GEOLOGIA INŻYNIERSKA zajmuje się uwarunkowaniami geologicznymi, właściwościami środowiska geologicznego, które mogą wpływać na umieszczone w nim obiekty techniczne, na ich planowanie, projektowanie, wykonywanie i użytkowanie. Jest dziedziną, która czerpie z niemal wszystkich pozostałych gałęzi geologii:

GEOLOGIA DYNAMICZNA opisuje zmiany w skorupie ziemskiej i procesy prowadzących do powstawania tych zmian.

MINERALOGIA I PETROGRAFIA badają właściwości minerałów i skał

SEDYMENTOLOGIA - nauka o procesach powstawania osadów

HYDROGEOLOGIA - nauka o rozprzestrzenieniu i prawach rządzących ruchem wód znajdujących się w skorupie zie.

TEKTONIKA (G. STRUKTURALNA) zajmuje się budową tektoniczną, czyli przestrzennym rozmieszczeniem mas skalnych w litosferze oraz jej genezą

STRATYGRAFIA I GEOLOGIA HISTORYCZNA nauki o tym, co działo się w minionych epokach geologicznych

Ziemia • płaszcz środkowy– mezosfera (400-650 km) następuje tu zmniejszenie gęstości

• płaszcz dolny (650-2900 km) jest najsłabiej poznany; zbudowany ze skał o zwiększonej zawartości magnezu i żelaza i specyficznych strukturach spowodowanych ciśnieniem rzędu 140 GPa; ciśnienie i temperatura przekraczająca 1000stC może powodować powolne płynięcie skał i „wytrącanie” żelaza, które następnie spływa do jądra

• płaszcz górny do głębokości 200 – 400 km:

o astenosfera – plastyczna warstwa „obniżonych prędkości”

o warstwa perydotytowa – skalna, należy do litosfery

• Procesy geologiczne

• to zespół procesów fizycznych i chemicznych, które prowadzą do zmian w skorupie ziemskiej, w górnych partiach płaszcza i głębszych warstwach Ziemi. Przyczyną powstawania tych procesów jest energia pochodząca z wnętrza Ziemi (procesy endogeniczne) lub z zewnątrz Ziemi (procesy egzogeniczne).

• Do procesów endogenicznych zaliczamy:

• · magmatyzm – ogół procesów tworzenia i przemieszczania magm oraz powstawania ciał magmowych na i pod powierzchnią Ziemi;

• · metamorfizm – zespół procesów powodujących przeobrażenie skał w wyniku działania temperatury i ciśnienia znacznie wyższych niż panujące na powierzchni Ziemi.

• diastrofizm (ruchy tektoniczne) – zespół procesów prowadzących do mechanicznych odkształceń (deformacji) skorupy ziemskiej;

•Procesy egzogeniczne to:

1. wietrzenie – rozpad mechaniczny i rozkład chemiczny skał pod wpływem nasłonecznienia, oddziaływania wód i świata organicznego, zachodzący na powierzchni i w strefie przypowierzchniowej;

Wietrzenie fizyczne–prowadzi do rozkruszenia i rozpadu skały bez zmiany jej składu mineralnego (chemicznego)

•zmiany temperatury

•krystalizacja soli

•pęcznienie pod wpływem wody i wysychanie

•mechaniczne oddziaływanie roślin i zwierząt

Wietrzenie chemiczne–prowadzi do zmiany składu mineralnego (chemicznego) skały, czynnikiem przyspieszającym jest wcześniejsza fizyczna dezintegracja skały

•uwodnienie (hydratacja)

•hydroliza w tym kaolinityzacja i lateryzacja

• utlenianie (oksydacja) –łączenie pewnych składników mineralnych z tlenem, np. z kwasów beztlenowych powstają kwasy tlenowe,

• rozpuszczanie (solucja) gdy minerał pod wpływem wody jest całkowicie lub częściowo odprowadzany do roztworu –np. rozpuszczanie soli

• uwęglanowienie (karbonatyzacja)–polega na rozpuszczaniu węglanów (kalcyt, dolomit zawarte w wapieniach) w wodzie

oznaki wietrzenia Zmiana barwy minerały ciemne „tracą” barwę rozjaśniają się skały zawierające substancję bitumiczną brunatnieją skały zawierające żelazo rdzawe plamy i nacieki

Strefa wietrzenia sięga :do kilku m dla wietrzenia fizycznego (do głębokości dobowych i sezonowych zmian temperatur do kilkunastu m dla wietrzenia chemicznego (do lustra wody gruntowej)

Znaczenie wietrzenia w budownictwie: Zmniejszenie wytrzymałości skał używanych jako materiały budowlane Zmniejszenie nośności podłoża budowli Osłabia wytrzymałość kruszyw do betonu Osłabia wytrzymałość elementów kamiennych Skały ilaste są szczególnie podatne na wietrzenie mrozowe, rozmakanie i wysychanie

1. erozja – mechaniczne niszczenia skał (połączone z usuwaniem powstających okruchów) przez wodę, lodowce, wiatr; uruchomiony erozją materiał skalny uderza o podłoże, ponad którym jest transportowany, intensyfikując jego dalsze niszczenie;

2. powierzchniowe ruchy masowe – przemieszczanie w dół po stoku przy powierzchniowych partii podłoża (zwietrzeliny, osadów stokowych oraz fragmentów skał) pod wpływem działania siły ciężkości;

•· sedymentacja (osadzanie, akumulacja) – gromadzenie się osadów (materiału skalnego) skupianego na miejscu dzięki działalności organizmów lub wytrącania podczas naturalnych procesów fizykochemicznych.

Wietrzenie, erozję oraz powierzchniowe ruchy masowe, wspólnie prowadzące do niszczenia powierzchni Ziemi określamy jako denudację. Denudację i sedymentację prowadzą do „wyrównywania” powierzchni, czyli gradacji (planacji).

W ognisku magmowym może nastąpić różnicowanie się magmy – dyferencjacja, a w pewnych warunkach może nastąpić odmieszanie się magmy cięższej i lżejszej – likwacja

Rodzaje metamorfizmu:

•m. termiczny – zachodzi w sąsiedztwie ognisk magmowych, pod wpływem temperatury intrudującej magmy, ma charakter lokalny;

•m. dyslokacyjny – przebiega w strefach fałdowych, gdzie skały podlegają silnemu stressowi przy niewielkiej temperaturze, ma charakter lokalny;

Rodzaje metamorfizmu:

•m. regionalny – przebiega po pogrążeniu skał na dużą głębokośd, gdzie panuje duże ciśnienie hydrostatyczne i temperatura, obejmuje wielkie obszary;

•metasomatoza – gdy któryś z powyższych procesów przebiega z dopływem roztworów i gazów, które indukują różne reakcje chemiczne, powodujące częściowe, lub całkowite zastąpienie istniejących minerałów

•ultrametamorfizm– to zespół procesów pomiędzy metamorfizmem a granityzacją, czyli przetopieniem skał.

Diastrofizm-Zespół procesów, które prowadzą do ruchów i deformacji skorupy ziemskiej. Należą do nich:

poziome ruchy skorupy ziemskiej – dryf kontynentów;

trzęsienia ziemi;

pionowe ruchy skorupy ziemskiej - epejrogeneza;

ruchy orogeniczne prowadzące do powstawania łaocuchów górskich.

Epejrogeneza to powolne, długotrwałe i odwracalne ruchy skorupy ziemskiej obejmujące rozległe obszary (całe kontynenty i morza), które w ich toku ulegają podnoszeniu i obniżaniu, bez istotnych deformacji wewnętrznych. Ruchy epejrogeniczne pociągają za sobą zmiany zasięgu mórz i zmiany baz erozyjnych na lądach.

Transgresje to okresy zalewania lądu przez morza, okresy wycofywania się morza z lądów to regresje.

Orogeneza – wypiętrzanie łaocucha górskiego wskutek pofałdowania pewnej serii skał osadowych.

Skały z których powstają góry tworzą się w geosynklinach – wąskich zbiornikach morskich, których dno przez długi czas podlega dynamicznym ruchom obniżającym – subsydencji. Pozwala to na wykształcenie grubych serii osadów.

Jeżeli wypełniona już geosynklina znajduje się pod wpływem nacisków bocznych, np. w pobliżu strefy subdukcji, warstwy skał podlegają deformacjom – sfałdowaniu i spękaniu wypiętrzając góry.

Wiek bezwzględny skały, wyrażony jest w latach (tysiącach i milionach lat) – badany jest metodami datowania izotopowego, czyli na podstawie rozpadu pierwiastków promieniotwórczych

Wiek względny skał określany jest w stosunku do innej skały, czyli określa która skała jest starsza a która młodsza – badany jest najczęściej metodami paleontologicznymi

Trzęsienia ziemi To gwałtowne i krótkotrwałe ruchy skorupy ziemskiej, wywołane przesunięciami mas skalnych w litosferze. Mogą powstawad w wyniku:

zapadania stropów nad pustkami w przypowierzchniowej strefie skorupy ziemskiej, np. zapadania stropów jaskio lub tąpnięd (ok3%);

gwałtownych erupcji wulkanów, lub przemieszczaniem się magmy w skorupie, a także z zapadaniem stropów opróżnionych komór magmowych (ok.7%);

gwałtownych przemieszczeo mas skalnych wywołanych rozładowaniem nagromadzonych naprężeo wg teorii „sprężystego odskoku” (ok.90%).

antropogeniczne – wywołane podziemnymi próbami nowoczesnych broni

zmiany temperatury prowadzą do

•rozpadu ziarnistego–w skałach o strukturach ziarnistych

•łuszczenia i rozpadu blokowego–w skałach o strukturach skrytokrystalicznych

•zamrozu (wietrzenia mrozowego)–pod wpływem zmiany objętości wody podczas zamarzania

•gromadzenia wody w formie soczewek wśród skał ilastych

krystalizacja soli w porach skał –zwiększenie objętości do 300%pęcznienieskał zawierających minerały ilaste pod wpływem wody może prowadzić do 8-krotnego zwiększenia objętości, jest to proces odwracalny mechaniczna działalność korzeni roślin i zwierząt kopiących tunele

Warunki geologiczno-inżynierskie na obszarach pokryw zwietrzelinowych ze wzrostem głębokości wzrasta nośność podłoża najwyższa część profilu może wykazywać cechy charakterystyczne dla iłów (np. pęcznienie lub skurcz)

Krasowienie polega na rozpuszczeniu skał węglanowych (karbonatyzacji) i gipsowo-solnych przez wody pow. i podziemne.

Sole ulegają rozpuszczeniu w czystej wodzie, skały węglanowe w wodzie zasobnej w CO2. Wody takie rozpuszczają skały

Warunki geologiczno-inżynierskie na obszarach krasowych przykryte zwietrzeliną lub osadami młodszymi formy krasowe, wymagają dokładnego rozpoznania- niebezpieczeństwo bardzo nierównomiernego osiadania silnie rozwinięte formy podziemne krasu (kawerny, jaskinie) mogą spowodować zapadnięcie się posadowionego obiektu

Wynoszenie niektórych składników skały przez wody przepływające przez nią, co prowadzi do zwiększenia porowatości skały, a w rezultacie do zwiększenia wodoprzepuszczalności

Wietrzenie i erozja dostarczają materiału, który jest następnie transportowany do miejsca depozycji i osadzany. Następnie w procesach diagenetycznych luźny osad przekształcany jest w skałę osadową Sedymentacja

S. Morska Na dnie mórz i oceanów osadzają się ciężkości cząsteczki mineralne różnej wielkości oraz szczątki organiczne. Kolejne warstwy nagromadzonego osadu ściskają leżące niżej powodując ich diagenezę, czyli „zeskalenie”

Sedymentacja lądowa Powstają w wyniku s. w środowisku: rzecznym, lodowcowym, eolicznym, jeziornym, bagiennym. Występują lokalnie.

Diageneza jest 3-stopniowa, obejmuje: •kompakcję i odwodnienie •cementację •rekrystalizację

Skały osadowe

•Klastyczne (terygeniczne) Składają się z pokruszonych fragmentów minerałów i wcześniej istniejących skał Poszczególne ziarna mogą być scementowane przy użyciu spoiwa takiego jak kalcyt, tlenki i wodorotlenki żelaza, minerały ilaste itp.

•Organiczne Składają się głównie ze szczątków roślin lub/i zwierząt, np. muszli, kości, budowli rafowych, rozłożonej substancji organicznej, często również scementowanych.

•Krystaliczne Składają się z kryształów powstałych w wyniku odparowywania wody morskiej z płytkich, odciętych zatok w ciepłym klimacie.

Diageneza–zespół procesów zachodzących w skale po jej depozycji, prowadzących do zlityfikowania skały, a zachodzących przy niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu

Geologiczna działalność morza Wody mórz i oceanów działają również niszcząco w brzeżnych strefach, powodując stopniowe cofanie się brzegów Działalność transportowa mórz jest ograniczona

Erozja morska wywołuje falowanie i pływy morskie. Działa ona na wybrzeża i dno morskie w pobliżu brzegu poprzez Hydrauliczne działanie wody fale uderzając o brzeg kruszą, odrywają i rozmywają brzeg Abrazja falowanie powoduje poruszanie materiału kamiennego po dnie i ścieranie tego dna siły i wysokości fal-wielkości pływów-prędkości prądów morskich-konfiguracji wybrzeża-budowy geologicznej strefy brzegowej.

Geologiczno-inżynierskie znaczenie erozji morskiej

•Istnieje konieczność zabezpieczania klifów na których znajdują się obiekty wytworzone przez człowieka.

Tansport jest ograniczony do strefy przybrzeżnej i zachodzi w wyniku działania: •prądów morskich blisko brzegu •nierównomiernego dobijania fal Powstają: -wały brzegowe,-mierzeje,-mielizny,-bariery.

Typy osadów morskich:osady terygeniczne–osady klastyczne powstające z materiału dostarczanego z lądu osady organogeniczne–powstające w wyniku nagromadzenia szczątków szkieletowych zwierząt i roślin osady chemogeniczne wyniku wyparowywania wody morskie jlub reakcj chemicznych zachodzących w warunkach beztlenowych na dnach morskich osady wulanogeniczne–nagromadzenie produktów wulkanizmu podmorskiego

Strefa litoralna obejmuje plaże i przybrzeża plaży od linii najwyższego przypływu do linii najniższego odpływu jest to środowisko sedymentacji klastycznej na wybrzeżach morskich.

Strefa sublitoralnasięga od linii odpływu po krawędź szelfu i jest obszarem wielu różnych środowisk sedymentacyjnych, a co za tym idzie występuje tu duże zróżnicowanie osadów . Mogą tu powstawać: osady rafowe–powstają w wyniku „skamienienia” węglanowych budowli morskich, kolonijnych organizmów osiadłych

Strefa hemipelagiczna obejmuje skłon kontynentalny, podniesienie przedkontynentalny oraz dna basenów do nich przylegających jest to strefa w której nie ma już osiadłego życia organicznego, gdyż światło nie sięga do dna Mogą tu powstawać: muły hemipelagiczne–powstają przez swobodne opadanie zawiesiny wynoszonej z pobliża lądów osuwisk podmorskich–prądów gęstościowych

Strefa pelagiczna obejmuje rozległe obszary den oceanicznych znajdujących się w znacznym oddaleniu od lądu (>800 km) Mogą tu powstawać osady powstające wskutek deszczu ziaren mineralnych i szkieletów organizmów opadających z powierzchniowych warstw wody

Geologiczna działalność wód płynących: ablacja deszczowa–działalność deszczu niszcząca skały miękkie i luźne oraz żłobiąca skały zwięzłe delty i estuaria

działalność rzek żłobienie jarów i parowów w skałach luźnych wyjałowienie i erozja gleb z których spływająca woda wynosi drobne, luźne cząstki–tworzenie deluwiów, co może prowadzić do: tworzenie piramid ziemnych–

Geologiczna działalność rzek (fluwialna uderzając o dno i brzegi niesionym przez wodę materiałem skalnym, rzek działają erozyjnie na dno i brzegi, zmieniając ich kształt rzeki transportują materiał skalny zsypujący się w górnym biegu oraz powstający podczas erozji rzecznej w miarę utraty energii, rzeki osadzają niesiony materiał skalny–tworzą aluwia Działalność rzek wynika z prędkości ich przepływu, która z kolei zależy od spadku terenu, masy wody oraz tarcia wody o brzegi i dno

W górnym biegu rzeki przy niewielkiej ilości wody i dużym spadku dominuje erozja wgłębna i wsteczna przy niemal zerowej akumulacji – powstają doliny V-kształtne, a przy zróżnicowanym litologicznie dnie także wodospady i in.

W środkowym biegu rzeki, przy średniej ilości wody i średnim spadku przeważa erozja boczna oraz nierównomierne osadzanie co prowadzi do powstawania rzek meandrujących i starorzeczy.

W dolnym biegu rzeki, przy dużej ilości wody i małym spadku, wskutek niewielkiej lecz dwustronnej erozji bocznej oraz sporej akumulacji osadów drobnoziarnistych, powstają doliny płaskodenne.

W ujściu rzeki wskutek ustania spadku rzeka stopniowo traci energię niezbędną do niesienia ziaren, zachodzi więc akumulacja osadów najpierw gruboziarnistych, a dalej coraz bardziej drobnoziarnistych – powstają stożki napływowe

Erozjawgłębna–pogłębianie koryta rzecznego, występuje przy dużym spadku rzeki i prowadzi do powstawania dolin V-kształtnych, gardzieli dolinnych, kanionów, progów wodnych i wodospadów, a także terasów erozyjnych.

Maksymalna głębokość do jakiej może dojść erozja wgłębna to baza erozyjna. Jest to poziom zbiornika wodnego do którego uchodzi rzeka.

Erozjawsteczna–powoduje cofanie się obszarów źródłowych i wodospadów, poprzez podcinanie progów wodnych. W krańcowych przypadkach prowadzi do kaptażu czyli przeciągania rzek i słabiej erodującej przez rzekę silniej erodującą.

Erozjaboczna polega na podmywaniu brzegów koryta rzecznego i wrezultacie ich obrywaniu się i obsuwaniu. Erozja boczna działa na zewnętrzny chłukach zakoli rzeki poprzez rozwijanie meandrów prowadzi do poszerzania doliny rzecznej (powstawania dolin płaskodennych

Transport rzeczny-skalny w postaci roztworu, zawiesiny i wleczyny .Jako roztwór transportowane są łatwo rozpuszczalne związki: węglany, siarczany i chlorki Materiał skalny wleczony lub toczony po dnie (rumowisko rzeczne), jest transportowany głównie przy wysokich stanach wody i powoduje okresowe przemieszczanie aluwiów zalegających na dnie –tworzenie otoczaków. Ciężar cząstek jakie może transportować rzeka (wydolność) zależy od jej prędkości. Małe rzeki o dużej prędkości zdolne są do przenoszenia małych ilości olbrzymich głazów, natomiast duże rzeki o niewielkiej prędkości transportują ogromne ilości drobnego materiału skalnego .Zawiesiny tworzy głównie frakcja pyłowa i iłowa, a w rzekach o większym spadku również piaskowa. Ilość zawiesin zależy od podłoża po którym płynie rzeka.

Akumulacja rzeczna

W miarę zmniejszania się prędkości rzeka pozostawia część transportowanych osadów tworząc aluwia.

Zarówno w profilu podłużnym jak i pionowym aluwiów, występuje stopniowe zmniejszanie wielkości ziaren, od frakcji żwirowej do pylastej, charakteryzuje go budowa soczewkowa.

Osady rzeczne mogą być gromadzone jako:

Terasy–spłaszczenia terenu (półki, stopnie) występujące na różnych wysokościach w dolinie rzecznej; powstają przez rozcięcie nagromadzonych przez rzekę osadów aluwialnych w dnie doliny –często występują tu mady.

Stożki napływowe–powstają w miejscach zmniejszenia energii rzeki (przy zmniejszeniu spadku lub połączeniu dwóch rzek o różnych spadkach)

Nasypy mieliznowe(mielizny korytowe, łachy) –wielometrowej długości nasypy ułożone dłuższą osią równolegle do nurtu rzeki. Mogą się one stopniowo przemieszczać w dół rzeki. Osady mieliznowe charakteryzuje przekątne warstwowanie.

Odsypy meandrowe –powstają po wewnętrznej stronie meandrów, gdzie prąd jest słabszy

Bruk rzeczny –powstają w wyniku osadzenia tylko grubszego materiału skalnego po wysokich stanach wód