Строение земной коры: толщина, раздробленность. Тектонические процессы. Ее химический состав

Содержание
1. Строение земной коры: толщина, раздробленность. Тектонические
процессы. Ее химический состав 3
1.1. Строение земной коры: толщина, раздробленность 3
1.2. Тектонические процессы 4
1.3. Химический состав земной коры 5
2. Тектоника плит. Землетрясения. Строительство в сейсмических районах 8
2.1. Тектоника плит 8
2.2. Землетрясения 9
2.3. Строительство в сейсмических районах 10
3. Геологическая деятельность водохранилищ 14
Список литературы 16

Строение земной коры: толщина, раздробленность. Тектонические процессы. Ее химический состав

Строение земной коры: толщина, раздробленностьЗемля сложена несколькими концентрическими оболочками: внешними – атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (водная оболочка), (область распространения живого вещества) и внутренними, которые называют геосферами – ядро, мантия и литосфера. [4, с.6]
Земное ядро состоит из внешнего (жидкого) и внутреннего (твердого) ядра. Глубина ядра – 2900 км, плотность вещества возрастает с глубиной с 9,5 до 14 г/см3, и масса земного ядра составляет 32 % всей массы Земли. Ядро на 90 % состоит из железа с никелем, кислорода, серы, углерода, и его состав полностью отвечает составу ряда метеоритов.
Мантия располагается под земной корой в интервале глубин от 8-80 до 2900 км. Температура в верхних слоях (до 100 км) - 1000-1300 оС, с глубиной повышается и у нижней границы достигает 2300 оС. Однако вещество там находится в твердом состоянии вследствие давления, которое на больших глубинах составляет сотни тысяч и миллионы атмосфер. Мантия имеет мощность 2000 -2800 км и ее масса составляет 67,8 % от общей массы Земли. Мантия сложена силикатными ультраосновными породами с плотностью 4,5-6 г/см3.
Земная кора представляет собой верхний слой Земли. Мощность коры колеблется от 5 до 25-40 км. Для инженера-геолога земная кора является основным объектом исследований, именно на ее поверхности и в ее недрах возводятся инженерные сооружения, т. е. осуществляется строительная деятельность. Земная кора наиболее неоднородна. По глубине в ней выделяется 3 слоя (сверху вниз): осадочный, гранитный и базальтовый. [4, с.7]
Осадочный слой образован мягкими, а иногда и рыхлыми горными породами, возникшими путём осаждения вещества в водной или воздушной среде на поверхности Земли. Осадочные породы обычно расположены в виде пластов, ограниченных параллельными плоскостями.
Мощность слоя колеблется от нескольких метров до 10-15 км. Есть участки, где осадочный слой практически полностью отсутствует.
Гранитный слой сложен в основном магматическими и метаморфическими породами, богатыми Al и Si. Среднее содержание SiO2 в них более 60 %, поэтому их относят к кислым породам. Плотность пород слоя 2,65-2,80 г/см3. Мощность 20-40 км. В составе океанической коры (например, на дне Тихого океана) гранитный слой отсутствует, являясь, таким образом, неотъемлемой частью именно континентальной земной коры.
Базальтовый слой лежит в основании земной коры и является сплошным, то есть, в отличие от гранитного слоя, присутствует в составе и континентальной, и океанической коры. Вещество, слагающее базальтовый слой, по химическому составу и физическим свойствам близко к базальтам (менее богатым SiO2, чем граниты). Плотность вещества достигает 3,32 г/см3.
Тектонические процессыНа поверхности Земли постоянно возникают горные системы и океанические впадины. Процессы, которые приводят к их образованию, вызваны внутренними силами Земли (землетрясения, вулканизм) и называются процессами внутренней динамики Земли. Движения земной коры, связанные с этими процессами, называют тектоническими, они вызывают изменение залегания геологических слоев. [4, с.8]
Различают тектонические движения – медленное колебательное движение земной коры, складчатое и разрывное движение.
Колебательные тектонические движения – вертикальные движения земной коры небольшой амплитуды, заключающиеся в медленном поднятии и опускании.
Современные колебательные движения измеряются с помощью геодезических приборов и доступны непосредственному наблюдению.
Колебательные движения состоят в поднятиях и опускании суши.
Складчатыми называются движения, которые приводят к тому, что слои, первоначально залегающие горизонтально – изгибаются (деформируются) в складки. Основными складчатыми деформациями являются складка и флексура.
Антиклинальные складки – выпуклые, в центральной части складки расположены более древние породы. Синклинальные складки – вогнутые.
Флексура тектоническая форма в виде коленчатого изгиба пластов.
Во флексуре различают поднятое или верхнее крыло и опущенное или нижнее крыло.
Разрывное движение приводит к разрыву земного пласта и смещению одной части по отношению к другой. Смещение происходит по плоскости разрыва, которая появляется в виде трещин.
Сброс образуется в результате опускания одной части толщи пород относительно другой. Если при разрыве происходит поднятие, то образуется взброс. Иногда на одном участке образуется серия разрывов, следующих друг за другом. В этом случае возникают ступенчатые сбросы (или взбросы). [4, с.9]
Грабен возникает, когда участок земной коры опускается между двумя крупными разрывами. Таким путем образовались Байкал и впадина, где располагается Красное море.
Горст форма, обратная грабену.
Химический состав земной корыЗемную кору слагают разнообразные минералы и горные породы, которые в свою очередь состоят из различных химических элементов.
Поэтому характеристика вещественного состава земной коры начинается именно с этого – химического уровня организации вещества в природе. [3, с.57]
Кларки химических элементов. Средние массовые доли химических элементов в земной коре получили название кларков по имени первого их исследователя. Наиболее распространенные в земной коре элементы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Кларки восьми наиболее распространенных в земной коре элементов
Элементы По Ф.В. Кларку (1924 г.) По А. П. Виноградову (1949 г.) По А. Б. и А. А. Ярошевскому (1976 г.)
Кислород 49,52 47,20 46,50
Кремний 25,75 27,60 25,70
Алюминий 7,51 8,30 7,65
Железо 4,70 5,10 6,24
Кальций 3,29 3,60 5,79
Натрий 2,64 2,64 1,81
Магний 1,94 2,10 3,23
Калий 2,40 2,6 1,34
В сумме (%) 97,75 99,14 98,26
По А.Б. Ронову и А.А. Ярошевскому значительными кларками обладают еще пять элементов:
Сера 0,11
Титан 0,52
Углерод 0,46
Водород 0,16
Марганец 0,12
В сумме они дают 1,37% , что вместе с наиболее распространенными элементами составляет 99,63%.
Таким образом, все остальные (более восьмидесяти) элементы таблицы Д.И. Менделеева составляют лишь 0,37% массы земной коры.
Это наиболее важный и интересный вывод, который объясняет всю сложность поисков, разведки и добычи многих полезных ископаемых.
Примеры кларков некоторых элементов (по А.Е.Ферсману):
Сера 0,1
Медь 0,01
Молибден 0,001
Ртуть 1 х 10-4
Серебро 1 х 10-5
Наиболее распространенные восемь элементов, а также углерод, фосфор, хлор, фтор и некоторые другие играют главную роль в образовании минералов и горных пород. Их называют породообразующими или петрогенными. [3, с.59]
Минералы (Minera – средневековое латинское «руда») – природные вещества с более или менее постоянным химическим составом и физическими свойствами, образованные геологическими процессами в недрах Земли и на ее поверхности.
Известно более 2500 основных видов минералов – от самых простых, химический состав которых определяется только одним элементом (например, самородное золото, медь, графит, сера), до очень сложных, состоящих из многих элементов.
Тектоника плит. Землетрясения. Строительство в сейсмических районахТектоника плит

Тектоника плит. Теорема Эйлера. Эта теорема занимает важнейшее место в концепции тектоники плит: она, согласно, является, по сути, одним из шести основных ее допущений. Более того, уже сама возможность использования при геодинамических построениях этой теоремы позволила придать «концепции тектоники плит количественный характер и впервые открыло перед теоретический геологией путь постепенного превращения ее из описательной науки в точную научную дисциплину». [2, с.442]
Теорема Эйлера или Эйлера–Даламбера является математической теоремой. Она формулируется следующим образом: «всякое перемещение твердого тела, имеющего одну неподвижную точку О, из одного положении в другое можно осуществить одним поворотом этого тела вокруг оси, проходящей через точку О» (выделено АВ). В приложении к геодинамическим движениям не выполняется необходимое и достаточное условие этой теоремы – на Земле отсутствует неподвижная точка: она помимо вращения вокруг своей оси вращается вокруг Солнца и в составе Солнечной системы вокруг центра Галактики. Как видим, отсутствуют и математические, и механические, и геодинамические основания для использования в тектонике плит строго доказанной математической теоремы. По сути, на это обстоятельство уже обращали внимание не сторонники тектоники плит еще в начале 1970-х гг.
К этому необходимо добавить следующее. «Относительности вращения не существует». Тривиальным геометрическим следствием этого физического вывода является утверждение, что в трехмерном пространстве сумма двух углов поворотов будет определяться очередностью их выполнения. Фактически, это означает, что сумма поворотов плит и соответствующих им по теореме Эйлера трансляционных перемещений может быть неоднозначной – любой. В первую очередь, очевидно, такой вывод может быть отнесен к палеомагнитным построениям траекторий перемещения полюсов планеты. И на это обстоятельство сторонников тектоники плит тоже неоднократно обращали внимание ее не сторонники и в начале 1970-х гг. и в последнее десятилетие.
Таким образом, одно из шести основных положений тектоники плит – теорему Эйлера, нельзя считать ни математически, ни геодинамически обоснованной для описания и интерпретации геодинамических движений. В этой связи в соответствии с обозначенной выше Л.И. Лобковским ролью этой теоремы в количественном обосновании теоретической геологии можно предположить, что и механическое содержание тектоники плит, ответственное за физическое моделирование геодинамического процесса и написание соответствующих математических уравнений, не может считаться обоснованным.
ЗемлетрясенияМощное проявление внутренних сил Земли, выраженное колебаниями земной поверхности при прохождении сейсмических волн от подземного источника энергии называют землетрясением. [5, с.27]
Существуют три типа сейсмических волн:
Продольные волны. Они сжимают и растягивают породу, создавая в ней напряжение в направлении распространения волн. Они проходят со скоростью звука через твердые и жидкие среды.
Поперечные волны – сдвигают частицы вещества в стороны под прямым углом к направлению движения волны со скоростью около 4,5 км/сек. Они распространяются только в твердых средах.
Поверхностные волны имеют период колебания больше, чем волны продольные и поперечные. Их называют волнами тяжести.
Для улавливания и регистрации упругих волн пользуются специальными приборами – сейсмографами.
Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром. Область Земли, где внезапно, взрывоподобно выделяется потенциальная энергия, называют гипоцентром, а его проекция на поверхность Земли - эпицентром. Вокруг эпицентра располагается область наибольших разрушений - плейстосейстовая область Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний (в баллах) называют изосейстами.
В зависимости от причин землетрясений их подразделяют на эндогенные (тектонические), экзогенные (обвальные), вулканические и антропогенные, связанные с деятельностью человека - взрывы, подземные испытания, аварии на крупных ГЭС и др. Наиболее опасными являются тектонические, т. к. их энергия, выделяемая при землетрясении очень значительна. [5, с.30]
Строительство в сейсмических районахРоссия в целом характеризуется умеренной сейсмичностью. Исключение составляют регионы Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока. [6]
В европейской части России высокой сейсмичностью характеризуется Северный Кавказ, в Сибири – Алтай, Саяны, Байкал и Забайкалье, на Дальнем Востоке – Курило-Камчатский регион и остров Сахалин.
Треть всех землетрясений России приходится на Камчатку.
Строительство сейсмостойкого здания обходится дороже аналогичного по площади, высоте и планировке здания.
Проектированию сейсмостойких зданий имеет свою специфику.
При проектировании и строительстве жилых и общественных зданий и сооружений их следует разделять антисейсмическими швами в случаях, если:
здание или сооружение имеет сложную форму в плане;
смежные участки здания или сооружения имеют перепады высоты 5 м и более, а также существенные отличия друг от друга по жесткости и (или) массе.
Антисейсмический пояс – железобетонная обвязка по каменным стенам, объединяющая их в пространственную конструкцию, способствующую совместной работе стен и перекрытий при сейсмическом воздействии
Сейсмостойкость здания/сооружения – способность объекта выполнять предназначенные функции после действия землетрясения расчетной интенсивности и повторяемости (отсутствие остановки производства и травматизма людей, предотвращение нежелательных экологических последствий и т.д.). [6]
Допускается устройство антисейсмических швов между высокой частью и 1-2-этажными пристраиваемыми частями зданий путем шарнирного опирания перекрытия пристройки на консоль высокой части. Глубина опирания должна быть не менее суммы взаимных перемещений и минимальной глубины опирания с обязательным устройством аварийных связей.
Конструкция перехода между отсеками здания может быть выполнена в виде двух консолей из сопрягающихся блоков с устройством расчетного шва между концами консолей или переходов, надежно соединенных с элементами одного из смежных отсеков. Конструкцией их опирания на элементы другого отсека должны быть обеспечено взаимное расчетное смещение элементов и исключена возможность их обрушения и соударения при сейсмическом воздействии.
Переход через антисейсмический шов не должен быть единственным путем эвакуации из зданий или сооружений.
Лестничные площадки, располагаемые в уровне междуэтажных перекрытий, должны надежно связываться с антисейсмическими поясами или непосредственно с перекрытиями.
По всей длине стены в уровне плит покрытия и верха оконных проемов должны устраиваться антисейсмические пояса, соединенные с каркасом здания.
В зданиях с несущими стенами высотой два этажа и более кроме наружных продольных стен должно быть не менее одной внутренней несущей продольной стены.
В уровне перекрытий и покрытий, выполненных из сборных железобетонных элементов, по всем стенам без пропусков и разрывов должны устраиваться антисейсмические пояса из монолитного железобетона с непрерывным армированием. В зданиях с монолитными железобетонными перекрытиями, заделанными по контуру в стены, антисейсмические пояса в уровне этих перекрытий допускается не устраивать.
Плиты перекрытий (покрытий) должны соединяться с антисейсмическими поясами посредством анкеровки выпусков арматуры или сваркой закладных деталей. [6]
Антисейсмические пояса верхнего этажа должны быть связаны с кладкой вертикальными выпусками арматуры.
Антисейсмический пояс (с опорным участком перекрытия) должен устраиваться, как правило, на всю ширину стены; в наружных стенах толщиной 500 мм и более ширина пояса может быть меньше на 100—150 мм.
Высота пояса должна быть не менее толщины плиты перекрытия, класс бетона — не ниже В15. Продольную арматуру антисейсмического пояса устанавливают по расчету, но не менее четырех стержней диаметром 10 мм при сейсмичности 7—8 баллов и не менее четырех стержней диаметром 12 мм — при 9 баллах.
Армирование кладки следует осуществлять сетками в горизонтальных швах и вертикальными отдельными стержнями или каркасами, размещаемыми в теле кладки или в штукатурных слоях. Вертикальная арматура должна быть непрерывной и соединяться с антисейсмическими поясами. Соединение вертикальной арматуры внахлест без сварки не допускается. При размещении вертикальной арматуры в штукатурных слоях она должна быть связана с кладкой хомутами, расположенными в горизонтальных швах кладки.
Вертикальные железобетонные включения (сердечники) должны устраиваться открытыми не менее чем с одной стороны и соединяться с антисейсмическими поясами.
Продольная арматура вертикальных обрамлений простенков должна быть надежно соединена с горизонтальным армированием хомутами, уложенными в горизонтальных швах кладки.
Блоки должны соединяться между собой сваркой закладных деталей или выпусков арматуры. Вертикальная арматура по торцам простеночных блоков, в том числе на глухих участках стен, должна быть соединена с выпусками арматуры из фундамента, вертикальной арматурой выше- и нижележащих простеночных блоков, в том числе блоков смежных этажей, и заанкерена в антисейсмическом поясе перекрытия верхнего этажа.
Запрещается уменьшать ширину антисейсмических швов, указанную в проекте.
Антисейсмические швы необходимо освобождать от опалубки и строительного мусора. Запрещается заделывать антисейсмические швы кирпичом, раствором, пиломатериалами и др. При необходимости антисейсмические швы можно закрывать фартуками или заклеивать гибкими материалами.
Геологическая деятельность водохранилищ

Водохранилища – это искусственные водоемы. они предназначены для задержания, накопления, хранения и перераспределения во времени воды – регулирования речного стока с целью использования его для удовлетворения нужд народного хозяйства: выработки электрической энергии, орошения, водоснабжения, водного транспорта. [1, с.46]
Большую роль в обрушении берегов водохранилищ играет абразия (лат. abrasio – соскабливание) – это процесс разрушения и сноса суши волнами водохранилищ, что приводит к переформированию берегов.
На склонах искусственных водохранилищ, уклоны которых в прошлом формировались иными, не абразионными факторами, и берега которых геоморфологически молоды, темп абразии особенно высок – до десятка метров в год.
Абразия приводит к понижению устойчивости уклонов при размыве их оснований, что способствует активизации оползневых процессов. Переформирование берегов сильно осложняет освоение прибрежной зоны водохранилищ.
В зоне крупных водохранилищ происходит искусственное подтопление территорий. Подтопленными называют территории, на которых грунтовые воды находятся ближе, чем 3 метра к поверхности, т.е. достигают глубины расположения большинства подземных коммуникаций, подвалов зданий и сооружений. Процессы подтопления могут выражаться в повышении уровня грунтовых вод, а также в образовании техногенного водоносного горизонта. Причины подтопления – создание водохранилищ, значительные утечки воды из городской сети, избыточный полив улиц, газонов, а также перераспределение снега и его таяние в местах скопления.
В результате подтопления – затопление подвалов зданий и подземных коммуникаций, повышение сейсмичности территории, снижение несущей способности грунтов – приводят к преждевременным деформациям и выходу из строя сооружений, распространению комаров в помещениях, рецидивам заболеваний, угнетению растительности. [1, с.48]
Сооружение водохранилищ, помимо запланированных положительных последствий, приводит к побочным негативным явлениям. К ним относят: переформирование берегов – размыв, обрушение, просадка, осыпи, активизация оползней, провалы; изменения в химическом составе грунтовых вод; заболачивание земель и засоление почв; образование в отрицательных формах рельефа озер, где их ранее не было; изменение климата. Все это связано с поступлением на окружающую местность дополнительной влаги
Список литературы

Баранова М.Н. Инженерная геология: учеб. пособие / М.Н. Баранова, Д.И. Васильева, Л.М. Бухман. – Самара: СамгтУ, 2018. – 172 с.
Викулин А. В. Тектоника плит и вращение планеты / А. В. Викулин. – Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. – Петропаловск-Камчатский. – 2016. – 442-450 с.
Кратенко Л. Я. Общая геология: учебное пособие / Л. Я. Кратенко. – Днепропетровск: «НГУ». – 2008. – 196 с.
Мирсаяпов И. Т., Сафин Д. Р., Сиразиев Л. Ф. Инженерная геология [Текст]: Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей / И.Т. Мирсаяпов Д. Р. Сафин Л. Ф. Сиразиев. – Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект. - строит. ун-та, 2015. – 152с.
Осипова М. А., Тейхреб Н. Я. Курс лекций по инженерной геологии для студентов направления «Строительство» и специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений»: учебное пособие / М. А. Осипова, Н. Я. Тейхреб. – Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2013 – 84 с.
Интернет сайт https://zen.yandex.ru/media/id/5beee50631d2d000aa17545b/stroitelstvo-v-seismicheskih-raionah-rossii-antiseismicheskie-shvy-5d85e961e4fff000ad420a99