Глава 2. Земная кора и её состав
2.1. Земная кора
Земная кора – первая из внешних твёрдых оболочек Земли. Ограничивается снизу поверхностью Мохоровичича (гл.1.1.3) и подразделяется на материковую и океаническую части Земной коры. Материковая часть имеет толщину 35…45 км, а в горных областях доходит до 70 км. Покрыта прерывистым осадочным слоем, состоящим из разновозрастных осадочных и вулканических горных пород.
Океаническая земная кора имеет небольшую толщину – в среднем 0,5…10 км, иногда доходит до 15 км в зоне океанических впадин. Имеет слоистое строение, изменчивую толщину и состоит из морских осадков. В переходной зоне от материка к океану наблюдается земная кора промежуточного типа, где океан переходит к континенту, или между континентами.
Земная кора подвержена постоянным движениям и изменениям. Этому необратимому развитию способствуют обширные линейно вытянутые до сотен км тектонически подвижные геосинклинальные участки земной коры (греч. synklino – наклоняюсь). Поперечное сечение такого участка представляет собой вогнутую складку горных пород. Геосинклинали после длительного преобразования превращаются в относительно спокойные области – платформы. Платформа (франц. plat – плоский) представляет одну из главных структур земной коры, характеризующуюся малой интенсивностью тектонических движений, магматической деятельности и плоским рельефом. известны 9 платформ земной коры, в т.ч. Восточно-Европейская (Русская), Сибирская и др.
Ниже рассмотрены тепловые свойства и состав земной коры, непосредственно относящиеся к строительной отрасли.
2.2. Тепловой режим земной коры
Земная кора согревается двумя источниками теплоты: внешним в виде солнечной энергии (99 %) и внутренним (1 %) в виде процессов радиоактивного распада элементов (урана, тория и др.) в недрах Земли. Влияние обоих источников теплоты обуславливает довольно сложный характер изменения температуры горных пород в пределах земной коры и, особенно, в верхних её частях. Внутренняя теплота Земли вызывает движения земной коры, извержения вулканов, землетрясения, природный нагрев горных пород, подземных вод, газов, нефти.
2.2.1. Температурные зоны
При рассмотрении теплового режима Земли в земной коре выделяются три зоны (рис. 2.1): I – зона сезонных колебаний температуры (t ºC=var), II – зона постоянной температуры (t ºC=const) и III – зона возрастающей температуры (t ºC=ris).
Рис. 2.1– Температурные зоны в земной коре: Iа – сезонное промерзание грунтов, I – зона переменных температур, II – зона постоянных температур, III – зона возрастающих температур
Изменение температуры пород в зоне I (для средних широт) иллюстрируется двумя кривыми: для летнего и зимнего периодов. В инженерной практике слой ежегодного зимнего промерзания и летнего оттаивания носит название деятельного слоя грунтовой толщи. Мощность зоны I достигает 30 м. В зоне I может быть выделена подзона Iа, в пределах которой зимой температура пород может опускаться ниже -1 ºС. Это – подзона зимнего (сезонного) промерзания. Мощность этого слоя зависит от ряда факторов и достигает в пределах северной части Европейской территории России 1,8…2 м и более. На юге она не превышает несколько десятков см.
В пределах зоны II температура пород сохраняется постоянной (t ºC=const), равной среднегодовой температуре данной местности и простирается на глубину до 40 м.
В пределах зоны III (до 3000 м) температура горных пород повышается (tºC=risе). Интенсивность этого повышения характеризуется геотермической ступенью (рис. 2.2), т. е. расстоянием по вертикали (h2 – h1), на протяжении которого температура повышается
на 1 ºС: (ti+1 – ti = 1 ºС). Средняя величина геотермической ступени составляет 33 м. В районах нефтяных месторождений она снижается до 20…28 м; в районах, где сравнительно недавно проявлялась вулканическая деятельность, величина ступени уменьшается до 5…7 м. В этой же III зоне выделяют также геотермический градиент как разность температур (tb – ta) в точках породы по мере изменения их глубины на 100 м (Δh=100 м).
Рис. 2.2 – Геотермические градиент и ступень в третьей температурной зоне земной коры