background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

 
 

 
 

 

MINISTERSTWO EDUKACJI 

NARODOWEJ 

 
 
 
 
 
 

Janina Kleban 

 
 
 
 
 
 
 
 

Badanie właściwości minerałów i skał  
311[11].Z3.05 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Poradnik dla ucznia 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wydawca  

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy 
Radom 2007
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

1

Recenzenci: 
prof. dr hab. Leszek Marks 
dr inż. Marek Młyńczak 
 
 
 
Opracowanie redakcyjne: 
mgr Janina Kleban 
 
 
 
Konsultacja: 
mgr inż. Marek Olsza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Poradnik  stanowi  obudowę  dydaktyczną  programu  jednostki  modułowej  311[11].Z3.05 
„Badanie właściwości minerałów i skał”, zawartego w modułowym programie nauczania dla 
zawodu technik geofizyk. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wydawca 

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

2

SPIS TREŚCI 
 

1.

 

Wprowadzenie 

2.

 

Wymagania wstępne 

3.

 

Cele kształcenia 

4.

 

Materiał nauczania 

4.1.

 

Klasyfikacja minerałów i skał  

4.1.1.

 

Materiał nauczania 

4.1.2.

 

Pytania sprawdzające 

19 

4.1.3.

 

Ćwiczenia 

20 

4.1.4.

 

Sprawdzian postępów 

22 

4.2.

 

Badanie właściwości fizycznych i mechanicznych skał 

23 

4.2.1.

 

Materiał nauczania 

23 

4.2.2.

 

Pytania sprawdzające 

41 

4.2.3.

 

Ćwiczenia 

41 

4.2.4.

 

Sprawdzian postępów  

43 

4.3.

 

Analizowanie właściwości wód  

44 

4.3.1.

 

Materiał nauczania 

44 

4.3.2.

 

Pytania sprawdzające 

53 

4.3.3.

 

Ćwiczenia 

53 

4.3.4.

 

Sprawdzian postępów  

55 

5.

 

Sprawdzian osiągnięć 

56 

6.

 

Literatura 

60 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

3

1.  WPROWADZENIE 

 

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej badania właściwości 

minerałów i skał. 

W poradniku zamieszczono: 

 

wymagania  wstępne  –  wykaz  umiejętności,  jakie  powinieneś  mieć  już  ukształtowane, 
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,  

 

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, 

 

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia założonych celów 
kształcenia i opanowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej, 

 

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści, 

 

ćwiczenia,  które  pomogą  Ci  zweryfikować  wiadomości  teoretyczne  oraz  ukształtować 
umiejętności praktyczne, 

 

sprawdzian postępów, 

 

sprawdzian  osiągnięć,  przykładowy  zestaw  zadań.  Zaliczenie  testu  potwierdzi 
opanowanie materiału całej jednostki modułowej, 

 

literaturę uzupełniającą. 
Miejsce  jednostki  modułowej  w  strukturze  modułu  311[11].Z3  „Badania  geofizyczne” 

jest wyeksponowane na schemacie zamieszczonym na stronie 4. 
 
Bezpieczeństwo i higiena pracy

 

W  czasie  pobytu  w  pracowni  musisz  przestrzegać  regulaminów,  przepisów  bhp 

i instrukcji  przeciwpożarowych,  wynikających  z  rodzaju  wykonywanych  prac.  Wiadomości 
dotyczące  przepisów  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy,  ochrony  przeciwpożarowej  oraz 
ochrony  środowiska  znajdziesz  w  jednostce  modułowej  311[11].O1.01  „Przestrzeganie 
przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska”. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

4

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schemat układu jednostek modułowych 

311[11].Z3 

Badania geofizyczne 

311[11].Z3.01 

Analizowanie zmian 

geofizycznych w strukturze 

Ziemi 

311[11].Z3.03 

Obsługiwanie aparatury do 

pomiarów geofizycznych 

311[11].Z3.02 

Planowanie i organizacja 

badań geofizycznych 

311[11].Z3.04 

Wykonywanie badań 

geofizycznych 

311[11].Z3.05 

Badanie właściwości 

minerałów i skał 

311[11].Z3.06 

Sporządzanie dokumentacji 

badań geofizycznych 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

5

2.  WYMAGANIA WSTĘPNE 

 

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej powinieneś umieć: 

 

stosować  przepisy  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy,  ochrony  środowiska  i  ochrony 
przeciwpożarowej obowiązujące w pracowni i na stanowisku pracy, 

 

korzystać z różnych źródeł informacji,  

 

organizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii, 

 

posługiwać  się  podstawowymi  pojęciami  z  zakresu  fizyki,  takimi  jak:  masa,  siła, 
prędkość, 

 

stosować  podstawowe  prawa  fizyki  z  zakresu  pola  grawitacyjnego,  elektrostatycznego, 
magnetycznego, 

 

posługiwać się dokumentacją geodezyjną, 

 

posługiwać się dokumentacją geologiczną, 

 

posługiwać się podstawowymi pojęciami topograficznymi,  

 

stosować i zamieniać jednostki układu SI, 

 

interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, tabel, 

 

wykonywać proste obliczenia matematyczne, 

 

użytkować komputer, 

 

współpracować w grupie. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

6

3.  CELE KSZTAŁCENIA 
 

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:  

 

określić cel i zakres badań mineralogicznych, 

 

określić skład mineralogiczny, teksturę i strukturę skał, 

 

dobrać narzędzia do pobierania próbek i budowy wewnętrznej skał,  

 

dobrać metody badania właściwości fizycznych skał i minerałów, 

 

pobrać próby skał do badania fizycznych właściwości,  

 

dobrać urządzenia i aparaturę do badania fizycznych i mechanicznych właściwości skał, 

 

wykonać badania właściwości fizycznych skał, 

 

wykonać badania właściwości mechanicznych skał, 

 

scharakteryzować formy i głębokości zalegania skał, 

 

określić znaczenie fizycznych parametrów skał w badaniach geofizycznych i geologicznych, 

 

pobrać próby wody do analizy fizycznej, chemicznej i bakteriologicznej, 

 

wykonać kompleksowe badanie wody, 

 

wyjaśnić pojęcie stopnia geotermicznego, 

 

określić parametry wody geotermalnej, 

 

posłużyć się inżyniersko-geologiczną nomenklaturą klasyfikacji skał i minerałów, 

 

posłużyć się mapami geologicznymi, normami, katalogami, 

 

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

7

4.  MATERIAŁ NAUCZANIA 

 
4.1. 

Klasyfikacja skał i minerałów 

 
4.1.1.  Materiał nauczania 

 
Minerał  –  najmniejszy  naturalny  składnik  skał  budujących  skorupę  ziemską,  w  stanie 

stałym o określonej budowie chemicznej i fizycznej (krystalograficznej) powstały bez udziału 
człowieka.  Zazwyczaj  jest  to  związek  chemiczny,  rzadziej  pierwiastek  chemiczny. 
Zasadniczo  minerały  są  ciałami  stałymi  o  budowie  krystalicznej,  choć  do  minerałów  zalicza 
się także niektóre ciała niekrystaliczne, np. bursztyn, opal, ozokeryt. Wg innych klasyfikacji 
naturalne  związki  chemiczne  o  niekrystalicznej  budowie  (jak  np.  ropa  naftowa  lub  woda)  to 
mineraloidy.  Niektóre  związki  chemiczne  tworzą  grupy  minerałów  o  składzie  zmieniającym 
się  w  dowolnych  proporcjach,  jak  np.  plagioklazy,  skaleniowce,  pirokseny,  amfibole, 
minerały ilaste, węglany. 

Jeden związek chemiczny zazwyczaj tworzy jeden minerał, ale są wyjątki, np. 

 

SiO

2

  jako  bezpostaciowa  krzemionka  tworzy:  chalcedon,  chryzopraz,  heliotrop,  plazma, 

praz, sard, opal, krzemień, czert, agat, onyks, sardonyks, jaspis, karneol i in. Krystaliczna 
SiO

2

 tworzy kwarc, trydymit i krystobalit, 

 

różne  odmiany  barwne  kwarcu,  to:  kryształ  górski,  kwarc  dymny,  morion,  kwarc 
mleczny,  ametyst,  cytryn  (kwarc  żółty),  awenturyn,  kwarcowe  sokole  oko,  kwarcowe 
kocie oko, przy czym niektóre nazwy są wielce umowne, 

 

innym przykładem jest węglan wapnia CaCO

3

, który tworzy kalcyt i aragonit. 

 
Klasyfikacja minerałów 
1.

 

Pierwiastki rodzime. 

2.

 

Siarczki  i  związki  pokrewne.  Siarczki  to  sole  kwasu  siarkowodorwego:  H

2

S  Selenki  to 

sole kwasu selenowodorowego: H

2

Se. Tellurki to sole kwasu tellurowodorowego: H

2

Te. 

3.

 

Halogenki  Halogenki  to  sole  kwasów  halogenowych.  Chlorki  to  sole  kwasu 
chlorowodorowego:  HCl  Fluorki  to  sole  kwasu  fluorowodorowego:  HF  Bromki  to  sole 
kwasu bromowodorowego: HBr Jodki to sole kwasu jodowodorowego: HJ. 

4.

 

Tlenki i wodorotlenki. 

5.

 

Azotany,  węglany  i  borany  Azotany  to  sole  kwasu  azotowego  (V):  HNO

3

  Węglany  to 

sole kwasu węglowego: H

2

CO

3

 Borany to sole kwasu borowego: H

3

BO

3

6.

 

Siarczany, chromiany, wolframiany i molibdeniany Siarczany to sole kwasu siarkowego 
(VI): H

2

SO

4

 Chromiany to sole kwasu chromowego: H

2

CrO

4

 Molibdeniany to sole kwasu 

molibdenowego: H

2

MoO

4

 Wolframiany to sole kwasu wolframowego: H

2

WO

4

7.

 

Fosforany,  arseniany  i  wanadany  Fosforany  to  sole  kwasu  fosforowego  (V):  H

3

PO

4

 

Arseniany  to  sole  kwasu  arsenowego:  H

3

AsO

4

  Wanadany  to  sole  kwasu  wanadowego: 

H

3

VO

4

8.

 

Krzemiany. 

9.

 

Substancje organiczne. 
 

Właściwości makroskopowe minerałów 

Większość  występujących  w  przyrodzie  minerałów  tworzy  ciała  krystaliczne 

o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Budujące je atomy usytuowane są względem siebie 
w  ściśle  określonym  położeniu,  tworząc  sieć  przestrzenną.  W  zależności  od  występujących 
elementów symetrii wyróżnia się następujące układy krystalograficzne: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

8

 

trójskośny, 

 

jednoskośny, 

 

trygonalny i heksagonalny, 

 

rombowy, 

 

tetragonalny, 

 

regularny. 
Kryształy  posiadają  określony  kształt,  nazywany  pokrojem.  Wyróżnia  się  następujące 

pokroje kryształów: 

 

izometryczny – gdy kryształ ma identyczne lub zbliżone wymiary w trzech kierunkach,  

 

tabliczkowy – gdy kryształ ma różne wymiary w trzech kierunkach,  

 

płytkowy  –  gdy  kryształ  ma  podobne  wymiary  w  dwóch  kierunkach,  zaś  w  trzecim  jest 
wyraźnie mniejszy od poprzednich,  

 

listewkowy  –  gdy  kryształ  ma  różne  wymiary  w  trzech  kierunkach,  przy  czym  jeden 
wymiar wyraźnie przeważa nad pozostałymi,  

 

słupkowy  –  gdy  kryształ  ma  podobne  wymiary  w  dwóch  kierunkach,  w  trzecim  zaś 
wymiar  wyraźnie  większy  od  dwóch  poprzednich  (w  przypadku,  gdy  wymiar  trzeci 
bardzo  znacznie  przeważa  nad  pozostałymi,  można  wyróżnić  pokrój  pręcikowy 
igiełkowy lub włóknisty). 
Do  wytworzenia  dobrze  wykształconych,  dużych  kryształów  dochodzi  w  przyrodzie 

rzadko.  Najczęściej  mają  one  postać  kryształów  wrosłych,  tzn.  obrośniętych  ze  wszystkich 
stron  przez  inne  kryształy.  Kryształy  dobrze  wykształcone  spotyka  się  też  w  postaci 
kryształów  narosłych,  np.  na  powierzchni  szczelin,  pęcherzy  i  innych  wolnych  przestrzeni 
w skałach.  Najczęściej  jednak  minerały  o  budowie  krystalicznej  tworzą  ciała 
drobnokrystaliczne, w postaci form zbitych, ziarnistych, naciekowych (stalaktyty, stalagmity), 
konkrecji itp.  

Minerały  bezpostaciowe  (o  nieuporządkowanej  budowie)  nie  tworzą  kryształów,  lecz 

występują  w  formie  skupień,  jako  żele  mineralne  (np.  opal)  lub  szkliwa  wulkaniczne, 
powstające na skutek gwałtownego ochłodzenia magmy.  

Dokładną  metodą  badania  minerałów  jest  analiza  mikroskopowa,  w  której  pod 

mikroskopem  polaryzacyjnym  określa  się  ich  właściwości  optyczne.  Przy  rozpoznawaniu 
minerałów  stosuje  się  ponadto  analizy  i  badania  chemiczne,  rentgenograficzne, 
derywatograficzne  (różnicowa  analiza  termiczna),  mikroskopię  elektronową  i  skaningową 
oraz wiele innych.  

Wiele 

minerałów 

można 

dokładnie 

zidentyfikować 

na 

podstawie 

zespołu 

charakterystycznych właściwości makroskopowych, takich jak: 
1.

 

Barwa. 

Zależy  ona  od  rodzaju  i charakteru  ułożenia  atomów  w  przestrzeni,  które  wpływają 

na pochłanianie i odbijanie promieni świetlnych. Wyróżnia się minerały:  

 

barwne, o niezmiennej, charakterystycznej barwie, 

 

zabarwione, o barwie pochodzącej od domieszek innych substancji, 

 

bezbarwne. 

2.

 

Rysa.  

Jest  ona  barwą  sproszkowanego  materiału.  Bada  się  ją  pocierając  minerałem 

o niepolerowaną płytkę porcelanową. Minerały barwne dają rysę barwną, zaś bezbarwne 
i zabarwione mają zawsze rysę białą. 

3.

 

Przezroczystość. 

Stopień  przezroczystości  kamienia  –  cecha  fizyczna  wynikająca  z  jonowego 

charakteru  wiązań  atomowych  budujących  strukturę  danego  minerału.  Pod  pojęciem 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

9

przezroczystość  rozumie  się  przepuszczalność  światła  przez  ośrodek.  Wśród  minerałów 
wyróżnia się: 

 

przezroczyste – np. diament, kwarc, 

 

przeświecające (półprzezroczyste) – np.: chalcedon, lazuryt, turkus, 

 

nieprzezroczyste  –  minerały  kruszcowe  (rudne)  np.  siarczki,  galena,  piryt, 
chalkopiryt, tlenki, magnetyt, w których występuje typ wiązania metalicznego. 
Przezroczystość kamieni zmniejsza się wraz z obecnością inkluzji, domieszek innych 

faz  mineralnych  czy  też  defektów  strukturalnych  np.  obecności  drobnych  próżni, 
banieczek gazów i spękań. Przepuszczalność światła może być zaburzona wskutek silnej 
absorpcji światła w krysztale. 

W  bardzo  cienkich  warstwach  nawet  minerały  zazwyczaj  nieprzezroczyste  stają  się 

przezroczyste  lub  przeświecające.  Wszystkie  metale  są  również  w  cienkich  warstwach 
nieprzezroczyste.  Minerały  ziarniste  lub  włókniste  oraz  skupienia  są  zawsze 
nieprzezroczyste. 

4.

 

Połysk.  

Jest to cecha powierzchni minerału (jego ścian bądź powierzchni powstałych po jego 

rozbiciu),  określająca  sposób,  w  jaki  odbija  ona  promienie  świetlne.  Wyróżnia  się 
następujące rodzaje połysku:  

 

metaliczny: właściwy i półmetaliczny, 

 

niemetaliczny: diamentowy, szklisty, tłusty, perłowy, jedwabisty i matowy. 

5.

 

Łupliwość.  

Jest to zdolność minerałów do pękania pod wpływem uderzenia bądź nacisku na części 

ograniczone  powierzchniami  płaskimi.  Łupliwość  nie  występuje  u  minerałów 
bezpostaciowych  i  u  niektórych  minerałów  krystalicznych.  Minerały  mogą  wykazywać 
łupliwość  w  jednym  lub  w  kilku  kierunkach.  Kierunki  te  są  w  danym  krysztale  zawsze 
takie  same,  niezależnie  od  kierunku  przyłożenia  siły,  np.  uderzenia.  W  zależności  od 
łatwości pękania minerału oraz stopnia prawidłowości powierzchni, łupliwość dzielimy na:  

 

doskonałą, 

 

bardzo dobrą, 

 

wyraźną, 

 

niewyraźną (słabą). 

6.

 

Przełam.  

Cecha ta mówi nam o braku łupliwości. Minerał  wykazujący przełam, pęka wzdłuż 

powierzchni  zupełnie  przypadkowych,  jak  np.  kwarc.  Ze  względu  na  kształt  tych 
powierzchni wyróżnia się następujące typy przełamów:  

 

równy (powierzchnie zbliżone do płaskich), 

 

nierówny: 

muszlowy 

(przypominający 

kształtem 

powierzchnię 

muszli), 

haczykowaty, zadziorowaty i inne. 
Powierzchnie  przełamu  są  zazwyczaj  nierówne,  a  najbardziej  charakterystyczne 

formy są określane własnymi nazwami opisowymi. 

Niektóre minerały pod wpływem uderzenia pękają wzdłuż słabo zaznaczających się, 

niezbyt  równych  powierzchni,  które  nie  przecinają  całego  kryształu.  Cecha  ta  określana 
jest jako oddzielność. Posiadają ją np. niektóre granaty.  

7.

 

Twardość.  

Jest  to  opór,  jaki  stawia  minerał  przy  próbie  zarysowania  go  ostrym  narzędziem. 

Próbę  wykonuje  się  swobodnie  pociągając  ostrzem  po  powierzchni  minerału,  bez 
stosowania  silnego  punktowego  nacisku,  powodującego  jej  kruszenie  bądź  miażdżenie. 
Twardość  minerałów  określa  się  porównując  ją  do  twardości  minerałów  wzorcowych, 
tworzących skalę Mohsa. Jest to zestaw 10 minerałów ułożonych kolejno od najmniej do 
najbardziej twardego. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

10

Skala twardości Mohsa podaje tylko następstwo twardości, a więc szereg minerałów 

rysujących  kolejno  wszystkie  poprzednie.  W  praktyce  cała  skala  Mohsa  jest  rzadko 
stosowana,  a  twardość  określa  się  pośrednio.  Minerały  o  twardości  1  i  2  dają  się  łatwo 
zarysować  paznokciem,  o  twardości  1  do  4  –  gwoździem  żelaznym,  o  twardości  do  
5  –  ostrzem  stalowym.  Minerały  o  twardości  7  i  większej  są  zdolne  zarysować  szkło. 
Twardość  jest  cechą  charakterystyczną  i  stałą  dla  danego  minerału.  W  wypadku  wielu 
kryształów  mieszanych,  zwłaszcza  glinokrzemianowych,  może  się  ona  zmieniać 
w pewnych,  ściśle  określonych  dla  danego  minerału  granicach.  Istnieją  też  minerały, 
w których  twardość  jest  cechą  kierunkową,  np.  dysten.  Twardość  określamy  badając 
minerał  w  stanie  świeżym,  nie  zmienionym  w  wyniku  późniejszych  procesów,  np. 
wietrzeniowych. Minerały zwietrzałe mają na ogół twardość niższą. 

 

Tabela 1. Skala Mohsa [opracowanie własne] 

Twardość 

Minerał wzorcowy 

1. 

Talk 

Mg

3

(OH)

2

[Si

4

O

10

] 

 

2. 

Gips 

CaSO

4

 · 2H

2

O 

 

3. 

Kalcyt 

CaCO

3

 

 

4. 

Fluoryt 

CaF

2

 

 

5. 

Apatyt 

Ca

5

(Cl,F,OH)[PO

4

]

3

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

11

6. 

Ortoklaz 

KAlSi

3

O

8

 

 

7. 

Kwarc 

SiO

2

 

 

8. 

Topaz 

Al

2

(F,OH)

2

[SiO

4

] 

 

9. 

Korund 

Al

2

O

3

 

 

10. 

Diament 

C 

 

 

Innym  sposobem  badania  twardości  jest  wykorzystanie  sklerometru  –  jest  to 

przyrząd  służący  do  badania  twardości  skały  na  podstawie  rysy,  jaką  robi  na 
wyszlifowanej  płytce  badanej  skały  diament  obciążony  określonym  ciężarkiem. 
Sklerometr Smitha stosuje się również na budowach w celu zbadania, czy konstrukcja np. 
betonowa ma odpowiednią wytrzymałość. 

8.

 

Właściwości mechaniczne minerału. 

Odporność danego minerału na rozbicie lub odkształcenie. Właściwość ta ma ścisły 

związek ze spójnością elementów, które tworzą sieć krystaliczną minerału. 

Ze względu na wytrzymałość minerały możemy podzielić: 

 

kruche – rozpryskują się pod wpływem niezbyt silnego uderzenia, np. kwarc, 

 

ciągliwe – można z nich wyciągnąć drut, np. metale rodzime: miedź, srebro, złoto, 

 

kowalne – minerały, z których można wykuć cienkie blaszki, np. miedź, 

 

sprężyste  –  wykazują  elastyczność,  po  usunięciu  siły  odkształcającej  powracają  do 
pierwotnej postaci, np. mika, 

 

giętkie – pod działaniem siły odkształcają się na stałe, np. gips, 

 

strugalne – dają się ciąć nożem i strugać na wióry, np. gips. 

9.

 

Gęstość właściwa.  

Jest bardzo ważną cechą diagnostyczną, która zależy od: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

12

 

składu chemicznego, 

 

porowatości, 

 

obecności defektów wewnętrznych – szczelin, pęknięć, inkluzji. 
Gęstość względna minerału jest względną liczbą wskazującą, ile razy jego masa jest 

większa lub mniejsza od tej samej ilości wody. 
Gęstość bezwzględna tzw. masa właściwa – czyli stosunek masy do objętości (g/cm

3

). 

Gęstość  pozorna  (g/cm

3

)  –  wyraża  stosunek  masy  do  objętości  wraz  z  zawartymi 

w minerale porami (pustkami). Dokładne określenie gęstości wymaga specjalnych metod. 

Pomiar  gęstości  przeprowadza  się  najczęściej  przy  użyciu  wagi  hydrostatycznej, 

której  zasada  działania  opiera  się  na  prawie  Archimedesa.  Ponieważ  gęstość  zależy  od 
temperatury  pomiaru  (maleje  w  miarę  jej  wzrostu),  dlatego  należy  utrzymywać  stałe 
warunki pomiaru, tj. temperaturę +20

o

 i dla takiej wartości podawać mierzone wartości. 

Gęstość minerałów jest bardzo zróżnicowana. 

Największe wartości (w g/cm

3

) posiadają: 

 

metale rodzime (10,0–23,0), 

 

minerały kruszcowe (9–4). 
Najmniejsze zaś substancje pochodzenia organicznego: 

 

np. bursztyn (1,33). 
Większość minerałów, głównie skałotwórczych, posiada gęstość w granicach 2–4 g/cm

3

Różnica  między  gęstością  bezwzględną  a  gęstością  pozorną  jest  miarą  porowatości 

minerału.  W  przypadku  niektórych  minerałów  stanowi  doskonałą  cechę  rozpoznawczą 
(np.  barytu  –  4,5  g.  cm

-3

,  galeny  –  7,58  g.  cm

-3

).  Większość  minerałów  skałotwórczych 

ma  jednak  gęstość  rzędu  2,5–3,5  g.  cm

-3

.  Cecha  ta,  zatem  w  badaniach  terenowych  nie 

ma zatem praktycznego znaczenia. 

10.

 

Inne cechy.  

W przypadku niektórych minerałów w badaniach makroskopowych wykorzystywane 

są inne charakterystyczne cechy. Należą do nich  

 

kruchość (np. turmalin), 

 

sprężystość (np. muskowit), 

 

giętkość (np. gips), 

 

kowalność (np. srebro rodzime), 

 

smak (np. halit), 

 

magnetyzm (np. magnetyt). 

 

Przewodność elektryczna minerału 

Najlepszymi  przewodnikami  są  kryształy  o  wiązaniu  metalicznym,  np.  srebro  rodzime, 

miedź rodzima. Przewodność elektryczna jest właściwością kierunkową kryształów. 

Przewodność  elektryczną  minerałów  charakteryzuje  się  przy  pomocy:  przewodności 

właściwej, która jest odwrotnie proporcjonalna do oporności właściwej (określa się ją zwykle 
jako oporność sporządzonego z tego metalu drutu o długości 1 m i przekroju 1 mm

2

). 

Metodę  przybliżonego  określania  przewodności  elektrycznej  minerałów  kruszcowych, 

która  znajduje  zastosowanie  przy  ich  rozpoznawaniu  opracowali  P.F.Kerr  i  Ch.K.  Cabeen. 
Przyrząd  służący  do  tego  celu  składa  się  z  obwodu  elektrycznego,  ogniwa,  sześciu  żarówek 
1,25 W i galwanometru. 

W  przypadku  dobrej  przewodności  (niskiej  oporności)  minerału  –  płynie  prąd,  który 

powoduje  świecenie  żarówek.  Gdy  oporność  minerału  jest  większa  –  żarówki  nie  świecą 
i trzeba  zmniejszać  ich  ilość,  a  w  skrajnym  przypadku  badać  przewodność  z  włączonym 
w obwód galwanometrem. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

13

Wyróżnia się trzy grupy minerałów odznaczających się: 

 

dobrą przewodnością – (srebro rodzime, nikielin, pentlandyt), 

 

średnią przewodnością – (arsenopiryt, magnetyt, galena, chalkopiryt, ilmenit), 

 

nieznaczną przewodnością – (kupryt, cynober, antymonit, sfaleryt). 
Obecność wrostków minerałów inaczej przewodzących elektryczność może zniekształcić 

wynik. 

Piroelektryk  –  to  materiał,  który  posiada  zdolność  generowania  siły  elektromotorycznej 

pod wpływem zmian temperatury. Piroelektryki posiadają zwykle budowę krystaliczną, choć 
niektóre  materiały  ciekłokrystaliczne  a  nawet  amorficzne  również  posiadają  tę  zdolność. 
Kryształy  o  właściwościach  piroelektrycznych  posiadają  bardzo  wysoką  temperaturę  Curie. 
Piroelektrykami  nie  mogą  być  kryształy,  które  posiadają  środek  symetrii.  Wszystkie 
ferroelektryki są piroelektrykami i piezoelektrykami, jednak piroelektryki i piezoelektryki nie 
muszą być ferroelektrykami. 

Ze względu na to, że siła elektromotoryczna generowana przez piroelektryki jest bardzo 

mała,  obserwacje  powstawania  zjawiska  separacji  ładunków  elektrycznych  powstających  na 
kryształach wskutek ogrzania przeprowadza się sposobem opylania, który został opracowany 
przez Augusta Kundta w 1883 r. 

Ogrzewany  kryształ  opyla  się  sproszkowaną  mieszaniną  siarki  i  minii.  Do  opylania 

używa  się  mieszka  zakończonego  siatką  z  gęstego  bawełnianego  muślinu.  Przy  przejściu 
przez muślin żółte ziarna siarki ładują się ujemnie, czerwona minia – dodatnio. Naładowane 
ziarna  spadają  na  powierzchnię  naelektryzowanego  kryształu  i  zostają  na  niej  zatrzymane 
bądź odrzucone. Powoduje to odmienne zabarwienie przeciwległych elementów powierzchni 
kryształu. 

Objawy piroelektryczności są możliwe do dostrzeżenia tylko na takich kryształach, które 

są  dobrymi  izolatorami.  Zanim  zastosowano  do  badania  kryształów  rentgenografię 
obserwacje  zjawisk  piroelektryczności  miały  duże  znaczenie  przy  ustalaniu  symetrii 
kryształów. 

Piezoelektryczność  to  zjawisko  generowania  potencjału  elektrycznego  przez  elementy 

poddawane mechanicznemu ściskaniu lub rozciąganiu, lub na odwrót zmiany wymiarów tych 
elementów  na  skutek  przykładania  do  nich  potencjału  elektrycznego.  Wielkość  potencjału 
wytworzonego  w  ten  sposób  jest  wprost  proporcjonalna  do  wielkości  przyłożonej  siły. 
Zjawisko  to  jest  odwracalne.  W  kryształach  właściwości  piezoelektryczne  występują  pod 
dwoma podstawowymi warunkami: 

 

w krysztale muszą występować liczne chemiczne wiązania jonowe, 

 

wiązania te muszą mieć charakter anizotropowy. 
Właściwości piezoelektryczne wykazują kryształy należące do 20 różnych klas symetrii. 

Najczęściej  jednak  w  technice  używane  są  płytki  wycięte  z  kryształów  kwarcu  ukośnie  do 
jednej z polarnych dwukrotnych osi symetrii i równolegle do osi Z. 

W ciekłych kryształach właściwości piezoelektryczne występują, gdy: 

 

tworzące  je  cząsteczki  są  uporządkowane  (np.  polu  magnetycznym)  tworząc  rozległe 
monodomeny, 

 

cząsteczki te posiadają na końcach silnie polarne grupy (np. CN), 

 

cząsteczki te generują fazy optycznie czynne (np. smektyczne C*). 
Właściwości  piezoelektryczne  kryształów  i  ciekłych  kryształów  są  wykorzystywane 

praktycznie w: 

 

generowaniu dźwięków (np. głośniki oparte na elementach piezoelektrycznych), 

 

rejestracji dźwięków (mikrofony oparte na elementach piezoelektrycznych), 

 

detekcji drobnych drgań (np. w czujnikach sejsmicznych, alarmach samochodowych itp.), 

 

do wytwarzania iskry elektrycznej (np. w zapalniczkach), 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

14

 

płytki  piezoelektryczne  wycięte  z  kwarcu,  rzadziej  z  turmalinu  znajdują  zastosowanie 
w radiotechnicznej aparaturze nadawczej do stabilizowania częstości drgań, w aparatach 
do badania materiałów przy pomocy ultradźwięków (defektoskopia). 
Skała to naturalne skupienia minerałów jednakowych lub niejednakowych pod względem 

morfologicznym i chemicznym, które mogą być albo spojone ze sobą, albo pozostawać obok 
siebie w stanie luźnym. Przestrzenny zasięg danej skały jest zawsze ograniczony, gdyż jeżeli 
zmienia  się  skupienia  minerałów  pod  względem  właściwości  oraz  sposobu  ich  powiązania, 
zmieni  się  tym  samym  rodzaj  skały.  Każda  skała  jest  produktem  odrębnego  procesu 
geologicznego. 

Pod  względem  fizyko-mechanicznym  podzielono  najogólniej  skały  na:  bardzo  zwięzłe, 

zwięzłe,  słabo  zwięzłe  luźne  płynne  i  gazowe,  Do  badań  skał  pod  względem  właściwości 
fizyko-mechanicznych,  stosuje  się  przeważnie  metody  stosowane  do  badania  tworzyw 
sztucznych i materiałów technicznych. 

 

Rys. 1. Formy występowania skał magmowych [10] 

 

 

Rys. 2. Klasyfikacja skał magmowych [10] 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

15

 

Rys. 3. Cykl skalny [10]

 

 

Skały  budujące  skorupę  ziemską  powstają  w  wyniku  działania  różnych  procesów 

geologicznych.  Najbardziej  podstawowy  podział  skał  opiera  się  właśnie  na  ich  genezie 
i obejmuje następujące grupy: 

 

skały magmowe, 

 

skały osadowe, 

 

skały metamorficzne. 
Skały  magmowe  i  metamorficzne  obejmowane  są  czasem  wspólną  nazwą  skał 

krystalicznych. 
 
Podział skał magmowych w zależności od budowy wewnętrznej 

Skały  magmowe  wykazują  różną  budowę  wewnętrzną  tj.  strukturę  i  teksturę.  Struktura 

określa  sposób  wykształcenia  minerałów.  Ze  względu  na  stopień  wykrystalizowania  masy 
skalnej wyróżnia się następujące typy struktur:  
1)

 

pełnokrystaliczne (holokrystaliczne) – gdy wszystkie składniki są wykrystalizowane; taka 
strukturę mają wszystkie skały magmowe głębinowe, a także część skał wylewnych,  

2)

 

półkrystaliczne  (hipokrystaliczne)  –  gdy  w  nieskrystalizowanej  (szklistej)  masie  tkwią 
pojedyncze kryształy lub ich zespoły,  

3)

 

szkliste – gdy nie doszło do krystalizacji, a cała skała zbudowana jest z bezpostaciowego 
szkliwa, które z biegiem czasu na ogół rekrystalizuje; z tego względu szkliwo występuje 
zwykle tylko w młodszych skałach. 

Większość  skał  magmowych  posiada  strukturę  pełnokrystaliczną,  w  której  zależnie  od 

wielkości wykrystalizowanych składników wyróżnia się struktury: 
1)

 

jawnokrystaliczną  (fanerytową,  fanerokrystaliczną)  –  gdy  poszczególne  składniki 
mineralne  są  widoczne  gołym  okiem;  w  zależności  od  rozkładu  wielkości  kryształów 
budujących skałę struktura fanerytowa może mieć postać: 
a)

 

równoziarnistą,  gdy  minerały  występujące  w  skale  tworzą  kryształy  mniej  więcej 
jednakowej  wielkości;  struktura  równoziarnista,  w  zależności  od  przeciętnej 
wielkości ziaren, może być:  

 

gruboziarnista (średnica ziaren powyżej 5 mm), 

 

średnioziarnista (średnica ziaren od 5 mm do 2 mm), 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

16

 

drobnoziarnista (średnica ziaren poniżej 2 mm). 

b)

 

nierównoziarnistą,  gdy  minerały  występujące  w  skale  tworzą  kryształy  różnej 
wielkości; struktura ta, w zależności od rozkładu wielkości kryształów, może być:  

 

porfirowata,  gdy  wielkość  ziaren  zmienia  się  stopniowo  od  największych  do 
najdrobniejszych, 

 

fanerytowo-porfirowa,  gdy  ziarna  dzielą  się  na  dwie  zasadnicze  grupy:  ziarna 
duże i małe. 

2)

 

skrytokrystaliczną (afanitową) – gdy poszczególne składniki skały są tak małe, że można 
je rozróżnić jedynie pod mikroskopem, 

3)

 

porfirową –  gdy  w skrytokrystalicznym tle skalnym  (tzw. cieście skalnym) widoczne są 
pojedyncze  ziarna  tzw.  prakryształów;  struktura  ta  jest  dostrzegalna  okiem 
nieuzbrojonym na świeżym przełomie skały. 

 

Rys. 4. Przykładowe struktury skał należących do różnych grup [13]

 

 

Tekstura – określa sposób rozmieszczenia minerałów w skale. Pojęcie to obejmuje takie 

cechy  jak  uporządkowanie  składników  skały  i  stopień  wypełnienia  przez  nie  przestrzeni 
w skale. Cechy te zależą przede wszystkim od dynamiki krzepnącego stopu, a w mniejszym 
stopniu od jego składu chemicznego. 

W zależności od stopnia uporządkowania składników skały wyróżnia się tekstury:  

 

bezładną  –  gdy  rozmieszczenie  składników  skały  nie  wykazuje  żadnej  prawidłowości; 
tekstura taka wykazuje, że krystalizacja magmy przebiegała równomiernie w całej masie, 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

17

a czynniki porządkujące ułożenie i rozkład składników w skale nie miały znaczenia. Jest 
to najczęściej spotykana tekstura skał magmowych, szczególnie zaś plutonicznych, 

 

kierunkową  (uporządkowaną)  –  gdy  składniki  skały  rozmieszczone  są  w  sposób 
regularny;  tekstura  ta  powstaje  w  wyniku  działania  na  krzepnącą  magmę  czynników 
porządkujących  np.  ciśnienia  kierunkowego,  płynięcia  magmy  itp.  Najczęściej 
obserwacja tego typu tekstury możliwa jest jedynie pod mikroskopem. 
Uwzględniając stopień wypełnienia przestrzeni skalnej wyróżnia się tekstury:  

 

masywną  (zbitą)  –  gdy  składniki  mineralne  całkowicie  wypełniają  przestrzeń  skalną  nie 
pozostawiając żadnych wolnych przestrzeni (porów, próżni skalnych), 

 

porowatą – gdy pomiędzy składnikami mineralnymi skały występują wolne przestrzenie, 
nie  zapełnione  podczas  krystalizacji  magmy  substancją  mineralną  w  stanie  stałym. 
Tekstura  ta  powstaje  najczęściej  w  skałach,  których  tworzeniu  towarzyszy  gwałtowne 
odgazowanie  krzepnącej  magmy.  Odmianami  tekstury  porowatej  są  tekstury: 
pęcherzykowata,  gąbczasta  i  migdałowcowa.  Ta  ostatnia  powstaje  wskutek  wtórnego 
wypełnienia  pęcherzyków  pogazowych  przez  rozmaite  minerały  (np.  kwarc,  chalcedon, 
chloryty, itp.).  
 

Skały osadowe 

Skały  osadowe  powstają  w  wyniku  nagromadzania  i  osadzania  produktów  wietrzenia 

starszych  skał,  jak  również  resztek  roślinnych  i  zwierzęcych  o  różnym  stopniu  rozkładu. 
Mogą  też  tworzyć  się  w  wyniku  wytrącania  z  roztworów  wodnych.  Głównymi  procesami 
uczestniczącymi  w  genezie  tych  skał  są:  wietrzenie,  transport,  sedymentacja  i  diageneza. 
Procesy  te,  stanowiące  etapy  rozwoju  skał  osadowych  następują  po  sobie  w  określonej 
kolejności, bądź też mogą się wzajemnie zazębiać. Nie wszystkie skały osadowe przechodziły 
w swym rozwoju wszystkie wymienione etapy.  

Powstawanie  skał  osadowych  związane  jest  z  dużymi  zmianami  warunków  fizycznych 

i chemicznych środowiska ich powstawania. Za szczególnie istotne należy uznać: 

 

wahania temperatury na powierzchni wietrzejących skał (od -80

o

C do + 80

o

C),  

 

znaczna rozpiętość opadów (od zera do kilku tysięcy mm rocznie),  

 

stosunek opadów do parowania, 

 

stężenie  jonów  wodorowych,  które  w  naturalnych  zbiornikach  waha  się  w  granicach  od 
pH 5 do pH 9,  

 

potencjał oksydoredukcyjny (Fe

2+

 – Fe

3+

),  

 

udział organizmów żywych (mikroorganizmy, rośliny, zwierzęta). 
Minerały wchodzące w skład skał osadowych są dwojakiego pochodzenia:  

 

minerały  allogeniczne,  tzn.  powstałe  poza  środowiskiem  tworzenia  się  skał  osadowych. 
Dostają  się  one  do  środowiska  osadowego  w  wyniku  mechanicznego  wietrzenia  skał 
starszych niż dany osad i przetransportowania do zbiornika sedymentacyjnego, 

 

minerały  autogeniczne,  tj.  powstałe  w  środowisku  tworzenia  się  skał  osadowych. 
Powstają  one  w  wyniku  bezpośredniego  wytrącenia  z  roztworu,  na  skutek  procesów 
biochemicznych  lub  w  wyniku  późniejszych  przemian  diagenetycznych  w  obrębie 
złożonego osadu. 
Niektóre  minerały  mogą  występować  w  skałach  osadowych  zarówno  jako  allo-  jak 

i autogeniczne.  Odnosi  się  to  przede  wszystkim  do  kwarcu,  który  nieraz  w  tej  samej  skale 
występuje w postaci allogenicznych ziaren oraz autogenicznego spoiwa  (lepiszcza). Spośród 
minerałów skał magmowych i metamorficznych, minerałami allogenicznymi skał osadowych 
stają  się  te,  które  wykazują  największą  odporność  na  wietrzenie.  Do  najważniejszych 
minerałów  autogenicznych  należą:  opal,  kwarc  autogeniczny,  chalcedon,  minerały  ilaste, 
glaukonit, gibbsyt, diaspor, getyt, lepidokrokit, piryt autogeniczny, markasyt, kalcyt, dolomit, 
syderyt, apatyt, wiwianit, anhydryt, baryt, kizeryt, halit, sylwin, karnalit i kainit.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

18

Wszystkie  skały  osadowe  występują  w  postaci  warstw  (pokładów).  Pierwotnie  ułożenie 

tych warstw jest zbliżone do horyzontalnego. Wszelkie istotne odstępstwa od tego położenia 
są wynikiem późniejszych deformacji tektonicznych. Swoistą cechą budowy skał osadowych 
jest  uławicenie  i  warstwowanie.  Ławicą  nazywany  jest  pokład  oddzielony  od  innych 
wyraźnymi  powierzchniami  nieciągłości  oraz  odznaczający  się  spoistością.  Uwarstwienie 
natomiast  jest  cechą  teksturalną  polegającą  na  przestrzennym  uporządkowaniu  składników 
w obrębie  ławicy.  Uławicenie  występuje  we  wszystkich  skałach  osadowych,  warstwowanie 
jest zaś cechą charakterystyczną głównie dla skał okruchowych i ilastych.  

Skały osadowe są w petrografii sklasyfikowane na trzy grupy, w zależności od genezy:  

 

skały osadowe okruchowe 

 

skały osadowe pochodzenia chemicznego, 

 

skały osadowe pochodzenia organicznego. 

 

Skały metamorficzne 

Skały  metamorficzne  powstają  w  wyniku  działania  procesów  metamorficznych.  Ich 

charakter zależy od  rodzaju skały  wyjściowej oraz zakresu temperatury i  ciśnienia, w jakich 
zachodzi przeobrażanie. Na tej podstawie wyróżniono (U. Grubenmann, P. Niggle) trzy strefy 
metamorfizmu, w których powstają skały różniące się składem mineralnym i teksturą:  

 

strefa górna (Epi) – charakteryzuje się działaniem dużych ciśnień kierunkowych (stressu), 
małego  ciśnienia  hydrostatycznego  oraz  niskiej  temperatury.  Stress  decyduje 
o wykształceniu się wyraźnej tekstury łupkowej, 

 

strefa  pośrednia  (Mezo)  –  cechuje  się  działaniem  silnego  stressu,  dużego  ciśnienia 
hydrostatycznego  oraz  średniej  temperatury.  Warunki  takie  sprzyjają  rekrystalizacji 
składników  i  powstawaniu  minerałów  o  dużej  gęstości,  np.  granatów.  W  strefie  tej 
powstają  skały  o  strukturze  bezładnej  lub  grubołupkowej,  podkreślonej  równoległym 
ułożeniem blaszek łyszczyków, słupków amfiboli, itp.,  

 

strefa dolna (Kata) – panuje w niej duże ciśnienie hydrostatyczne i wysoka temperatura, 
aż  do  powstania  faz  półpłynnych.  Oddziaływanie  stressu  jest  nieznaczne.  Powstają  tu 
skały wykazujące na ogół teksturę bezładną i strukturę gruboblastyczną, co upodabnia je 
do magmowych skał głębinowych. 

Skały  metamorficzne  charakteryzują  się  strukturami  pełnokrystalicznymi,  które 

określane  są  jako  blastyczne.  Podkreśla  to  podstawowy  efekt  metamorfozy,  polegający  na 
pojawieniu  się  krystalicznych  minerałów  nawet  w  skałach  pierwotnie  niekrystalicznych 
(krystaloblasteza).  W  zależności  od  wielkości  kryształów  (blastów)  wyróżnia  się  struktury: 
drobno-,  średnio-,  i  gruboblastyczne.  Struktury  gruboblastyczne  wyglądem  odpowiadają 
strukturze jawno krystalicznej skał magmowych.  

Tekstury  skał  metamorficznych  odznaczają  się  swoistym  wykształceniem.  Najczęściej 

dochodzi do powstania tekstur kierunkowych:  

 

łupkowej,  która  jest  wynikiem  równoległego  ułożenia  minerałów  blaszkowych 
(np. łyszczyków,  chlorytów  itp.),  które  występują  w  skale  w  dużej  ilości.  Powoduje  to 
występowanie  złupkowacenia,  czyli  rozdzielności  na  cienkie  równoległe  do  tekstury, 
płaskie pakiety nie różniące się między sobą składem mineralogicznym, 

 

gnejsowej,  powstającej  w  wyniku  zróżnicowania  składu  mineralogicznego  na  warstwy 
skaleniowo-kwarcowe  (zawierające  także  inne  minerały)  oraz  na  warstwy  zasobne 
w łyszczyki, chloryty lub inne krzemiany warstwowe. Jeżeli skalenie lub kwarc osiągają 
znaczne  rozmiary,  to  w  zależności  od  ich  kształtu  wyróżnia  się  struktury  oczkowe, 
soczewkowate, laminowane i inne. 

W  niektórych  skałach  metamorficznych,  zwłaszcza  powstających  w  strefie  Kata, 

rozwijają się również struktury bezkierunkowe.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

19

Tabela 1. Zestawienie  produktów  różnych  stref  metamorfizmu  regionalnego  z  uwzględnieniem  skał 

wyjściowych i powstających tekstur [13] 

Strefy 

metamor- 

fizmu 

Struktury 

Skały wyjściowe 

granity 

sjenity 

gabra 

bazalty 

perydotyty 

dunity 

arkozy 

szarogłazy 

piaskowce 

kwarcowe 

skały 

ilaste i 

mułowce 

wapienie 
dolomity 

EPI 

łupkowe 

łupki 

serycy- 

towe 

zieleńce, 

łupki 

chlory- 

towe 

serpentyni- 

ty, łupki 

talkowe 

fyllity 

kwarcyty 

fyllity 

marmury 

kalcytowe, 

marmury 

dolomitowe 

MEZO 

łupkowo- 
gnejsowe 

orto- 

gnejsy 

amfibolity 

paragnejsy 

łupki 

mikowe, 

paragnejsy 

KATA 

gnejsowe, 

bezładne 

eklogity 

paragnejsy 

 
Skały  metamorficzne  klasyfikowane  są  według  założeń  genetycznych,  w  zależności  od 

przedziałów  temperatury  i  ciśnienia,  w  jakich  powstały.  Geneza  skały  pierwotnej  pełni  rolę 
marginalną,  jest  jednak  podstawą  do  podziału  na  odmiany  orto-,  utworzone  ze  skał 
magmowych  (np.  ortognejsy,  ortoamfibolity)  i  odmiany  para-,  powstałe  ze  skał  osadowych 
(np.  paragnejsy,  paraamfibolity).  Wyjątek  stanowią  metakwarcyty  –  skały  metamorficzne 
powstałe  w  wyniku  przeobrażenia  skał  osadowych.  Mianem  ortokwarcytów  określa  się 
natomiast skały osadowe – piaskowce kwarcowe o lepiszczu krzemionkowym.  

Skały 

metamorficzne 

należą 

do 

słabo 

rozpowszechnionych 

przyrodzie. 

Za najważniejsze uznać należy:  

 

gnejsy, 

 

fyllity, 

 

łupki krystaliczne, 

 

kwarcyty, 

 

marmury, 

 

zieleńce, 

 

serpentynity, 

 

amfibolity, 

 

granulity, 

 

eklogity. 
 

4.1.2.  Pytania sprawdzające 

 

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 

1.

 

Co to są minerały?  

2.

 

Jak klasyfikuje się minerały? 

3.

 

Co to jest układ krystalograficzny minerału? 

4.

 

Co nazywamy pokrojem? 

5.

 

Według jakiej skali oznaczamy twardość minerałów? 

6.

 

Co to jest wytrzymałość minerałów? 

7.

 

Na czym polega piezoelektryczność minerałów? 

8.

 

Co nazywamy skałą? 

9.

 

Jak klasyfikuje się skały? 

10.

 

Co nazywamy teksturą skały? 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

20

4.1.3.  Ćwiczenia 

 
Ć

wiczenie 1 

Określ  twardość  minerałów  według  skali  Mohsa.  Połącz  strzałkami  pozycję  skali 

twardości z nazwą minerału wzorcowego. 

 

1.

 

 

Fluoryt 

2.

 

 

Ortoklaz 

3.

 

 

Talk 

4.

 

 

Diament 

5.

 

 

Kalcyt 

6.

 

 

Apatyt 

7.

 

 

Topaz 

8.

 

 

Korund 

9.

 

 

Gips 

10.

 

 

Kwarc 

 
Sposób wykonania ćwiczenia: 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

określić pojęcie twardości minerałów, 

2)

 

odszukać w katalogach twardość podanych minerałów, 

3)

 

dobrać nazwę minerału do pozycji w skali Mohsa,  

4)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia. 
 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

katalogi minerałów, 

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

21

Ć

wiczenie 2 

Określ powstanie i strukturę określonych typów skał.  
 

Rodzaje skał 

Geneza skał 

Struktura skał 

Magmowe 

 

 

Osadowe 

 

 

Metamorficzne 

 

 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

określić genezę poszczególnych typów skał, 

2)

 

odszukać  w  katalogach  informacje  o  charakterystycznych  elementach  struktury  różnych 
typów skał, 

3)

 

zapisać informacje w tabeli, 

4)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

katalogi skał,  

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.  

 
Ć

wiczenie 3 

Rozpoznaj organoleptycznie, do jakiej grupy skał należą prezentowane okazy.  

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 

2)

 

porównać ze strukturami katalogowymi, struktury otrzymanych okazów skał, 

3)

 

odszukać w katalogach skał informacje o prezentowanych próbkach skał, 

4)

 

zapisać w zeszycie informacje o każdym okazie skały, 

5)

 

pogrupować okazy skał według ich genezy, 

6)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia. 
 
Wyposażenie stanowiska pracy:  

 

katalogi skał, 

 

próbki skał, 

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

22

4.1.4.  Sprawdzian postępów 

 
Czy potrafisz: 
 

Tak 

Nie 

1)

 

rozróżnić pojęcie skały i minerału? 

 

 

2)

 

określić właściwości minerałów? 

 

 

3)

 

rozróżnić minerały według ich twardości? 

 

 

4)

 

sklasyfikować skały?  

 

 

5)

 

wyjaśnić genezę określonych typów skał? 

 

 

6)

 

rozpoznać typ skały? 

 

 

7)

 

posłużyć się katalogami minerałów i skał?  

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

23

4.2. 

Badanie właściwości fizycznych i mechanicznych skał 

 
4.2.1.  Materiał nauczania 

 

Fizyczne właściwości skał 

Skała  (ciało  fizyczne)  to  naturalny,  wieloziarnisty,  spójny  zespół  jednego  lub  więcej 

minerałów  i  (lub)  mineraloidów,  z  różnym  dodatkiem  płynów  i  powietrza.  Poszczególne 
rodzaje skał różnią się między sobą (chociażby  w drobnych szczegółach), to znaczy cechują 
się  różnymi  właściwościami  fizycznymi.  Właściwości  fizyczne  (parametry),  które 
charakteryzują  stan  fizyczny  skał,  to  gęstość,  porowatość,  sprężystość,  zdolność 
przewodzenia prądu elektrycznego. 

Ta  sama  skała  może  wykazywać  różne  wartości  tej  samej  właściwości  fizycznej 

w zależności  od  ciśnienia  nadkładu,  temperatury,  nawilgocenia  i  innych  czynników. 
Wieloletnie  badania  wykazały,  że  pomiędzy  niektórymi  właściwościami  skał  występują 
wzajemne  związki.  Niektóre  właściwości  skał  ujawniają  się  również  w  przestrzeni  poza  tą 
skałą,  w  tym  również  na  powierzchni  ziemi  (np.  w  postaci  pola  siły  magnetycznej).  Z  kolei 
inne  właściwości,  a  raczej  ich  zmienności,  powodują  zakłócenia  w  zjawisku  sztucznie 
wywołanym w środowisku skalnym. 

 

Gęstość skał 

Ciała o różnej objętości wykonane z tej samej substancji mają różne masy, ale stosunek 

mas tych ciał do ich objętości jest wielkością stałą: 

V

m

ρ

=

 

Ten stosunek może więc być traktowany jako pewna charakterystyczna właściwość danej 

substancji i nazwano ją gęstością. Gęstość substancji 

ρ

 

(lub masa  właściwa) jest to stosunek 

masy  tej  substancji  m  (ciała  jednorodnego)  do  jej  objętości  V.  Liczbowo  gęstość  równa  się 
masie jednostki objętości substancji (ciała jednorodnego). 

Z  definicji  skały  wynika,  że  jest  to  ciało  niejednorodne,  że  oprócz  fazy  stałej  zawiera 

płyny i gazy, a zatem jej gęstość trzeba określić inaczej. Jest to stosunek liczbowy sumy masy 
fazy  stałej  (m

1

),  ciekłej,  (m

2

)  i  gazowej  (m

3

)  do  sumy  objętości  zajmowanej  przez  te  fazy 

i nazwano ją gęstością objętościową lub pozorną skały: 

V

m

m

m

V

V

V

m

m

m

ρ

3

2

1

3

2

1

3

2

1

0

+

+

=

+

+

+

+

=

 

V = V

1

+V

2

+V

Gęstość skał zależy od ich składników. Skały zawierające takie minerały, jak pirokseny, 

amfibole,  epidot,  mają  gęstość  większą  niż  skały  zawierające  minerały  ilaste.  Skały 
magmowe i metamorficzne charakteryzują się gęstościami większymi niż skały osadowe. 

Gęstość  pozorna  skał  jest  wyznaczana  na  próbkach  pobranych  z  rdzeni  wiertniczych, 

z wyrobisk górniczych lub z naturalnych odkrywek. W praktyce ze względów ekonomicznych 
i innych, pomiar gęstości nie jest wykonywany bezpośrednio po wydobyciu rdzenia z otworu 
czy  po  pobraniu  próbki,  ale  w  laboratorium.  Utraconą  wilgotność  przywraca  się  próbce 
podczas  wyznaczania  gęstości  nasycając  ją  cieczą  o  gęstości 

ρ

  =  l,0· 10

3

  kg/m

3

.  Obecnie 

w Polsce  gęstości  objętościowe  próbek  skalnych  wyznacza  się  zmodyfikowanym, 
gęstościomierzem  Samsonowa  lub  metodą  piknometryczną.  Metoda  piknometryczna  jest 
bardzo dokładna. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

24

Gęstość oznacza się tą metodą według wzoru: 

q

d

p

d

ρ

+

=

 

gdzie: 

ρ

 – gęstość, 

d – masa próbki skały, 
p – masa piknometru napełnionego wodą, 
q – masa piknometru napełnionego próbką. 
Skałę do oznaczenia gęstości należy sproszkować do wielkości ziaren 0,06–0,15 mm, ale 

nie  ucierać  na  pył.  Powietrze,  które  wiąże  się  adhezyjnie  ze  sproszkowanym  materiałem, 
należy usunąć albo przez wygotowanie, albo przez zmniejszone ciśnienie. 

Przy  metodzie  suspensyjnej  do  oznaczania  gęstości  stosuje  się  ciecze  o  znanych 

gęstościach. Gęstości cieczy oznacza się albo areometrem, albo tzw. wagą Westphala. 

Najczęściej używane ciecze do oznaczania gęstości: 

1.

 

Ciecz  Thouleta,  tj.  roztwór  wodny  HgJ

2

  i  KJ,  w  stosunku  ciężarowym  1:1,24, 

o maksymalnej gęstości 3,196. 

2.

 

Bromoform – CHBr

3

 – o maksymalnej gęstości 2,904. 

3.

 

Czterobromek acetylenu – C

2

H

2

Br

4

 – o gęstości około 3. 

4.

 

Jodek metylenu – CH

2

J

2

 – maksymalna gęstość 3,32. 

5.

 

Ciecz  Clericiego,  tj.  wodny  roztwór  mrówczanu  HCOO·Tl  i  jabłczanu  talu 
CH

2

(COO)

2

·Tl

2

 o gęstości 4,2 w stanie zimnym, a po podgrzaniu 4,5. 

Do oznaczania gęstości stosuje się także stopy azotanu talowortęciowego o gęstości 5,5. 
 

Porowatość i przepuszczalność skał 

Porowatość  jest  to  zbiór  wszystkich  próżni  (porów)  występujących  w  skale  między 

ziarnami.  Pory  mogą  być  zamknięte,  gdy  są  otoczone  szczelnie  substancją  skalną,  lub  mogą 
być  otwarte,  gdy  poszczególne  pory  są  połączone  tworząc  kanaliki,  szczeliny  itp.  Miarą 
porowatości skał jest współczynnik porowatości K

p

 i wskaźnik porowatości e. 

Współczynnik porowatości (potocznie nazywany porowatością) jest to stosunek objętości 

wszystkich  porów  w  próbce  skały  do  objętości  całej  próbki  i  wyraża  się  go  wzorem 
(zazwyczaj w %): 

100

V

V

100

V

V

-

V

K

p

z

=

=

p

 

gdzie: V – objętość całej badanej próbki skalnej, 
V

p

 – całkowita objętość porów badanej próbki,  

V

z

 – całkowita objętość ziaren badanej próbki. 

Wskaźnik  porowatości  jest  to  stosunek  objętości  porów  do  objętości  ziaren  w  próbce 

skały: 

z

p

V

V

e

=

 

Współczynnik  porowatości  nie  zależy  od  wielkości  ziaren,  ale  od  ich  kształtu, 

jednorodności  oraz  sposobu  ułożenia  w  skale.  Skała  zbudowana  z  ziaren  kulistych  ma 
porowatość  większą  niż  skała  zbudowana  z  ziaren  ostrokrawędzistych,  słupkowatych, 
tabliczkowatych. Bardziej porowate są skały zbudowane z ziaren o jednakowej wielkości niż 
o  różnej  wielkości.  Skały  magmowe  i  metamorficzne  są  mniej  porowate  niż  skały  osadowe. 
Porowatość  skał  maleje  ze  wzrostem  ciśnienia,  a  zatem  i  ze  wzrostem  głębokości 
występowania skały. 

Z  porowatością  skał  jest  ściśle  związana  ich  przepuszczalność,  gdyż  warunkiem  jej 

istnienia  jest  obecność  w  skale  wolnych,  otwartych  przestrzeni  (porów,  próżni,  szczelin). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

25

Przepuszczalność  jest  to  zdolność  skal  do  przewodzenia  przez  nie  cieczy,  gazów  lub  ich 
mieszanin  przy  istnieniu  różnicy  ciśnień.  Jeśli  w  skale  przemieszcza  się  woda.  to  mówi  się 
o wodoprzewodności.  Woda  w  skale  może  przepływać,  gdy  istnieje  różnica  ciśnień 
hydrostatycznych.  Przepuszczalne  są  zatem  skały  porowate,  szczelinowate  lub  skrasowiałe. 
Przepuszczalność  skały  zależy  nie  tylko  od  rodzaju  próżni  lub  porów  (otwarte,  zamknięte), 
ale  także  od  ich  wielkości.  Jeżeli  wymiary  próżni  (porów)  są  tak  małe,  że  całe  ich  światło 
objęte  jest  strefą  działania  sił  cząsteczkowych,  to  woda  w  nich  zawarta  jest  utrzymywana 
(uwięziona) przez te siły, a więc niezdolna do ruchu. 

Według  H.  Darcy'ego  (1856)  ilość  wody  Q  przepływającej  przez  środowisko  porowate 

w jednostce  czasu  jest  proporcjonalna  do  spadku  hydraulicznego  i,  poprzecznego  przekroju 
S prowadzącego  wodę  środowiska  filtrującego  i  współczynnika  wodoprzepuszczalności 
k (m/s), czyli: 

S

i

k

Q

=

 

Spadek hydrauliczny i równa się różnicy wysokości słupów wody lub różnicy ciśnień na 

drodze l: 

l

h

i

=

 

Prawo  Darcy'ego  zakłada,  że  przepływ  wody  odbywa  się  ruchem  laminarnym  tzn. 

współczynnik  k  zależy  od  właściwości  filtracyjnych  ośrodka  skalnego  oraz  od  właściwości 
fizycznych cieczy, to jest gęstości, temperatury i lepkości. 

Skały  zawierają  substancje,  które  w  różnym  stopniu  pochłaniają  wodę  i  inne  ciecze. 

Skały  zawierające  substancje,  które  zwilżają  się  wodą  nazywa  się  hydrofilowymi,  a  skały 
zawierające  substancje,  które  zwilżają  się  lepiej  ropą  niż  wodą  –  hydrofobowymi.  Woda 
w porach  skał  hydrofobowych  występuje  w  postaci  izolowanych  kropelek  w  ropie  lub 
przylegających do ziaren skały. 

Pod wpływem ciśnienia nadległych warstw skalnych zmniejsza się porowatość (objętość) 

skał i jednocześnie rośnie ich gęstość. Proces ten nazwano kompakcją skał. Kompakcja zależy 
od  grubości  nadkładu  oraz  od  właściwości  fizycznych  i  mechanicznych  skał.  Najsilniej 
ulegają  kompakcji  skały  osadowe  –  drobnoziarniste  (iły,  muły).  Znajomość  prawidłowości 
zmniejszania się porowatości i zwiększania gęstości wraz z głębokością, dla poszczególnych 
rodzajów  skał  ma  istotne  znaczenie  przy  interpretacji  wyników  badań  geofizycznych. 
Zjawisko  kompakcji  jest  też  wykorzystywane  w  geologii  do  oceny  pionowych  przesunięć 
tych samych utworów w wyniku ruchów górotwórczych. 

Znajomość  porowatości  skał  jest  bardzo  ważna  dla  wielu  zagadnień,  jak  np.  ściśliwości 

skał, wytrzymałości na zamrażanie, nasiąkanie wodą itp.  

Oznacza  się  porowatość  skał  suchych,  wilgotnych  i  nasyconych  wodą.  Pod  względem 

porowatości  rozróżnia  się  skały  zbite  –  1%  porowatości,  małoporowate  1–2,5%,  średnio 
porowate  2,5–5%,  znacznie  porowate  5–10%,  silnie  porowate  10>20%,  bardzo  silnie 
porowate > 20% porowatości.  

Z

  oznaczeniem  porowatości  łączy  się  bardzo  często  oznaczenie  nasiąkliwości  skały 

wodą.  W  celu  oznaczenia  nasiąkliwości,  którą  wyraża  się  w  procentach,  wysusza  się 
odważoną  próbkę  skały  w  temperaturze  110  °C  do  stałego  ciężaru,  następnie  zanurza  się  ją 
w wodzie i utrzymuje się w niej przez 24 godz. Po 24 godzinach wyjmuje się próbkę z wody, 
osusza bibułą sączkową i waży, a następnie zanurza ponownie na dalsze 24 godziny, po czym 
znowu  osusza  i  waży.  Czynność  tę  należy  prowadzić  tak  długo,  dopóki  nie  stwierdzi  się 
żadnego przyrostu na ciężarze, czyli nie osiągnie stałej wagi. Skały zbite osiągają stały ciężar 
czasem dopiero po 28 dniach zanurzania ich w wodzie. 

Nasiąkliwość  wodą  można  oznaczyć  też  przez  gotowanie  próbki  skały  w  wodzie 

w temperaturze  wrzenia  przez  około  4–8  godzin,  albo  przez  nasycenie  jej  wodą  pod 
ciśnieniem przez około 2 godz. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

26

Wielkości  porów  w  skałach  są  różne.  Rozróżnia  się

 

mikropory  o  wymiarze  0,005  mm, 

drobne pory 0,005–0,2 mm, duże pory 0,2–2 mm, bardzo duże pory > 2 mm. 

 

Twardość skał 

Dotychczas  nie  ma  dokładnych  metod  bezpośredniego  oznaczenia  twardości  skał. 

Stosowanie  mineralogicznych  metod  oznaczania  twardości  w  odniesieniu  do  skał  jest  tylko 
częściowo  słuszne.  Zależnie  od  celu,  do  jakiego  ma  się  zastosować  daną  skałę,  można 
wyrazić  jej  twardość  innymi  właściwościami  fizyko-mechanicznymi.  Na  przykład  twardość 
dla skał używanych  w budownictwie wyraża się  wytrzymałością na ściskanie, twardość skał 
do wyrobu płyt chodnikowych, płyt szlifierskich – wytrzymałością na ścieranie. Przyjęło się 
uważać  za  twarde  te  skały,  które  wykazują  wysoką  wytrzymałość  na  ściskanie  i  które 
zbudowane są również z twardych minerałów, przy czym przez minerały twarde rozumie się 
te,  których  twardość  według  skali  Mohsa  przekracza  5  1/2  (twardsze  od  stali).  Sama  jednak 
wytrzymałość skały na ściskanie, ani też zawartość w niej – minerałów twardych nie decydują 
jeszcze o jej twardości. 

W Szwajcarii opracowano projekt stworzenia sześciu grup twardości skał, według zasad 

podanych w tabeli 2. 

 

Tabela 2. Podział skal na grupy twardości [13] 

Ś

rednia wytrzymałość 

na ściskanie 

10

5

⋅⋅⋅⋅

N/m

2 

Zawartość minerałów twardszych niż stal = 5 1/2 

0–25% 

25– 50% 

50–75% 

75–100% 

ponad 2200 

średnio 

twarde 

twarde 

twarde 

bardzo 
twarde 

1800 – 2200 

średnio 

twarde 

średnio 

twarde 

twarde 

twarde 

1400 –1800 

średnio 

twarde 

średnio 

twarde 

średnio 

twarde 

twarde 

1000 – 1400 

miękkie 

miękkie 

średnio 

twarde 

średnio 

twarde 

600 –1000 

miękkie 

miękkie 

miękkie 

średnio 

twarde 

poniżej 600 

bardzo 

miękkie 

bardzo 

miękkie 

miękkie 

miękkie 

 
Wytrzymałość na udar i miażdżenie 

Udarność jest to zdolność materiału na przenoszenie krótkotrwałych obciążeń dynamicznych. 

Wyrażona  jest  zazwyczaj  ilością  energii  potrzebnej  do  zniszczenia  próbki  materiału.  Udarność 
skał  bada  się  za  pomocą  aparatu  Page'a.  Próbkę  skały  przygotowuje  się  w  kształcie  kostki 
o krawędzi  25  mm  albo  walca  o  długości  boku  i  średnicy  25  mm.  Młot  o ciężarze  20  N 
w aparacie  Page'a  spuszcza  się  po  raz  pierwszy 

z  wysokości  1  cm.  Przy  każdym  następnym 

podnoszeniu młota zwiększa się jego wysokość spadania o 1 cm. Opadanie młota prowadzi się aż 
do rozbicia próbki, przy czym uderzenia młota skierowane są na jej środek. Przyjęto uważać skały 
wytrzymujące  powyżej  12  uderzeń  za  skały  bardzo  zwięzłe,  12–8  uderzeń  za  średniozwięzłe 
i poniżej 8 uderzeń za małozwięzłe. W czasie badania zwięzłości skał spotyka się między jednym 
a  drugim  oznaczeniem  odchylenia  różniące  się  między  sobą  o  50  a  nawet  o  100%.  Średnią 
zwięzłość  przyjmuje  się  zwyczajnie  na  podstawie  10–15  oznaczeń.  Badanie  zwięzłości  skał 
luźnych przeprowadza się na brykietach wykonanych z tych skał w prasie brykietowniczej. 

Do oznaczenia odporności skał na miażdżenie stosuje się metodę Foppla.

 W tej metodzie 

uderzenie  młota  obejmuje  całą  powierzchnię  próbki  skały,  wykonanej  w  postaci 
znormalizowanej kostki o boku 29 mm, czyli o objętości 25 cm

3

. Ciężar młota wynosi 500 N. 

Pierwsze uderzenie przeprowadza się z wysokości 1 cm, następne z 2, 3, 4, 5 itd. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

27

Współczynnik odporności na miażdżenie N/mm

2

S = A/V  
gdzie:  
A – praca N

m,  

V – objętość kostki, cm

3

 

Plastyczność i ściśliwość skał 

Przez  plastyczność  rozumie  się  zdolność  przybierania  przez  skałę  różnych  kształtów, 

czyli  zdolność  formowania  przy  zachowaniu  stałej  objętości.  Plastyczność  skały  zależy  od 
składu  chemicznego  zawartych  w  niej  minerałów  i  od  stopnia  ich  rozdrobnienia.  Minerały 
o właściwościach  plastycznych  mają  strukturę  łuseczkowatą  albo  tabliczkowatą,  przy  czym 
każda  z  łuseczek  lub  tabliczek  wykazuje  pewną  sprężystość.  Minerały  te  dzięki  swej 
krystalochemicznej strukturze mają też zdolność wiązania w sobie wody, dzięki czemu można 
je  w  dowolny  sposób  ugniatać,  nie  zmieniając  ich  objętości.  Za  minerały  bardzo  plastyczne 
uważa  się  serycyt,  chloryt,  talk,  kaolinit.  Cechą  skał  plastycznych  jest  zdolność  tworzenia 
zawiesin.  Stopień  plastyczności  skały  zależy  od  ilości  związanej  wody.  Plastyczność  skały 
oznacza się górną i dolną granicą zawartości wody w górnych i dolnych granicach, wyrażanej 
w procentach wagowych albo objętościowych. 

Górna  granica  zawartości  wody  nazywa  się  granicą  płynności  g

p

  zaś  dolna  –  granicą 

wałkowania  albo  zwijalności  g

w

.  Granica  wałkowania  leży  na  przejściu  skały  ze  stanu 

półtwardego w stan plastyczny. Granicę tę oznacza się z różnicy wody w jednym i drugim stanie. 
Granica płynności leży na przejściu skały ze stanu plastycznego w stan płynny. Te przejścia 
skał  w  różne  stany  konsystencji  oznacza  się  za  pomocą  aparatu  A.  Casagrande'go.  Liczba 
wskazująca  granice  plastyczności  skały  nazywa  się  liczbą  plastyczności  albo  miarą 
plastyczności: 

L

p

 = (g

p

 – g

w

) 100 

gdzie: 
L

p

 – liczba plastyczności, 

g

p

 – granica płynności, 

g

w

 – granica wałkowania (zwijalności). 

Skały plastyczne dzielą się według liczby plastyczności na pięć klas. 

 
Tabela 3.
 Zawartość wody w skałach [13] 

Klasa 

Zawartość wody w % wagowych 

w stosunku do stanu suchego 

skały 

Rodzaj skały 





1–5 

5–15 

15–25 
25–40 

ponad 40 

skały bardzo chude 

skały chude 

skały średnio tłuste 

skały tłuste 

bardzo tłuste 

 
Skały  nieplastyczne  w  sensie  ceramicznym  stają  się  plastyczne  pod  pływem  działania 

większych  ciśnień.  Sól  staje  się  plastyczna  pod  ciśnieniem  50

10

5

  N/m

2

,  zaś  marmur  pod 

ciśnieniem 700

10

5

 N/m

2

Dla  skał  luźnych  lub  mało  zwięzłych,  jak  piaski,  gliny,  iły,  torfy,  iły  bogate  w  humus, 

ważne  jest  oznaczenie  ściśliwości,  czyli  plastycznego  zmniejszenia  objętości.  Oznaczeń 
takich dokonuje się w aparacie zwanym dometrem.  

Plastyczne  zmniejszenie  objętości,  zwane  też  współczynnikiem  ściśliwości,  wyraża  się 

symbolem 

e. Oznacza on plastyczne zmniejszenie objętości danej próbki skalnej wyrażone 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

28

w procentach pod wpływem pionowego obciążenia równego 2,718

10

5

 N/m

2

, w stosunku do 

objętości  zajmowanej  przez  tę  próbkę  przy  obciążeniu  wstępnym  =  1

10

5

  N/m

2

.  Zamiast 

współczynnika ściśliwości używa się często modułu plastyczności M

p

, przy czym: 

M

p

 = 

σ

i/

e lub M

p

 = tg

α

gdzie: 

σ

i – obciążenie w N/m

2

e – współczynnik ściśliwości, 

α

 – nachylenie krzywej osiadania w funkcji obciążenia w podziałce nielogarytmicznej. 

Moduł plastyczności wzrasta z obciążeniem i jest zależny od wstępnego obciążenia.  
Przez  sprężystość  lub  elastyczność  skały  należy  rozumieć  jej  zdolność  powracania  do 

pierwotnego  kształtu,  z  chwilą  gdy  ustaje  odkształcające  działanie  siły.  Odkształcanie 
sprężyste  zachodzi  pod  wpływem  działających  sił  zgniatających,  łamiących,  rozrywających 
czy to w sposób statyczny, czy w sposób dynamiczny przez drgania sprężyste, np. sejsmiczne 
albo dźwiękowe. 

Sprężystość  ciała  ogranicza  siła  odkształcająca.  Jeżeli  siła  odkształcająca  przekracza 

granicę  sprężystości  ciała,  wtedy  ulega  ono  albo  odkształceniu  plastycznemu,  albo 
zniszczeniu  w  postaci  zgniecenia,  zerwania  lub  pęknięcia.  W zagadnieniach  mechaniki 
górotworu,  najbardziej  interesujące  jest  badanie  sprężystości  skał  pod  wpływem  zgniatania, 
lub  obciążenia.  W  czasie  działania  sił  zgniatających  na  skałę  zmniejsza  się  w  niej  objętość 
porów  i  stopniowo  zmienia  się  kształt  wkładek  międzyziarnowych,  czyli  spoiwa,  które 
w wielu  przypadkach  jest  skrytokrystaliezne  (zbudowane  z  krystalitów).  Im  więcej  zawiera 
dana skała ziaren krystalicznych a mniej krystalitów, tym mniej reaguje na nacisk i mniej się 
odpręża. Jako przykłady mogą służyć piasek kwarcowy i ił, których właściwości są pod wyżej 
wspomnianymi względami biegunowo przeciwne. 

Ciało  stałe  pod  działaniem  sił  zewnętrznych  odkształca  się,  to  znaczy  zmienia  swoje 

rozmiary  (objętość)  i  kształt.  Siły  działające  prostopadle  do  powierzchni  ciała  stałego 
powodują  –  w  zależności  od  zwrotu  siły  –  ściskanie  lub  rozciąganie  ciała.  Siły  działające 
stycznie do powierzchni ciała powodują tzw. ścinanie.  

W  zachowaniu  się  ciała  (próbki  skalnej)  pod  wpływem  stopniowego  zwiększania 

działającej siły F można wydzielić cztery fazy: 

 

dla przedziału wartości siły 0 – F1 wydłużenie względne 

l/l ciała jest proporcjonalne do 

działającej siły, a po usunięciu tej siły ciało uzyskuje swój pierwotny kształt i objętość, 

 

dla  przedziału  wartości  siły  F1  –  F2  wydłużenie  wzrasta  szybciej  niż  liniowe  (faza  II), 
a po ustaniu działania tej siły, ciało również wraca do pierwotnego kształtu i pierwotnej 
objętości, ale następuje to znacznie wolniej niż w fazie I, 

 

gdy ciało poddamy działaniu jeszcze większej siły F > F2, to wydłużenie będzie wzrastać 
znacznie  szybciej  niż  w  fazie  II,  a  po  usunięciu  tej  siły  ciało  już  nie  uzyska  swego 
pierwotnego kształtu i objętości (faza III – odkształcenie nieodwracalne), 

 

dalsze zwiększanie siły (F > F3) doprowadza do rozerwania (skruszenia) próbki skalnej. 
Tak  więc,  gdy  ciało  stałe  (próbka  skalna)  zostanie  pod  działaniem  siły  zdeformowane 
poza pewną  granicę – zwaną  granicą sprężystości (faza  III) – to po ustaniu działania tej 
siły.  ciało to już nie uzyskuje swego pierwotnego kształtu i pierwotnej objętości. Mamy 
wówczas do czynienia z odkształceniem trwałym.  
Odkształcenie  ciała  (próbki  skalnej)  znikające  po  usunięciu  działającej  siły  nazywamy 

odkształceniem sprężystym. W przedziale wartości siły od 0 do F

2

, tj. do granicy sprężystości 

badanej  próbki  skalnej,  między  wartością  działającej  siły  F  a  wydłużeniem  względnym 

l/l, 

zachodzi następująca zależność (jest to prawo Hooke

ł

a): 

l

∆l

E

S

F

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

29

gdzie: 
F – wartość przyłożonej do ciała siły w N, 
S – powierzchnia poprzecznego przekroju próbki skały w m

2

,  

l – pierwotna długość próbki w m,  

l – przyrost długości próbki w m, 

E – moduł Younga N/m

2

F/S – naprężenie w Pa. 
Wielkość  E  jest  nazywana  modułem  sprężystości  liniowej  (podłużnej)  lub  modułem 

Younga; zależy  on od  właściwości sprężystych  ciała i liczbowo jest równy  naprężeniu, przy 
którym,  względna  zmiana  długości  próbki  byłaby  równa  jedności.  W  rzeczywistości 
rozciąganiu próbki towarzyszy zmniejszanie przekroju poprzecznego,  a więc i średnicy d tej 
próbki.  Stosunek  względnego  zwężenia  poprzecznego 

d/d  do  względnego  wydłużenia 

l/l 

nosi nazwę współczynnika Poissona v: 

 

Rys. 5. Ideowy schemat budowy sejsmoskopu [6, s. 11] 

 

Prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych (sprężystych) zależy od składu mineralnego 

skał,  a  także  od  gęstości,  porowatości,  stanu  nasycenia  wodą  i  głębokości  występowania 
skały.  

Wartości  parametrów  sprężystych  skał  określa  się  albo  w  laboratorium  badając  próbki 

pobrane  z  rdzeni  wiertniczych  albo  w  terenie,  w  warunkach  naturalnego  występowania  skał 
(in  situ).  Prędkość  rozchodzenia  się  fal  sejsmicznych  (sprężystych)  w  warunkach 
laboratoryjnych wyznacza się najczęściej za pomocą ultradźwiękowego sejsmoskopu. Ideowy 
schemat  budowy  sejsmoskopu  przedstawia  rysunek  5.  Wytworzony  impuls  elektryczny  jest 
zamieniany przez nadajnik 1 na impuls mechaniczny. Powstała fala ultradźwiękowa przebiega 
przez  próbkę  badanej  skały  i  dochodzi  do  odbiornika  3.  W  odbiorniku  następuje  zamiana 
drgań  mechanicznych  na  impulsy  elektryczne,  które  przez  wzmacniacz  są  przekazywane  do 
oscylografu  (mikrosekundomierza).  Na  podstawie  odczytanej  na  oscylografie  różnicy  czasu 

t  między  impulsem  wzbudzającym,  a  impulsem  po  przejściu  fali  przez  próbkę  oraz 

znajomości długości próbki l oblicza się prędkość fali sprężystej: 

v

p

=l/

Moduł  sprężystości  skały  zależy  od  jej  porowatości,  zawartości  w  niej  wody  i  od  jej 

gęstości.  Im  większa  jest  sprężystość  skały,  tym  mniejszy  jest  moduł  sprężystości.  Moduł 
sprężystości rośnie ze wzrastającym naciskiem. 

Zmiany,  które  występują  w  wymiarach  skał  w  czasie  działania  na  nie  nacisku,  nie 

przebiegają  jednak  zgodnie  z  prawem  Hocke'a,  jak  to  zachodzi  w  metalach,  w  sposób 
izotropowy,  lecz  anizotropowy  i  są  zależne  od  ich  składu  mineralnego  i  chemicznego, 
właściwości fizycznych, zawartości wody, zawartości wymiennych jonów, itd. 

W  celu  pełnego  oznaczenia  właściwości  elastycznych  skał  powinno  się  oznaczyć  obok 

modułu sprężystości (elastyczności) E także moduł plastyczności M

p

Moduł Younga wyznaczamy w laboratorium na próbkach badanej skały, albo w terenie. 

W wyniku takich badań otrzymujemy statyczny moduł Younga. Moduł sprężystości Younga 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

30

wyznaczony  na  podstawie  znajomości  prędkości  rozchodzenia  się  fal  sprężystych 
(sejsmicznych)  i  gęstości  skał  nazywa  się  dynamicznym  modułem  Younga.  Badania 
eksperymentalne  wykonane  przez  wielu  autorów  wykazały,  że  z  reguły  wartość  modułu 
dynamicznego jest większa od wartości modułu statycznego E

d

 > E

s

; przy czym k= E

d

 / E

s

 – 

przyjmuje wartości od 1 do 6. 

Główną przyczyną tego, że E

d

 jest różne od E

s

 jest to, że na ogół ośrodek skalny odbiega 

od  modelu  ciała  Hooke'a.  Określenie  wartości  stosunku  E

d

/E

s

  umożliwia  ocenę  stopnia 

spękania  masywu  skalnego,  co  ma  istotne  znaczenie  przy  projektowaniu  budowli 
inżynierskich (mosty, zapory wodne, zbiorniki wodne, itp.). 

 

Tabela. 4. Wytrzymałość na ściskanie, moduły sprężystości i moduły plastyczności niektórych skał [13] 

Nazwa skały 

Wytrzymałość 

na ściskanie 

10

5

 N/m

2

 

Moduł 

sprężystości E 

10

5

 N/m

2

 

Moduł 

plastyczności M

p

 

10

5

 N/m

2

 

Granit 

Wapień 

Piaskowiec 
Piaskowiec 

900–2300 

1450 

750 
550 

403000 
834000 
114000 

83000 

292000 
817000 

82000 

53 000: 

 

Urabialność skał 

Z  opisanych  dotychczas  fizyko-mechanicznych  właściwości  skał  urabialność  skał  jest 

w górnictwie jedną z najważniejszych. Przez urabialność skał należy rozumieć ich podatność 
na oddzielanie od calizny oraz na rozdrabianie ręczne lub maszynowe. Jednolitej metody, za 
pomocą, której można by określić wymienione właściwości dla danej skały, dotychczas brak. 
Urabialność  skał  bada  się  pod  różnymi  wzglądami,  np.  pod  względem  zwiercalności, 
rozsadzalności przy użyciu materiałów wybuchowych, kruszenia lub ścierania w kruszarkach 
oraz młynach, itp. 

Przez zwiercalność należy rozumieć opór, jaki stawia skała drążącemu ją wiertłu. Wyraża 

się ją ilością mm (cm) uwierconych w 1 minucie, czyli postępem wiercenia. Na zwiercalność 
skał  składają  się  parametry  dotyczące  ich  właściwości  mineralogicznych  i fizyko-
mechanicznych oraz parametry techniczne, jak rodzaj wiercenia (obrotowy, udarowy), rodzaj 
wiertła, materiał wiertła, sposób usuwania zwiercin, wielkość nacisku, itd. 

Czynnikami petrograficznymi mającymi wpływ na postąp wiercenia są: 

1.

 

Struktura, a raczej rodzaj uziarnienia i skład mineralny, a w skałach okruchowych rodzaj 
spoiwa. Zależnie od struktury, twardości minerałów i jakości spoiwa odbywa się w czasie 
wiercenia wydłubywanie, kruszenie, miażdżenie, skrawanie, ścieranie i szlifowanie. 

2.

 

Tekstura, czyli sposób ułożenia składników mineralnych w skale. Stwierdzono, że postęp 
wiercenia przebiega inaczej prostopadle, inaczej równolegle i jeszcze inaczej skośnie do 
kierunków ułożenia składników mineralnych w skale. 

3.

 

Ilość i rodzaj widocznych i utajonych spękań (szczelinowatość). 

4.

 

Stopień zawilgocenia. 

Przebieg  urabialności  skał  za  pomocą  rozsadzania  materiałem  wybuchowym  nie  został 

dotąd ściślej ujęty. Tekstura, uławicenie, porowatość, zawilgocenie oraz szczelinowatość skał 
odgrywają przy tym urabianiu dużą rolę. 

W  toku  badań  urabialności  skał  przez  kruszenie lub  mielenie  znaleziono pewne  metody 

pozwalające  określić  cyfrowo  podatność  skały  na  tego  rodzaju  urabianie.  Metody  te  nie 
należą  do  metod  ścisłych.  Do  tych  metod  należy  metoda  ASTM  –  kruszenia  lub  mielenia 
różnych  skał  i  węgli  w  młynie  kulowym  oraz  metoda  Protodiakonowa  mająca  zastosowanie 
głównie  do  węgla.  Metoda  ASTM  daje  dobre  rezultaty  przy  badaniu  skał  miękkich  (węgli 
miękkich),  zawodzi  natomiast  przy  badaniu  skał  średnio-twardych  i  twardych.  Stosunkowo 
duże  zastosowanie  w  węglu  znalazła  metoda  Protodiakonowa  ze  względu  na  swą  prostotą 
wykonania, jakkolwiek daleka jest od dokładności. Oparta jest ona na prawie fizycznym: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

31

H = A/S 

gdzie: 
H – praca właściwa rozkruszenia, N

m/cm

2

A – wykonywana praca, N

m, 

S – nowopowstałe powierzchnie ziaren wskutek, ich rozdrobienia, cm

2

, mm

2

Autor metody przyjmuje H = f, przy czym f określa jako współczynnik zwięzłości węgla, 

S  =  q  /  I,  gdzie  q  wyraża  nasypową  objętość  w  cm

miału,  otrzymanego  przez  kruszenie 

węgla, I – odczyt na skali objętościomierza w mm, a następnie f = A/I. 

Praktycznie  oznaczenie  stopnia  urabialności  węgla  metodą  Protodiakonowa  polega  na 

wykonaniu następujących czynności. Z pokładu węgla, ze spągu, stropu i środka pobiera się 
trzy  próbki  wielkości  pięści  i  z  każdej  takiej  próbki  wydziela  się  przynajmniej  pięć  próbek, 
o ciężarze  po  25–75  kG  i  o  ziarnach  powyżej  10  mm.  Każdą  z  tych  próbek  kruszy  się 
w głębokim  cylindrze  ciężarkami  o  określonym  ciężarze  przez  pięciokrotne  uderzenie. 
Powstały miał odsiewa się przez sito o wielkości oczek 0,5 mm. Frakcję o ziarnach < 0,5 mm 
wprowadza  się  do  objętościomierza,  wstrząsa  się  i  mierzy  współczynnik  f

.  Ilość  ziaren 

< 0,5 mm jest wprost proporcjonalna do wytrzymałości na kruszenie węgla. 

Opisaną metodą zbadano 400 przodków węglowych w Zagłębiu Górno-i  Dolnośląskim. 

Badania te wykazały, że współczynnik zwięzłości (urabialności) f

 badanych pokładów węgla 

waha  się  od  poniżej  0,4  do  3,5.  Współczynnik  zaś  zmienności  zwięzłości  (urabialności) 
w jednej warstwie węgla w przodku nie przekracza 43%. 

Aby  dany  gruby  pokład  zaliczyć  do  pewnej  klasy  zwięzłości  (urabialności)  wyniki 

dotyczące  zwięzłości  poszczególnych  ław  petrograficznych  w  pokładzie  powinny 
odpowiadać sobie w powyżej 95%. 

 

Ś

cieralność skał 

Ścieralność  skał  jest  to  zmniejszenie  przez  badaną  próbkę  objętości,  masy  lub  grubości 

pod wpływem czynników ścierających. 

Badanie  ścieralności  materiałów  kamiennych  przeprowadza  się  na  suchych  próbkach 

o wymiarach  7,1  x  7,1  x  7,1  cm.  Przed  przystąpieniem  do  ścierania  próbki  mierzy  się 
w środkach  krawędzi  i  waży.  Następnie  próbkę  umieszcza  się  w  uchwycie  aparatu  zwanego 
tarczą  Bohmego  i  obciąża  masą  30  kg.  Badana  próbka  posiada  powierzchnię  50  cm

2

a dociążenie  jej  masa  30  kg  ma  sprawić,  że  każdy  cm

2

  próbki  będzie  dociskany  do  tarczy 

z siłą  0,6  kg/cm

2

.  Tarczę  na  całej  długości  ścierania  posypuje  się  20  gramami  proszku 

ściernego  elektrokorundowego,  po  czym  uruchamia  się  tarczę.  Po  każdych  22  obrotach 
proszek  wraz  z  startym  materiałem  zmiata  się  i  nasypuje  nową  porcję  świeżego  proszku. 
Czynność  tą  powtarzamy  po  każdych  22  obrotach.  Po  110  obrotach  próbkę  obracamy  o  kat 
90° i dalej kontynuuje ścieranie. Czynność tą powtarzamy 4-krotnie co 110 obrotów. Po 440 
obrotach tarczy próbkę wyjmuje się z uchwytu i mierzy stratę masy: 

S = 

0

ρ

F

∆m

S – ścieralność, 
m – masa próbki przed badaniem, 
m

– masa próbki po badaniu, 

∆m – ubytek masy, 
F – pole powierzchni badanej próbki, 
ρ

– przyjęta gęstość pozorna próbki. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

32

 

Rys. 6.  Boehmego  tarcza  –  urządzenie  do  badania 

ścieralności  (wyrażanej  w  cm)  materiałów 
kamiennych 

na 

tarczy 

obrotowej 

z zastosowaniem proszku ściernego [13] 

 

Magnetyczne właściwości skał 

Zbliżając  do  magnesu  różne  substancje  stwierdzamy,  że  tylko  nieliczne  z  nich  są  przez 

ten magnes przyciągane, np. żelazo, kobalt, nikiel, natomiast miedź, ołów, cynk, srebro nie są 
przyciągane  (w  sposób  dostrzegalny).  Ponadto  zaobserwowano,  że  niektóre  substancje,  gdy 
znajdą  się  przez  pewien  czas  w  obrębie  działania  siły  magnetycznej  polu  magnetycznym, 
stają  się  magnesami  i  przyciągają  przedmioty  z  żelaza.  Spostrzeżenia  te  prowadzą  do 
wniosku, że substancje cechują się różnymi właściwościami magnetycznymi. 

W początkach XIX w. Ampere doszedł do wniosku, że zjawiska magnetyczne substancji 

dają  się  objaśnić,  jeżeli  się  przyjmie,  że  atomy  są  mikroskopijnymi,  elementarnymi 
magnesikami. Nie potrafił jednakże wyjaśnić przyczyn powstania tych magnesików. Obecnie 
wiemy  już,  że  w  każdym  atomie  są  ujemnie  naładowane  cząstki  –  elektrony,  które 
bezustannie  się  poruszają  i  wokół  których  istnieje  pole  magnetyczne.  Moment  magnetyczny 
atomu jest równy sumie wektorowej momentów magnetycznych elektronów krążących wokół 
jądra.  W atomach  niektórych  pierwiastków  momenty  magnetyczne  elektronów  są 
zorientowane  wzdłuż  wszystkich  możliwych  kierunków  (są  zorientowane  bezładnie),  tak  że 
momenty  te  kompensują  się  wzajemnie.  Pierwiastek  taki  nie  ma  (nie  powoduje)  własnego 
pola  magnetycznego.  W  atomach  innych  pierwiastków  kompensacja  momentów 
magnetycznych nie jest całkowita i dlatego pierwiastki te mają własne pole magnetyczne. 

W substancjach, takich jak: żelazo, kobalt, nikiel, gadolin, dysproz oraz w wielu stopach 

tych  i  innych  substancji,  momenty  magnetyczne  atomów,  w  pewnych  małych  obszarach 
zwanych  domenami,  są  zorientowane  ściśle  równolegle  –  każda  domena  jest  całkowicie 
magnetycznie uporządkowana. Pod działaniem magnesu (zewnętrznego pola magnetycznego) 
powstaje  w  substancji  tendencja  uporządkowania  kierunków  poszczególnych  momentów 
magnetycznych  domen  wzdłuż  linii  sił  pola  magnetycznego  magnesu.  Gdy  działaniu  pola 
magnetycznego  poddana  jest  substancja  o  dużym  stopniu  uporządkowania  domen 
magnetycznych  (np.  żelazo,  nikiel),  to  domeny  magnetyczne  zorientowane  zgodnie 
z kierunkiem  zewnętrznego  pola  magnetycznego  rosną  kosztem  domen  o  innej  orientacji 
magnetycznej.  Następuje  sumowanie  elementarnych  pól  magnetycznych  domen  i  w  ten 
sposób  zwiększa  się  wartość  pola  magnetycznego  substancji.  Tak  skrótowo  przedstawia  się 
proces, który nazwano magnesowaniem się substancji (ciała). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

33

Jeżeli  substancja  po  usunięciu  jej  z  obszaru  pola  magnetycznego  zachowuje  nabyte 

w tym  polu  własne  pole  magnetyczne,  to  mówimy,  że  substancja  została  namagnesowana 
trwale. To trwałe namagnesowanie substancji nosi nazwę namagnesowania szczątkowego lub 
pozostałości magnetycznej (zob. w fizyce – pętla histerezy). 

Stwierdzono,  że  dla  większości  substancji,  w  tym  również  skał,  namagnesowanie  J  jest 

proporcjonalne do wielkości pola magnesującego H: 

J = 

χ

Występujący  w  wyrażeniu  współczynnik  proporcjonalności 

χ

  nosi  nazwę  podatności 

magnetycznej substancji. Jest to wielkość bezwymiarowa. Wymiar namagnesowania (wektora 
namagnesowania) pokrywa się z wymiarem natężenia pola magnetycznego H, czyli amper na 
metr (A/m). 

W celu scharakteryzowania substancji pod względem właściwości magnetycznych używa 

się  również  czasami  innej  wielkości  zwanej  przenikalnością  magnetyczną,  której  jednostką 
jest  henr  na  metr  (H/m).  Związek  między  podatnością  magnetyczną 

χ

  a  przenikalnością 

magnetyczną µ ma postać: 

µ=1+

χ

 

Substancje,  w  tym  również  skały,  różnią  się  więc  między  sobą  stopniem  i  charakterem 

oddziaływania  z  polem  magnetycznym.  W  związku  z  tym  wyróżnia  się  substancje  (skały) 
o właściwościach  diamagnetycznych,  paramagnetycznych  i  ferromagnetycznych.  Podział  ten 
dokonany według wartości podatności magnetycznej przedstawia się następująco: 

 

substancje diamagnetyczne, gdy 

χ

<0, 

 

substancje paramagnetyczne, gdy 

χ

> 0, 

 

substancje ferromagnetyczne, gdy 

χ

 >> 0. 

Paramagmatyzm  i  ferromagmatyzm  skał  jest  spowodowany  w  większości  przypadków 

występowaniem  w  tych  skałach  minerałów  zawierających  związki  żelaza,  jak:  magnetyt 
(Fe

3

O

4

),  piryt  (FeS

2

),  pirotyn  (Fe

n

S

n+1

),  ilmenit,  czyli  żelaziak  tytanowy  (FeOTiO

2

),  limonit 

(FeO

3n

·H

2

O), hematyt (Fe

2

O

3

). Najsilniejsze właściwości magnetyczne ma magnetyt. Badania 

wykazały,  że  namagnesowanie  ferromagnetyka  jest  zwykle  większe  niż  wartość  pola 
magnesującego. 

Ważną  cechą  ciał  ferromagnetycznych  jest  to,  że  w  wysokich  temperaturach  tracą  one 

swoje  właściwości  ferromagnetyczne  i  stają  się  zwykłymi  paramagnetykami.  Temperatura, 
powyżej której  ferromagnetyk traci swoje właściwości ferromagnetyczne  nosi nazwę punktu 
Curie.  Powyżej  tej  temperatury  następuje  zburzenie  struktury  domenowej  ferromagnetyka. 
Dla  żelaza  punkt  Curie  wynosi  1031  K,  dla  niklu  –  633  K,  a  dla  permaloyo  (stop  70%  Fe 
i 30%  Ni)  –  zaledwie  343  K.  Z  powyższych  faktów  oraz  tego,  że  temperatura  Ziemi  rośnie 
wraz z głębokością wypływa wniosek, że skały namagnesowane (skały czynne magnetycznie) 
występują tylko do pewnej głębokości. 

Wyniki  najnowszych  badań  dowodzą,  że  kierunki  namagnesowania  niektórych  skał  nie 

pokrywają  się  z  kierunkiem  pola  magnetycznego  Ziemi  i  są  one  różne  dla  różnych  epok 
geologicznych.  Wyciągnięto  z  tego  wniosek,  że  obserwowane  obecnie  w skałach  różnych 
epok różne kierunki namagnesowania szczątkowego są utrwalonymi kierunkami dawnych pól 
magnetycznych  Ziemi.  Ciało  (skała,  kopalina  użyteczna)  namagnesowane  ma  własne  pole 
magnetyczne  (jest  czynne  magnetycznie),  które  objawia  się  w  postaci  działania  siły 
magnetycznej,  również  na  odległość.  W  pewnych  przypadkach  siła  ta  jest  dostatecznie  duża 
i może  być  pomierzona  na  powierzchni  Ziemi  lub  innej  powierzchni  obserwacji.  Rozkład 
wartości  siły  magnetycznej  na  powierzchni  Ziemi  jest  wykorzystywany  do  określania 
charakteru  oraz  wyznaczania  miejsca  występowania  namagnesowanego  ciała  (obiektu 
geologicznego). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

34

Diamagnetyzm  polega  na  ekranowaniu  zewnętrznego  pola  magnetycznego  przez  pole 

powstające  w  ośrodku  na  skutek  indukcji.  Molekuły  diamagnetyka  nie  posiadają 
wypadkowego  momentu  magnetycznego.  W  zewnętrznym  polu  magnetycznym  w  wyniku 
precesji  powstaje  dodatkowy  orbitalny  moment  magnetyczny  elektronów  skierowany 
przeciwnie  do  przyłożonego  pola.  Wartości  podatności  magnetycznej  są  rzędu  10

-10

-

(Mortimer, 2001) i nie zależą od temperatury. Przedstawicielami metali tej grupy są m.in.: Bi, 
Cu,  Hg,  Zn,  Au,  Cd,  Pb,  Sb,  Ca,  zaś  minerałów  są  m.in.:  diament,  grafit,  kwarc,  ortoklaz, 
kalcyt,  anhydryt,  gips,  apatyt,  halit,  baryt,  fluoryt,  korund,  topaz,  a  także  woda  i  związki 
organiczne. Diamagnetyki są praktycznie obojętne magnetycznie, nie wywołują zakłóceń pola 
magnetycznego. 

Paramagnetyki to ciała, w których atomy posiadają różne od zera wypadkowe momenty 

magnetyczne.  Przy  braku  pola  zewnętrznego  momenty  magnetyczne  są  skierowane 
przypadkowo, dopiero obecność tego pola powoduje ich orientację wzdłuż jego kierunku. 

Podatność magnetyczna paramagnetyków jest rzędu 10

-4

 (Mortimer, 2001). Do tej grupy 

ciał należą np.: Mg, Mo, Mn, Pd, Cr, Cu, metale alkaliczne, lantanowce, ich tlenki i siarczki. 
Ważniejszymi  minerałami  są:  miki  (biotyt,  muskowit),  goethyt,  piryt,  syderyt,  ilmenit, 
dolomit, magnezyt, malachit, chalkopiryt, piroluzyt, wolframit, braunit, augit, monacyt, talk, 
spinel, epidot, ankeryt. 

Pomiary  podatności  magnetycznej  możemy  wykonać  przy  użyciu  aparatury  MS2  firmy 

Bartington.  Przyrząd  pomiarowy  ustawia  się  w  takim  miejscu,  aby  oddziaływania 
zewnętrznych  pól  elektrycznych,  magnetycznych  i  elektromagnetycznych  pochodzących  od 
urządzeń  elektrycznych  lub  przedmiotów  metalowych  były  jak  najmniejsze.  Przygotowane 
wcześniej  próbki  w  kształcie  sześcianów  o  boku  1  cala  (25,4  mm)  i  7/8  cala  (23  mm), 
wkładamy do uchwytu czujnika MS2B. Na każdej próbce wykonujemy 5 pomiarów w jednej 
pozycji.  Jeśli  w  ramach  eksperymentu,  próbka  zostanie  poddana  pomiarom  w  każdym 
ułożeniu,  można  sprawdzić,  czy  istnieje  anizotropia  podatności.  Aparaturę  do  pomiaru 
podatności  magnetycznej  szczegółowo  zaprezentowano  w  jednostce  modułowej  Z3.03 
„Obsługiwanie aparatury do pomiarów geofizycznych”. 

Przed wykonaniem jakichkolwiek pomiarów, przyrząd należy skalibrować, używając do 

tego próbki kalibracyjnej. 

Pomiary  wykonuje  się  według  określonego  schematu.  Najpierw  odczytuje  się  wartość 

z wyświetlacza  LCD  dla  powietrza  K

pow1

,  potem  dla  konkretnej  próbki  K

pr

  i  na  końcu znów 

dla powietrza K

pow2

. Obliczona według wzoru liczba jest wartością podatności magnetycznej 

badanej próbki: 

 

Gdy odczyt dla powietrza jest bardzo bliski 0, wówczas nie ma konieczności korzystania 

z powyższej procedury. 

Po  wykonaniu  serii  pomiarów  istnieje  możliwość  eksportowania  danych  do  komputera 

osobistego PC w celu dalszej interpretacji. 

Zakres  pomiarowy  MS2  wynosi  1-9999  ·  10

-5

  [SI]  (·  10

-6

  [CGS]),  a  dokładność 

pomiarów -2 · 10 [SI] (· 10 [CGS])

 

na zakresie 0,1. 

Przyrząd  musi  znajdować  się  w  tzw.  „spokojnym  otoczeniu”,  z  dala  od  przedmiotów 

metalowych,  śrub,  gwoździ,  rur,  kabli,  transformatorów,  urządzeń  i  maszyn  elektrycznych, 
urządzeń powodujących wibracje. Gdy jednak znalezienie „spokojnego otoczenia” jest trudne 
lub  niemożliwe,  wówczas  pomiary  powinny  być  przeprowadzone  w  specjalnym 
pomieszczeniu – klatce Faradaya.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

35

Elektromagnetyczne właściwości skał 

W  badaniach  geoelektrycznych  wykorzystuje  się  kilka  niezależnych  właściwości  skał. 

Zalicza się do nich: opór elektryczny właściwy 

ρ

,

 

przenikalność elektryczną 

ε

, przenikalność 

magnetyczną  µ,  polaryzowalność 

η

  i  elektrochemiczną  aktywność 

α

.  Te  właściwości  skał 

nazywa  się  również  parametrami  elektromagnetycznymi.  Zależą  one  od  właściwości 
elektrycznych fazy stałej, ciekłej i gazowej skał. 

Właściwości  elektryczne  fazy  stałej  są  uwarunkowane  właściwościami  elektrycznymi 

minerałów skałotwórczych i rud tworzących sztywny szkielet skały. Właściwości elektryczne 
fazy ciekłej skał określają właściwości elektryczne roztworów wypełniających całkowicie lub 
częściowo  pory  skał.  Skały  przewodzą  prąd  w  głównej  mierze  poprzez  zawarte  w nich 
roztwory.  Właściwości  elektryczne  fazy  gazowej  skał  zależą  od  właściwości  elektrycznych 
gazów wypełniających pory skał, a w powierzchniowej części również powietrza. 

Elektromagnetyczne  właściwości  skał  zależą  ponadto  od  ich  wilgotności,  porowatości, 

struktury,  charakteru  procesów  elektromechanicznych  zachodzących  na  granicy  pomiędzy 
fazą  stałą  a  fazą  ciekłą  skały,  a  także  od  warunków  geologiczno-fizycznych,  w  jakich  się 
znajdują.  Z  uwagi  na  dużą  zmienność  tych  warunków,  te  same  skały  w  zależności  od 
wilgotności,  temperatury,  ciśnienia  i  innych  czynników  mogą  istotnie  różnić  się 
właściwościami  elektrycznymi.  Spośród  wymienionych  właściwości  skał  podstawową  jest 
opór elektryczny właściwy 

ρ

 

albo wielkość odwrotna do niej przewodność elektryczna 

σ

Jednostką  oporu  elektrycznego  właściwego  jest  omometr  (om

m  albo 

m).  Liczbowo 

omometr  wyraża  opór  1  m  skały,  jeśli  od  jednej  jego  ściany  do  drugiej  płynie  prąd  stały. 
Jednostką  przewodności  elektrycznej  właściwej  jest  simens  na  metr  (S/m  =  [

m]

-1

).  Opór 

elektryczny  skał  zmienia  się  w  szerokich  granicach  od  tysięcznych  części  omometra  dla 
metali rodzimych do wielu miliardów omometrów dla minerałów skałotwórczych, jak: kwarc, 
anhydryt, mika, kalcyt. W zależności od mechanizmu przewodzenia prądu skały i rudy dzielą 
się  na  dwie  zasadnicze  grupy.  Do  pierwszej  grupy  należą  tzw.  przewodniki  pierwszego 
rodzaju, w których nośnikami ładunku elektrycznego są swobodne elektrony (przewodnictwo 
elektronowe). Należą do nich metale rodzime i ich siarczki oraz niektóre tlenki, a także grafit 
i  antracyt.  Do  drugiej  grupy  należą  przewodniki  drugiego  rodzaju,  w  których  elektryczne 
ładunki  są  przenoszone  przez  jony  znajdujące  się  w  roztworach  wypełniających  pory  skał 
(przewodniki jonowe). Należą do nich niemal wszystkie skały. Niektóre skały charakteryzują 
się mieszanym przewodnictwem elektronowo- jonowym. 

W  większości  skał  opór  elektryczny  jest  wielkością  izotropową,  tzn.  jest  jednakowy  we 

wszystkich  kierunkach.  Występują  jednak  w  przyrodzie  skały  pod  względem  elektrycznym 
anizotropowe.  Należą  do  nich  skały  o  wyraźnym  warstwowaniu,  np.  łupki,  grafit.  Ich  opór 
elektryczny  właściwy  wzdłuż  uwarstwienia 

ρ

t

  jest  różny  od  oporu  prostopadle  do 

uwarstwienia 

ρ

n

.  Przy  wzroście  temperatury,  wzrasta  ruchliwość  jonów,  co  w  konsekwencji 

powoduje,  że  opór  elektryczny  skał  maleje  (w  przybliżeniu  dwa  razy  przy  wzroście 
temperatury o 40°). Opór skały zamarzniętej wzrasta 10 i więcej razy na skutek tego, że woda 
swobodna zawarta w skałach (lód) jest praktycznie izolatorem. 

Mimo,  że  opór  elektryczny  właściwy  skał  zmienia  się  w  szerokich  granicach,  to 

obserwuje  się  wyraźnie  pewne  prawidłowości.  Skały  głębinowe  charakteryzują  się 
największymi oporami, od ok. 500 do 10000 

 Ω

. Wśród skał osadowych wysokie opory mają 

jedynie wapienie i sole (sól krystaliczna). Okruchowe skały osadowe mają tym większy opór, 
im  większa  jest  średnica  ziaren,  z  których  są  zbudowane.  Przy  przejściu  z  glin  do  piasków 
opór  elektryczny  zmienia  się  od  części  i  kilku  do  kilkudziesięciu  i  kilkuset  omometrów. 
Wartości  oporu  elektrycznego  skał  metamorficznych  są  pośrednie  między  skałami 
głębinowymi 

osadowymi. 

Im 

skała 

jest 

bardziej 

gruboziarnista 

bardziej 

zmetamorfizowana, tym ma większy opór. Łupki ilaste mają niski opór elektryczny. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

36

Przenikalność  elektryczna  i  magnetyczna  skał  odgrywają  istotną  rolę  tylko  przy 

badaniach 

geoelektrycznych  prądem  zmiennym  (wykorzystujących  zmienne  pola 

elektromagnetyczne).  Względna  elektryczna  przenikalność 

ε

,  nazywana  również  stałą 

dielektryczną równa się: 

0

n

ε

ε

ε

=

 

gdzie: 

ε

n

 i 

ε

0

 – odpowiednio dielektryczna przenikalność skały i powietrza. 

Wskazuje  ona  ile  razy  zwiększa  się  pojemność  kondensatora,  jeśli  zamiast  powietrza 

pomiędzy  jego  płytkami  umieści  się  próbkę  skały.  Przenikalność 

ε

  jest  wielkością 

bezwymiarową. 

Względna elektryczna przenikalność skał głębinowych wynosi 5–12, suchych osadowych 

2–3, w pełni nasyconych wodą 16–25, wody 81. Wielkość przenikalności zależy głównie od 
procentowej zawartości wody w skale, a także od składu mineralnego. 

Przenikalność  magnetyczna  większości  skał  jest  równa  przenikalności  magnetycznej 

powietrza. Jedynie przenikalność magnetyczna ferromagnetyków jest od 2 do 10 razy większa 
od przenikalności magnetycznej powietrza. 

Zdolność  skał  do  elektrycznego  polaryzowania  się,  tzn.  do  gromadzenia  ładunku 

w trakcie  przepuszczania  przez  nią  prądu,  a  następnie  oddawania  go  po  wyłączeniu  prądu, 
ocenia się na podstawie współczynnika polaryzowalności 

η

 (w %): 

%

100

U

U

pw

=

η

 

gdzie: 

U

pw

 –  różnica  potencjałów  pola  polaryzacji  między  punktami  ośrodka  po  0,5–1  s  po 

wyłączeniu prądu w obwodzie zasilającym, 

U – 

różnica potencjałów między tymi punktami w trakcie przepuszczania prądu. 

Największą  polaryzowalnością 

η

=

 

10–40%)  charakteryzują  się  skały  zawierające 

minerały  o przewodności  elektronowej.  Należą  do  nich  rudy  polimetali,  rudy  siarczkowe 
miedzianopirytowe  i  zgrafityzowane  łupki.  Polaryzowalność  skał  osadowych  okruchowych 
nasyconych  wodą  słodką  wynosi  2–6%,  a  wszystkie  pozostałe  skały  (głębinowe, 
metamorficzne i okruchowe osadowe, nasycone wodami zmineralizowanymi) charakteryzują 
się polaryzowalnością mniejszą od 2%. 

 

 

Rys. 7.  Schemat urządzenia do określania elektrycznego oporu właściwego próbek skalnych: 1 – badana próbka 

skalna, 2 – miliamperomierz, 3 – miliwoltomierz, 4 – źródło zasilania [6, s. 12]

 

 
Elektrochemiczna  aktywność 

α

  określa  zdolność  skał  do  tworzenia  własnych 

(samoistnych)  pól  elektrycznych.  Pola  te  powstają  w  skałach  zawierających  minerały 
przewodzące  wskutek  reakcji  utleniająco-redukcyjnych.  Mogą  być  również  wynikiem 
procesów  filtracyjnych  i  dyfuzyjno-adsorpcyjnych,  jakie  zachodzą  w  skałach  porowatych 
w wyniku ruchu wód. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

37

Jednostki elektrochemicznej aktywności 

α

 do tej pory nie ustalono. Zwykle określa się ją 

w  miliwoltach.  Dla  skał  nie  przewodzących  prądu  wynosi  ona  kilka  miliwoltów,  a  dla  skał 
przewodzących  kilkaset  miliwoltów.  Elektrochemiczna  aktywność 

α

  skał  zależy  od  wielu 

czynników  (m.in.  od  składu  mineralnego,  warunków  hydrogeologicznych,  strukturalnych, 
teksturalnych, głębokości ich zalegania).  

W  warunkach  laboratoryjnych  wartości  właściwości  elektromagnetycznych  minerałów 

i skał wyznacza się różnymi metodami, z zastosowaniem różnych urządzeń i przyrządów. Na 
rysunku  7  przedstawiono  schemat  urządzenia  do  określania  oporu  właściwego  próbek 
skalnych.  Próbka  (1)  włączona  jest  do  obwodu  prądu  stałego.  Przez  elektrody  A  i  B 
przepuszcza się prąd elektryczny o natężeniu I, który jest kontrolowany miliamperomierzem. 
Między  elektrodami  C  i  D  mierzy  się  miliwoltomierzem  różnicę  potencjałów  AC.  Opór 
właściwy o badanej próbki oblicza się według wzoru: 

l

I

U

S

ρ

=

 

gdzie: 
S – powierzchnia poprzecznego przekroju próbki w m

2

  

U – różnica potencjałów w V,  

I – natężenie prądu w A,  
l – odstęp między elektrodami C i D w m. 
 

Promieniotwórcze właściwości skał 

Niektóre  substancje  (pierwiastki)  naturalne  wysyłają  niewidzialne  promienie,  które 

działają  na  błonę  fotograficzną.  Zjawisko  to  otrzymało  nazwę  promieniotwórczości 
naturalnej,  a  samo  promieniowanie  –  promieniowania  radioaktywnego.  Promieniowanie 
radioaktywne składa się z trzech rodzajów promieniowania. Nazwano je 

α

 (alfa), 

β

 (beta) i 

γ

 

(gamma). Promienie 

α

 niosą ze sobą ładunek dodatni, promienie 

β

 – ujemny, a promienie 

γ

 są 

nienaładowane.  Badania  wykazały,  że  promienie 

γ

  mają  naturę  fal  elektromagnetycznych 

(przemieszczają się kwanty energii), zaś promienie 

α

 i 

β

 są cząstkami materialnymi (

α

 – jądra 

helu, 

β

  –  elektronów).  Stwierdzono,  że  promieniotwórczość  naturalna  jest  to  ciągły, 

samoczynny,  niezależny  od  zmian  warunków  fizyczno-chemicznych  proces  przekształcania 
się  jednych  jąder  atomowych  w  drugie  i  że  temu  właśnie  procesowi  towarzyszy 
promieniowanie 

α

β

γ

.  Promienie 

γ

  w  próżni  rozchodzą  się  z  prędkością  światła  i  są 

najbardziej przenikliwe (przenikają osłony ołowiane o grubości do kilkunastu centymetrów). 

Głównymi  pierwiastkami  promieniotwórczymi  występującymi  w  skałach  w  dostępnej 

części  skorupy  ziemskiej  są  uran,  tor  i  potas.  Przyjmuje  się,  że  o  promieniotwórczości  skał 
w 99%  decydują  niektóre  izotopy  tych  właśnie  pierwiastków.  Wobec  faktu,  że  proces 
promieniowania  radioaktywnego  ma  charakter  samoczynny  i  ciągły,  to  w  długim  okresie 
czasu  duża  liczba  jąder  ulegnie  przemianie  (rozpadowi).  Prawo  zmniejszania  się  w  czasie 
liczby radioaktywnych jąder danej substancji (pierwiastka) ma postać: 

λt

0

e

N

N

=

 

gdzie: 

λ

 – stała rozpadu promieniotwórczego lub stała zaniku promieniowania, 

N – liczba radioaktywnych jąder w momencie t, 
N

o

  –  początkowa  liczba  radioaktywnych  jąder,  które  istniały  w  czasie  przyjętym  za 

moment początkowy (t=0),  

e – podstawa logarytmu naturalnego. 
Stała  rozpadu 

λ

  nie  zależy  od  warunków  zewnętrznych,  lecz  od  właściwości  jądra.  Ma 

ona  wymiar  s

-1

  i  charakteryzuje  tę  część  jąder,  które  rozpadają  się  w  jednostce  czasu,  tzn. 

określa  prędkość  rozpadu  radioaktywnego.  Drugą  charakterystyczną  cechą  promieniowania 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

38

radioaktywnego  jest  tzw.  czas  połowicznego  rozpadu  (T

m

).  Tak  nazywa  się  czas,  w  ciągu 

którego  rozpada  się  połowa  początkowej  liczby  jąder,  lub  też  czas,  po  upływie  którego 
połowa początkowej liczby jąder jeszcze nie uległa rozpadowi. Wzór określa zależność czasu 
połowicznego rozpadu od stałej rozpadu: 

λ

0,693

λ

ln2

T

1/2

=

=

 

Czas  połowicznego  rozpadu  poszczególnych  izotopów  promieniotwórczych  jest  różny, 

lecz  dla  każdego  z  nich  stały.  Waha  się  w  bardzo  szerokich  granicach,  od  miliardów  lat  do 
milionowych  części  sekundy.  Czasy  te  są  niezależne  od  warunków  fizyczno-chemicznych, 
w jakich  aktualnie  dane  izotopy  się  znajdują.  Liczba  rozpadów  przypadająca  na  jednostkę 
czasu  nosi  nazwę  aktywności  źródła  radioaktywnego.  Jest  ona  równa  iloczynowi  stałej 
rozpadu i liczby jeszcze nierozpadłych jąder (źródła). 

Obecnie, według SI, jednostką aktywności ciała promieniotwórczego jest bekerel. Równa 

się  on  aktywności  ciała  promieniotwórczego,  w  którym  jedna  samoistna  przemiana  jądrowa 
zachodzi  w  czasie  1  s.  Zawartość  pierwiastków  radioaktywnych  w  skałach  zmienia  się 
w szerokich granicach. Ogólną prawidłowością jest to, że skały kwaśne, a szczególnie granity 
obfitują  w  te  pierwiastki,  natomiast  skały  zasadowe  i  ultrazasadowe  są  w  nie  znacznie 
uboższe. Rodzaj i ilość pierwiastków radioaktywnych w skałach osadowych zależy od składu 
mineralnego  i  chemicznego  oraz  radioaktywności  materiału  osadowego,  a  także  warunków 
osadzania.  Najwięcej  pierwiastków  radioaktywnych  zawierają  iły  (szczególnie  ciemne  iły 
głębokowodne),  utwory  ilaste  i  sole  potasowe.  Stosunkowo  małą  radioaktywnością  cechują 
się  piaski,  piaskowce,  dolomity,  wapienie,  węgiel  brunatny  i  kamienny  oraz  anhydryty. 
Pomiarów  radioaktywności  skał  dokonujemy  za  pomocą  liczników  promieniowania,  które 
zostały omówione w jednostce Z3.03 „Obsługiwanie aparatury do pomiarów geofizycznych” 

Rozpadowi  pierwiastków  radioaktywnych  w  Ziemi  towarzyszy  wydzielanie  ciepła 

(radiogenicznego).  Pokrywa  ona  znaczną  część  energii  cieplnej,  która  z  Ziemi 
wypromieniowuje. 

 

Termiczne właściwości skał 

Ciepło  jest  to  energia,  jaką  ciało  o  wyższej  temperaturze  przekazuje  będącemu  z  nim 

w kontakcie  ciału  o  niższej  temperaturze  w  procesie  dochodzenia  obu  ciał  do  równowagi 
cieplnej (do jednakowej temperatury). Ilość energii wewnętrznej, którą ciało (substancja, skała) 
traci  lub  zyskuje  podczas  wymiany  ciepła  nazywa  się  ilością  ciepła  Q.  Zgodnie  z  układem  SI 
ilość  ciepła  wyraża  się  w  dżulach  (J).  Ważną  i  w  praktyce  ciągle  jeszcze  używaną  jednostką 
ciepła jest kaloria (1 cal) i jej pochodna kilokaloria (1 kcal): 1 cal = 4,1868 J. 

Doświadczenie  wykazuje,  że  ilość  ciepła 

Q,  jaką  trzeba  dostarczyć  ciału,  aby  jego 

temperatura  wzrosła  od  T

1

  do  T

2

  (T

2

  >  T

1

,  jest  proporcjonalna  do  masy  ciała  (m)  i  różnicy 

temperatur (T

2

 – T

1

), co można wyrazić wzorem: 

Q = m·c(T

2

-T

1

Litera  c  oznacza  współczynnik  proporcjonalności,  którego  wartość  zależy  od  rodzaju 

ciała  (skały)  oraz  warunków,  w  jakich  zachodzi  wymiana  ciepła  (np.  stałe  ciśnienie). 
Współczynnik c jest liczbowo równy ilości ciepła potrzebnej do ogrzania jednostki masy ciała 
(skały)  o  1  K  i  nazywany  ciepłem  właściwym  lub  cieplną  pojemnością  właściwą,  która 
wyrażamy dżul na kilogram i kelwin. 

Ciała  (skały)  różnią  się  pod  względem  ilości  ciepła,  jaka  jest  niezbędna  do  wywołania 

określonego wzrostu temperatury tego ciała (skały). Stosunek ilości ciepła 

Q dostarczonego 

ciału (skale) do odpowiadającemu temu ciepłu przyrostowi temperatury 

T = T

2

 – T

1

 nazywa 

się pojemnością cieplną (C) ciała. 

Ciepło  właściwe  c  danego  ciała  (skały)  nie  jest  stałe  i  zależy  od  temperatury  (od 

przedziału  temperatury)  tego  ciała.  Ze  wzrostem  wilgotności  skały  ciepło  właściwe  c  skały 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

39

rośnie.  Ciepło  właściwe  c  skał  osadowych  zmienia  się  w  granicach  795–1005  J/(kg·K),  skał 
wylewnych zaś – 628–837 J/(kg·K). 

Ciało  (skała)  o  dużym  przewodnictwie  cieplnym 

λ

  jest  dobrym  przewodnikiem  ciepła 

i odwrotnie o małym przewodnictwie cieplnym jest złym przewodnikiem ciepła, czyli dobrym 
izolatorem ciepła. 

Przewodnictwo  cieplne 

λ

  skał  o  teksturze  warstwowanej  jest  inne  w  kierunku 

warstwowania,  a  inne  w  kierunku  prostopadłym  do  niego.  Dla  skał  przewodnictwo  cieplne 
mierzone w kierunku równoległym do uwarstwienia jest większe od przewodnictwa cieplnego 
mierzonego w kierunku prostopadłym do uwarstwienia.  

Wartość  współczynnika  anizotropii  zależy  od  porowatości  skał,  kształtu  ziaren  oraz  od 

stosunku  przewodnictwa  cieplnego  tych  ziaren  do  przewodnictwa  cieplnego  ośrodka 
wypełniającego  pory  skały.  Największą  anizotropię  wykazują  fyllity,  łupki  ilaste,  łupki 
grafitowe, iłowce i gnejsy, najmniejszą – anhydryty, dolomity i wapienie. 

Wyrażenie 

x

T

 – nosi nazwę gradientu temperatury. Wskazuje on jak szybko zmienia się 

temperatura  ciała  wzdłuż  rozpatrywanego  kierunku  rozchodzenia  się  ciepła.  Strumień  ciepła 
jest więc proporcjonalny do gradientu temperatury (prawo Fouriera). 

W  rozważaniach  dotyczących  przenoszenia  ciepła  w  skorupie  ziemskiej,  gdzie 

temperatura  ulega  zmianom  w  czasie,  korzysta  się  ponadto  z  pojęcia  przewodnictwa 
temperaturowego 

α

, wyrażającego się wzorem: 

=

s

m

ρ

c

λ

α

2

 

Jego wartość: 

 

maleje ze wzrostem gęstości o skal, 

 

wzrasta ze wzrostem wilgotności skał, ale tylko do pewnych granic, a następnie maleje, 

 

jest niezależna od stopnia mineralizacji roztworów wodnych, 

 

maleje ze wzrostem temperatury skał, 

 

zależy od uwarstwienia. 
Ciało  (np.  żelazo)  nagrzane  do  wysokiej  temperatury  świeci,  tzn.  wysyła  widzialne 

promienie  –  światło.  Gdy  do  tego  ciała  zaczniemy  zbliżać  dłoń  od  dołu,  to  przy  pewnej 
odległości dłoni od nagrzanego ciała poczujemy dopływ ciepła. Ciepło nie dochodzi do dłoni 
drogą przewodnictwa, bo w gazach i powietrzu jest ono bardzo małe. Nie może to być także 
strumień ogrzanego powietrza, gdyż nagrzane powietrze unosi się ku górze i naszej dłoni nie 
osiąga.  Mamy  tu  więc  do  czynienia  z  innym  rodzajem  wymiany  ciepła  niż  przewodnictwo 
i konwekcja,  a  mianowicie  z  promieniowaniem.  Wyróżnia  się  promieniowanie  widzialne  – 
światło  i  promieniowanie  niewidzialne,  tzw.  podczerwone.  Słońce  oprócz  promieniowania 
widzialnego  jest  potężnym  źródłem  promieniowania  niewidzialnego.  Cała  przestrzeń  poza 
granicami  naszej  atmosfery  nie  zawiera  materii,  istnieje  tam  prawie  idealna  próżnia, 
a w próżni  nie  może  zachodzić  przenoszenie  ciepła  ani  za  pomocą  przewodnictwa,  ani  za 
pomocą konwekcji, a więc ciepło Słońca na Ziemię jest przekazywane drogą promieniowania. 

Promieniowanie  widzialne  oraz  promieniowanie  podczerwone  stanowią  część 

promieniowania  elektromagnetycznego,  które  rozciąga  się  od  promieni 

γ

 poprzez  promienie 

X,  ultrafiolet,  promieniowanie  widzialne,  podczerwień,  mikrofale  aż  do  długich  fal 
radiowych.  Wszystkie  ciała,  w  tym  również  skały,  w  temperaturze  powyżej  zera 
bezwzględnego  promieniują  energię  elektromagnetyczną,  czyli  wysyłają  fale  o  różnej 
częstotliwości  i  długości.  Właściwość  ta  jest  współcześnie  szeroko  wykorzystywana 
w badaniach  geofizycznych  i  geologicznych,  szczególnie  wykonanych  w  samolotach  i  za 
pośrednictwem satelitów. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

40

Właściwości termiczne skał są określane laboratoryjnie na próbkach pobranych z rdzeni 

wiertniczych  lub  z  odkrywek.  Znanych  jest  kilka  sposobów  wyznaczania  tych  właściwości. 
W Polsce przewodność cieplna I jest wyznaczana głównie metodą bezwzględną (rys. 8). 

 

Rys. 8.  Schemat procesu  wyznaczania przewodnictwa cieplnego: 1 – próbka skalna, 2 – grzejnik elektryczny,  

3 – chłodnica, 4, 5, 6, 7 – izolatory ciepła [6, s. 13]

 

 

W  metodzie  tej  badaną  próbkę  skalną  1  umieszcza  się  pomiędzy  elektrycznym 

grzejnikiem 2 i chłodnicą 3, a następnie mierzy temperaturę T

1

 na dolnej powierzchni próbki 

i temperaturę T

2

 na górnej powierzchni próbki. Temperatury T

1

 i T

2

 są określane za pomocą 

termopar. Z wzoru: 





=

K

m

W

∆T

S

U

d

I

λ

'

 

gdzie: 
U – napięcie w V, 
I – natężenie prądu w A, 
S – powierzchnia czynna próbki w m

2

d – grubość próbki w m, 

T = T

1

-T

w K, 

określa się pozorną przewodność cieplną 

λ

. Wartość rzeczywistą przewodności cieplnej 

λ

 

otrzymuje się za pomocą krzywej kalibracji aparatury pomiarowej. 

Ciepło właściwe c wyznacza się za pomocą kalorymetru lub tzw. metodą porównawczą. 

Pomiar  kalorymetrem  przeprowadza  się  następująco:  próbkę  skalną  rozdrabnia  się,  waży 
i ogrzewa  do  określonej  temperatury  T,  następnie  wkłada  się  ją  do  płynu  w  kalorymetrze 
i mierzy temperaturę tego płynu T

2

Wartość c określa się z wzoru: 

)

T

(T

m

)

T

(T

K)

(m

c

2

2

1

2

1

=

 

gdzie: 
m

1

 – masa wody w kg,  

m

2

 – masa próbki w kg,  

T

1

 – temperatura początkowa płynu w K,  

T

2

 – temperatura końcowa płynu w K,  

T – temperatura nagrzanej próbki w K,  
K – stała kalorymetru. 
Metoda  porównawcza  polega  na  równoczesnym  ogrzewaniu  w  tych  samych  warunkach 

próbki  wzorcowej  o  znanym  cieple  właściwym  i  próbki  badanej.  Ciepło  właściwe  badanej 
skały uzyskuje się przez porównanie ilości ciepła doprowadzonego do obu próbek.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

41

4.2.2.  Pytania sprawdzające 

 
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 

1.

 

Co nazywamy gęstością a co gęstością pozorną skał? 

2.

 

Jak wyznaczamy gęstość skał metoda piknometryczną? 

3.

 

Co nazywamy porowatością? 

4.

 

Co nazywamy kompakcją skał? 

5.

 

Od czego zależy twardość skały? 

6.

 

Jak wyznaczamy zwięzłość skał? 

7.

 

Na czym polega plastyczność skał? 

8.

 

Co nazywamy urabialnością skały? 

9.

 

Jak wyznaczamy urabialność skały? 

10.

 

Co czego służy tarcza Bohmego? 

11.

 

Jak sprawdzamy właściwości magnetyczne skał?  

12.

 

Co nazywamy ciepłem właściwym skał? 

13.

 

Jak wyznaczamy przewodnictwo cieplne skał?  

 

4.2.3.  Ćwiczenia 

 
Ć

wiczenie 1 

Wyznacz ciepło właściwe skały za pomocą kalorymetru. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

zorganizować stanowisko pomiarowe, 

2)

 

dobrać wzory do wykonania ciepła właściwego, 

3)

 

rozdrobnić próbkę skalną,  

4)

 

wyznaczyć masę próbki skalnej, 

5)

 

ogrzać próbkę skalną do określonej temperatury T,  

6)

 

wyznaczyć masę m

1

 wody w kalorymetrze, 

7)

 

zmierzyć temperaturę wody T

1

 w kalorymetrze, 

8)

 

włożyć próbkę skalną do płynu w kalorymetrze i zmierzyć temperaturę tego płynu T

2

9)

 

wyznaczyć ciepło właściwe próbki ze wzoru, 

10)

 

zaprezentować wyniki pomiarów. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−−−−

 

próbki skał, 

−−−−

 

kalorymetr, termometr, waga, 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

 
Ć

wiczenie 2 

Wyznacz udarność próbki skalnej za pomocą aparatu Page’a. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

dobrać sześcienną kostkę o wymiarach 25 x 25 x 25 mm, 

2)

 

opuścić na próbkę o takich wymiarach ciężarek o masie 2 kg z wysokości 1 cm, 

3)

 

zwiększyć wysokość za każdą próbą o 1 cm,  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

42

4)

 

obserwować próbkę i notować wysokość, przy której nastąpiło jej rozbicie, 

5)

 

określić wysokość, z której spuszczony ciężarek powoduje zniszczenie próbki jako miarę 
wytrzymałości próbki na udarność.  

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−−−−

 

aparat Page’a, 

−−−−

 

próbki skalne, 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

 

Ć

wiczenie 3 

Zbadaj ścieralność materiału kamiennego za pomocą tarczy Bohmego. 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

dobrać próbkę kamienną o wymiarach 7,1 x 7,1 x 7,1 cm, 

2)

 

zmierzyć próbki w środkach krawędzi oraz zważyć, 

3)

 

umieścić próbkę w uchwycie aparatu zwanego tarczą Bohmego,  

4)

 

obciążyć próbkę ciężarem 30 kg, 

5)

 

posypać  tarczę  na  całej  długości  ścierania  20  gramami  proszku  ściernego 
elektrokorundowego,  

6)

 

uruchomić tarczę, 

7)

 

zamieść i nasypać nową porcję świeżego proszku, po każdych 22 obrotach proszek wraz 
z startym materiałem, 

8)

 

obrócić próbkę o kat 90° po 110 obrotach i dalej kontynuować ścieranie, 

9)

 

powtórzyć czynności 4-krotnie co 110 obrotów, 

10)

 

wyjąć próbkę z uchwytu po 440 obrotach tarczy i zmierzyć stratę masy, 

11)

 

obliczyć ścieralność wg wzoru. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy:  

−−−−

 

próbka kamienna, 

−−−−

 

proszek elektrokorundowy, 

−−−−

 

waga, przyrządy pomiarowe, 

−−−−

 

tarcza Bohmego, 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

43

4.2.4.  Sprawdzian postępów 

 
Czy potrafisz: 
 

Tak 

Nie 

1)

 

dobrać metody sprawdzenia właściwości skał? 

 

 

2)

 

przygotować próbki do pomiarów? 

 

 

3)

 

posłużyć się aparaturą pomiarową? 

 

 

4)

 

wyjaśnić pojęcia ścieralności? 

 

 

5)

 

wyznaczyć ścieralność za pomocą tarczy Bohmego? 

 

 

6)

 

wyznaczyć udarność próbek skalnych? 

 

 

7)

 

zinterpretować wyniki pomiarów? 

 

 

8)

 

dobrać  narzędzia  pomiarowe  do  wyznaczenia  ciepła  właściwego 
skał? 

 

 

9)

 

wyznaczyć ciepło właściwe? 

 

 

10)

 

przeprowadzić próbę wytrzymałości? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

44

4.3. 

Analizowanie właściwości wód 

 
4.3.1.  Materiał nauczania 

 
Do  najczęściej  wykonywanych  pomiarów  należy  badanie  właściwości  fizycznych 

i fizykochemicznych wody, do których zaliczamy: 
1)

 

odczyn wody, 

2)

 

temperatura wody, 

3)

 

potencjał redox, 

4)

 

przewodność elektrolityczna właściwa mierzona na wypływie wody z ujęcia, 

5)

 

absorbancja wody przy λ = 254 nm i λ = 436 nm (długości fal świetlnych), 

6)

 

całkowita aktywność promieniotwórcza α i β, 

226

Ra, 

222

Rn. 

Badania  wody  wykonywane  są  najczęściej  w  otworach  wiertniczych,  które  wytycza  się 

w terenie  zgodnie  z  zatwierdzonym  projektem  na  podstawie  załączonego  szczegółowego 
planu  sytuacyjno-wysokościowego,  który  posiada  uzgodnioną  lokalizację.  W  przypadku 
wątpliwości  dotyczących  podziemnego  uzbrojenia  terenu  należy  w  miejscu  wiercenia 
wykonać  szybik  o  głębokości  1,5–2,5 m.  Dotyczy  to  szczególnie  terenów  zakładów 
przemysłowych i starych dzielnic miast. W terenach, gdzie brak stałej zabudowy, lokalizacje 
otworów  należy  wytyczyć  geodezyjnie.  W  przypadku  braku  szczegółowych  planów  należy 
lokalizacje  otworów  domierzyć  do  stałych  punktów,  sporządzając  przy  tym  szkic. 
W obszarach  zabudowanych  wytyczanie  lokalizacji  otworów  może  być  wykonane  metodą 
domiarów  do  poszczególnych  elementów  zagospodarowania  (drogi,  budynki,  itp.).  Próbki 
skał podczas wiercenia należy pobierać przy każdej zmianie litologicznej, nie rzadziej jednak 
niż  co  2  m  postępu  wiercenia.  Przy  przewiercaniu  warstwy  wodonośnej  próbki  należy 
pobierać co 1 m. Próbki umieszcza się w znormalizowanych skrzynkach  wiertniczych, które 
odpowiednio zabezpieczone na terenie wiertni tworzą magazyn próbek wiertniczych. 

Zgodnie  z  rozporządzeniem  Ministra  Środowiska  z  dnia  19  grudnia  2001 r.  w  sprawie 

gromadzenia  i udostępniania  próbek  i  dokumentacji  geologicznych  (Dz.  U.  Nr  153,  poz. 
1780) 

próbki 

geologiczne 

uzyskane 

przy 

prowadzeniu 

prac 

dokumentacyjnych 

w hydrogeologii  są  próbkami  czasowego  przechowywania  i wykonawca  prac  geologicznych 
zobowiązany jest do ich przechowywania w magazynie. 

Likwidacja  próbek  może  nastąpić  po  przyjęciu  dokumentacji  hydrogeologicznej  przez 

właściwy organ administracji geologicznej. 

Pomiarów  możemy  dokonywać  specjalnymi  sondami.  Sonda  przeznaczona  do 

monitoringu  wód  podziemnych  i  powierzchniowych.  Wykonuje  pomiary  następujących 
parametrów:  tlenu  rozpuszczonego,  konduktywności,  temperatury,  pH,  potencjału  redox 
w słodkich, słonych i zanieczyszczonych wodach.  

Urządzenie to posiada niewielkie rozmiary (średnica ok. 4,2 cm) i może współpracować 

z  czytnikiem  danych  YSI  650  lub  komputerem  PC.  Elektroda  referencyjna  pH  jest  łatwo 
wymienialna w warunkach polowych, pomiar tlenu jest niezależny od mieszania.  

Dane techniczne:  

 

medium: słodka, morska i zanieczyszczona woda, 

 

temperatura: od -5 do +70 °C, 

 

interfejs: RS-232, SDI-12 Pamięć: 384 K (około 150 000 wyników), 

 

software: EcoWatch, dyskietka 3,5”(Windows 3.1 i nowsze, 4 MB RAM min), 

 

rozmiar: 4,32 x 54,1 cm, 

 

waga z bateriami: 0,7 kg, 

 

Zasilanie zewnętrzne: 12 V DC. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

45

Monitoring wód gruntowych 

Wody gruntowe są jedną z dróg ucieczki materii poza ekosystem. Płytkie wody gruntowe 

mogą  również  zasilać  roślinność  w  składniki  biogeniczne.  Zakres  monitoringu  wód 
gruntowych  jest  ściśle  uzależniony  od  dobrego  rozpoznania  warunków  hydrogeologicznych 
zlewni.  Wody  gruntowe  opróbowywać  można  zarówno  na  powierzchni  terenu  (źródła)  jak 
w głębi gleb i skał, w studniach, piezometrach i otworach wiertniczych. 

Punkty pomiarowe monitoringu lokalizuje się strefie drenażu wód gruntowych w obrębie 

zlewni,  tam  gdzie  zlokalizowane  są  źródła  lub  studnie.  Zalecane  jest  zainstalowanie 
dodatkowego  profilu  piezometrów  obejmującego  zarówno  strefę  zasilania,  spływu  jak 
i drenażu. Profil powinien być usytuowany prostopadle do poziomic, od wododziału do cieku.  

 

Rys. 9. Lokalizacja stanowisk monitoringu wód gruntowych w obrębie zlewni (Manual 1993) [11]

 

 
Pomiary  powinny  być  prowadzone  jednocześnie  we  wszystkich  punktach  sieci 

obserwacyjnej w jednoznacznie ustalonych terminach. 

 

Pomiar stanu wód podziemnych w piezometrach 

Najczęściej  stosowanym  i  najprostszym  przyrządem  do  pomiaru  stanu  wód,  jest 

świstawka  z  taśmą  parcianą  zbrojoną  drutem  stalowym.  Świstawka  jest  tak  przytwierdzona, 
by  odczyt  na  taśmie  uwzględniał  wymiary  świstawki.  W  przeciwnym  przypadku  należy  do 
pomiarów  wprowadzać  poprawkę  uwzględniającą  jej  długość.  Dokładność  pomiaru  takim 
przyrządem wynosi zwykle 1 centymetr, a maksymalna głębokość pomiaru – 50 metrów. 

 

Rys. 10

Lokalizacja i sposób instalacji lizymetrów i piezometrów na transekcie stokowym (Manual 1993) [11]

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

46

Pomiar  świstawką  prowadzi  się  od  ściśle  określonego  miejsca,  wyraźnie  i  trwale 

oznakowanego  na  krawędzi  piezometru  lub  jego  obudowy.  Punkt  ten  powinien  mieć 
określoną rzędną oraz wzniesienie względem powierzchni terenu. Pomiaru dokonuje się w ten 
sposób,  że  świstawkę  na  taśmie  opuszcza  się  do  otworu.  Po  usłyszeniu  gwizdu  (powietrza 
wypartego przez wodę ze świstawki) podnosi się świstawkę kilkanaście centymetrów do góry 
i  energicznie  kilkakrotnie  opuszcza  się  by  ustalić  dokładnie  punkt  zetknięcia  się  jej  ze 
zwierciadłem wody (słychać gwizd). Następnie dokonuje się odczytu z taśmy, głębokości do 
zwierciadła wody. 

Wynik  pomiaru  jest  zapisywany  przez  obserwatora  natychmiast  po  jego  wykonaniu 

w odpowiednim  notatniku,  a  po  powrocie  do  stacji  przepisany  do  dziennika  pomiarowego. 
W dzienniku  oprócz  daty,  godziny  i  wyniku  pomiaru  odnotowuje  się  stan  pogody 
i ewentualnie  istnienie  innych  zjawisk  mogących  mieć  wpływ  na  wynik  pomiaru. 
Bezwzględnie  należy  zanotować  ewentualne  uszkodzenia  lub  niesprawności  świstawki  lub 
taśmy, zmiany przyrządu pomiarowego itp. 

 

Pomiar wydajności źródła 

W  przypadku  prowadzenia  badań  źródła,  dokonuje  się  pomiaru  jego  wydajności,  która 

dobrze charakteryzuje jego dynamikę i reżim zasilania. Stan wody w źródle jest zwykle stały 
lub zmienia się nieznacznie. Podstawowe metody pomiaru wydajności źródła, to: 
1.

 

Metoda naczyń podstawianych – przy małych wydajnościach, do 50 litrów na minutę. 

2.

 

Metoda przelewów pomiarowych – przy większych wydajnościach, powyżej 30 litrów na 
minutę. 
W obydwu metodach konieczna jest budowa przelewu poniżej wypływu wody ze źródła 

skoncentrowanego  lub  miejsca  połączenia  się  wypływów  ze  strefy  wysięków,  podmokłości 
lub  kilku  źródeł,  których  wydajność  chcemy  mierzyć  łącznie.  Przelew  ma  być  tak 
skonstruowany by ujmował całość wypływających wód, nie powodował podpiętrzenia wody 
w  źródle  (bo  zmieni  to  naturalne  warunki  wypływu  wody  i  wydajność  źródła)  i  nie 
dopuszczał  do  przedostawania  się  do  układu  pomiarowego  wód  spływających  po  zboczu, 
w czasie trwania opadów lub wód roztopowych. 

W  obydwu  przypadkach  należy  odnotować  stan  pogody,  np.  okres  intensywnych 

roztopów czy opadów oraz wszelkie inne fakty mogące mieć wpływ na wynik pomiaru. 

 

Opróbowanie punktu badawczego 

Do  poboru  próbek  wody  z  piezometru  stosowane  są  pompy  i  próbniki.  Można  tu 

wykorzystywać: pompy stojakowe, ssąco-tłoczące (maksymalnie do głębokości 6–8 metrów), 
pompy  elektryczne,  zatapiane  typu  „Giant”  lub  „Whale”,  próbniki.  Ze  źródła  próbkę  wody 
pobieramy za pomocą naczynia cechowanego. 

Przed wykonaniem badań polowych i pobraniem próbki, ale już po wykonaniu pomiaru 

głębokości do zwierciadła wody, z otworu studziennego nieeksploatowanego lub piezometru 
należy  zaczerpnąć  minimum  trzy  objętości  słupa  wody  stagnującej  w  otworze.  W  trakcie 
pompowania  oczyszczającego  maksymalnie  głęboko  zanurza  się  pompę  zatapianą  lub 
przewód  ssawny  pompy  stojakowej.  Podstawą  decyzji  o  możliwości  pobrania  próbki  jest 
stabilność  mierzonej  w  czasie  pompowania  oczyszczającego  elektrycznej  przewodności 
właściwej i odczynu.  

Zakres i procedura pomiarów i badań polowych przedstawia się następująco: 

a)

 

pomiar  temperatury  wody,  najlepiej  –  termometrem  cyfrowym  lub  cieczowym 
z dokładnością pomiaru 0,1°C, 

b)

 

pomiar odczynu – pehametrem, 

c)

 

pobieranie  próbek  wody  do  badań  laboratoryjnych:  do  pobierania  próbek  wody  należy 
wykorzystywać pojemniki z propylenu: 

 

próbka anionowa o pojemności 250 cm

3

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

47

 

wodą napełnia się naczynie do pełna, „pod nakrętkę”, bez pozostawiania pęcherzyka 
powietrza, próbka kationowa o pojemności 60–125 cm

3

, utrwalona kwasem solnym 

w ilości 5 cm

3

 HCl (1+1) na każde 100 cm

badanej wody, 

 

próbka  kationowa  musi  być  bezwzględnie  przesączona  zalecane  jest  przesączanie 
również  próbki  anionowej  i  innych  jeśli  są  one  pobierane  z  zastosowaniem  filtra 
membranowego o porach 0,45 

µ

m i strzykawki o pojemności 20 cm

3

,  

 

wodą napełnia się naczynie do zaznaczonego na nim poziomu. 

Pobrane  próbki  wody  odpowiednio  oznakowane  (podwójne  napisy  na  butelkach) 

i zabezpieczone, z wypełnioną metryką poboru próbek powinny być przesłane w pojemnikach 
izotermicznych  w  ciągu  2–5  dni  do  wybranego  laboratorium  chemicznego.  Do  zbierania, 
transportu  i  przechowywania  próbek  wód  gruntowych  należy  używać  pojemników  mytych 
każdorazowo roztworem kwasu. 

Próbki,  w  których  metale  oznaczane  będą  metodą  ICP  powinny  być  zakonserwowane 

poprzez dodanie 0,5 cm

3

 stężonego HNO

3

 cz.d.a. na każde 100 cm

3

 wody. Butelki z próbkami 

do momentu rozpoczęcia analiz należy przechowywać w ciemnym i chłodnym (4°C) otoczeniu. 
Czas  transportu  i  przechowywania  powinien  być  w  miarę  możliwości  zredukowany  do 
minimum.  Metodyki  laboratoryjne  oznaczania  właściwości  fizykochemicznych  próbki  wody 
gruntowej są analogiczne jak innych. 

 

Tabela 5. Parametry pomiarowe: program podstawowy [11] 

Parametr 

Kod 

Jednostka – dokładność 

(ilość miejsc dziesiętnych) 

Częstotliwość 

pomiarów 

stan wód gruntowych 

WL 

cm p.p.t.................. 0 

1/doba 

temperatura wody 

T_W 

°C........................... 1 

4 lub 12/rok 

odczyn pH 

PH_L25 

pH.......................... 2 

.... 

przewodność elektrolityczna właściwa 

CTY_ 

mS m

-1

.................... 1 

.... 

zasadowość 

ALK_NTG 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

wapń Ca 

CA_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

magnez Mg 

MG_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

sód Na 

NA_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

potas K 

K_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

siarka siarczanowa S-SO

4

 

SO4S_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

azot azotanowy N-NO

3

 

NO3N_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

azot amonowy N-NH

4

 

NH4N_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

fosfor ogólny P

ogól.

 

PTOT_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

chlorki Cl 

CL_ 

mg dm

-3

.................. 1 

.... 

mangan Mn 

MN_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

żelazo Fe 

FE_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

rozpuszczony węgiel organiczny RWO 

COR_D 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

 
Tabela 6.
 Parametry pomiarowe: program rozszerzony [11] 

Parametr 

Kod 

Jednostka – dokładność 

(ilość miejsc 

dziesiętnych) 

Częstotliwość 

pomiarów 

krzemionka SiO

2

 

SIO2_D 

mg dm

-3

.................. 1 

4 lub 12/rok 

glin ogólny Al

ogól.

 

AL_T 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

glin ruchomy Al

L

 

AL_L 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

kadm Cd 

CD_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

miedź Cu 

CU_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

ołów Pb 

PB_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

cynk Zn 

ZN_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

nikiel Ni 

NI_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

arsen As 

AS_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

chrom Cr 

CR_ 

µ

g dm

-3

.................. 1 

.... 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

48

Zapis danych w raporcie 

Pierwsze  dwie  kolumny  zawierają  kod  podprogramu.  Kod  medium  (kolumny  12–19) 

określa  czy  opróbowane  zostało  źródło  (SPRING)  czy  też  piezometr  lub  studnia  (TUBE). 
„Poziom” (kolumny 22–25) określa głębokość (w cm) pobrania próby poniżej poziomu wody 
w  piezometrze,  studni  lub  źródle.  „Skala”  (kolumny  32–34)  oznacza  ilość  pojedynczych 
punktów  poboru  prób.  Wartości  podawane  są  jako  średnie  arytmetyczne  miesięczne  lub 
kwartalne zależnie od przyjętej częstotliwości pomiarów. 

 

Stosowane urządzenia wielofunkcyjne 

 

Rys. 11. POWER PROBE

®

 model 9630-PTO [12] 

 

POWER PROBE model 9630 PTO jest samobieżną sondą geologiczną zamontowaną na 

samochodzie terenowym FORD F-450 4WD.  Została ona zaprojektowana i zbudowana jako 
uniwersalne  urządzenie  do  prowadzenia  prac  w  zakresie  ochrony  środowiska  oraz  badań 
geotechnicznych.  Podstawową  metodą  wierceń  w  celu  poboru  prób  gruntu,  wody  gruntowej 
i powietrza  gruntowego  jest  metoda  udarowa,  która  polega  na  wprowadzeniu  w  grunt 
odpowiedniego próbnika.  

 

Wiercenia okrętne (SZNEK)  

Firma AMS przystosowała swój najnowszy model 9630-PTO także do wierceń okrętnych 

–  sznekiem,  poprzez  zainstalowanie  silnika  hydraulicznego  o  momencie  obrotowym  3253 
N·m.  Dzięki  temu  możliwe  jest  posadowienie  piezometrów  obserwacyjnych  o  średnicy 
80 mm do głębokości 15 metrów.  

 

Rys. 12. Skład sekcji wiertniczej [12]

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

49

Jedna sekcja wiertnicza składa się ze szneka o długości 1,2 metra z przelotem o średnicy 

108  mm  oraz  z  żerdzi  z  końcówką  zamykającą  przelot  szneka.  W  tracie  wiercenia  żerdź 
z końcówką  zamykającą  zainstalowana  jest  wewnątrz  szneka,  blokując  tym  samym  jego 
przelot.  Po  odwierceniu  wymaganej  głębokości,  żerdzie  wraz  z  końcówką  blokującą 
wyciągane  są  na  powierzchnie  otwierając  tym  samym  przelot  szneka    co  umożliwia 
wykonanie obsypki i instalację filtra.  
 
Sondowanie CPT  

Wykorzystanie  sondy  Power  Probe  daje  możliwość  prowadzenia  terenowych  badań 

geotechnicznych, prace rozwojowe pozwoliły na przystosowanie sondy do współpracy z sondą 
statyczną CPT, która pozwala określić podstawowe parametry geotechniczne, takie jak:  

 

opór stożka – qc, 

 

opór tarcia gruntu na tulei – fs, 

 

współczynnik tarcia – Rf, 

 

ciśnienie wody w porach – u. 

 

 

Rys. 13. Obraz otrzymywany za pomocą sondy Power Probe [12]

 

 
W  sondzie  Pawer  Probe  zastosowano  bezprzewodową  metodę  zapisywania  danych. 

W próbniku  wciskanym  w  grunt  zainstalowany  jest  mikroprocesor  rejestrujący  wszystkie 
parametry. Po zakończeniu sondowania i wyciągnięciu na powierzchnie sonda podłączana jest 
do  komputera,  który  sczytuje  wszystkie  wyniki,  wyświetlając  je  bezpośrednio  na  monitorze 
komputera.  Sonda  Power  Probe  umożliwia  także  pobór  prób  gruntu  o  nienaruszonej 
strukturze z dowolnych interwałów głębokości.  
 
Pobór prób gruntu  

Próbki  gruntu  można  pobierać  w  sposób  ciągły  wzdłuż  całego  profilu  sondowania,  lub 

tylko z wybranych głębokości (rys. 14). Próbnik składa się z metalowej rury o długości 60 lub 
120  cm  o  średnicy  wewnętrznej  27  lub  44  mm,  z  nakręconymi  z  obu  stron  końcówkami 
powodującymi,  że  jest  on  całkowicie  szczelny  w  trakcie  wciskania  w  ziemię.  Po 
wprowadzeniu  próbnika  na  odpowiednią  głębokość,  zostaje  on  otwarty,  a  następnie  wbity 
w głąb  gruntu,  który  wypełnia  plastikową  tubę  znajdującą  się  wewnątrz  próbnika.  Po 
wyciągnięciu  próbnika  na  powierzchnię,  tubę  wypełnioną  glebą  zastępuje  się  nową,  pustą 
tubą i próbnik jest gotowy do dalszego użytku. Wielkość próbnika dobiera się w zależności od 
tego  jaka  ilość  gruntu  potrzebna  jest  do  analizy.  Z  mniejszego  próbnika  uzyskuje  się  60  cm 
rdzenia o masie około 600 g, z większego 120 cm rdzenia o masie ponad 3000 g. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

50

 

 

Rys. 14.  Fazy pobierania próbki gruntu: A – otwór po pierwszej 

próbie,  B  –  wbijanie  uzbrojonego  próbnika  w ziemię,  
C – otwieranie próbnika, D – pobieranie próbki [12] 

Rys. 15. Opróbowanie wody gruntowej [12] 

 

Próbniki  do  gruntu  pozwalają  także  na  bardzo  dokładne  profilowanie  ciągłe  otworu  – 

hermetycznie  zamknięte,  plastikowe,  przezroczyste  tuby  mogą  być  przewiezione  do 
laboratorium i tam szczegółowo opisane.  

Próbnik  do  pobierania  wody  gruntowej  (rys.  15)  składa  się  z  metalowej  rury  osłonowej 

(ekranu)  o średnicy  2,5  cm  oraz  wewnętrznej  perforowanej  rury  metalowej  (filtra).  Średnica 
szczelin  w filtrze  wynosi  0,145  mm,  a  długość  próbnika  60  lub  120  cm.  W  czasie 
wprowadzania próbnika w głąb ziemi jest on zamknięty i całkowicie szczelny. Po osiągnięciu 
pożądanej  głębokości,  ekran  jest  podciągany  do  góry  o  ok.  60  cm.  Wtedy  można  dokonać 
pomiaru  poziomu  wody  gruntowej  i  pobrać  jej  próbkę  poprzez  wprowadzony  wewnątrz  rur 
osłonowych wąż plastikowy (jednorazowego użytku) o średnicy 9,5 mm, który połączony jest 
z  odpowiednią  pompką.  Wprowadzenie  próbnika  na  głębokość  np.  10  m,  przepompowanie 
otworu  i  pobranie  próbki  wody  o  objętości  kilku  litrów  zajmuje  nie  więcej  niż  pół  godziny. 
Woda z otworu wlewana jest bezpośrednio do naczyń laboratoryjnych, dzięki czemu unika się 
jakichkolwiek  niepożądanych  wpływów  zewnętrznych  na  próbkę.  Pobrana  w  ten  sposób 
próbka wody jest schładzana i dostarczana do laboratorium.  

 

Pobór powietrza gruntowego  

Próbnik do pobierania powietrza gruntowego zbudowany jest podobnie jak próbnik wody 

(rys.  16).  W  czasie  wprowadzania  do  gruntu  jest  zamknięty  i  szczelny.  Po  osiągnięciu 
właściwej  głębokości,  do  próbnika  wkręca  się  jednorazowego  użytku  wąż  plastikowy, 
biegnący  wewnątrz  żerdzi  prowadzących.  Na  powierzchni  wąż  połączony  jest  z  pompą 
próżniową.  Przy  zamkniętym  próbniku  dokonuje  się  sprawdzenia  szczelności  układu. 
Następnie  próbnik  zostaje  otwarty  i  powietrze  jest  zasysane  dokładnie  z  tej  głębokości,  na 
którą  został  wprowadzony  próbnik.  Dzięki  specjalnej  budowie  końcówki  próbnika,  możliwe 
jest  przeprowadzenie  badania  powietrza  wzdłuż  całego  profilu  wykonanego  otworu.  W  celu 
zapobieżenia mieszaniu się powietrza z różnych głębokości, przepompowuje się otwór przed 
każdym  pobraniem  próbki.  Pobierana  następnie  specjalną  strzykawką  próbka  powietrza, 
całkowicie  wolna  od  wpływów  zewnętrznych,  poddawana  jest  analizie  na  miejscu  lub 
transportowana do laboratorium.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

51

 

Rys. 16. Pobór powietrza gruntowego [12] 
 

 

Opróbowanie  otworu  poprzez  pobranie  próbek  powietrza  gruntowego  jest  stosunkowo 

proste i tanie. Ten sposób opróbowania terenu jest bardzo przydatny dla oceny występowania 
zanieczyszczenia, jego zasięgu i kierunków migracji.  

 

Piezometry monitorujące  

Budowanie  piezometrów  przy  użyciu  sondy  POWER  PROBE  umożliwia  stworzenie 

systemu  monitoringu  środowiska  i  badanie  zmian  jakości  wody  gruntowej  i  powietrza 
gruntowego.  W  czasie  wykonywania  piezometru  otwór  jest  całkowicie  szczelny,  a  warstwy 
przewiercane  pozostają  nienaruszone  (nie  ma  możliwości  połączenia  dwóch  poziomów 
wodonośnych).  Na  stałe  pozostaje  w  ziemi  konstrukcja  zbudowana  z  rur  z  utwardzonego 
PCV,  z  filtrem  szczelinowym.  Filtr  jest  otoczony  obsypką  ze  szklanych  granulek  lub 
przesianego żwirku o odpowiednio dobranej wielkości ziaren. Wystająca ponad powierzchnię 
terenu  część  piezometru  zabezpieczona  jest  stalową  rurą  osłonową  z  zamknięciem.  Średnica 
otworu  do  badań  powietrza  gruntowego  wynosi  około  10  mm  (część  plastikowa  tkwiąca 
w ziemi), natomiast piezometr do badań wód gruntowych ma średnicę wewnętrzną od 25 do 
80 mm.  

Pełny  osprzęt  do  prowadzenia  monitoringu  to:  próbniki,  rurki  i  pompki  do  pobierania 

wody,  mierniki  poziomu  wody  gruntowej,  zestawy  do  pobierania  powietrza  gruntowego 
i inne. Dostosowany on jest do małych średnic otworów wykonywanych przez sondę POWER 
PROBE.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

52

 

Rys. 17. Pompa Iniekcyjna Ams [12] 

 
Pompa iniekcyjna jest urządzeniem przystosowanym do współpracy z sondą geologiczną 

POWER  PROBE.  Podstawowym  zadaniem  pompy  iniekcyjnej  jest  likwidacja  otworów 
geologicznych  przy  pomocy  zaczynu  cementacyjnego  wstrzykiwanego  pod  wysokim 
ciśnieniem (70 atm) do otworu.  

Pompa  iniekcyjna  może  być  także  wykorzystana  do  prac  remediacyjnych  na  terenach 

skażonych  substancjami  ropopochodnymi.  Zamiast  mleczka  cementowego,  w  strefę  wahań 
wód  gruntowych  wtłacza  się  środek  ORC.  Przyspiesza  on  naturalne  właściwości 
samooczyszczające  środowiska  wodno-gruntowego  poprzez  dostarczenie  tlenu  w  strefę 
skażoną. 

Zalety Sondy Power Probe: 

a)

 

wysoka wydajność przy pobieraniu próbek, 

b)

 

szeroki zakres badań: 

 

grunt, 

 

woda gruntowa, 

 

powietrze gruntowe, 

 

instalacja piezometrów o średnicy do 80 mm, 

 

profilowanie CPT, 

 

pobór prób o nienaruszonej strukturze NNS, 

c)

 

duża mobilność, 

d)

 

zmniejszenie do minimum możliwości przenoszenia zanieczyszczeń w trakcie pobierania 
próbek, 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

53

e)

 

instalowanie studni do napowietrzania i wentylacji gruntów, 

f)

 

punktowe iniekcje przy pracach remediacyjnych, 

g)

 

łatwość obsługi, 

h)

 

krótki czas wykonywania badań polowych. 

 
Tabela 7. 
Dane techniczne sondy Power Probe [12] 

Pionowy przesuw głowicy 

1520 mm 

Przesuw boczny 

1194 mm 

Siła wbijająca 

150 kN 

Siła wyciągająca 

182 kN 

Ciśnienie hydrauliczne 

138 atm. 

Częstość udaru 

30Hz 

Moment obrotowy 

3253 Nm 

Szybkość obrotów 

125 obr/min 

 

4.3.2.  Pytania sprawdzające 

 

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 

1.

 

Jakie badania wody wykonuje się najczęściej? 

2.

 

Jakie  są  zasady  wyznaczania  lokalizacji  otworów  do  pomiarów  właściwości  wód 
głębinowych? 

3.

 

Z jaką częstotliwością pobiera się próbki przy przewiercaniu warstwy wodonośnej? 

4.

 

Za pomocą, jakich urządzeń monitoruje się stan wód podziemnych? 

5.

 

Za pomocą, jakich urządzeń monitoruje się stan wód gruntowych? 

6.

 

Jakie są zasady pomiaru stanu wód w piezometrach? 

7.

 

Na czym polega opróbowanie punktu badawczego? 

8.

 

W jaki sposób zabezpieczamy próbki wody do transportu? 

9.

 

Do czego możemy wykorzystać urządzenia wielofunkcyjne typu Power Probe? 

 

4.3.3.  Ćwiczenia 

 
Ć

wiczenie 1 

Wykonaj pomiar temperatury wody w piezometrze. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 

2)

 

dobrać sondę pomiarową, 

3)

 

połączyć elementy zestawu pomiarowego, 

4)

 

sprawdzić stan otworu pomiarowego, 

5)

 

wykonać pomiar temperatury, odczytać wynik, 

6)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia.  
 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−−−−

 

piezometr, 

−−−−

 

zestaw z sondą do pomiaru temperatury, 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

54

Ć

wiczenie 2  

Określ,  jakie  czynności  wykonać  w  celu  pobrania  z  piezometru  i  przygotowania  do 

transportu próbek wody.  

 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

określić czynności polegające na przygotowaniu piezometru do pobrania próbek, 

2)

 

dobrać urządzenia umożliwiające pobieranie próbek z otworu, 

3)

 

określić rodzaj pojemników i ich przygotowanie do gromadzenia próbek, 

4)

 

określić sposób napełniania pojemników, 

5)

 

określić sposób przygotowania próbek do transportu, 

6)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia.  

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

 
Ć

wiczenie 3  

Określ, jakie jest przeznaczenie tego urządzenia i wskaż elementy jego budowy.  

 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)

 

określić przeznaczenie urządzenia, 

2)

 

przeanalizować dokumentację techniczną urządzenia, 

3)

 

rozpoznać elementy urządzenia i zapisać je na rysunku, 

4)

 

zaprezentować wyniki ćwiczenia.  
 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−−−−

 

dokumentacja techniczna urządzenia, 

−−−−

 

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

55

4.3.4.  Sprawdzian postępów 

 
Czy potrafisz: 
 

Tak 

Nie 

1)

 

dobrać urządzenia do wykonywania pomiarów w piezometrach? 

 

 

2)

 

pobrać próbki z piezometru? 

 

 

3)

 

rozróżnić połączenia rozłączne? 

 

 

4)

 

określić sposób monitorowania wód gruntowych? 

 

 

5)

 

przygotować próbki wody do transportu? 

 

 

6)

 

wskazać zastosowania urządzenia wielofunkcyjnego Power Probe? 

 

 

7)

 

posłużyć się dokumentacją techniczną urządzenia pomiarowego? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

56

5.  SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ 
 
INSTRUKCJA DLA UCZNIA 

1.

 

Przeczytaj uważnie instrukcję. 

2.

 

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 

3.

 

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 

4.

 

Test  zawiera  20  zadań  o  różnym  stopniu  trudności.  Wszystkie  zadania  są  zadaniami 
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa. 

5.

 

Udzielaj  odpowiedzi  tylko  na  załączonej  karcie  odpowiedzi  –  zaznacz  prawidłową 
odpowiedź  znakiem  X  (w  przypadku  pomyłki  należy  błędną  odpowiedź  zaznaczyć 
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową). 

6.

 

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 

7.

 

Kiedy  udzielenie  odpowiedzi  będzie  Ci  sprawiało  trudność,  wtedy  odłóż  jego 
rozwiązanie  na  później  i  wróć  do  niego,  gdy  zostanie  Ci  czas  wolny.  Trudności  mogą 
przysporzyć  Ci  zadania:  16–20,  gdyż  są  one  na  poziomie  trudniejszym  niż  pozostałe. 
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu. 

8.

 

Czas trwania testu – 30 minut. 

9.

 

Maksymalna  liczba  punktów,  jaką  można  osiągnąć  za  poprawne  rozwiązanie  testu 
wynosi 20 pkt. 

Powodzenia 

 

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 

 
1.

 

Minerałem nazywamy 
a)

 

najmniejszy uzyskany przez człowieka składnik skał budujących skorupę ziemską. 

b)

 

najmniejszy naturalny składnik skał budujących skorupę ziemską. 

c)

 

dowolny związek chemiczny występujący w postaci ciała stałego. 

d)

 

każdy pierwiastek chemiczny występujący w postaci ciała stałego. 

 
2.

 

Kryształ izometryczny jest wtedy, gdy 
a)

 

ma podobne wymiary w dwóch kierunkach, w trzecim zaś wymiar wyraźnie większy 
od dwóch poprzednich. 

b)

 

ma podobne wymiary w dwóch kierunkach, zaś w trzecim jest wyraźnie mniejszy od 
poprzednich. 

c)

 

ma różne wymiary w trzech kierunkach. 

d)

 

ma identyczne lub zbliżone wymiary w trzech kierunkach. 

 

3.

 

Rysa jest cechą minerału, która 
a)

 

zależy od rodzaju i charakteru ułożenia atomów w przestrzeni. 

b)

 

jest barwą sproszkowanego materiału. 

c)

 

zależy od przepuszczalności światła przez ośrodek. 

d)

 

określa sposób w jaki odbijania promieni świetlnych. 

 
4.

 

Największą twardość w skali Mohsa posiada 
a)

 

kalcyt. 

b)

 

apatyt. 

c)

 

kwarc. 

d)

 

korund. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

57

5.

 

Gips należy do minerałów 
a)

 

kruchych. 

b)

 

kowalnych. 

c)

 

strugalnych. 

d)

 

sprężystych. 

 

6.

 

Gęstością bezwzględną minerału nazywamy 
a)

 

wielkość wskazującą, ile razy jest on cięższy lub lżejszy od tej samej ilości wody. 

b)

 

wielkość  wyrażającą  stosunek  masy  do  objętości  wraz  z  zawartymi  w  minerale 
porami. 

c)

 

wielkość wyrażającą stosunek masy do objętości. 

d)

 

wielkość wyrażającą miarę porowatości minerału. 

 

7.

 

Piroelektryk to minerał, który posiada zdolność generowania siły elektromotorycznej pod 
wpływem zmian 
a)

 

ciśnienia. 

b)

 

temperatury. 

c)

 

objętości. 

d)

 

napięcia. 

 

8.

 

Skałą nazywamy 
a)

 

naturalne skupienia minerałów. 

b)

 

sztuczne skupienia minerałów.  

c)

 

rozdrobnione minerały.  

d)

 

minerały o strukturze krystalicznej. 

 

9.

 

Odporność skały na ścieranie to właściwości 
a)

 

chemiczne. 

b)

 

mechaniczne. 

c)

 

fizyczne. 

d)

 

technologiczne. 

 

10.

 

Zdolność materiałów do przenoszenia obciążeń, to 
a)

 

wytrzymałość. 

b)

 

sprężystość. 

c)

 

twardość. 

d)

 

kruchość. 

 

11.

 

Skały osadowe powstają w wyniku 
a)

 

działania procesów wulkanicznych i plutonicznych. 

b)

 

działania procesów metamorficznych zależnych od rodzaju skały wyjściowej. 

c)

 

nagromadzania i osadzania produktów wietrzenia starszych skał, jak również resztek 
roślinnych i zwierzęcych o różnym stopniu rozkładu. 

d)

 

osadzania się strumieni magmy i pyłów wulkanicznych. 

 

12.

 

Temperatura, 

powyżej 

której 

dany 

ferromagnetyk 

traci 

swoje 

własności 

ferromagnetyczne nazywana jest 
a)

 

punktem Curie. 

b)

 

punktem rosy.

 

 

c)

 

zerem absolutnym. 

d)

 

temperaturą Kelwina. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

58

13.

 

Opór skały zamarzniętej 
a)

 

jest taki sam jak niezamarzniętej. 

b)

 

jest mniejszy niż niezamarzniętej. 

c)

 

jest większy niż niezamarzniętej. 

d)

 

to zależy od rodzaju skały. 

 

14.

 

Stosunek ilości ciepła 

Q dostarczonego  ciału (skale) do odpowiadającemu temu ciepłu 

przyrostowi temperatury 

T nazywamy: 

a)

 

ciepłem właściwym. 

b)

 

przewodniością cieplną. 

c)

 

stopniem geotermicznym. 

d)

 

gradientem temperatury. 

 

15.

 

Piezometrem nazywamy 
a)

 

studnię wierconą. 

b)

 

naturalną szczelinę skalną. 

c)

 

obserwacyjny  otwór  o  małej  średnicy  służący  do  pomiarów  wahań  wysokości 
zwierciadła wody podziemnej. 

d)

 

wykonanie przelewu poniżej wypływu wody ze źródła skoncentrowanego. 

 

16.

 

Struktura porfirowa skał jest wtedy, gdy zauważamy, że 
a)

 

poszczególne składniki mineralne są widoczne gołym okiem. 

b)

 

poszczególne  składniki  skały  są  tak  małe,  że  można  je  rozróżnić  jedynie  pod 
mikroskopem. 

c)

 

w skrytokrystalicznym tle skalnym widoczne są pojedyncze ziarna, tzw. prakryształów. 

d)

 

cała skała zbudowana jest z bezpostaciowego szkliwa. 

 

17.

 

Marmur należy do skał 
a)

 

magmowych. 

b)

 

osadowych. 

c)

 

metamorficznych. 

d)

 

wulkanicznych. 

 

18.

 

Współczynnikiem porowatości nazywamy stosunek objętości 
a)

 

wszystkich porów w próbce skały do objętości całej próbki. 

b)

 

całej próbki do objętości wszystkich porów w próbce skały. 

c)

 

porów do objętości ziaren w próbce skały. 

d)

 

ziaren do objętości porów w próbce skały. 

 

19.

 

Zmniejszenie  porowatości  pod  wpływem  ciśnienia  nadległych  warstw  skalnych 
nazywamy 
a)

 

komparacją. 

b)

 

konwulsją. 

c)

 

kompakcją. 

d)

 

koincydencją. 

 

20.

 

Za pomocą aparatu Page’a wyznaczamy 
a)

 

sprężystość skał. 

b)

 

plastyczność skał. 

c)

 

twardość skał. 

d)

 

udarność skał. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

59

KARTA ODPOWIEDZI 

 

Imię i nazwisko ................................................................................................ 

 

Badanie właściwości minerałów i skał  

 
Zakreśl poprawną odpowiedź 
 

Nr 

zadania 

Odpowiedź 

Punkty 

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

6

 

 

 

7

 

 

 

8

 

 

 

9

 

 

 

10

 

 

 

11

 

 

 

12

 

 

 

13

 

 

 

14

 

 

 

15

 

 

 

16

 

 

 

17

 

 

 

18

 

 

 

19

 

 

 

20

 

 

 

Razem: 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 
 

60

6.  LITERATURA 

 

1.

 

Bolewski. A.: Rozpoznawanie minerałów na podstawie cech zewnętrznych i właściwości 
fizycznych. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1981 

2.

 

Dzwinel J.: Geofizyka: metody geoelektryczne. Cz. 4. – dla techników. – Wydawnictwa 
Geologiczne, Warszawa 1978 

3.

 

Fajklewicz  Z., i in.: Zarys  geofizyki stosowanej. Wydawnictwa  Geologiczne, Warszawa 
1972 

4.

 

Gonet A., Macuda J.: Wiertnictwo hydrogeologiczne. Wydawnictwo AGH, Kraków 2004 

5.

 

Kowalski W. C.: Geologia inżynierska. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1988 

6.

 

Kozera A., Makojnik Z., Święcicka-Pawliszyn J., Pawliszyn J., Plewa S., Tarkowski H.: 
Geofizyka poszukiwawcza. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1987 

7.

 

Stein J. Przewodnik do ćwiczeń z geofizyki geologicznej. Wydawnictwo UW, Warszawa 
1983 

8.

 

home.agh.edu.pl 

9.

 

oen.dydaktyka.agh.edu.pl 

10.

 

www.geoforum.pl 

11.

 

www.igf.fuw.edu.pl 

12.

 

www.ing.uni.wroc.pl 

13.

 

www.teberia.pl