Litosfera

Litosfera jest to zewnętrzna, najbardziej sztywna strefa kuli ziemskiej o grubości 50 - 70 kilometrów pod oceanami, i 80 - 150 kilometrów pod kontynentami. Obejmuje skorupę ziemską i górną część płaszcza Ziemi.

Nauka zwana geofizyką, dzieli wnętrze Ziemi na trzy główne strefy : skorupę ziemską, płaszcz i jądro. Każda z tych stref budujących Ziemię, ma inną budowę, właściwości fizyczne i chemiczne. Między tymi warstwami, geofizyka wskazuje na tak zwane powierzchnie nieciągłości. Każda z tych powierzchni oddziela od siebie strefy Ziemi. Znamy między innymi nierównomiernie rozłożoną na głębokości strefę nieciągłości Moho. W każdej z trzech głównych stref ziemskich, istnieje dalszy podział na pewne charakterystyczne podgrupy warstw. Najcieńszą warstwę litosfery tworzy skorupa ziemska. Zawiera ona - mówiąc w skrocie - cały układ okresowy pierwiastków chemicznych.

Skorupę ziemską tworzą dwie sfery: bazaltowa i granitowa. Magnez, krzem i tlen to składniki strefy bazaltowej nazywanej sima, natomiast strefa granitowa, nazywana sial, zbudowana jest z krzemu, glinu i tlenu. Charakterystyczne dla skorupy ziemskiej jest to, że jest ona ruchoma, podlega stałym przemieszczeniom w poziomie i w pionie. Pod cienką warstwą skorupy ziemskiej rozciąga się zewnętrzny i wewnętrzny płaszcz ziemi. Crofesima to nazwa płaszcza zewnętrznego zbudowanego z czterech pierwiastków: magnezu, krzemu, żelaza i chromu. Na głębokości około 150 km, płaszcz ma charakter plastyczny. Plastyczność tej części płaszcza powoduje ruchliwość skorupy ziemskiej i przemieszczanie. Poniżej crofesimy znajduje się płaszcz wewnętrzny, czyli nifesima. Składniki tej części to: nikiel, żelazo, krzem i magnez. Przemieszczanie się mas plastycznych związane jest prawdopodobnie z ciepłem wpływającym na materię. Temperatura w płaszczu wewnętrznym osiąga powyżej 1300 stopni Celsjusza. Materia o tej temperaturze nosi nazwę magmy. Różnice temperatur powodują wytwarzanie się prądów cieplnych - wywołują one ruchy tektoniczne. Wybuchy wulkaniczne i trzęsienia ziemi są najpewniej efektem wyrównywania temperatur wewnątrz ziemi. Na głębokości około trzech tysięcy kilometrów w głąb Ziemi, kończy się płaszcz i zaczyna się jądro. Podobnie jak płaszcz Ziemi tak i jądro Ziemi dzieli się na część zewnętrzną i wewnętrzną. Zakłada się, że część wewnętrzna jądra ma konsystencję ciała stałego, natomiast zewnętrzna jest ciekła. Trudno jest sobie wyobrazić jak bardzo wysokie jest ciśnienie jądra - wynosi ono więcej niż 3,5 miliona atmosfer.
Tak pokrótce wygląda budowa wnętrza Ziemi, począwszy od zewnętrznej części skorupy ziemskiej do jądra. Nas jednak najbardziej interesuje litosfera, czyli skorupa ziemska z górną częścią płaszcza Ziemi.

Litosfera jest niejednorodna, stosunkowo chłodna i sztywna. Skorupa kontynentalna składa się z warstwy osadowej oraz granitowej i bazaltowej, a skorupę oceaniczną charakteryzuje brak warstwy granitowej. Część litosfery zwana płaszczem Ziemi, inaczej mezosfera, jest to środkowa strefa kuli ziemskiej zawarta między dolną granicą skorupy ziemskiej (na głębokości około 30 kilometrów). Teoria tektoniki płyt, zakłada że litosfera podzielona jest na stale przemieszczające się względem siebie płyty. Dzieje się tak pod wpływem prądów w płaszczu Ziemi. Zasadniczo wyróżnia się w litosferze płyty : euroazjatycką, afrykańską, indo - australijską, pacyficzną, amerykańską i antarktyczną. Granice płyt, to doliny ryftowe i rowy oceaniczne. Podsuwanie się jednej płyty pod drugą, występuje w tej strefie nazywanej strefą subdukcji. To, że płyty litosfery ulegają przesunięciom, powoduje tworzenie olbrzymich łańcuchów górskich, trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów. Przesunięcia te wynoszą do 10 centymetrów rocznie i jest prawdopodobne że za miliony lat kontynenty ulegną innemu rozmieszczeniu. Skorupę ziemską budują skały, w skład których wchodzą różnorodne minerały. Ogólnie skały można podzielić na osadowe, pochodzenia chemicznego i metamorficzne. Zewnętrzną warstwę skorupy ziemskiej czyli litosferę której podłoże jest obciążone budowlą ( za pośrednictwem jej fundamentu ) nazywamy gruntem budowlanym. Nośność gruntu budowlanego zwiększa się przez jego zagęszczenie. Aby to osiągnąć, przeprowadza się wbijanie pali, krzemianowanie lub zeskalanie. Od tego, jaki jest rodzaj gruntu budowlanego, zależy przebieg osiadania budowli. Przydatnością gruntów do celów budowlanych zajmuje się dział nauki zwany geotechniką. Nauka ta ma fundamentalne znaczenie w konstruowaniu budowli. Należy mieć doskonałą wiedzę na temat nośności gruntu i jego właściwości fizycznych i chemicznych, aby budynek nie osiadł.

Aby nie dopuścić do takiej sytuacji, należy perfekcyjnie zbadać: gęstość pozorną, gęstość szkieletu gruntowego, wilgotność gruntu, skład uziarnienia, wodoprzepuszczalność, stan zagęszczenia gruntu i konsystencję gruntu. Dokładność w ocenie, gwarantuje pomyślność w postawieniu budowli. Bardzo istotną właściwością mechaniczną gruntów jest ich wytrzymałość na ściskanie, ścinanie oraz ściśliwość gruntu. Wytrzymałość na ściskanie określa przydatność do posadowienia obiektów budowlanych. Gruntu nie można obciążać do granic wytrzymałości. Wytrzymałość na ścinanie zależy od spójności między cząsteczkowej i od tarcia między cząsteczkami gruntu. Właściwe określenie wytrzymałości zapobiega osiadaniu obiektów budowlanych oraz zsuwaniu się skarp do wykopu. Najważniejszą cechą gruntu budowlanego jest ściśliwość gruntu. Od niej zależy osiadanie obiektu budowlanego, który jest posadowiony w gruncie. Pod wpływem osiadania, pod fundamentem powstają naprężenia, które nazywamy rzeczywistymi. Jeszcze inną właściwością mechaniczną gruntu jest kąt stoku naturalnego . Określa on najwyższe z możliwych nachylenia gruntu w zboczu. Kąt odłamu gruntu, to część gruntu, która może się obsunąć. Geologicznie skorupa ziemska jest bardzo niejednorodna, także grunty są ze sobą przemieszane. Wyróżniamy grunty skaliste, mineralne - mało spoiste, średnio spoiste, ale też o dużej spoistości i organiczne. Od tego, jaki jest rodzaj gruntu, zależy organizacja pracy na budowie. Niezwykle istotne znaczenie ma rozeznanie gruntów w pracach budowlanych na dużych głębokościach. Każda warstwa gruntu wymaga stosowania innych technik przy wykopach. W zależności od rodzaju gruntu, należy dostosować sprzęt do prac budowlanych. W gruntach skalistych trzeba np. często stosować materiały wybuchowe zamiast typowego sprzętu wydobywczego. Dużą wagę w budownictwie, obok rodzaju gruntu mają warunki pogodowe - mróz i duża wilgotność mogą utrudnić lub zniszczyć efekty pracy zespołów budowlanych. Zewnętrzna warstwa litosfery narzuca przez swą wielką różnorodność, konieczność uwzględnienia wszystkich enzymów, które mają stanowić o końcowym efekcie prowadzonych prac budowlanych i o gwarancjach wytrzymałościowych budowli.