Глава 2 Грунты земляного полотна и варьирование их свойств

2.1. Современные сведения о строении Земли

Строение Земли по М.М.Филатову, показано на рис. 2.1[16]. Земля имеет сложную форму геоида, центро-симметричное строение и состоит из нескольких геосфер. Ее делят на три части: тонкую наружную кору, огромную, большой толщины, мантию – равную около 5/6 объема всей Земли и 2/3 по массе; ядро в

середине.

Материковая кора имеет три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый.

Мощность осадочного слоя достигает 15 км и более. В некоторых местах этот слой может отсутствовать.

Гранитный слой состоит из разных метаморфических и магматических пород (преимущественно гранит, гнейс) кристаллического сложения. Слой назван гранитным потому, что скорость распространения сейсмических масс такая же, как в граните.

Под этим слоем залегает базальтовый слой. Состав этого слоя пока изучен недостаточно.

Слой земной коры от поверхности до мантии называют

литосферой.

Переходную зону от ядра к земной коре составляет очень мощная оболочка Земли – мантия. Мантия делится на верхнюю

перидотитовую и нижнюю промежуточную оболочки. Условно граница проходит на глубине 900 – 1200 км.

Ядро занимает 16% земного шара по объему и 31,5% по массе. Ядро делят на две части: внешнее и внутреннее ядро (субъядро). В связи с тем, что поперечные волны сквозь внешнее ядро не проходят, поэтому полагают, что оно жидкое, субъядро твердое – так как скорость сейсмических волн, проходящих через него, остается постоянной.

Диаметр ядра около 2500 км, а давление достигает 3,5 млн. атм. Температура ядра 5000, а температура вытекающей из вулкана

магмы – 1200 – 4000.

40

Плотность земного шара равна 5,5 г/см3 – значительно превышает плотность горных пород (2,5 – 2,8), слагающих Земную кору. Поэтому полагают, что плотность центральной части должна равняться 12 кг/см3, т.е. примерно плотности железа и никеля (Fe, Ni).

Большой интерес представляет геологическая хронология формирования горных пород и грунтов.

Рис.2.1. Схема строения Земли.

Рис.2.2. Схема составных частей трехфазного (а) и двухфазного (б) грунта: V – объем всего грунта; Vт – объем скелета грунта; Vп – объем пор грунта; Vа – объем воздуха в порах; Vв – объем воды в порах..

41

2.2. Геологическая хронология

Геохронология – это подразделение геологического времени на условные отрезки, которые имеют определенные названия (эра, период, эпоха, век) и расположение их в определенном порядке

[17].

Возраст Земли составляет примерно 4,5…5,0 млрд. лет. Возраст первого материка приблизительно равен 4 млрд. лет. Жизнь на Земле зародилась примерно 2,3 млрд. лет назад. Среднегодовая температура поверхности Земли (земного шара) в то время составляла 72. В эпоху господства пресмыкающихся (около 200

млн. лет назад) она была близка к 20. В настоящее время среднегодовая температура земного шара равна 14,8.

За последние 500 тыс. лет земное шар испытал четыре периода оледенения. Последний раз ледник ушел 16 тыс. лет назад; его остатки находим в Гренландии и Антарктиде. Таяние льда на этих материках ежегодно повышает уровень мирового океана на 2 мм.

Геологическое время Земли подразделяется на пять эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую [11].

Архейская эра– это самая древняя эра в геологической истории Земли, продолжившаяся около 1 млрд. лет. Это время формирования земной коры, появления на ней первой воды, накопление первых мощных толщ осадочных пород. На геологических картах архейская эра обозначается AR.

Протерозойская эра(PR) продолжалась 600 – 800 млн. лет. Для нее характерен теплый тропический климат, обширное распространение моря, где происходило накопление известняков. Продолжительность наращивания земной коры; на ее поверхности со временем накапливались мощные вулканические и осадочные толщи.

Палеозойская эра (PZ) продолжалась 300-350 млн. лет. Ее подразделяют на периоды: кембрийский (K); ордовикский (O); силурийский (S); девонский (Д); каменноугольный (С); пермский (P).

В палеозойской эре сформировались две складчатости: каледонская и герцинская. Климат палеозоя, в основном, отличался тропическими и субтропическими режимами, которые закончились резким похолоданием в пермский период. Породы данной эры характеризуются – известняками, мергелями и доломитами. На

42

континентальных платформах они представлены глинами, песками

ирыхлыми песчанками.

Всилурийский период произошло мощное горообразование с поднятие материков и обмелением морей. Образовалась каледонская складчатость.

Вдевонском периоде произошло резкое сокращение морских бассейнов и увеличение поверхности суши.

Вкаменноугольный период началось наступление моря на сушу, древние каледонские горя сгладились и большая часть Европейской равнины оказалась затопленной морем. Свое название получил изза обилия в его отложениях угля.

Мезозойская эра (MZ) продолжалась 50 – 250 млн. лет. Она включает три периода:

• триасовый (Т) – в котором происходило чередование сухих и

влажных периодов, интенсивно протекала вулканическая деятельность;

•юрский (Ю) – время бурного развития пресмыкающихся, таких как динозавры (длина 25 м, масса свыше 60 т);

•меловой – мощное горообразование м увеличение материков.

Кайнозойская эра(KZ) – поздняя геологическая эра, которая началась примерно 250 млн. лет назад и продолжается до сегодняшнего дня. Ее делят на три периода: палеогеновый (Р);

неогеновый (N); четвертичный (О) или антропоген (А).

В эту эпоху образовались океаны – Атлантический, Индийский, Северно-ледовитый. Интенсивно формировалась альпийская складчатость, с которой связано рождение Альп, Кавказа, Крыма и других горных систем.

Палеоген отличался теплым тропическим климатом, который при неогене сменился прохладным. В настоящее время большие пространства суши Арктики и Антарктики покрыты льдом толщиной до 3 км в Гренландии. За последний миллиард лет на Земле было четыре эпохи, когда лед занимал большую поверхность земного шара. В четвертом из этих периодов оледенения живем мы. За последний миллиард лет, как минимум, девять раз ледяные щиты надвигались на Северную Америку и Европу. Их толщина достигала 2 км.

Таким образом, в ходе эволюции земной коры возросла ее неоднородность, что определило различия между океаническими и континентальными полушариями Земли. Проявился наиболее общий закон развития нашей планеты – усложнение вещественного

43