Геологія як наука про Землю

1) Основи загальної геології.

ГЕО... (від грец. geo - Земля) - частина складних слів, що (означають відношення до Землі, до її вивчення (напр., геологія).

ГЕОЛОГІЯ (від гео... і..логія) - комплекс наук про скла будову і історію розвитку земної кори і Землі, як геологічне тіла.

Інженерна геологія – додаток геології до інженерно-будівельної справи. У розділі “Інженерна геологія ” на основі вивчення будови земної кори та її динаміки розглядаються питання оцінки умов будівництва і прогнозування їх змін в часі. Користуючись методами геології вивчаються напластування, властивості ґрунтів і явища, які відбуваються у межах району будівництва. При цьому застосовується геологічний метод досліджень, тобто метод природно-історичного аналізу для якісної оцінки району будівництва.

МЕХАНІКА ГРУНТІВ – теоретична основа геотехніки, де розглядаються закономірності, що виникають у ґрунтах внаслідок їх навантаження, науково обґрунтовуються методики кількісного оцінювання міцності і деформування основи.

Усі ці розділи об’єднуються одною назвою – геотехніка – наука про теорію і практику здійснення розумного контакту між штучним і природним, рукотворною конструкцією і історично утвореним геологічним середовищем, про стикування людського і Божого.

Витоки геології відносяться до сивої давнини і пов'язані першими відомостями про гірські породи, мінерали і руди. Те мін «геологія» запропонував норвезький вчений М. П. Ешолі. В самостійну галузь геологія виділилась XVIII - поч. XIX ст. (У. Сміт, А. Вернер, Дж. Геттон, Ч. Лайель за кордоном; М. В. Ломоносов, В. М. Севергін - в Росії). Якісний стрибок в історії геології - перетворення її в комплекс наук (кін. XIX - поч. XX ст.) був пов'язаний з введенням фізико-хімічних математичних методів досліджень. Як наука інженерна геологія сформувалась в ХVIII-XIX століттях у період інтенсивного розвитку промисловості. Біля джерел геологічної науки стояли М.В.Ломоносов, англієць Б.Геттон, німець А.Вернер. Сучасна українська школа інженерної геології формувалась у складі радянської, її представниками слід вважати А.М.Драннікова, М.М. Алексєєва, В.Ф.Краєва та ін.

Сучасна геологія включає:

• стратиграфію – наука про геологічні нашарування;

• геодинаміку – наука про рухи земної кори;

• тектоніку – наука прт процеси гороутворення;

• морську геологію;

• регіональну геологію;

• мінералогію – наука про мінерали;

• кристалографія – наука про кристали і кристалічну будову речовин;

• петрографію та петрологію - науки про гірські породи;

• сейсміку;

• геохімію;

• вчення про корисні копалини, будову, склад земної кори

Геологія тісно пов'язана з фізичною географією, геофізикою (фізикою «твердої» Землі), кристалографією, палеонтологією та ін.

Особливу групу складають галузі прикладного значення:

• гідрогеологія;

• інженерна геологія;

• гєокриологія та ін.,

а також нові напрямки геології, які зародились на стиках з іншими природничими науками:

• петрохімія;

• петрофізика;

• тектонофізика;

• екологічна геологіята ін.

Предметом навчальноїдисципліни“Інженерна геологія” ‘ оцінка інженерно-геологічних умов для обґрунтування принципової можливості будівництва різного виду споруд; вибір методів моніторингу над геологічними та керування інженерно-геологічними процесами, а також визначення заходів із запобігання небезпечним наслідкам, охорони довкілля і виконання методично обґрунтованих вишукувань.

Складовими частинами інженерної геології є: загальна геологія – наука про Землю; мінералологія – наука про мінерали; кристалографія – вчення про кристали; історична геологія – наука про історію розвитку Землі; палеонтологія – наука про окам’янілі рослиннні і тваринні залишки; гідрогеологія – наука про підземні води; геоморфологія – наука, що вивчає рельєф, закони розвитку земної поверхні; геофізика – використовує для вивчення будови земної кори фізичні властивості гірських порід; ґрунтознавство – вивчає склад, будову і властивості різних ґрунтів.

Метою вивченнянавчальної дисципліни “Інженерна геологія” є підготовка майбутніх фахівців до кваліфікованого вивчення поверхневої частини земної кори як основи для фундаментів, середовища життя і діяльності людини, набуття ними засадничих знань з загальної геології, гідрогеології, ґрунтознавства, а також до розуміння сутності процесів і явищ, котрі відбуваються при взаємодії геологічного середовища зі спорудами та інженерними роботами.

Завдання вивчення дисципліни наступні:

- ознайомитись з загальними відомостями про Землю;

- вивчити основні породотворні матеріали;

- вивчити основні гірські породи;

- ознайомитись з геологічними процесами і явищами, що відбуваються у Землі та на її поверхні;

- ознайомитись з походженням, кваліфікацією підземних вод, їх складом і закономірностями руху;

- вивчити кваліфікацію і властивості найрозповсюдженіших грунтів.

2) Земля в астрономічному уявленні. Будова, властивості, форма та розміри Землі.

ЗЕМЛЯ - лише непомітна пилинка Всесвіту, одна з маленьких планет невеликої зірки - Сонця. Сонце входить до складу га­лактики - величезне скупчення 100 мільярдів зірок.

СОНЯЧНА СИСТЕМА складається з центрального світила -Сонця і 9 великих планет, які обертаються навколо нього, їх супутників, великої кількості малих планет, комет і міжпланетного середовища.

ГАЛАКТИКА (від грец. galacticos - молочний), зоряна система (спіральна галактика), до якої належить Сонце.

Геологічна будова Землі трактується по-різному, залежно від гіпотези про її походження. Думки про те, що Земля є кулею, висловлювали ще древні філософи Піфагор та Аристотель (VI-IV ст. до н.е). Першим виміряти радіус Землі зумів у III ст. до н.е. Ератосфер Кіренський - наглядач знаменитої Олександрійської бібліотеки. Виконавши необхідні розрахунки, Ератосфен визначив, що радіус Землі рівний 6290 км.

Великий математик VIII ст. Ісаак Ньютон в 1736 р. зумів “зважити” Землю. За сучасними даними її маса рівна 610 гт. Знаючи об'єм Землі, визначаємо її середню густину, яка рівна 5,52 г/см³.

Однак середня величина густини гірських порід рівна всього 2,7 г/см³. Це значить, що і густина Землі зростає в напрямку до центру. Це підтверджується основним методом вивчення земних надр- глибинним сейсмічним зондуванням, тобто закономірністю поширення сейсмічних хвиль при штучних вибухах чи землетрусах. Швидкість їх поширення зростає від 5 км/с в зовнішній оболонці Землі до 11 км/с - в її центрі, причому відзначаються “стрибки” - перепади швидкостей на поверхнях, які розділяють сфери з різною густиною.

У сучасній уяві форма Землі відрізняється від правильної кулі. Екваторіальний радіус Землі рівний 6378 км, а полярний - 6358 км. Тобто вона приплюснута на полюсах. Через малу різницю в радіусах такий еліпсоїд почали називати сфероїдом. Умовна форма Землі, обмежена поверхнею океанів, називається геоїдом. Поверхня геоїда відрізняється від фізичної поверхні Землі, на якій різко виражені гори і океанічні впадини. Для практичних розрахунків часто користуються се­реднім радіусом Землі, який приймають рівним 6370 км.

До сьогоднішнього часу достовірно не встановлено як і з чого утворилася земля та інші планети, Сонячна система в цілому. Тому наші знання в цьому питанні мають характер принципово обґрунтованих припущень – гіпотез.

У 1755 р. німецький філософ І. Кант у роботі "Загальна природна історія і теорія неба" дав картину утворення та розвитку Сонячної системи за закономірностями природи. Він вважав, що Сонячна система утворилась із космічної туманності, яка являє: собою розсіяну речовину. Цим самим було нанесено удар метафізичному світоглядові. У 1796 р. французький астроном і математик П. Лаплас у додатку до книги "Викладення системи світу" представив подібну картину утворення Сонячної системи. Він гадав, що існувала розжарена газова туманність, яка оберталася навколо своєї осі. Зі згущення в центрі утворилося Сонце, а із концентричних газових кілець сформувалися планети, серед яких і Земля. Ці дві гіпотези за їх близькістю пізніше були відомі під назвою гіпотези Канта-Лапласа. Згідно з цими даними, Земля після утворення була вогняно-рідким тілом. У процесі наступного безперервного охолодження на її поверхні утворилася тверда оболонка - земна кора, яка начебто плавала по розплавленій речовині. Гіпотеза Канта-Лапласа була домінуючою до початку XX ст., коли чітко визначились її недоліки. Справа в тому, що ця гіпотеза не могла пояснити низку закономірностей, спостережених у Сонячній системі, зокрема розподіл моменту кількості руху (деякі супутники планет обертаються в бік, протилежний загальному рухові).

У 1944 р. радянський учений О. Ю. Шмідт запропонував нову гіпотезу утворення планет Сонячної системи, а саме: з хмари холодної газопилової матерії, яка оберталася навколо Сонця. Він висловив припущення, що матерія цієї хмари в момент захоплення її Сонцем уже мала певний момент кількості руху. В процесі еволюції матерії хмари в ній утворились тіла з розмірами від пилинки до астероїдів. Об'єднуючись при русі навколо Сонця, ці тіла утворили планети. О. Ю. Шмідт вважав, що первинно холодна Земля після досягнення певного розміру розігрілась за рахунок накопичення теплоти, яка виділялася радіоактивними елементами при розпаді. Цей процес тривав мільярди років і супроводжувався гравітаційною диференціацією речовини. В результаті такого процесу в Землі утворились окремі оболонки. Гіпотеза О. Ю. Шмідта пояснює майже всі основні закономірності Сонячної системи.

Значний інтерес викликає гіпотеза Є. В. Соботовича (1973). Він звернув увагу на те, що в більшості сучасних гіпотез про утворення Землі вчені виходять із припущення, що вона в початковий період формування складалася з відносно однорідного матеріалу. В цьому матеріалі рівномірно розмішувалися радіоактивні елементи. Але, як показали найновіші дослідження, вміст радіоактивних елементів зменшується з глибиною. Е. В. Соботович вважає, що поблизу хмари з холодної матерії діаметром 1-2 світлових роки стався вибух наднової зірки. Від цього вибуху, при якому була викинута плазма, маса котрої дорівнювала приблизно десяти Сонцям, частина хмари почала обертатися, перетворюючись на газ. Пізніше в центральній частині хмари після її ущільнення утворилося Сонце. На периферії хмари були тверді утворення, зародки планет, у тому числі й Землі. У їх складі переважали метали з незначним вмістом радіоактивних елементів. Під час дальшого розвитку на Землю нашаровувалась речовина, збагачена радіоактивними елементами, що виникла внаслідок вибуху наднової зірки. Так пояснює ця гіпотеза концентрацію радіоактивних елементів у поверхневих частинах Землі. Розігрівання Землі, причиною якого стали радіоактивні процеси, зумовило перехід у розплавлений стан поверхневих частин Землі. У результаті наступного твердіння утворилась земна кора.

Земля має центральносиметричну будову і складається із декількох концентричних оболонок (геосфер). Розрізняють зовнішні та внутрішні оболонки. До зовнішніх оболонок належать: магнітосфера, атмосфера, гідросфера і біосфера.

Наведемо характеристику основних сфер (оболонок) Землі:

Магнітосфера - це область навколоземного простору, де напруженість земного електромагнітного поля перевищує напруженість зовнішніх електромагнітних полів; має складну, непостійну за конфігурацією форму та магнітний шлейф.

Атмосфера - верхня оболонка Землі товщиною близько 3000 км. Має шарувату будову з дифузними межами. В ній виділяють нижню частину - тропосферу (від 6 км біля полюсів до 16-18 км біля екватора), в якій міститься близько 80 % маси атмосфери, в т.ч. майже вся водяна пара. При понижених температурах відбу­вається конденсація водяної пари, яка випадає у вигляді дощу та снігу. Середня частина - стратосфера (маса її приблизно 5 % маси атмосфери, верхня границя - 80-90 км). Характерна тим. що тут міститься озон, який затримує шкідливе для життя ультрафіолетове проміння Сонця. Сама верхня частина атмосфери - іоносфера (900 - 1300 км), що переходить в міжзоряний простір. На висоті 500-1000 км спостерігається північне сяйво від сильно іонізованого повітря. Останнім часом шар атмосфери вище 1000 км називають екзосферою - тут відбувається розсіювання газів у космос.

Біосфера - органічна оболонка Землі, яка включає живі організми та рослини. Вона складає 0,1 % маси всієї земної кори і дуже тісно пов'язана з атмосферою і гідросферою. В геології біосфера розглядається з точки зору її впливу на зміни в земній корі. Верхня границя біосфери поширюється до висоти 23 км над поверхнею Землі, а нижня проходить в середньому на глибині 16 км.

Гідросфера - це переривиста водно-льодовикова оболонка, яка розташована між атмосферою та твердою земною корою і представляє собою сукупність вод світового океану, морів, підземні води і льодовики. Найбільші маси води зосереджені в Світовому океані, на другому місці - підземні води. Гідросфера є потужним геологічним фактором розвитку земної поверхні і є невід'ємною умовою існування життя на Землі.

На долю океанів припадає близько 71% поверхні Землі. Проте континентальні шельфи і схили до ізобати 1000 м теж мають материковий тип кори. Якщо їх виключити, то площа материкової і океанічної кори складуть відповідно 40 і 60 %.

До внутрішніх оболонок Землі належать: ядро, мантія та земна кора.

Земна кора (геосфера, літосфера) - верхня тверда оболонка Землі, товщиною 70-340 км, яка найбільш неоднорідна та об'єднує тверду частину верхньої мантії (покров мантії) і земну кору (океанічну та континентальну).

Відомо, що кора океанів і кора континентів помітно відрізняються. Середня товщина материкової кори - 70 км, океанічної, в якій відсутній гранітний пласт - всього 7 км. По швидкості поширення сейсмічних хвиль і на основі аналізу буріння глибинних свердловин в земній корі материків виділяють три верстви:

• верхня - осадова;

• середня - гранітна;

• нижня - базальтова.

Океанічна і материкова земна кора відрізняються за своєю будовою і складом. В океанічній корі відсутня гранітна верства, а базальтова - покрита шаром вулканічних осадків, товщиною 1—2 км і верхнім шаром не ущільнених осадків, товщиною 100-1000 м.

Осадові материкові відклади складаються з продуктів руйнування порід гранітного пласта; вони покривають майже всю поверхню Землі і досягають товщини 20 км.

Гранітна верства складена породами магматичного походження, середня товщина її 15 км, в окремих місцях - до 50-80 км.

Базальтова верства на континентах має товщину 20-30км, апід океанами - 5-6 км.

Назви “гранітна” та “базальтова” є умовними: крім гранітів і базальтів там містяться й інші породи.

Земна кора складається з платформ і складчастих систем. Горизонтальна неоднорідність проявляється в зміні потужності верств кори, їх фізичних і хімічних властивостей, в чисельних механічних порушеннях. За нижню межу кори, на якій спостерігається перепад швидкостей сейсмічних хвиль, приймається межа Мохоровичича (М-поверхня або Мохо) в честь югославського геофізика А. Мохоровичича (1857-1936), який вперше її відкрив. В океанах М-поверхня знаходиться на глибині 5-10 км, а на материках - в середньому 70 км. Гранітна і базальтова верстви розділяються межею Конрада.

Уявлення про внутрішні геосфери складаються за геофізичними даними, по аналогії з метеоритними тілами і теоретичними розрахунками густини: під корою (верства А) до глибини 2900 км залягає тверда мантія Землі; поверхня її неоднорідна та виділяє­ться три оболонки (верстви) - В (верхня), С (середня), Д (нижня) мантії. Ряд дослідників оболонки В і С об'єднують у верхню мантію Землі.

Мантії належить лише 6% маси Землі і вона очевидно складається з силікатів заліза і магнію. Мантію порівнюють з кам'яними метеоритами або хондритами'. Ці речовини при миттєвому прикладанні зусиль поводяться як тверді, при повільному прикладанні - як рідкі.

Верхня мантія поширюється до глибини 60-250 км. Тут зна­ходиться зона часткового плавлення- астеносфера (податлива сфера), яка здатна перетікати з місця на місце та залягає під континентами на глибині 100-200 км, а під океанами - на 50—60 км. Вважають, що саме вона відповідає за процеси, які зароджуються в глибинах Землі: тектонічні рухи літосферних плит, виверження вулканів та ін. Середня мантія поширюється до глибини 800-950 км, нижня мантія фіксується до глибини 2900 км.

У центрі Землі знаходиться тверде металеве «ядерце», яке складається з нікелю (N1) та заліза (Ре). Ядерце подібне за скла­дом до залізних метеоритів.

В ядрі Землі (R3500 км) виділяється внутрішнє ядро (R1300 км). Навколо ядерця знаходиться зовнішнє ядро такого ж складу, але рідке (в ньому не поширюються поперечні сейсмічні хвилі, як це відбувається в твердих тілах). Густина в ядрі збільшується від 8 г/см³ на границі з мантією до 12 - в центрі. Тиск і температура, очевидно, досягає 3 млн. атмосфер і 5000°С.

На материках виділяють такі значні площі земної кори, як платформи, складчасті системи й пояси. Платформи мають складчастий фундамент метаморфічних і магматичних порід, котрі перекриваються відносно молодими осадовими породами. Головними структурними елементами платформи є щити та плити.

Щити - це ділянки, де породи, що утворюють фундамент, виходять на поверхню або лежать на невеликій глибині. На ділянках плит породи фундаменту значно заглиблені й осадові породи мають велику товщину.

Складчасті системи і пояси характеризуються тим, що на цих площах товщі осадових порід зім'яті в складки, прорізані тріщинами та містять у собі й на поверхні масиви магматичних порід. Це властиво гірським районам. Складчасті системи і пояси утворились в різний час на місці глибоких морських западин внаслідок складних та тривалих процесів накопичення осадів, зминання їх у складки й загального підняття.

Платформи — це найстійкіші площі земної кори, а складчасті системи і пояси- найрухоміші. Вчені вважають, що під фундаментами платформ, складчастими системами й поясами на глибинах 5-10 км залягає гранітний шар, а на глибинах 15-20 км — базальтовий. У цих масивах зосереджені основні маси магматичних порід. У межах Російської платформи виділяють Балтійський та Український щити, Московську, Дніпровсько-Донецьку, Польсько-Литовську, Прикаспійську й інші западини, а також Воронезький, Білоруський та інші ви­ступи; у межах Сибірської платформи - Анабарський і Алданський щити, Тун­гуську, Вілюйську, Ангаро-Ленську та інші западини. Складчасті системи і по­яси - це гірські райони (Карпати, Крим, Кавказ тощо.).

Температурний режим земної кори визначається теплотою, яку вона одержує від Сонця (зовнішня) і від мантії (внутрішня). Надходження внутрішньої теплоти однакове як у межах материків, так і океанів. Зовнішня теплота безпосередньо впливає на земну кору лише в межах материків. На материках залежно від розподілу температур виділяють три зони, а саме: змінних, постійних температур та зону, в якій температура підвищується з глибиною. Зона змінних температур має товщину від 6 м у тропіках до 15-25 м у помірному поясі. До цієї глибини спостерігаються річні коливання температур у гірських породах. Біля поверхні ці коливання досягають 100⁰С. У цій зоні в помірному поясі є шар, що промерзає взимку, завтовшки до 2,5 м. Нижче знаходиться зона постійних температур, де температура дорівнює середньорічній температурі відповідних географічних пунктів. Наприклад, для Києва вона становить +7,2°С. Зона температур, що підвищуються з глибиною, зумовлена внутрішньою теплотою Землі. Це підвищення має певну закономірність. Глибина, на якій температура підвищується на 1⁰С, називається геотермічним ступенем. Середнє його значення 33 м, але в різних місцях він змінюється від 5 до 150 м. На Північному Кавказі геотермічний ступінь становить 12 м, а в Білорусії-86,5 м.

Особливості розподілу температур у земній корі треба враховувати при розв'язанні практичних завдань, пов'язаних із будівництвом. Вибираючи глибину закладання фундаментів, слід ураховувати промерзання порід узимку, а також наявність вічномерзлих порід. При будівництві складів і сховищ, заглиблених у ґрунт, їх сталий температурний режим неможливо забезпечити без урахування розподілу температур у земній корі.

3) Вік гірських порід та шкала геологічного часу.

Гірські породи утворювались у різний час, протягом усієї геологічної історії. Спочатку виникли магматичні породи, потім осадові й метаморфічні. Кожна гірська порода має певний вік. Дані про вік гірських порід необхідні для систематизації їх відкладень та складання геологічних карт і розрізів. Гірські породи, утворені одночасно у схожих умовах, мають приблизно однакові властивості. Розрізняють відносний та абсолютний вік.

Відносний вік визначають стратиграфічним і палеонтологічним методами. Стратиграфічний метод дозволяє визначати відносний вік осадових порід у даному місці, в умовах непорушеного залягання. При цьому нижній пласт давніший за той, що знаходиться над ним. Палеонтологічний метод дає змогу визначити відносний вік осадових порід по закам'янілих рештках стародавніх організмів, які знаходяться в цих породах. Для цього придатні лише ті види викопних організмів, які швидко змінювались у процесі еволюції. Ці організми називаються керівними копалинами. Прикладом можуть бути зовнішньо черепашкоподібні молюски-амоніти. Так можна визначити відносний вік як для випадків порушеного залягання осадових порід, так і для випадків, коли ці породи розташовані в різних місцях. Наприклад, наявність певного виду амонітів у товщі осадової породи в Європі та Північній Америці вказує на те, що ці породи утворились одночасно. В окремих випадках можна визначати відносний вік магматичних порід. Якщо вміщуюча порода має сліди плавлення, то магматична порода утворилась пізніше, ніж вміщуюча. Якщо таких слідів немає, то раніше утворилась магматична порода.

Абсолютний вік гірських порід визначають радіологічними методами. Найбільш поширений аргоновий метод. Ортоклази і слюди містять хімічний елемент калій, у складі якого є близько 0,011% слаборадіоактивного нукліду ⁴⁰ К. Цей нуклід нестійкий. Продуктом його розпаду (період напіврозпаду ⁴⁰К дорівнює 1,92 млрд. років) є нуклід ⁴⁰Аr. Вік гірських порід визначається за відношенням ⁴⁰Аr / ⁴⁰К. Вміст ⁴⁰Аr у мінералах і породах визначають спектрометричним методом, вміст ⁴⁰К - хімічним способом. Установлено, що вік гірських порід дорівнює вікові мінералів, тобто часові їх кристалізації. Винятком с осадові уламкові породи, де мінерали старіші за породу. Абсолютний вік найдавніших магматичних порід Кольського півострова та Придніпров'я, визначений аргоновим методом, дорівнює 3,5 млрд. років. Вік Землі як планети - не менше ніж 4,5 млрд. років.

Залежно від відносного та абсолютного віку гірських порід геохронологічна історія, тривалість якої прийнято вважати 3,5 млрд. років, за часом була розділена на 5 ер. Товщі гірських порід, які утворилися в той час, поділяють на 5 груп. Ери діють на періоди, групи – на системи, періоди – на епохи (з поділом на віки, століття), а системи – на відділи з поділом на яруси.

Розміщення гірських порід різного віку в земній корі відображають на геологічних картах.

Табл.1.1 Геохронологічна і статиграфічна шкали історії Землі.

4) Мінерали, їх класифікація і фізичні властивості.

Усі гірські породи складаються з мінералів. Мінерал — це самородний елемент або природна хімічна сполука, яка має своєрідний комплекс фізико-хімічних властивостей. Відомо понад 2000 мінералів. За хімічним складом їх поділяють на 10 класів. Характерні для кожного класу мінерали наведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Класифікація мінералів за хімічним складом

Кількість більшості мінералів — невелика, і лише близько 50 з них складають основну масу гірських порід і тому називаються породотворними.

За умовами утворення мінерали можна поділити на три групи: первинні— утворені при застиганні магми; вторинні —утворені внаслідок хімічного та біогенного руйнування первинних мінералів і наступного накопичення продуктів руйнування; видозмінені —утворені внаслідок перетворення первинних і вторинних мінералів лід впливом високих температур і тисків.

Більшість мінералів має кристалічну будову і лише невелика частина — аморфну. У кристалах найменші частинки речовини — атоми, іони та молекули — розміщені в певному порядку, утворюючи кристалічні решітки. Кристали звичайно мають форму багатогранників: кубів, октаедрів, призм та ін. Поверхні, які обмежують кристал, називаються гранями; лінії, які утворюються перетином граней,— ребрами; точки перетину ребер — вершинами.

Важливою властивістю кристалів одного й того ж мінералу є однаковість кутів між відповідними гранями. Це дозволяє розрізняти мінерали шляхом вимірювання гранних кутів. При цьому форма граней і їх розміри можуть бути різними. Мінерали у вигляді кристалів правильної форми знаходять рідко. Частіше вони бувають у вигляді кристалічних зерен або суцільних кристалічних мас. Звичайно кристалічні зерна мінералів утворюють полімінеральні породи. Наприклад, граніт складається з кристалічних зерен кварцу, ортоклазу і слюди. Мономінеральні породи складаються із суцільних кристалічних мас мінералів. Так, мармур утворюється кальцитом.

Головними фізичними властивостями мінералів є колір, блиск, прозорість, злом, спайність, твердість, щільність.

Колір мінералів буває різний. Виділяють світлі і темні мінерали. Колір риски, яку залишає мінерал на неглазурованій порцеляновій пластинці, характеризує колір мінералу у вигляді порошку.

Блиск залежить від здатності мінералу заломлювати і відбивати промені світла. Він буває металевий, скляний, перламутровий, шовковистий, жирний тощо.

Прозорість — це властивість тонкої пластинки мінералу пропускати світло. Мінерали бувають прозорі, такі, що просвічуються, і непрозорі.

Злом утворюється при розколюванні мінералів і буває раковистий, шорсткий, нерівний, зернистий тощо.

Спайність — це здатність мінералу розколюватися при ударі в одному, двох і трьох напрямах з утворенням плескатих повер­хонь. Розрізняють такі градації спайності: досить досконалу, досконалу і недосконалу. Наприклад, слюда має досить досконалу спайність в одному напрямі, оскільки легко роз'єднується на окремі пелюстки. Недосконалу спайність мають магнетит, кварц та ін.

Твердість характеризується опором мінералу тискові або різанню. Існує стандартна шкала твердості, яка складається з де­сяти еталонних мінералів, розміщених у порядку збільшення їх твердості: тальк—1, гіпс—2, кальцит—3, флюорит—4, апа­тит — 5, ортоклаз — 6, кварц — 7, топаз — 8. корунд — 9, алмаз— 10. Дряпаючи досліджуваний матеріал еталонним, можна встановити його відносну твердість.

Щільність мінералів визначають у лабораторних умовах. Мінерали із щільністю близько 3,5 т/м³ належать до групи легких, від 3.5 до 6 т/м³ — до важких і більше 6 т/м³ — до дуже важких.

Особливі властивості притаманні деяким мінералам: подвійне променезаломлення, магнітність, запах, смак, розчинність, горючість тощо.

Розглянуті властивості дозволяють розпізнавати мінерали в польових умовах з допомогою спеціальних довідкових посібни­ків-визначників. Користуючись ними. за сукупністю властивостей визначають назву мінералу.

5) Гірські породи, їх походження та відмітні ознаки.

Гірські породи — це агрегати мінералів. Вони можуть складатися переважно з одного мінералу (мономінеральні) або з певного співвідношення частин двох і більше мінералів (полімінеральні). Відомо 1000 гірських порід. За походженням (генезисом) їх поділяють на три групи: магматичні — утворилися внаслідок застигання магми; осадові — утворились у верхній частині земної кори внаслідок руйнування інших порід та життєдіяльності рослин і тварин; метаморфічні —утворилися в результаті наступних змін магматичних і осадових порід під впливом високої температури і тиску.

Відмітними ознаками гірської породи є мінералогічний склад, структура і текстура. У складі гірських порід переважають мінерали класу силікатів. На їх долю припадає 85 % усіх гірських порід земної кори. Мінералогічний склад визначає лише речовину гірської породи. Умови утворення гірських порід установлюються шляхом вивчення їх структур і текстур.

Структура характеризує особливості внутрішньої будови гірської породи, зумовлені розмірами, формою, кількісним співвідношенням мінералів, які її складають, а також характером зв'язків між частинами породи. Структури магматичної породи бувають повнокристалічні (зернисті), напівкристалічні (кристали та аморфна речовина), аморфні (скловатні). Для осадових порід характерні уламкові, брекчієвидні, органогенні, змішані та інші структури.

Текстура характеризує спосіб заповнення простору гірської породи. Вона відображає особливості зовнішньої будови: масивність. шаруватість, пористість тощо. Текстури бувають масивні, шаруваті, макропористі та ін.

Рис. 1.1. Види структур гірських порід:

а — магматичні породи: І — повно кристалічна; ІІ — напівкристалічна;ІІІ — аморфна; б— осадові породи: І—уламкова (псамітова); ІІ— брекчіевидиа; ІІІ—органогенна (фіто-пелітова); 1 —зерна: 2— аморфна речовина; 3 —глина: 4— уламки; 5—залишки рослин.

При утворенні магматичних гірських порід магма – розплавлена силікатна речовина – надходить у товщу земної кори і на її поверхню з магматичних осередків у верхній мантії. Коли магма досягає і твердне на глибині, в товщі земної кори утворюються глибинні (інтрузивні) магматичні породи.

Тверднення магми на глибині відбувається повільно, в умовах великих тисків. Цей процес триває іноді тисячі і мільйони років. За цей час встигають викристалізуватися всі мінерали. Спочатку кристалізуються найбільш тугоплавкі мінерали, а потім мінерали з більш низькою температурою плавлення. Тверднення магми на невеликій глибині або на поверхні земної кори відбувається швидко, при низькому тиску. У цих умовах встигають викристалізуватися лише найбільш тугоплавкі мінерали, а решта мінералів твердне, утворюючи мікрокристалічну або аморфну масу. Вилита на поверхню магма зветься лавою. Із лави бурхливо виділяються гази, що містяться в ній, і спінюють.

Якщо магма виливається на поверхню і твердне—утворюються виливні (ефузивні) магматичні породи.

Рис. 1.2. Текстура гірських порід:

а—масивна; б—шарувата; в—макропориста; г—розсіяна: д — флюїдальна, е — хаотична.

В результаті застигла лава буває в тій чи іншій мірі пористою. Особливості умов утворення глибинних виливних порід зумовлюють певну структуру і текстуру цих порід. Для глибинних порід характерні повнокристалічна структура і масивна текстура, а для виливних порід — порфірова або аморфна структура і пориста або флюїдальна текстура.

Залежно від вмісту в магматичних породах SiO₂, як у вигляді кварцу, так і в складі різних силікатів, вони поділяються на кислі (SiO₂>65%). середні (SiO₂=52...65 %), основні (SiO₂= 40...52 %) і ультраосновні (SiO₂<40 %). У кожної глибинної породи є аналог серед виливних, тому що вони мають однаковий вихідний продукт (магму). Загальні відомості про найголовніші магматичні породи наведені в табл. 1.3.

Таблиця 1.3. Найголовніші магматичні гірські породи

Основна маса магматичних порід сконцентрована в гранітному і базальтовому шарах земної кори, які утворились на початку геологічної історії шляхом тривалого процесу виплавлення відносно легкої речовини у верхній мантії і її підняття до поверхні. Але процес утворення магматичних порід відбувався і надалі. Магматичні породи утворювались під час проникання магми у товщу вже сформованої земної кори або під час виливання її на поверхню.

Утворення осадових порід пов'язане з процесами вивітрювання та денудації. Вивітрювання— процес руйнування гірських порід під впливом коливання температур повітря, сонячних променів, води, що замерзає, атмосфери та організмів, а також розчинної дії води. Продукти вивітрювання не завжди залишаються на місці утворення. Вони переміщуються поверхневими текучими водами, кригою льодовиків, яка рухається, вітром, силою ваги в знижені місця—до підніжжя схилів, в долини та западини, на дно озер, морів та океанів. У понижених місцях продукти вивітрювання накопичуються і ущільнюються, утворюючи осадові гірські породи. Вивітрювання буває фізичне, хімічне та органічне.

При фізичному вивітрюванні, яке спричинюється коливанням температур, механічною дією замерзаючої води, хвилеприпливу, вітру та іншими факторами, гірські породи розпадаються на окремі брили, шматки і мінеральні зерна.

При хімічному вивітрюванні гірські породи зазнають більш глибоких змін. У цьому разі утворюються нові мінерали. Хімічне вивітрювання відбувається або як пряме розчинення гірських порід водою, в якій міститься кисень, вуглекислота та інші речовини, або у вигляді різних хімічних реакцій (окислення, карбонізація тощо).

Органічне вивітрювання відбувається в результаті життєдіяльності рослинних організмів, які корінням механічно руйнують гірські породи, а різні кислоти, які виділяють організми, спричинюють хімічне перетворення мінералів.

У пустелях і високогірних районах переважає фізичне вивітрювання. В умовах помірного та тропічного клімату фізичне вивітрювання доповнюється хімічним і органічним. Масштаби цих процесів дуже великі. Щороку з материків у моря і океани виноситься близько 5,5 млрд т речовин у розчинах і до 30 млрд. т в уламках. Внаслідок накопичення продуктів вивітрювання відбуваються їх ущільнення і цементація.

Осадові гірські породи поділяються на уламкові, хімічні та органогенні. Уламкові породи утворились із продуктів вивітрювання, перенесених і відкладених у вигляді уламків різноманітної величини. Вони можуть бути пухкими і зцементованими різними природними цементами — глинястим, залізистим, вапнис­тим, кременистим тощо. Хімічні породи утворилися внаслідок випадання в осад речовин з насичених розчинів при зміні їх параметрів. Ці породи утворюються головним чином у зоні мілкого моря. Органогенні породи утворилися в результаті життєдіяльності організмів, більшість яких мешкають у воді і засвоюють з неї речовини для утворення черепашок або скелетів і, відмираючи, утворюють товщу гірських порід. Деякі породи цього типу утворені рослинною речовиною як на суші, так і в воді. Найголовніші осадові породи наведені у табл. 1.3.

Таблиця 1.3. Найголовніші осадові гірські породи

Мінералогічний склад осадових гірських порід визначається умовами їх утворення. Наприклад, в уламкових породах він відповідає мінералогічному складу тієї породи, з якої вони утворились. Багато порід хімічного походження складаються з одного мінералу: гіпсу, ангідриту, кальциту тощо. Структура осадових порід дуже різноманітна: так. у пісків вона зерниста, у глини — глиниста, у вапняків — кристалічна.

Щодо текстури, то і більшість осадових порід має шаруватий склад. Шари осадових порід в умовах непорушного залягання горизонтальні. Потужність товщі осадових гірських порід у земній корі досягає 15-—20 км в геосинкліналях.

Метаморфічні породи утворилися з магматичних і осадових внаслідок їх зміни під впливом високих температур і тиску. Цей процес одержав назву метаморфізму. Відрізняють регіональний, дислокаційний та контактовий метаморфізми.

Регіональний метаморфізм розвивається на великій глибині і охоплює значні простори. Цей процес пов'язаний із зануренням окремих ділянок земної кори на значну глибину під вагою осадів, які накопичуються в западинах, або внаслідок рухів земної кори. На глибині вихідні породи під впливом високого тиску і відносно високих температур перекристалізовуються, перебуваючи в твердому стані.

Дислокаційний метаморфізм, або динамометаморфізм, відбувається при гороутворенні, коли масиви гірських порід зазнають великого одностороннього стискання, що зумовлює їх перекристалізацію. Контактовий метаморфізм пояснюється температурним впливом на вміщуючі породи магми, яка проникає в товщу земної кори. Вздовж контакту з магмою вміщуючі породи зазнають плавлення та випалу з наступною їх перекристалізацією. Крім того, на вміщуючі породи впливають хімічно активні речовини, які виділяються з магми.

Мінералогічний склад метаморфічних порід в основному такий же, як і первинних магматичних і осадових. Але є мінерали, які зустрічаються лише в метаморфічних породах. Метаморфічні породи звичайно мають кристалічну структуру. Текстура більшості метаморфічних порід сланцювата. Така текстура зумовлена характерним розвитком кристалічних зерен при перекристалізації— довгою віссю в напрямі, перпендикулярному до напряму переважного тиску. Зустрічаються породи і з масивною текстурою.

Найголовніші метаморфічні породи: гнейси — утворюються з магматичних (ортогнейси) і осадових (парагнейси) глинястих порід, мають сланцювату текстуру; філіти — утворюються з глинистих порід, текстура—сланцювата; слюдяні сланці— утворюються з глинистих порід внаслідок глибокої видозміни, текстура — сланцева; мармури — утворюються з вапняків та доломітів, текстура—масивна; кварцити— утворюються з пісків і пісковиків, текстура — масивна. Метаморфічні гірські породи не мають певних форм залягання, вони визначаються формою залягання тих порід, з яких вони утворились.

Лекція №2,3

Геологічні та інженерно-геологічні процеси І яВИЩА

1) Загальні поняття про геологічні та інженерно-геологічні процеси

На поверхні Землі і в її надрах постійно відбуваються процеси, які безперервно змінюють її будову та склад. Ці процеси називаються геологічними. Більшість з них відбувається дуже повільно порівняно з життям людини і навіть всього людства. Але саме вони протягом мільярдів років історії Землі призводили до разючих і великих змін у її зовнішньому вигляді і внутрішній будові. Серед геологічних процесів є й такі, які проходять дуже бурхливо і призводять до катастрофічних наслідків. До них можна віднести виверження вулканів, землетруси, раптові обвали, повені тощо. Але ці процеси проявляються порівняно рідко і охоплюють незначні за площею ділянки земної кори. їх роль в історії Землі другорядна.

Для зручності вивчення всі геологічні процеси ділять на внутрішні і зовнішні. Внутрішні процеси виникають під впливом дії внутрішніх сил Землі на земну кору. Зовнішні процеси є наслідком взаємодії земної кори з атмосферою, гідросферою та біосферою. Процеси внутрішньої динаміки Землі— ендогенні — проявляються у вигляді тектонічних рухів земної кори, вивержень вулканів, землетрусів. Процеси зовнішньої динаміки Землі, екзогенні — поділяються на три групи: вивітрювання, денудація та акумуляція. Внаслідок вивітрювання відбувається руйнування гірських порід і мінералів. Воно зводиться до механічного дроблення, розпушування та зміни хімічних властивостей під впливом води, кисню, вуглекислого газу і життєдіяльності організмів. Під денудацією розуміють сукупність процесів перенесення продуктів вивітрювання з підвищень до знижених ділянок рельєфу з допомогою сили тяжіння, проточних вод, рухомих льодовиків, вітру тощо. Акумуляція, або осадонакопичення,— це сума процесів накопичення продуктів руйнування гірських порід. Вона є першою стадією утворення нових осадових гірських порід.

Внутрішні і зовнішні процеси відбуваються одночасно протягом усієї геологічної історії Землі. При цьому в їх діяльності виявляється така загальна закономірність: внутрішні процеси утворюють на поверхніЗемлі нерівності — гори і западини, а зовнішні — нівелюють ці нерівності, знижують гори та заповнюють западини.

Інженерна геологія вивчає сучасні геологічні процеси, що виникають у зв'язку з інженерною діяльністю людини. Тут розглядають питання про вплив геологічних процесів на інженерні споруди, а також явища зворотного зв'язку — як інженерні спо­руди можуть спричинити та змінити наявні природні геологічні процеси. Такі процеси називаються інженерно-геологічними.

При їх вивченні виявляється характер взаємодії споруд і гірських порід, а також можливі зміни природних обставин. Нерідко геологічні та інженерно-геологічні процеси відбуваються однаково, але причини їх різні.

Приклади зв'язкуміж геологічними та інженерно-геологічними процесами:

2) Рухи земної кори та дислокації

У земній корі постійно відбуваються різні рухи. Якщо причиною рухів е внутрішні сили Землі, їх називають тектонічними. Розрізняють три основних типи тектонічних рухів: коливальні, складчасті та розривні. Такі рухи відбувалися як у минулому,. так і зараз.

Коливальні рухи охоплюють великі ділянки платформ, складчастих систем і поясів. Вони виражаються в періодичних повільних підняттях і опусканнях земної кори. Зараз окремі ділянки Балтійського щита (Кольський півострів) та Українського щита (Правобережжя Дніпра) піднімаються зі швидкістю 6—8 мм. а Воронезького виступу—до 15—20 мм за рік. У той же час пониззя р. Терек опускається на 5—7 мм за рік. Підняття в складчастому поясі Паміру та Тянь-Шаню місцями досягають 50 мм за рік.

Про підняття суші можна судити за наявністю хвилеприбійних терас, піднятих над рівнем моря. Наприклад, у районі м. Сухумі до висоти 900 м над рівнем моря є шість терас. Затоплення морем русел рік свідчать про опускання суші.

Коливальні рухи виявляють безпосередньо з допомогою періодичного нівелювання. Про коливальні рухи, які відбувалися в минулому, свідчить характерний склад товщі осадових порід. Чергування в ній шарів, утворених на суші і в морі, вказує на підняття і опускання суші, які супроводжувались наступанням та відступанням моря. Коливальні рухи земної кори визначають характер геологічної діяльності поверхневих текучих вод і моря. Підняття посилює процеси розмивання суші текучими водами, а опускання послаблює (зменшує) їх. Опускання суші веде до активізації процесу руйнування берега хвилями прибою. Зміни висотного положення поверхні суші внаслідок коливальних рухів слід ура­ховувати при проектуванні мостів, гребель, каналів, доріг на березі моря.

Складчасті рухи призводять до утворення складок у товщах осадових гірських порід. Явище повзучості, яке розвивається в гірських породах при тривалому впливі стискуючих сил. сприяє зім’яттю в складки пластів, у тому числі і порід скельного типу. Складки утворюють складчасті системи і пояси на значних просторах. Складки бувають двох видів: антиклінальні (опуклі) та синклінальні (увігнуті) (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Складки: а — антиклінальна віялоподібна:б—антиклінальнаперевернута; в — синклінальна.

Розривні рухи утворюють у земній корі глибокі розломи, по яких окремі її ділянки опускаються вниз, утворюючи провалля, а інші піднімаються вгору, утворюючи виступи. Провалля одержали назву грабенів, підняття— горстів (рис. 2.2). Озеро Байкал є великим грабеном, заповненим водою. Рух масивів гірських порід по вертикалі часто супроводжується зміщеннями, по горизонталі — зсувами.

Наявність дислокацій на ділянці будівництва створює своєрідні умови проведення будівельних робіт. Так. у верхній частині антиклінальні породи розбиті тріщинами в процесі гороутворення. Тому вони швидко руйнуються. Нерідко в місцях давніх антикліналей зустрічаються поглиблення, утворені внаслідок руйнування та винесення ослабленої породи. Навпаки, в нижній частині синкліналі (мульді) породи напружені за рахунок стискуючих напружень. При розробці таких порід часто трапляються раптові обвали стійких на перший погляд схилів і навіть викид уламків. Наявність дислокацій значно ускладнює інженерно-геологічні умови будівельних майданчиків. Доводиться робити фундаменти однієї споруди на різних ґрунтах, що може спричинити нерівномірні деформації. Похиле залягання пластів гірських порід визначає небезпеку утворення зсувів.

Рис. 2.2. Дислокації, що виникають під час розривних рухів земної кори: а — грабен; б — горст.

Складчасті та розривні рухи являють собою горотворний процес. Багато вчених вважають, що такі рухи виникають у зв'язку з горизонтальним переміщенням великих ділянок земної кори — плит. Цей процес має глобальний характер. Внаслідок процесів гороутворення виникають різноманітні порушення залягання гірських порід, які називаються дислокаціями. Дислокації бувають без розриву суцільності порід (наприклад. складка) та з розривом суцільності (наприклад, горст і грабен).

Просторове положення пласта визначається елементами залягання: азимутами ліній простягання і падіння та кутом падіння (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Елементи залягання похилих пластів: 1— лінія падіння; 2 — лінія простягання; 3 — кут падіння.

Простягання пласта характеризується лінією, яка утворюється при перетині площини пласта з горизонтальною площиною. Падіння пласта визначається лінією, проведеною в площині пласта перпендикулярно до лінії простягання. Кут падіння пласта — це кут між площиною пласта і горизонтальною площиною.

Для визначення елементів залягання пласта під час геологічної зйомки застосовують гірський компас. Він відрізняється від звичайного тим. щомає градусний поділ лімба, направлений проти годинникової стрілки. Для визначення азимута лінії падіння його встановлюють у горизонтальне положення південною стороною до лінії простягання. Відлік проти північного кінця магнітної стрілки дає азимут лінії падіння. Лінія простягання має два азимути. Кут падіння визначається за допомогою виска, який є в гірському компасі. Кінцеві виміри елементів залягання пласта можуть мати такий вигляд: ПЗ 234⁰,21⁰. Із запису випливає, що пласт має кут падіння на південний захід, а його площина розташовується відносно горизонту під кутом 21°. Щоб визначити азимут простягання, досить додати або відняти 90° від азимута падіння.

3) Магматизм. Вулкани. Землетруси.

Процеси проникання магми в товщу земної кори з осередків розплавів у верхній частині мантії називаються магматизмом. Магматизм буває глибинним та поверхневим. Поверхневий магматизм виявляється в діяльності вулканів. Вулканом називається місце прориву магми на поверхню земної кори. Найчастіше магма надходить на поверхню по трубоподібних каналах. У цьому випадку продукти виверження утворюють конусоподібні гори з кратерами на вер­шинах. Це центрально-кратерні вулкани. При виверженні таких вулканів спостерігається викид газів, попелу, уламкового матеріалу, а також виверження лави. Вулкани діють періодично з інтервалом від кількох місяців до кількох сотень років. Нерідко виверження вулкана супроводжується землетрусом. Вулкани умовно поділяють на діючі та згаслі. На Землі відомо 624 діючих (з них 78 підводних) та до 4000 згаслих вулканів.

Інший характер вивержень мають вулкани тріщинного типу. Виверження таких вулканів тепер відбувається рідко. У 1783р. в Ісландії з тріщини довжиною 24 км вилилося 12 км³ лави. Потоки цієї лави розлилися по площі 550 км². При цьому один з потоків мав довжину 40 км. У геологічному минулому таких вулканів було багато.

На ранніх етапах геологічної історії діяли вулкани площинного типу. Під час їх виверження наближена до поверхні магма поглинала гірські породи земної кори, утворюючи розплавина величезних площах. Більшість сучасних вулканів територіальне віднесені до двох основних поясів тектонічної активності, які охоплюють усю земну кулю: Тихоокеанського та Середземноморсько-індонезійського.

Двигтіння окремих ділянок земної кори називають землетрусами. Вони відомі також як сейсмічні явища. Присильних землетрусах будинки та споруди пошкоджуються, а іноді і зовсім

руйнуються, що нерідко спричинює загибель людей. Під час землетрусів у містах Токіо та Йокогама (Японія) в 1923 р. були повністю або частково зруйновані та дуже пошкоджені близько 500 тис. будівель, загинуло майже 140 тис. чоловік і більше 100 тис. чоловік отримали поранення. Зміщення поверхні Землі досягали 4 м у горизонтальному та 1,5 м у вертикальному на­прямах. Відбулися значні вертикальні зміщення дна бухти Сагамі, внаслідок чого виникла морська хвиля заввишки 12 м. яка ринула на берег. Такі хвилі називають цунамі.

Як і вулкани, землетруси пов'язані в основному з Тихоокеанським та Середземноморсько-індонезійським поясами. Величезні сейсмічні райони: Карпати, Крим, Кавказ, Середня Азія, Прибайкалля, Східний Сибір, Далекий Схід, Камчатка. Відомі сильні землетруси в містах Алма-Аті (1887 р.), Шемасі (1902 р.), Ашгабаді (1948 р.), Ташкенті (1966 р.), Газлі (1976 р.), а також у Вірменії (1988 р.), Таджикистані (1989р.).

За походженням землетруси поділяють на денудаційні, вулканічні та тектонічні. Денудаційні і вулканічні землетруси мають місцеве значення. Денудаційні землетруси виникають при обвалі склепінь пустот у верхніх шарах земної кори і при обвалах у горах, а вулканічні — при виверженні магми.

Переважна більшість землетрусів тектонічного походження. Вони часто мають катастрофічний характер. Виникнення цих землетрусів пов'язане з деформаціями зсуву та розтягання в масивах гірських порід земної кори і речовини у верхній частині мантії під час тектонічних рухів. Коли напруження і деформації досягають критичних значень, відбувається руйнування масиву, яке супроводжується ударами маси порід або речовини мантії. Осередок землетрусу знаходиться на деякій глибині і називається гіпоцентром, а ділянка на поверхні, розташована над ним— епіцентром. Залежно від глибини гіпоцентру виділяють поверхневі (до 50 км), проміжні (50—300 км). глибокофокусні (більше 300 км) землетруси.

Внаслідок удару в гіпоцентрі виникають пружні сейсмічні хвилі двох типів: поздовжні та поперечні. Ці хвилі поширюються від гіпоцентру в усіх напрямах і передають енергію удару в оточуюче середовище. Поширення сейсмічних хвиль відбувається з затуханням амплітуди їх коливань. При сильних землетрусах сейсмічні хвилі проходять через усю земну кулю.

Поздовжні хвилі характерні тим, що коливання частинок середовища, через яке вони проходять, відбувається в напрямі поширення хвилі. Це хвилі згущення і розрідження (рис.2.4,а). Вони розповсюджуються як у твердому, так і в рідкому середовищі. Поперечні хвилі —не хвилі зсуву. Тут коливання частинок відбуваються у напрямі, перпендикулярному до напряму поширення хвилі (рис. 2.4, б). Поперечні хвилі поширюються лише в твердому середовищі, тобто в середовищі, яке має опір зсуву. Через розплави і воду ці хвилі не проходять.

Поздовжні та поперечні хвилі при переході з одного середовища в інше заломлюються та відбиваються. Цю властивість сейсмічних хвиль використовують для вивчення будови глибоких надр Землі. Внаслідок взаємодії поздовжніх та поперечних хвиль біля поверхні Землі виникають поверхневі хвилі, які поширюються по поверхні, утворюючи вали і западини певної висоти. Швидкість поверхневих хвиль найменша.

Землетруси реєструють з допомогою сейсмографів, які бувають двох типів: для реєстрації вертикальних і горизонтальних коливань. На сейсмічній станції встановлюють три сейсмографи: два реєструють горизонтальні коливання і один — вертикальні. Сейсмографи, що реєструють горизонтальні коливання, встановлюють так, щоб маятник одного з них коливався в меридіональному напрямі, а другий—у широтному.

Записані на світлочутливий папір коливання маятника при землетрусі називаються сейсмограмою. Сейсмограма дозволяє за різницею в часі приходу поздовжніх та поперечних хвиль визначити відстань до епіцентра. Коли відстань до епіцентра відома на кількох сейсмічних станціях, то його положення визначають методом засічок.

Рис. 2.4. Схема утворення сейсмічних хвиль: а — поздовжніх; б — поперечних; 1 - осередок землетрусу; 2 - на­прям поширення хвилі: 3 - напрям коливання частинок.	Рис. 2.5. Принципові схеми сейсмографів для реєстрації коливань: а - горизонтальних; б - вертикальних; 1 - маятник; 2 - записуючий пристрій

Таблиця 2.1. Магнітуда землетрусів залежно від енергії землетрусу в гіпоцентрі

Сила землетрусу в гіпоцентрі характеризується магнітудою, а його інтенсивність на поверхні (сейсмічність) оцінюється в бала х.

Енергія найслабших землетрусів, які можуть бути зареєстровані сейсмографами, дорівнює 103 Дж, а найсильніших - 1019 Дж. У цьому інтервалі й була складена шкала землетрусів за силою, яка оцінюється магнітудою (табл. 2.1). Інтенсивність землетрусів визначають за 12-бальною шкалою залежно від величини зміщення пружного сферичного маятника в сейсмометрі системи С. В. Медведева або сейсмічного прискорення, що виникає в поро­дах, які утворюють основи будинків і споруд.

У таблиці 2.2 наведено характеристику пошкоджень будівель та споруд лід час землетрусів. На основі матеріалів вивчення землетрусів складають сейсмічні карти. За допомогою сейсмічних карт можна отримати дані про сейсмічність пункту, який нас цікавить у балах. Отримані таким чином значення сейсмічності уточнюють з урахуванням геологічної будови і гідрогеологічних умов конкретного майданчика.

Таблиця 2.2. Характеристика пошкоджень будівель залежно віл магнітуди землетрусів.