Więcław
Zdjęcie satelitarne to obraz powierzchni Ziemi i/lub powierzchni chmur przekazywany przez
radiometry satelity meteorologicznej, w zakresie widzialnym, podczerwonym i kanale pary wodnej.
Mogą być wykonywane przez satelity:
- geostacjonarne – znajdujące się na wysokości około 36 tys. km, ruch zsynchronizowany z ruchem
wirowym Ziemi, krążą mniej więcej na wysokości równika
- krążące po orbitach biegunowych, umieszczone na niskich orbitach (od 700 do 1500 km) i
nachylone pod dużym kątem w stosunku do płaszczyzny równika. Czas obiegu około 100 min., czyli w
ciągu doby satelita okrąża kulę ziemską 14-15 razy.
Początek satelit 1960 rok – TIROS (po orbicie biegunowej).
Zdjęcia w zakresie widzialnym widma:
Zdjęcia w zakresie widzialnym ukazują ilość światła słonecznego, które zostało odbite z powrotem, w
przestrzeń przez chmury lub przez powierzchnię Ziemi. Bezchmurne powierzchnie lub woda są
zazwyczaj ciemne, podczas gdy chmury i śnieg – jasne. Gęstsze chmury mają wyższy stopień
odbijania i wydają się być jaśniejsze niż chmury rzadkie.
Zdjęcie w tym zakresie widzialnym cechuje duża zdolność rozdzielcza, co umożliwia otrzymanie
bardziej dokładnych danych niż w podczerwieni. Duża gama odcieni szarości zawartych pomiędzy
bielą a czernią pozwala na bardzo dokładną interpretacje obrazu satelitarnego. Doskonale
uwypuklona jest np. topografia chmur, co pozwala na ich rozpoznawanie.
Zdjęcia w podczerwieni:
Ukazują promieniowanie emitowane przez chmury lub powierzchnię Ziemi. Właściwie są one
pomiarami temperatury. Im wyższa, a więc większe promieniowanie powierzchni czynnej danego
obiektu, tym ciemniejsze barwy obrazu na zdjęciach. Obszary bezchmurne są zazwyczaj ciemniejsze,
lecz również niskie chmury i mgły mogą być ciemnego koloru. Większość innych chmur jest jasna.
Chmury pietra wysokiego są jaśniejsze od chmur znajdujących się niżej.
Rejestracja w podczerwieni możliwa w dzień i w nocy. Porównanie zdjęć w zakresie podczerwonym
wykonane w ciągu dnia ze zdjęciem w zakresie widzialnym pozwala na kompleksową analizę rodzaju
zachmurzenia, grubości warstwy chmurowej oraz wysokości górnej granicy chmur.
Zdjęcie w zakresie promieniowania emitowane przez parę wodną pokazują ilość pary wodnej w
środkowej i wyższej atmosferze. Zdjęcia te są przydatne do wskazywania regionów z wilgotnym i
suchym powietrzem, białe regiony na zdjęciach reprezentują bardziej wilgotne regiony.
Geostacjonarny rozdzielczość 2,5 – 5 km
Biegunowy rozdzielczość 1 km
Klasyfikacja typów cyrkulacji atmosferycznej stosowane w klimacie Polski.
Typ cyrkulacji – charakterystyczna dla danego obszaru i okresu (najczęściej jednej doby) obraz
cyrkulacji atmosferycznej; istnieje wiele niezależnych i różnoskalowych klasyfikacji typów cyrkulacji,
najczęściej są one oparte na dominującym kierunku adwekcji powietrza oraz na rodzaju układu
barycznego.
Pionowy przekrój średniej cyrkulacji w płaszczyźnie południka na półkuli północnej.
Liczbowa klasyfikacja typów cyrkulacji atmosferycznej wg Lityńskiego.
Lityński uwzględnił trzy parametry:
- wskaźnik cyrkulacji strefowej (Ws)
- wskaźnik cyrkulacji południkowej (Wp)
- wartość ciśnienia atmosferycznego w Warszawie (Cp).
Wskaźnik cyrkulacji strefowej i południkowej oblicza się dla obszaru ograniczonego przez
równoleżniki 40 N i 65 N oraz południki 0 C i 35 E.
⁰
⁰
⁰
⁰
Każdy z trzech parametrów podzielił na trzy równoprawdopodobne klasy, z czego wynika, że
klasyfikacja Lityńskiego liczy 27 typów cyrkulacji (3
3
=27).
Wskaźnik strefowy oblicza się ze wzoru:
Ws=6,1*(P
40
-P
65
)/25
Gdzie: P
40
– to średnie ciśnienia na odcinku równoleżnika 40 N w strefie 0-35 E.
⁰
⁰
Tak zdefiniowany wskaźnik strefowy ma wartości dodatnie dla cyrkulacji zachodniej, a ujemne dla
wschodniej.
Dla wskaźnika Ws przyjęto następujące oznaczenia klas: E (klasa wschodnia), 0 (zerowa), W
(zachodnia).
Ryc. Krzywe rozkładów dobowych wartości wskaźnika cyrkulacji strefowej.
Wskaźnik południkowy oblicza się ze wzoru:
Wp = 10,0 * (P
35
– P
0
)/35
Gdzie
P
35
to średnie ciśnienia na odcinku południka 35 E w strefie 40 - 65 N,
⁰
⁰
⁰
P
0
to średnie ciśnienia na odcinku południka 0 w strefie 40 - 65 N,
⁰
⁰
⁰
Wskaźnik południkowy przybiera wartości dodatnie dla cyrkulacji południkowej, a ujemne dla
północnej.
Dla wskaźnika Wp klasy oznaczono: N (północna), O (zerowa), S (południkowa).
Klasy ciśnienia Cp oznaczono: C (cyklonalna), O (zerowa), A (antycyklonalna).
1.
Klasyfikacja typów cyrkulacji atmosferycznej wg Osuchowskiej-Klein.
Autorka zastosowała systematykę klasyfikacji bezpośredniej, polegającej na bezpośredniej
klasyfikacji sytuacji meteorologicznej na podstawie pewnych wyselekcjonowanych wzorów. Każdy
typ wzorcowy odpowiada określonemu położeniu głównych układów ciśnienia nad Europą i
północnym Atlantykiem, warunkujących napływ z odpowiedniego kierunku mas powietrza nad
Polskę, w określonej cyrkulacji cyklonalnej lub antycyklonalnej.
Autorka wyróżniła 13 typów wzorcowych pogody. Są to:
Przy klasyfikacji szacowano podobieństwo danej sytuacji atmosferycznej do wzorcowego typu
cyrkulacji, przyjmując trzy stopnie podobieństwa:
1)
Typ cyrkulacji o bardzo dużym podobieństwie do typu wzorcowego
2)
Typ cyrkulacji o dużym podobieństwie do typu wzorcowego
3)
Typ cyrkulacji o małym podobieństwie do typu wzorcowego
Jeżeli sytuacja widoczna na dolnej mapie nie wykazała podobieństwa do żadnego typu wzorcowego
to oznaczona jest symbolem X (patrz wyżej).
Średnia częstość występowania typów cyrkulacji w Polsce (wg B. Osuchowskiej-Klein)
poszczególnych kalendarzowych porach roku w okresie 1900 – 1985.
Gierszewski
Temat: Schemat postępowania badawczego.
7 podstawowych kroków:
1.
Przedmiot badań.
2.
Cel (cele) badań.
3.
Uzasadnienie problemu.
4.
Hipoteza (hipotezy) badawcze.
5.
Analiza i synteza.
6.
Schemat wyjaśniania.
7.
Wnioskowanie.
Ad.1.
- należy w pierwszej kolejności określić przedmiot badań
- określenie, usytuowanie zadania badawczego w określonej dyscyplinie naukowej, czy przedmiot
badań spełnia kryterium naukowości
- czy dany problem przynależy do danej dyscypliny naukowej
- spełnia kryterium naukowości (rozwija, rozszerza lub pogłębia wiedzę)
- czy problem ten był lub czy jest podejmowany w danej dziedzinie naukowej
Ad. 2.
Cel opracowania oznacza stwierdzenie do czego zmierza autor (badacz) rozpatrując podejmowany
problem badawczy.
Cel może być jeden, spełniający funkcję celu ogólnego, bądź trójczłonowy:
1)
Cel poznawczy – pozwalający poszerzyć wiedzę dotyczącą określonego zagadnienia.
2)
Cel metodyczny – na zastosowanie określonych technik badawczych (głównie nowatorskich)
do weryfikacji założeń pracy.
3)
Cel aplikacyjny – obejmujący sformułowanie proporcji zastosowania uzyskanych wyników w
praktyce.
Ad. 3.
Czynności pozwalające na poprawne uzasadnienie przyjętego tematu:
1)
Jasne sprecyzowanie tematu badawczego (na czym rzecz polega).
2)
Wskazanie nadrzędnego problemu lub problemów, do którego temat badania logicznie należy.
3)
Wskazanie jak dalece podjęte zagadnienie jest nowe.
Ad. 4.
Hipoteza rozumiana jako robocze wyjaśnienie problemu, uwzględniająca sprawdzanie jej słuszności
oraz zmierzenie w jakim stopniu odzwierciedla ona rzeczywistość.
Hipotezy mogą być:
- pojedyncze
- równorzędne
- nadrzędne i podrzędne (ujęte w zależności przyczynowo – skutkowej)
Hipotezy łączą się z odpowiedzią na pytania: Co?, Gdzie?, Jak?, Kiedy?, Dlaczego?
Etapy rozwoju hipotez badawczych w geografii:
1)
Idiografizm – opis zjawisk: co?, gdzie?
2)
Monotetyzm – wyjaśnienie zjawisk: jak?, dlaczego?
3)
Ujęcie czasoprzestrzenne zjawisk – jaka jest dynamika (zmienność) zjawiska w czasie i
przestrzeni.
4)
Ujęcie subiektywne zjawiska – jakie są indywidualno – osobowe zróżnicowania w
postrzeganiu otaczającej rzeczywistości.
Typy zagadnień objętych hipotezą geograficzną:
1)
Opis konkretnego obszaru (monografia).
2)
Określenie istoty zjawiska w omawianym obszarze (ilość, jakość, stopień nasilenia).
3)
Poznanie stosunków rodzajowych (zróżnicowanie, klasyfikacja, regionalizacja).
4)
Poznanie stosunków genetycznych.
5)
Określenie współzmienności i współzależności.
6)
Integracja danego miejsca, procesów, charakterystyka pełnego układu stosunków
przestrzennych.
Ad. 5.
Obejmuje etap przetwarzania zgromadzonych materiałów faktograficznych, korzystając z ogólnych
metod wchodzących w skład filozofii nauki poprzez rozłożenie rozpatrywanego problemu na części
składowe i badanie każdego elementu osobno (analiza)lub składanie, zestawienie i ujmowanie
elementów w pewną całość (synteza).
Podział analizy i syntezy:
1)
Elementarna – rozpatruje przedmiot badań jako zbiór elementów bez doszukiwania się
miedzy nimi wzajemnych powiązań (bonitacja, klasyfikacja, regionalizacja).
2)
Przyczynowe – polega na określeniu zależności przyczynowo – skutkowych pomiędzy
wyodrębnionymi częściami (hierarchizacja).
3)
Logiczne - …
Ad. 6.
Obejmuje:
- uzasadnienie problemu i wyróżnienie zagadnień pochodnych
- krytykę problemu w świetle dotychczasowych osiągnięć nauki
- wybór metod badawczych
- przeprowadzenie badań
- opracowanie materiałów uzyskanych w drodze wykonanych badań
- syntetyczne opracowanie wyników
- krytyczne ustosunkowanie się do przebiegu prowadzonych badań i opracowanie wyników
Indukcyjny lub dedukcyjny schemat wyjaśniania:
1)
Indukcyjny – po sformułowaniu przedmiotu i celu badawczego obszaru, synteza
zgromadzonych danych faktograficznych.
2)
Dedukcyjny – polega na sformułowaniu modelu (teorii) badanego zjawiska i sprawdzeniu
słuszności przyjętej hipotezy badawczej poprzez analizę zgromadzonego materiału
faktograficznego dla sprawdzenia słuszności przyjętej hipotezy.
Ad. 7.
Wyjaśniana jest interpretacja uzyskanych wyników, polegająca na odpowiedzi na pytania:
- dlaczego dany fakt miał miejsce
- jakie jest jego znaczenie
Prawidłowa interpretacja wymaga:
- znajomość teorii dotyczącej danego problemu badawczego
- umiejętność uzasadniania
- dysponowanie odpowiednimi faktami
- sformułowanie logicznych wniosków z teorii i znanych faktów
Rodzaje wyjaśniania naukowego:
1)
Genetyczne – odpowiadanie na pytanie jaka jest przyczyna.
2)
Funkcjonalne.
3)
Teologiczno – funkcjonalne.
4)
Logiczne.
Sposoby wyjaśniania logicznego:
1)
Podejście dedukcyjno – predykcyjne.
2)
Podejście typu „wykrywanie powiązań”.
3)
Podejście typu „wyjaśniania przez analogię”.
Typy naukowego wyjaśniania geograficznego:
1)
Opis poznawczy.
2)
Analiza morfometryczna.
3)
Analiza przyczynowo – skutkowa.
4)
Analiza chronologiczna.
5)
Analiza funkcjonalna.
6)
Analiza systemowa.
Temat: Rozwój geografii a metody badań.
Przełomy teoretyczne i metodyczne rozwijające metody geografii:
1)
Klasyczny – przełom lat 20 XIX w.
Przejście od metod opisowych i faktograficznych do metod systematycznych.
2)
Nomologiczny – przełom lat 50-60 XX w.
Adaptowanie metod matematyczno – statystycznych do geografii.
Wprowadzenie ścisłej terminologii naukowej.
Przyjęcie hipotetyczno – dedukcyjnego sposobu myślenia.
Dążenie do wyjaśniania i prognozowania zjawisk.
Nomologiczna „rewolucja ilościowa” w geografii:
- faza penetracji 1955-65
- faza ekspansji 1965-1975
3) Czasoprzestrzenny – przełom lat 60 – 70 XX w.
Rozpatrywanie zjawisk w aspekcie zmian czasowych – dynamicznych.
Typy zmienności czasowej:
a)
Deterministyczny – cechuje się brakiem istotnych zmian różnych parametrów w czasie.
b)
Umiarkowanie stochastyczny – niewielkie zmiany parametrów w czasie.
c)
Silnie stochastyczny – odnotowane silne zmiany w czasie.
d)
Niezdeterminowany – zmiany w czasie uniemożliwiają analizowanie zmian oraz
przewidywanie zachowań.
4)
Ascjentyczny – przełom od lat 80 XX w.
Podważenie dominującej roli scjentyzmu w postaci formowania się wzorów i przejścia na
orientację ascjentyczną (humanistyczną i radykalną).
Klasyfikacja metod badań geograficznych
Kryterium podziału:
- Kryterium przedmiotowe – przynależność do określonej dyscypliny geograficznej
- Kryterium rodzaju materiału źródłowego – typ analizowania danych
- Kryterium prezentacji rezultatów badań – charakterystyka uzyskanych wyników
Temat: Wybrane metody geograficzne w badaniach form i osadów czwartorzędowych i holoceńskich.
Geograficzne metody badań osadów
Do metod geofizycznych zaliczamy zdalne metody, które wykorzystują podstawowe prawa fizyki.
Wśród metod geofizycznych:
a)
Akustyczne
b)
Sejsmiczne
c)
Geoelektryczne
d)
Grawimetryczne
e)
Magnetometryczne
f)
Jądrowe
g)
Radarowe
Metody akustyczne:
- są stosowane przede wszystkim w badaniach hydrograficznych, jezior, koryt rzecznych,
oceanograficznych
- także dla określenia zróżnicowania typu osadów dennych, charakterystyka osadów na dnie
- nośnikiem informacji są fale akustyczne, które bardzo dobrze penetrują wodę
- analiza procesu rozpraszania fal akustycznych dostarcza nam wiele informacji: kształt, wielkość,
zaleganie obiektów na dnie
- echosondy, sonary boczne, profilografy osadów
ECHOSONDY:
- emituje w kierunku dna ultradźwięki 50 kHz do 200 kHz
- impulsy odbijają się od dna i wracają po pewnym czasie, który zależy od głębokości i prędkości
rozchodzenia się dźwięku w wodzie
- prędkość zależy od głębokości wody, a więc od jej temperatury i zasolenia i wynosi w przybliżeniu
1500 m/s
- znając prędkość i dokonując pomiar czasu powrotu sygnału akustycznego możemy określić
głębokość akwenu
Przy ciągłej rejestracji otrzymamy informacje o zmianach ukształtowania dna
- w echosondach starego typu na taśmie papierowej, a obecnie w formie cyfrowej
- można sporządzić mapę batymetryczną
- można określić dno, czy dno twarde czy miękkie, bo charakter odbicia
- na miękkim i mulistym duża część energii fali akustycznej ulega rozproszeniu
Echosondy emitujące fale akustyczne o niskiej częstotliwości (do 28 kHz) pozwalają dodatkowo
uzyskać informacje o wewnętrznej strukturze dna.
Słabo fale tłumione przez miękkie, słabo skonsolidowane osady (np. gytie) i przenikając głębiej
docierają do stropu osadów o większej gęstości.
Na granicy osadów o różnej gęstości powstaje echo ujawniające ukształtowanie stropu osadów
podścielających.
SONARY:
-wysyła sygnał akustyczny, szerszą wiązkę niż w echosondach
- jest holowany na pewnej głębokości
- wiązka nie dociera wszędzie, omija m. in. martwe pole bezpośrednio pod statkiem czy też obszary
położone za przeszkodami na dnie (cień akustyczny)
- wykorzystywany przy rozpoznaniu typów dna, ale głównie jego form strukturalnych np. ripplemarki,
odsypy muszlowe, głazy etc.
- ułatwiają poszukiwanie wraków czyli obiektów antropogenicznych
- otrzymujemy akustyczny obraz powierzchni dna, ale nie ma głębokości
- mogą być pomocne przy znajdowaniu podwodnych osuwisk
ECHOSONDY WIELOWIĄZKOWE:
- łączy w sobie zalety sonarów i echosond
- wysyła wiele niezależnych wiązek pod różnymi kątami o różnych częstotliwościach
- w efekcie mapa rzeźby dna wzbogacona głębokościami
Systemy akustycznego rozpoznawania osadów
- pozwalają określić parametry osadów, uwzględniając jego zróżnicowanie: gęstość, bo pochłanianie
fali i refleks
- współczynnik odbicia dźwięku jest odwrotnie proporcjonalny do porowatości osadów, czyli im
drobniejszy osad, tym słabsze jego odbijanie
W urządzeniach wykorzystujących zjawisko odbić wielokrotnych, uzyskiwany jest obraz ukazujących
kilka ech.
- pierwsze echo, gdy odbija się od dna i powraca do echosondy
- gdy krzywo, to odbija się i później od lustra wody i ponownie od dna, to powstaje echo wtórne
- analizując charakterystykę obu ech, można określić rodzaj osadów
Urządzenie do akustycznego rodzaju rozpoznawania dna – system RoxAnn Groundmaster; składa się
z echosondy np. 200 kHz
System analizuje właściwości dwóch ech
- Wskaźnik E1 – miara nierówności dna
- Wskaźnik E2 – miara twardości dna
- Wynik wyświetlany na ekranie w postaci mapy pokazującej ślad rejsu statku, kolorystyka
odpowiada barwom pól na diagramie
- zastosowanie: rozpoznanie litologii dna, roślinności, skupisk malakofauna
Metody ciągłego profilowania sejsmicznego i wysokiej rozdzielczości – „subbottom profile”
- Metody ciągłego profilowania sejsmicznego – poznanie wgłębnej budowy dna za pomocą urządzeń
o różnej częstotliwości i mocy fal akustycznych. Z różnymi sposobami wzbudzania fal.
- Najczęściej wykorzystywana jest metoda wysokorozdzielczej sejsmiki refleksyjnej – czyli
sejsmoakustyka.
Interpretacja rejestracji sejsmoakustycznej polega na wyznaczeniu horyzontu refleksów,
rozdzielających poszczególne jednostki litologiczne budujące dno akwenu.
Im bardziej jednostki różnią się pod względem litologicznym, tym wyraźniej są na sejsmogramach
refleksy powstające na granicy jednostek.
Gdy na granicy występują skokowe zmiany i gęstość, to na sejsmogramie przejawia się to
powstaniem wyraźnego refleksu, będącego rezultatem odbicia fal akustycznych od powierzchni
granicznej pomiędzy osadami.
Konsekwencją różnych zaburzeń występujących w środowisku wodnym jest fakt, że nie wszystkie
refleksy są odzwierciedleniem budowy.
Zaburzenia obrazu do wyniku refleksów
- ekranowanie warstw leżących niżej przez warstwy położone wyżej
- związane z występowaniem stromo nachylonych warstw, które deformują granice geologiczne
Metoda sejsmoakustyczna – przydatne zarówno w badaniach sedymentologicznych jak i
paleogeograficznych różnych akwenów, także jezior.
Temat: Metody sejsmiki inżynierskiej.
Metoda sejsmiczna jest metodą bezinwazyjną, metodą badania ośrodka geologicznego, dostarczającą
informację na temat jego budowy i stanu geochemicznego.
Metody sejsmiczne wykorzystują niejednorodności sprężystości własności ośrodków skalnych w celu
ich badania i rozpoznania na podstawie analizy czasu rozchodzenia się fali sprężystych
(sejsmicznych) w tych ośrodkach.
W sejsmice wykorzystuje się fale przechodzące, odbite (refleksyjne) i refrakcyjne (czołowe).
Podstawowym parametrem mierzonym w sejsmice jest czas fali.
Najczęściej stosowane są techniki pomiarowe: refrakcyjna, refleksyjna, prześwietlanie oraz coraz
częściej stosowana wielokanałowa analiza fal powierzchniowych (ang. MSW) w wersji 1D (profile
głębokościowe) i 2D (przekroje głębokościowe).
Pomiary sejsmiczne na powierzchni terenu wykonywane są wzdłuż tzw. Rozstawów, składających się
z 24 odbiorników (geofony lub hydrofony) odległych od siebie od 1 do 5 m, co daje maksymalną
długość rozstawu 115 m.
Na rozstawie, a także poza nim, w wyznaczonych punktach wzbudza się fale sejsmiczne – podłużne P,
poprzeczne S oraz powierzchniowe.
Fale te wzbudzone są z użyciem źródła (udarowy, generator energii sejsmicznej, młotek, materiał
wybuchowy) propagują w badanym ośrodku i natrafiają na niejednorodności, takie jak granice
litologiczne, pustki, uskoki, płaszczyzny poślizgu, horyzonty wód gruntowych itp.
Rodzaje fal sejsmicznych:
1)
Fale wgłębne (objętościowe)
-rozchodzące się wewnątrz Ziemi
- najszybsze – podłużne (drgają równolegle do kierunku rozchodzenia się fali)
- wolniejsze – poprzeczne (prostopadle drgają do kierunku rozchodzenia się fal)
2) Fale powierzchniowe
- grawitacyjnego typu
- powierzchniowe poprzeczne
W pomiarach refrakcyjnych istotny jest czas wystąpienia pierwszych wystąpień, które powstały na
granicy dwóch ośrodków.
Fala refrakcyjna będzie się propagowała z prędkością charakterystyczną dla warstw poniżej.
W pomiarach refleksyjnych użyteczne również fale odbite od granic i nieciągłość warstw.
Sposób prezentacji wyników:
Głębokościowe przekroje sejsmiczne 2/3D wraz z interpretacją geologiczno – inżynierską.
Mapy rozkładu prędkości fal P i S (tomografia pokładów i tomografia refrakcyjna podłoża).
Możliwe metody sejsmiki inżynierskiej:
- wyznaczanie granic np. podłoża skalnego
- wyznaczanie nieciągłości
- położenie zwierciadła wód gruntowych
- lokalizacja nieciągłości, pustek
- ocena stanu spękań i zwietrzenia ośrodka skalnego
- badanie własności geomechanicznych gruntu
Zastosowanie dla:
- projektowanie posadowienia obiektów takich jak: autostrady, tunele, drogi, obiekty
hydrotechniczne,
- ocena stanu podłoża pod kątem stref zapadania,
- projektowanie zabezpieczeń osuwisk, skarp.
Temat: Metoda elektrooporowa.
Wykorzystuje zjawisko różnego przewodnictwa prądu elektrycznego gruntu w zależności od jego
składu i struktury. Metoda znajduje zastosowanie w badaniach hydrogeologicznych i geologiczno –
inżynierski. Stosowana w poszukiwaniu wody i badania rozchodzenia się zanieczyszczeń. Skały
nasiąknięte wodą wykazują mniejszą odporność niż skały suche.
Rezystywność zależy głównie od zawartości wody oraz minerałów ilastych.
Metoda bazuje na pomiarach pola potencjałowego stymulowanego przez prąd płynący w
umieszczonym w gruncie metalowych elektrodach prąd elektryczny jest wprowadzony do ośrodka
gruntowego przez parę elektrod prądowych.
Tomografia elektrooporowa (obrazowanie elektrooporowe) – połączenie profilowania
elektrooporowego i sondowania elektrooporowego.
Wynikiem pomiarów jest dwuwymiarowy przekrój oporo nośny.
Dla porównania:
- sondowania elektrooporowe dają nam informację punktową
- profile elektrogramu
Obrazowanie elektrooporowe szczególnie efektywne np. gdzie grunty gliniaste (bo więcej wody).
Bada miąższość nakładu grubości warstw glin i iłów lub nasypów, szczelności, struktury zapór
ziemnych.
Temat: Georadar.
- inaczej GPR
- do grupy metod elektromagnetycznych
- jest metodą wysokorozdzielczą
- mobilna
- oparta na emitowaniu fali od krótkich do ultrakrótkich
- rejestruje fale odbite od warstw charakteryzującymi się zmianami własności dielektrycznych
Zasada pomiaru:
Nadajnik generuje sygnał fali elektromagnetycznej o określonych częstotliwościach.
Metoda ma zastosowania:
- badanie i monitoring wałów przeciwpowodziowych oraz innych budowli hydrologicznych
- lokalizacja pustek, szczelin
- określenie granic litologicznych i grubości warstw
- lokalizacja zbiorników
- badanie struktury stropów i murów
- badanie pustek nieciągłości, infrastruktury pod dnem
Ograniczenia:
- zanieczyszczenia, gdy wzrasta stała diaelektryczna, to możliwości rozchodzenia się fali maleją.
Wybrane metody badań procesów stokowych
Erozja – niszczenie wierzchniej warstwy Ziemi przez wodę i wiatr. Erozja obejmuje procesy
odspajania i odrywania cząstek gleby oraz przenoszenia i osadzania ich w innym miejscu. Ubytek
cząstek z danego terenu zwany jest denudacją , a osadzanie - akumulacją.
1.
Erozja wietrzna
1.1.
Deflacja
1.2.
Korazja
1.3.
Akumulacja
2.
Erozja wodna - Spływająca po zboczu woda zmywa wierzchnią warstwę gleby. Wskutek tego
zachodzą zmiany w budowie gleby i mam miejsce segregacja cząstek. Materiał uniesiony, a
następnie osadzony, ma zupełnie inną strukturę niż gleba, z której pochodzi, ma też zupełnie inny
skład mechaniczny. Procesy erozji powierzchniowej powodują przekształcenie gleb na zboczu i u
jego podnóża (tzw. profil odwrócony), zachodzi także zmiana kształtu zbocza.
2.1.
Rozbryzg – Erozja rozbryzgowa ma miejsce podczas intensywnych opadów atmosferycznych,
kiedy to spadające krople deszczu powodują odrywania i odrzucanie cząstek ziemnych,
równocześnie ubijając i zamulając powierzchnię gruntu. Efektem rozbryzgu jest niszczenie
struktury i zmniejszenie przepuszczalności gleby, co z kolei jest przyczyną pojawiania się
procesów spłukiwania
2.2.
Spłukiwanie powierzchniowe
2.2.1.1.
Warstwowe
2.2.1.2.
Rozproszone
2.3.
Erozja liniowa
2.3.1.1.
Erozja żłobieniowa - Przyczyny koncentracji wody, która rozmywa żłobinę
mogą być różne. Ukośnie biegnąca do spadku zbocza bruzda, koleina
pozostawiona przez ciągnik jesienią lub nierówności powierzchni. Prędkość wody
płynącej żłobiną jest znacznie większa niż wody płynącej po powierzchni. Czasem
może się odbywać również spływ podziemny, np. po podeszwie płużnej. Cienki
strop kanalika szybciej się zapada i powstaje głęboka bruzda.
2.3.1.2.
Erozja wąwozowa
2.3.1.3.
Erozja rzeczna (denna, brzegowa, wsteczna) - Najczęściej przekształcenie się
głębokiej żłobiny czy drogi gruntowej w wąwóz odbywa się podczas silnego
deszczu letniego. W rozwoju wąwozów szczególną rolę odgrywają progi erozyjne,
których następstwem są tzw. kotły. Obniżanie się dna i podcinanie ścian powoduje
dalszy rozwój wąwozu.
2.4.
Erozja podpowierzchniowa
2.4.1.1.
Suffozja mechaniczna
2.4.1.2.
Suffozja chemiczna
2.4.1.3.
Erozja krasowa
2.5.
Abrazja
3.
Ruchy masowe
3.1.
Odpadanie
3.2.
Osuwanie
3.3.
Spływanie
4.
Erozja Śniegowa
5.
Erozja uprawowa
INTENSYWNOŚĆ EROZJI
Erozja gleby spowodowana przez wodę występuje na całym świecie, ale szczególnie
uwidacznia się w regionach o dużych i intensywnych opadach. Jej końcowym efektem jest utrata
górnej warstwy gleby, którą nie jest łatwo zastąpić.
Intensywność procesu erozji uwarunkowana jest podatnością gleby na erozję, czynnikami
topograficznymi, przebiegiem warunków klimatycznych oraz czynnikami agrotechnicznymi.
ŚREDNIE ROCZNE STRATY ZMYTEJ GLEBY W WARUNKACH POLSKICH ZESTAWIONE Z
OBLICZENIAMI FOURNIERA (1960) DLA RÓŻNYCH KONTYNENTÓW
715 t/km2 - Afryka
701 t/km2 - Ameryka Południowa i Antyle
610 t/km2 - Azja
491 t/km2 - Ameryka Północna i Środkowa
273 t/km2 - Australia
280 t/km2 - Karpaty Fliszowe (Maruszczak, 1991)
84 t/km2 - Europa
76 t/km2 - Polska (Józefaciukowie, 1992)
2,7 t/km2 - Niziny Środkowopolskie (Maruszczak, 1991).
Polska – Karpaty najsilniej narażone, pojezierze chełmińskie, suwalsko – augustowskie
NAJWAŻNIEJSZE CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA EROZJE GLEBY
skład granulometryczny gleby
zawartość substancji organicznej
nachylenie zbocza
długość zbocza
kształt zbocza
czynniki atmosferyczne (wielkość i natężenie opadu, wielkość kropel deszczu)
pokrycie terenu
czynniki agrotechniczne (stopień pokrycia terenu przez rośliny, dobór roślin (płodozmian),
okresowy brak upraw (ugór), kierunek uprawy i siewu, bruzdy, ślady po przejazdach kół,
zagęszczenie gleby)
EROZYJNOŚĆ
Warunki klimatyczne opisuje parametr (R = Rr+Rs), w którym zawiera się potencjalna
zdolność opadu do wywołania erozji określana jest jako erozyjność.
Kiedy krople deszczu padają bezpośrednio na glebę, praktycznie cała energia jest zużywana
na niszczenie agregatów glebowych, zagęszczenie górnej warstwy ziemi i rozbryzg cząstek gleby.
Erozyjność opadu (Rr) jest parametrem związanym z energia kinetyczną opadu, która jest
uzależniona od ilości i intensywności opadu. Energię kinetyczną opadu burzowego "E"
wykorzystuje się do obliczenia wskaźnika erozyjności opadu.
ERODOWALNOŚĆ
Wartość wskaźnika K (erodowalność) jest uznawana za wielkość stałą i charakterystyczną dla
określonej gleby.
Jego wartość zależy głównie od składu granulometrycznego gleby i zawartości w niej materii
organicznej.
Erodowalność oznacza właściwość gleby przejawiającą się jej reakcją na działanie wody
poprzez redukcję tempa infiltracji i zmniejszanie szorstkości powierzchni gleby wskutek
rozmywania agregatów glebowych.
Konsekwencją tej redukcji jest zwiększenie ryzyka spływu powierzchniowego oraz odłączanie
cząstek gleby i ich transport w wyniku spływu powierzchniowego.
DŁUGOŚĆ I NACHYLENIE STOKU
W modelu USLE parametr opisujący morfologię powierzchni terenu składa się z dwóch
członów: długości stoku (L) i nachylenia (S), i jest odpowiedzialny za dynamikę procesu erozji.
Badania amerykańskie wskazują, że wielkość jednostkowa erozji wzrasta wraz z długością
poletka (zbocza). Tym niemniej, w ostatnich latach pojawiają się prace badawcze prowadzone na
obiektach o różnej długości, wskazujące, że większe wartości jednostkowe występują na poletkach
krótszych [Le Bissonnais i in. 1995, Rejman 2006].
Rolnik może wpłynąć na wielkości współczynnika LS np. poprzez terasowanie zboczy.
METODY POMIARÓW EROZJI NA STOKACH
Instalowanie na stokach różnego rodzaju sprzętu, który zbiera wodę z materiałem i na
podstawie tego obliczą się ilość materiału zerodowanego. Urządzenie do tych pomiarów są
dosyć prymitywne :D. Znaczny wpływ na otrzymane wyniki ma wielkość i kształt powierzchni
testowej na jakiej prowadzone są pomiary. Znacznie wpływa także znajdująca się na terenie
badanym roślinność, wtedy możemy prowadzić różnego rodzaju symulacje.
ŁAPACZ osadu stokowego - (worki słupika) Worek plastikowy zamontowany na stoku. Zbiera
osad wraz ze spływającą wodą z pasa stoku o szerokości 0.5 m i długości równej odległości od
działu wodnego.
Urządzenie opróżnia się raz w miesiącu lub po pojedynczych opadach. Pobiera się próbę
wody wraz z drobną zawiesiną oraz wybiera się osad piaszczysty.
Wybór metody pomiaru ma istotne znaczenie w badaniach erozji gleby - nie jest łatwo
określić jaki jest wpływ zróżnicowania zarówno w skali niewielkich zlewni, jak również w skali
pojedynczego stoku czy poletka.
Pomiary na poletkach testowych o różnych długościach pokazują, że zazwyczaj jednostkowe
wartości zarówno spływu jak i erozji gleby są największe na poletkach najmniejszych. Wraz ze
zwiększeniem powierzchni poletek następuje redukcja spływu, również część erodowanego
materiału glebowego na dłuższych poletkach ulega depozycji szczególnie w wyniku spłukiwania
rozproszonego.
E. Gil - Wielkość spływu i spłukiwania nie jest wprost proporcjonalna do długości stoku. Wraz z
długością stoku spłukiwanie maleje w mniejszym zakresie niż spływ powierzchniowy.
Temat: Metody geochemiczne w badaniach procesów stokowych.
Zapis trwającej przez setki lat działalności człowieka zawsze znajdziemy w osadach.
Analiza geochemii osadów, swoistych geoarchiwów, poprzez korelację zawartości określonych
wskaźników z umiejscowionymi w czasie fazami antropopresji pozwala na dość precyzyjne
„datowanie” wieku osadów.
Intensywna antropopresja, którą wyraża również zapis geochemiczny jest czytelna na większości
obszarów dla ostatnich 100 – 200 lat.
Metody geochemiczne wykorzystywane są w geomorfologii, przede wszystkim do procesów i osadów
aluwialnych. W ograniczonym czasie mogą być również wykorzystywane w badaniach systemów
stokowych (większa epizodyczność procesów erozji i depozycji, mniejsza kontentacja).
Każdy izotop i pierwiastek występujący w środowisku w stężeniu większym w stosunku do jego
występowania w litosferze stanowi potencjalne skażenie gleby czy osadu i potencjalny marker
strategiczny.
Marker stosowany w badaniach geomorfologicznych powinien się charakteryzować :
a)
Bezpośrednim i jasnym związkiem z działalnością człowieka
b)
Stosunkowo łatwą wykrywalnością
c)
Dobrze poznanymi warunkami krążenia w środowisku
d)
Komponent związany z działalnością człowieka powinien wyraźnie przekraczać tło
geochemiczne
Z punktu widzenia badania osadów szczególnie istotna jest również bardzo mała mobilność
znacznika (jego naturalna migracja pionowa i pozioma powinna być znikoma).
Do najbardziej rozpowszechnionych zanieczyszczeń należą: związki organiczne (substancje
ropopochodne, pestycydy), metale ciężkie (ołów, rtęć) i azotany (Kabata – Pendias, Pendias 1999).
Jako strategiczne markery antropogeniczne wykorzystywane są najczęściej:
- 137 Cs
- metale cieżkie
- fosfor
137 Cs jest sztucznym radionuklidem, z którego pojawienie się w środowisku jest związane z
wybuchami jądrowymi lub emisjami z reaktorów atomowych.
Emituje silne promieniowanie gamma. 137 Cs jest silnie wiązany przez kompleks sorpcyjny gleby
(głównie przez drobną frakcję koloidalną oraz materię organiczną) i praktycznie nie podlega
wymianie.
Absorpcja cezu przez glebę jest bardzo szybka, na co wskazuje gwałtowny spadek jego koncentracji
wraz z głębokością, w niezaburzonych profilach.
Przeprowadzone eksperymenty wskazują ponadto na jego ograniczoną mobilność w wyniku
procesów chemicznych.
W związku z silnym wiązaniem cezu przez kompleks sorpcyjny jego możliwości przemieszczania w
dół profilu glebowego są ograniczone.
Głównymi czynnikami powodującymi poziomą redystrybucję cezu w systemach np. stokowych są
fizyczne procesy transportu materiału.
Na podstawie szczegółowych koncentracji 137 Cs w niezaburzonych profilach możliwe jest
stwierdzenie tempa sedymentacji w nawiązaniu do następujących etapów jego dostawy do
środowiska:
1)
1954 – pojawienie się cezu w środowisku
2)
1962 – 1964 – największa liczba wybuchów jądrowych
3)
1986 – awaria w Czarnobylu
137 Cs jest niewątpliwie bardzo dobrym markerem.
Fosfor –źródłem odchody, resztki żywności, odpadki, nawozy.
Aktywność osadnicza człowieka prowadzi do wzbogacenia w fosfor gleb wokół skupisk ludzkich, a
następnie gleb naturalnych ekosystemów.
Podwyższone zawartości mogą służyć do ustalenia miejsc historycznego osadnictwa.
Analiza pionowej koncentracji fosforu w profilach umożliwia odtworzenie i datowanie faz
antropopresji.
Fosfor pozostaje najczęściej w powierzchniowej warstwie gleby.
Erozja gleb bogatych w fosfor, a następnie ich redeponacja powoduje wzbogacenie osadów w ten
pierwiastek.
Metale ciężkie – wzrost, bo działalność człowieka (cynk, ołów, kadm, rtęć, miedź).
Źródłem skażenia gleb i osadów w metale ciężkie są: działalność przemysłowa człowieka (opad
pyłów atmosferycznych, spływ ścieków), transport (spaliny) oraz rolnictwo (stosowanie nawozów
mineralnych i środków ochrony roślin).
Wpływ człowieka na dostawę metali ciężkich do środowiska jest współcześnie wyjątkowo czytelny.
Sumaryczny udział komponentu antropogenicznego w dostawie pierwiastków do Bałtyku wynosi
odpowiednio: Cd (93%), Cu (83%), Pb (94%), Zn (81%).
Miedź – to pierwiastek występujący powszechnie w skorupie ziemskiej. Średnia zawartość w skałach
wynosi od 5 do 100 ppm. W glebach zawyżana jest przez substancję organiczną oraz minerały ilaste,
wytrącając się tworzy mało mobilne formy.
Cynk – jest pierwiastkiem występującym powszechnie w skorupie od 10 do 120 ppm. Pierwiastek ten
charakteryzuje się dużą mobilnością w glebie.
Kadm – niska koncentracja w skałach – 0,3 do 0,22 ppm.
Ołów – naturalna zawartość od 0,1 do 10 ppm, w węglanowych do 10 – 40 ppm.
Działalność człowieka będzie prowadzić do sukcesywnego wzrostu metali cieżkich.
W osadach rzek, jezior, jest zapisana historia dostawy tych metali.
W osadach stokowych, aluwialnych odnosimy z lat 50 do 100 lat.
Wpływ człowieka uwidacznia się przede wszystkim w górnym (najmłodszych) częściach profili.
Ograniczenia metod geochemicznych:
Metody geochemiczne oprócz szeregu zalet posiadają pewne ograniczenia, różne dla poszczególnych
pierwiastków czy izotopów, które muszą być brane pod uwagę w przypadku stosowania w/w metod.
- niejasności dotyczące zachowania pierwiastków w środowisku
- określony horyzont czasowy dla części metod
- trudności w wyznaczaniu tła geochemicznego (wartości odniesienia)
- konieczność specjalnego przygotowania próbek
- wysoka cena niektórych analiz
W przypadku metod geochemicznych niezmiennie ważne jest dokładne określenie stosowanej
metodyki.
Na dokładne oznaczenie izotopów i pierwiastków w próbkach wpływają:
- sposób poboru i przygotowania próbek
- frakcja, w której dokonywane są oznaczenia
- metoda oznaczania
- metoda roztwarzania (w przypadku oznaczeń w roztworze).
Mimo małej pionowej mobilności wybranych do analiz geochemicznych pierwiastków w glebie i
osadach nie można wykluczyć istnienia tego procesu. Stwarza to pewne ograniczenia przy
wykorzystaniu badanych pierwiastków jako maklerów stratygraficznych (metale ciężkie, fosfor).
Kluczowe zagadnienie w analizach geochemicznych ma wyznaczenie wartości odniesienia uznanych
za stężenie naturalne (tło). Niezbędne jest oddzielenie wartości naturalnych od antropogenicznych.
Istotnym problemem jest mieszanie się wierzchniej warstwy osadu wskutek orki na obszarze gruntów
ornych. Powoduje to zaburzenia naturalnej stratygrafii profilu.
Temat: Geochemiczne metody oceny wpływu antropogenicznego na środowisko.
Badania geochemiczne umożliwiają ilościową charakterystykę cech środowiska przyrodniczego.
Obliczenia geochemiczne pozwalają na wiarygodną ocenę wzbogacenie danego elementu środowiska
w substancje chemiczne (wskaźniki geochemiczne, wyznaczenia tła i anomalii geochemicznych).
Oznaczenia stabilnych izotopów w próbkach środowiskowych pozwalają na znalezienie źródła
pochodzenia substancji.
Dzięki zastosowaniu znaczników geochemicznych można śledzić źródła i transport zanieczyszczeń w
środowisku.
Wpływ antropogeniczny:
- Antropocen – okres dominującego wpływu człowieka na środowisko.
Geoindykatory – są to mierzalne zmiany w środowisku, które wynikają z naturalnych procesów
geologicznych, są łatwe do obserwacji, pomiaru i wykorzystywane do identyfikacji przyczyn.
Należą do nich:
- zmiany zasięgu lodowców,
- erozja wietrzna,
- lawiny i osuwiska,
- poziom mórz, jezior,
- jakość wód powierzchniowych i podziemnych,
- poziom wód podziemnych ,
- skład chemiczny gleby.
Wpływ antropogeniczny:
Najważniejsze źródła:
- przemysł
- produkcja energii
- gospodarka odpadami
- rolnictwo
- transport
Anomalie geochemiczne :
Nietypowo wysoka lub nietypowo niska zawartość danego pierwiastka lub jego związku, zmierzona
za pomocą technik analitycznych w danej próbie reprezentujących specyficzne środowisko.
Zanieczyszczenie:
Substancja chemiczna występująca w danym elemencie środowiska w ilości przekraczającej
naturalną zawartość.
Czym jest „naturalna zawartość”?
Tło geochemiczne:
W geochemii poszukiwawczej i kartografii geochemicznej: brak anomalii
Tło geochemiczne
¿
ś rednia ± 2odchylenia standardowe
W geochemicznym środowisku:
Naturalna zawartość składników naturalnej … pozbawionej wpływu antropogenicznego.
Teoretyczny „naturalny” zakres zawartości substancji w próbkach środowiskowych oszacowany z
uwzględnieniem zmienności przestrzennej i czasowej.
Metoda oceny tła geochemicznego:
1)
Bezpośrednie (geochemiczne)
- badane materiały pochodzące sprzed Ery Przemysłowej (archiwalne rdzenie, datowane
osady wodne, materiały zielnikowe, itp.), aspekt historyczny
- badania prowadzone w ekosystemach o względnie niskiej antropopresji – aspekt
współczesny
- założenie: brak współczesnych antropogenicznych źródeł zanieczyszczeń, umożliwia
wyznaczenie naturalnej zawartości w próbkach środowiskowych
2)
Pośrednie (statystyczne)
- są oparte na statystycznej analizie danych geochemicznych
- założenia: wpływ antropogeniczny objawia się zmianami w składzie chemicznym
(anomaliami dodatnimi lub ujemnymi); w metodach pośrednich eliminuje się wartości
odstające, które eliminują anomalie
3)
Zintegrowana (kompleksowa)
- badania zawartości w próbkach środowiskowych na terenie o niewielkim wpływie
antropogenicznym np. na obszarach chronionych w ekosystemach leśnych
- poddanie otrzymanych wyników analizie statystycznej
- próbki pobrane do badań reprezentują naturalną zmienność geochemiczną i zwykle ich
rozkład jest zbliżony do rozkładu naturalnego
Tło geochemiczne – różne podejście
Tło geochemiczne ≠ klark pierwiastka
Klark:
- średnia zawartość pierwiastka w skorupie ziemskiej lub w jej części i różnych skałach np. granitach
- średnia procentowa zawartość pierwiastka w skorupie ziemskiej
Warunki przechodzenia metali ciężkich z osadu do toni wodnej dla poszczególnych frakcji
występujących metali w osadzie:
Frakcja wymienialna -> ~ zmiana składu jonowego wody,
~przesunięcie równowagi w układzie sorpcja-desorpcja;
Frakcja związana z węglanem-> spadek pH wody-zachwianie równowagi węglanowej;
Frakcja związana z uwodnionymi tlenkami Fe i Mn-> warunki beztlenowe;
Frakcja związana z materią organiczną-> mineralizacja osadów;
Frakcja trwała związana z minerałem-> nie przechodzi do toni wodnej.
Osady denne są nie tylko pułapką do metali śladowych, ale w przypadku ich resuspensji mogą być też
źródłem ich dostawy do wody, a stamtąd do pozostałych elementów ekosystemu wodnego.
Cele badań:
-poznanie uwarunkowań zróżnicowania koncentracji metali śladowych w osadach zbiornika;
-określenie form występujących metali w osadach dennych pod kątem ich biodostępności;
-ocena zagrożenia ekologicznego.
Co ma wpływ na kumulacje? : uziarnienie, zawartość węglanów, materii organicznej.
Analizy geochemiczne:
Całkowita zawartość metali ciężkich w wydzielanej frakcji osadu o średnicy <0,063mm, zbadano za
pomocą aparatu Spectroscan V, metodą spektometrii fluorescencji rentgenowskiej w Pracowni
Chemicznej Procesów Proekologicznych na Wydziale Chemii UMK. W pobranych publikacjach
osadu oznaczono zawartość 11 metali ciężkich.
W 6 reprezentatywnych dla analizowanego odcinka zb. Próbkami wykonano analizę specjalną Cd,
Cu, Fe, Ni, Pb, Zn. Proces ekstrakcji.
W 12 próbkach osadów zbadano skład minerologiczny frakcji ilastej za pomocą analizy
dyfraktometrycznej. Analizę rentgenowską przeprowadzono za pomocą aparatu HZG-4 TUR.
Rozmieszczenie osadów w zb. Włocławskim tylko w ogólnym zarysie odpowiada
charakterystycznemu dla zb. Zaporowego podziałowi na bardziej piaszczystą strefę akumulacji
rzecznej i mulaste.
Rozmieszczenie stref litodynamicznych w zb. Włocławskim:
Niewielka głębokość akwenu (śr. Gł. 5,6m) , jego duża przepływowość oraz podatność na wiatrowe
mieszanie wód są przyczyną resuspensji oraz rozmywania osadów dennych.
Przewaga środ. erozyjnych (15-25%) i redepozycyjnych (70-80%) nad miejscami trwałej akumulacji
osadów w czaszy zb.
Osady zb.włocławskiego zawierają najczęściej od 50-15% materii organicznej.
Zawartość węglanów w osadach dennych zb.: od 0,2% do 84%, średnio 20%. Najwyższe wartości
związane z lokalnym nagromadzeniem skorup mięczaków w osadach.
Dominują minerały ilaste: smektyt (50%), minerały mieszane (20%).
Skuteczność sorpcji metali zależy od struktury minerału ilastego. Możliwość sorpcyjna
poszczególnych typów minerałów ilastych zależy od wielkści powierzchni zewn. i międzypakietowej
oraz od wielkości i pochodzenia ładunku pakietu.
Średnia zawartość metali śladowych zmniejsza się w kolejności od baru do kadmu.
(Ba>Zn>Sr>Cr>Pb>Cu>V>Ni>As>Co>Cd)
Analiza powiązań między metalami obecnymi w osadach może dostarczyć informacji na temat źródeł
ich pochodzenia i dróg przemieszczania się zanieczyszczeń. Najsilniej powiazane są Ni z Pb, nieco
słabiej Ba z As i V oraz Cr z Ni i Pb.
Współzależność między analizowanymi metalami wskazują na występowanie co najmniej 2 grup
metali:
Grupa 1:
Pb-Ni-Cr –najsilniej powiązane
-podobne źródła dostawy,
-względna bliskość źródeł dostawy,
-zanieczyszczenia komunikacyjne z sieci drogowej dużych aglomeracji,
-odcieki ze składowisk odpadów przemysłowych np. składowisko odpadów Boruta w Zgierzu.
Grupa 2:
Ba-A i powiązane z nim Co-Cr, Zn-Pb-Cr-Cu-Ni.
-siła powiązań słabsza,
-specyfika budowy geologicznej śląsko-krakowskiej części zlewni Wisły
anomalia ? geochemiczne cynk, ołów i kadm.
Grupa 3:
kadm i stront
-przestrzenne zróżnicowanie i dywersyfikacje źródeł dostawy
-eksploatacja i przerób rud cynkowo-ołowiowych, którym towarzyszy kadm
-podwyższona zawartość kadmu i osadów wodnych Wisły obecne od ujścia Przemszy do
Wyszogrodu?
-duża dostawa nawozów fosforowych
-dostawa strontu.
Temat: Wpływ czynników neogenicznych na właściwości chemiczne wód podziemnych i
powierzchniowych w dorzeczu Dades-Draa (Maroko).
Celem badań hydrochemicznych było rozpoznanie przestrzennego zróżnicowania zasolenia i skałdu
jonowego płytkich wód podziemnych i powierzchniowych w dorzeczu Dadas-Draa.
Pomiary w terenie: temperatura wody, pH, przewodność elektrolityczna właściwa (mierniki
Elmetron).
Temat: Modelowanie procesów resuspensji i redepozycji osadów dennych w Zbiorniku Włocławskim.
Modelowanie lito dynamiki.
Resuspensja osadu
- wtórne wprowadzenie cząsteczek mineralnych i organicznych tworzących osad denny, w
stan zawieszenia
Główną przyczyną resuspensji jest falowanie wiatrowe, a w rzekach, zbiornikach
zaporowych, jeziorach przepływowych wg Wiśniewskiego (1995) także turbulentny przepływ
masy wodnej – saltacja, suspensja przerywana.
Inne przyczyny resuspensji:
- Antropogeniczne: żegluga, bagrowanie osadów, intensywna gospodarka rybacka (połów za
pomocą sieci dennej).
- Naturalne: wpływy prądów gęstościowych, wzrost temperatury wody interstycjalnej
spowodowany intensywnym metabolizmem, przemiany gazowe, uwalnianie się metanu i
siarkowodoru z przypowierzchniowej warstwy osadów, sejsze wewnętrzne w głębokich
jeziorach, krenomiksja, aktywność zwierząt bentosowych.
W niektórych jeziorach nie ma spokojnej sedymentacji.
Gdy spokojna, to warwy; jasna – ciepła, ciemna – zimowa.
Erozja i re suspensja osadów zachodzą w przypadku kiedy naprężenia ścinające wywołane
ruchem wody przekraczają wartość krytyczną.
Luettich i in. stwierdzają, że wartości siły ścinania horyzontalnego prądów wodnych są zbyt
małe, aby zainicjować ruch osadu w środowisku płytkowodnym. Prądy tego typu odgrywają
ważną rolę w redystrybucji materiału podlegającego resuspensji.
Wg Granta i Madsena (1979) całkowite naprężenie ścinające jest sumą naprężenia
ścinającego spowodowanego falowaniem i prądami wodnymi.
Wartość naprężenia ścinającego dla osadu, którego mediana wielkości ziarna jest równa
0,007 mm, wynosi 0,16 hPa (1,6 dyny/ cm2).
Kohezyjność osadów drobnoziarnistych (mułkowo-ilastych) utrudnia określenie wartości
naprężenia ścinającego.
Wielkość fizyczna naprężenia ścinającego zależy od fizycznych i chemicznych właściwości
osadów takich jak: wielkość uziarnienia, stopień konsolidacji, uwodnienie, skład mineralny,
kohezja, mikrotopografia powierzchni osadu.
Podatność materiału dennego na resuspensję zależy również od obecnych różnych grup
organizmów bentosowych.
Resuspensja w istotnym stopniu modyfikuje funkcjonowanie ekosystemów wodnych
wpływając na:
- temp. wody
- koncentracja tlenu
- rozpuszczalność metali ciężkich
- fototransformację WWA
Metody pomiaru i badań wielkości resuspensji:
- pomiary zróżnicowanej koncentracji zawiesiny w pionie: metoda wagowa, przyrządy
fotooptyczne (nefelometry), techniki laserowe
- pułapki sedymentacyjne (problem – przemieszczanie się do pułapek żywych hydrobiontów)
- pomiary koncentracji tleny pochłanianego przez zawiesinę
- badanie izotopowe np. Be7
- badanie na modelach w laboratoriach, w tym w laboratoriach hydraulicznych
- modelowanie matematyczne
Najlepsze jest modelowanie matematyczne:
- pozwala określić rozkład i prędkość prądów wodnych różnej genezy
- konieczna jest dokładna kalibracja i walidacja modelu
Hojan
1.Definicja sedymentologii.
Sedymentologia – mówi o powstawaniu skał osadowych. Zajmuje się procesami kształtowania
transportu i depozycji osadów. W zależności od potrzeb może być traktowana jako część nauk
geograficznych i geologicznych.
W sedymentologii opisujemy klasyfikację i genezę osadów nieskonsolidowanych i zwięzłych.
Bada:
- procesy sedymentologiczne
- budowę osadów
- środowisko sedymentacyjne
2.Co to jest basen sedymentologiczny.
Basen sedymentacyjny – naturalne zagłębienie skorupy ziemskiej, gdzie mogą gromadzić się osady, w
różnych okresach czasu, sąsiednie obszary są podwyższone. Najczęściej jest wypełniony wodą.
Materiał w postaci roztworów może się przemienić w fazę stałą. Biosfera zużywa materiał do budowy
tkanek organicznych.
W obrębie basenów sedymentacyjnych materiał przyniesiony w postaci roztworów przechodzi w fazę
stałą w wyniku działania fizykochemicznych procesów de pozycyjnych.
Ze względu na stosunek fazy stałej osadu do basenu sedymentacyjnego materiał osadowy możemy
podzielić na dwie grupy:
materiał allochtoniczny - materiał klastyczny przynoszony z zewnątrz do basenu
sedymentacyjnego oraz materiał pochodzenia wulkanicznego i kosmicznego,
materiał autochtoniczny - materiał bioklastyczny oraz klastyczny powstający w obrębie
basenu sedymentacyjnego wskutek penesyndepozycyjnej erozji gromadzonych w tym basenie
osadów.
3.Sposoby ruchu materiału ziarnowego.
Sposób poruszania się ziaren zależy głównie od ich średnicy oraz od energii przepływu.
1) Trakcja – toczenie i/lub ślizganie ziaren po dnie. Charakterystyczne dla ziaren i średnicy większej
od piasku.
2) Saltacja – skakanie ziaren po torach balistycznych na wysokość rzędu kilku średnic ziarna
(główne znaczenie w transporcie eolicznym). Jeżeli przeskokom ziaren towarzyszy ich chwilowe
unoszenie ponad dnem to mamy wówczas do czynienia z tzw. unoszeniem przerywanym (unoszeniem
nieciągłym).
3) Suspensja – unoszenie ciągłe w zawiesinie. Występuje, gdy turbulencja jest duża i długotrwała.
4.Właściwe obciążenie zawiesinowe.
Większość obciążenia zawiesinowego może być niesiona z materiału źródłowego lub z erozji bocznej
rzeki. Materiał najdrobniejszy –to tzw. właściwe obciążenie zawiesinowe.
5.Co to jest odskok hydrauliczny
Zjawisko powstające w kanale otwartym przy przejściu z ruchu rwącego w spokojny ,podczas
przejścia poziom płynów się podnosi, następuje to gwałtownie i pojawia się odskok hydrauliczny.
6.Porównanie prądu spokojnego i rwącego.
Kryterium wyznaczającym stan (ustrój) prądu jest stosunek prędkości przepływu do prędkości
rozchodzenia się fal grawitacyjnych na powierzchni płynu nazywany liczbą Froude'a (Fr). Wartości
Fr < 1 określają prąd spokojny, natomiast wartości Fr > 1 - prąd rwący.
W prądzie spokojnym siły grawitacji przeważają nad siłami bezwładności płynu, a przeszkody w
korycie oddziałują na przepływ powyżej, spiętrzając płyn. W prądzie rwącym jest na odwrót - siły
bezwładności przeważają nad siłami grawitacji, a poziom płynu nad przeszkodą jest niższy niż w
otoczeniu przeszkody. Ponadto zaburzenia w przepływie nie są przenoszone pod prąd.
Przejście od prądu spokojnego do rwącego zaznacza się obniżeniem poziomu płynu w korycie.
Przejście odwrotne - od prądu rwącego do spokojnego - jest gwałtowne i zaznacza się podniesieniem
poziomu płynu w korycie oraz obecnością odskoku hydraulicznego.
7. Warstewka buforowa
Warstwa turbulentna jest trójdzielna i jej pierwsza część, znajdująca się na granicy płynu i materiału
jest bardzo cienka, dominują tu siły związane z lepkością. Na zewnątrz od tej warstewki występuje
cienka warstwa buforowa, gdzie występują drobne zawirowania, ruch turbulentny i wciąż są duże
naprężenia.
8. Zjawisko oderwania strumienia
zjawisko separacji strumienia
- gdy warstwa przyścienna oddziela się od powierzchni ciała stałego, które ogranicza przepływ
- poza krawędziami płaszczyzna oddziału, która oddziela strumień główny od wewnętrznej strefy
płynu
- naprężenie bardzo duże, powstają wiry poniżej i powyżej warstwy
- w miarę jak oddalamy się od krawędzi, to wiry rozpraszają się
- później znowu przyłączenie płynu do powierzchni
- powstaje wsteczna komórka wirowa
- komórka wirowa ma najczęściej postać walca
- gdy materiał się osuwa, to warstwowanie przekątne
9. Opisać prędkość opadania
Opór przy względnym ruchu płynów i ciała stałego:
Gdy płyn i ciało stałe poruszają się powstają siły oporu przeciwdziałające temu ruchowi, np.
układanie kulistego ziarna w nieruchomym płynie. Jednak gdy siły się zrównoważą, to występuje
prędkość opadania (prędkość stała).
10. Rodzaje transportu materiału ziarnowego (2)
1)
Transport grawitacyjny:
- zachodzi pod wpływem siły ciężkości
- zużywa na transport energię potencjalną przemieszczanego materiału
- powierzchniowe ruchy masowe i spływy grawitacyjne
2)
Transport hydrauliczny
- pod działaniem siły przepływu
- zużywana energia kinetyczna płynu
a.
Ruch wody (rzeki, prądy morskie, falowanie)
b.
Powietrze (eoliczne)
c.
Lodu (lodowcowy)
11.Różnica między płynami newtonowskimi i nienewtonowskimi
Typy płynów:
A.Płyny newtonowskie- zachowują się w sposób podobny do wody (czysta woda lub z niewielką
ilością
zawiesin)
B. Płyny nienewtonowskie- np. mieszanina wody i zawiesiny, lód lodowcowy, lawina śnieżna
12. Co to jest tiksotropia – opisać
Tiksotropia (pamięć cieczy) - właściwość niektórych rodzajów płynów, w których występuje zależność
lepkości od czasu działania sił ścinających, które na ten płyn działały. Na przykład niektóre płyny
tiksotropowe mogą stać się przez pewien czas mniej lepkie, gdy podda się je intensywnemu
mieszaniu. Płyny takie po pewnym czasie (spoczynku) od momentu mieszania ponownie "zastygają",
tzn. zwiększają swoją lepkość do normalnej wartości. Możliwe jest jednak także odwrotne zjawisko,
tzn. płynem tiksotropowym jest także taka substancja, która czasowo zwiększa swoją lepkość na
skutek mieszania. Tiksotropia jest więc procesem odwracalnym; do zniszczenia struktury
tiksotropowej płynu wymagane jest dostarczenie energii.
Płyny tiksotropowe są jednym z rodzajów płynów nienewtonowskich. Czasami mylnie się uważa, że
wszystkie płyny nienewtonowskie, których lepkość maleje na skutek np. mieszania, są tiksotropowe.
Płyny takie nazywa się jednak ogólnie płynami rozrzedzanymi ścinaniem i dopiero gdy efekt
"rozrzedzania" utrzymuje się po ustaniu działania siły ścinającej (czyli np. po zaprzestaniu mieszania
lub tłoczenia) można mówić o zjawisku tiksotropii. Płyn wykazujący własności tiksotropowe
zachowuje się zatem tak jakby przez pewien czas "pamiętał" co się z nim niedawno działo.
13. Opisać ruch laminarny
Ruch uwarstwiony (laminarny) - to ruch, w którym tory sąsiednich cząsteczek są niemalże
równoległe, a płyn można traktować jako zbiór oddzielnych warstw poruszających się z różnymi
prędkościami i nie mieszających się ze sobą,
Przy niewielkich prędkościach strumienia ruch jest laminarny
Przy Re < 500 ruch jest zawsze laminarny.
Ruch uwarstwiony (laminarny), cząsteczki płynu traktujemy jako poruszające się, nie mieszające się
w warstwach; linie prądu pokrywają się z torami cząstek płynu, czyli ruch ustalony.
Ruch ustalony:
-Jednostajny – prędkości przepływu w różnych przekrojach są stałe.
-Niejednostajny – prędkość przepływu w różnych przekrojach nie są stałe.
14.Opisać ruch burzliwy
Ruch burzliwy - po przekroczeniu pewnej prędkości granicznej (stałej w określonych warunkach) –
cząstki płynu zaczynają poruszać się w sposób nieuporządkowany (chaotyczny) powodując mieszanie
się warstw płynu (prędkość, przyspieszenie i kierunek poszczególnych cząstek są inne w różnych
punktach przestrzeni płynu i zmieniają się w czasie, tzw. ruch nieustalony).
15. Co to jest Turbulencja
Turbulencja – bezładne poruszanie się cząstek płynu (nakładające się na główny kierunek
przepływu), spowodowane rozpraszaniem wirów. Turbulencja (zawirowania) sprzyja erozji dennej
oraz jeżeli składowa turbulencji skierowana pionowo ku górze jest większa od prędkości opadania
ziaren powoduje unoszenie ziaren w zawiesinie.
Przejście od ruchu laminarnego w ruch turbulentny zachodzi po przekroczeniu pewnej wartości tzw.
liczby Reynoldsa (Re).
16. Olewamyyyyyyaaaaaaaaahahahahhaaaaaa
17. Proces Saltacji
Saltacja jest to sposób poruszania się materiału ziarnowego. Jest to skakanie ziaren po torach
balistycznych na wysokość rzędu kilku średnic ziarna (główne znaczenie w transporcie eolicznym).
Jeżeli przeskokom ziaren towarzyszy ich chwilowe unoszenie ponad dnem to mamy wówczas do
czynienia z tzw. unoszeniem przerywanym (unoszeniem nieciągłym).
18. Co to jest Inwersja Teksturalna
Inwersja teksturalna polega na występowaniu w osadzie dużych, nieobtoczonych ziarna wśród
dobrze obtoczonych ziarn drobniejszych lub obecności obtoczonych, dużych ziarna w ilastej masie
wypełniającej. Przyczyną powstania inwersji teksturalnej może być zmieszanie osadów
pochodzących z dwóch różnych środowisk lub redepozycja części materiału tworzącego osad.
19. Co to jest potoczność
Potoczystość to zdolność ziarna do obrotowego staczania się po nachylonej powierzchni, mierzona
za pomocą przyrządów o odpowiedniej konstrukcji (Krygowski). Potoczystość wpływa w bardzo
dużym stopniu na zachodzące podczas transportu sortowanie ziarna według kształtu. Na ogół ziarna
o dużej potoczystości pozostają w tyle podczas transportu i są skoncentrowane w osadzie przemytym
20. Różnice pomiędzy zwartym a rozproszonym szkieletem ziarnowym
Elementy osadu wykazują między sobą stosunki przestrzenne, wyrażone różnego typu kontaktami
sąsiadujących ziaren. Tego rodzaju stosunki określamy, w odniesieniu do ziaren tworzących szkielet
ziarnowy, jako upakowanie. Jest to cecha określająca przestrzenne zagęszczenie ziaren w skale
osadowej. Gdy ziarna stykają się ze sobą mówimy o zwartym szkielecie ziarnowym. W przypadku
przeciwnym, szkielet ziarnowy określamy jako rozproszony.
21. Co to jest pozorna imbrykacja
Pozorna imbrykacja
W niektórych osadach piaszczystych występują wyraźnie jednokierunkowe nachylenia większych
izolowanych otoczaków, mimo braku podpierających je przedmiotów. Taka pozorna imbrykacja
powstaje wskutek ześlizgiwania się większych ziaren po zaprądowych zboczach form dna. Ziarna
układają się wówczas mniej więcej równolegle do lokalnej powierzchni depozycyjnej i znaczą
nachylenie tworzących się na niej warstw skośnych. Kąty nachylenia są w tym przypadku niewielkie i
zazwyczaj nie przekraczają 25°. Tego rodzaju orientacja ziaren może być łatwo mylona z imbrykacją
prądową.
22. Orientacja podłużna
Orientacja podłóżna —ziarna wydłużone często płaskie zorientowane są równolegle do kierunku
przepływu (tzw. iineacja prądowa), transportowane są w trakcji przez wleczenie.
23. Orientacja poprzeczna
Orientacja poprzeczna - ziarna wydłużone najczęściej walcowate i wrzecionowate zorientowane są
prostopadle do kierunku przepływu, (położenie niestabilne; może ulec zmianie) transport w trakcji
przez toczenie, ziarna dyskoidalne transport przez wleczenie.
24. Obtoczenie ziaren
Obtoczenie ziaren– miara starcia naroży i krawędzi oraz ogładzenia powierzchni ziarna. W praktyce
określenie obtoczenia polega na porównaniu badanych ziaren z odpowiednim wzorcem. Charakter
obtoczenia i wysortowania materiału ziarnowego świadczy o stopniu tzw. dojrzałości teksturalnej
osadu, która zwykle jest wprost proporcjonalna do długości i siły transportu
25. Wymienić formy dna i jedną z nich np. fale piaskowe - opisać
Dolny reżim przepływu - duże opory przepływu i małe natężenie transportu (erozja podprądowych
zboczy form dna i depozycja na zboczach zaprądowych, transport i depozycja ziaren są
nieciągłe).
dno płaskie (=dolne płaskie dno), niewielkie prędkości przepływu, ruch ziaren rozpoczyna się
przy średnicy składników większej od 0,6 mm, tworzy się płaska pozioma laminacja,
małe riplemarki (do kilku cm wysokości, asymetryczny profil, łagodny, „ubity" stok dopądowy
(kilka st.) i stromszy (ok. 30 st.) „luźniej" upakowany stok zaprądowy, transport głównie
trakcyjny, powstaje laminacja przekątna małej skali,
fałe piaskowe (wysokość do 2 m, asymetryczny profil podobnie jak w ripplemarkach, transport
trakcyjny, powstaje tabularne warstwowanie - przekątne -dużej skali ,
duże riplemarki do kilkudziesięciu cm, asymetryczny profil, transport trakcyjny o większym
natężeniu, materiał o frakcji >0,2mm, powstaje rynnowe warstwowanie przekątne dużej skali.
Górny reżim przepływu - małe opory przepływu i duże natężenie transportu (transport ziaren
ciągły).
dno zrównane (górne płaskie dno), duże prędkości przepływu, powstaje płaska równoległa
laminacja
antydiuny, wysoka energia przepływu, powstaje osad niewarstwowany łub nisko kątowe
warstwowanie przekątne nachylone pod prąd lub z prądem
26. Różnica pomiędzy laminą a ławicą
Ławica - dotyczy grubszych warstw, które szczególnie wyraźnie indywidualizują się , to stosunkowo
duże, główne jednostki warstwowania danej sekwencji utworów osadowych. Miąższość ławic jest na
ogół rzędu dm lub m. Wiele ławic ma mniej lub bardziej złożoną budowę i w ich obrębie występują
różnego typu mniejsze warstwy. Dość pospolite są także ławice, które nie wykazują wewnętrznego
warstwowania
Lamina - warstwa o niewielkiej miąższości, rzędu mm lub cm, obserwowane makroskopowo
przeważnie nie wykazują wewnętrznego warstwowania. Zdarza się jednak, że w obrębie niektórych
lamin obecne są jeszcze mniejsze warstewki. Zazwyczaj laminy występują w grupach; taki rodzaj
warstwowania określa się mianem laminacji.
Ławica- jest warstwą, która ma określone cechy teksturalne i ma strukturę odmienną od warstwy
wyżej i niżej. Są to warstwy grubsze niż 1 cm.
Laminy- cieniutkie warstewki o grubości poniżej 1 cm.
27. Co to jest laminacja
Laminacja - wielokrotne powtarzanie się warstewek zasługujących na miano lamin.
Indywidualizowanie się lamin może być podkreślone:
-
zmianą wielkości składników ziarnowych,
-
zmianą składu mineralnego,
-
zmianą barwy,
-
obecnością substancji organicznej,
-
obecnością materiału biogenicznego.
28. Parametry riplemarków
Ze względu na morfologiczne zróżnicowanie riplemarków, szczegółowa charakterystyka ich kształtu
i rozmiarów wymaga dokonania pomiaru szeregu elementów:
wysokości - h;
rozstępu - s;
długości strony podprądowej - s
a
;
długości strony zaprądowej - s
b
;
długości riplemarka - l;
długości linii grzbietu riplemarka – l
d
;
odległości między dwoma punktami bifurkacji (rozdzielenia się grzbietu riplemarka) –
l
b
;
kąta nachylenia stoku podprądowego,
kąta nachylenia stoku zaprądowego;
maksymalnego i minimalnego rozstępu riplemarków w danym zespole.
29.Jak powstaje warstwowanie przekątne
Warstwowanie przekątne - struktura wewnętrzna osadów (zwykle psamitowych), polegająca
na występowaniu warstw sedymentacyjnie nachylonych w stosunku do pierwotnie poziomej
powierzchni depozycyjnej. Warstwowanie przekątne, podobnie jak laminacja przekątna małej skali
powstaje w rezultacie depozycji materiału ziarnowego przemieszczanego głównie w trakcji przez
prąd wody lub powietrza. W przypadku gdy warstwy przekątne są laminami można używać terminu
laminacja przekątna dużej skali, potocznie jednak mówi się o warstwowaniu przekątnym.
W zależności od kształtu granicznych powierzchni zestawów warstw (i/lub lamin) wyróżnia się dwa
główne typy warstwowania przekątnego dużej skali: płaskie i rynnowe
30.Co to są struktury sedymentacyjne – jedną z nich opisać.
Struktury sedymentacyjne (SS) - formy przestrzenne ułożenia materiału osadowego. SS można
obserwować dzięki zmianom cech teksturalnych osadu, zmianom składu mineralnego, a niekiedy
także zmianom barwy składników ziarnowych.
SS dzeli się na dwie grupy:
1.
Pierwotne (PSS), Pierwotne struktury depozycyjne tworzą się w czasie powstawania osadu
lub też później, lecz jeszcze przed zaawansowaną konsolidacją utworów, w których
występują. Pierwotne struktury sedymentacyjne dostarczają bardzo ważnych przesłanek
do określania warunków, w jakich zachodziło gromadzenie osadu i na nich w znacznym
stopniu opiera się interpretacja środowiska sedymentacyjnego.
2.
wtórne (WSS). są zwykle pochodzenia diagenetycznego np. struktury gruzłowe i
soczewkowe w utworach kredowatych lub tzw. pierścienie Liesegang'a.