Geologie inginerească

Capitolul 1 – Structura Universului

1.1. Introducere

Geologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul Pământului ca planetă. Numele său este format din două cuvinte greceşti (geo = pământ şi logos = ştiinţă, vorbire) şi reprezintă de fapt traducerea exactă a acestora. Planeta Pământ este denumită şi cu termenul latin „Terra”, de unde derivă expresiile glob terestru, roci terigene, aterizare etc.

Geologia are legături strânse cu toate ramurile ştiinţelor naturii cum ar fi: chimie, fizică, biologie, biochimie, matematică, geografie, astronomie etc.

Pentru alegerea amplasamentelor de baraje şi alte lucrări hidrotehnice, tuneluri, canale navigabile, drumuri, căi ferate, poduri şi viaducte, alimentări cu apă, s-a dezvoltat o ramură specială a Geologiei denumită Geologie inginerească.

Geologia inginerească trebuie să studieze compoziţia, structura, starea şi proprietăţile fizico-mecanice ale materialului din care este alcătuită partea superioară a globului terestru în raport cu comportarea sa sub sarcinile construcţiilor.

Astăzi nu se mai concepe nici o lucrare de construcţii fără cercetări de geologie inginerească. Din acest motiv colaborarea între inginerul constructor şi geolog sau inginer geolog trebuie să fie cât mai strânsă.

Fără a ţine seama de datele geologice nu se poate proiecta şi nu se poate construi raţional cu asigurarea funcţionalităţii, durabilităţii şi economicităţii, stabilităţii şi rezistenţei obiectivului respectiv.

1.2. Universul ca sistem material

Cel mai mare şi mai complex sistem material poate fi considerat Universul sau Cosmosul, care este alcătuit din totalitatea corpurilor şi fenomenelor cosmice şi a spaţiului dintre acestea. Din cauza imensităţii întinderii acestui spaţiu, el nu este accesibil observaţiilor omului decât parţial.

Prin univers se înţelege întreaga lume, infinită în spaţiu şi veşnică în timp în care se află materia (masă + energie + informaţie), diversificată ca formă şi conţinut în diferite stadii de dezvoltare.

Universul este caracterizat prin patru dimensiuni (trei dimensiuni spaţiale şi a patra dimensiune, timpul). În nici un alt domeniu al ştiinţelor nu s-a ajuns la o aşa strânsă contopire a spaţiului cu timpul încât să se măsoare distanţele cosmice prin unităţi de timp.

Dimensiunile excesiv de mari ale spaţiului cosmic au impus utilizarea unor unităţi de măsură adecvate. Astfel, pentru măsurarea distanţelor se folosesc:

unitatea astronomică (UA) care are valoarea de 149.600.000 km, fiind egală cu media distanţei de la sistemul Pământ – Lună şi centrul Soarelui;

parsecul (pc):1 pc=206.266,8 UA=3,0851013km=30,851012 km;

anul-lumină, este cea mai mare unitate de măsură şi estimare a dimensiunilor de spaţiu – timp în Univers; anul-lumină este egal cu distanţa străbătută de lumină, în vid (cu viteza 299.792.458 m/s), în timp de un an tropic (365,242199 zile), distanţă egală cu 9,451·1015 m = 9,451·1012 km = 6,3275 UA.

O parte din materia din Univers este organizată în corpuri cosmice. Acestea pot fi clasificate, la rândul lor, în corpuri fierbinţi şi corpuri reci. În categoria corpurilor fierbinţi se include stelele de diverse mărimi şi tipuri. Având temperaturi foarte ridicate, stelele emit lumină şi căldură în spaţiul înconjurător.

Stelele diferă între ele prin dimensiuni, temperatură, culoare şi luminozitate, caracteristici care, la rândul lor, depind de stadiul de evoluţie a stelelor.

Stelele se văd proiectate pe bolta cerească distribuite neuniform. Unele stele apar grupate, constituind constelaţii, cărora li s-au dat denumiri diverse.

Între corpurile reci se pot cita planetele cu sateliţii lor, asteroizii, meteoriţii şi cometele. Aceste corpuri cosmice nu emit lumină proprie, ci reflectă doar lumina venită de la stele.

Materia neorganizată se găseşte sub formă de praf cosmic şi gaze (molecule şi atomi sau ioni, care sunt dispersaţi în spaţiul cosmic). Se constată o tendinţă de grupare a materiei neorganizate sub formă de mari aglomerări de gaze şi praf cosmic. Acestea pot fi observate atât datorită reflexiei luminii stelare, cât şi a emisiei lor proprii. De aceea se prezintă ca nişte pete luminoase, cărora li se spune nebuloase.

Corpurile cosmice nu sunt răspândite haotic în Univers, ci sunt grupate în sisteme de mărimi şi complexităţi diferite. Astfel, corpurile reci, fiind mai mici, sunt grupate în jurul unor stele, alcătuind sisteme planetare. Şi stelele se aglomerează în roiuri numite galaxii.

Întrucât Soarele şi deci şi Pământul sunt aproape de planul ecuatorial al Galaxiei noastre, mai vedem stelele acesteia proiectate pe bolta cerească sub forma unei fâşii mai luminoase, numite Calea Lactee, deoarece raza vizuală întâlneşte un număr mai mare de stele în direcţia diametrului galaxiei.

1.2.1 Galaxia noastră

În centrul galaxiei este nucleul, mai dens, cu un diametru de 50 de ani-lumină.

Din regiunea periferică a discului galactic se desprind cele patru braţe ale galaxiei, care se desfăşoară, fiecare, sub forma unei spirale uriaşe. Aceste braţe sunt generatoare de stele chiar şi astăzi.

Galaxia este antrenată într-o permanentă mişcare de rotaţie în jurul axei proprii. Rotirea, însă nu se face sub forma unui bloc unitar, viteza de rotaţie fiind mai mică spre periferie.

Printre miliardele de stele ale Căii Lactee se află şi Soarele. El este situat la o distanţă de circa 27.000 ani-lumină de centrul Galaxiei şi se roteşte în jurul acestuia cu o viteză de 220 km/s. Un ciclu complet de rotaţie în jurul axei mici se face timp de aproximativ 275 milioane de ani, timp numit an galactic.

La rândul ei, Galaxia este unul din numeroasele sisteme stelare care se găsesc în Univers.

1.2.2 Sistemul nostru solar

Sistemul solar este o componentă a Galaxiei noastre. El este un ansamblu format din Soare şi o serie de corpuri cereşti, care se mişcă în jurul lui sub influenţa forţei sale de atracţie, precum şi spaţiul cosmic definit de orbitele acestor corpuri cereşti.

Sistemul solar este constituit dintr-o stea – Soarele – în jurul căruia gravitează nouă planete: Mercur, Venus, Terra, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluton (Me Ve Te Mar Ju Sa Ur Ne Plu). În jurul planetelor gravitează 60 de sateliţi. Denumirea de planete a fost dată de vechii greci aştrilor care îşi schimbă locul pe cer spre deosebire de stele, care aparent sunt fixe. În traducere, cuvântul planetă înseamnă „rătăcitor”.

În aceste sistem bine structurat se mai găsesc şi aşa-zisele „corpuri mici”, care grupează mii de asteroizi, cometele (stele cu coadă), sistemele de inele ale lui Saturn, Jupiter, Uranus şi Neptun şi praful interplanetar, compus din particule silicatice învăluite în gheaţă

Sistemul solar poate fi asemuit din punct de vedere structural, cu un disc în centrul căruia se află Soarele, iar în jurul său orbitele succesive ale planetelor (Fig. 2.)