Wykład 4

Procesy egzogeniczne Degradujące:• Wietrzenie• Erozja • Ruchy masoweAgradujące:• Transport• AkumulacjaAntropogeniczne

Denudacja - to procesy niszczące powodujące wyrównywanie i stopniowe obniżanie powierzchni Ziemi. Obejmuje: wietrzenie, erozję, ruchy masowe i przemieszczanie zwietrzeliny z obszarów wyższych ku niższym.

Procesy egzogeniczne:

• Procesy degradujące - niszczące (powodujące zrównanie wyniosłości)

a. - wietrzenie

b. - erozja c. - ruchy masowe

2. Procesy agradujące - twórcze

a. - transport

b. - akumulacja

Procesy degradujące

• Wietrzenie to rozpad mechaniczny i rozkład chemiczny skał pod

wpływem czynników zewnętrznych; odbywa się wskutek działania energii słonecznej,

wody, powietrza, biosfery na skały;

Wyróżnia się:

1 - wietrzenie fizyczne - polega na rozdrobnieniu skał;2 - wietrzenie chemiczne - polega na powstawaniu nowych minerałów.

ad. 1 - wietrzenie fizyczne

• to mechaniczny rozpad skały pod działaniem powierzchniowych czynników fizycznych takich jak:

– 1. zmiany termiczne (głównie w strefie klimatu gorącego, gdzie występuje duża amplituda dobowa temperatur, duże nasłonecznienie).

– 2. działalność zamarzającej wody w szczelinach skalnych.( w strefie umiarkowanej oraz na obszarach polarnych).

– 3. działalność mechaniczna roślin, zwierząt, człowieka.

ad.2. wietrzenie chemiczne(rozkład chemiczny skał - przy udziale wody atmosferycznej, powierzchniowej lub gruntowej - wody z rozpuszczonym CO2 i O2).

Najczęściej zachodzącymi procesami są:• - rozpuszczanie minerałów Ca CO3 + CO2 + H2 O -> Ca (HCO3) Mg CO3 + CO2 + H2 O -> Mg (HCO3) Ca(HCO3) jest rozpuszczalny• - hydroliza - rozkład substancji chemicznych pod

wpływem wody (np. reakcja glinokrzemianów z wodą)(skaleń (ortoklaz) – kaolinit)

wietrzenie chemiczne c.d.

- hydratacja - uwodnienie - z reguły procesy odwracalne

CaSO4 + 2 H2O -> CaSO4x2 H2O anhydryt gips

- karbonatyzacja - zastąpienie SiO2 (krzemionki) przez CO2

np. krzemiany przechodzą w węglany Ca Mg Si2O6 + 2CO2 -> CaMg(CO3) 2 + 2SiO2

diopsyd dolomit

Erozja:

•Ablacja deszczowa•Erozja rzeczna•Erozja morska•Erozja lodowcowa •Erozja eoliczna•Erozja powierzchniowa

Ablacja deszczowa

Najprostszy rodzaj erozji, wywołany mechanicznym działaniem deszczu.

• na obszarach nie pokrytych roślinnością, • gdzie w podłożu utwory mało zwięzłe (lessy)

- pojedyncze krople (okrągłe odciski),- krople w większej ilości tworzą małe strugi.

Erozja rzeczna

denna boczna wsteczna

Profil równowagi

Erozja i akumulacja morska

Wybrzeże klifowe

I, II, III - kolejne stadia rozwoju klifu1 - niski stan wody 4 - urwisko2 - wysoki stan wody 5 - platforma abrazyjna3 - nisza abrazyjna 6 - platforma akumulacyjna

5

Stadia (a, b, c, d) erozji morskiej, prowadzącej do powstania:

1- klifu, 2 - wału brzegowego, 3 - tarasu erozyjnego, 4 -tarasu akumulacyjnego, 5 - poziom przypływu, 6 - poziom odpływu

a, b c, d

Erozja lodowcowa

- żłobienie podłoża - doliny U - kształtne- misy, rynny, fiordy

Przekrój przez lodowiec

Powstawanie struktur glacitektonicznych

Lądolód

Erozja eoliczna

Deflacja

(wywiewanie)

Korazja

(szlifowanie powierzchni skalnych przez wiatr miotającym piaskiem

Erozja powierzchniowa (gleby i zboczy)

- zmywanie gleby przez wodę deszczową, spływającą po zboczu

- degradacja gleby - wypłukiwanie składników pokarmowych

- Mogą osuwać się:- pojedyncze ziarna,- całe zbocza.

Erozja powierzchniowa (gleby i zboczy) c.d.Intensywność procesu zależy od:

- pokrycia terenu szatą roślinną,- natężenia opadów, roztopów,- nachylenia zboczy,- kształtu i długości stoku,- zwięzłości i przepuszczalności podłoża.

Przemieszczanie mas skalnych w dół stoku ku bazie denudacyjnej spowodowane zaburzeniem równowagi pomiędzy :

• siłami utrzymującymi (zwięzłość i spójność skały, jej tarcie wewnętrzne, międzywarstwowe)

• a siłami zsuwającymi - odrywającymi (składowa siły ciężkości skierowana zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza).

(gdy siły ścinające przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie (Wiłun).

Powierzchniowe ruchy masowe

Przemieszczanie mas skalnych w dół stoku ku bazie denudacyjnej spowodowane zaburzeniem równowagi pomiędzy :

• siłami utrzymującymi (zwięzłość i spójność skały, jej tarcie wewnętrzne, międzywarstwowe)

• a siłami zsuwającymi - odrywającymi (składowa siły ciężkości skierowana zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza).

(gdy siły ścinające przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie (Wiłun).

Powierzchniowe ruchy masowe

Czynniki wywołujące powierzchniowe ruchy masowe:

• nachylenie stoku - element morfologiczny (rzeźba terenu) zmieniający się pod wpływem podcinania zbocza lub dosypywania materiału na zboczu,

• budowa geologiczna podłoża (litologia, tektonika) – element zmieniający się pod wpływem procesów wietrzenia, • podcięcie zboczy przez erozję,

• klimat (częstotliwość i intensywność opadów oraz zmiany temperatury),

• przeciążenie zboczy przez opady, śnieg,• wstrząsy.

Osuwisko

Koluwia – produkty ruchów osuwiskowych

Przyczyny powstawania osuwisk

W obrębie powierzchni nachylonej siła ciężkości W rozkłada się na dwie składowe N i B. Na wydzielony element gruntu A działa ciężar W. Siłę W rozkładamy na: - siłę N prostopadłą do zbocza (skierowaną w głąb Ziemi), - i siłę styczną B (skierowaną zgodnie ze spadkiem).

Siła B powoduje zsuwanie elementu gruntu.Sile tej przeciwstawia się siła tarcia T (T = N tg φ) Równowaga elementu jest zachowana gdy B < T.

• Kąt określający maksymalne nachylenie, przy którym grunt nie ulega jeszcze przemieszczaniu pod wpływem siły ciężkości nazywa się – k ą t e m n a t u r a l n e g o z s y p u.

Kąt ten wynika z oporu tarcia wewnętrznego i z oporu spójności (kohezji) jest różny w zależności od materiału.

- dla piargów wynosi ok. 45°, - dla piasków 15 - 35°, - dla glin 8 - 20°.

• Gdy stok zbudowany z tych utworów uzyska kąt nachylenia większy od kąta naturalnego zsypu, wówczas następuje przemieszczanie mas i okruchów pod wpływem siły ciężkości.

• Siła zsuwająca powoduje przemieszczanie przypowierzchniowych mas skalnych i mas zwietrzelinowych w dół stoku.

• Zsuwaniu przeciwdziała zwięzłość i spoistość skały, tarcie wewnętrzne, między warstwowe i między pokładowe.

• Podatność utworów na przemieszczanie zależy od właściwości gruntu, a określa ją: struktura, porowatość, wilgotność, plastyczność, przepuszczalność.

• Skały o dużej zwięzłości i spoistości mogą tworzyć nawet pionowe ściany skalne.

Klasyfikacja wg Książkiewicza:

• obrywy, • spełzywania,• zsuwy.

Obrywy:• gdy stok stanowi stroma ściana skalna (kąt nachylenia

zbocza 55°-90°),

• odpadanie okruchów i obrywania mas skalnych, u podnóży usypywanie materiału,

• budowa dróg na stokach, gdzie zachodzi odpadanie, wymaga cementowania skał na zboczu, budowy przegród i dachów ochronnych, przekopywania tuneli.

Spełzywanie:

• powolny stały ruch zwietrzeliny na zboczach nawet o małych nachyleniach (od 3°), na wielkich przestrzeniach stokowych,

• nasilenie w okresach opadów i roztopów.

• intensywność zależy od rodzaju podłoża (np.: less odporny na spełzywanie; iły, gliny – nie odporne)

Zsuwy:

zsuwanie się, ześlizg mas skalnych wzdłuż określonej powierzchni.

– zsuwy płaszczyznowe (konsekwentne),

– zsuwy rotacyjne (asekwentne).

Zsuw konsekwentno-szczelinowy

(zsuw płaszczyznowy)

Zsuw konsekwentno- strukturalny

(zsuw płaszczyznowy)

kropki oznaczają piaskowce, kolor czarny - łupki

Zsuw rotacyjny- osuwisko sufozyjne

Zsuw rotacyjny- osuwisko asekwente (w jednorodnym materiale)

Klasyfikacja według Wiłuna:

• Spływy – stopniowe spełzywanie nawodnionej masy gruntowej bez wytworzenia się wyraźnej powierzchni poślizgu (spływ skarp na wiosnę)

• Zsuwy – obsunięcie się górnej warstwy gruntu prawie równolegle do powierzchni terenu; powierzchnia poślizgu zbliżona kształtem do płaszczyzny

• Osuwiska – obsunięcie się gruntu wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu (odłamu, ześlizgu)

Wiłun - Książkiewicz

• Spływy (Wiłun) – stopniowe spełzywanie nawodnionej masy gruntowej bez wytworzenia się wyraźnej powierzchni poślizgu (spływ skarp na wiosnę) – spełzywanie wg Książkiewicza.

• Zsuwy (Wiłun) – obsunięcie się górnej warstwy gruntu prawie równolegle do powierzchni terenu; powierzchnia poślizgu zbliżona kształtem do płaszczyzny - zsuw płaszczyznowy wg Książkiewicza.

• Osuwiska (Wiłun) – obsunięcie się gruntu wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu (odłamu, ześlizgu) - zsuw rotacyjny wg Książkiewicza.

Procesy agradujące: - Transport- Akumulacja

Akumulacja rzeczna

Stożki napływoweProfil przez osady deltowe

Taras akumulacyjny (nałożony)

Etapy powstawania tarasów akumulacyjno-erozyjnych

Przekrój przez dolnę Odry w Obniżeniu Scinawskim(wg S. Szczepankiewicza)

I, II, III - tarasy holoceńskie, IV - taras północnopolski, V ­powierzchnia zasypania warciańskiego;

1 - morena denna górna, 2­ osady wodnolodowcowe międzymorenowe, 3 - morena denna dolna, 4 - iły i piaski preglacjalne oraz trzeciorzędowe

Formy morfologiczne akumulacji lodowcowej i wodnolodowcowej

MorenyI

Morena czołowa Morena boczna (fazy powstania I i II)

Oz

Kem

(fazy powstania I i II)

a -plan, b - przekrój poprzeczny,

c - przekrój podłużny

Drumlin

Ślady pozostawione przez lądolód (Fairbrige)

Lądolód

Akumulacja utworów lodowcowych i wodnolodowcowych (wg Lencewicza)

N S

Utwory lodowcowe i wodnolodowcowe w okolicach Wrocławia

Zlodowacenia na terenie Polski

Zlodowacenia i pradolinyZlodowacenia:

I. podlaskie– Interglacjał tegeleński

II. krakowskie– Interglacjał mazowiecki

III. środkowopolskie- Stadium południowe (maksymalne) - Warty

- Interglacjał eemski

IV. bałtyckie - Faza leszczyńska

- Faza poznańska - Faza pomorska

Pradoliny:

- wrocławsko - magdeburska - stadium Warty

- barycko - głogowska - faza leszczyńska

- warszawsko - berlińska - poznańska

- toruńsko - eberswaldska - pomorska

Mapka moren czołowych, pradolin i pól sandrowych w Europie Środkowej

Czoło lodowca otoczone wałem moren czołowych

[Kozik]

Spiętrzona morena czołowa (Hagen)

Akumulacja eoliczna

Przekrój przez wydmę (wg Emmonsa, Stauffa) - wydma narastająca w miejscu

Barchan

PROCESY ANTROPOGENICZNE

• To procesy powodującej naruszenie układu warstw geologicznych i zmianę ich właściwości fizycznych oraz mechanicznych, wskutek działalności (technicznej) człowieka, m. in. mają miejsce przy:

– prowadzeniu eksploatacji górniczej, podziemnej i odkrywkowej, – wykonywaniu robót ziemno-budowlanych, takich jak tunele i

głębokie wykopy budowlane.

• Przyczyniają się do powstania szkód górniczych, pogorszenia (uniemożliwienia) warunków posadowienie budowli na terenie ich występowania.

• Do procesów antropogenicznych powodujących trwałe zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych gruntów zalicza się również:

– podtopienia wokół sztucznych zbiorników wodnych (zaporowych),

– składowanie odpadów, które są częstą przyczyną uaktywniania się procesów fizyczno-chemicznych, powodujących skażenia wód i zmiany właściwości fizycznych,

– wyciskanie podłoża wokół hałd kopalnianych, – rozluźnienia gruntów i zmiana ich właściwości pod wpływem

sztucznych wybuchów przy badaniach sejsmicznych oraz wybuchów w kamieniołomach eksploatacyjnych.

Szkody górnicze– Niecka osiadania to obniżenie powstające nad całym wyrobiskiem, na

terenach górniczych, wskutek eksploatacji złóż w kopalniach podziemnych,

– Ich tworzenie stanowi problem budowlany, zarówno w zakresie:

• lokalizacji nowych budowli, • konserwacji oraz eksploatacji obiektów istniejących.

Obszary: brzeżny środkowy brzeżny zewnętrzny (b.z.) b.w. wewnętrzny (b.w) b.z.

W niecce osiadania wyróżnia się następujące obszary:

– środkowy,

– brzeżny wewnętrzny (b.w.)

– brzeżny zewnętrzny (b.z.)

Obszar: środkowy (obejmuje środek niecki ograniczony punktami F

i G) - głębokość niecki jest tu największa, - obniżenie równomierne i na ogół nieszkodliwe dla budowli.

• brzeżny wewnętrzny (obejmuje strefę wzdłuż krawędzi wybierania złoża, ograniczony punktami E i F oraz G i H - stanowi skrzydła niecki). – obniżenie powierzchni terenu bardzo

nierównomierne, powoduje najwięcej szkód budowlanych.

– działają tu siły ściskające (na powierzchni terenu tworzą się charakterystyczne wklęsłości).

• brzeżny zewnętrzny (obejmuje dwie strefy ograniczone punktami A i E oraz H i B).– obniżenie jest tu niewielkie ale nierównomierne, – działają tu siły rozciągające, powodujące poziome przesunięcia

gruntów (na powierzchni terenu zaznaczają się charakterystyczne pofalowania).

– w strefach tych występuje bardzo dużo szkód budowlanych, zwłaszcza linii kolejowych, rurociągów, dróg bitych oraz budynków mieszkalnych i przemysłowych.

• Szybkość tworzenia się niecki osiadania i jej wymiary zależą od:

– sposobu prowadzenia eksploatacji górniczej: • szybkości posuwania się frontu eksploatacji, • wysokości i szerokości wyrobiska,

– właściwości fizycznych i mechanicznych skał.

• Głębokość obniżenia może dochodzić do kilkudziesięciu m (następuje naruszenie struktury i tekstury warstw skalnych oraz zmiana właściwości fizycznych oraz mechanicznych).

– przy eksploatacji złoża z zawałem (wypełnienia materiałem podsadzkowym wolnych przestrzeni powstałych po wydobyciu kopaliny) obniżenie na powierzchni terenu wynosi około 75% grubości wyeksploatowanego pokładu,

– przy eksploatacji złoża z zastosowaniem podsadzki osiadanie powierzchni terenu wyniesie tylko około 12% grubości wyeksploatowanego pokładu.

• W rejonie niecki osiadania zmieniają się warunki hydrogeologiczne.

• Powstaje:– nowy układ zawodnienia, tworzą się zalewiska, – nowy układ hydrodynamiczny wód podziemnych i

powierzchniowych, w wyniku czego uruchamiają się procesy osuwiskowe, sufozja itp.

W procesie tworzenia się niecki osiadania trudno jest przewidzieć przebieg jej rozwoju, określić ilościowe i jakościowe deformacje powierzchni oraz ich przebieg w czasie.

– Po całkowitym wyeksploatowaniu następuje osiadanie powierzchni terenu nad całym wyrobiskiem.

– Przebieg zawałów małych wyrobisk górniczych jest powolny i może trwać latami.

– Nawet nad wyrobiskami znajdującymi się na głębokości 100 m obserwuje się zapadnięte powierzchnie terenu.

– Można teoretycznie obliczyć wartość osiadania w obrębie poszczególnych pól górniczych i wykreślić prognostyczną mapę całkowitego osiadania.

PROCESY I ZJAWISKA KRASOWE

• powstają w wyniku rozpuszczania skał wapiennych, dolomitycznych, marglistych, anhydrytów i gipsów przez wody krążące w ich obrębie (w obecności dwutlenku węgla powstaje kwaśny węglan wapnia i kwas węglowy, kwaśny węglan wapnia przechodzi do roztworu)

• rozpuszczanie odbywa się najintensywniej wzdłuż głównych kierunków przepływu wód, którymi są spękania i szczeliny. Powstają:– puste przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach, – lub następuje wymywanie powierzchniowe.

Do najważniejszych form krasowych należą:

• korytarze i groty podziemne ciągnące się kilka, a nawet kilkanaście kilometrów, wykształcone w różny sposób. W pustkach krasowych powstają nacieki węglanu wapnia, które wytrącają się z krążących wód - spotykane na stropach - stalaktyty, a na dnie - stalagmity:

• leje krasowe powstają przez zawalanie się stropów grot i

jaskiń, występujących pod powierzchnią terenu na niewielkiej głębokości;

• uwały są formą dolinną powstałą przez połączenie kilku lejów;

• organy krasowe - są to słupowe formy powstałe przez kierunkowe wymywanie stropowej powierzchni wapieni zwane też krasem wieżowym.

• ponory - zagłębienia będące poszerzonymi przez płynące wody szczelinami. W zagłębieniach tych giną czasem całe rzeki łącząc się z podziemnymi strumieniami;

1. zwietrzelina2. wapień3. lej krasowy4. osady krasowe5. jaskinia krasowa6. szyb krasowy7. skała nie ulegająca rozpuszczaniu

Przekrój przez zapadlisko krasowe

Przekrój przez grotę krasową i zapadlisko

1, 6. warstwy nie ulegające skrasowieniu2. wapień skrasowiały3. zapadlisko krasowe4. grota5. osady krasowe

Organy krasowe w wapieniu

1. organy krasowe2. wcięcia erozyjne wypełnione

glinami3. piaski pokrywowe4. budowla