений твердим матеріалом. Утворюються селі, найчастіше, під час злив і сніготанення у гірських районах при наявності рихлого матеріалу. Селі мають велику швидкість і рушійну силу. Поділяють на зв’язані та незв’язані, грязьовокам’яні та водокам’яні. Утворення селів часто пов’язане з техногенними відкладеннями. Підтоплення. До підтоплених відносяться території на яких ґрунтові води залягають близько до поверхні землі. Причинами підтоплення є зміна умов поверхневого стоку, створення водосховищ, засипання природних дренажів (ярів, балок), недосконала каналізація і система водовідведення, витікання з водопроводу. Затоплення – утворення вільної поверхні води над земною поверхнею. Найчастіше зумовлене виходом річок з берегів. Також, затоплення може відбуватись в результаті швидкого танення снігу та льоду, прориву дамб. На території міст затоплення часто пов’язані з водонепроникливістю штучного покриття. Ерозія ґрунтів відбувається під впливом води та вітру. На території міст ерозія виникає внаслідок дії поверхневого стоку і в результаті витікання води з водопроводу. Вітрова ерозія виникає при будівництві. Карст – вилуговування розчинних гірських порід підземними і поверхневими водами в результаті якого утворюються пустоти в породах. На інтенсивність карстоутворення впливає щільність порід, глибина залягання підземних вод, хімічний склад води. Із техногенних факторів - утворення тріщин у породах, зміна рівня підземних вод, забруднення води. Просідання поверхні -найбільш характерне для зон залягання лесових порід, які дуже піддатливі деформації. Просідання може відбуватися у карстові пустоти. Абразія – процес руйнування гірських порід хвилями і течією в береговій зоні моря, водосховища. В результаті виносу абразивного матеріалу утворюються абразивні береги. Інтенсивність абразії залежить від контуру берегової лінії, хімічного складу гірських порід, рушійної сили хвиль. Акумуляція – накопичення наносів уламків гірських порід. В наслідок акумуляції утворюються берегові вали, пересипи, лагуни, лимани, річкові тераси і дельти.

Прогнозування НГП при забудові міст.

Зведення споруд, забудова й перепланування території завжди пов’язані з певним ризиком, мірилом якого є можливі фінансові збитки чи навіть людські жертви внаслідок спровокованої активізації небезпечних геологічних процесів. Для зниження ризиків та успішного виконання плану забудови території прийняттю відповідного рішення має передувати інженерно-геологічний прогноз, тобто науково обґрунтоване передбачення з визначеною точністю можливості вияву тих чи інших геологічних процесів, пов’язаних із еволюцією геологічного середовища й даного природно – техногенного комплексу. Це дозволить завчасно підготувати територію для захисту споруд і населення від небезпечних явищ. Для міст і знову забудовуваних територій прогнози розвитку небезпечних геологічних процесів розробляються на основі геологічної моделі середовища, яка включає комплект карт і розрізів різної специфіки (геологічних, геоморфологічних, гідрогеологічних, інженерно-геологічних тощо), і даних моніторингу , які створюють прогнозний фон. Прогноз реалізується у схемі або плані заходів із захисту територій від небезпечних геологічних процесів. Останніми роками для збирання даних, їхнього зберігання, аналізу і представлення інформації, що належить до геологічного середовища, використовують комп'ютерні технології, об'єднані в географічну інформаційну систему (ГІС). Використання цієї системи дозволяє на базі наявних даних швидко отримувати новий інформаційний продукт, зокрема прогнозні карти. При розгляді альтернативних варіантів захисту, окрім геологічних та екологічних аспектів, ураховують технічні й економічні можливості реалізації запропонованих заходів.

Захист міських територій від НГП.

Для захисту міських територій від небезпечних геологічних процесів здійснюють такі заходи:

1) прогноз небезпечних геологічних процесів на основі геологічної моделі середовища, яка включає карти (геоморфологічні, геологічні, гідрогеологічні, інженерно-геологічні). Прогноз реалізується в схемі чи плані заходів по захисту від небезпечних геологічних процесів. Для збирання та аналізу інформації використовують комп’ютерні технології, об’єднані в географічну інформаційну систему (ГІС). Використання цієї системи дає можливість отримати прогнозні карти;

2) підвищення стійкості споруд для захисту від сейсмічних коливань здійснюють конструктивні заходи (металеві каркаси, анкери);

3) для захисту від зсувів, обвалів, селів регулюють поверхневий стік, понижують рівень підземних вод, здійснюють агролісомеліорацію, закріплюють рихлі породи, будують споруди, які закріплюють схили, а також здійснюють управлінські заходи - охоронні зони, обмеження руху транспорту.

4) для захисту від ерозії регулюють поверхневий стік, закріплюють ґрунти;

5) для захисту від карсту заповнюють карстові порожнини, регулюють режим підземних вод, організовують збір поверхневого стоку;

6) для захисту від просідання ущільнюють лесовані породи, здійснюють гідроізоляцію порід, організовують збір поверхневого стоку;

7) для захисту від селів створюють дамби, канали, мости, запруди, дренажні споруди, здійснюють агролісомеліорацію;

8) для захисту від підтоплення створюють водостоки, дренажні конструкції, ліквідують протікання водопроводів;

9) для боротьби із затопленням поглиблюють русла річок, створюють дамби, зелені насадження;

10) для захисту від абразії створюють берегові споруди – пляжі, хвилерізи, насипи;

11) при недостатній стійкості і деформованості гірських порід здійснюють технічну меліорацію – покращення їх властивостей. Тип меліорації залежить від типу порід. Розрізняють механічні, фізичні, фізико-хімічні і хімічні методи меліорації. Механічні методи полягають в ущільнені порід для зменшення їх пористості (трамбування, вібрація). Фізичні методи полягають в збільшені стійкості порід за допомогою обпалювання чи заморожування. Застосовують для піщаних і глинистих ґрунтів. Фізико-хімічні методи спрямовані на зміну структури порід, збільшення їх водовіддачі, зміну обмінних характеристик ґрунту, утворення нових сполук. До фізико-хімічних методів відноситься пропускання електричного струму, введення розчинів хімічних речовин, гідрофобізація, глинування. Методи застосовують для обробки глинистих порід. Хімічні методи полягають у використанні різних речовин для поверхневого і глибинного закріплення порід. Поверхневе закріплення полягає у створенні покриття, гідроізоляції, глибинне закріплення - нагнітання у товщу порід цементних розчинів, бітумів, смол, рідкого скла. Таким чином, для збереження літогенної основи і раціонального використанні ґрунтів урбанізованих територій, необхідно здійснювати комплекс досліджень по виявленню негативного впливу антропогенного навантаження на геологічне середовище, прогнозувати його зміни, розробляти управлінські заходи спрямовані на його збереження і відновлення.