Инженерные изыскания в строительстве (геология)

1. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ГЕОЛОГИЯ) Васильева Дарья Игоревна доцент, к.б.н., доцент кафедры строительной механики,

инженерной геологии, оснований и
фундаментов
Лекция 1. Введение

2. Учебники и учебные пособия

Основная:
Гальперин А.М., Зайцев В.С. Геология: Часть IV. Инженерная геология: Учебник
для вузов. 2011. 559 c.
Ананьев В.П.., Потапов А.Д. Инженерная геология. М.:Высш.шк., 2007.
Дополнительная:
Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Геология. Ч.I. Основы
геологии. – 2008. -598 c.
Учебно-методическая:
Баранова, М. Н. Основные сведения о минералах и горных породах [Текст] :
учеб.-метод. пособие по дисциплине "Инж. геология" для студ. заоч. формы
обучения / М.Н. Баранова, О.М. Какутина, И.П. Ши-манчик ; СГАСУ. Каф.
инж. геологии, оснований и фундаментов. - Самара, 2011. - 155 с.

3. Содержание лекции

1. Введение. Основные понятия
2. Вселенная и ее происхождение
3. Геосферы Земли
4. Основы геологической хронологии.
Абсолютный и относительный возраст
горных пород

4. 1. Введение. Основные определения

Геология – совокупность наук о земной
коре и геосферах Земли (о составе,
строении и закономерностях развития
земной коры, ее происхождении, о
геологических процессах, и размещении в
ней полезных ископаемых)
70% ВВП нашей страны – дает геология

5. Основные разделы геологии: теоретическая и практическая геология

Разделы теоретической геологии:
Изучает вещественный состав
земной коры и мантии: минералогия,
кристаллография, петрография,
геохимия.
Динамическая геология: тектоника,
геодинамика, геоморфология.
Историческая геология:
стратиграфия, палеонтология,
палеогеография, палеотектоника.
Региональная геология.

6.

Разделы практической
геологии:
Учение о полезных
ископаемых
Инженерная геология
Мерзлотоведение
(геокриология)
Гидрогеология
Геофизика
Сейсмология

7. Инженерная геология -

Инженерная геология наука геологического цикла, исследующая
инженерно-геологические условия верхних
горизонтов земной коры (литосферы),
закономерности их формирования и
пространственно-временного изменения под
воздействием современных и прогнозируемых
геологических процессов, формирующихся в ходе
естественного развития земной коры под
влиянием всей совокупности природных
факторов и в связи с инженерно-хозяйственной,
прежде всего инженерно-строительной,
деятельностью человека.

8. История развития науки

Инженерная геология возникла в 20-е гг. XX в.
1932 г. – Лаборатория инженерной геологии при главном
геолого-гидрогеологическим управлении – Ф.П.
Саваренский, И.В. Попов.
1937 г. Ф.П. Саваренский: «Инженерная геология является
отраслью геологии, трактующей вопросы приложения
геологии к инженерному делу».
Задачи инженерной геологии:
изучить геологические процессы и физикомеханические свойства пород, определяющие условия
возведения сооружений;
определить направление инженерно-геологических
мероприятий по обеспечения устойчивости
естественных земляных масс.

9.

И.В. Попов «Инженерная геология –
отрасль геологии, изучающая динамику
верхних горизонтов земной коры в связи с
инженерной деятельностью человека».
Задача инженерной геологии – прогноз
взаимодействия инженерного сооружения с
геологической средой во время
строительства и эксплуатации.
Автор учебника по инженерной геологии
(1959 г.).

10. Разделы инженерной геологии:

1) Грунтоведение - изучает состав и свойства
грунтов, а также укрепление их методами
технической мелиорации;
2) Инженерная динамическая геология (позже –
инженерная геодинамика) - изучает внутренние
и внешние геологические процессы и явления, в
том числе опасные;
3) Региональная инженерная геология устанавливает закономерности распространения
и происхождения грунтов.

11.

Производственные организации:
1935 г. – Отдел инженерной геологии в
Геологическом институте АН СССР –
Ф.П.Саваренский, В.А. Приклонский
1940 г. – ВСЕГИНГЕО (Всесоюзный научно-
исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии)
1944 г. – Лаборатория гидрогеологических
проблем им. Ф.П. Саваренского
ПНИИИС Госстроя СССР (Производственный и научноисследовательский институт по инженерным изысканиям в
строительстве), Гидроэнергопроект, Мостранспроект
и др.

12.

В.Д. Ломтадзе (1977):
Инженерная геодинамика – раздел инженерной геологии,
предметом изучения которого являются «геологические
процессы и явления, как естественные (природные), так и
возникающие в связи со строительством сооружений и
хозяйственным освоением территорий».
Г.Н. Каменский (1936) – инженерно-геологические
процессы
Ф.В. Котлов (1978) – антропогенные процессы
(антропогенно обусловленные), техногенные
Г.С. Золотарев (МГУ), Г.К. Бондарик, В.Т. Трофимов и
др.

13.

При любых видах капитального
строительства обязательно изучают
инженерно-геологические условия,
которые и являются предметом изучения
инженерной геологии.
- это совокупность геологической
обстановки, имеющая значение для
проектирования, строительства и
эксплуатации инженерных сооружений.

14.

Под инженерно-геологическими условиями (ИГУ)
понимают комплекс всех природных факторов, которые
влияют на строительство и использование территории:
1) рельеф;
2) геологическое строение (геологический разрез) и
свойства грунтов;
3) глубина залегания и химический состав подземных
вод;
4) геологические (в том числе опасные) процессы и
явления.
Факторы, формирующие ИГУ, подразделяются на
региональные и зональные (или климатические).

15. Объекты исследования

Объект - верхние
горизонты земной
коры (литосферы),
г.Хьюстон, Техас, США

16.

Практическая цель инженерной
геологии – обеспечить
проектирование, строительство и
эксплуатацию объекта необходимыми
инженерно-геологическими
данными.

17.

Прикладные задачи инженерной
геологии:
1.Оценка геологических условий с целью выбора
места, типа, конструкции сооружения,
технологии строительства и режима
эксплуатации.
2. Прогноз взаимодействия геологической среды
и инженерного сооружения, изменения
существующих и возникновение новых
геологических и инженерно-геологических
процессов в количественной форме.

18.

3. Научное обоснование мероприятий по
укреплению массивов горных пород и
управлению геологическими и инженерногеологическими процессами и по
предотвращению опасных последствий
строительства.
4. Организация режимных наблюдений
(мониторинг) за развитием геологических и
инженерно-геологических процессов,
эффективностью мероприятий и надежностью
работы сооружений.

19. Этапы развития инженерной геологии

Древние зодчие – уникальные сооружения: дворцы, крепости,
храмы
Железнодорожное строительство (процессы) 1842-1914 гг.
Орошение (Заволжье, Сев. Кавказ, Средняя Азия)
Строительство дорог и аэродромов (развитие грунтоведения)
Гидротехническое строительство (ГОЭЛРО) - плотины на
равнинных реках и в горно-складчатых областях (берега 35тыс. км)
Оформление инженерной геологии в самостоятельную науку (30е гг.)
Производственные организации
Горное дело
Строительство городов (более 1000 с 1917 по 1979 гг.)
Трубопроводы (северный поток)
Экологические проблемы

20. Связь инженерной геологии с другими науками

Геологические науки (стратиграфия, тектоника,
историческая геология, петрология, литология,
геоморфология и др.)
Гидрогеология, геокриология, геофизика
Географические науки (океанология, гидрология,
климатология, метеорология и др.)
Технические науки – горное (шахты, карьеры, откачки) и
строительное (промышленно-гражданское, дорожное,
гидротехническое, подземное) дело
Естественные науки (физика, химия)
Математика и механика (изучение напряженнодеформированное состояние массивов горных пород)

21. Методы геологических исследований

Изучение естественных обнажений
Изучение геологического строения
местности по аэро-и
космофотоснимкам
Геофизические и геохимические
методы
Сравнительно-исторический метод
Физическое и математическое
моделирование
Принцип актуализма

22. Метод актуализма

Чарльз Лайель (17971875)
«Настоящее – ключ к
познанию прошлого»

23.

24. Основной закон инженерной геологии

инженерно-геологические особенности любого
объекта верхних горизонтов литосферы и их
изменение определяются историей его
геологического развития, современным
пространственным (координатным) положением,
контролирующим тектонический режим и
климатические условия, а на освоенных
территориях - и характером техногенных
воздействий.

25. 2. Вселенная и ее происхождение

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный
во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам
материи. Не исключено существование других вселенных.
По современным представлениям, Вселенная возникла около 13,7
млрд.л.н. в результате Большого Взрыва из сингулярного состояния
с бесконечно большой температурой и плотностью и с тех пор
непрерывно расширяется и охлаждается.
А.А. Фридман (1822 г.) на основании решения уравнений ОТО,
предположил расширение Вселенной и возникновение ее в
результате взрыва, который произошел одновременно и повсюду,
заполнив образовавшееся пространство изначально очень плотным
веществом, из которого через миллиарды лет образовались звезды,
галактики, Солнце, планеты.
В 1948 г. Г.А.Гамов предположил, что первичное вещество
Вселенной было еще и очень горячим. Согласно Г.А.Гамову,
тепловое излучение первичного горячего вещества не должно
исчезнуть, т.е. в космосе должно существовать фоновое постоянной
излучение.

26. Подтверждение Большого Взрыва

1929 г. – первое фактическое подтверждение
теории Большого Взрыва.
Э.Хаббл открывает общее расширение Вселенной.
Согласно эффекту Доплера спектр удаляющегося
объекта смещается в красную зону, т.н. красное
смещение.
Доказательство
Большого Взрыва.
Все объекты
Вселенной от нас
удаляются. При
удалении объекта
смещение
происходит в
красную сторону
спектра.

27. Закон Хаббла

Красное смещение (а значит и скорость
удаления галактик) возрастает пропорционально
расстоянию от галактик.
V=H*r
Где V – лучевая (радиальная) скорость галактики; rрасстояние до нее; H – коэффициент пропорциональности,
или постоянная Хаббла.
По современным оценкам темп расширения
Метагалактики таков, что галактики, разделенные
расстоянием 1 Мпк, удаляются друг от друга со
скоростью от 50 до 100 км/с.

28. Подтверждение Большого Взрыва

1965 г. – второе подтверждение теории.
Радиоинженеры А.Пензиас и Р.Вильсон из Bell
Telephone Laboratories (штат Нью-Джерси, США)
построили радиоантену для решения задач в
области радиоастрономии и спутниковых
коммуникаций.
Обнаружили космическое фоновое излучение в
микроволновом диапазоне, как предсказывал
Г.А.Гамов – реликтовое излучение, которое
одинаково по всей Вселенной.
Вся Вселенная имеет примерно одинаковый состав
¾ - водород, ¼ - гелия.

29. Эволюция Вселенной

В первую секунду после Большого Взрыва возникли
электроны, протоны, нейтроны, энергия.
Вселенная была очень горячей (100 млрд.ºС)
Затем в течение первых нескольких минут
образовался водород, гелий и дейтерий.
В течение следующего млрд лет произошло
образование протогалактик и затем образовались
первичные галактики (около 5 млрд л.н.).
С момента Большого Взрыва происходит
постоянное расширение Вселенной, выражающееся
в разбегании галактик во всех направлениях.
Плотность Вселенной сейчас очень невелика.
Вещество распределено неравномерно.

30.

31. Состав Земли

- сильно отличается от состава Солнца.
На Солнце – наиболее распространены Н и Не. Земля имеет
слабое гравитационное поле, чтобы удержать такие легкие
газы.
Земля относится к каменным планетам и имеет другой
химический состав.
Источник информации о составе Земли – метеориты.

32. Химия планетных тел

В Солнечной системе 2 группы планет: каменные (Меркурий,
Венера, Земля, Марс) и газовые (Юпитер. Сатурн, Уран,
Нептун).
Газовые гиганты больше по размеру и массе (Юпитер
больше Земли в 13200 раз, по массе – в 318 раз).
Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, на них всегда
низкие температуры. Они не имеют твердых поверхностей
(спорный вопрос – наличия ядра). Малые ср.плотности
(Юпитер 1,3 г/см3, Сатурн 0,71 г/см3).
По хим.составу резко отличаются от планет земной группы,
состоят в основном из легких элементов – водорода и гелия.
Это связано с процессом образования Солнечной системы.

33. Планеты земной группы

Имеют небольшие размеры и массы, выше ср.плотность,
медленно вращаются вокруг оси, имеют мало спутников.

34. 3. Геосферы Земли

35.

Планеты солнечной системы (по отношению к Солнцу)
делятся на группы: внутренние (Луна, Меркурий,
Венера, Земля, Марс), внешние (Юпитер, Сатурн, Уран,
Нептун, Плутон?) и малые планеты (хондритовые
астероиды).
Внутренние планеты (планеты земной группы) близки по
размерам, плотности (3,3 - 5,52 г/см3) и химическому
составу.
Внешние планеты представляют собой гигантские тела с
малой плотностью (0,69 - 1,62 г/см3) и мощной
атмосферой.

36.

Земля и планеты земной группы
(Меркурий, Венера, Земля и Марс),
имеют:
твердую оболочку,
высокую плотность,
состоят в основном из тяжелых элементов –
кислорода, кремния, железа, магния,
алюминия и др.
Земля - самая крупная из внутренних
планет Солнечной системы.

37. Состав Земли

- сильно отличается от состава Солнца.
На Солнце – наиболее распространены Н и Не. Земля имеет
слабое гравитационное поле, чтобы удержать такие легкие
газы.
Земля относится к каменным планетам и имеет другой
химический состав.
Источник информации о составе Земли – метеориты.

38. Химия планетных тел

В Солнечной системе 2 группы планет: каменные (Меркурий,
Венера, Земля, Марс) и газовые (Юпитер. Сатурн, Уран,
Нептун).
Газовые гиганты больше по размеру и массе (Юпитер
больше Земли в 13200 раз, по массе – в 318 раз).
Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, на них всегда
низкие температуры. Они не имеют твердых поверхностей
(спорный вопрос – наличия ядра). Малые ср.плотности
(Юпитер 1,3 г/см3, Сатурн 0,71 г/см3).
По хим.составу резко отличаются от планет земной группы,
состоят в основном из легких элементов – водорода и гелия.
Это связано с процессом образования Солнечной системы.

39. Планеты земной группы

Имеют небольшие размеры и массы, выше ср.плотность,
медленно вращаются вокруг оси, имеют мало спутников.

40. Возраст Земли

Образовалась 4,5-4,6 млрд лет назад
Древнейшие образцы - цирконы (Западная
Австралия), возраст 4 млрд. л.н.
Хадейский эон – 4,5-4,0 млрд. лет
(догеологический этап)

41.

В раннем лунном периоде (до 4 млрд.
л.) Земля была однородна.
В процессе ее дальнейшего развития
протекала дифференциация
вещества. В результате возникло резкое
различие металлогении, магматизма и
седиментации.

42. Происхождение и развитие Земли

Геологические гипотезы развития Земли всегда играли
важную роль в формировании естественнонаучного
мировоззрения.
Первую научно обоснованную гипотезу высказал Эли до
Бомон в 30-х годах XIX в. – контракционная (исходила из
представлений Лапласа о «горячем» происхождении Земли,
возникшей из сжимающегося сгустка разогретой
газообразной материи).
По мере остывания е размеры существенно уменьшались, а
внешняя оболочка – земная кора сокращалась и
подвергалась сжатию, благодаря чему на поверхности
возникли горные сооружения и складчатые пояса
осадочного чехла.
Далее возникали различные гипотезы происхождения
Земли.

43. Кометная гипотеза происхождения планет и хондритовая модель образования Земли

Кометная гипотеза происхождения планет и
хондритовая модель образования Земли
(Маракушев, 1999 г.)
Гипотеза гидридной Земли (В.Н. Ларин, Ф. Хойл)
Геодинамическая модель Земли (Ю.В. Баркин)
Пульсационная модель умеренно расширяющейся
Земли (Е.Е.Милановский)
Аккреция холодного протопланетного
газопылевого облака (Шмидта-СафроноваСорохтина) – она хорошо объясняет тектонику
литосферных плит, теорию плюмов, формирование
скоплений полезных ископаемых и др.

44. Пять периодов в истории Земли ( млрд. лет)

1. Тонких литосферных плит (3,8-3,0)
2. Формирование основной массы
континентальной коры и ядра Земли (3,0-2,7)
3. Первых суперконтинентов (2,7-1,8)
4. Многократный рециклинг первичной
континентальной коры (1,8-0,6)
5. Мантийно-коровая дифференциация (0,60,0) – циклическое функционирование
механизма тектоники литосферных плит

45.

Земля имеет шарообразную форму, слегка
сплюснутую у полюсов, которая называется
эллипсоид вращения или геоид.
Средний радиус планеты – 6371 км,
площадь Земли – 510 млн. км2,
объем – 1, 083х1012 км3,
масса - 597х1021 т.,
длина окружности – 40 тыс. км.
Эквипотенциальная поверхность
Возраст Земли – 4,5-4,6 млрд. лет

46.

Средняя плотность вещества Земли
В среднем =5,5 т/м3 (для поверхностных
пород =2,7 т/м3, внутри планеты =11-12 т/м3).
Самая высокая горная вершина Эверест
имеет высоту 8882 м (8844 м) над
уровнем моря.
Наибольшая глубина океанического дна –
Мариaнская впадина (11 км).

47.

Гора Эверест (Джомолунгма)

48.

49. ГЕОСФЕРНЫЕ ОБОЛОЧКИ

ГЕОСФЕРЫЕ ОБОЛОЧКИ (от ge- Земля и spharia – шар)
Земля – сложная и целостная материальная система,
состоящая из нескольких геосферных оболочек.
В её движении сложилось сферическое строение,
создалось шарообразная форма эллипсоида вращения
(геоид).
На земном шаре многое подчиняется симметрии
вращающегося эллипсоида(климатические и
почвенные зоны, кольцевые контуры материков вокруг
северного полюса, океанов – вокруг Южного полюса и
т.д.

50. ГЕОСФЕРЫЕ ОБОЛОЧКИ

Сфера – математическое понятие, обозначающее
замкнутую поверхность, все точки которой одинаково
удалены от одной центральной точки.
Приблизительно концентрические слои (оболочки),
образованные веществом Земли, различающиеся по
физическому состоянию, плотности, составу и
составляющим главные компоненты планеты Земля как
целостной системы.
Существует большое количество классификаций и
принципов выделения геосфер (Зюсс, 1909; Вернадский,
1940; Ферсман, 1953 и др.).
В зависимости от фазового состояния, например,
выделяются:
плазмо-газообразная (атмосфера),
жидкая (гидросфера) и
твердая (литосфера) оболочки.

51.

52.

Ядро Земли состоит из железа и никеля,
температура 6000°С (внутреннее – твердое,
внешнее – жидкое) .
Мантия – расположена на глубине от 30 до
2900 км, температура 2000°С, но из-за
высокого давления вещество в мантии не
жидкое, медленно перемещается.

53.

Процессы, которые происходят в мантии, сильно
влияют на верхнюю часть земной коры, т.к.
являются причинами движения континентов,
землетрясений, вулканизма, горообразования и
возникновения рудных месторождений.
Над мантией – твердая земная кора.
Литосфера – это земная кора с прилегающей
твердой частью верхней мантии.
Средний радиус Земли 6371 км.

54.

Твердая оболочка Земли, "земная кора",
имеет толщину от 7 км (в океанах) до 3540 км под равнинными платформенными
территориями континентов и до 50-60 км
в горах (максимум в Гималаях 80 км).
Земная кора бывает двух основных типов:
океанская и континентальная
(выделяют еще два переходных типа –
субконтинентальный и субоокеанский).

55.

Континентальная кора намного толще и
состоит из 3-х слоев:
осадочного, гранитного и базальтового.
Океаническая кора тоньше и состоит из
2-х слоев:
осадочного и базальтового.
С глубины 20-30 м температура земной
коры увеличивается в среднем на 3°С на
каждые 100 м.

56.

57. Самостоятельная работа № 1

Нарисовать и раскрасить цветными
карандашами рисунок «Строение
Земли»
Обозначить 2 типа земной коры и их
строение.

58.

Изучением химического состава верхнего
слоя континентальной земной коры
занимается наука геохимия.
Первая оценка среднего химического состава
земной коры была сделана американским
геологом Ф.У. Кларком.
В честь него названы кларковые числа (или кларки
элементов) – числа, выражающие среднее
содержание химических элементов в земной коре по
отношению к общей массе (в % или г/кг).

59.

Франк У. Кларк (1847-1931) – с 1883 г. по 1924 г.
был главным химиком Геологической службы США.
Занимался обработкой химических анализов горных
пород.
Кларк первым рассчитал средний состав земной коры.
Основные труды посвящены определению состава
различных неорганических природных образований и
земной коры в целом.
Средние концентрации элементов в геохимических
системах (литосфера, гидросфера, педосфера и пр.) по
инициативе академика А.Е. Ферсмана названы в его
честь кларками.
Кларк содержания алюминия в гранитах – среднее
арифм.содержание алюминия в этом типе пород.

60.

Вещественный состав земной коры:
кислород – 49,5%,
кремний – 25,8%,
алюминий – 7,6%,
железо – 4,7%,
кальций – 3,4%,
натрий – 2,6%,
калий – 2,4%,
магний – 1,9%, водород – 0,9%,
остальные – в сумме около 1%.

61. Микро- и макрокомпоненты

Условное разделение по содержанию в земной коре:
Более 10000 г/т - O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K – главные породообразующие
компоненты
1000-10000 г/т - Mn, Ti – обычные породообразующие компоненты
Граница между макро- и микрокомпонентами
100-1000 г/т - C, F, P, S, Cl, Rb, Sr, Zr, Ba
10–100 г/т - Pb, Th, Y, Nb, TR, Li, Sc, Va, Co, Cr, Ni, Cu, Zn, Ga
0,001-0,01 г/т - Re, Os, Ir, Te, Au
Не все микроэлементы – редкие (например платиноиды не относятся к
редким), т.к. образуют собственные минералы.

62. Состав атмосферы Земли

Имеет азотно-кислородную атмосферу - продукт
жизнедеятельности организмов (% объемные), которая состоит
из: N - 75; О - 20,9; Аг - 0,93; С02 - 0,03, а также Не, Ne, Кг, Хе,
пары воды, соединения S, азот, NaCl, F, Вг.
Кислород появился на Земле около 2 млрд лет - это продукт
жизни.
Аргон в атмосфере почти весь радиогенный, возникший при
радиоактивном распаде К40.
Первичный Не был потерян первичной атмосферой Земли еще на
ранних стадиях геологической истории. На смену первичному
пришел вторичный гелий - радиогенный из глубин Земли
(«гелиевое дыхание планеты»). Этот вторичный Не,
содержащийся в количестве 0,00052%, также постепенно
диссипирует (улетучивается) в мировое пространство.

63. 4. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ХРОНОЛОГИИ. АБСОЛЮТНЫЙ И ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД

Историческая геология изучает возраст
горных пород, последовательность их
образования во времени (взаимное
расположение по вертикали) и
распространение по площадям земной
поверхности.

64.

65. Абсолютный возраст горных пород

Абсолютный возраст горных пород
выражается в годах.
Для того чтобы определить, сколько
лет данной горной породе
используется процесс радиоактивных
превращений.

66.

протон: 1.007593 дальтон = 1.6726231 * 10-24
г
нейтрон: 1.008982 дальтон = 1.6749289 * 1024 г
электрон: 0.000548756 дальтон = 9.10093897
* 10 -28 г
Масса ядра ≠ сумме масс нуклонов (дефект
масс)
Линия стабильности изотопов
Чем дальше изотоп от линии стабильности,
тем меньше у него период полураспада

67. Радиоактивность (Э. Резерфорд 1903г., Ф. Содди)

Радиоактивность (от лат. radio-излучаю, radius-луч и activusдейственный),
самопроизвольное
(спонтанное)
превращение
неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп
(обычно в изотоп другого элемента). Все тяжелые изотопы с Z > 82
радиоактивны.
209Bi (Z=83, N=126) – наиболее тяжелый стабильный нуклид.
Эффект открыл А. Беккерель в 1896г., установивший
способность солей урана засвечивать
фотопластинки, не подвергавшиеся
предварительному освещению. Открытие было
сделано после открытия В.К. Рентгеном Х-лучей в
1885г.

68. Закон радиоактивного распада

Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом,
которые обнаружили его экспериментальным путём в
1902 г.
Радиоактивный распад – это случайный
самопроизвольный процесс.
N – число атомов радиоактивного элементов
Число радиоактивных распадов за единицу времени
пропорционально количеству атомов.
Чем больше радиоактивных атомов, тем чаще они
распадаются.
λ – константа радиоактивного распада.
Скорость радиоактивного распада не зависит от
внешних факторов.

69.

70.

Как вычислить возраст минерала (породы)?
N – материнский радиоактивный нуклид
D – стабильный дочерний радиогенный нуклид
t – время с момента образования минерала
λ - константа распада
T ½ - период полураспада
Вычисленный возраст является истинным, только если минерал
(порода) представлял собой все это время закрытую химическую
систему (обмена атомами (естественная миграция элементов)
материнского и дочернего нуклидов между кристаллом и окружающей
средой после его образования не было) и не содержал атомов
дочернего нуклида на время образования.

71. Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина атомов данного изотопа (t ½)

235U t 1/2 = 704 Ma
Через 10 периодов полураспада материнского изотопа не остается!!!

72. Радиоуглеродный метод датировки образцов

1) Если известно исходное количество радиоактивного изотопа
Если известно N0, то измеряя N, можно найти возраст (t)
t= ln (N0/N)/ λ
Радиоуглеродный метод: 14С присутствует в атмосфере за
счет взаимодействия космических лучей с азотом: 14N + n = 14С
+ 1H
t1/2 (14С) = 5730 лет, λ = 0,1209 * 10-3 год-1
Концентрация 14С в атмосфере известна по данным
дендрохоронологии

73.

74.

75.

Бомбовый пик 14С в атмосфере – связан с испытаниями термоядерного
оружия в атмосфере.
Датировка 14С – содержание в древесине.

76. Радиоуглеродный метод

Отличается от остальных радиоизотопных методов тем,
что мы знаем какое количество материнского изотопа
было на момент формирования образца (N0) на каждый
момент времени.
В других изотопных системах это количество нам
неизвестно.
В этом случае необходимо оценить какое было количество
радиоактивного изотопа на тот момент, когда
образовалась горная порода.
Для этого используется количество дочернего изотопа.
Если N0 неизвестно, в основу берется увеличение числа
атомов радиогенного (дочернего) изотопа D

77. Методы определения абсолютного возраста

Свинцовый – зная количества свинца,
который образуется из 1 г. урана и
определяя их совместное содержание в
данном минерале можно узнать возраст;
Гелиевый - возраст минералов определяют
по количеству гелия, который образуется
одновременно с изотопами свинца при
распаде радиоактивных элементов.
Аргоновый;
Углеродный;

78. Долгоживущие изотопы

M
D
Вид
распада
t1\2
D/R
40K
40Ar, 40Ca
K-захват, β
1,28*109
40Ar / 36Ar
87Rb
87Sr
β
4,8*1010
87Sr / 86Sr
138La
138Ce
β
2,59*1011
138Ce / 142Ce
147Sm
143Nd, 4He
α
1,06*1011
143Nd /144Nd
176Lu
176Hf
β
3,6*1010
176Hf/ 177Hf
187Re
187Os
β
4,23*1010
187Os/ 186Os
232Th
208Pb, 6 4He
Цепь, α
1,4*1010
208Pb/204Pb
235U
207Pb, 7 4He
Цепь, α
7,07*108
207Pb/204Pb
238U
206Pb, 8 4He
Цепь, α
4,47*109
206Pb/204Pb
138Ce / 136Ce
187Os/ 188Os
3He / 4He
3He / 4He
3He / 4He

79. Относительный возраст горных пород

Основной принцип определения относительного возраста
заключается в том, что при последовательном залегании
слоев горных пород слои, лежащие ниже, будут древнее по
возрасту, чем вышележащие.
Оценивается понятиями «моложе», «древнее»,
«одновременно».
Для того чтобы определить положение слоев по
отношению друг к другу, используют два метода:
стратиграфический и палеонтологический.
Соотношение разновозрастных
отложений и пересекающих их
интрузивных тел.
1, 2, 3, 4– последовательность
формирования осадочных пород,
толщи которых разделены угловыми
несогласиями. Дайка 5–самая
молодая и внедрилась до
образования толщи 1. Гранитная
интрузия внедрилась до формирования толщи 2, после формирования толщ 3 и 4. Дайка 7–самая
древняя и прорывает только толщу

80. Стратиграфический метод Залегание слоев различного возраста: А — горизонтальное; Б — в виде складок

81. Никола Стено (1638-1686 гг.) – основатель стратиграфического метода

82. Палеонтологический метод

Этот метод основан на использовании
остатков растений и животных
(окаменелости), которые после своей гибели
захоронялись в слоях осадочных горных
пород и таким образом их возраст
соответствует возрасту горной породы.
Окаменелость - остатки животных и
растительных организмов в виде раковин,
целых скелетов или их частей (кости, зубы и
пр.), стволов деревьев, листьев, пыльцы

83.

84.

85.

Фузулины

86. Геологическая хронология

ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА – шкала геологического
времени, показывающая последовательность и
соподчинённость этапов развития земной коры и
органического мира Земли (эонов, эр, периодов, эпох,
веков).
Учение о хронологической последовательности
формирования и возрасте горных пород, слагающих
земную кору, наз. геохронологией.
Основные рубежи геол. истории выражены в
астрономических единицах времени (обычно в млн.
лет).
Впервые такая шкала была составлена Холмсом
(Holmes, 1947), на основании значений возраста,
полученных свинцовым методом для 5 разновозрастных
радиоактивных металлов известного возраста.

87.

Эон
(эонотема)
Эра (эратема)
Четвертичный
(антропогеновый)
Кайнозой
Эпоха
(отдел)
Начало,
лет назад
Голоцен
11,7 тыс
Плейстоцен
2,588 млн
Плиоцен
5,33 млн
Миоцен
23,0 млн
Олигоцен
33,9 ± 0,1 млн
Эоцен
55,8 ± 0,2 млн
Палеоцен
65,5 ± 0,3 млн
Период (система)
Неогеновый
Палеогеновый
Фанерозой
Мезозой
Палеозой
Протерозой
Архей
Катархей (Гадей)
Меловой
145,5 ± 0,4 млн
Юрский
199,6 ± 0,6 млн
Триасовый
251,0 ± 0,4 млн
Пермский
299,0 ± 0,8 млн
Каменноугольный
359,2 ± 2,8 млн
Девонский
416,0 ± 2,5 млн
Силурийский
443,7 ± 1,5 млн
Ордовикский
488,3 ± 1,7 млн
Кембрийский
542,0 ± 1,0 млн

88. Самостоятельная работа № 2

Нарисовать и раскрасить
геохронологическую шкалу (таблицу)

89.

90. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!