Экзогенные процессы

Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ
Кафедра Геотехники
ГЕОЛОГИЯ
65 тематических слайдов
Автор: ИГАШЕВА С.П.,ст. преп. каф. Геотехники
1. Тепловой режим Земли.
2. Многолетняя мерзлота.
3. Геологическая деятельность
ледников.
4. Криогенные процессы.
5. Посткриогенные процессы.
6. Строительство
в районах распространения
многолетней мерзлоты.
1. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗЕМЛИ
Земное вещество разогрето
крайне неравномерно
из-за своей неоднородности,
и неравномерности воздействия
источников тепла.
В каждой из геосфер действуют
специфические процессы,
влияющие на разогрев и охлаждение
земного вещества.
Земная кора имеет
два основных источника тепла:
 внешний – Солнце,
 внутренний – распад
радиоактивных веществ
в своей нижней части
на границе с верхней мантией.
В земной коре различают
три температурные зоны:
зона переменных температур,
в которой изменение температур
определяется климатом местности
и типом горных пород.
Суточные колебания
затухают на глубине до 1,5 м,
а годовые (сезонные) 20-30м.
зона постоянных температур постоянная температура
соответствует
среднегодовой температуре
данной местности.
Находится на глубине 15-40 м.
• зона нарастания температур
имеет такие характеристики:
геотермический градиент –
нарастание температуры
на каждые 100 метров глубины,
геотермическая ступень –
глубина, при которой
температура повышается на 1ºС.
Теоретически еѐ величина
составляет 33 метра,
в действительности –
колеблется в широких пределах.
Нарастание температуры с глубиной
следует учитывать
при проектировании
сооружений глубокого заложения
(метрополитенов,
хранилищ различного рода
промышленных отходов,
особенно радиоактивных и др.)
(рисунок 1):
Рисунок 1 Повышение температуры среды
ускоряет ход химических реакций
2. МНОГОЛЕТНЯЯ МЕРЗЛОТА
На бóльшей части суши
(в России ½ территории!)
горные породы характеризуются нулевой
или отрицательной температурой.
При наличии льда в пóрах и трещинах
породы называют МЁРЗЛЫМИ,
а при отсутствии льда – МОРОЗНЫМИ
(рисунок 2, 3).
Рисунок 2 Мѐрзлые грунты
Рисунок 3 Морозные грунты
В этом состоянии
они могут существовать от десятков
до многих тысяч лет –
МНОГОЛЕТНЯЯ МЕРЗЛОТА.
Область распространения
многолетнемѐрзлых пород –
КРИОЛИТОЗОНА
(от греч. криос – холод, литос - камень)
(рисунок 4):
Рисунок 4 Распространение ММП
Многолетняя мерзлота может иметь
 сплошное распространение,
 прерывистое распространение,
 островнóе распределение.
Мощность мѐрзлых толщ
может достигать сотен и даже
первых тысяч метров.
1400 м в Якутии, в верхóвье р. Мархи.
В пределах Западно-Сибирской низменности
реликтовая криолитозона
мощностью 100-200 м и более
залегает на глубине 100-200 м
от поверхности.
Верхний, оттаивающий летом,
многолетнемѐрзлый слой грунта ДÉЯТЕЛЬНЫЙ (активный) слой.
Его мощность зависит от
• климата,
• состава горных пород,
• наличия растительности.
Песок, в который свободно
проникает воздух, протаивает на 2-4 м,
глинистый грунт, покрытый мхом –
на 20-30 см за лето.
3. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ЛЕДНИКОВ
Значительная часть
поверхности земли
длительное время покрыта снегом
(рисунок 5):
Рисунок 5
И. Айвазовский
«Замѐрзший
Босфор под
снегом»
Уровень, выше которого
снег сохраняется круглогодично,
называется снеговóй линией.
Положение снеговой линии
зависит от климата.
В полярных областях
на высоте 50-70 м над уровнем моря,
в горных - 1500-6000 м.
За накоплением мощных толщ снега
следует его преобразование в фирн
(от нем. Firn — прошлогодний, старый, ледяные крупинки, образующиеся
в результате многократного
таяния и замерзания воды),
а затем в прозрачный голубоватый
глéтчерный лѐд.
При этом из 10-11 м3 снега
образуется 1 м3 льда.
Около 11% поверхности суши
покрыто ЛЕДНИКАМИ.
Среди них различают:
а) горные – маломощные,
приуроченные к углублениям
в горной долине.
Суммарно их площадь составляет
чуть более 0,5% и лишь отдельные
достигают значительных размеров
(Альпы, Кавказ, Памир).
б) материковые или покровные имеют значительную мощность,
обычно образуются в полярных
районах, почти на уровне моря.
(Гренландия, Антарктида).
в) промежуточного
или скандинавского типа
формируются на плоскогорьях.
Огромные скопления льда и снега
на земной поверхности
подчиняются законам гравитации.
Кроме того,
находясь под большим давлением,
лѐд приобретает пластичность.
Поэтому ледники способны двигаться.
(Альпы от 0,1-0,4 до 1 м/сут;
Памир, Гималаи 2-4 м/сут;
случаи катастрофического продвижения
до 50-100-150 м/сут)
(рисунок 6):
Рисунок 6 Ледник Бриксдайл
Долина, по которой движется ледник,
приобретает корытообразную форму
с плоским дном и отвесными краями –
трог (от нем. Трог – «корыто»).
Работа ледника по разрушению
и истиранию пород ложа долины
называется
ЭКЗАРÁЦИЯ (выпáхивание).
В процессе движения
ледник дробит и перетирает
встреченные на пути горные породы.
Их обломки, вмѐрзшие
в придонную часть ледника,
оставляют «ледниковые шрамы» царапины на поверхности объектов.
Встретившиеся на пути ледника скалы
приобретают округлую форму
с отполированной
и штрихованной поверхностью –
«бараньи лбы» (рисунок 7),
их скопления называют
курчáвыми скалами (рисунок 8):
Рисунок 7 Бараньи лбы
Рисунок 8 Курчавые скалы
Гляциáльные (от glacial – лѐд) - g,
ледниковые отложения - морéна,
оставшиеся в долине
после прохождения ледника,
очень разнообразны по составу от крупных валунов и огромных глыб
до тонкого пылеватого
и глинистого материала.
Для них характерны неокатанность,
несортированность,
отсутствие слоистости (рисунок 9):
Рисунок 9
Морéна
Достигнув снеговой линии,
лѐд начинает таять.
Оттаявшая вода тоже перемещает
частицы горных пород.
Вблизи границы ледника
она откладывает
грубообломочный материал,
далее – мелкий песчаный,
затем – тонкий глинистый
(рисунок 10):
Рисунок 10 Таяние ледника
Флювиогляциальные или
водно-ледниковые отложения fg
сортированы, слоисты,
слабо окатаны.
4. КРИОГÉННЫЕ (мерзлотные)
ПРОЦЕССЫ
(от греч. «криос» холод
и «генос» рождѐнный)
происходят в горных породах
при понижении температур
(рисунок 11):
Рисунок 11 Карта глубин промерзания
грунтов в зимний период
а) М О Р О З О Б Ó Й Н О Е
ТРЕЩИНООБРАЗОВÁНИЕ возможно
при наличии воды в трещинах пород,
и отрицательных температур.
Замерзающая вода
увеличивается в объѐме на 9-11%,
«расклинивает» трещины,
резко ускоряет разрушение
горных пород (рисунок 12):
Рисунок 12
Замерзающая
вода
значительно
увеличивается
в объѐме
Для профилактики
морозобойного трещинообразования
применяется:
осушение массивов горных пород,
ликвидация трещин.
б) НÁЛЕДИ - потокообразные
или плащеобразные
скопления льда на поверхности земли
(рисунок 13).
Могут иметь большую мощность
и занимать большие площади.
Наледи представляют угрозу
для движения транспорта,
могут стать причиной затопления
пониженных участков местности.
Рисунок 13
Нáледь
образовалась
за счѐт выхода
грунтовых вод
из трещин в скале
 Образование нáледей происходит
в очень суровые зимы,
когда намерзающий лѐд
чрезмерно давит на речную воду.
Она разрывает его,
выходит за пределы русла
и там замерзает (рисунок 14).
 Для профилактики таких нáледей
применяют земляные валы
вдоль русел рек.
Рисунок 14
Нáледь
 Наледи могут возникать
в зимний период
при проходке горных выработок,
которые достигают
уровня подземных вод.
 Для профилактики
образования таких наледей
служат «мерзлотные пояса» – глубокие
канавы, расположенные
вокруг строительной площадки;
в) МОРОЗНОЕ ПУЧÉНИЕ
увеличение объѐма рыхлых
водонасыщенных грунтов
за счѐт увеличения объѐма воды
в пóрах грунта после замерзания
(рисунок 15).
Наносит большой вред
дорожному строительству,
осложняет эксплуатацию
различных сооружений.
Рисунок 15
Морозное
пучéние
Проявляется оно в виде пучи'н –
удлинѐнных поднятий поверхности
высотой 0,2 – 0,5 м
и в виде бугров пучéния
(якут. – булгуння'х),
достигающих в высоту и в диаметре
нескольких десятков метров
(рисунок 16):
Рисунок 16 Булгуння'хи
Морозное пучение происходит
при отрицательных температурах,
при наличии несвязных грунтов,
имеющих в составе
глинистые и пылеватые частицы,
способные удержать воду.
Его последствия –
деформация и разрушение дорог,
коммуникаций, сооружений
(рисунок 17):
Рисунок 17
Морозное
пучение
вызывает
повреждение
сооружений
и коммуникаций
Мероприятия
по борьбе с морозным пучением:
водоотведение и осушение массива;
теплоизоляция для уменьшения
глубины промерзания;
замена пучинистых грунтов
на грубозернистые;
электрохимическое закрепление
грунтов.
5. ПОСТКРИОГÉННЫЕ
(послемерзлотные) ПРОЦЕССЫ
происходят в грунтах
после повышения температуры
и оттаивания в них льда-цемента.
а) ТЕРМОКАРСТ - образование
провалов на земной поверхности
из-за уменьшения объѐма грунта
после оттаивания льда
(рисунок 18, 19).
Для профилактики термокарста
применяют термоизоляцию,
не позволяющую грунтам оттаивать.
Рисунок 18 Термокарст
Рисунок 19
Термокарст
б) СОЛИФЛЮ'КЦИЯ (от лат.
solum - почва и fluktum – истечение)
движение рыхлых
водонасыщенных отложений
под действием силы тяжести
со склонов при оттаивании
(рисунок 20, 21).
Солифлюкция представляет угрозу
для сооружений и путей сообщения,
расположенных у подножия склона.
Рисунок 20 Солифлю'кция
Рисунок 21 Солифлю'кция
Для профилактики солифлюкции
применяется:
 Закрепление склона растительностью;
 планировка и выполáживание
склонов;
 создание оградительных сооружений.
6. СТРОИТЕЛЬСТВО В РАЙОНАХ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ
МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ.
Горные породы, существующие
в районах распространения ММ
относят к типу грунтов
«особого состава, состояния и свойств».
Их поведение в основании сооружений
определяется
замерзанием и оттаиванием.
Работа с такими грунтами
требует применения
особых методов строительства:
 с учѐтом возможных смещений
в основании сооружения –
на грубообломочных
морозных (без льда) грунтах.
с предварительным оттаиванием
и укреплением грунтов –
если мощность мѐрзлой толщи
не превышает 7-10 м;
с сохранением температурного режима
при большой мощности
мѐрзлой толщи;
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:
 Геотермический градиент, геотермическая
ступень.
 Зоны многолетней мерзлоты.
 Экзарáция.
 Ледниковые, водноледниковые отложения.
 Морозобóйное трещинообразовáние.
 Морóзное пучéние.
 Нáледи.
 Термокáрст.
 Солифлю'кция.
 Строительство в районах распространения
многолетней мерзлоты.