контр раб №2 осн инж геологии и гидрогеологии. Контрольная работа 2 по дисциплине Основы инженерной геологии и гидрогеологии Вариант 3 студент гр. Иб360871
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» Интернет-институт КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2 по дисциплине «Основы инженерной геологии и гидрогеологии» Вариант №3 Выполнил: студент гр. ИБ360871 Дементьев Денис Петрович 1.Земля в мировом пространстве и ее происхождение Земля - одно из бесчисленных небесных тел, рассеянных в безграничном пространстве Вселенной. Положением Земли в мировом пространстве люди стали интересоваться еще в далеком прошлом. В то время Земля считалась центром мира, вокруг которого вращаются все планеты, в том числе Солнце. Подробно эта схема мироздания была разработана александрийским ученым Птоломеем во II веке н. э. и называлась геоцентрической. Истинное положение Земли как одной из планет Солнечной системы было доказано в XVI веке польским астрономом Николаем Коперником (1473-1543). Его открытие послужило толчком для развития астрономии на научной основе. Солнечная система, которой принадлежит Земля, - весьма небольшой участок Вселенной, примыкающий к относительно крупному по размерам и массе центральному телу - Солнцу. Вокруг него по определенным орбитам вращается множество мелких тел - планеты, спутники, астероиды, кометы, а также космическая пыль и газы. Планеты вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости по орбитам, близким к круговым. В Солнечной системе известно 9 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Расстояние их от Солнца подчиняется определенной закономерности: расстояние последующей планеты приблизительно в два раза больше, чем предыдущей. Земля находится от Солнца на расстоянии 149.500 тыс. км - 1 астрономическая единица. По положению в Солнечной системе, размерам и особенностям строения планеты делятся на две группы: "земного" типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планеты первой группы имеют сравнительно высокую плотность, небольшие размеры, мало спутников. Планеты-гиганты, напротив, имеют малую плотность, близкую к 1, огромные размеры, много спутников. Луна - естественный спутник Земли, находящийся от нее на расстоянии 384.400 км (между центрами). Диаметр Луны 3476 км. Оказывает на Землю и ее движение значительное влияние (приливы и отливы, а также деформации в твердой оболочке, аналогичные им). Плотность Луны 3,34 г/см3 (0,6 плотности Земли), масса = 1/81 массы Земли. На Луне нет атмосферы. Специфическая черта лунного ландшафта - изобилие характерных кольцевых гор, образующих различные кратеры и цирки. В недрах Луны нет тяжелых элементов-металлов, у нее нет магнитного поля. На поверхности Луны выделяются "моря" и "суша". "Моря" заполнены породами типа базальтов, выполняющих дно земных океанов. В составе лунных пород преобладают SiO2 (40,0-43,8%), FeO (18,0-21,3%), Al2O3 (11,0-13,6%), CaO (10,0-10,7%), MgO (7,0-11,7%); соответствующие анализы для земных толеитовых базальтов дают 47,9%, 9,8%, 11,8%, 9,3%, 14,0%. Воды в лунных породах нет, а в примесях в разных, но, в общем, малых объемах встречаются почти все элементы, известные на Земле. Из минералов для лунных пород типичны пироксены, плагиоклазы, ильменит, оливин, кристобалит. Для "суши" - породы типа анортозитов. Возраст образцов лунных пород - 3,6-3,9 млрд. лет - сходен с возрастом земных пород. Солнце - центральное тело Солнечной системы, оказывающее на Землю наибольшее влияние. Масса Солнца в 332400 раз больше земной. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли и равен 1391 тыс. км. Температура поверхности солнца 6000о, а в недрах 20000000о. Энергия Солнца обусловливает большинство физических и химических процессов на Земле, является источником жизни. В то же время Солнце - рядовая звезда Вселенной. Земля получает лишь 1/2200000000 долю энергии Солнца, но и ее хватает для создания благоприятных жизненных условий. До середины XVIII века представления о происхождении Земли носили мифический, религиозный характер. В середине XVIII века И. Кант, а позднее П.С. Лаплас, создали первую гипотезу происхождения, образования Вселенной и, в частности Земли. Еще во времена зарождения науки о Земле вопрос о ее происхождении рассматривался в тесной связи с проблемой происхождения Солнечной системы в целом. В 1755 году появилась гипотеза, выдвинутая известным немецким ученым И.Кантом: Солнечная система произошла из рассеянной материи, "первичного хаоса". Частицы "хаоса" вначале были неподвижны, но, по мере того как более плотные и крупные частицы притягивали менее плотные (по закону всемирного тяготения), они приходят в движение. Так образовались крупные сгустки, которые представляли собой обособленные звезды и планеты. Важно в гипотезе Канта то, что устранен вопрос о первом, "божественном", толчке (который предполагал Ньютон). Все в этой гипотезе объясняется физическими законами. Французский математик и астроном П.Лаплас развил эту гипотезу. Он заметил, что все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца почти в одной плоскости и по близким к круговым орбитам, в одном направлении. Исходя из этого, Лаплас представил образование Солнечной системы из гигантской раскаленной газовой вращающейся туманности с более плотным центральным ядром. Вследствие сжатия туманности увеличивается скорость ее вращения. В результате возрастающей центробежной силы от туманности стали отделяться концентрические газовые кольца вдоль экваториальной плоскости. Кольца продолжали вращаться, а в результате неравномерного распределения материи в них возникли сгущения - зародыши планет, а также их спутников. Окончательное формирование планет происходило при остывании газовых сгустков. Гипотеза Канта-Лапласа получила широкое признание и считалась непреложной в течение более чем ста лет. 5 В начале ХХ века были выявлены некоторые особенности строения Солнечной системы, которые не укладываются в рамки гипотезы Канта-Лапласа (Уран вращается на боку, некоторые спутники Юпитера, Сатурна и Урана, сам Уран и Венера вращаются в другую сторону). Против гипотезы были и некоторые законы механики. В 30-х годах нашего столетия популярность получила гипотеза английского ученого Д.Джинса о том, что планетные сгустки материи были вырваны из Солнца притяжением проходящей близко гигантской звезды. Он, по сути дела, вернулся к "приливной" гипотезе Ж.Бюффона о сгустке, вырванном из Солнца кометой. Но, во-первых, вероятность такого события в нашей области Галактики практически равна нулю, а во-вторых, как объяснить с этой точки зрения множественность планетных систем? Похожие идеи выдвинули также американские ученые Ф.Мультон и Т.Чемберлен. В 40-х годах ХХ века внимание привлекла гипотеза образования планет из твердого метеорного вещества, разработанная советским академиком О.Ю.Шмидтом. По этой гипотезе Земля образовалась из разрежённого пылевого облака в результате неупругого соударения (аккреции) твердых частиц под действием взаимного притяжения. Предполагалось, что Земля была вначале холодной и разогрелась вторичным путем вследствие радиоактивного распада тяжелых элементов. Гипотеза хорошо объясняет образование плотных малых и легких больших планет, а также распределение массы и момента количества движения (у Солнца соответственно 90% и 2%; у планет - 1/700 и 98%) в результате дифференциации роя с помощью Солнца. Пылевая материя была захвачена Солнцем из Галактики. Крупный недостаток гипотезы О.Ю.Шмидта - отрыв вопроса происхождения планет от проблемы происхождения Солнца и звезд, хотя в этих вопросах много общего. Мала вероятность встречи метеоритного облака по сравнению с газовым. В настоящее время образование Солнечной системы представляется следующим образом: образование Солнца и уплощенной вращающейся околосолнечной туманности из межзвёздного газопылевого облака, вероятно, под влиянием близкого взрыва "сверхновой" звезды; эволюция солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам; конденсация "пыльной плазмы" в кольца вокруг Солнца, а материала колец - в планетезимали (путем аккреции); дальнейшая конденсация планетезималей в планеты; повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников. Вся эта эволюция происходила очень быстро (всего около 100 млн. лет) и случилась приблизительно 4,7 млрд. лет тому назад3. 2. Методика диагностирования минералов с пояснением каждого свойства Каждый минерал обладает определенным набором характеристик (признаков), которые позволяют отличить их друг от друга. Эти признаки определяются химическим составом, строением кристаллической решетки и силами связи между атомами или ионами в решетке. Важнейшие диагностические признаки и свойства минералов, определяемые без специально оборудования условно подразделяются на оптические, механические и т.н. «особые». К оптическим относятся: цвет, цвет минерала в порошке, блеск, прозрачность, эффекты типа иризации, опалесценции.налачие цветных пленок побежалости на поверхности. Механические: твердость, излом, спайность, отдельность, ковкость. К особым свойствам минерала относятся: форма выделения, магнитность, плотность (удельный вес), химические реакции, растворимость в воде и кислотах, вкус. Для каждого минерала желательно изучать весь комплекс этих характеристик, хотя, для диагностики некоторых минералов достаточно 1-2 признаков. В полиминеральных образцах необходимо определять диагностические свойства только изучаемого минерала (а не любого участка образца). Внешний вид (форма выделения) - это характерный, но очень неустойчивый признак. Имеет две основные формы: кристалла и сростков кристаллов. 1. Кристалл – часто встречающаяся и самая характерная форма. Например, кристаллы гранатов, не зависимо от их размера и окраски всегда имеют форму сложного многогранника (двенадцатигранника). Из-за этого они выглядят как-бы округлыми. Размеры кристаллов составляют от тысячных долей миллиметра (глинистые минералы) до нескольких метров (например, амазонит, кварц берилл). Вес – от тысячных долей грамма до десятков тонн. Разнообразие существующих форм кристаллов можно подразделить на 3 типа (рис 1.). 1. Изометричные – имеющие близкие размеры во всех направлениях - кубы (галенит, пирит), тетраэдры (сфалерит) и др. 2. Вытянутые в одном направлении - призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы (роговая обманка, хризотил-асбест, эгирин). 3. Вытянутые в двух направлениях (уплощенные) – таблитчатые пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы. 2. Сростки кристаллов (срастания) имеют две разновидности: закономерные – двойники (срастания и прорастания), тройники и т.д.; незакономерные – случайные сростки хаотично ориентированных кристаллов. По внешнему виду последние очень разнообразны. Незакономерные сростки кристаллов в свою очередь делятся на 10 подгрупп (см. табл. 1.). Иногда в результате процесса метасоматического замещения или растворения с последующим заполнением пустот, кристаллические формы, принадлежащие одному минералу, оказываются представленными другим минеральным веществом. Подобные образования называются псевдоморфозами. Чаще всего в природе минералы встречаются в виде зерен неправильной формы. Хорошо образованные кристаллы значительно более редки. Однако и при отсутствии естественной огранки, форма зерен многих минералов перекликается с формой кристаллов свободного роста.  Рис. 1. Наиболее характерные формы кристаллических многогранников а) – кубы; б) – октаэдры; в) – тетраэдры; г) – тетрагонтриоктаэдр; д) - пентагондодекаэдр; е) – ромбододекаэдр; ж) – трапецоэдр; з) – скаленоэдр; и) - ромбоэдр; к) – шестигранная призма; л) – трехгранная бипирамида; м) – трехгранная призма; н) – четырехгранная бипирамида; о) – четырехгранная призма; п) - шестигранная бипирамида. Таблица 1: Основные формы выделения минералов.
 Рис. 2. Характерные формы выделения минералов и их агрегатов в природе: А - единичный кристалл; Б – двойник горного хрусталя; В – “щетка” (аметист); Г - друза (турмалин); Д – жеода (аметист); Е – натек (опал); Ж – плотная зернистая масса (магнетит); З – вкрапления в породу (кианит); И – сталактит (кальцит); К, Л – конкреция фосфорита (она же в разрезе). Цвет минералов – самый яркий, запоминающийся, но очень обманчивый признак, так как может меняться у одного и того же минерала, или даже в пределах одного минерального зерна - такое явление называется полихромностью. Например, флюорит может иметь окраску самых разных цветов (красный, зеленый, желтый, черный). С другой стороны, есть небольшое количество минералов имеющих относительно постоянную окраску. Так, хромовый гранат – уваровит изумрудно-зеленый, малахит – голубовато- или темно-зеленый, эпидот- фисташково-зеленый. Уже этот пример показывает необходимость использования уточняющих оттеночных эпитетов при описании минералов. Неудобством этого метода является некоторая субъективность оценки (сине-зеленый или зелено-синий?!), но для большинства случаев и этого достаточно. Минералы имеющие несколько окрасок могут подразделяться на разновидности, имеющие разные названия. Особенно много таких разновидностей у кварца и халцедона (см. табл. 2). Таблица 2. Окрашенные разновидности минералов кремнезёма.
Следует отметить, что на цвет минерала могут оказывать влияние состояние минерала. Например, окисление приводит к возникновению ярких пленок побежалости (по борниту), наличие микропористости (т.е. характер агрегата) дает молочно-белую окраску халцедону-кахолонгу… Цвет минерала в порошке («цвет черты») – более устойчивый признак, чем цвет в образце. Для определения цвета черты куском минерала проводят по поверхности неглазурованной фарфоровой пластинки (бисквита). Так, например, гематит может в кристаллах как правило черный, в землистых массах красный, однако в порошке он всегда красный. Прозрачность – свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на следующие группы: прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные. Прозрачные минералы пропускают свет как обычное оконное стекло (горный хрусталь); полупрозрачные – как матовое стекло (жильный кварц). Непрозрачные минералы представлены преимущественно рудными минералами. Кроме выше указанных часто выделяют так же группу минералов, прозрачных только в тонкой пластинке (просвечивающих «по тонкому краю» или в тонком сколе). Характерным примером последних является кремень и кварц-морион. Блеск – способность отражать свет. Он зависит от характера химических связей в минерале и от формы выделения минерала. Блеск наблюдается визуально на свежем (не выветрелом) сколе минерала. Блеск зависит от показателя отражения минерала. Установлено, что минералы с показателем преломления 1,3-1,9 имеют стеклянный блеск, 1,9-2,6 – алмазный, 2,6-3,0 - полуметаллический, 3 – металлический. По блеску все минералы делятся на 6 групп (от самого яркого до самого тусклого (см. табл. 3.): Таблица 3. Классификация блеска минералов
Удельный вес (плотность) – масса единичного объема вещества (1 г/см³). Этот признак нельзя считать самостоятельным – его всегда используют в комплексе с другими диагностическими признаками. В полевых условиях плотность определяется грубо, путем взвешивания образца на ладони. Не смотря на грубость и приблизительность этой оценки, полученный результат при определении минералов может значительно сократить перебор возможных вариантов. Минералы по плотности можно грубо подразделить на 4 группы (см. табл. 4). Таблица 4. Классификация минералов по их плотности.
Для сравнения: Земная кора (от поверхности Земли и до глубины 35 км) имеет среднюю плотность 2,5 г/см³. Средняя плотность всей Земли по расчетам примерно равна 5,5 г/см³. Твердость – способность сопротивляться внешнему механическому воздействию. Твердость не соответствует прочности, например, алмаз твердый, но одновременно хрупкий. Наиболее простой способ ее определения – царапание одного минерала другим. Для оценки относительной (сравнительной) твердости принята шкала, предложенная в середине XIX века австрийским геологом Ф. Моосом (шкала Мооса), представленная 10 минералами, где каждый последующий (с бóльшим номером) царапает предыдущие (см. табл. 5). Таблица 5. Шкала Мооса
Никакого физического смысла в баллах нет. Используемый для абсолютной диагностики прибор твердометр показывает, что в единицах г/см2 между минералами-эталонами нет даже линейной зависимости твердости. По этой шкале самым мягким оказался тальк – минерал настолько мягкий, что стачивается при поглаживании рукой (поэтому он кажется мыльный на ощупь). Минералы, более твердые, чем кварц (топаз, рубин, алмаз и др.) в природе встречаются очень редко. Наибольшим распространением пользуются минералы малой и средней твердости – до 7 единиц. Иногда минералы по их твердости разделяют на 4 группы: Мягкие – твердостью меньше 2,5 (чертятся ногтем) Средней твердости – от 2,5 до 5 (царапаются стеклом, железом) Твердые – твердостью от 5 до 7 (царапаются кварцем) Очень твердые – твердостью свыше 7 (царапают кварц) Для приблизительного определения твердости применяются “подручные эталоны”: ноготь-2-2,5, медь-3,5, сталь, стекло-5,5-6, бисквит, углеродистые стали - до 7. |