12. Лекция №3

Метаморфические горные пароды.

Метаморфические горные пароды образуются на глубине 6-7 км путем преобразования магматических и осадочных горных пород под влиянием высоких температур и давлений в результате, которого породы не переходя в расплаве изменяют первичный облик состав и строение. В зависимости от значении температуры и давления различают следующие типы метаморфизма:

1. контактовый метаморфизм - главную роль играет температура, магматические газы, и горячие растворы. Развивается на контакте с внедрившейся магмой, оплавление и перекристаллизация превращают карбонатные породы в мраморы, пески и песчаники в кварциты.

2. динамометаморфизм – главную роль играет давление, силы сжатия, идет преобразование глинистых пород в глинистые сланцы.

3. региональный метаморфизм занимает большие пространства и происходит при больших значениях температуры и давления. Наиболее измененными оказываются самые древние породы перекрытые большой толщей осадочных пород, а так же оказавшиеся на большой глубине в результате тиктанических движений.

Классификация, состав и свойства метаморфических пород.

Классификация производится по миниралогическому составу и по структурным, текстурным особенностям. Различают две основные особенности метаморфичексих горных пород:

- массивная (зернистая): мрамор, кварцит

- сланцеватая: гнейсы, кристаллический сланц.

1. Кварцит.

Образуется путем метаморфизма кварцевых песчаников при динамометаморфизме. Это массивные плотные и очень твердые породы мелко- среднезернистые, применение: строительный материал, образивные диски и др.

2. Яшма.

Состоят из тонкозернистого кварцита, имеют массивную структуру, раковистый излом. Применяется как ценный поделочный камень.

3. Мрамор.

Образуется при перекристаллизации известняков и доломитов во всех зонах метаморфизма. Это мелко- средне- и крупнозернистые породы, массивные, окрашены в белый, розовый, желтый и даже черные тона. Отличаются невысокой твердостью, хорошо поддается полировке, используется как облицовочный камень, а так же в электротехнике.

4. Гнейс.

Образуется в результате динамометаморфизма гранита, имеет полосчатую текстуру, применяется в дорожном строительстве.

5. Сланц.

Образуется из различных пород и называется по преобладающему минералу:

- флоритовые – темно-зеленого цвета, плотные.

- тальковые – как результат метаморфизма основных пород.

- роговообманковые сланцы – состоят из глинистых частиц, кварцевых зерен, и слюды. В строительстве их применение ограничено из-за низкой прочности.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

Землетрясения – одно из наиболее страшных природных катастроф. Продолжительность землетрясений составляет от 5 сек – 5-6 минут. Ежегодно регистрируются сотни тысяч землетрясений, но только некоторые из них можно отнести к разрушительным.

Причины землетрясений:

Любое землетрясение это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород. Деформация происходит скачкообразно с образование упругих волн, объем пород определяет силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию. Чем меньше объем очага, тем слабее толчок. Гипоцентром или фокусом землетрясения называют условный центр очага на глубине, а эпицентром землетрясения его проекцию на земную поверхность. В зависимости от глубины гипоцентра различают:

1. мелкофокусные землетрясения – очаг на глубине до 70 км.

2. среднефокусные землетрясения – очаг на глубине от 70-300 км.

3. глубокофокусные землетрясения – очаг на глубине более 300 км.

Чаще всего очаги расположены на глубине 10-30 км в земной коре. Главному сейсмическому толчку предшествуют локальные, а после главного удара следуют автошоки. Из гипоцентра распространяются упругие колебания, это продольные и поперечные волны. Продольные волны распространяются в любой среде со средней скоростью до 1 км/с. При выходе на поверхность земли создают звуковые волны. Поперечные волны при своем распространении сдвигают частицы под прямым углом в направлении своего пути. Поперечные волны не распространяются в жидкостях и газах.

Кроме этих объемных волн существуют поверхностные волны. Их скорость в два раза меньше чем у поперечных волн. Они затухают быстрее на расстоянии, но не менее опасны. В целом очаг излучает широкий спектр колебаний с периодами от долей секунды до нескольких десятков секунд. Колебания распространяются во все стороны в недрах земли и примерно за 20 минут достигают противоположной точки земного шара. Удаление в 2 раза от очага снижает энергии Землетрясения в 10-20 раз даже пи очень сильных землетрясениях (10+12 баллов) на расстоянии 200 – 500 км нет угрозы зданиям и населению.

Оценка силы землетрясений производится при помощи сейсмогрофа. Наибольший вклад в отечественную сейсмологию внес Галицин.

Интенсивность сейсмического эффекта выражают в баллах или в магнитуде. Для строительных целей в России с 1952 года принята 12ти бальная шкала. Ее основатели (Медведев, Шпонхойнер, Карник) Каждый балл шкалы соответствует определенному сейсмическому ускорению.

Землетрясений 1-3 балла – слабые.

4-5 балла – ощутимые.

6-7 балла – сильные (разрушаются ветхие постройки).

8 баллов – разрушительные (разрушаются частично здания, падают фабричные трубы)

9 баллов – опустошительные (разрушается большинство зданий, в грунтах образуются трещины шириной до 10 см)

10 баллов – уничтожительные (разрушаются мосты, образуются большие оползни, обвалы, трещины в грунтах до толщины 1 м.)

11 баллов – катастрофические (разрушаются все сооружения изменяется форма рельефа)

12 баллов – сильная катастрофа.

Магнитуда характеризует энергию в центре землетрясения. Шкалу предложил использовать Чарльз Рихтер еще в 1935 году. Эту шкалу используют сейсмические службы. Идея Рихтера состоит в том что за эталон взята очень слабое землетрясение с магнитудой в 1 единицу (которую уже фиксируют сейсмографы).

Землетрясения с магнитудой 1-3 очень слабые. Сильнейшие землетрясения имели магнитуду 8,5-8,6.

Атомная бомба имеет магниту 6,5, а водородная 8,5.

Районирование территорий. Землетрясение происходит только в районах геосинклиналий точнее в зонах где литосферные плиты либо сталкиваются друг с другом либо расходятся.

Первый высокосейсмичный регион – активные окраины Тихого океана. Гипоцентры находятся на глубине 600-700 км.

Второй по значимости регион сильных и частых землетрясений – Альпийский горноскладчатый комплекс. В приделах СНГ наиболее активным сейсмическим регионом являются: восточные карпаты, горный Крым, Кавказ, Алтайский край, район озера Байкал, Дальний Восток особенно камчатска, Юж Сахалин, курильские острова. Все эти районы обладают высокогорным рельефом, что свидетельствует об активной тиктонике.

Первые карты сейсморайонирования были переведены в 1962 году. Методика их составления учитывает:

1. геологическое строение, тектоника, разломы, и другие нарушения земной коры.

2. сведения о прошлых землетрясениях.

Прогноз землетрясений включает в себя три элемента:

- место землетрясения

- величина

- время землетрясения.

К сожалению нельзя дать точный прогноз времени землетрясения.

Предвестниками землетрясения могут быть: поведение животных, колебание уровня грунтовых вод, вариации магнитного поля, изменение электросопротивления горных пород, а так же внешние деформации земной поверхности.

Строительство в сейсмических районах. Антисейсмическое усиление зданий начинается с 7 баллов. Большинство ученых считают, что основную опасность для зданий является резонанс.

12. Лекция №4

Выветривание.

Выветривание (физическое, химическое, биологическое).

Под выветривание понимают процессы внешней динамики земли источником которых является солнце. К экзогенным процессам относят: выветривание, геологическая деятельность ветра, деятельность поверхностных и атмосферных вод, ледников, морей, рек и подземных вод, эти процессы весьма опасны для инженерных сооружений (ураганы, бури, оползни, подтопление территории)

Процессы внешней динами повсеместны и часто носят скрытый характер, эти процессы способны перенести миллионы кубических километров горных пород и воды.

Выветриванием называются процессы разрушения и изменения состава горных пород, происходящие под воздействием воздуха, воды, льда, колебаний температуры и деятельности живых организмов. Выветриванию подвергаются не только горные породы и минералы, но так же и строительные сооружения (стены, фундаменты, подземные и наземные строительные конструкции, трубопроводы). Наиболее активно процесс выветривания наблюдается в верхней части земной коры на контакте с атмосферой. Атмосфера это не только газы, но и атмосферные блага, а так же колебание температуры с глубиной интенсивность выветриваности ослабевает. Глубина воздействия агентов зависит от состава и структуры горных пород. В Плотных скальных горных породах выветривание происходит лишь на поверхности, а в пористых горных породах глубина достигает 5-10 м.

Инженерная деятельность человека способствует проникновению агентов выветривания на большие глубины (рытье котлованов, карьеров, проход для шахт). Процессы выветривания дробят и разрушают горные породы изменяют их химико-минералогический состав, а так же ухудшают строительные свойства грунтов. Первичная монолитная порода под воздействием выветривания превращается в рыхлое образование. Продукты выветривания горных пород называется элювием. В зависимости от типа агентовыветривания различают: физическое выветривание (механическое), химическое, биологическое (органическое)

Физическое выветривание – это механическое разрушение горных пород без изменения минерального состава. Его агентами являются: резкое изменение температуры, механическое действие замерзающей воды, механическая сила ветра, кристаллизация солей, давление растущих корней растений. В результате этих воздействий порода превращается в рыхлую массу обломков, глыб, щебня, а так же гравий и песок.

Термическое выветривание связано с неодинаковым температурным расширением различных минералов, в результате этого в породе возникают внутренние напряжения, которые ослабляют кристаллические связи. Крупнозернистые породы разрушаются быстрее, чем мелкозернистые. Процесс разрушения горных пород замерзающей водой называется морозовыветриванием (морозным выветриванием). Так же стоит отметить роль растений, часто наблюдается разрушение асфальта корнями деревьев, а так же разрушается фундамент легких зданий. Увлажнение или высыхание горных пород даже при положительных температурах вызывают их разрушения. Физическому выветриванию так же относится и воздействие ветра, особенно с песком, который обрабатывает выступы горных пород а за одно и системы инженерных сооружений.

Районы интенсивного физического выветривания это области с резким континентальным климатом, где большой перепад сезонных и суточных температур. В нашей стране это холодные северные районы (Якутия, Бурятия) и жаркие пустыни и полупустыни (Восточные районы Ставрополя, Калмыкия).

Химическое выветривание протекает в виде реакций с водой и растворенными в ней веществами. Вода в природе никогда не бывает чистой. Всегда содержит в себе органические кислоты, соли, сульфаты, нитраты и др. Вода это универсальный растворитель, т.к. у нее самая большая диэлектрическая постоянная. Различают следующий процесс хим. выветривания:

1. растворение солей.

2. гидротация, т.е. присоединение воды часто с увеличением объема.

3. окисление.

Окислению подвергаются сульфиты силекаты органические соединения и др.

По устойчивости к выветриванию различают три группы минералов:

1. Высокоустойчивые (кварц, мусковит, лимонит, каронд)

2. Среднеустойчивые (артоклаз, биотит, апатит)

3. неустойчивые (плагиоклаз, пирит, роговая обманка. Кальцит)

Скорость химического выветривания зависит от климата. Чем выше температура и влажность, тем интенсивнее химическое выветривание.

Биологическое (органическое) выветривание протекает под воздействием живых организмов это микроорганизмы (микробы), макро-организмы (черви, насекомые, мелкие грызуны), растения высшие и низшие (лишайники, мхи и древесная растительность). Микроорганизмы имеют на земле исключительное распространение, нет участка суши где бы не было микробов, в природных условиях химическое и биологическое выветривание протекает совместно. Наиболее яркий пример биохимического выветривания это почвы. Почвы – это тонкий слой (от 20 см-2 м) на поверхности земли обеспечивающий жизнь растительному и животному миру.