1 /37

01/20/2016 12:13 PM

Početak- ideja1994., pisanja-1996.

Mr Mirko Stanković, dipl. inž.

OSNOVE GEOLOGIJE, INŽENJERSKE GEOLOGIJE I MEHANIKE TLA

/Materijal u pripremi/

Beograd, decembar 1998. god.

2 /37

SADRŽAJ:

UVOD

1. Postanak i građa Zemlje

1.1. Postanak Zemlje

1.1.1. Kant-Laplasova hipoteza

1.1.2. Džems Džinsova hipoteza

1.2. Fizičke osobine Zemlje

1.2.1. Oblik i dimenzije Zemlje

1.2.2. Građa i sastav Zemlje

1.2.3. Hemijski sastav Zemlje i Zemljine kore

1.2.4. Toplotna svojstva

1.2.5. Gravitacija Zemlje

1.2.6. Magnetizam Zemlje

1.2.7. Radioaktivnost Zemlje

2. Osnove mineralogije

2.1. Nastanak minerala

2.1. Oblici minerala

2.2. Fizička svojstva minerala

2.3. Petrogeni minerali

3. Osnove petrografije

3.1. Postanak i podela stena

3.2. Magmatske stene

3.2.1. Način postanka, pojavljivanja i lučenje magmatskih stena

3.2.2. Sklop stena (struktura i tekstura) magmatskih stena

3.2.3. Podela magmatskih stena

3.2.4. Prikaz važnijih magmatskih stena

3.2.4.1. Dubinske magmatske stene

3.2.4.2. Površinske magmatske stene

3.2.4.3. žične magmatske stene

3.3. Piroklastične stene

3.4. Sedimentne stene

3.4.1. Postanak sedimentnih stena

3.4.2. Sklop (struktura i tekstura) sedimentnih stena

3.4.3. Podela sedimentnih stena

3 /37

3.4.4. Prikaz važnijih sedimentnih stena

3.4.5. Stenski sastav fliša

3.5. Metamorfne stene

3.5.1. Sklop (struktura i tekstura) metamorfnih stena

3.5.2. Podela metamorfnih stena

3.5.3. Prikaz važnijih metamorfnih stena

3.5.4. 4. Geloška istorija zemljine kore

4.1. nnnn

4.2. mmmm

5. Geloška istorija zemljine kore

5.1. Tektonski pokreti zemljine kore

5.1.1. Tangencijalni poremećaji

5.1.1.1. Vrste bora

5.1.1.2. Elementi bora

5.1.2. Radijalni poremećaji

5.1.2.1. Vrste raseda

5.1.2.2. Elementi raseda

5.1.3. Značaj tektonskih poremećaja u inženjerskoj geologiji

6. Inženjersko geološke klasifikacije stenskih masa

6.1. Klasifikacija po Kasagrandeu

6.2. Klasifikacija po Braun – Stiniju

6.3. Klasifikacija po Protođakonovu

6.4. Klasifikacija po Lauferu

6.5. Klasifikacija po Feneru

7. Osnovna fižička, mehanička i strukturna svojstva stenskih masa

7.1. Homogenost – heterogenost

7.2. Izotropnost – anizotropnost

7.3. Kontinualnost – diskontinualnost

7.4. Deformabilnost

7.5. Otpornost na smicanje

7.6. Elektroprovodljivost

7.7. Magnetičnost

7.8. Radioaktivnost

7.9. Rastresitost

7.10. Vodnofizička svojstva

7.11. Ponašanje na mrazu

7.12. Konsolidacija

7.13. Bubrenje i skupljanje

4 /37

7.14. Lepljivost

7.15. Tiksotropnost

7.16. mmm

7.17. nnn

8. Osnove inženjerske geologije

8.1. Raspadanje stenskih masa

8.2. Denudacija – spiranje

8.3. Erozija

8.4. Abrazija

8.5. Sufozija

8.6. Soliflukcija

8.7. Kliženje

8.7.1. kk

8.7.2. nmm

8.8. Osipanje

8.9. Odronjavanje

8.10. Puženje

8.11. Likvifikacija

8.12. Identifikacija terena vizuelnim postupcima

8.13. ff

8.14. dd

9. Seizmologija

9.1. Značaj zeizmologije

9.2. Vrste zemljotresai uzroci njihovog nastanka

9.3. g

9.4. g

9.5. g

9.6. Uticaj geotehničkih karakteristika terena na posledice zemljotresa

10. Inženjerskogeološka istraživanja

10.1. Vrste inženjerskogeoloških istraživanja

10.2. ig

10.3. igi

10.4. igpr

11. Inženjerskotehnička dokumentacija

11.1. Inženjerskogeološke karte

11.2. Inženjerskogeološki preseci – profili

11.3. Inženjerskogeološki blok dijagrami

11.4. gg

11.5. ig

12. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje građevinskih objekata

5 /37

12.1. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje puteva

12.2. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje mostova

12.3. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje aerodroma

12.4. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje zaštitnih objekata

12.5. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje objekata za vatreno dejstvo

12.6. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje tunela

12.7. Inženjerskogeološki uslovi izgradnje hidrotehničkih objekata

12.8. ff

12.9. ff

12.10. ff

13. Osnove mehanike tla (Geomehanike)

13.1. Tlo i podela tla

13.2. Fizičke osobine tla

13.3. Klasifikacija i identifikacija zemljanih masa

13.4. Tlo kao građevinski materijal

14. Naprezanje i deformacije tla

14.1. Naponska stanja u tlu

14.1.1. Primarno naponsko stanje

14.1.2. Sekundarno naponsko stanje

14.1.3. Efektivni i neutralni naponi u tlu

14.1.4. Čvrstoća tla

14.1.5. Sleganje, stišljivost tla

14.2. Određivanje dozvoljenog opterećenja tla

14.2.1. Ternska penetracija

14.2.2. Dozvoljeno opterećenje na bazi loma tla

14.2.3. nn

15. Stabilnost kosina

15.1. Pritisak zemlje

15.2. Uslovi stabilnosti kosine

15.3. Metode ispitivanja stabilnosti kosina

15.3.1. Metoda Feliniusa

15.3.2. Metoda Bišopa

15.3.3. Metoda

15.3.4. Metoda

15.3.5. Metoda

15.4. Proračun potpornog zida

16. Temeljenje

16.1. Konstrukcije i dimenzionisanje temelja

16.1.1. Vrste i način temeljenja konstrukcija

6 /37

16.1.2. Tehnologija izrade temelja

16.2. Statički proračun temelja

16.3. Temeljenje na šipovima

16.3.1. Vrste šipova i način temeljenja

16.3.1.1. Drveni šipovi

16.3.1.2. Betonski šipovi

16.3.2. Statički proračun ipova

16.4. Potporni i obložni zidovi

16.5. Zagati i žmurje

17. Geološko-terenska ispitivanja

17.1. Osnovna ispitivanja

17.2. Laboratorijska ispitivanja

17.2.1. Laboratorijska ispitivanja fizičkih karakteristika

17.2.2. vv

17.2.3. vvv

17.2.4. vvvvv

18. Poboljšanja stenskih masa

18.1. Melioracija

18.2. Injektiranje

18.2.1. Kontaktno injektiranje

18.2.2. Periferno injektiranje

18.2.3. mmmm

18.3. Torkretiranje

18.4. Ankerovanje

18.4.1. Klinasti ankeri

18.4.2. Navojni ankeri

18.4.3. Perfo ankeri

19. Opšte, 01/20/2016 12:13 PM

7 /37

UVOD

Cilj i zadatak izučavanja ovog predmeta je da se slušaoci upoznaju sa značajem

izučavanja i da stečeno znanje primene u praktičnom životu pri rešavanju problema iz

inženjerske prakse. Stečena znanja treba upotrebiti pri rešavanju zadataka vezanih za

izradu saobraćajne infrastrukture, industrijskih objekata, izradu objekata za dejstvo,

zaštitu i manevar, kako u mirnodopsko, tako i u ratno vreme, ili prilikom elementarnih

nepogoda (zemljotres, poplava, požar, itd.).

Pored toga, cilj izučavanja (vojne) geologije je da slušaoci steknu znanje i rutinu da

samostalno procenjuju zemljište u geološkom pogledu, neposredno na terenu i na osnovu

geološko-tehničke dokumentacije, kao radni medij i kao prostor njihove osnovne

delatnosti.

Iz istorije ratova poznato je da je zemljište oduvek prestavljalo važan, a posebno i često i

odlučujući faktor pri izvođenju borbenih dejstava. Zbog toga je, zavisno od stepena

razvoja borbenih sredstava, poklanjana odgovarajuća pažnja.

Povećanje razorne moći ratne tehnike i razvoj ratne veštine povećali su i zahteve za

detaljnije poznavanje ratišta. Danas nije dovoljno samo dobro poznavanje geografsko-

topografskih elemenata, već je neophodno i svestranije poznavanje sastava i osobina

dubljih delova zemljišta, pre svega, radi solidnije zaštite jedinica od dejstva protivnika i

boljeg manevra svojih jedinica.

Proučavanje sastava, osobina i ponašanja geoloških masa, pri izvođenju raznih zemljanih

radova, kako za civilne potrebe, tako i za vojne potrebe, bavi se geologija (vojna) kao

specijalna grana primenjene geologije.

Reč geologija je grčkog porekla, sastavljena od reči (gea – zemlja) i (logos – nauka), što

u prevodu znači "nauka o zemlji". Geologija ne izučava Zemlju kao kosmičko telo, već

samo njen spoljni i stenoviti omotač, nazvan zemljina kora ili litosfera. Ona, prema

tome, izučava sastav, strukturu, istorijski razvoj zemljine kore, procese i njihove

uzročnike unutar zemljine kore i na njenoj površini. Struktura geoloških i njima srodnih

nauka prikazana je na sl. 1.

8 /37

Sl. 1. Šematski prikaz odnosa vojne geologije prema drugim granama geologije i srodnim naukama

Pri izučavanju geologije, suštinu predmeta čine sledeća tri kompleksa pitanja:

1. Sastav, debljina i osobine zemljanih masa koje čine neposrednu površinu terena

(površinski zemljani pokrivač);

2. Sastav, struktura i osobine geoloških masa dubljih delova terena (geološka

podloga ili supstrat) i

3. Stanje podzemnih voda i izvora.

Delovi i materija ova tri kompleksa predmet su izučavanja raznih naučnih disciplina i

grana kao što su:

- mehanika tla (nauka o mehaničkom sastavu i osobinama zemljanih masa sa

gledišta građevinske tehnike),

- pedologija (nauka o postanku, transformaciji i migraciji materije površinskog

rastresitog pokrivača sa agrikulturnog gledišta),

- mineralogija (nauka o mineralima, sastavnim delovima stena),

- petrografija (nauka o stenama),

- geotektonika (nauka o unutrašnjoj strukturi zemljine kore),

- geomorfologija (nauka o postanku i promenama zemljinog reljefa),

- istorijska geologija - stratigrafija (nauka o istorijskom razvoju Zemlje),

- inženjerska geologija – primenjena geologija (izučava teren kao celinu u

građevinskom pogledu),

- hidrologija (nauka o nastanku, kretanju i eksploataciji podzemnih voda),

9 /37

- mehanika stena (nauka koja izučava mehanička svojstva stena),

- geofizika (nauka o fizičkim osobinama Zemlje (magmatizam, gravitacija,

radioaktivnost i dr.),

- geohemija (nauka o hemijskom sastavu i hemijskim promenama u zemljinoj

kori).

Pored pomenutih naučnih grana i disciplina, vojna geologija koristi metode i rezultate

ispitivanja koje primenjuju: hemija, hidraulika, rudarska geologija i nauka i dr. Ali, ona

je ipak najuže povezana sa inženjerskom geologijom,. hidrogeologijom, petrografijom,

mehanikom tla, mehanikom stena, pedologijom, geomorfologijom i geofizikom, sl.1.

Prema tome, vojna geologija u širem smislu, predstavlja sintezu niza geoloških i njima

srodnih naučnih grana i disciplina, koje se na bilo koji način bave proučavanjem zemljine

kore i njenih delova i čije se metode i rezultati ispitivanja koriste za vojne potrebe u miru

i ratu.

Značaj geologije (za vojne potrebe) uočen je još početkom XIX veka. Međutim,

značajnije mesto pri proceni zemljišta za predstojeća borbena dejstva dobija tek u I

svetskom ratu. Između dva rata značaj joj se povećava, da bi u II svetskom ratu i posle

njega, dobila pravi značaj, sadržinu i široku primenu.

Godine 1891. nemački inžinjerijski oficir Gruner ukazao je na značaj geologije u ratu.

Slično mišljenje imao je i engleski geolog Dž. Portlok (John Portlock) u svom radu 1868.

Prvo pisano delo o primeni geologije dao je Francus Parandier (Parandiere), 1882.

Pravi početak izučavanja Vojne geologije u vojnim školama vezan je za kraj 19. Veka,

najpre u Engleskoj u tzv. Čemberlejskom koledžu, a zatim u Francuskoj – u inžinjerijsko-

artiljerijskoj školi.

U period između dva rata, najvećibroj evropskih zemalja uvodi i vojne škole Vojnu

geologiju kao poseban predmet.

Danas je vrlo mali broj zemalja u čijim se vojnim školama ovaj predmet ne izučava.

Savremeni ratovi u kojima su uslovi i način vođenja borbenih dejstava u velikoj meri

izmenjeni u odnosu na ranije ratove, kada su oružane snage potpuno mehanizovane i

naoružane sredstvima za pojedinačno i masovno uništavanje na velikim daljinama, a

zaštita vojnika, civilnog stanovništva i celokupnog ekonomskog potencijala svake zemlje

predstavlja veliki problem. Geologija (vojna), u sistemu priprema državne teritorije za

odbranu i vođenje borbenih dejstava, dobija još veći značaj, pre svega jer se solidnija

zaštita postiže dubljim ukopavanjem, izradom brojnih i tehnički složenijih objekata.

Vođenje borbenih dejstava 1999. godine od strane NATO-a, pokazala su da su neki

objekti (posebno nadzemni – površinski) nedovoljno dobri za zaštitu tj. nesvrsishodni.

Međutim, podzemni, a posebno oni na većim dubinama, vrlo dobri i sigurni.

10 /37

Primena geologije ima veoma veliki značaj i u običnom životu. Inžinjerijske starešine sa

solidnim geološkim obrazovanjem, potpomognuti drugim stručnjacima, uspešno su

rešavali sve geološke problem iz domena njihove delatnosti. U tome posebno se istakla

inžinjerija SAD (konrtuisanjem aparata, nove metode klasifikacije materijala,

dimenzionisanje kolovoznih kontrukcija, rešenja sanacija raznih šteta itd, itd.).

Sovjetska (ruska) armija je, takođe, imala velikih uspeha u primeni geologije prilikom

rešavanja raznih problema na terenu.

Kod nas, pioniri ovog posla su profesor dr K. Petković i dr B. Milovanović, koji su izdali

1939. godine prvu knjigu ove vrste kod nas pod naslovom: “Ratna geologija”.

Prema tome, geologija nalazi svoju primenu u skoro svim građevinskim (inžinjerijskim)

radovima, počev od individualne zaštite (zakloni), preko izrade objekata za kolektivnu

zaštitu ljudstva i zažtitu ratne tehnike i drugih materijalnih sredstava, do izrade puteva,

mostova, aerodroma, vodoobjekata i drugih građevinskih objekata za masovno

korišćenje. Prevedeno na današnje vreme, izrada objekata za zaštitu ljudstva i MTS mora

biti vrlo racionalna, ali i vrlo masovna i moraju se graditi kao višenamenski.

Pri izradi ovih objekata mora se strogo voditi računa o ulaznim podacima o geološkim

elementima zemljišta, tj. znati osnovne geotehničke podatke mesta, zone, reona i širih

delova mesta na kome će se izvoditi građevinski radovi ili borbena dejstva. Ovo treba

znati zbog toga da bi uređenje položaja bilo najbrže, najbolje, tj. najracionalnija upotreba

radne snage i mehanizacije i da bi se postigla puna tehnička stabilnost, sigurnost i

funkcionalnost izgrađenih objekata.

Navodimo neki primer:

Pri upotrebi minopolagača (ili bagera- kopača) neophodno je znati njegove tehničke

karakteristike i mogućnosti. Njegova primena je zavisna od nagiba terena, sastava i

debljine površinskog rastresitog pokrivača.

Pri izvođenjurušenja puteva veći efekat se postiže u geološki nestabilnim terenima.

Za prohodnost zemljišta izvan puteva, pored karakteristika feljefa, vrlo veliki značaj

imaju geološki sastav i osobine tla, nivo podzemnih voda i dr.

Sve u svemu, poznavanje geologije ima veoma veliki značaj i primenu u svim

građevinskim (vojničkim) delatnostima.

11 /37

1. Postanak i građa Zemlje

1.1. Postanak Zemlje

Postanak Zemlje se ne može razmatrati odvojeno od Sunčevog sistema čiji je ona član-

sastavni deo. Sunčev sistem čini Sunce, kao centralno telo, sa planetama i drugim

nebeskim telima (komete, meteoriti), oko koga oni kruže, pod uticajem njegove privlačne

sile, tj. gravitacije. Ukupan broj nebeskih tela koja pripadaju Sunčevom sistemu još nije

potpuno poznat. Do sada je poznato devet planeta i preko 1.500 manjih nebeskih tela.

O postanku Zermlje, pa prema tome i Sunčevog sistema kao celine, postoji veliki broj

hipoteza. Najprihvatljivije su Kant-Laplasova Džinsova, iako se i o njima može

diskutovati, ali su ipak najprihvatljivije. Na slici 2 prikazan je Sunčev sistem.

Sl. 2: Sunčev sistem

1.1.1. Kant-Laplasova hipoteza

Nemački filozof Emanuel Kant (1724-1804) i francuski astronom Pjer Laplas (1749-

1827), nezavisno jedan od drugog (prvi 1744. i drugi 1776. godine), izneli su gledište da

je Sunčev sistem nastao iz jedne haotične promagline (prašina - Nebula - međuzvezdana

materija) sastavljene od usijanih gasova. Najsitnije čestice te magline, u prvo vreme,

veoma razređene i jedna od druge udaljene.

Među njma dejstvovala je sasvim neznatna sila privlačenja. Ta džinovska maglina,

spiralnog izgleda (sl.3), nazvana je “Lovački pas” – rotiranjem se sve više zgušnjavala,

smanjivala svoj obim i zadobijala loptasti oblik.

12 /37

Sl. 3: Spiralna maglina “Lovački pas” (Opšta geologija. K.Petković)

Smanjivanjem zapremine povećala se brzina rotacije i centrifugalne sile u ekvatorijalnom

delu, usled čega je došlo do sve jačeg ispupčavanja ekvatorijalne i spljoštavanje polarnih

oblasti.

U fazi kada je centrifugalna sila postala

dovoljno jaka, od ostale mase odvojio se

najispupčeniji deo ekvatorijalne

pramagline u vidu prstena i nastavio

kretanje oko centralne mase,

zadržavajući raniji pravac kretanja.

Pošto masa nije mogla biti ravnomerne

gustine na čitavoj dužini prstena,

vremenom je došlo do njenog zbijanja

oko pojedinih zadebljanja i do kidanja

prstena u međuprostoru. U daljoj

evoluciji dolazilo je do povremenih

odvajanja novih prstenova i njegovog

kidanja u samostalna tela, koja su zatim

zauzela odgovarajući položaj u odnosu

na centralnu masu. Sl. 4. Prašina - Nebula - međuzvezdana materija

Središnji, najveći deo pramase, po Kant-Laplasovoj hipotezi, predstavlja današnje Sunce.

U Sunčevoj nebuli formiraju se lokalna vrtloženja – kondenzacija gasova i čvrstih

čestica – srastaju i sakupljaju se i grade PLANETEZIMALE, tj. planetarna tela -

PLANETE.

Veća usamljena tela, planete, među kojima spada i naša Zemlja i rojevi kometa i meteorita

ispunjavaju međuplanetarni prostor. Oko nekih planeta kruže njihovi sateliti, npr. oko

Neptuna kruži jedan, Urana četiri, Saturna deset, Jupitera jedanaest, Marsa dva i oko

Zemlje jedan (Mesec).

13 /37

Pre 4.6 mlrd.god. – prikupljeno dovoljno materijala zajedno u jedan turbulentan vrtlog

(kretao se vrtložno oko Sunca) za postanak planete ZEMLJA (i drugih planeta Sunčevog

sistema).

Sl. 5.- Prašina - Nebula, fazni razvoj

U daljoj evoluciji Zemlja je, po Kant-Laplasovoj hipotezi, usled zgušnjavanja materije

prešla iz gasovitog u usijano tečno stanje. Rotirajući u hladnom vasionskom prostoru

izlučivala je paru, nastala je

atmosfera. Kondenzacijom

pregrejane pare nastajala je kiša koja

je sve više hladila Zemljinu površinu

dok se spoljni periferni deo nije

potpuno ohladio, prešao u čvrsto

stanje. Tako je nastala čvrsta

Zemljina kora u čijim su

udubljenjima od akumulirane vode

nastala prava mora, a u njima se,

kasnije, začeo i prvi život. Od tog

momenta počinje prava geološka

istorija Zemlje. Sl. 6.- prašina - Nebula

1.1.2. Džinsova hipoteza

Engleski astronom Džems Džins (James Jeans) je 1919. godine izneo svoju hipotezu o

postanku Sunčevog sistema. On je pretpostavio da se, nekad, našem Suncu približilo

drugo, znatno veće Sunce, tj. zvezda. Usled njene privlačne snage na našem Suncu se

podigao ogroman plimatski talas, kao što Mesec svojom privlačnom snagom izaziva

plimu i oseku mora na Zemlji. Približavanjem zvezde plimatski talas postao je sve veći i

u momentu kada je ta ogromna zvezda bila najbliža Suncu talas je prešao u vrlo izdužen

mlaz koji se zatim otkinuo od Sunca. U međuvremenu se zvezda udaljila od Sunca I

14 /37

otkinuti mlaz nije uspeo da joj se prisajedini pa je ostao u vasionskom prostoru, kao

samostalna gasovita masa, da kruži oko Sunca.

Usled delovanja centrifugalne sile odvojeni mlaz, sužen na krajevima a proširen na

sredini, raspao se na više delova loptastog oblika, među kojima su najveće dimenzije imali

oni na sredini, a idući prema krajevima bili sve manj i manji.

Tako su, po Dž. Džimsu, nastale planete Sunčevog sistema, čiji međusobni raspored,

veličina i udaljenost od Sunca odgovara takvom objašnjenju. Na sličan način su postali i

sateliti u vreme kada su se planete nalazile u gasovitom ili tečnom stanju pod uticajem

privlačne snage Sunca.

Kant-Laplasova hipoteza je bila veoma dugo opštepriznata. Međutim, novija istraživanja

pokazuju da su gasoviti obruči morali biti veoma razređeni, a privlačnost između čestica

tako mala, da se obruči nisu mogli skupiti u planete., već su se naprotiv, morali raspasti

u svemiru. Zbog toga se počeo pridavati veći značaj hipotezi Dž. Džinsa, ali su, od 1935.

godine do danas, i protiv nje izneti dosta ozbiljni prigovori.

Treba očekivati da će najnovija vasionska istraživanja uneti više svetlosti i po pitanju

postanka Sunčevog sistema, uključujući i našu planet Zemlju.

15 /37

1.2. FIZIČKE OSOBINE ZEMLJE

1.2.1. Oblik i dimenzije Zemlje

Zemljina je ogromna kamena “lopta” koja se okreće u svemiru. To nije savršena “lopta”

pošto je spljoštena na vrhu i na dnu. Zemlja ima oblik “elipsoida” (sl. 7). Zbog neravnine

reljefa oblik Zemlje odstupa i od idealnog elipsoida i približava se drugom geometrijskom

telu – GEOIDU. Pod geoidom se podrazumeva takvo geometrijsko telo kod kojeg bi

mehaničko klatno zauzimalo upravan (normalan) položaj na bilo kojoj tački njegove

površine. Tako zamišljena površina zove se ELIPSOID. Geoid, tj. stvaran oblik zemljine

površine na moru je niži za oko -150 metara od zamišljene linije - Elipsoida, i oko + 50

metara iznad Elipsoida na kopnu.

Sl. 7: Sema odnosa ELIPSOIDA I GEOIDA i stvarne površine Zemlje (prema Vagneru)

Sl. 8: Model Zemlje – odnos elipsoida i geoida.

16 /37

Sl. 9. Šema odnosa poluosa

Poznato je da je Zemlja spljoštena na

polovima i to za razliku u radijusu (pol -

ekvator) od 22 km. Dakle, na polovima je

Zemlja "kraća" za 44 km u odnosu na

ekvator ("širinu").

Sl. 10. Veličine radijusa i mase Zemlje

masa Zemlje 5.9736 1024 kg

radijus Zemlje

(ekvatorski) 6378 km

radijus Zemlje

(polarni) 6356 km

g na severnom polu 9.83217 m/s2

17 /37

Od ukupne površine Zemlje na kopno otpada svega 29,2 %, dok je ostala površina od

70,8 % pokrivena vodom.

Najveće uzvišenje na zemlji je Mont Everes (Džamolungma) na Himalajima 8.882 m, a

najniža – najveća morska dunina je u Tihom okeanu I iznosi 10.430 metara, sl. 11.

Sl. 11- Odnos najviše i najniže tačke na Zemlji.

Najviša temperature: + 57,7 0C u Sahari. Najniža temperature: - 88,3 0C na Antartiku.

1.2.2. Građa i sastav Zemlje

Na osnovu promene brzine prostiranja seizmičnih talasa kroz dublje delove Zemlje

zaključuje se da je Zemlja nehomogeno kosmičko telo i da se sastoji od nekoliko

koncentričnih ljuski koje se međusobno razlikuju po sastavu, gustini, unutrašnjem

pritisku, temperature i dr.

U Zemlji, kako je rečeno, kao kosmičkom telu, može se razlikovati nekoliko spoljašnih i

nekoliko unutrašnjih geosfera. Spoljašnje geosphere su: atmosfera, hidrosfera i biosfera,

a unutražnje geosfere su: zemljino jezgro (pirosfera) i Zemljina kora (litosfera), sl. 12 i

13.

Atmosfera je gasni omotač koji obavija Zemljinu koru slojem debelim preko 1.000 km.

Njen sastav nije homogen. Do

visine11-13 km u njoj

preovladava azot (75,5 %) i

kiseonik (23,2 %) dok su ostali

gasovi manje zastupljeni (1,3 %).

Sa povećanjem visine u atmosferi

sve je manje vazduha – vazduh je

ređi – disanje je sve teže. Saglasno

razređenim vazduhom, sa visinom

opada i atmosferski pritisak, dok

se temperatura, takođe, menja, tj.

Sl. 12- Zemljini sfere……….

18 /37

najpre pada na - 50 0C na visini od 10 km, posle toga postepeno raste na + 75 0C na visini

od 60 km, a onda naglo opada na - 70 0C na visini od 80 km, pa ponovo raste do 600 0C

na 300 km.

Sl. 13- Spoljašnje geosfere

Sve vremenske promene u atmosferi događaju se u sloju atmosfere koji je udaljen od

Zemlje 10 km, jer tu ima vodene pare i vazdušnih strujanja.

Sl. 14- Zemlja - geosfere

Hidrosfera je vodeni omotač Zemlje. Ona pokriva 361.000.000 km2, što čini oko 71

% Zemljine površine. Vode ima najviše u okeanima čija srednja dubina iznosi 3,7 km

(što je 1.600 puta manje od zemljinog poluprečnika), znatno manje voda ima u

podzemlju, a najmanje u atmosferi.

Biosfera je životna sredina u kojoj postoji živi svet, tj. zoosfera – životinje i organizmi

i fitosfera – biljni svet na kopnu, u hidrosferi i atmosferi i ljudi na kopnu. Među

19 /37

današnjim organizmima razlikuje se preko 500.000 životinjskih i preko jedan million

biljnih vrsta. Ispitivanjem okeana utvrđeno je da živih organizama ima i na dubinama

preko 10.000 metara (10 km.). U atmosferi ih takođe ima do 2,0 km visine, kao i do 6

metara dubine, osim u šupljinama u kojima dopire vazduh u kojima ima živih

organizamai na znatno većim dubinama.

Unutrašnje geosfere Zemlje su zemljino jezgro – pirosfera i zemljina kora – litosfera,

sl.15.

Sl. 15 - Unutrašnje geosfere Zemlje – jezgro

20 /37

Sl. 16 – Građa Zemlje – unutrašnje sfere:1-litosfera (40- 6-70 km), 2- pirosfera (70-5.100) i 3 – jezgro

21 /37

Pirosfera je unutrašnji deo Zemlje. Nju čini spoljna masa različitih mineral i

elemenata. Na osnovu merenja i drugih podataka utvrđeno je da pirosfera ima

zakonsku građu i da su u njenom jezgru najzastupljeniji teži elementi. Zapreminska

težina NiFe-a je 11,5 a periferni deo pirosfere samo 3,3 g/cm3. U zemljinom jezgru

vladaju i najveći pritisci od 3.500.000 atmosfera, a sve su manji prema obodu

pirosfere, gde iznose 500.000 atmosfera. Temperatura pirosfere raste od oboda ka

centru i iznosi 1.200-6.000 0C.

Pirosfera (ili srednja ljuska) deli se na dve sferne zone: spoljna – krofesima, izgrađena

uglavnom od oksida gvožđa u znatnoj meri pomešanog sa hromom, silicijumom i

magnezijumom (Cr, Fe, Si, Mg) i unutrašnju zonu – nifesima, u čiji sastav ulazi, pored

elemenata krofesime, i element nikal (Ni).

Centralni deo Zemlje čini jezgro izgrađeno od nikla Ni i gvožđa Fe – “NiFe” sfera.

Litosfera ili zemljina kora je spoljašnji kameniti omotač Zemlje. Geomehaničkim

metodama merenja utvrđeno je da njena debljina varira od 0 (6) do 40-60 km. i da je

osetno tanja na dnu okeana. U njoj se, po sastavu i fizičkim svojstvima, razlikuju dve

zone: SiAl i SiMa zona.

- U sastavu spoljašne SiAl zone (od 0 – 25 km) preovlađuju jedinjenja silicijuma i

aluminijuma. Specifična težina joj je 2,7 što je skoro dva puta manje od srednje specifične

težine Zemlje (5,52), jer je ona pretežno izgrađena od kiselih magmatskih stena,

kristalaških škriljaca i sedimentnih tvorevina. Temperatura u SiAl zoni varira od – 90 0C

na polovima, do +700 0C u najdubljim delovima zone.

- U sastavu dublje SiMa zone (25 - 35 km) preovlađuju jedinjena silicijuma i

magnezijuma, pa je ona po njima i dobila ime. Pritisci u njoj dostižu i do 20.000

atmosfera, a temperature do 1.200 0C. Specifična težina SiMa zone iznosi 2,95 g/cm3.

Izgrađena je pretežno od stena bazaltnog sastava.

Sl. 17 – Građa Zemlje – poprečni presek

22 /37

Na osnovu rezultata seizmoloških istraživanja mantl je podeljen na više slojeva. Ti slojevi

su sledeći: gornji omotač (33–410 km) (20-254 milja), prelazna zona (410–660 km), donji

omotač (660–2891 km), i na dnu poslednjeg nalazi se tzv. “D" sloj promenljive debljine

(prosečne debljine ~200 km.

Mantl ili omotač jezgra je debela ljuska, sastavljena od gustih stena, koja okružuje

spoljnje tečno jezgro, a nalazi se direktno ispod relativno tanke Zemljine kore. Proteže se

do 2.900 km dubine i zauzima 70% Zemljine zapremine.

Sl. 18 – Građa Zemlje – poprečni presek (nije u razmeri)

Granica između kore i omotača (mantla) naziva se Mohorovičićev diskontinuitet,

skraćeno moho. Moho je granica na kojoj se brzina seizmičkih talasa naglo menja. Dubina

na kojoj se nalazi Moho varira od 5 km ispod okeana do 80 km u nekim planinskim

regijama poput Tibeta. Deo omotača koji se nalazi tačno ispod kore sastavljen je od

relativno hladnih stena. Ovaj snažni sloj izgrađen od kore i gornjeg omotača naziva se

litosfera i čija debljina takođe varira, ali u proseku se proteže do 100 km dubine.

Mohorovičićev diskontinuitet, koji se još naziva i MOHO, je granična zona između

Zemljine kore i gornjeg dela Zemljinog omotača. Ime je dobila prema hrvatskom

seizmologu Andriji Mohorovičiću. Mohorovičić je otkrio ovaj diskontinuitet 1909.

proučavajući zemljotres u Pokupskom. Otkrio je da seizmogrami plitkih zemljotresa

sadrže dva seta primarnih i sekundarnih talasa - jedan set koji se kreće direktnom

putanjom od hipocentra do prijemnika, i drugi set koji se refraktuje na granici sa slojem

velike brzine. Dubina Mohorovičićevog diskoninuiteta varira između 5 km ispod okeana

i 75 km ispod najdebljih delova kontinentalne kore.

23 /37

Refraction of P-wave at Mohorovičić discontinuity

Dve putanje primarnih talasa, jedna direktna i

jedna refraktovana na MOHO diskontinuitetu.

Područje ispod litosfere koje se proteže do

dubine od oko 250 km naziva se astenosfera. U

tom području seizmički talasi putuju sporije, pa

se još naziva zona sporijih brzina (LVZ – eng.

low velocity zone). Po nekim pretpostavkama

do usporavanja dolazi jer su stene u astenosferi

bliže tački topljenja nego

Sl.18 – Građa Zemlje – Mohorovičićev diskontinuitet one iznad ili ispod, a neki geolozi smatraju

da su stene u astenosferi delimično rastopljene. Ako je to tačno, onda je ta zona važna iz

dva razloga:

1. to je zona gde se stvara magma;

2. stene u toj zoni imaju relativno malu gustinu i zato mogu lakše plutati, što znači da

astenosfera deluje kao lubrikant za litosferne ploče.

1.2.3. Hemijski sastav Zemlje i Zemljine kore

Hemijski sastav Zemlje je veoma složen. U njenoj građi učestvuje preko stotinu različitih

elemenata i na hiljade

njihovih jedinjenja.

Međutim, njihova

zastupljenost u pojedinim

zonama Zemlje veoma je

neravnomeran. Smatra se da

svega 9 (devet) elemenata

čini preko 99% celokupne

Zemljine mase. Najviše je

gvožđa Fe (oko 40%) zatim

kiseonika O2 (oko 28%),

silicijuma Si (oko 14%),

Magnezijuma Mg (oko 9%),

nikla Ni, kalcijuma Ca,

aluminijuma Al, sumpora S,

natrijuma Na i ostalih

elemenata – ukupno oko 9%,

sl. 19.

Sl. 19 – Hemijski sastav Zemljine kore Procentualna zastupljenost elemenata u

Zemljinoj kori je osetno različita od njihovog učešća u masi cele Zemlje. U stenama

zemljine kore najviše ima hemijski vezanog kiseonika i silicijuma, zatim gvožđa,

aluminijuma, kalcijuma, natrijuma, kalijuma i magnezijuma (ukupno oko 97%), mnogo

manje ostalih elemenata (oko 3%). U tabeli ----- prikazan je hemijski sastav Zemlje –

litosfere.

24 /37

ХЕМИЈСКИ САСТАВ ЗЕМЉЕ (ЛИТОСФЕРЕ)

ЕЛЕМЕНТ СИМБОЛ ТЕЖ%

КИСЕОНИК O 46.60

СИЛИЦИЈУМ Si 27.72

АЛУМИНИЈУМ Al 8.13

ГВОЖЂЕ Fe 5.00

КАЛЦИЈУМ Ca 3.63

НАТРИЈУМ Na 2.83

КАЛИЈУМ K 2.59

МАГНЕЗИЈУМ Mg 2.09

УКУПНО 98.59

ТИТАНИЈУМ Ti 0.440

ВОДОНИК H 0.140

ФОСФОР P 0.118

МАНГАН Mn 0.100

ФЛУОР F 0.070

СУМПОР S 0.052

СТРОНЦИЈУМ Sr 0.045

БАРИЈУМ Ba 0.040

УГЉЕНИК C 0.020

ХЛОР Cl 0.020

ОСТАЛИ 0.353

УКУПНО 100.000

1.2.4. Toplotna svojstva

U površinskom delu litosfere oseća se (utiču) delovanje dva osnovna izvora toplote:

spoljašni – sunčeva energija i unutrašnji – unutrašnji procesi raspadanja Zemljine kore –

radioaktivno raspadanje elemenata, užarena lava, topla voda i dr.

Sunčeva toplota na površini Zemlje prisutna je svuda, samo je na različitim

geografskimširinama različitog intenziteta. To dolazi otuda što Zemlja, u toku rotacije

oko Sunca i oko svoje ose, njen položaj prema Suncu, pa se razni delovi u pojedinim

godišnjim dobima i u toku dana i noći različito zagrevaju. Tako se tropski predeli više

zagrejavaju od polarnih delova, danju više nego noću, južne strane (prisojne) planina od

severnih (osojne) itd.

U umerenom klimatskom pojasu, gde se nalazi i naša zemlja, sunčeva energija prodire do

dubine 20-30 metara. Dublji delovi Zemljine kore dobijaju toplotu iz pirosfere. Uprkos

tome što sunčeva toplota prodire veoma plitko u zemljinu koru, ona ima izuzetan značaj

za razvoj i opstanak života na našoj planeti.

Po toplotim svojstvima, u Zemljinoj kori može se izdojiti četiri temperaturne zone, sl. 20.

25 /37

Sl.20 –

Prva zona, na samoj površini Zemljine kore, debela je samo nekoliko decimetara pa do

2-5 metara. Zove se zona dnevnih oscilacija temperature.

Druga zona je zona sezonskih uticaja. U njoj se osećaju promene temperature sa smenom

godišnjih doba. Debela je oko 25-30 metara.

Treća zona je zona postojane (neutralne) temperature. U svako godišnje doba u njoj je

temperature ustaljenai jednaka je srednjoj godišnjoj temperature vazduha na samoj

površini Zemljine kore, iznad odgovarajuće lokalnosti. U Beogradu ta zona se nalazi na

dubini od 12-15 metara, u Kikindi 17,5 m., u Oregonu 6,7 m, i Alabami (SAD) 137 m.

Srednja – najčešća dubina neutralne zone je 25-30 m.

Četvrta zona je najdublja i neuporedivo deblja od ostalih. To je zona sa stalnimporastom

temperature. Mnogim merenjima temperature u istražnim i ekspoatacionim bušotinama,

rudnicima i drugim podzemnim objektima utvrđeno je da se, u proseku na svaka 33 m, sa

porastom dubine temperature Zemljine kore povećava za 10C. Ovaj broj, koji označava u

metrima povećanje promene temperature za 10C naziva se geotermski stepen.

Temperatura Zemlje raste prema unutrašnjosti zbog radioaktivnih procesa u omotaču

(plaštu) i jezgru. Neutralni sloj konstantne temperature je na dubini 25 do 30 m. Na 20

km temperatura je 6000C, na 100 km 14000C, na 500 km 18000C, a u jezgru do 50000C.

Geotermijski stepen je dubinski razmak za povećanje temperature od 10C, a obično je 27-

32 m što je važno u gradnji tunela, a posebno u rudarstvu.

Geotermijski gradijent je porast temperature za neki razmak (obično za 100 m).

Veličina geotermskog stepena može se mestimično menjati i često odstupa od prosečne

vrednosti (Beograd – 12-15, Kikinda – 17,5, Oregon - 6,7 m, Alabama 137 m itd.

26 /37

1.2.5. Gravitacija Zemlje

Na površini Zemlje oseća se delovanje dveju međusobno suprotnih sila: zemljine teže i

centrifugalne sile. Zemljina teža ili gravitacija, deluje od periferije ka centru Zemlje,

saglasno Njutnovom zakonu opšte gravitacije, a centifugalna sila, koja se javlja kao

posledica rotacije Zemlje, deluje ka periferiji. Najjača sila gravitacije je na polovima 9,83

m/s2, a najslabija na Ekvatoru 9,73 m/s2. Na 450 geografske širine je 9,80 m/s2.

Gravitacija je i sila kojom planeta Zemlja privlači i drži sve materijalne stvari (živa bića

i predmete) na svojoj površini a nazivamo je Zemljina teža. Sva materijalna tela poseduju

silu gravitacije, ali su te sile daleko manje nego sila Zemljine teže, koja se oseća i na 80

000 kilometara udaljenosti od njene površine. Gravitaciona sila Sunca još je veća, jer

Sunce pomoću nje drži "na okupu" sve planete Sunčevog sistema koje usled ove sile u

svom kretanju kruže oko Sunca. Jačina gravitacione sile između, na primer, dva tela zavisi

od mase tih tela i udaljenosti između njih. Generalno, cela struktura univerzuma se bazira

na gravitaciji.

Gravitacija ili sila teže jedna je od četiriju osnovnih sila (fundamentalne interakcije).

Gravitacija (prema lat. gravitas: težina) je sila uzajamnog privlačenja između masa. Po

Isaku Njutnu (Isaac Newton), gravitacija je osnovno svojstvo mase. Sila teže samo je

jedan specijalan slučaj opšteg zakona gravitacije. Po Albertu Anštajnu (Einstein),

gravitacija je posedica zakrivljenosti prostora.

Gravitaciona sila drži planete u orbiti oko Sunca.

Sl. 21-

U svetu mikroskopskih veličina, gravitacija je najslabija od četiri osnovne sile prirode. U

makroskopskom svetu deluju jedino gravitacione i elektromagnetne sile. Za razliku od

elektromagnetnih sila, gravitacione sile su uvek privlačne.

27 /37

Dva tela se privlače uzajamno silom koja je proporcionalna proizvodu njihovih masa, a

obrnuto proporcionalna kvadratu njihovog međusobnog rastojanja.

Isak Njutn definisao je krajem 17. veka (u studiji Matematički

principi prirodne filozofije (lat. Philosophiae Naturalis Principia

Mathematica), objavljena 1687., u kojoj opisuje univerzalnu

gravitaciju i tri zakona kretanja. U toj studiji su postavljeni temelji

klasične (Njutnove) mehanike i poslužila kao primer za nastanak i

razvoj drugih modernih fizičkih teorija. Izuzetno je jednostavan i odlično aproksimativan

proračun sila gravitacije (izuzev za brzine bliske brzini svetlosti), tako da se i danas

koristi. Po Njutnu se jedinica sile naziva „Njutn“ i obeležava velikim slovom N što je

ekvivalentno sa kg•m/s², gdje je:

- F - uzajamna sila privlačenja između dva tela (kg), i vredi F = F1 = F2,

- G - univerzalna gravitacijska konstanta koja iznosi 6,67428 ×10−11 Nm2 kg−2,

- m1 - masa prvog tela (kg),

- m2 - masa drugog tela (kg), i

- r - međusobna udaljenost između centra dva tela (m).

Jačina Zemljine teže utoliko je veća ukoliko je veća masa tela koje Zemlja privlači. Sila

Zemljine teže se smanjuje pri udaljavanju od Zemlje.

Jačina gravitacionog polja Zemlje, varira u zavisnosti od geografske širine. Prosečna

vrednost gravitacionog ubrzanja na površi Zemlje naziva se normalna vrednost, i iznosi,

prema definiciji, 9.80665 m/s2.

Na osnovu ovoga moglo bi se pomisliti da će se sa prodiranjem ka centru Zemlje

povećavati intenzitet sile teže (a samim tim i težine tela). Medjutim, dešava se obrnuto.

Ukoliko je telo na većoj dubini u Zemlji, sila Zemljine teže (kao i težina tela) je sve manja.

To se dešava jer njega ne privlači samo onaj deo Zemlje koji je ispod njega već i onaj

iznad njega. Kada bi se telo našlo u središtu Zemlje bilo bi u bestežinskom stanju, jer bi

tada na njega delovale jednake privlačne sile.

Dakle, Zemljina teža je najveća na površini Zemlje.

Sl. 22-

Pravci vektora gravitacionog polja u bilo kojoj tački poklapaju se sa pravcem koji prolazi

kroz centar Zemlje. Smer vektora gravitacionog polja je ka centru Zemlje.

Gravitaciono polje Zemlje u bilo kojoj tački postoji, bez obzira na to da li se u toj tački

nalazi ili ne nalazi neko drugo telo.

28 /37

Intenzitet gravitacionog polja ne zavisi od toga kolika je masa stavljena u datu tačku polja.

Zemlja je malo spljoštena na polovima pa jačina Zemljine teže veća je na polovima nego

na ekvatoru.

Poznato je da je Zemlja spljoštena na polovima i to

za razliku u radijusu (pol - ekvator) od 22 km. Dakle,

na polovima je Zemlja "kraća" za 44 km u odnosu

na ekvator ("širinu").

Isto tako znamo da se Zemlja vrti oko svoje ose, a to

znači da na nas deluje centrifugalna sila koja nas

malo "diže" baš kao što bi nas ringišpil u svakom

trenutku mogao odbaciti prema spoljašnosti - vani

ako se ne pridržavamo, ili ako ga zavrtimo do takve

brzine da nas ni ruke više ne mogu zadržati na

njemu.

Sl. 23.

Centrifugalna sila je inercijska sila koja deluje na telo koje se kreće po kružnici, a

usmerena je radijalno (od središta prema spolja). Kod planeta imamo slučaj da je

centrifugalna sila proporcionalna udaljenosti od ose rotacije. Iz toga sledi da će sila biti

najveća na ekvatoru dok će na polovima biti jednaka nuli.

Sada kada to znamo, možemo izračunati veličinu-snagu centrifugalne akceleracije, kako

bismo videli koliko ona umanjuje akceleraciju slobodnog pada na ekvatoru, a to je i

odgovor na pitanje zašto je g različit na različitim geografskim širinama Zemlje. Kada

znamo poznate vrednosti.

Kao što je rečeno, na razlike akceleracije slobodnog pada učestvuju dva faktora.

Spljoštenost Zemlje i rotacija Zemlje oko svoje ose. Spljoštenost Zemlje ima dva puta

veći učinak na akceleraciju slobodnog pada g no što to ima rotacija Zemlje. Konkretno u

brojevima:

1. Spljoštenost Zemlje stvara razliku od 0.068 m/s2 između pola i ekvatora - tj. na

ekvatoru je g manji za navedenu vrednost.

2. Rotacija Zemljie stvara razliku od 0.0337 m/s2 između pola i ekvatora - tj. na

ekvatoru je g manji za navednu vrednost.

Sabiranjem ove dve vrednosti, dobije se da ukupna varijacija gravitacije između pola i

ekvatora i iznosi oko 0.1017 m/s2. Ako se uzme da je srednja vrednost za g = 9.80 može

se reći da je g jednak: g = 9.80 ± 0.1017 m/s2.

masa Zemlje 5.9736 1024 kg

radijus Zemlje

(ekvatorski) 6378 km

radijus Zemlje

(polarni) 6356 km

g na severnom polu 9.83217 m/s2

29 /37

Prema drugom Njutnovom zakonu sila koja deluje na telo je jednaka proizvodu mase i

ubrzanja tj. F=ma. To znači da je intenzitet gravitacionog polja Zemlje brojno jednak

ubrzanju koje telo dobija usled privlačne sile Zemlje. To se ubrzanje naziva ubrzanje

Zemljine teže i najčešće se obeležava sa g.

Ubrzanje Zemljine teže, kao i intenzitet gravitacionog polja, različito je na različitim

udaljenostima od centra Zemlje. Ali, na odredjenom mestu ubrzanje Zemljine teže ne

zavisi od mase tela na tom mestu.

Gravitacijska karta Zemlje - (c) NASA

Sl. 24-

Masa tela (kg)

Intenzitet grav. Polja

( )

Sila Zemljine teže

(N)

1. 75 9,81 F = m.g = 735,75 N

2. m = F/g = 60 kg 9,78 586,8

3. 20

G = F/m = 9,83 m/s2

Jačine gravitacionog

polja Meseca 196,6

4. 100 9,81 F= mg = 981 N

30 /37

1.2.6. Magnetizam Zemlje

Magnetno polje Zemlje može se predstaviti kao polje magnetnog dipola, čiji se jedan pol

nalazi u blizini severnog geografskog pola, a drugi u blizini južnog geografskog pola.

Zamišljena linija koja spaja magnetne polove zaklapa sa osom rotacije Zemlje ugao od

11.3°, negde piše i 11,50. Nastanak magnetnog polja Zemlje objašnjava geodinamička

teorija.

Sl. 25-Elementi magnetnog polja Zemlje

Prostor u kome se oseća dejstvo magnetnog polja Zemlje naziva se magnetosfera. Ona se

prostire nekoliko desetina hiljada kilometara u svemir. Magnetosfera štiti Zemlju od

štetnog dejstva Sunčevog vetra. Ima oblik vodene kapi - spljoštena je na strani koja je

okrenuta ka Suncu, a izdužena na suprotnoj.

Sl. 26 - Zemljina magnetosfera Sl. 27-Geografski i magnetni pol Zemlje

Magnetni polovi Zemlje su mesta na Zemljinoj površi gde su magnetne linije sila

normalne na površinu Zemlje (odnosno na tangentnu ravan koja se može postaviti u toj

tački). Takođe može se reći da je na magnetnim polovima inklinacija jednaka 90° ili -90°.

Na magnetnim polovima bi kompas, čija igla osciluje samo u horizontalnoj ravni,

31 /37

pokazivao različite pravce. Magnetni polovi nisu predstavljeni jednom tačkom, već delom

Zemljine kore, površine nekoliko kvadratnih kilometara.

Sl. 28 –

Južni magnetni pol se nalazi na 73° severne geografske širine i 100° zapadne geografske

dužine, na ostrvu Princa od Velsa, dok se severni magnetni pol nalazi na 70° južne

geografske širine i 148° istočne geografske dužine, na Antarktiku - južno od Novog

Zelanda. Iz tog razloga se geografski polovi nalaze na suprotnim Zemljinim hemisferama

u odnosu na magnetne polove, tj. severni geografski pol je dobio naziv po tome što se

nalazi na hemisferi prema kojoj se okreće severni kraj igle kompasa (koju privlači južni

kraj „Zemljinog magneta“). Analogno je i za južni geografski pol.

Lokacije magnetnih polova nisu statične. Godišnje pomeranje može iznositi i više od 15

km. Pozicije polova na različitim kartama obično nisu tačne, a precizno se određuju u

specijalizovanim institutima za geomagnetna ispitivanja.

Zemlja predstavlja relativno slab magnet, ipak dovoljno jak da deluje na magnetnu iglu

kompasa (busole) i da pobuđuje magnetna svojstva kod nekih mineral u Zemljinoj kori.

Jedan kraj magnetne igle busole uperen je stalno prema severnom polu. Pošto magnetni i

geografski polovi se ne poklapaju - udaljeni su za 11.3°. Taj ugao se zove deklinacija,

koja ima različite veličine, a zavisi od položaja tačke na Zemljinoj kori i ima različite

vrednosti. Kod nas je igla skrenuta za 80 ka zapadu.

Na Ekvatoru ima horizontalan, a na severnom polu potpuno vertikalan položaj.

32 /37

1.2.7. Radioaktivnost Zemlje

Mnogobrojnim ispitivanjima uzoraka

stena, minerala, zemljanih masa, vode

i vazduha, utvrđeno je prisustvo

radioaktivnih materija u litosferi,

hidrosferi, atmosferi i živim

materijalima. Pretežni deo

radioaktivnosti dolazi od radioaktivnih

elemenata: uran (U238), torijum (Th232),

kalijum (K40).

Iako su jonizujuća zračenja i

radioaktivnost otkriveni još krajem

prošlog veka, zračenje kao oblik

kontaminacije životne sredine počinje

naglo da zabrinjava široku svetsku

javnost tek posle užasa atomskog

bombardovanja Japana 1945. godine.

Široka primena radijacija i

radioaktivnosti, korišćenje nuklearne

energije, ali i opasni kvarovi u

nuklearnim elektranama u novije

vreme, pored svih pozitivnih tekovina,

alarmantno ukazuju i na ozbiljne

ekološke i zdravstvene posledice

nastalih kontaminacija. Sl. 29 -

Pojam zračenja ili radijacija (lat. radius – zrak) podrazumeva emisiju zračenja ili čestica

iz nekog izvora. Zračenja vrlo visoke energije, koja su u stanju da direktno ili indirektno

stvaraju jone, nazivaju se jonizujuća zračenja.

Jonizujuća zračenja predstavljaju glavni uzrok »povreda« protoplazme koje nastaju u

materiji koja ih apsorbuje. Ove radijacije nastaju u nuklearnim reakcijama i procesima,

kao i posebnim laboratorijskim i industrijskim uređajima, a prisutna su i u kosmičkom

zračenju

Radioaktivnost je osobina nekih hemijskih elemenata, odnosno materija, da emituju

nevidljive čestice ili zrake velike energije. Izotopi elemenata koji emituju jonizujuća

zračenja zovu se radioizotopi ili radionuklidi.

Izvori jonizujućeg zračenja su:

alfa-čestice, krupne, pozitivno naelektrisane čestice,

beta-čestice, sitnije, negativno naelektrisane čestice (elektroni) i

gama-zraci, neutralni elektromagnetni talasi vrlo malih talasnih dužina (Sl. ……).

33 /37

Gama – zracima su vrlo slični X-zraci, koji se dobijaju iz rendgen aparata. Značajni su i

neutroni, krupne nenaelektrisane elementarne čestice, sastavni delovi atomskih jezgara

koji kada su izvan njih postaju radioaktivni.

Sl. 30- Vrste jonizirajućeg zračenja

Jedinica za merenje radioaktivnosti izvora naziva se bekerel (Bq). Jedan bekerel

odgovara jednom raspadu bilo kog radionukleida u jednoj sekundi. Doze zračenja se

mere količinom energije apsorbovane tkivima izloženih zračenju. Jedinica za merenje

apsorbovane doze jonizujućeg zračenja, odnosno energije unete radijacijom po gramu

tkiva, naziva se grej (Gy). Jedan grej predstavlja količinu energije unete jonizujućeg

zračenja u jedinicu mase neke materije.

Velike doze koje organizmi prime u kratkim vremenskim intervalima (minutima ili satima)

nazivaju se akutne doze. Nasuprot njima, hroničnim dozama subletalne radijacije

nazivaju se one doze koje se mogu primati stalno tokom celog života.

Radioaktivnost drugih prirodnih radioaktivnih elemenata je veoma mali.

Postoje mnogi izvori jonizirajućeg zračenja. Zapravo sve stvari oko nas zrače, neke više,

neke manje.

Prema poreklu i izvoru, zračenja mogu biti prirodna i veštačka. Najveći deo ukupnog

zračenja koje prima svetsko stanovništvo vodi poreklo od prirodnih izvora.

Postoje tri osnovna izvora prirodne ili osnovne radijacije:

kosmička radijacija,

zemaljska ili radijacija iz Zemljine kore i

zračenje iz radioaktivnih izvora koji se nalaze u tkivima živih bića.

Prva dva se nazivaju spoljašnjim, a treći unutrašnjim izvorom zračenja u odnosu na

čovekov organizam. U celini, zemaljski izvori imaju najveći udeo u izloženosti čoveka

prirodnoj radijaciji.

34 /37

Zemaljska radioaktivnost potiče od prirodnih radioaktivnih elemenata koji se nalaze u

zemljištu, posebno u glinovitoj podlozi i stenama, i različita je na različitim delovima

Zemlje. Naročito je velika iznad naslaga uranove rude.

Osnovni izvori veštačkog zračenja su: nuklearni reaktori, nuklearne elektrane, zatim

rendgenski aparati, kao i nuklearno oružje korišćeno prilikom testiranja. Svi ovi veštački

izvori radioaktivnosti znatno su uvećali ukupne doze zračenja koje prima svaki pojedinac

i čovečanstvo u celini. Procenjuje se da je čovek svojim aktivnostima u nuklearnoj

energetici već dodao Zemlji radioaktivnost veću nego što su je sadržale njena prirodna

atmosfera i hidrosfera, a da svi današnji nuklearni reaktori odgovaraju ukupnoj

radioaktivnosti tla sa kojim se neposredno dolazi u dodir.

Kosmičko zračenje dolazi iz Svemira, delimično se apsorbuje u atmosferi pa dolazi do

Zemlje. Sadrži čestice raznih energija i ima neutronsku komponentu, koja daje brzinu

doze do 25 mSv/godinu, i direktno jonizirajuću komponentu od 0,25 do 0,30 mSv/godinu.

Intenzitet zračenja zavisi od geografske širine, pa je veći prema polovima, a raste sa

nadmorskom visinom.

Zračenje iz Zemlje potiče iz materijala u stenama kao što su izotopi kalijuma i rubidijuma

i dve porodice radioaktivnih elemenata koje nastaju raspadom urana i torijuma.

Prirodni izvori - daleko najveći deo radijacije koju svetsko stanovništvo prima potiče od

prirodnih izvora. Izlaganje najvećem delu ove radijacije je neizbežno. Tokom čitave

istorije naše planete radijacija dopire do njene površine iz kosmosa i iz radioaktivnih

materijala koji se nalaze u Zemljinoj kori. Ljudi bivaju ozračeni na dva načina.

Radioaktivne supstance mogu da ostanu izvan tela i da ga ozračuju spolja, »eksterno«, ili

pak mogu da se udišu sa vazduhom i gutaju sa hranom i vodom i da tako ozračuju ljude

iznutra, »interno«. Ali, mada svi stanovnici Zemlje primaju prirodnu radijaciju, neki

apsorbuju mnogo veće količine nego drugi. To zavisi od toga gde ko živi. Doze su na

nekim mestima sa naročito radioaktivnim stenama ili tlom, znatno više od proseka; na

drugim mestima su pak znatno niže. Kolike će doze neko primiti, može da zavisi od

njegovog životnog stila. Korišćenje naročitog građevinskog materijala za kuće, kuvanje

na plinu, otvoreno ognjište na kome sagoreva ugalj, izolacija kuće, pa čak i avionski letovi

– sve to povećava prirodno ozračavanje.

U celini uzev, zemaljski izvori su odgovorni za najveći deo čovekove izloženosti

prirodnoj radijaciji. U normalnim prilikama, na njih otpada više od pet šestina godišnje

efektivne ekvivalentne doze koju apsorbuju pojedinci – i to pretežno internom

radijacijom. Na kosmičke zrake otpada preostali deo, pretežno eksterne radijacije.

Prirodni izvori radijacije sa prosečnim godišnjim efektivnim dozama mogu se ilustrovati

sledećim ciframa:

- zemaljski izvor – interni 1,325 milisiverta;

- zemaljski izvor – eksterni 0,35 milisiverta;

- kosmički izvor – eksterni 0,3 milisiverta;

- kosmički izvor – interni 0,015 milisiverta.

35 /37

Kosmički zraci - nešto manje od polovine čovekove izloženosti spoljnoj prirodnoj

radijaciji potiče od kosmičkih zraka. Većina tih zraka dopire do nas iz dubine

međuzvezdanog prostora, neke emituje Suce prlikom svojih eksplozija. Kosmički zraci

direktno ozračuju Zemlju, stupajući u interakciju sa atmosferom, pri čemu se stvaraju ove

vrste radijacije i razni radioaktivni materijal.

Nijedno mesto na Zemlji ne može da izbegne ovaj univerzalni, nevidljivi pljusak. Ali, on

neke delove zemaljske kugle jače pogađa nego druge. Polovi primaju više radijacije nego

ekvatorijalni regioni, zbog toga što magnetsko polje Zemlje skreće naelektrisane čestice

sadržane u zračenju. I, što je još značajnije, nivo radijacije se povećava sa nadmorskom

visinom, pošto na velikim visinama ima manje vazduha koji deluje i kao štit.

Neko ko živi na nivou mora, prima godišnje efektivnu ekvivalentnu dozu od oko 300

mikrosiverta (milioniti delovi siverta), dok onaj ko živi na visini iznad 2.000 metara prima

nekoliko puta veću dozu.

Sl. 31. Nivoi kosmičke radijacije

Zemaljska radijacija - glavni radioaktivni materijal u stenama su kalijum-40, rubidijum-

87 i dve porodice radioaktivnih elemenata koje nastaju raspadanjem uranijuma–238 i

torijuma–232, dva dugovečna radionukleida koji su se zadržali na Zemlji od njenog

postanka. Naravno, nivoi zemaljske radijacije razlikuju se od mesta širom sveta, kao šro

Nivoi kosmičke radijacije na

različitim nadmorskim visinama.

Aurora borealis

Šatl

Meteori

Meteorološki baloni

13 mikrosiverta/h (20 000 m)

5 mikrosiverta/h (12 000 m)

0,2 mikrosiverta/h (4000 m)

0,1 mikrosiverta/h (2000 m)

0,03 mikrosiverta/h (0,000 m)

36 /37

se menja i koncentarcija ovih materijala u Zemljinoj kori. Za većinu ljudi ove razlike nisu

naročito dramatične. Ispitivanja u Francuskoj, Nemačkoj, Itliji, Japanu i SAD, na primer,

ukazuju da oko 95 odsto ljudi živi u oblastima gde prosečna doza varira od 0,3 do 0,6

milisiverta (hiljaditih delova siverta) godišnje. Ali, neki ljudi primaju znatno veće doze;

oko 3 odsto ljudi je izloženo dozi od jednog milisiverta godišnje, a polovina njih prima

više od 1,4 milisiverta godišnje. Ima mesta na Zemlji gde je zračenje iz zemljišta još i

mnogo veće. Blizu grada Pasosa de Kaldas, Brazil, nalazi se brežuljak na kome su

istraživači izmerili doze radijacije od oko 800 puta veće od prosečnih, izmerena je doza

radijacije od 250 mikrosiverta godišnje. Sva je sreća da je ovaj brežuljak nenastanjen. U

Guarapari na plaži registrovana je radijacija od 175 mikrosiverta godišnje. U Indiji u

Kerala i Tamil Nadu na plaži je izmerana radijacija od 17 mikrosiverta godišnje, a u Iranu

u Ramasaru izmereno je 400 mikrosiverta godišnje.

U proseku, dve trećine efektivne ekvivalentne doze koju ljudi primaju iz prirodnih izvora

potiče od radioaktivnih materija u vazduhu koji udišu, hrani koju jedu i vodu koju piju.

Veoma malo od ove interne doze potiče od radioaktivnih materijala – kao što su ugljenik–

14 i tricijum koji se stvaraju usled kosmičkog zračenja. Gotovo čitava interna doza potiče

od zemljinih izvora. U proseku, ljudi primaju oko 180 mikrosiverta godišnje iz kalijuma–

40, koji telo apsorbuje uporedo sa ne radioaktivnim kalijumom, elementom od bitnog

značaja. Ali, neuporedivo najveća količina potiče iz elemenata koji nastaju raspadanjem

uranijuma–238, a u manjoj meri iz raspadanja torijum–232. Neki od ovih, kao olovo–210

i polonijum–210, uglavnom ulaze u telo zajedno sa hranom. Jedan i drugi koncentrisani

su u ribi i rakovima; ljudi koji jedu velike količine hrane iz mora nužno će primiti

odgovarajuće visoke doze radijacije. U tabeli------ i grafikonu prikazano je učešće nekih

izvora jonizirajućih zračenja koji utiču na čoveka.

Sl. 31-

Učešće pojedinih izvora jonizirajućih zračenja

kojima je izložen čovekov organizam - čovek

Prirodni izvori 49% veštački

izvori 51%

Kosmičko

zračenje 12%

rendgen

dijagnostika 40%

Radioizotopi

izvan tela 27% radioterapija 5%

Radioizotopi u

telu 10%

radioaktivni

otpaci 5%

ostali

veštački

izvori

1%

37 /37

2. OSNOVE MINERALOGIJE

Geološke mase - Zemljina kora, bez obzira na njihovo poreklo i fizičko stanje, sastoje se

od mineralnih inividua, jedne ili više vrsta, koji se nazivaju minerali.

Minerali su prirodna anorganska tela stalnog hemijskog sastava i određenih fizičkih

osobina - koji su stabilni u određenim uslovima pritiska i temperature (homogena masa,

morfološka i strukturna svojstva). U većini slučajeva su jedinjenja dvaju ili više hemijskih

elemenata, a vrlo retko su kao pojedini – slobodni elementi: zlato, sumpor, grafit i dr.

Kristal (grčki – krystallos – led) – prelaz materije u kristalno stanje. Kristal je mineral

homogenog tela, element ili hemijsko jedinjenje koji ima određenu unutrašnju građu ili

kristalnu rešetku sastavljenu od atoma, jona, jonskih grupa i molekula. Kristali se često

susreću u pravilnim geometrijskim oblicima koji su odraz pravilne unutrašnje građe.

Proces nastanka kristala naziva se kristalizacija. Minerali bez određene unutrašnje građe

su amorfne mase ili mineraloidi.

Do sada je poznato oko 4.000 mineralnih vrsta, ali su za proučavanje u oblasti geologije

(vojne) i geomehanike važni oni od kojih su najvećim delom izgrađene stenske mase –

petrogeni minerali. Stenske mase izgrađuje samo 30-tak mineralnih vrsta. Izvestan broj

minerala javlja se u stenama u malim količinama, te oni nisu petrogeni minerali. Prisustvo

nekih nepetrogenih minerala, mogu pogoršati neke osobine – kvalitete stenskih masa koje

utiču na upotrebljivost tih stena u građevinarstvu. Takvi minerali se nazivaju štetni

minerali. Zbog štetnog uticaja na fizičko-mehanička svojstva stenskih masa neophodno

je da im se posveti pažnja kao i petrogenim mineralima.

Mineralogija je naučna disciplina geologije koja se bavi proučavanjem i sistematikom

minerala, a njene grane su kristalografija, mineralna fizika, mineralna hemija,

minerogeneza i sistematska mineralogija.

2.1. Nastanak minerala

Minerali nastaju nizom fizičko-hemijskih procesa u toku kojih se atomi, atomske grupe i

joni pojedinih hemijskih elemenata svrstavaju u grupe i redove, pri čemu grade kristalnu

rešetku – strukturu minerala od kojih zavise sva njihova svojstva.

Minerali nastaju kristalizacijom iz magme, odnosno lave, izlučivanjem iz vodenih

rastvora i metamorfozom.

Minerali, dakle, mogu nastati - formirati se na brojne načine:

KRISTALIZACIJOM IZ MAGME (LAVE)

IZLUČIVANJE IZ VODENIH RASTVORA

METAMORFOZOM

NASTANAK

MINERALA