Wykład 4 - Glymbol - Inżynieria Środowiska · Denudacja - to procesy niszczące powodujące...
Transcript of Wykład 4 - Glymbol - Inżynieria Środowiska · Denudacja - to procesy niszczące powodujące...
Wykład 4
Procesy egzogeniczne Degradujące:• Wietrzenie• Erozja • Ruchy masoweAgradujące:• Transport• AkumulacjaAntropogeniczne
Denudacja - to procesy niszczące powodujące wyrównywanie i stopniowe obniżanie powierzchni Ziemi. Obejmuje: wietrzenie, erozję, ruchy masowe i przemieszczanie zwietrzeliny z obszarów wyższych ku niższym.
Procesy egzogeniczne:
• Procesy degradujące - niszczące (powodujące zrównanie wyniosłości)
a. - wietrzenie
b. - erozja c. - ruchy masowe
2. Procesy agradujące - twórcze
a. - transport
b. - akumulacja
• Wietrzenie to rozpad mechaniczny i rozkład chemiczny skał pod
wpływem czynników zewnętrznych; odbywa się wskutek działania energii słonecznej,
wody, powietrza, biosfery na skały;
Wyróżnia się:
1 - wietrzenie fizyczne - polega na rozdrobnieniu skał;2 - wietrzenie chemiczne - polega na powstawaniu nowych minerałów.
ad. 1 - wietrzenie fizyczne
• to mechaniczny rozpad skały pod działaniem powierzchniowych czynników fizycznych takich jak:
– 1. zmiany termiczne (głównie w strefie klimatu gorącego, gdzie występuje duża amplituda dobowa temperatur, duże nasłonecznienie).
– 2. działalność zamarzającej wody w szczelinach skalnych.( w strefie umiarkowanej oraz na obszarach polarnych).
– 3. działalność mechaniczna roślin, zwierząt, człowieka.
ad.2. wietrzenie chemiczne(rozkład chemiczny skał - przy udziale wody atmosferycznej, powierzchniowej lub gruntowej - wody z rozpuszczonym CO2 i O2).
Najczęściej zachodzącymi procesami są:• - rozpuszczanie minerałów Ca CO3 + CO2 + H2 O -> Ca (HCO3) Mg CO3 + CO2 + H2 O -> Mg (HCO3) Ca(HCO3) jest rozpuszczalny• - hydroliza - rozkład substancji chemicznych pod
wpływem wody (np. reakcja glinokrzemianów z wodą)(skaleń (ortoklaz) – kaolinit)
wietrzenie chemiczne c.d.
- hydratacja - uwodnienie - z reguły procesy odwracalne
CaSO4 + 2 H2O -> CaSO4x2 H2O anhydryt gips
- karbonatyzacja - zastąpienie SiO2 (krzemionki) przez CO2
np. krzemiany przechodzą w węglany Ca Mg Si2O6 + 2CO2 -> CaMg(CO3) 2 + 2SiO2
diopsyd dolomit
Erozja:
•Ablacja deszczowa•Erozja rzeczna•Erozja morska•Erozja lodowcowa •Erozja eoliczna•Erozja powierzchniowa
Ablacja deszczowa
Najprostszy rodzaj erozji, wywołany mechanicznym działaniem deszczu.
• na obszarach nie pokrytych roślinnością, • gdzie w podłożu utwory mało zwięzłe (lessy)
- pojedyncze krople (okrągłe odciski),- krople w większej ilości tworzą małe strugi.
Erozja i akumulacja morska
Wybrzeże klifowe
I, II, III - kolejne stadia rozwoju klifu1 - niski stan wody 4 - urwisko2 - wysoki stan wody 5 - platforma abrazyjna3 - nisza abrazyjna 6 - platforma akumulacyjna
5
Stadia (a, b, c, d) erozji morskiej, prowadzącej do powstania:
1- klifu, 2 - wału brzegowego, 3 - tarasu erozyjnego, 4 -tarasu akumulacyjnego, 5 - poziom przypływu, 6 - poziom odpływu
a, b c, d
Erozja lodowcowa
- żłobienie podłoża - doliny U - kształtne- misy, rynny, fiordy
Przekrój przez lodowiec
Erozja eoliczna
Deflacja
(wywiewanie)
Korazja
(szlifowanie powierzchni skalnych przez wiatr miotającym piaskiem
Erozja powierzchniowa (gleby i zboczy)
- zmywanie gleby przez wodę deszczową, spływającą po zboczu
- degradacja gleby - wypłukiwanie składników pokarmowych
- Mogą osuwać się:- pojedyncze ziarna,- całe zbocza.
Erozja powierzchniowa (gleby i zboczy) c.d.Intensywność procesu zależy od:
- pokrycia terenu szatą roślinną,- natężenia opadów, roztopów,- nachylenia zboczy,- kształtu i długości stoku,- zwięzłości i przepuszczalności podłoża.
Przemieszczanie mas skalnych w dół stoku ku bazie denudacyjnej spowodowane zaburzeniem równowagi pomiędzy :
• siłami utrzymującymi (zwięzłość i spójność skały, jej tarcie wewnętrzne, międzywarstwowe)
• a siłami zsuwającymi - odrywającymi (składowa siły ciężkości skierowana zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza).
(gdy siły ścinające przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie (Wiłun).
Powierzchniowe ruchy masowe
Przemieszczanie mas skalnych w dół stoku ku bazie denudacyjnej spowodowane zaburzeniem równowagi pomiędzy :
• siłami utrzymującymi (zwięzłość i spójność skały, jej tarcie wewnętrzne, międzywarstwowe)
• a siłami zsuwającymi - odrywającymi (składowa siły ciężkości skierowana zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza).
(gdy siły ścinające przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie (Wiłun).
Powierzchniowe ruchy masowe
Czynniki wywołujące powierzchniowe ruchy masowe:
• nachylenie stoku - element morfologiczny (rzeźba terenu) zmieniający się pod wpływem podcinania zbocza lub dosypywania materiału na zboczu,
• budowa geologiczna podłoża (litologia, tektonika) – element zmieniający się pod wpływem procesów wietrzenia, • podcięcie zboczy przez erozję,
• klimat (częstotliwość i intensywność opadów oraz zmiany temperatury),
• przeciążenie zboczy przez opady, śnieg,• wstrząsy.
W obrębie powierzchni nachylonej siła ciężkości W rozkłada się na dwie składowe N i B. Na wydzielony element gruntu A działa ciężar W. Siłę W rozkładamy na: - siłę N prostopadłą do zbocza (skierowaną w głąb Ziemi), - i siłę styczną B (skierowaną zgodnie ze spadkiem).
Siła B powoduje zsuwanie elementu gruntu.Sile tej przeciwstawia się siła tarcia T (T = N tg φ) Równowaga elementu jest zachowana gdy B < T.
• Kąt określający maksymalne nachylenie, przy którym grunt nie ulega jeszcze przemieszczaniu pod wpływem siły ciężkości nazywa się – k ą t e m n a t u r a l n e g o z s y p u.
Kąt ten wynika z oporu tarcia wewnętrznego i z oporu spójności (kohezji) jest różny w zależności od materiału.
- dla piargów wynosi ok. 45°, - dla piasków 15 - 35°, - dla glin 8 - 20°.
• Gdy stok zbudowany z tych utworów uzyska kąt nachylenia większy od kąta naturalnego zsypu, wówczas następuje przemieszczanie mas i okruchów pod wpływem siły ciężkości.
• Siła zsuwająca powoduje przemieszczanie przypowierzchniowych mas skalnych i mas zwietrzelinowych w dół stoku.
• Zsuwaniu przeciwdziała zwięzłość i spoistość skały, tarcie wewnętrzne, między warstwowe i między pokładowe.
• Podatność utworów na przemieszczanie zależy od właściwości gruntu, a określa ją: struktura, porowatość, wilgotność, plastyczność, przepuszczalność.
• Skały o dużej zwięzłości i spoistości mogą tworzyć nawet pionowe ściany skalne.
Obrywy:• gdy stok stanowi stroma ściana skalna (kąt nachylenia
zbocza 55°-90°),
• odpadanie okruchów i obrywania mas skalnych, u podnóży usypywanie materiału,
• budowa dróg na stokach, gdzie zachodzi odpadanie, wymaga cementowania skał na zboczu, budowy przegród i dachów ochronnych, przekopywania tuneli.
Spełzywanie:
• powolny stały ruch zwietrzeliny na zboczach nawet o małych nachyleniach (od 3°), na wielkich przestrzeniach stokowych,
• nasilenie w okresach opadów i roztopów.
• intensywność zależy od rodzaju podłoża (np.: less odporny na spełzywanie; iły, gliny – nie odporne)
Zsuwy:
zsuwanie się, ześlizg mas skalnych wzdłuż określonej powierzchni.
– zsuwy płaszczyznowe (konsekwentne),
– zsuwy rotacyjne (asekwentne).
Zsuw konsekwentno-szczelinowy
(zsuw płaszczyznowy)
Zsuw konsekwentno- strukturalny
(zsuw płaszczyznowy)
kropki oznaczają piaskowce, kolor czarny - łupki
Klasyfikacja według Wiłuna:
• Spływy – stopniowe spełzywanie nawodnionej masy gruntowej bez wytworzenia się wyraźnej powierzchni poślizgu (spływ skarp na wiosnę)
• Zsuwy – obsunięcie się górnej warstwy gruntu prawie równolegle do powierzchni terenu; powierzchnia poślizgu zbliżona kształtem do płaszczyzny
• Osuwiska – obsunięcie się gruntu wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu (odłamu, ześlizgu)
Wiłun - Książkiewicz
• Spływy (Wiłun) – stopniowe spełzywanie nawodnionej masy gruntowej bez wytworzenia się wyraźnej powierzchni poślizgu (spływ skarp na wiosnę) – spełzywanie wg Książkiewicza.
• Zsuwy (Wiłun) – obsunięcie się górnej warstwy gruntu prawie równolegle do powierzchni terenu; powierzchnia poślizgu zbliżona kształtem do płaszczyzny - zsuw płaszczyznowy wg Książkiewicza.
• Osuwiska (Wiłun) – obsunięcie się gruntu wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu (odłamu, ześlizgu) - zsuw rotacyjny wg Książkiewicza.
Akumulacja rzeczna
Stożki napływoweProfil przez osady deltowe
Taras akumulacyjny (nałożony)
Etapy powstawania tarasów akumulacyjno-erozyjnych
Przekrój przez dolnę Odry w Obniżeniu Scinawskim(wg S. Szczepankiewicza)
I, II, III - tarasy holoceńskie, IV - taras północnopolski, V powierzchnia zasypania warciańskiego;
1 - morena denna górna, 2 osady wodnolodowcowe międzymorenowe, 3 - morena denna dolna, 4 - iły i piaski preglacjalne oraz trzeciorzędowe
Formy morfologiczne akumulacji lodowcowej i wodnolodowcowej
MorenyI
Morena czołowa Morena boczna (fazy powstania I i II)
Zlodowacenia i pradolinyZlodowacenia:
I. podlaskie– Interglacjał tegeleński
II. krakowskie– Interglacjał mazowiecki
III. środkowopolskie- Stadium południowe (maksymalne) - Warty
- Interglacjał eemski
IV. bałtyckie - Faza leszczyńska
- Faza poznańska - Faza pomorska
Pradoliny:
- wrocławsko - magdeburska - stadium Warty
- barycko - głogowska - faza leszczyńska
- warszawsko - berlińska - poznańska
- toruńsko - eberswaldska - pomorska
Akumulacja eoliczna
Przekrój przez wydmę (wg Emmonsa, Stauffa) - wydma narastająca w miejscu
Barchan
PROCESY ANTROPOGENICZNE
• To procesy powodującej naruszenie układu warstw geologicznych i zmianę ich właściwości fizycznych oraz mechanicznych, wskutek działalności (technicznej) człowieka, m. in. mają miejsce przy:
– prowadzeniu eksploatacji górniczej, podziemnej i odkrywkowej, – wykonywaniu robót ziemno-budowlanych, takich jak tunele i
głębokie wykopy budowlane.
• Przyczyniają się do powstania szkód górniczych, pogorszenia (uniemożliwienia) warunków posadowienie budowli na terenie ich występowania.
• Do procesów antropogenicznych powodujących trwałe zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych gruntów zalicza się również:
– podtopienia wokół sztucznych zbiorników wodnych (zaporowych),
– składowanie odpadów, które są częstą przyczyną uaktywniania się procesów fizyczno-chemicznych, powodujących skażenia wód i zmiany właściwości fizycznych,
– wyciskanie podłoża wokół hałd kopalnianych, – rozluźnienia gruntów i zmiana ich właściwości pod wpływem
sztucznych wybuchów przy badaniach sejsmicznych oraz wybuchów w kamieniołomach eksploatacyjnych.
Szkody górnicze– Niecka osiadania to obniżenie powstające nad całym wyrobiskiem, na
terenach górniczych, wskutek eksploatacji złóż w kopalniach podziemnych,
– Ich tworzenie stanowi problem budowlany, zarówno w zakresie:
• lokalizacji nowych budowli, • konserwacji oraz eksploatacji obiektów istniejących.
Obszary: brzeżny środkowy brzeżny zewnętrzny (b.z.) b.w. wewnętrzny (b.w) b.z.
W niecce osiadania wyróżnia się następujące obszary:
– środkowy,
– brzeżny wewnętrzny (b.w.)
– brzeżny zewnętrzny (b.z.)
Obszar: środkowy (obejmuje środek niecki ograniczony punktami F
i G) - głębokość niecki jest tu największa, - obniżenie równomierne i na ogół nieszkodliwe dla budowli.
• brzeżny wewnętrzny (obejmuje strefę wzdłuż krawędzi wybierania złoża, ograniczony punktami E i F oraz G i H - stanowi skrzydła niecki). – obniżenie powierzchni terenu bardzo
nierównomierne, powoduje najwięcej szkód budowlanych.
– działają tu siły ściskające (na powierzchni terenu tworzą się charakterystyczne wklęsłości).
• brzeżny zewnętrzny (obejmuje dwie strefy ograniczone punktami A i E oraz H i B).– obniżenie jest tu niewielkie ale nierównomierne, – działają tu siły rozciągające, powodujące poziome przesunięcia
gruntów (na powierzchni terenu zaznaczają się charakterystyczne pofalowania).
– w strefach tych występuje bardzo dużo szkód budowlanych, zwłaszcza linii kolejowych, rurociągów, dróg bitych oraz budynków mieszkalnych i przemysłowych.
• Szybkość tworzenia się niecki osiadania i jej wymiary zależą od:
– sposobu prowadzenia eksploatacji górniczej: • szybkości posuwania się frontu eksploatacji, • wysokości i szerokości wyrobiska,
– właściwości fizycznych i mechanicznych skał.
• Głębokość obniżenia może dochodzić do kilkudziesięciu m (następuje naruszenie struktury i tekstury warstw skalnych oraz zmiana właściwości fizycznych oraz mechanicznych).
– przy eksploatacji złoża z zawałem (wypełnienia materiałem podsadzkowym wolnych przestrzeni powstałych po wydobyciu kopaliny) obniżenie na powierzchni terenu wynosi około 75% grubości wyeksploatowanego pokładu,
– przy eksploatacji złoża z zastosowaniem podsadzki osiadanie powierzchni terenu wyniesie tylko około 12% grubości wyeksploatowanego pokładu.
• W rejonie niecki osiadania zmieniają się warunki hydrogeologiczne.
• Powstaje:– nowy układ zawodnienia, tworzą się zalewiska, – nowy układ hydrodynamiczny wód podziemnych i
powierzchniowych, w wyniku czego uruchamiają się procesy osuwiskowe, sufozja itp.
W procesie tworzenia się niecki osiadania trudno jest przewidzieć przebieg jej rozwoju, określić ilościowe i jakościowe deformacje powierzchni oraz ich przebieg w czasie.
– Po całkowitym wyeksploatowaniu następuje osiadanie powierzchni terenu nad całym wyrobiskiem.
– Przebieg zawałów małych wyrobisk górniczych jest powolny i może trwać latami.
– Nawet nad wyrobiskami znajdującymi się na głębokości 100 m obserwuje się zapadnięte powierzchnie terenu.
– Można teoretycznie obliczyć wartość osiadania w obrębie poszczególnych pól górniczych i wykreślić prognostyczną mapę całkowitego osiadania.
PROCESY I ZJAWISKA KRASOWE
• powstają w wyniku rozpuszczania skał wapiennych, dolomitycznych, marglistych, anhydrytów i gipsów przez wody krążące w ich obrębie (w obecności dwutlenku węgla powstaje kwaśny węglan wapnia i kwas węglowy, kwaśny węglan wapnia przechodzi do roztworu)
• rozpuszczanie odbywa się najintensywniej wzdłuż głównych kierunków przepływu wód, którymi są spękania i szczeliny. Powstają:– puste przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach, – lub następuje wymywanie powierzchniowe.
Do najważniejszych form krasowych należą:
• korytarze i groty podziemne ciągnące się kilka, a nawet kilkanaście kilometrów, wykształcone w różny sposób. W pustkach krasowych powstają nacieki węglanu wapnia, które wytrącają się z krążących wód - spotykane na stropach - stalaktyty, a na dnie - stalagmity:
• leje krasowe powstają przez zawalanie się stropów grot i
jaskiń, występujących pod powierzchnią terenu na niewielkiej głębokości;
• uwały są formą dolinną powstałą przez połączenie kilku lejów;
• organy krasowe - są to słupowe formy powstałe przez kierunkowe wymywanie stropowej powierzchni wapieni zwane też krasem wieżowym.
• ponory - zagłębienia będące poszerzonymi przez płynące wody szczelinami. W zagłębieniach tych giną czasem całe rzeki łącząc się z podziemnymi strumieniami;
1. zwietrzelina2. wapień3. lej krasowy4. osady krasowe5. jaskinia krasowa6. szyb krasowy7. skała nie ulegająca rozpuszczaniu
Przekrój przez zapadlisko krasowe
Przekrój przez grotę krasową i zapadlisko
1, 6. warstwy nie ulegające skrasowieniu2. wapień skrasowiały3. zapadlisko krasowe4. grota5. osady krasowe
Organy krasowe w wapieniu
1. organy krasowe2. wcięcia erozyjne wypełnione
glinami3. piaski pokrywowe4. budowla