Tài liệu địa chất môi trường 04

Địa chấất môi trường CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG I.1. Khái niệm về động lực môi trường địa chất Địa động lực học là một nhánh nhỏ của địa vật lý nghiên cứu về động lực học của trái đất. Nó áp dụng vật lý, toán học, hóa học để tìm hiểu làm thế nào đối lưu manti dẫn đến kiến tạo mảng và các hiện tượng địa chất như: Tách giãn đáy đại dương, sự hình thành của núi, núi lửa, động đất, đứt gãy… Nó cũng nghiên cứu về hoạt động bên trong lòng đất bằng cách đo từ trường, trọng lực, và sóng địa chấn, cũng như những khoáng chất của đá và của họ địa hóa đồng vị. Phương pháp của địa động lực học cũng được áp dụng để thăm dò của các hành tinh khác. I.2 Động lực nội sinh Cấu trúc mảng của thạch quyển và sự vận động của các mảng Vận động của các mảng thạch quyển là cội nguồn của chế độ vận động kiến tạo hiện đại. Thạch quyển trái đất không phải là một khối cứng bất động, cũng không phải là một khối đồng nhất. Thạch quyển có sự phân dị theo chiều ngang thành một số mảng Các mảng tiếp xúc với nhau qua các ranh giới mảng. Có ba kiểu ranh giới: - Kiểu sinh mảng: Theo ranh giới này, vật chấtt dưới lòng sâu của trái đất trào lên, sinh ra những phần mới mẻ của thạch quyển kiểu vỏ đại dương. - Kiểu tiêu mảng: Mảng đại dương bị hút chìm và tiêu thụ bên dưới một mảng lục địa hay một mảng đại dương khác. Việc tiêu hóa mảng bị hút chìm được thực hiện qua một đới có tên là đới benioff, nằm nghiêng về phía mảng nằm trên Page 1 Địa chấất môi trường và ăn sâu đến 700 km. Miệng của đới hút chìm có dạng máng biển sâu đến 10km. Mảng đại dương bị hút chìm, cọ xát vào mảng nằm trên gây ra động đất dữ dội. Vật chất của mảng bị hút chìm tái nóng chảy, tạo thành macma xuyên lên, trào lên mảng phía trên, tạo ra dải cung đảo núi lửa (ví dụ như ở Nhật Bản, Philippin). Nếu mảng bị hút chìm có phần trung tâm là lục địa, thì sau khi phần thạch quyển đại dương bị hút chìm và tiêu thụ hết, phần thạch quyển lục địa bị tắc lại, không bị hút chìm, xô chờm vảo mảng phía trên, ta gọi là hiện tượng chờm mảng (collission). Ví dụ chờm mảng India và mảng châu Á tạo ra dãy Himalaya hùng vĩ nhất thế giới. - Kiểu trượt ngang: Các mảng trượt ngang nhau qua đứt gãy biến dạng, không có mảng nào bị tiêu đi, cũng không cỏ phẩn mảng mới nào sinh ra. Do các mảng đang dịch chuyển, đang xô ép vào nhan, đã nảy sinh ra các lực kiến tạo lớn khủng khiếp. Lực kiến tạo có loại ép nén. có loại kéo dãn. Các lực này lan truyền vào trong các khối thạch quyển lục địa cứng rắn làm các khối này vỡ vụn ra thành những khối nhỏ hơn. Các bề mặt vỡ có tên là đứt gãy kiến tạo thường được gọi đơn giản là đứt gãy (fault). Chính nhờ các đứt gãy này mà các khối đá cứng hoặc trồi lên, hoặc tụt xuống, hoặc di chuyển ngang tương đối so với nhau. Toàn bộ các biến động đó, diễn ra bên trong các mảng thạch quyển lục địa cứng rắn, nên được gọi là quá trình biến động nội mảng (Intraplate Deformation). Page 2 Địa chấất môi trường Hình 1. Mô hình cấu trúc Các ranh giới mảng: 1. Kiểu sinh mảng 2. Kiểu tiêu mảng 3. Kiểu trượt ngang I.3. Động lực ngoại sinh Động lực ngoại sinh được gây ra do trọng lực của Trái Đất và năng lương của hệ mặt trời. Đây là hệ thống các quá trình phức tạp bao gồm hoạt động phong hóa, trọng lực, bóc mòn, rửa trôi, dòng chảy, karst, phong thành, hồ, đầm lầy, biển…Động lực ngoại sinh đóng vai trò to lớn trong việc thay đổi một phần cấu trúc MTĐC và gây ra các tai biến địa chất. Một trong những nhiệm vụ Page 3 Địa chấất môi trường của ĐCMT là nghiên cứu quá trình ngoại sinh đang diễn ra hằng ngày trên bề mặt Trái Đất. I.4. Động lực nhân sinh Nắn dòng sông, Đào kênh mương Đập và hồ nhân tạo Các công trình cải tạo vùng đất ngập nước ven biển. Bơm hút nước ngầm Chăn thả gia súc quá mức và canh tác không thích hợp Đường giao thông cơ giới Tràn dầu trên biển Khai thác mỏ và bãi thải mỏ Hầm giao thông Xả thải Page 4 Địa chấất môi trường CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH PHONG HÓA I. Khái niệm Là quá trình phá vỡ hoặc phân hủy tại chỗ các khoáng vật, các đá nằm trên mặt đất hoặc gần mặt đất do ảnh hưởng của nhiệt độ, nước, không khí, khí cacbonic và các hoạt động của sinh vật… Nguyên nhân sâu xa gây ra quá trình phong hóa là sự thay đổi điều kiện cân bằng môi trường địa chất. Các đá được hình thành dưới sâu trong điều kiện tương đối cao về áp suất nhiệt độ. Khi chúng được đưa lên mặt đấ, điều kiện đã thay đổi, do đó các đá sẽ phát sinh những thay đổi để phù hợp với điều kiện cân bằng mới. II. Phân loại 1. Phong hóa vật lý - Là sự phá hủy của đất đá dưới sự tác động vật lý, đá bị vỡ vụn nhưng không thay đổi thành phần hóa học. Phương thức phong hóa: a. Phong hóa do chênh lệch nhiệt độ: do tính chất dẫn nhiệt không đồng đều của các khoáng vật tạo đá, khi nhiệt độ thay đổi ( theo mùa, ngày và đêm ) các đá bị vỡ vụn thành những mảnh có kích thước khác nhau. Hình 1: Phong hóa do nhiệt độ Page 5 Địa chấất môi trường b.Phong hóa do băng: các đá bị phá hủy do sự tăng thể tích của nước đóng băng. Hình 2: Phong hóa do băng c. Phong hóa muối: do muối kết tinh trong khe nứt. d. Phong hóa cơ học: do các rễ cây phá hủy đá. Hình 3: Phong hóa do sinh vật 2. Phong hóa hóa học - Là quá trình phân hủy đất đá dưới tác động hóa học của các nhân tố như oxy, nước, khí CO2 …Đất đá bị biến đổi về thành phần hóa học và khoáng vật. Page 6 Địa chấất môi trường a. Tác dụng hòa tan của nước: mức độ hòa tan tùy thuộc vào các nguyên tố chứa trong nước.Quá trình hòa tan tạo nên các hang karst CaCO3 + CO2 +H2O = Ca(HCO3)2 Hình 4: các hang động kast b. Oxy hóa -Do tác dụng chủ yếu của nước và oxy, tác dụng của oxy hóa làm cho các khoáng vật từ hóa trị thấp chuyển sang hóa trị cao theo hướng kém bền vững sang bền vững. Ví dụ Pyrit bị chuyển hóa thành limonit: FeS2 + nO2 + mH2O → FeSO4→(FeSO4)3→Fe2O3. H2O Pyrit limonit c. Tác dụng hydrat hóa -Đó là sự tham gia theo tỉ lệ nhất định của nước( H 2O) vào ô mạng tinh thể để hình thành khoáng vật mới. Thường gặp: CaSO4 + H2O → CaSO4.2H2O Anhydrit thạch cao d. Tác dụng thủy phân -Là phản ứng giữa các ion H + và OH- của nước với ion của khoáng vật và đá. Vai trò quyết định của quá trình thủy phân là ion hydro (H+). Nó thay thế các kim loại (K, Na, Ca) từ alumosilicat và phá hủy cấu trúc tinh thể để tạo nên tinh thể mới. Page 7 Địa chấất môi trường 2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 → Al2Si2O5(OH)2 + 4SiO2 + K2CO3 Orthoclas kaolinit 3. Phong hóa sinh vật a. phong hóa sinh học – vật lý: sinh vật phá hoại đá theo phương thức cơ học như rễ cây phát triển, sinh vật đào hang khoét lỗ... b. phong hóa sinh học – hóa học: sinh vật tiết ra các chất hóa học, các axit hữu cơ để phá hủy đá. III. Hình 5: Sinh vật phát triển trong đá Các giai đoạn của phong hóa 1. giai đoạn phong hóa vụn:Đá nứt nẻ vỡ vụn thành tảng, dăm, sạn, cát, chưa thay đổi thành phần hóa học. 2. giai đoạn sialit kiềm:Đá biến đổi máu sắc, đổi màu, K, Na, Ca, Mg hòa tan giải phóng ra khỏi đá có tính kiềm. 3. giai đoạn sialit axit: Đá bị phong hóa mạnh, hình thành sét, phần lớn bị trôi đi làm môi trường trở thành có tính axit. 4. giai đoạn alit(laterit): Là trường hợp đá bị phân hóa mạnh trở thành đá ong có màu vàng nâu đỏ đen, loang lổ. Gần như toàn bộ IV. kiềm, kiềm thổ trôi hết con Si, Al, Fe. Các dạng địa hình liên quan đến phong hóa 1. địa hình sót Page 8 Địa chấất môi trường -Còn sót lại trong quá trình phong hóa, tùy theo thành phần của đá mà có các hình thái khác nhau. Hình 5: ghềnh đá đĩa ( Tuy An, Phú Yên) 2. Sa mạc cát -Được hình thành ở những vùng có khí hậu khô nóng, các đá bị phong hóa tạo thành cát, tạo thành sa mạc. Hình 6:Sa mạc cát 3. Các bề mặt san bằng Page 9 Địa chấất môi trường V. -Tương đối bằng phẳng có chiều rộng vài km2 đến vài m2. Tốc độ phong hóa và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hóa -Tốc độ phong hóa được xem như là mức độ phá hoại của phong hóa tính bình quân theo thời gian kể từ lúc đá lộ ra. -Tốc độ phong hóa chịu ảnh hưởng của khí hậu, trong đó đáng kể là VI. nhiệt độ không khí lượng mưa sự phân bố, lượng bốc hơi, độ ẩm... Vỏ phong hóa 1.khái niệm -Là nơi tập hợp các dản phẩm phong hóa ngay tại chỗ hoặc có sự dịch chuyển không đáng kể. 2. Phân loại vỏ phong hóa a. Theo diện phân bố - Loại I vỏ phong hóa bề mặt: phân bố rộng trên toàn địa hình núi, chiều dày từ vài m đến 10 đến 15m. - Loại II vỏ phong hóa có dạng đường có diện phân bố tạo tuyến kéo dài dọc theo khe nứt đứt gãy,.. chiều dày lớn b. theo đặc điểm khí hậu và địa hình( Rukhin) - Vỏ phong hóa vụn: Đặc trưng cho các vùng núi cao, có khí hậu lạnh, tại đó gần như không có phong hóa hóa học, chỉ có tảng, dăm. - Vỏ phong hóa hidro mica: hình thành trong điều kiện địa hình đồi núi, khí hậu hơi lạnh, phong hóa hóa học yếu, tạo thành các loại sét hidromica. - Vỏ phong hóa kaolinit: hình thành trong điều kiện phong hóa hóa học mạnh phân bố rộng rãi ở vùng nhiệt đới. - Vỏ phong hóa Monmorilonit: được hình thành ở vùng khí hậu khô, nửa khô, sa mạc, ven sa mạc, đồng cỏ, thảo nguyên, với điều kiện phong hóa hóa học yếu. Nước ta có vỏ phong hóa kéo dài từ Thanh Hóa đến Tây Nguyên. - Vỏ phong hóa laterit: hình thành trong điều kiện nóng ẩm, phong hóa hóa học mạnh, kết quả tạo thành đá ong. c. Phân loại theo nguồn gốc vật liệu phong hóa - Otoeluvi( tàn tích của đá magma): bao gồm toàn bộ sản phẩm của mọi loại đá magma. - Paraeluvi(trầm tích biển): tàn tích của đá sét, tàn tích của đá cacbonat( đá vôi), tàn tích silic.... Page 10 Địa chấất môi trường - Neoluvi ( trầm tích lục địa): đa số các đá trầm tích này là trầm tích trẻ tuổi đệ tứ, chưa biến thành đá nên gần như không có vỏ phong hóa vụn, vỏ phong hóa laterit hiếm. 3. Tính phân đới của vỏ phong hóa - Vỏ phong hóa đầy đủ gồm:  Đới mũ sắt ( laterit): limonit, bauxit, sét màu vàng, nâu, đỏ, lẫn laterit.  Đới Litoma ( sét): sét trắng, vàng, hồng, xanh lục,  Đới saproit ( Bán phong hóa): đá đổi màu sắc  Đới vỡ vụn: dăm, sạn. Hình 7: các đới của vỏ phong hóa. - Các đới của vỏ phong hóa không phải bao giờ cũng đầy đủ. Page 11 Địa chấất môi trường CHƯƠNG III. TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG PHONG HÓA TỚI MÔI TRƯỜNG 1. Tác động tích cực  Một nghiên cứu gần đây cho thấy thấy sự phong hóa đá chiếm giữ một vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự dư thừa khí CO 2. Nhờ vào hoạt động phong hóa mà CO2 trong không khí được hòa tan vào nước mưa tạo thành axit cacbonic và phá vỡ đá ở lục địa theo thời gian. Bị kẹt ở các dòng chảy, dòng sông và cuối cùng chảy vào đại dương, khí cacbon sau đó được lưu giữ ở dưới nước biển sâu hàng nghìn năm. Do đó, đại dương được xác định như là một bể chứa cacbon lớn trên quy mô hàng triệu năm.  Các sản phẩm của quá trình phong hoá tạo ra vật liệu cho quá trình vận chuyển và bồi tụ. Khoáng nguyên sinh là một sản phẩm phong hóa, nó làm ảnh hưởng tình chất vật lý của đất và đồng thời là nguồn dự trữ dinh dưỡng với cây trồng.  Hoạt động phong hóa làm hình thành các mỏ phong hóa: mỏ aluvi,mỏ sườn tích- deluvi, mỏ proluvi, mỏ tàn tích – eluvi.. 2. Tác động bất lợi  Bên cạnh đó hoạt động phong hóa còn liên quan đến một số tai biến địa  chất: làm suy yếu nền móng công trình Gây lên hiện tượng lở đất ở những vùng địa hình dốc Gián tiếp gây lên hiện tượng lũ bùn, lũ quét,… Hoạt động phong hóa tham gia vào quá trình sa mạc, hoang mạc hóa. 3. Giải pháp khắc phục  Dựa vào các tác động bất lợi của hoạt động phong hóa đến môi trường chúng ta có một số giải pháp khắc phục sau: Page 12 Địa chấất môi trường  Đối với các công trình xây dựng  Chọn địa điểm xây dựng  Bóc bỏ toàn bộ hoặc một phần tầng phong hóa  Bảo vệ đất đá khỏi các tác nhân phong hóa bằng cách che phủ bằng VL chống phong hoá.  Cải tạo tầng phong hóa bằng các biện pháp: phun xi măng, phun dung dịch sét…  Trung hòa các nhân tố gây phong hóa.  Sử dụng các biện pháp cải tạo đất để làm giảm quá trình phong hóa.  Kết luận Phong hóa là quá trình phá hủy phần trên bề mặt Trái đất, quá trình phong hóa tạo ra vỏ phong hóa, là một mắt xích quan trọng của vòng tuần hoàn vật chất. Vỏ phong hóa là tầng sản phẩm biến đổi của đá gốc trên bề mặt địa hình Trái đất, phần trên cùng của vỏ phong hóa thường hình thành lớp thổ nhưỡng. Nghiên cứu vỏ phong hóa cần tiến hành đồng thời với nghiên cứu đá mẹ, bởi chính đá mẹ là yếu tố chính quyết định thành phần tầng phong hóa và lớp thổ nhưỡng. Hoạt động phong hóa tác động đến môi trường cả hai mặt tích cực và tiêu cực. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình chính: Địa chất môi trường- GS.TSKH. Đặng Văn Bát,2006. Trường Đại học Mỏ- Địa chất 2. Địa chất môi trường, Huỳnh Thị Minh Hằng, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2001 3. Đánh giá tác động môi trường, Lê Trình, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 4. Luật môi trường Page 13