GEOLOGIA INŻYNIERSKA - dział geologii stosowanej, zajmuje się badaniem środowiska geologicznego, jego przydatności i sposobu zachowania się. Stosowana dla potrzeb planowania gospodarczego, projektowania, wykonawstwa i użytkowania obiektów inżynierskich.

Prawidłowa znajomość budowy geologicznej, ściślej warunków geologiczno-inżynierskich złoża i skał, czy gruntów towarzyszących jest niezbędna dla odpowiedniego (w zależności od fazy projektu) rozpoznania geotechnicznego terenu projektowanej budowli. Chodzi, zarówno o fazę wstępną, jak i etap szczegółowych opracowań każdego obiektu inżynierskiego. Ponadto dotyczy to właściwej eksploatacji i gospodarki złoża i wykonywania robót górniczych w sposób bezpieczny, zapobiegania wystąpieniom szkód górniczych (zgodnego z wymaganiami techniki górniczej).

Rozpoznanie geotechniczne polega na zebraniu niezbędnych danych dotyczących istniejących warunków gruntowo-wodnych podłoża gruntowego. Badania geologiczno-inżynierskie gruntu (skał) dla celów inżynierskich obejmują określenie i ustalenie:

• rodzaju gruntów,

• biegu i upadu warstw

• zaburzeń tektonicznych lub glacitotektonicznych,

• genezy oraz wieku gruntów,

• cech fizycznych i mechanicznych,

• stopnia zwietrzenia oraz spękania skał litych,

• agresywności wód gruntowych oraz ich własności chemicznych, ustalenia poziomu wód gruntowych (podziemnych),

• obecności procesów geologiczno-dynamicznych (osuwiska, ruchy neotektoniczne na obszarach górniczych).

Warunki gruntowo-wodne decydują o wielkości obciążeń dopuszczalnych i mają wpływ na rodzaj konstrukcji, sposób i głębokość posadowienia oraz na rodzaj materiału stosowanego do budowy fundamentów. Rodzaj i właściwości gruntów zalegających w miejscu przyszłej budowy określa się na podstawie badań próbek gruntu, pobranych z podłoża budowli (wykopy badawcze - głęb. 2 - 4 m., najczęściej i wiercenia badawcze o głębokości 8 - 12 m. do celów budowlanych). Głębokość otworów badawczych (wiertniczych) zależy od rodzaju gruntów, wielkości obciążeń, wymiarów fundamentów i głębokości posadowienia.

Geologia inżynierska wchodzi w skład bloku przedmiotowego Geotechnika.

W budownictwie skała może spełniać rolę jako:

1. podłoże budowlane,

2. materiał budowlany i surowiec do produkcji materiałów budowlanych,

3. zbiorniki wód gruntowych.

Ocena skał jako podłoża budowlanego zależy od wielu czynników. Najwyżej oceniane są pod tym względem skały magmowe. Parametrami, które obniżają ich wartość jako podłoża są: spękania, szczeliny, zwietrzenia. Dobrym podłożem budowlanym mogą być skały chemiczne: wapienne, opoki, margle, gezy. Wartość tego podłoża obniżają jednak spękania skał i możliwość rozwoju procesów krasowych. Takie skały jak: kreda jeziorna, gipsy uważane są za podłoże słabonośne. Doskonałym podłożem budowlanym są skały metamorficzne, które w przeważającej większości, charakteryzują się znaczną wytrzymałością na ściskanie i ścinanie. Najczęstszym jednak podłożem budowlanym są skały okruchowe sypkie (luźne) i skały ilaste. Cechy wytrzymałościowe tych skał są zdecydowanie niższe od innych typów skał, a czasami tak niskie, że niemożliwe jest posadowienie bezpośrednio na nich obiektów budowlanych.

Skały spełniają również dużą rolę jako materiał budowlany i surowiec do produkcji materiałów budowlanych. Skały magmowe znajdują zastosowanie, jako materiał konstrukcyjny (mosty, wiadukty, fundamenty, mury oporowe, nawierzchnie drogowe, obiekty hydrotechniczne itp.), materiał dekoracyjny (płyty okładzinowe, posadzki, parapety) lub zmielony, jako kruszywo do betonów. Niektóre skały osadowe, poza tym, że same mogą służyć jako materiał budowlany, są wykorzystywane, jako surowiec do produkcji innych, sztucznie wytwarzanych materiałów. Na przykład, wapień i dolomit są podstawowym surowcem do produkcji wapna oraz cementu. Do produkcji cementu wykorzystywany jest też margiel. Skały okruchowe sypkie (luźne) są podstawowym składnikiem w produkcji betonów i zapraw budowlanych. Stosowane do tych celów noszą technologiczną nazwę kruszyw.

Z ważniejszych zastosowań skał sypkich (luźnych), jako materiału budowlanego, wymienić należy:

• wykorzystanie osadów luźnych do budowy gródz ziemnych,

• wykorzystanie osadów luźnych do budowy wałów przeciwpowodziowych,

• wykorzystanie osadów luźnych do budowy nasypów i nawierzchni drogowych,

• wykorzystanie osadów luźnych do budowy filtrów i obsypek filtracyjnych.

Wszystkie typy skał w określonych warunkach mogą przewodzić i gromadzić w sobie - pewną ilość wody zdolnej do grawitacyjnego przemieszczania się. Ten rodzaj wody nazywa się wodą wolną, a skały gromadzące wodę - skałami wodonośnymi, zbiornikami wód gruntowych (wodonoścami). Do najpospolitszych skał wodonośnych należą skały okruchowe sypkie, takie jak piaski i żwiry. Mniejszą rolę odgrywają piaskowce i zlepieńce o niepełnym wypełnieniu porów przez spoiwo, jeszcze mniejszą - skały magmowe (tylko skały spękane). Praktycznie nieprzepuszczalne dla wody są iły i gliny. Warunki hydrogeologiczne (warunki występowania wód gruntowych) muszą być uwzględniane dla obszaru lokalizacji przedsięwzięcia budowlanego, zarówno na etapie projektowania, jak i realizacji. Informacje z tego zakresu niezbędne są dla określenia możliwości :

• zaopatrzenia przyszłych obiektów w wodę przemysłową i pitną,

• zaopatrzenia budowy w wodę,

• przewidywania współpracy obiektów budowlanych z podłożem,

• wykonania odwodnienia lub nawodnienia terenu,

• zabezpieczenia podziemnych części konstrukcji przed agresywną działalnością wód,

• zabezpieczenia budowli przed zalewaniem ich podziemnych części.

Zespoły minerałów budujących skorupę ziemską, nazywa się skałami. Skały mogą być zwięzłe lub luźne. W geologii inżynierskiej i mechanice gruntów dokonano technologicznego podziału skał na tzw. grunty skaliste oraz grunty sypkie i spoiste. Ogólne grunt stanowi wierzchnią warstwę skorupy ziemskiej, w której oprócz trwania zmian geologicznych mogą zachodzić związki z procesem technologicznym a jej własności decydująco wpływają na sposoby wykonywania różnych prac technologicznych.

W budownictwie gruntem określa się zewnętrzną część skorupy ziemskiej, znajdującą się w zasięgu oddziaływania budowli. We wszystkich technologicznych przedsięwzięciach budowlanych grunt może być rozpatrywany jako :

• materiał budowlany (kruszywo budowlane, materiał do budowy nasypów wałów, przegród, zapór itp.),

• podłoże pod budowlami wodnymi lub lądowymi,

• środowisko, z którego pobiera się wodę do picia (ujęcia wód podziemnych) lub na potrzeby techniczno-gospodarcze (przemysł, nawodnienia) bądź, z którego nadmiar wody będzie usuwany (działanie odwadniające kanałów, sztolni, drenów). W zależności od środowiska, w jakim grunt ten powstał, różnie przebiegają procesy geologiczno-dynamiczne. Każdy, genetycznie różny rodzaj gruntu zalega w skorupie ziemskiej w inny, charakterystyczny dla siebie sposób.

GEOLOGIA DYNAMICZNA jest nauką o procesach geologicznych, zachodzących w skorupie ziemskiej i na jej powierzchni. Procesy geologiczne, wywołane są siłami wynikającymi ze stanu fizycznego globu ziemskiego, ze stosunku skorupy ziemskiej do podścielającego ją podłoża, ze stosunku Ziemi do Słońca i Księżyca, z oddziaływania atmosfery i hydrosfery na powierzchnię skorupy oraz działalnością biosfery.

Geologia dynamiczna jest wstępem do geologii historycznej, zajmującej się przeszłością Ziemi, historią skorupy ziemskiej i życia organicznego. Geologia dynamiczna zajmuje się produktami procesów, które przebiegały w dawnych okresach geologicznych, a geologia historyczna - przeobrażeniami, jakim ulegała skorupa Ziemi i jej powierzchnia w przeszłości. Geologia dynamiczna i historyczna są częścią nauk geologicznych do których należą: mineralogia, paleontologia i geomorfologia. Geologia dynamiczna syntetyzuje w dużej mierze zakres tych nauk, mając na celu: wyjaśnienie powstawania minerałów, skał, rzeźby powierzchni Ziemi, jak również warunków rozwoju życia organicznego na tle przebiegu procesów geologicznych.

Proces geologiczny stanowią zjawisko lub zespół zjawisk wywołujących na powierzchni skorupy ziemskiej lub w jej wnętrzu - przeobrażenia fizyczne lub chemiczne. Celem geologii dynamicznej jest ustalenie przyczyn procesu, zbadanie jego przebiegu i stwierdzenie jego skutku. Przyczyną procesów geologicznych jest działanie sił wynikających z istnienia czynników geologicznych.

Na skorupę Ziemi oddziaływują: wpływ atmosfery, a więc powietrza, wilgoci, deszczu, wiatru, insolacji, zmian temperaturowych, hydrosfery - a więc wpływ wód płynących po powierzchni lub krążących w skałach, mórz, lodowców; przyciągania Księżyca i Słońca; wpływ życia organicznego. Są to czynniki geologiczne, które działając razem lub oddzielnie, wywołują przeobrażenia powierzchni Ziemi.

Procesy geologiczne, wywołane przez czynniki zewnętrzne są, albo niszczące albo twórcze. Do takich procesów niszczących należy : wietrzenie, erozja i powierzchniowe ruchy masowe. Łączny proces geologiczny (niszczący) jest określany jako denudacja. Dzięki niemu: góry i wyżyny są stopniowo rozcinane i obniżone. Pod wpływem czynników niszczących skały stanowiące powierzchnię skorupy ziemskiej ulegają rozkruszeniu i częściowemu rozpuszczeniu, a produkty tych przeobrażeń zostają usunięte z jednych obszarów powierzchni i przeniesione w inne.

Procesy twórcze

Produkty procesów denudacyjnych transportowane są z wyższych miejsc na niższe i składane w kotlinach, na nizinach lub w jeziorach i morzach, przy czym twórczo, nieraz na wielką skalę, współdziała w tym procesie - życie organiczne. Proces deponowania osadów nazywa się sedymentacją. Wielki proces geologiczny określa się zrównaniem, czyli gradacją. Polega on na obniżeniu wyższych części skorupy przez procesy denudacyjne i zapełnieniu obniżonych części powierzchni - osadami. Wszystkie procesy zewnętrzne dążą do zrównania powierzchni Ziemi. Przeciw tej tendencji działają procesy wywołane przez czynniki geologiczne wewnętrzne, działające w skorupie ziemskiej lub we wnętrzu Ziemi. Głównym takim procesem jest diastrofizm, dzięki któremu skorupa ziemska ulega deformacjom, przemieszczeniom i ruchom podnoszącym lub obniżającym (dowodzą tego: obserwowane zmiany linii brzegowych mórz, a przede wszystkim: obecność na znacznych wysokościach ponad poziom morza skał utworzonych niegdyś w morzu). Z diastrofizmem łączy się plutonizm i wulkanizm, polegające na tworzeniu się w głębi skorupy ziemskiej stopów ognistopłynnych i ich krzepnięciu wewnątrz skorupy lub wydobywaniu się na powierzchnię.

Metamorfizm jest trzecim procesem wewnętrznym, który wiąże się, bądź z diastrofizmem, bądź ze zjawiskami plutonicznymi. W wyniku wulkanizmu, plutonizmu i niektórych procesów metamorficznych, związanym z plutonizmem, w warunkach bardzo wysokich temperatur - powstają skały ogniowe. Procesy metamorficzne prowadzą do powstawania skał metamorficznych. Wszystkie procesy geologiczne (zewnętrzne i wewnętrzne) wywołują przemieszczanie materii w obrębie skorupy ziemskiej i tym samym krążenie pierwiastków. Skutki procesów geologicznych są różnorodne. Są nimi: minerały, skały, sposób ich występowania i ułożenia, pionowe i poziome ukształtowanie powierzchni Ziemi.

Masy skalne są przemieszczane w różny sposób. Na powierzchni Ziemi procesy wietrzenia i erozji rozkruszają je, a rzeki, lodowce i wiatr oraz prądy morskie przenoszą rozdrobnione materiały z wyższych na niższe obszary, gdzie gromadzą się jako osady, po diagenezie, zmienione w skały osadowe. W niektórych miejscach wskutek procesów diastroficznych, tworzą się baseny o dnie tak obniżającym się, że skały osadowe dostają się na duże głębokości. Mogą one tam ulec sfałdowaniu, a także zmianom wywołanym przez metamorfizm i plutonizm. Sfałdowane, a nieraz przeobrażone skały, mogą ulec wydźwignięciu, wskutek działania ruchów górotwórczych (orogeneza) lub innych ruchów wypiętrzających (epeirogeneza), dzięki czemu dostają się na powierzchnię. Tutaj działa na nie wietrzenie i erozja. Jak można zauważyć procesy geologiczne przebiegają w pewnym następstwie, czyli cyklicznie.

PEŁNY CYKL PROCESÓW GEOLOGICZNYCH

WIETRZENIE EROZJA

TRANSPORT

SEDYMENTACJA WULKANIZM OROGENEZA

DIAGENEZA

METAMORFIZM PLUTONIZM

Tego rodzaju przebieg cykliczny odbywa się w niektórych, szczególnie ruchliwych strefach skorupy ziemskiej. W innych rejonach przemieszczenia mas skalnych odbywają się na mniejszą skalę.

Ruchy wypiętrzające lub obniżające obejmują zwykle znaczne obszary. Jeśli kontynenty zostaną dźwignięte na większą skalę nad poziom morza - okres epeirokratyczny (gr. epeiros - ląd, kratos - siła, tu okres dużego znaczenia kontynentów). Gdy znaczne połacie kontynentów zostają zalane przez morza, następuje okres talasokratyczny (thalassa - morze).

(Marian Książkiewicz „Geologia dynamiczna” Wyd. piąte. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1979).

NIEPEŁNY CYKL PROCESÓW GEOLOGICZNYCH

WIETRZENIE EROZJA

TRANSPORT EPEIROGENEZA

SEDYMENTACJA DIAGENEZA

Ogólna charakterystyka procesów geologicznych

W obrębie skorupy ziemskiej stale zachodzą różne procesy geologiczne, wywoływane przez czynniki geologiczne.

Procesy geologiczne są to naturalne przemiany w litosferze i na jej powierzchni. Czynniki geologiczne stanowią np. magma znajdują się w skorupie ziemskiej i występujące w niej gazy, woda płynąca po powierzchni terenu, wiejący wiatr, lodowce, siła ciężkości i inne.

Czynnik Proces Zjawisko

płynąca woda erozja dolina rzeczna

wiatr eoliczny wydma

wędrująca magma wulkanizm stożek wulkaniczny

Podział procesów

Procesy geologiczne mogą być niszczące lub twórcze (skałotwórcze i morfotwórcze). Mogą one działać wewnątrz Ziemi, bądź na jej powierzchni. Procesy geologiczne wywołane czynnikami wewnętrznymi są to procesy endogeniczne (wewnętrzne), zaś czynnikami zewnętrznymi stanowią procesy egzogeniczne (zewnętrzne).

Podział procesów geologicznych

W rezultacie działania procesów wewnętrznych powstają różnego rodzaju nierówności na powierzchni ziemi jak np. stożki wulkaniczne, łańcuchy górskie, pęknięcia, a także skały magmowe i metamorficzne.

Procesy zewnętrzne dążą do wyrównania powierzchni Ziemi, do osiągnięcia prawie równi (penepleny). W wyniku ich działalności powstają także skały osadowe.

Rzeźba powierzchni skorupy ziemskiej jest wynikiem działania wzajemnie zwalczających się grup procesów geologicznych : zewnętrznych i wewnętrznych.

Procesy wewnętrzne: magmatyzm, metamorfizm, ruchy skorupy ziemskiej.

Procesy zewnętrzne stanowi zespół procesów niszczących (denudacyjnych): wietrzenie, erozja i powierzchniowe ruchy masowe; transport rozdrobnionego materiału i akumulacja - gromadzenie materiału.

Na obszarze Polski obecnie zachodzą wyłącznie procesy zewnętrzne. Procesy wewnętrzne intensywnie działały w ubiegłych epokach geologicznych. Ich skutki można obserwować w postaci gór, magmowych i metamorficznych, zaburzeń w przestrzennym układzie skał. Rezultat działalności wulkanów w trzeciorzędzie stanowi występowanie na obszarze Sudetów ciepłych i zmineralizowanych źródeł.

Geomorfologia jest nauką zajmującą się formami i formowaniem powierzchni ziemi. Bada współczesne, obecnie widoczne ukształtowanie powierzchni Ziemi. Formy ukształtowania powierzchni ziemi są wynikiem działania różnych procesów. Formy geomorfologiczne reprezentują np. wydma, taras rzeczny, moreny itd..

Procesy wewnętrzne

Procesy wewnętrzne są wywoływane czynnikami pochodzącymi z wnętrza ziemi, a ich działalność od wnętrza ku powierzchni skorupy objawia się np. powstawaniem stożków wulkanicznych, trzęsieniami ziemi, czy tworzeniem się skał magmowych i metamorficznych:

• plutonizm,

• wulkanizm,

• ruchy skorupy ziemskiej (tzw. diastrofizm),

• metamorfizm.

Procesy magmowe

Procesy magmowe (magmatyzm) polegają na tworzeniu się w głębi skorupy ziemskiej ognistopłynnego stopu tzw. magmy i jej wędrówce z głębi ku powierzchni ziemi. Najwięcej w magmie jest SiO₂, tzw. krzemionki oraz tlenku glinu (Al₂O₃). Obok składników ciekłych magma zawiera także składniki lotne: parę wodną (H₂O), dwutlenek węgla (CO₂), dwutlenek siarki (SO₂), siarkowodór (H₂S) i inne.

Magmy dzieli się na:

• kwaśne, zawierające ponad 65 % krzemionki,

• zasadowe, zawierające poniżej 50 % krzemionki oraz znaczne ilości tlenków metali, głównie Fe i Mg.

Magma wędrując ku zewnętrznym partiom skorupy ziemskiej, stopniowo ochładza się, a następnie krzepnie. Proces wciskania się magmy w otaczające ognisko magmowe skały, a zwłaszcza w pęknięcia i szczeliny - intrudowanie, utworzone formy - intruzje. Procesy magmowe, zachodzące w głębi skorupy ziemskiej - plutonizm, zaś procesy wywołane intruzją magmy, pojawiające się na powierzchni ziemi - wulkanizm. Zjawiska wulkaniczne koncentrują się w miejscach, gdzie magma przebiwszy się kanałem przez sztywne skały, wydostaje się na powierzchnię skorupy ziemskiej, tworząc wulkan. Wpływ lawy może być punktowy lub liniowy, gdy produkty wulkaniczne wydobywają się przez podłużną szczelinę.

Erupcje centralne i linearne

Produkty erupcji mogą być ciekłe (lawa), stałe (materiał piroklastyczny) i gazowe.

Przy erupcjach lawy kwaśnej zawierających dużo SiO₂, charakteryzujących się dużą lepkością i wysoką temperaturą, wybuch wulkanu jest krótkotrwały i gwałtowny. Wyrzucane są głównie ciała stałe (bomby, lapilli, piasek, pył wulkaniczny) i gazy (głównie para wodna).

Wulkany wezuwiańskie (eksplozywne). Tworzą strome, wysokie stożki jak np. Etna (3313 m npm) i Wezuwiusz (1168 m npm). Przy erupcjach lawy zasadowej (o małej lepkości), wybuch wulkanu jest stosunkowo spokojny i długotrwały. Głównym produktem wybuchu jest lawa, czyli magma, która utraciła składniki lotne.

Wulkany hawajskie (lawowe). Tworzą płaskie, rozległe stożki w kształcie pokryw, najczęściej zbudowane z bazaltu, Hawaje.

Działalność wulkanu zanika po pewnym czasie. W końcowej fazie powstają gejzery, czyli gorące źródła, z których okresowo, rytmicznie wyrzucona jest na powierzchnię gorąca woda i para wodna.

Rozmieszczenie czynnych wulkanów na kuli ziemskiej związane jest z ostatnią fazą górotwórczą, alpejską. Występują głównie w strefie śródziemnomorskiej i wzdłuż wybrzeży Pacyfiku.

Na terenie Polski występują wulkany dawno wygasłe, jak np. GÓRA ŚWIĘTEJ ANNY k. Opola i GÓRA WŻAR k. Czorsztyna.

W wyniku plutonizmu i wulkanizmu powstają skały magmowe, z których zbudowana jest głównie litosfera. Skały magmowe powstały jako pierwsze na Ziemi, tworzą się również współcześnie.

Ruchy skorupy ziemskiej

Objawami ruchliwości skorupy są trzęsienia Ziemi, a także wydźwignięte w przeszłości spękane i pofałdowane góry. Istniejące obszary geologiczne, których osady zostały utworzone w morzu, chociaż dzisiaj znajdują się ponad poziomem morza, tysiące metrów (np. Himalaje). Zmiany linii brzegowej mórz związane są z ruchami zanurzającymi lub wynurzającymi. Gdy kontynent się obniża, morze wkracza na ląd - transgresja, w przypadku podnoszenia się lądu - wycofywanie się morza - regresja. Stopienie się mas lądolodu w plejsteconie spowodowało podniesienie się poziomu morza od 50 do 100 m, co spowodowało ogólną transgresją na całym świecie.

Ruchy skorupy ziemskiej dzielimy na 3 grupy:

1. lądotwórcze - epejrogeniczne,

2. górotwórcze - orogeniczne,

3. trzęsienia ziemi.

Ruchy lądotwórcze

Ruchy lądotwórcze reprezentują powolne, pionowe ruchy kontynentów lub ich części, wznoszące lub obniżające. Przyczyną są zakłócenia równowagi mas skalnych w obrębie litosfery. Obszar Skandynawii, np. wykazuje intensywne ruchy wznoszące po ustąpieniu lodowców (tarasy morskie znajdujące się na wysokości ok. 250 m nad obecnym poziomem morza). Jak wykazują pomiary geodezyjne, Skandynawia wynurza się z prędkością od 3 mm (Sztokholm) do 11 mm na rok (północne wybrzeże Zatoki Botnickiej). Wybrzeża Morza Północnego wykazują natomiast ruchy obniżające: Niemiec do 3,7 mm/rok, Holandii - 1 - 2,6 mm/rok. Na obszarze Polski obserwuje się ruchy obniżające, jak i wznoszące. Najintensywniejsze ruchy wznoszące (do 0,8 mm/rok) zaznaczają się w rejonie Łeby, Redy, Lęborka, Ustki, w rejonie Myśliborza na Pomorzu Zachodnim (0,2 mm/rok) i na SE Polski na S od Jarosławia do 0,5 mm/rok. Pozostała część Polski podlega obniżaniu. Najszybciej obniża się NE część Polski: w rejonie Płocka (3 mm/rok), Warszawy oraz Gołdapi, Sejn, Olecka (do 3,4 mm/rok). Obniżaniu podlegają także okolic Katowic i na S od Katowic (3 mm/rok), Nysy (6 mm/rok) i obszar Konin - Kleczew (4 mm/rok).

Przy projektowaniu tuneli, zapór, muszą być uwzględnione powolne „nieznaczne pionowe ruchy skorupy.

Ruchy górotwórcze

Pionowe i poziome ruchy skorupy ziemskiej, objawiają się na znacznym obszarze litosfery i powodują tworzenie nowych łańcuchów górskich (gór). Żadna teoria nie wyjaśnia wyczerpująco zagadnienia.

Wędrówka kontynentów

Teoria geosynklin (osady morskie gromadzące w zagłębieniach litosfery (geosynkliny), z jednoczesnym obniżeniem dna; następnie pofałdowanie i ponasuwanie na siebie) Tektonika płytowa (skorupa ziemska składa się ze sztywnych płyt, które przesuwają się wraz z kontynentami). Na granicy przesuwających się względem siebie płyt powstają olbrzymie naciski powodujące zagniecienia i pofałdowania osadów morskich i w efekcie doprowadzają do utworzenia łańcuchów górskich.

Okresy silnych ruchów górotwórczych - orogenezy przedzielone długimi okresami spokoju. Najmłodsze ruchy górotwórcze - alpejskie (trzeciorząd), powstały wówczas najwyższe łańcuchy górskie, m.in.: Karpaty, Himalaje, Andy, Kordyliery.

Trzęsienia

Trzęsienia Ziemi stanowią trzeci rodzaj ruchów skorupy ziemskiej. Są to gwałtowne i krótkotrwałe drgania skorupy ziemskiej, wywołane przesunięciami mas skalnych w litosferze. Przesunięcia lub uderzenia w ciałach sztywnych wytwarzają drgania rozchodzące się w postaci fal sprężystych - podłużnych i poprzecznych, w przypadku trzęsienia Ziemi - nazywamy je falami sejsmicznymi.

Miejsce, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne we wszystkich kierunkach - hipocentrum lub ogniskiem trzęsień, może ono następować na różnych głębokościach od kilku do ok. 700 km. Bezpośrednio nad hipocentrum - epicentrum - miejsce na powierzchni Ziemi o najsilniejszych wstrząsach. Im dalej od epicentrum, tym siła wstrząsu jest mniejsza. Rocznie notuje się ok. 100 000 trzęsień Ziemi. Większość z nich jest bardzo słaba i rejestrowana tylko przez przyrządy pomiarowe. Niektóre trzęsienia przybierają rozmiary katastrofalne. Znaczna liczba trzęsień ziemi posiada swoje epicentra na terenach niezamieszkałych.

Intensywność trzęsień Ziemi jest określana w 12 stopniowej skali Mercallego-Cancaniego na podstawie wielkości przyspieszenia:

1^o - drgania notowane przez sejsmografy,

2^o-3^o - słabe drgania odczuwalne jedynie przez niektóre osoby,

4^o-5^o - umiarkowane drgania ogólnie odczuwane, drobne przedmioty zostają wprowadzone

w drgania,

6^o-7^o - silne drgania, odpadanie tynku, zawalenie się kominów,

8^o-9^o - pękanie budynków, powstawanie szczelin w gruncie i osuwisk,

10^o-12^o - katastrofalne trzęsienia, niszczenie budynków aż do fundamentów, powstawanie

szerokich szczelin i osuwisk.

Przyczyny nagłych przemieszczeń mas w skorupie ziemskiej wywołujących trzęsienia Ziemi mogą być bardzo różne. Trzęsienia mogą być spowodowane działalnością tektoniczną, wulkaniczną, tzw. trzęsienia zapadowe.

Trzęsienia tektoniczne (Ziemi) występują na obszarach młodych gór, zwłaszcza na liniach dużych uskoków. Nadal stwierdza się niewielkie ruchy. Masy skalne mogą ulegać gwałtownym przemieszczeniom, najczęściej wzdłuż istniejących spękań (uskoków). Kierunek przemieszczeń może być poziomy lub pionowy. Są najsilniejsze i najbardziej tragiczne.

Trzęsienia wulkaniczne (Ziemi) towarzyszą wybuchom wulkanów i są związane z wędrówką magmy w skorupie ziemskiej. Mają stosunkowo mały zasięg i są mniej groźne od tektonicznych.

Trzęsienia zapadowe, występują w wyniku zarywania się stropów jaskiń krasowych i wyrobisk gruntu. Lokalny zasięg, niewielka intensywność drgań, w górnictwie nazywane są - tąpnięciami.

Trzęsienia Ziemi występują na obszarach młodych gór i rowów oceanicznych, tam gdzie nie została osiągnięta równowaga mas skalnych w obrębie litosfery. Najczęściej zjawisko to jest związane z strefą pasa Śródziemnomorskiego, Himalaje, wzdłuż Pacyfiku.

Trzęsienia Ziemi nie występują w obrębie starych masywów skalnych, które stanowią obszary asejsmiczne. Oprócz tragicznych skutków, jakie wywołują trzęsienia ziemi, na podstawie przebiegu fal sejsmicznych wnioskuje się o budowie skorupy ziemskiej i całego globu. Polska znajduje się poza strefą silnych wstrząsów sejsmicznych. Co pewien czas rejestruje się w różnej części kraju trzęsienia ziemi o niewielkim nasileniu, np. w 1680 r. w Warszawie i w okolicach, w 1932 - w okolicach Łukowa, Płocka, Kielc, Lublina i innych miejscowości. Obecnie notuje się najczęściej słabe wstrząsy na Górnym Śląsku, na obszarze pienińskiego pasa skałkowego, w 1990r., wcześniej w 1977 r., w Warszawie.

MAGMA jest gorącym stopem zbudowanym z fazy ciekłej i gazowej oraz z faz krystalicznych, występujących w zmiennych stosunkach, tworzących się w głębokich partiach litosfery. Podczas procesów diastroficznych, tj. odkształceń skorupy ziemskiej, magma zostaje przemieszczona w płytkie horyzonty lub na jej powierzchnię (lawa). W miejscach, gdzie panuje temperatura i ciśnienie niższe niż tam, gdzie się tworzyła, magma zaczyna krystalizować. W ten sposób powstają skały magmowe.

Skały magmowe dzielą się na: 1) głębinowe (magma krystalizuje w głębszych partiach litosfery), 2) wylewne (magma krystalizuje na powierzchni), 3) żyłowe (magma krzepnie w pobliżu powierzchni Ziemi).

Magma, w której rozpuszczone są w sobie nawzajem różne substancje, nie krystalizuje w jakiejś określonej temperaturze, ale w pewnym zakresie temperatur - tzw. interwale krystalizacyjnym. Krystalizację zaczyna ten składnik, którego jest w mieszaninie najwięcej. Dolną granicę interwału krystalizacyjnego nazywa się punktem eutektycznym.

Magma jest układem wieloskładnikowym. Każda para składników i wszystkie razem mają swój punkt eutektyczny. Np. kryształy mieszane w każdej temperaturze zawierają określony procent obydwu składników (np. albitu i anortytu w plagioklazach). W czasie krystalizacji wraz ze spadkiem temperatury składniki te stale zmieniają swój skład, wskutek reakcji z oziębiającym się stopem, aż do osiągnięcia określonej zawartości procentowej składników, charakterystycznej dla danej temperatury. Kryształy mieszane tworzą ciągłą serię reakcyjną.

SZEREGI REAKCYJNE BOWENA

Wg koncepcji N. L. Bowena (opartej na licznych doświadczeniach laboratoryjnych) z magmy wydzielają się równocześnie 2 szeregi minerałów: minerały ciemne (oliwiny → pirokseny → → amifibole → biotyty) oraz minerały jasne (labrador → andezyn → oligoklaz → skaleń alkaliczny). Są to 2 szeregi reakcyjne minerałów.

Każdy następny minerał może powstać na miejsce poprzedniego, skutek jego reakcji z oziębiającym się i zmieniającym swój skład stopem.

Schemat szeregów reakcyjnych Bowena

oliwiny anortyt

pirokseny bytownit

hornblendy (amfibole) labrador

biotyty andezyn

nieciągła ciągła

seria reakcyjna oligoklaz seria reakcyjna

skalenie alkaliczne

kwarc + muskowit

Różnicowanie się magmy - dyferencjacja

Dyferencjacja obejmuje wszystkie procesy, podczas których jednorodna w szerokim pojęciu magma rozpada się na niepodobne do siebie magmy, z której powstają skały o różnym składzie mineralnym. Do procesów różnicowania się magmy należą: frakcjonalna krystalizacja, konwekcja przez lotne składniki, asymilacja.

Likwacja magmy jest odmieszaniem się we wczesnym stadium krystalizacji stopu siarczkowego od stopu krzemianowego, różniących się gęstością. Rozdzielenie stopów następuje pod wpływem siły ciężkości.

Frakcjonalna krystalizacja jest to najbardziej istotny proces różnicowania się magmy, gdyż najlepiej tłumaczy występowanie w skorupie ziemskiej skał o zróżnicowanym składzie mineralnym. Magma rodzi zróżnicowane frakcje przez oddzielenie się kryształów od stopu w trakcie jej ochładzania. Kolejność oddzielania odbywa się, zgodnie ze schematem szeregów reakcyjnych Bowena. Oddzielanie się kryształów tłumaczy się wpływem ciężkości. Kryształy lżejsze od stopu mogą się unosić w górę, kryształy cięższe opadają na dno zbiornika magmowego. Jest to dyferencjacja grawitacyjna.

Konwekcja przez lotne składniki

W magmach bogatych w lotne składniki może dojść do oddzielenia się fazy gazowej. Wskutek tego niektóre lżejsze składniki magmy zwłaszcza alkalia i krzemionka, unoszą się ku górze.

Asymilacja

Jest to wchłanianie i rozpuszczanie przez magmę skał otaczających zbiornik magmowy, zachodzi zwykle w brzeżnych strefach zbiornika magmowego, gdzie magma wzbogaca się w składniki występujące w skałach osłony. Powoduje to zróżnicowanie składu chemicznego magmy, innego na peryferiach, innego - wewnątrz zbiornika magmowego.

Fragmenty mniej lub bardziej przeobrażone skał osłony - ksenolity występują w wewnętrznych intruzyjnych masywów.

Etapy krystalizacji magmy

1. Etap magmowy właściwy (temperatura powyżej 800^oC), w którym, w miarę krystalizacji następuje konsekwentna zmiana składu stopu od zasadowego do kwaśnego.

2. Etap pegmatytowy (temperatura 800 - 600^oC), w której resztki magmy krzemianowej są silnie przesycone parą wodną.

3. Etap pneumatolityczny (temperatura 600 - 400^oC), w którym przegrzane pary ubogie w składniki krzemianowe, wykazują maksymalną prężność.

4. Etap hydrotermalny (temperatura 400 - 100^oC), w którym dominującą rolę odgrywają gorące roztwory pomagmowe o dużej ruchliwości.

Większa część skał krystalizuje w etapie magmowym właściwym, od ultrazasadowych - do kwaśnych - granodiorytów i granitów. W etapie pegmatytowym krystalizują jeszcze krzemiany (skalenie alkaliczne, muskowit, kwarc) w dużych kryształach, tworząc pegmatyty.

W etapie pneumatolitycznym krystalizują różne rzadkie minerały jak turmalin, topaz, beryl, fluoryt, kasyteryt. W etapie hydrotermalnym krystalizują takie minerały jak CaF₂ siarczki, kasyteryt Sn0₂, siarkosole i węglany. Równocześnie roztwory hydrotermalne w różnym stopniu atakują wykrystalizowane wcześniej minerały i powodują powstanie chlorytu, serycytu, serpentynu, kaolinitu itp. Mogą przy tym powstawać pseudomorfozy minerałów wtórnych po minerałach pierwotnych (np. serpentytu po oliwinie).

Przeobrażenia te często mają charakter przeobrażeń metasomatycznych, następujących wskutek wymiany pewnych składników występujących w minerale ze składnikami znajdującymi się w gorących roztworach wodnych. Roztwory hydrotermalne mogą też krystalizować w próżniach i w szczelinach skał.

W ewolucji skał wylewnych najczęściej brak etapu pegmatytowego i pneumatolitycznego, wskutek ułatwionej ucieczki składników łatwo lotnych podczas krystalizacji na powierzchni Ziemi lub w jej pobliżu (etap magmowy, etap hydrotermalny).

Minerały skałotwórcze skał magmowych można podzielić na:

• minerały główne, podstawowe składniki skał magmowych, decydujące o ich przynależności systematycznej;

• minerały poboczne, występujące dość powszechnie prawie we wszystkich typach skał magmowych, lecz w bardzo niewielkich ilościach i nie decydujące o przynależności systematycznej danej skały;

• minerały akcesoryczne, występują sporadycznie, tylko w niektórych typach skał i najczęściej również nie odgrywające roli w ich klasyfikacji; przy liczniejszym występowaniu mogą być podstawą wydzielania pewnych szczególnych odmian skał.

Minerały główne występują w skałach w przeważających ilościach. Są to minerały najpospolitsze w skorupie ziemskiej (skalenie, kwarce, pirokseny, amfibole, miki), bądź też występujące w skorupie w mniejszych ilościach, albo tworzące w obrębie niej lokalnie większe nagromadzenie, samodzielnie lub wspólnie z poprzednimi.

4

PROCESY WEWNĘTRZNE

Plutonizm

Wulkanizm

Ruchy skorupy

ziemskiej

Metamorfizm

---