CHƯ Ơ NG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỂ QUẢ ĐẤT I. Hình dáng, kích thước quả đất Các tài liệu về vệ tinh nhân tạo đã chứng minh rằng quả đất có hình quả cầu, ở xích đạo p hình ra, hai cực hơi dẹt vì tốc độ quay quanh trục Bắc - Nam khá lớn. Hiện tại ở xích đạo vận tốc đạt tới 1670km/h. Bề mặt ngoài của quả đất lồi lõm bất thường. Nơi lồi nhất là dãy Hymalaya với ngọn Chômôlungma cao 8890m. Nơi lõm nhất là hố đại dương Marian sâu trên 11.000m. Sự chênh lệch khoảng 20km ấy so với bán kính của trái đất là 6366 km chỉ chiếm 0.3%. Như vậy so với một quả cam thi da c ủa quả cam còn lồi lõm hơn nhiều. II. Cấu tạo bên trong quả đất 1. Quyển đất Quả đất được chia ra các quyển đồng tâm. Quyển ngoài cùng là quyển đất hay quyển quả đất, có bề dày từ 5-70km, trung bình là 35km. Dưới đó là quyển Manti phân bố đến độ sâu 2900km. Tài liệu địa chấn cho biết manti ở thể “đặc lỏng”, vật chất có thể phần lớn ở dạng oxit silic, oxit mangan, và oxit sắt. 2. Quyển Manti Manti đựơc phân ra manti trên và manti dưới. + Manti trên: ở độ sâu 60-800km do lượng nguyên tố phóng xạ (urani, ) phân huỷ lớn chính là nguồn nhiệt bên trong của quả trái đất. Nó là nơi phát sinh ra động đất, hoạt động của núi lửa, các chuyển động kiến tạo của vỏ quả đất. + Manti dưới: ở độ sâu 800-2.900km. Do ở đây có nhiệt độ cao từ 2.800-3.800 0 C, và áp lực lớn (100.000-1.300.000at) nên vật chất ở trạng thái nén chặt. Manti dưới vẫn là vùng yên tĩnh của quả đất, các biến động trong nó cơ bản không ảnh hưởng đến các hiện tượng địa chấn diễn ra ở vỏ quả đất. Manti dưới chiếm 50.8% thể tích và 43% khối lượng quả đất. 3. Nhân quả đất Dưới manti là nhân quả đất (dưới 2.900km), chiếm khoảng 16.5% thể tích của vỏ quả đất, vật chất ở thể đặc dẻo. Ở phần dưới (dưới 5.100km) nhân quả đất ở thể rắn. Nhiều người cho rằng nhân quả đất thành tạo chủ yếu bởi các hợp chất của sắt và niken. Theo kết quả phân tích hoá học một số lượng lớn mẫu đất đá của A.E.Fexman thì vỏ quả đất được cấu tạo chủ yếu oxy, silic, nhôm Vì vậy còn gọi là vỏ “SiAl”. Thành phần hoá học của quả đất ( theo V.V.Belouxov) và vỏ quả đất (theo A.E.Fexman) được trình bày ở bảng I.1. Bảng I-1. Bảng hàm lượng các nguyên tố chủ yếu tạo nên quả đất và vỏ quả đất. 4. Quyển đất đá: Ở quyển đất đá thì chủ yếu là đá macma rồi đến đá biến chất, đá trầm tích chiếm tỷ lệ thấp nhất (10%) nhưng bao phủ phần trên mặt đất với diện tích lớn nhất (70% vỏ quả đất), do đó là đá phổ biến nhất trong xây dựng công trình. 5. Quyển nước: Quyển nước bao gồm các biển, đại dương, các sông hồ và toàn bộ nước trong các lỗ rỗng và khe nứơc của đất đá-nước dưới đất. Nước tron g đất có nhiệt độ t ừ nhỏ hơn 0 0 C đến hơn Các nguyên t ố Fe O Si Mg Al Ca Ni Na K S Tạo nên quả đất (theo .V.Belouxov) 36.9 29.3 14.9 6.7 3.0 2.9 2.9 0.9 0.3 0.7 Tạo nên quả đất tới 7km ( theoA.E.Fexman) 4.2 49.2 26.0 2.4 7.5 3.3 2.4 2.4 2.4 1.5 100 0 C, nó thường là một dung dịch hoá học khá phức tạp. Nước chuyển động, biến đổi không ngừng và luôn luôn tác động đến đất đá dưới nhiều hình thức. 6. Quyển khí: Quyển khí dày từ 500km, về đại thể có thể thấy 3 tầng khác nhau. Tầng giữa và tầng ion ở p hía trên không có ảnh hưởng trực tiếp tới đất đá. Tầng dưới cùng thì rất quan trọng trong địa chất công trình, trong nhiều trường hợp nó là nhân tố chủ yếu tác động đến đất đá và công trình. III Trường vật lý của quả đất. 1. Trường trọng lực Do sự vận động, sự phân bố và thuộc tính vật chất mà trong quả đất nói chung, vỏ quả đất nói riêng, hình thành các trường vật lý cơ bản như trường trọng lực, trường từ, trường nhiệt Nếu trong các quyển, vật chất phân bố đồng đều thì lực trọng trường trên bề mặt qủa đất sẽ tăng dần từ xích đạo về cực. Những nơi quả đất có cấu tạo khác thường sẽ sinh ra trọng lực bất thường, phản ánh gián tiếp tình hình phân bố vật chất ở phần vỏ. Trọng lực sẽ giảm nhỏ ở nơi phân bố đá trầm tích trẻ có độ rỗng lớn, các đá chứa khhí và dầu. Ở nơi phân bố quặng, nhất là quặng sắt thì trọng lực sẽ tăng. 2. Trường từ Quả đất là một khối từ khổng lồ với vị trí cực địa từ thay đổi chậm chạp theo thời gian. Hiện tại cực địa từ trùng với cực địa lý. Ở những vùng phân bố đá hay quặng từ tính cao sẽ hình thành từ tính bất thường. Những nơi từ tính mạnh thường có tồn tại các mỏ sắt từ. 3. Trường nhiệt Trường nhiệt của quả đất còn nhiều điều chưa rõ rệt; về đại thể có hai nguồn nhiệt là ngoại nhiệt và nội nhiệt. Ngoại nhiệt sinh ra chủ yếu do ánh sáng mặt trời hun nóng phần trên vỏ quả đất. Nó thay đổi theo thời gian và không gian; đó cũng là lý do sinh ra các mùa và các đới khí hậu. Ảnh hưởng của nhiệt mặt trời không sâu lắm, có lẽ độ vài chục mét. Sâu hơn nữa là nguồ n nội nhiệt, sinh ra do các phản ứng hóa học, hạt nhân Nhiệt độ dao động theo ngày, theo mùa chỉ sảy ra trên đới thường ôn. Xuống xâu hơn nữa nhiệt độ ít dao động và tăng dần theo độ sâu (hình I.1). Ở đới thường ôn, nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ bình quân năm của vùng trên mặt đất. Hệ số tăng nhiệt độ theo chiều sâu là cấp địa nhiệt của vùng. Thông thường, cấp địa nhiệt α = 30 ÷ 35m/độ. Ở vùng có hoạt độüng macma thì cấp địa nhiệt thấp hơn. Dựa vào cấp địa nhiệt có thể xác định nhiệt độ ở dưới sâu: Trong đó: tz - nhiệt độ tại độ sâu z ( 0 C); tbq - nhiệt độ tại đới thường ôn ( 0 C); z 0 - độ sâu của đới thường ôn (m); α - cấp địa nhiệt của vùng (m/độ). Cấp địa nhiệt của vùng thay đổi nhiều thể hiện cấu tạo địa chất chưa ổn định, các hiện t ượng địa chất còn đang diễn ra mạnh mẽ. α 0 zz tt bqz − += 4. Các hiện tư ợ n g địa ch ấ t : bao gồm hiện tượng kiến tạo, hiện tượng macma, hiện tượn g x âm thực và tích tụ trầm tích là kết quả của quá trình vật lý, hóa học, sinh học diễn ra ở trong lòng quả đất hay ở trên mặt đất theo những quy luật nhất định. Đó là những định lý thuận nghịch của tự nhiên. Vì vậy, hiện tượng địa chất rất đa dạng và phức tạp. Nghiên cứu hiện tượng điạ chất sẽ cho ta một cơ sở chắc chắn để suy diễn lại quá khứ, dự đoán được tương lai của những vấn đề địa chất mà không sợ lệch khỏi khung cảnh thiên nhiên. + Hiện tượng kiến tạo: là hiện tượng chuyển dịch của vỏ quả đấït dưới tác dụng của các lực kéo nén. Kết quả làm cho đất đấ bị vò nhàu, uốn nếp, nứt nẻ, đức gãy. . + Hiện tượng macma: là hiện tượng các khối đất đá nóng chảy bão hòa khí (dung nham) từ các lớp dưới sâu, theo các khe nứt dâng lên xâm nhập vào phần trên của vỏ quả đất. Các dung nham nguội lạnh, đông cứng lại tạo thành đá macma. Quá trình xâm nhập của macma rất chậm chạp và thường kèm theo động đất. Núi lửa là một hình thức họat động của macma. Núi lửa phun trào ở đáy biển gây ra hiện tượng biển động. Núi lửa phun trào trên mặt đất thường hình thành những đám mây bụi khói và tro khổng lồ. Đá nguồn gốc núi lửa (đá phun trào) do dung nham đông nguội tạo thành có tính p hân t ầng, phân lớp. Núi lửa hoạt động mạnh ở các miền có đứt gãy lớn, nơi tiếp giáp giữa các mảng kiến tạo khác nhau. Hiện nay miền hoạt động núi lửa mạnh nhất là “vành đai Địa Trung Hải” và vành đai “Thái Bình Dương”. Đất đá lộ ra trên mặt đất, dưới tác động của các yếu tố của quyển nước, quyển khí. . . sẽ bị p hân vụn, biến đổi và lôi cuốn đi nơi khác, đó là hiện tượng phong hóa, bóc mòn đá và hiện tượng vận chuyển, tích đọng vật liệu. . . có thể do cơ, lý, hóa hay chung của cơ lý hóa, có hoặc không có mặt của sinh vật. Chỉ cần tốc độ bóc mòn vài milimét mõi năm thì sau mỗi kỷ hay một đại thì độ dày lớn đến mức chừng nào. Bóc mòn càng nhiều thì trầm tích càng dày. Tốc độ trầm tích ở cửa sông và quen biển rất lớn. Ở nhiều vùng tốc độ bồi đắp có thể đạt mấy chục tới 100m/năm (Cà Mau, Nam Định). Đó là nguyên nhân chủ yếu để hình thành nên các bình nguyên, các đồng bằng bồi tích rộng lớn ngày nay. Các tầng đất đá ở dưới sâu sẽ chịu tác dụng của áp lực cao, nhiệt độ lớn, lỗ rỗng giảm đi, nước thoát ra, nhiều khoáng vật bị biến tính, đựơc định hướng, hình thành nên đá biến chấ t (biến chất khu vực). Trong một số trường hợp, biến chất sảy ra do các dung nham có nhiệt độ cao tiếp xúc với đá vây quanh (biến chất tiép xúc). Đất đá, địa hình mặt đất ngày nay là kết quả tổng hợp của rất nhiều hiện tượng địa chất đã diễn ra trong quá khứ và còn đang tiếp diễn không ngừng. Vì vậy, đất đá của vỏ quả đất là p ho sứ lớn ghi lại diễn biến của các hiện tượng địa chất đã xảy ra. . động kiến tạo của vỏ quả đất. + Manti dưới: ở độ sâu 80 0-2 .900km. Do ở đây có nhiệt độ cao từ 2.80 0-3 .800 0 C, và áp lực lớn (10 0.00 0 -1 .300.000at) nên vật chất ở trạng thái nén chặt. Manti dưới. cấp địa nhiệt thấp hơn. Dựa vào cấp địa nhiệt có thể xác định nhiệt độ ở dưới sâu: Trong đó: tz - nhiệt độ tại độ sâu z ( 0 C); tbq - nhiệt độ tại đới thường ôn ( 0 C); z 0 - độ. sâu của đới thường ôn (m); α - cấp địa nhiệt của vùng (m/độ). Cấp địa nhiệt của vùng thay đổi nhiều thể hiện cấu tạo địa chất chưa ổn định, các hiện t ượng địa chất còn đang diễn ra mạnh