Podstawy geologii i geotechniki - opracowanie pytań 2012.docx

Podstawy geologii i geotechniki – część geologiczna dla ISIW 2012 r.

1.           Podział procesów geologicznych

Procesy geologiczne możemy podzielić na:

·         Niszczące

·         Twórcze( skałotwórcze i morfo twórcze)

Mogą działać na powierzchni Ziemi i w jej wnętrzu.

·         Procesy endogeniczne- procesy wywołane czynnikami wewnętrznymi

·         Procesy egzogeniczne- procesy wywołane czynnikami zewnętrznymi nazywane czasem też zewnętrznymi.

W wyniku działania procesów:

·         Wewnętrznych powstają różnego rodzaju nierówności na powierzchni ziemi ( stożki wulkaniczne, łańcuchy górskie pęknięcia) oraz skały magmowe i metamorficzne

·         Zewnętrzne wyrównują powierzeni skorupy ziemskiej. Powstają skały osadowe.

Procesy wewnętrzne:

·         Magmatyzm,

·         Metamorfizm,

·         Ruchy skorupy ziemskiej.

Procesy zewnętrzne

·         Zespół procesów niszczących (denudacja), do których zaliczamy wietrzenie wszelkiego rodzaju erozje, powierzchniowe ruchy masowe,

·         Transport rozdrobnionego materiału,

·         Akumulacje- gromadzenie materiału.

2.           Objaśnić pojęcia: czynnik, proces, zjawisko geologiczne i podać ich przykłady

·         Czynnik-warunki, pod których wpływem zachodzą określone procesy geologiczne, np. płynąca woda, wiatr, wędrująca magma.

·         Procesy geologiczne są to naturalne przemiany w litosferze i na jej powierzchni np. erozja, eoloizm, wulkanizm.

·         Zjawisko geologiczne- zjawiska wywołane procesami geologicznymi np. płynąca woda wcina się w podłoże w wyniku, czego powstaje dolina rzeczna

3.           Ruchy lądotwórcze

Są to powolne pionowe ruchy kontynentów lub ich części i mogą być wznoszące lub obniżające, najprawdopodobniej ich przyczyną są zakłócenia równowagi mas skalnych w obrębie litosfery.

Na obszarze Polski obserwuje się zarówno ruchy obniżające jak i wznoszące. Powolne nieznaczne pionowe ruchy skorupy ziemskiej nie mają w zasadzie znaczenia dla budownictwa jednak przy projektowaniu tuneli zapór proces ten powinien być uwzględniany. Musi być tez uwzględniany przy pomiarach geodezyjnych, ponieważ z czasem dezaktualizują pomiary.

4.           Ruchy górotwórcze

Ruchy górotwórcze to pionowe i poziome ruchy skorupy ziemskiej objawiające się na znacznym obszarze litosfery i powodujące tworzenie nowych łańcuchów górskich.

Przyczyny powstawania gór nie są dostatecznie wyjaśnione. W ostatnich latach coraz większą popularność zdobywa hipoteza tektoniki płytowej. Według tej hipotezy skorupa ziemska składa się ze sztywnych płyt, które przesuwają się wraz z kontynentami. Na granicy przesuwających się względem siebie płyt powstają olbrzymie naciski powodujące zagniecenia i pofałdowania osadów morskich i w efekcie doprowadzające do utworzenia łańcuchów górskich.

W historii ziemi wystąpiły kilkakrotnie okresy silnych ruchów górotwórczych, tzw. orogenezy, przedzielane długimi okresami spokoju. Najmłodsze ruchy górotwórcze noszące nazwę alpejskich zachodziły głównie w trzeciorzędzie. Powstały wówczas najwyższe łańcuchy górskie, m.in. Karpaty, Himalaje, Andy, Kordyliery.

5.           Przyczyny trzęsień ziemi

Trzęsienia ziemi to rodzaj ruchu skorupy ziemskiej. Są to gwałtowne i krótkotrwałe drgania skorupy ziemskiej wywołane przesunięciami mas skalnych w litosferze. Przesunięcia lub uderzenia w ciałach sztywnych wytwarzają drgania rozchodzące się w postaci fal sprężystych podłużnych i poprzecznych w przypadku trzęsienia ziemi nazywamy je falami sejsmicznymi.

6.           Ognisko (hipocentrum) i epicentrum trzęsienia ziemi; objaśnić opisowo lub rysunkiem

·         hipocentrum-miejsce, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne we wszystkich kierunkach, może występować na rożnych głębokościach od kilku do 700 km.

·         epicentrum-znajduje się bezpośrednio nad hipocentrum, jest to miejsce na powierzchni ziemi gdzie odczuwalne są najsilniejsze wstrząsy. Im dalej od epicentrum tym siła wstrząsu jest mniejsza.

7.           Proces metamorfizmu

Jest to proces zachodzący w głębi skorupy ziemskiej i polegający na przeobrażeniu skał pod wpływem oddziaływania na nie wysokich temperatur i ciśnienia. Przyczyną powstawania metamorfizmu są intruzje magnetyczne i ruchy skorupy ziemskiej.

·         Metamorfizm kontaktowy (termiczny) -skały ulegają przeobrażeniu pod wpływem wysokiej temperatury.

·         Metamorfizm dynamiczny -wywołany głównie wzrostem ciśnienia. (duże ciśnienie, pod wpływem którego skały ulegają przeobrażeniu, jest wywołane ruchami skorupy ziemskiej).

·         Metamorfizm regionalny (termodynamiczny) -wywołany jednoczesnym działaniem ciśnienia i temperatury, które zależą przede wszystkim od głębokości. Wyróżniamy 3 strefy przeobrażeń:

o        1. strefa płytka (epizona) -sięga do głębokości 6-10 km, gdzie panuje stosunkowo niska temperatura wynosząca ok. 100-300°C i niezbyt wysokie ciśnienie jednokierunkowe w granicach 1600 - 2700·102 kPa.

o        2. strefa pośrednia (mezozona) -pod wpływem wysokiej temp.300-500°C następuje częściowe przekrystalizowanie skał, a pod wpływem dużego, jednokierunkowego ciśnienia (2700 -5400·102 kPa) powstają skały o teksturze łupkowej i gnejsowej.

o        3. strefa głęboka (katazona) -temp. wzrasta do 800°C, ciśnienie kierunkowe zanika i pojawia się ciśnienie hydrostatyczne. Następuje całkowite przekrystalizowanie skał. W wyniku działania ciśnienia wielokierunkowego powstają tekstury nieuporządkowane. Metamorfizmowi podlegają skały magmowe i osadowe.

Obok zmian polegających na zmianie pierwotnego kształtu skały następuje również zmiana składu mineralnego. Tworzą się minerały charakterystyczne dla tego rodzaju skał tj. chloryt, talk.

Do skał metamorficznych należą: a) gnejsy, b) łupki metamorficzne, c) marmury

8.           Denudacja

Jest to zespół procesów niszczących, do których zaliczamy wietrzenie wszelkiego rodzaju erozje i wietrzenia oraz ruchy masowe, prowadzące do niszczenia wyniosłości na powierzchni Ziemi.

9.           Miąższość rzeczywista i pozorna warstwy (rysunek)

2

1- miąższość rzeczywista jest to odcinek prostopadły pomiędzy warstwą stropu (górnej powierzchni) a spągu (dolnej powierzchni)

2- miąższość pozorna jest to odcinek nieprostopadły pomiędzy warstwą stropu a spągu

10.       Bieg i upad warstwy (definicje i rysunki)

Bieg warstwy czyli rozciągłość jest to azymut( kierunek mierzony względem północy) krawędzi (ślad) powstałej z przecięcia płaszczyzny poziomej z powierzchnią warstwy (stropem lub spągiem)

Upad- jest to kąt dwuścienny, zawarty między płaszczyzną poziomą, a powierzchnia warstwy; jest to kąt pochylenia warstwy.

11.       Wymienić rodzaje deformacji tektonicznych ciągłych i krótko je scharakteryzować (rys.)

Deformacje ciągłe - zaburzenia pierwotne układu warstw skalnych bez przerwania ich ciągłości; nazywane plastyczne lub fałdowe.

Rodzaje:

·         monoklina –najprostsza struktura zaburzeń plastycznych charakteryzująca się warstwami nachylonymi w jedną stronę i pod zbliżonym kątem na danym terenie; warstwy nie powtarzają się lecz  wykazują jednokierunkowe następstwo stratygraficzne

·         fałd – plastyczne wygięcie warstwy, gdzie część wypukła nosi nazwę antykliny lub siodła, a część wklęsła synkliny lub łęku, wyróżnia się także skrzydło anty- i synkliny, jądro, promień fałdu, amplitudę fałdu, oś anty- i synkliny, płaszczyznę osiową i przegub anty- i synkliny. W zależności od pochylenia płaszczyzny osiowej fałdu w stosunku do płaszczyzny poziomej rozpozna się kilka rożnych rodzajów fałdu fałd stojący(zwany także pionowym), obalony, leżący i przewalony.

·         płaszczowina – fałdy leżące o olbrzymich rozmiarach i skomplikowanej budowie, leżą dalej niż powstały i nasunięte są na starsze podłoże.

12.       Rodzaje fałdów (rysunki)

13.       Fałd (rys. z objaśnieniami)

14.       Rodzaje ciosu

Ciosem nazywamy przerwanie ciągłości warstwy bez przesunięcia.

Rodzaje ciosu:

·         Termiczny - ostyganie skał magmowych i związanych z nimi kurczeniem się, np. cios słupowy w bazaltach;

·         Diagenetyczny - związany z diageneza skał osadowych i utratą wody w procesie twardnienia skał np. występuje w piaskowcach;

·         Tektoniczny - naprężenia i naciski podczas ruchów tektonicznych( większość spękań ciosowych w skałach jest tego rodzaju);

·         Odprężeniowy - odprężenie skał przez zdjęcie nadkładu ( powstają spękania w przybliżeniu równoległe do powierzchni terenu, a także zgodne z powierzchniami sedymentacyjnymi.

15.       Uskok normalny i odwrócony (rys. z objaśnieniami elementów uskoku)

Elementy na rysunku uskoku odwróconego są odbiciem lustrzanym elementów uskoku normalnego.

16.       Rodzaje wietrzenia chemicznego z przykładami reakcji chemicznych

Wietrzenie chemiczne różni się od wietrzenia mechanicznego tym, że pod jego wpływem skała ulega całkowitej zmianie, powstają nowe zespoły minerałów. Część z nich rozpuszcza się w wodzie i przechodzi do roztworu, część nierozpuszczona pozostaje na miejscu wchodząc w skład tzw. zwietrzeliny.

Wietrzenie chemiczne zachodzi przy udziale wody w temp. powyżej 0°C. Intensywność zależy m.in. od: rodzaju skały, ilości i jakości rozpuszczonych w wodzie składników, warunków klimatycznych, stopnia rozdrobnienia skały itp. Głównymi czynnikami powodującymi wietrzenie chemiczne są: woda, dwutlenek węgla, tlen, związki azotowe, siarczany i inne. Te czynniki mogą wywoływać przeobrażenia chemiczne: utlenianie, redukcję, uwodnienie, odwodnienie, i karbonatyzację (uwęglanowienie).

·         Utlenianie polega na przyłączeniu tlenu, bądź  też na przechodzeniu niektórych pierwiastków z niższej wartościowości na wyższą. Przykład: przejście siarczków, np. pirytu (FeS2) w siarczany:

2FeS2+2H2O+7O2→2FeSO4+2H2SO4

Jest to reakcja egzotermiczna. Utlenianiu ulega materia organiczna rozproszona w skałach, np.: wapieniach w wyniku czego powierzchnie tych skał bieleją.

·         Redukcja w przyrodzie jest wywołana głównie materią organiczną i działaniem bakterii. Największe znaczenie gospodarcze ma redukcja siarczanów (gips), z których powstaje czysta siarka. Tą drogą powstały złoża siarki w Machowie i Tarnobrzegu.

·         Uwodnienie polega na przyłączeniu wody do związków chemicznych występuje dość często w przyrodzie. Przykład: przejście anhydrytu w gips

CaSO4+2H2O ↔ CaSO4·2H2O

Odwrotna reakcja jest przykładem odwodnienia.

·         Karbonatyzacja – najważniejsze przemiany chemiczne zachodzące pod wpływem kwasu węglowego. Należą tu: proces kaolinizacji, krasu, chlorytyzacji i serpentynizacji. Dwa ostanie nie mają większego znaczenia na terenie Polski

o        Proces kaolinizacji

Polega na działaniu kwasu węglowego na skalenie. Rozkład ortoklazu przestawia się następująco:

2KAlSi3O8 + 2H20 + CO2 → H2Al2Si2O8 ·H2O + K2CO3 +4SiO2

              (ortoklaz)              (kaolinit)              (krzemionka)

Proces kaolinizacji jest typowy dla klimatu umiarkowanego i należy do tzw. wietrzenia ilastego, którego podstawowymi produktami są minerały ilaste.

o        Proces krasu

Polega na rozpuszczaniu skał węglanowych (wapienie, dolomity) i gipsowo-solnych przez wody powierzchniowe i podziemne. Sole potasowo-magnezowe, sól kamienna i gips ulegają rozpuszczeniu w czystej wodzie. Rozpuszczalność skał węglanowych w czyste wodzie jest niewielka, wzrasta w wodzie zawierającej CO2 .

Wody wsiąkające w te skały wzdłuż szczelin rozpuszczają się na powierzchni i w głębi. Powstają ...