Геология. Энциклопедия для детей. Том 4 - Коллектив авторов - Страница 1

М.В. Венгерова, А.С. Венгеров

Геология

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время объемы промышленного и гражданского строительства увеличиваются, а также усложняются объекты строительства, повышается высотность зданий, расширяется подземное строительство. Часто строительство приходится вести в пределах уже существующей застройки, проводить реконструкцию старых зданий, которая требует дополнительного исследования основания сооружения, и на ранее неиспользуемых землях ввиду сложных инженерно-геологических условий. В связи с этим возрастает необходимость точного и экономически обоснованного проектирования, невозможного без грамотного применения инженерно-геологических исследований природных условий территорий будущего строительства.

При подготовке бакалавров по основным образовательным программам, составленным в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 08.03.01 «Строительство» дисциплина «Геология» изучается в рамках модуля «Инженерное обеспечение строительства».

В соответствии с учебными планами подготовки бакалавров по образовательным траекториям «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций», «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций», «Городское строительство и хозяйство», «Проектирование зданий», «Проектирование и эксплуатация систем теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования», «Проектирование, изготовление и монтаж конструкций зданий и сооружений», «Теплоснабжение и вентиляция», «Технология и организация промышленного и гражданского строительства», «Проектирование и возведение объектов промышленного и гражданского строительства», «Экспертиза и управление недвижимостью», «Экспертиза инвестиционно-строительного проекта и управление недвижимостью», «Водоснабжение и водоотведение», «Гидропневмосистемы в строительстве и промышленности», «Стоимостной инжиниринг в строительстве» рабочая программа дисциплины «Геология» предусматривает 18 часов лекций, 18 часов лабораторных работ, две контрольные работы и расчетно-графическую работу.

В результате изучения дисциплины «Геология» студенты должны:

– знать основные требования нормативной документации в строительстве в области проектирования и градостроительства; способы и методы инженерно-геологических изысканий; законы геологии, гидрогеологии; генезис и классификацию пород и грунтов;

– уметь анализировать воздействие окружающей среды на материал в конструкции; применять нормативную документацию для разработки технических заданий на проектирование и инженерные изыскания; решать простейшие задачи инженерной геологии; читать геологическую графику;

– демонстрировать навыки диагностики породообразующих минералов и горных пород, построения геологической графики.

Самостоятельная работа студентов по данной дисциплине складывается из следующих составляющих:

– изучение отдельных тем разделов программы дисциплины;

– подготовка к лекционным занятиям (мини-тест по каждому разделу дисциплины);

– подготовка к выполнению лабораторных работ;

– подготовка к контрольным работам (решение простых задач по инженерной геологии, работа с коллекциями минералов и горных пород на кафедре);

– выполнение расчетно-графической работы;

– подготовка к сдаче зачета.

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ГЕОЛОГИЯ»

Дисциплина «Геология» является комплексным курсом, объединяющим основные сведения из области общей геологии, гидрогеологии, грунтоведения, геодинамики, методики инженерно-геологических изысканий и других геологических дисциплин, которые в той или иной мере связаны с вопросами строительства:

– общая геология – наука, изучающая состав, строение Земли;

– историческая геология – наука, изучающая историю и закономерности развития земной коры;

– минералогия и петрография – науки о минералах и горных породах;

– геоморфология – наука, изучающая развитие рельефа поверхности земной коры, его происхождение и связи с геологическим строением;

– геодинамика – наука, изучающая процессы, протекающие в недрах Земли и на ее поверхности;

– грунтоведение – наука, изучающая физические и физикомеханические свойства грунтов;

– механика грунтов – наука, изучающая деформации и напряжения, возникающие в горных породах под действием внешних и внутренних сил;

– гидрогеология – наука о подземных водах, их составе, свойствах, происхождении;

– геокриология – наука, предметом изучения которой является зона многолетней мерзлоты в земной коре и все процессы и явления этой зоны, осложняющие строительное производство.

Горные породы (грунты) служат строительными материалами, средой для строительства и основанием зданий и сооружений. От взаимодействия сооружений с окружающей геологической средой зависит их долговечность и надежность.

1.1. Основы общей геологии

1.1.1. Строение Земли и земной коры

Форма Земли – геоид. Трехосный эллипсоид вращения с полярным сжатием. Rэ = 6378,16 км, Rп = 6356,78 км;

М = 6х10 24 кг; g = 9,8 м/с 2.

Магнитное поле Земли ассиметрично под действием солнечного ветра. Форма его меняется, образуя сферу, которая защищает планету от жесткого излучения.

Оболочки Земли подразделяются на внутренние и внешние. К внешним оболочкам Земли относятся атмосфера, гидросфера и биосфера.

В состав атмосферы входят:

– тропосфера, высотой в полярных широтах до 10 км, до 12 км в умеренных и 18 км в тропических широтах; содержит 80 % всей массы атмосферного воздуха и 90 % водяного пара;

характеризуется возникновением облаков, развитием циклонов и антициклонов;

– стратосфера (до 55 км), у верхней границы зоны находится озоновый слой, являющийся защитой Земли от ультрафиолетового излучения Солнца;

– мезосфера (до 80 км); в ней находятся свободные радикалы возбужденных молекул, которые обусловливают свечение атмосферы (северное сияние);

– термосфера (до 700 км), температура до высоты 200 – 300 км возрастает до 150 °К;

– экзосфера (выше 700 км) – сфера рассеивания.

Химический состав атмосферы, %: 78,084 N2, 20,946 O2, 0,934 Ar, 0,035 СО2, 0,002 – все остальные газы и водяной пар.

Гидросфера по площади занимает 71 % поверхности Земли, в ее составе: мировой океан, подземные воды, реки, моря, ледники и др.; 98 % – соленые воды, пресные – 2 %.

Биосфера – область распространения живых организмов, включает в себя земную кору, атмосферу и гидросферу.

К внутренним оболочкам Земли относятся ядро, мантия и земная кора.

Ядро состоит из внутреннего твердого ядра, которое вращается, имеет железо-никелевый (состав и радиус 1216 км), и внешнего жидкого ядра, состоящего из железа с радиусом ~ 3400 км. Температура ядра 4000–6000 °С, плотность до 14000 кг/м 3, во внешнем ядре ‒ 9500–12300 кг/м 3.

Мантия занимает основной объем Земли (мощность до 2900 км). Делится на верхнюю (~900 км) и нижнюю (~2000 км). Мантия состоит из тяжелых минералов, богатых Fe и Mg. Они образуют соединения с SiO2, силикаты (дуниты – породы ультраосновного состава). Плотность мантии 3300– 5000 кг/м 3, температура от 600–700 °С до 1500–1800 °С. Мантийное вещество находится в твердом состоянии, но в геологическом времени может обладать пластичностью, способностью к течению. Тепло передается от более нагретых частей к менее нагретым частям, т. е. внутри Земли происходит передача тепла от горячего ядра к приповерхностной зоне.

Земная кора – внешняя оболочка земли, ее мощность от 5 км под океанами и до 70 км – под континентами. Нижняя граница (по сейсмическим данным здесь наблюдается скачкообразное увеличение скорости распространения упругих волн) называется «слой Мохоровичича» или «Мохо».