Wykład 4 Procesy egzogeniczne Degradujące: Wietrzenie Erozja Ruchy masowe Agradujące: Transport Akumulacja Antropogeniczne
Procesy egzogeniczne: Procesy degradujące niszczące (powodujące 2. Procesy agradujące twórcze zrównanie wyniosłości) a. - wietrzenie b. - erozja c. - ruchy masowe a. - transport b. - akumulacja 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 degradujące
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 rzeczna denna boczna wsteczna
Profil równowagi
Erozja i akumulacja morska 5 Wybrzeże klifowe I, II, III - kolejne stadia rozwoju klifu 1 - niski stan wody 4 - urwisko 2 - wysoki stan wody 5 - platforma abrazyjna 3 - nisza abrazyjna 6 - platforma akumulacyjna
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
Powstawanie struktur glacitektonicznych Lądolód
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.
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 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).
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.
Osuwisko Koluwia produkty ruchów osuwiskowych
Przyczyny powstawania osuwisk
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.
Klasyfikacja wg Książkiewicza: obrywy, spełzywania, zsuwy.
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 konsekwentnostrukturalny (zsuw płaszczyznowy) kropki oznaczają piaskowce, kolor czarny - łupki Zsuw konsekwentno-szczelinowy (zsuw płaszczyznowy)
Zsuw rotacyjny - osuwisko sufozyjne Zsuw rotacyjny - osuwisko asekwente (w jednorodnym materiale)
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.
Procesy agradujące: - Transport - Akumulacja
Akumulacja rzeczna Profil przez osady deltowe Stożki napływowe 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 Moreny I Morena czołowa Morena boczna (fazy powstania I i II)
Oz a -plan, b - przekrój poprzeczny, c - przekrój podłużny Kem (fazy powstania I i II) Drumlin
Lądolód Ślady pozostawione przez lądolód (Fairbrige)
Akumulacja utworów lodowcowych i wodnolodowcowych (wg Lencewicza) N S
Utwory lodowcowe i wodnolodowcowe w okolicach Wrocławia
Zlodowacenia na terenie Polski
Zlodowacenia i pradoliny Zlodowacenia: 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
Mapka moren czołowych, pradolin i pól sandrowych w Europie Środkowej
Czoło lodowca otoczone wałem moren czołowych [Kozik]
Spiętrzona morena czołowa (Hagen)
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 zewnętrzny (b.z.) środkowy b.w. brzeżny 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. zwietrzelina 2. wapień 3. lej krasowy 4. osady krasowe 5. jaskinia krasowa 6. szyb krasowy 7. skała nie ulegająca rozpuszczaniu Przekrój przez zapadlisko krasowe
Przekrój przez grotę krasową i zapadlisko 1, 6. warstwy nie ulegające skrasowieniu 2. wapień skrasowiały 3. zapadlisko krasowe 4. grota 5. osady krasowe Organy krasowe w wapieniu 1. organy krasowe 2. wcięcia erozyjne wypełnione glinami 3. piaski pokrywowe 4. budowla