лекции / Маслов В.В. Лекции по дисциплине «Инженерная Геология»
.pdf
11
Атмосфера и гидросфера
Атмосфера (пар-шар) представляет собой газовую оболочку Земли.
Гидросфера (вода-шар) – это прерывистая водная оболочка, состоящая из океанов, морей, озер, рек, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова.
Состав атмосферы
|
Состав |
сухого |
|
|
|
воздуха |
|
|
|
Газ |
Содержание |
Содержание |
||
по объёму, % |
по массе, % |
|||
|
||||
|
|
|
|
|
Азот |
78,084 |
|
75,50 |
|
|
|
|
|
|
Кислород |
20,946 |
|
23,10 |
|
|
|
|
|
|
Аргон |
0,932 |
|
1,286 |
|
|
|
|
|
|
Вода |
0,5-4 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
Углекислый газ |
0,0387 |
|
0,059 |
|
|
|
|
|
|
Неон |
1,818·10−3 |
|
1,3·10− |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
Гелий |
4,6·10−4 |
|
7,2·10− |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
Метан |
1,7·10−4 |
|
— |
|
Криптон |
1,14·10−4 |
|
2,9·10− |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Водород |
5·10−5 |
|
7,6·10− |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
Ксенон |
8,7·10−6 |
|
— |
|
Закись азота |
5·10−5 |
|
7,7·10− |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
Атмосфера Земли состоит из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
12
Строение атмосферы
Тропосфера (80 % всей массы воздуха) - нижней слой высота 10-15 км, постоянное падение температуры на 0,6гр на 100м. высоты (достигает - 55гр.)
Тропопауза – слой постоянных температур (1- 2км) - облака, грозы, ветра, осадки и т.п.
Стратосфера – простирается примерно до высоты 50-55 км. В ней мало воздуха примерно 19 % от всей массы воздуха. Наблюдается рост температуры до её верхней границы это связано с поглощением солнечного излучения озоном.
Мезосфера – простирается до высоты 80-90 км. Температура понижается до -100гр. Этот слой хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи.
Термосфера (ионосфера) – температура на высоте 250 км. Достигает +150гр. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха (полярное сияние). Верхний придел сферы достигает 800км.
Экзосфера (сфера ускользания газа) — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (сфера распространяется до 20 тыс. км.)
Гидросфера
Гидросфера — это водная оболочка Земли, занимающая 3/4 части планеты. Она образует непрерывистую водную оболочку. Воды мирового океана покрывают 71% поверхности Земли. Принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах.
13
Климат Земли
Климат – это один из важнейших показателей природных условий различных типов физикогеографических ландшафтов поверхности Земли. Он влияет на экзогенное осадконакопление и развитие органического мира. Климат определяется атмосферной циркуляцией, теплооборотом и влагооборотом, а также астрономическим фактом.
Факторы, определяющие климат региона: географическая широта, наличие моря, суши, рельеф, растительность, ледниковый покров.
14
Климаты Земли:
Экваториальный климат — климат влажных лесов экваториального пояса со слабыми ветрами, очень малыми годовыми колебаниями температур (2428 °С на уровне моря) и обильными осадками (от 1,5 тыс. до 5 тыс. мм в год)
Субэкваториальный климат— тип климата, где господствует режим тропических муссонов, распространённый в некоторых частях тропических океанов, в частности в Индийском океане и на западе Тихого океана, а также над Южной Азии и в Африки и Южной Америки
Тропический климат — типичный для тропиков. По принятой для климата классификации определяется как не аридный, в котором все 12 месяцев в году средняя температура держится выше 18 °C. Для тропического климата характерны небольшие сезонные колебания температуры. В Северном полушарии на севере тропики переходят в субтропики, на юге — в субэкваториальный пояс.
Субтропический климат. Субтропики расположены между находящимися у экватора тропиками и умеренными широтами, то есть примерно между 30° и 45° северной и южной широты. В этих регионах, как правило, наблюдаются тропическое лето и нетропическая зима. Летом тропические, зимой-умеренные воздушные массы. Значительные сезонные различия температуры и осадков. Возможны снегопады.
Умеренный климат, или климат умеренных широт, характерен для умеренного географического пояса преимущественно Северного полушария. Умеренному климату присущи частые и сильные изменения давления и температуры воздуха и направления ветра, происходящие из-за интенсивной деятельности циклонов.
Субарктический климат характерный в основном для субполярных (субарктических) районов Земли: зона тундры, лесотундры и тайги. Главной чертой субарктического климата является отсутствие климатического лета: даже в самый тёплый месяц средняя температура воздуха не превышает +15 °C. Зима всегда длительная, в зависимости от местоположения может быть как очень суровой, так и относительно мягкой.
Полярный климат — тип климата, присущий Арктике. Минимальные температуры в этих районах иногда снижаются до −57,7 градусов на острове Врангеля, -62 градусов на Таймыре, (Гремяка, Имангда), до-67 градусов на Ямале (Аксарка), до - 46.3 градусов на Шпицбергене.
15
Значительная часть арктических островов и гор в пределах материковой части Арктики занята мощными ледниками, общая площадь которых превышает 2 млн. км2
Геологическая деятельность факторов внешней динамики Земли
К основным факторам относят геологическую деятельность ветра и других атмосферных агентов, поверхностных и подземных вод, морей, озер и болот, ледников и др. совокупность этих процессов получило название денудации (лат.
– обнажать, смыв) основные результаты денудации – разрушение (выветривание) горных пород, транспортировка (снос) продуктов разрушения, их осаждение (седиментация) и накопление (аккумуляция) в пониженных участках рельефа. В результате денудации рельефа формируются денудационные равнины или пенеплены.
16
Выветривание
Выветривание – совокупность процессов химического разложения минералов и горных поверхности земной коры, под воздействием биосферы.
физического разрушения и пород, обнажающихся на атмосферы, гидросферы и
Часть земной коры, в которой происходит преобразование минерального вещества, называется зоной выветривания или зоной гипергенеза (от греч. «гипер» - над, сверху). Перемещение продуктов разрушения дождем, водными потоками называется денудацией (лат. - смыв). В дальнейшим рыхлый материал где-то накапливается – происходит его аккумуляция.
Типы выветривания:
●Физическое (механическое)
●Химическое
●Биологическое
Физическое выветривание — это дробление (дезинтеграция) материнских пород, без существенного изменения состава минеральных зерен. Основным факторов выветривания, в первую очередь является, изменение температуры – суточные, сезонные, а также солнечная радиация.
К физическому выветриванию относится морозное выветривание – разрушение пород под действием замерзающей воды, проникающей в поры и трещины, при кристаллизации солей, принесенных водой. Процесс распространяется на глубинах до 20-30м.
Химическое выветривание – химическое разложение породы под действием атмосферных факторов, к числу которых относятся воздействие воды, кислорода, углекислого газа и органических кислот, содержащихся в воздухе и воде. Химические выветривание представлено несколькими основными процессами:
●Растворением
●Окислением
●Гидратацией
●Восстановлением
●Карбонатизацией
●Гидролизом
17
Процессы химического выветривания:
Растворение — процесс происходит с различной скоростью для различных пород. Наибольшей растворимостью подвержены хлориды – галит NaCI, сильвин KCI и др. Менее растворимы карбонаты и сульфаты, однако совместное действие кислоты и углекислоты, растворенной в воде, и органических кислот приводит к выщелачиванию пород и образованию специфических форм проявления карстовых процессов
Окисление — взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидрооксидов, если присутствует вода. Легко такие реакции протекают у сульфидов. Пирит превращается в лимонит (бурый железняк) FeS2 + nO2 + nН2O ~ FeSO4 ~ Fe2 (SO4) 3 ~ Fе2О3 nН2O
Гидратация — под воздействием воды происходит гидратация минералов, т.е. закрепление молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллической структуры минерала. Примером гидратации является переход ангидрита в гипс: ангидрит - CaSO4 + 2H2O~ ~CaSO4 2H2O – гипс
Восстановление происходит в отсутствие химически связанного кислорода, когда сильным восстановителем является органическое вещество, сформировавшееся в результате отмирания болотной растительности. При этом необходимы анаэробные условия в неподвижной, застойной воде, например в болотах. Восстановительные процессы превращают породы с оксидом железа, окрашенные в бурые, желтые и красноватые цвета, в серые и зеленые. Под торфом иногда возникает серо-зеленая глинистая масса, называемая глеем.
Карбонатизация - представляет собой реакцию ионов карбоната и бикарбоната с минералами, которая ведет к образованию карбонатов кальция, железа, магния и др. Большая часть известных нам карбонатов хорошо растворяется в воде и выносится из зоны выветривания. Именно поэтому грунтовые воды в таких местах обладают высокой жесткостью.
Гидролиз – процесс, приводящий к нарушению первичной кристаллической структуры минерала и возникновению новой структуры уже другого минерала. Процесс гидролиза протекает студийно с последовательным возникновением нескольких минералов.
Так, при гипергенном преобразовании полевых шпатов возникают гидрослюды, которые затем превращаются в минералы группы каолинита или галуазита: К [AlSi3О5) ... (К, Н3О) Al2 (ОН)2 [AlSi3Оl0) Н2О...Al4 (ОН)5 [Si4Оl0]
Биологическое (органическое) выветривание — разрушительное воздействие на горные породы оказывают корни растений, а также роющие
18
животные (дождевые черви, кроты, суслики и т.п.). Особенно активно разрушают горные породы микроорганизмы, причем процесс идет как при доступе воздуха (аэробный процесс), так и без доступа воздуха (анаэробный процесс).
Геологическая деятельность ветра
Разрушение горной породы происходит под действие непосредственно ветра, такой процесс можно рассматривать как механическое выветривание. Ветер производит большую работу по разрушению горных пород, переносу продуктов разрушения и их отложению. Работа ветра наиболее интенсивна, где он непосредственно соприкасается с поверхностью горных пород.
Геологическая работа ветра состоит из ряда процессов:
●Корразия – (обтачивание) механическая обработка обнаженных горных пород ветром при помощи переносимых им твердых частиц.
●Дефляция – (выдувание) процесс выдувания, уноса ветром различных частиц горных пород, которые образовались при корразии и физическом выветривании.
●Перенос – обломочного материала происходит под действием ветра, либо по средствам волочения.
●Ветровая аккумуляция – (эоловые аккумуляция) происходит на побережье океанов, морей и в пустынных областях.
Корразия - происходит обтачивание, шлифование горных пород несомым ветром песком, с формированием в них ниш, борозд, останцев и др. Подобным же образом корразия может разрушать здания, сооружения, линии электропередач. Мягкие породы разрушаются быстрее, чем твердые.
Дефляция – выдувании пылеватых и песчаных частиц, часто приводит к разрушению почвенного слоя. В районах, граничащих с областью распространения песков, это может привести к их наступлению; в черноземных районах – к выдуванию плодородного слоя.
Дефляционные котловины образуются путем выдувания рыхлых и слабосцементированных пород в районах интенсивной ветровой деятельности в аридных областях.
Днища таких котловин обычно заняты солончаками или солеными бессточными озерами, которые могут быть подпружены эоловыми песками или заключены среди дюн.
19
Эоловая аккумуляция пустынь
Геологические процессы, связанные с деятельностью ветра, называются
эоловыми.
Пустыни – крайне засушливые области земной поверхности с резкими колебаниями летних и зимних температур. Пустыни занимают 20% поверхности суши (Азия, Африка, Австралия …). Выделяют три основных типа пустынь:
●Каменные
●Песчаные (аккумулятивные)
●Глинистые
Эоловые формы рельефа
Барханные пески – ассиметричные серповидные формы, песчаные холмы, располагающиеся перпендикулярно господствующему направлению ветра. Характерная особенность барханов – заостренные концы, выдающиеся вперед по направлению движения ветра.
В песчаных пустынях барханы часто сливаются друг с другом, образуя барханные цепи или поперечно грязевые пески. По форме они напоминают застывшие морские волны. Отдельные барханы, или барханные цепи наползают друг на друга, образуя сложные формы рельефа – барханные поля.
Эоловая аккумуляция морей, озер и рек
Ветер проявляет свою деятельность и формирует песчаные постройки на побережьях морей, озер и даже рек. Именно здесь накапливаются песчаные формы – дюны – песчаные холмы или гряды удлиненной формы.
Наиболее эффективным методом борьбы с подвижными песками является их закрепление растительностью. Вдоль каналов и дорог практикуется также устройство щитовых ограждений, либо придание полотну дороги профиля, препятствующего занесению ее песком
Континентальные эоловые накопления
Лёс – скопления тонких пылевидных частиц, которые приносятся ветром. По своему облику лёс представляет собой массивное однородное неслоистое тело, это очень пористая континентальная порода, пронизанная вертикально направленными капиллярными каналами.
20