Эндогенные процессы и их влияние на рельеф земли

     Основы  геологии. 

     Эндогенные  процессы и их влияние  на рельеф земли. 

Эндогенные процессы, геологические процессы, связанные  с энергией, возникающей в недрах твёрдой Земли. К Э. п. относятся  тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород, сейсмическая активность. Главными источниками  энергии Э. п. являются тепло и  перераспределение материала в  недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). Глубинное тепло Земли имеет преимущественно радиоактивное происхождение. Непрерывная генерация тепла в недрах Земли ведёт к образованию потока его к поверхности. На некоторых глубинах в недрах Земли при благоприятном сочетании вещественного состава, температуры и давления могут возникать очаги и слои частичного плавления. Таким слоем в верхней мантии является астеносфера — основной источник образования магмы; в ней могут возникать конвекционные токи, которые служат предположительной причиной вертикального и горизонтального движений литосферы. В зонах вулканических поясов островных дуг и окраин континентов основные очаги магм связаны со сверхглубинными наклонными разломами (зоны Заварицкого — Беньофа), уходящими под них со стороны океана (приблизительно до глубины 700 км). Под влиянием теплового потока или непосредственно тепла, приносимого поднимающейся глубинной магмой, возникают так называемые коровые очаги магмы в самой земной коре; достигая приповерхностных частей коры, магма внедряется в них в виде различных по форме интрузивов или изливается на поверхность, образуя вулканы. Гравитационная дифференциация вела к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые, в свою очередь, ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии; накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям. Оба вида глубинных процессов тесно связаны: радиоактивное тепло, понижая вязкость материала, способствует его дифференциации, а последняя ускоряет вынос тепла к поверхности. Предполагается, что сочетание этих процессов ведёт к неравномерности во времени выноса тепла и лёгкого вещества к поверхности, что, в свою очередь, может объяснить наличие в истории земной коры тектоно-магматических циклов. Пространственные неравномерности тех же глубинных процессов привлекаются к объяснению разделения земной коры на более или менее геологически активные области, например на геосинклинали и платформы. С Э. п. связано формирование рельефа Земли и образование многих важнейших полезных ископаемых. 
 
 
 

Классификация осадочных горных пород. Назвать главных  представителей различных  групп с указанием  их происхождение, вещественного  состава и народнохозяйственного  использования.  

Для того чтобы  легче разобраться в многообразии горных пород и выявить причины  в различии их свойств, целесообразно  воспользоваться классификацией горных пород, в основу которой положено их происхождение (генезис). Принципы такой  классификации были предложены еще  М. В. Ломоносовым, а в современном  виде она была доработана российскими  учеными Ф. Р. Левинсоном-Лессингом, А. П. Карпинским и др. Генетическая классификация горных пород учитывает  условия их образования, которые  предопределяют строение и, следовательно, свойства пород. В соответствии с  этой классификацией выделены следующие  типы пород: магматические - первичные, образующиеся при остывании магмы; - осадочные - вторичные, образовавшиеся в результате выветривания магматических  пород; - метаморфические - осадочные  и магматические породы, изменившие свое строение и свойства в результате длительных физико-химических процессов, -протекающих под воздействием высоких  давлений, температур и минерализованных вод, во время нахождения их в земной коре. Магма представляет собой высокотемпературный  силикатный расплав, который в зависимости  от режима охлаждения может образовать: - плотные кристаллические породы, если остывание магмы происходило  медленно и под большим давлением  в глубине земной коры {глубинные  магматические породы); - аморфные (стеклообразные) или слабозакристаллизованные, а  при наличии газа в магме - пористые породы (излившиеся магматические породы). Минеральный состав пород зависит  от химического состава магмы. Различают  магмы кислые (содержание Si02 > 65 %), средние (содержание Si02 = 50…65 %) и основные (содержание Si02 < 50 %). В горных породах, образовавшихся из кислой магмы, обязательно  присутствует кварц. Если порода образовалась из основной магмы, в ней преобладают  темноокрашенные железистомагнезиальные алюмосиликаты. Практически во всех изверженных кристаллических породах  основная доля объема приходится на полевые  шпаты. Ниже рассмотрены главнейшие представители изверженных пород. Глубинные породы характеризуются  кристаллической структурой, отсутствием  пор, высокой прочностью, твердостью и морозостойкостью. В полированном виде глубинные породы очень декоративны. К ним относятся: граниты, сиениты, габбро и диориты.

Гранит - зернисто-кристаллическая  порода , сложенная из трех минералов: кварца (20…40 %), полевых шпатов (40…70 %) и слюды (5…20 %); иногда слюду заменяет роговая обманка.

Строительные  свойства гранитов (в среднем) следующие: плотность - 2600…2700 кг/м ; предел прочности  при сжатии - 100… 250 МПа, а при растяжении, как и у других каменных материалов, в 20…30 раз ниже; вследствие малой  пористости и низкого водопогло-щения ( 1000); химическая стойкость их также  высока; граниты - твердые породы (твердость  более 6).

Цвет гранитов определяется цветом полевого шпата  и бывает чаще всего серым, розовым  и темно-красным. Граниты хорошо полируются, приобретая декоративный вид. Граниты широко применяют для  облицовки зданий и инженерных сооружений (набережные, мосты и т. п.), устройства полов общественных зданий и монументальной скульптуры.

Сиениты - аналоги  гранита, но без кварца (образовались из средних магм); свойства и области  применения такие же, как у гранита.

Диориты - темно-серая  мелкокристаллическая порода, состоящая  в основном из полевых шпатов (около 75 %) и темноокрашенных минералов. Плотность - 2800…3000 кг/м3. Отличается повышенной ударной вязкостью. Применяют для  облицовки и в дорожном строительстве (брусчатка и т. п.).

Габбро - крупнокристаллическая  порода, образовавшаяся из основной магмы; состоит из полевых шпатов (около 50 %) и темноокрашенных минералов (авгита, роговой обманки и т. п.). Плотность - 2900…3300 кг/м3; предел прочности  при сжатии - 200…350 МПа. Как и гранит, габбро характеризуется высокой  морозостойкостью и стойкостью против выветривания.

Цвет - темно-серый, темно-зеленый до черного. Габбро хорошо полируется и имеет красивую текстуру. Одна из разновидностей габбро - лабрадорит - очень декоративна благодаря  содержащемуся в ней ирризирующему  полевому шпату.

Излившиеся плотные  породы имеют слабозакристаллизованную или стеклообразную структуру. Для  ряда излившихся пород характерна порфировая структура (рис. 4.2, б), когда в общей  аморфной массе вкарплены кристаллы  какого-либо минерала. Так, излившийся аналог гранита - кварцевый порфир - имеет вкрапления кристаллов кварца, аналог диорита - порфирит - имеет вкрапления полевых шпатов. Некоторые виды порфиров очень декоративны.

Базальт - аналог габбро - самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий  образования имеет стекловатую  или скрытнокристаллическую структуру. Цвет базальта - темно-серый до черного. По физико-механическим показателям  базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Лсж достигает 500 МПа). Базальты очень  твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.

Плотные излившиеся породы менее декоративны и менее  стойки к выветриванию, чем их глубинные  аналоги. Применяют их главным образом  как щебень для бетона, отсыпки  железнодорожных путей и т. п. Базальт также используют в качестве сырья для каменного литья  и получения высококачественной минеральной ваты.

Излившиеся пористые породы образовались непосредственно  при извержении вулканов. Первичными продуктами извержения являются вулканические  пеплы, пески и пемза; с течением времени они могли цементироваться, образуя туфы. 

Вулканические пепел и песок - порошкообразные  частицы, имеющие стеклообразное строение, благодаря чему при добавлении извести  или цемента, а иногда и самостоятельно они способны к твердению. Используются как активная добавка к вяжущим (впервые были использованы в Древнем  Риме - пепел Везувия - для придания извести водостойкости).

Пемза - очень  пористая легкая порода в виде кусков размером 5… 100 мм. Плотность пемзы  в куске - 500… 1000 кг/м . Большая пористость (до 80 %) обусловливает низкую теплопроводность (0,14…0,23 Вт/(м * К)). Прочность при сжатии пемзы не велика - 2…4 МПа, но этого  достаточно для получения на базе пемзы легких бетонов. Кроме того, пемза используется в молотом  виде как добавка к цементам и  в качестве абразивного порошка.

Вулканические туфы - порода, образовавшаяся из вулканических  пеплов, которые омонолитились в  результате спекания массы, сохранившей  высокую температуру, или в результате природной цементации. Вулканические  туфы - пористая порода (П = 30…60 %), имеющая  низкую плотность, равную 800…1800 кг/м3. Поры у туфа в большинстве своем  замкнутые, что обусловливает его  высокую морозостойкость. Прочность  при сжатии зависит от пористости и составляет 2…20 МПа. Теплопроводность у туфа в 1,5…2 раза ниже, чем у кирпича. Цвет туфов разнообразный, но не яркий, а глухой; основные оттенки: красно-оранжевые  и до коричневато-лиловых. Крупнейшие месторождения туфов, возникшие  в результате деятельности ныне потухшего  вулкана Арарат, имеются в Армении.

Туфы используют как облицовочный материал, а в  местах крупных месторождений - как  эффективный материал для кладки стен. Благодаря низкой твердости  туфа стеновые камни из него вырезают механизированным способом прямо в  карьере (рис. 4.3). В тонкомолотом виде туф используют как добавку к  цементам.

Туфовая лава - разновидность  вулканических туфов, образовавшаяся при попадании пепла и пемзы  в огненно-жидкую лаву. По структуре, свойствам и областям применения туфовая лава аналогична вулканическому туфу, но благодаря большей доле замкнутых пор более долговечна.

Осадочные породы

Осадочные породы в зависимости от происхождения  принято делить на: - механические осадки, при образовании которых главную  роль играли физико-механические процессы (воздействие воды, мороза, нагрева  и охлаждения и т. п.); при этом, как правило, не менялся минеральный  и химический состав исходных пород; - органогенные осадки, которые образовались из остатков (скелетной части) живых  организмов, как правило, морской  фауны (ракушки, кораллы и т. п.); - хемогенные осадки, образовавшиеся в  результате растворения первичных  пород и последующей кристаллизации из водных растворов.

Механические  осадочные породы могут быть рыхлые (гравий, песок, глина) и сцементированные - те же рыхлые осадки, частицы которых  склеены природным цементом (брекчии, конгломераты, песчаники). Рыхлые механические осадочные породы: глины, песок.

Необходимо подчеркнуть  причины, по которым преобладающим  минералом песка является кварц. При выветривании гранита кварц  оказывается самым твердым и  химически стойким минералом, не подвергающимся разрушению, а разрушающим  более слабые соседствующие с  ним минералы (полевой шпат, слюду  и т. п.). Его зерна лишь слегка окатываются при перемещении  ветром или водой.

Не менее распространенной, чем песок, рыхлой осадочной породой  является глина, поскольку источником ее образования служат самые распространенные минералы изверженных пород - полевые  шпаты.

Под действием  минерализованных грунтовых вод  и давления вышележащих горных пород  рыхлые осадочные породы могут цементироваться, образуя так называемые сцементированные осадочные породы: песчаники, брекчии  и конгломераты.

Песчаники состоят  из зерен кварцевого песка, сцементированного  природным цементом, например, карбонатом кальция, водным кремнеземом, гипсом и  т. п. Цементация происходит путем постепенного осаждения на зернах песка цементирующего вещества из воды (как накипь в чайнике). В зависимости от цементирующего вещества песчаники называют известковыми, кремнистыми и т. д. Цвет их зависит  от цвета цементирующего вещества.

Наибольшее применение в строительстве получили достаточно водостойкие известковые и кремнистые песчаники. Известковые песчаники  легче обрабатываются, кремнистые более  прочные и стойкие.

Плотность песчаников - 2300…2500 кг/м , прочность - от 10 до 100 МПа. Песчаники использовали для возведения зданий с глубокой древности, так  как добывать их значительно легче, чем магматические породы, а свойства их достаточно хорошие. Известно много  памятников архитектуры: соборов и  замков (например, Виндзорский замок - резиденция английских королей), построенных  из песчаника. В настоящее время  песчаники используют для фундаментов, подпорных стенок, тротуаров, а особо  стойкие - для облицовок; кроме того, из песчаников делают щебень для бетонов  и дорожных покрытий.