1.Инженерная геология, этапы развития, задачи. Инженерная геология, как наука о рациональном использовании окружающей среды

Инженерная геология сформировалась как наука геологического цикла в 20 – 30 годах ХХ века в связи с запросами различных видов строительства – транспортного, промышленного, энергетического и др. Были созданы специализированные изыскательские организации, инженерно-геологические исследования стали необходимой стадией проектирования и строительства. ИГ, включающая на этом этапе грунтоведение и инженерную геодинамику, стала изучаться в вузах. В последующие 1940…70-е гг. она интенсивно развивалась применительно к решению проблем строительства в сложных геологических условиях транспортных сооружений, крупных ГЭС и ТЭС, атомных электростанций и др. Содержание ИГ расширилось за счет обобщения закономерностей инженерно-геологических условий обширных территорий (регионов); региональная ИГ стала третьей составной частью инженерной геологии.

В настоящее время (с 1980-х гг.) инженерная геология рассматривается как наука о геологической среде (ГС), т.е. верхней толще земной коры, ее охране и рациональном использовании. Это обусловлено резким ростом нагрузки на природную среду по многим причинам: рост численности населения в целом, городского в особенности; энерговооруженности и производительных сил общества; масштабов возводимых сооружений и т.д. Соответственно возрастает нагрузка на геологическую среду и растет опасность ее реакций на критические техногенные воздействия. Примерами таких реакций являются «наведенные» землетрясения при заполнении больших водохранилищ и закачке воды в глубокие скважины; выбросы пород, газа в глубоких шахтах и рудниках, приводящие иногда к авариям с человеческими жертвами; подтопление грунтовыми водами и наоборот, истощение глубоких водоносных горизонтов и др. Особенно велик уровень техногенных воздействий в больших городах.

Для России с ее огромной территорией (17,08 млн км2 ) и разнообразием природных условий значение ИГ особенно велико для всех видов строительства, разработки месторождений полезных ископаемых, надежной эксплуатации сооружений.

2. Общие сведения о Земле. Форма и строение Земли, внешние и внутренние геосферы и их взаимодействие, химический состав земной коры. Физические поля земли. Изменение температуры горных пород с глубиной. Геотермический режим.

Приняв приближенно форму земли в виде шара ( геоид ) со средним радиусом 6371,1 км, строение ее можно характеризовать совокупностью геосфер. К внешним геосферам относятся атмосфера, гидросфера и биосфера. К внутренним – земная кора (ЗК), литосфера, мантия и ядро.

ЗК толщиной около 70 км состоит из трех слоев, названных по характеру типичных пород: осадочный, гранитный и базальтовый; в океанической ЗК гранитный слой отсутствует. Мантия подразделяется на верхнюю (до 900км) и нижнюю (глубже до 2900). Верхний слой мантии вместе с ЗК образуют литосферу (до 140 км глубины). В ядре выделяют его внешнюю оболочку (2900 – 5000 км) и само ядро. В них и нижней мантии протекают процессы движения и преобразования вещества, приводящие к выделению внутренней – эндогенной – энергии Земли. Она проявляется в образовании минералов и горных пород, структур литосферы и ЗК, рельефа, т.е. характера поверхности последней. Таким образом, имеет место взаимодействие всех перечисленных геосфер.

Наиболее распространенными в ЗК являются следующие химические элементы: кислород (46,5), кремний (25,7), алюминий (7,6), железо (6,2). В скобках приведены массовые доли элементов в %. Далее следуют Ca, Na, Mg, K, H, Ti, C. Остальные элементы в сумме составляют менее 1%.

Физические поля Земли включают гравитационное, магнитное, и тепловое поля. Физические поля Земли охватывают не менее 2 млн. км. Эти пределы определяются гравитационными и электромагнитными полями. Гравитационное поле Земли составляет две сферы:

1. Сфера Хилла, радиус этой сферы составляет около 1500000 км и определяет расстояние, на котором могут двигаться тела, оставаясь спутниками Земли.

2. Сфера, радиус которой 260000 км, в пределах которого земное притяжение превышает солнечное.

Гравитационное поле Земли определяет силу тяжести на поверхности.

Магнитное поле Земли простирается на расстояние около десяти земных радиусов (100-200 тыс. км), где его напряженность практически сравнивается с напряженностью межпланетного магнитного поля. Напряженность магнитного поля на поверхности Земли неодинакова. В полярных областях она достигает 8.103 —9.103 А/м, а на экваторе напряженность уменьшается до 5.103 А/м. По мере удаления от Земли напряженность уменьшается пропорционально кубу расстояния.

Тепловое поле Земля имеет как всякое нагретое тело. Факторы, обусловливающие нагревание Земли, делятся на внешние (солнечная энергия, приливное трение, космическое излучение) и внутренние (теплопередача из глубины Земли, термальные воды, вулканизм, землетрясения, хозяйственная деятельность человека). Основным источником теплового поля является Солнце.

Температура на поверхности Земли колеблется в достаточно больших пределах. Самая низкая температура зарегистрирована в Антарктиде на станции Восток -89о С, а самая высокая - в Триполи (Северная Африка) +58о С.

Геотермический режим ЗК определяется взаимодействием вышеуказанной эндогенной(внутренняя энергия химических реакций, протекающих в мантии) энергии и внешней (экзогенной), главным образом солнечной. В итоге в ЗК выделяют три зоны: в верхней преимущественное значение имеет влияние солнечного тепла и соответственно проявляются суточные, сезонные и другие колебания температуры; глубже следует нейтральный слой, в котором температура постоянна и близка к среднегодовой. Еще глубже наблюдается устойчивый рост температуры, интенсивность которого характеризуется указанием геотермических ступени и (или) градиента. Величина нарастания температуры на каждые 100 м глубины- геотермический градиент. Глубина, при которой температура повышается на 1 градус по Цельсию -геотермическая ступень . Очевидно соотношение ГС = 100/ГГ. В среднем ГС равна 33 м, но в общем она меняется от 5 до 100 м. Например, для Москвы ГС = 59 м, для Петербурга только 20 м; различие объясняется более близким к поверхности для последнего расположением кристаллических пород и наличием в них глубоких разломов.