Геохимические особенности выветривания гранита в условиях городской среды
Гранит рапакиви и сердобольский гранит широко использованы в архитектуре Санкт-Петербурга. С течением времени в условиях агрессивной среды крупного города происходит разрушение сооружений из природного камня. Гранит подвергается физическому, химическому, биологическому и антропогенному выветриванию. В работе рассмотрены особенности структуры, текстуры, минерального и химического состава пород, приведены результаты модельных экспериментов динамики выветривания гранита, охарактеризовано биологическое разрушения камня. Показано, что гранит рапакиви интенсивнее разрушается при выветривании. Он сильнее подвержен физическому и биогенному разрушению ввиду особенностей его структуры. На сердобольский гранит в большей степени влияет химическое выветривание за счет наличия сульфидов в его составе. При выветривании гранита рапакиви большинство элементов легко вымываются и переходят в раствор. Образующиеся в процессе биогенного разрушения биопленки на поверхности гранита рапакиви включают 26 видов микроорганизмов, на сердобольском граните – 11.
Гранит является распространенным материалом, используемым при строительстве Санкт-Петербурга и других северных городов. Его повсеместное применение связано с разработкой месторождений различных видов гранита на берегу Финского залива и территории Карельского перешейка. Несмотря на то, что гранит – прочная порода, он подвергается разрушению под действием естественных и антропогенных факторов: выбросов предприятий, выхлопных газов, атмосферного загрязнения, вандализма, естественного старения.
Знание особенностей разрушения камня необходимо для эффективной работы архитекторов, реставраторов и горнодобывающих компаний. Среди актуальных вопросов, требующих решения в рамках данной работы, выделяется: степень внешнего изменения гранита со временем, влияние текстуры и структуры камня на интенсивность его выветривания, влияние загрязненности воздуха, зависимость степени гипергенеза от пористости породы, особенности биологического разрушения гранита в зависимости от его типа, прогнозирование устойчивости камня при его длительном использовании в конкретных условиях.
Целью написания выпускной квалификационной работы является выявление особенностей выветривания различных типов гранита в условиях городской среды.
Задачи:
документация различных типов выветривания гранита в Санкт-Петербурге;
выявление изменений минерального и химического состава гранитов при выветривании;
проведение модельных экспериментов динамики выветривания гранита;
изучение особенностей биологического выветривания гранита.
В качестве объекта исследования выступают образцы гранита рапакиви и сердобольского гранита, представляющие собой выпавшие фрагменты пород. Образцы гранита рапакиви отобраны на наб. реки Фонтанки, Университетской набережной, наб. реки Мойки, наб. канала Грибоедова, образцы сердобольского гранита – на наб. канала Грибоедова, Смольной набережной, наб. реки Карповки, наб. Обводного канала. Количество проб, исследуемых в ходе работы, составляет 8 биологических проб, 10 шлифов, 6 аншлифов и 16 порошковых проб сердобольского гранита и 15 шлифов, 10 аншлифов, 28 порошковых проб гранита рапакиви. С учетом 10 образцов «гранитной крошки» общее количество анализируемых проб составляет более 100.
В работе использованы следующие методы:
фотодокументация состояния гранита в Санкт-Петербуре;
макроскопическое описание пород;
петрографические исследования;
рентгеновская томография;
рентгено-спектральный анализ;
рентгено-фазовый анализ;
микрорентгеноспектральный анализ и растровая электронная микроскопия;
ИСП-МС анализ;
модельный эксперимент по растворимости гранита;
конфокальная микроскопия;
микологический анализ;
инверсионная вольтамперометрия;
методы статистической обработки данных.
Таким образом, изучение и сравнение основных особенностей выветривания гранита рапакиви и сердобольского гранита необходимо для правильного выбора строительного материала и его дальнейшего сохранения и реставрации с целью увеличения срока службы камня.
Выражаю благодарность моему научному руководителю, Пановой Е. Г., за предоставленные материалы и помощь в написании работы. Также хочу поблагодарить Зеленскую М. С. за выполнение микологического анализа (Глава 5. Биологическое выветривание гранита). Я глубоко признательна всем сотрудникам ресурсных центров СПбГУ: ресурсный центр «Центр исследования и моделирования геологических и геоэкологических процессов и систем (Геомодель)», ресурсный центр «Рентгенодифракционные методы исследования», ресурсный центр микроскопии и микроанализа, ресурсный центр «Методы анализа состава вещества».
По результатам проведенных исследований была составлена сравнительная таблица, в которой приведены признаки, влияющие на интенсивность выветривания гранита рапакиви и сердобольского гранита (таблица 23).
Таблица 23. Критерии сравнения гранита рапакиви и сердобольского гранита относительно интенсивности их выветривания.
Таблица 23. Критерии сравнения гранита рапакиви и сердобольского гранита относительно интенсивности их выветривания (продолжение).
Основываясь на данных, полученных в ходе исследований гранита рапакиви и сердобольского гранита, а также анализе сравнительной таблицы (таблица 23), можно сделать следующие выводы:
Гранит рапакиви при выветривании разрушается интенсивнее сердобольского гранита ввиду его крупнозернистой и неравномернозернистой структуры. На него в большей степени оказывают влияние физическое и биологическое выветривание.
Минеральный состав гранита рапакиви более разнообразен по количеству темноцветных и акцессорных минералов, а сердобольского гранита – по количеству сульфидов. На сердобольский гранит в большей степени оказывает влияние химическое выветривание. Интенсивность выветривания оценена по величине индексов химического выветривания. Для неизмененного гранита рапакиви индекс CIW равен 74,87, для его корки – 73,77, для неизмененного сердобольского гранита – 81,72, для выветрелой корки – 83,72.
При выветривании гранита рапакиви большинство элементов (17) легко вымываются и переходят в раствор; для сердобольского гранита к таким элементам относятся халькофильные (Pb, Zn, Cu) и литофильные элементы (La, Ce, Sr, Mo).
При биологическом выветривании на поверхности камня развиваются биопленки. В составе биопленки на граните рапакиви обнаружено 26 видов микроорганизмов, на поверхности сердобольского гранита – 11. Биопленки сорбируют тяжелые металлы: Zn, Cu, Cd, Pb.
Беляев A.M. Минералого-геохимическая специализация гранитов рапакиви Выборгского массива // Вестн.ЛГУ. — 1963. — Вып.1. — С.13-22.
Биологическое выветривание гранита в условиях Городской среды / Панова Е.Г. [и др.] // Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера». — 2015. — Т. 7, № 1. — С. 61-79.
Борисов И.В. История горного дела Северного Приладожья (XVII в. – 1939 г.). —Сортавала, 2009.
Борисов И.В. Каменоломни о.Тулолансаари // Дорога горных промыслов. — Петрозаводск.: Институт геологии Карельского научного центра РАН, 2014. — С. 216-235.
Борисов И.В. Сердобольский гранит острова Тулолансаари // LXXIII Герценовские чтения. Коллективная монография по материалам ежегодной международной научно-практической конференции; под ред. С.И. Богданова, Д.А. Субетто, А.Н. Параниной. — СПб.: Изд-во Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. — 2020. — С. 385-389.
Булах А.Г. Каменное убранство Петербурга. Шедевры архитектурного и монументального искусства Северной столицы. Сер. Санкт-Петербургу – 300 лет. — СПб.: Центрполиграф, 2009. — 320 с.
Булах А.Г., Абакумова Н.Б. Каменное убранство центра Ленинграда. — Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1987. — 198 с.
Булах А.Г., Гавриленко В.В., Панова Е.Г. Гранит рапакиви в Санкт-Петербурге: архитектура и минералого-петрографические наблюдения // Вестник СПбГУ. Сер. 7. —2016. — Вып. 3. — С. 40-53.
Великославинский Д.А. Проблема гранитов рапакиви. — М.: АОЗТ «Геоинформмарк», 1995. — 156 с.
Ветровая корразия // Геологический словарь: [в 3 т.] / гл. ред. О. В. Петров. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2010. — Т. 1. А — Й.
Власов А.Д. Геоэкологические факторы разрушения гранита-рапакиви и особенности его биообрастания в нарушенных экосистемах // Известия Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена. — СПб., 2012. — № 153-2. — С.39-46.
Ефремова С.В., Стафеев К.Г. Петрохимические методы исследования горных пород: Справочное пособие. – М.: Недра, 1985. — 511 с.
Интерпретация геохимических данных. Учеб. пособие / Е. В. Скляров Е.В. [и др.] — М.: Интермет Инжиниринг, 2001. — 288 с.
Кадыров Р.И. Рентгеновская компьютерная томография в геологии. Учебно-методическое пособие − Казань: Изд-во Казанского (Приволжского) федерального университета, 2020 – 37 c.
Калмыков К.Б., Дмитриева Н.Е. Сканирующая электронная микроскопия и рентгено-спектральный анализ неорганических материалов. Методическое пособие для студентов химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. — М.: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова. — 2017. — 58 с.
Кузьминых Е.В. Возрождение каменного дела в России. — Mauritius: LAP Lambert Academic Publishing, 2019. — 156 с.
Кузьминых Е.В. Граниты месторождения «Возрождение» – уникальный материал для сохранения и приумножения архитектурного величия российских городов // Добыча, обработка и применение природного камня: сборник научных трудов Международной технической конференции; под ред. Г.Д. Першина. — Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 2017. — С. 192-208.
Ларин А. М. Граниты рапакиви и ассоциирующие породы. — СПб.: Наука, 2011. — 402 с.
Леонтьев О.К., Рычагов Г.И. Общая геоморфология: Учеб. для студ. геогр. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. — 319 с.
Лукашев К.И., Лукашев В.К. Геохимия зоны гипергенеза. — Минск: Наука и техника, 1975. — 424 с.
Морозов М.В. Минералого-петрографические критерии идентификации «сердобольского гранита » // Геология и стратегические полезные ископаемые Кольского региона: Труды IX Всероссийской Ферсмановской научной сессии, посвящённой 60-летию Геологического института КНЦ РАН; под ред. Ю.Л. Войтеховского. — Апатиты: Изд-во K& M, 2012. – 380 c.
Морозов М. В., Кемпе У., Борисов И. В. Минералого-петрографические особенности «сердобольских гранитов» из исторических горных выработок района Сортавалы (Северное Приладожье) // Фёдоровская сессия 2008: Тезисы докладов международной научной конференции. — СПб.: 2008. — С. 287-289.
Нугуманова А.А. Экологическая оценка методов добычи блочного камня (гранита) на примере месторождения «Возрождение» // Геология в развивающемся мире: сборник научных трудов по материалам XII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых; под ред. Ю. А. Башурова. — Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2019. — С. 507-509.
Панова Е.Г., Власов Д.Ю. Оценка состояния гранита в памятниках архитектуры. — СПб.: Наука, 2015. — 190 с.
Практическая петрология: методические рекомендации по изучению магматических образований применительно к задачам госгеолкарт / М.В. Наумов [и др.] — СПб: Изд-во ВСЕГЕИ, 2017. — 168 с.
Романова Т.И. Маленькая прогулка по Большой Морской // Современная геология и образование школьников в области наук о Земле: сборник статей по материалам научно-практической педагогической конференции; под ред. Н.Г. Ермош. — СПб.: Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. — 2018. — С. 81-83.
Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. Теоретические основы и аналитическая практика; пер. с нем. — 2-е изд. (эл.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 284 с.
Шарков Е.В. Внутриплитные магматические системы середины протерозоя на примере анортозит-рапакивигранитных комплексов Балтийского и Украинского щитов // Российский журнал наук о Земле. — М.: Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН, 1999. — Т. 1, № 4. — С. 3-21.
Bahlung H., Dobrzinnski N. A review of the Chemical Index of Alteration (CIA) and its application to the study of Neoproterozoic glacial deposits and climate transitions in press // Arnaud E., Halverson G.P., Shields G.A. (eds.). The Geological Record of Neoproterozoic Glasiations. Geological Society, London, Memoir, 2009.
Bulakh A., Harma P., Panova E., Selonen O. Rapakivi granite in the architecture of St Petersburg: a potential Global Heritage Stone from Finland and Russia // Global Heritage Stone: Worldwide Examples of Heritage Stones. — London: Geological Society, Special Publications, 2020.
Cox R., Lowe D.R., Gullers R.L. The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in southwestern United States // Geochim. Cosmochim. Acta, Vol. 59, 1995. — Р. 2919-2940.
Geotechnical report 10. Natural stone production in the Wiborg rapakivi granite batholith in southeastern Finland / Paavo Härmä, Olavi Selonen. — Helsinki: The Finnish Natural Stone Association, 2018. — 35 р.
Harnois L. The CIW index: a new chemical index of weathering // Sed. Geol. Vol. 55. N 3-4, 1988. — Р. 319-322.
Law K., Nesbitt H. et al. Weathering of granite tills and the genesis of a podzol // American Journal of Science. Vol. 291, 1991. — Р. 940-976.
Price J., Velbel M. Chemical weathering indices applied to weathering profiles developed on heterogeneous felsic metamorphic parent rocks // Chemical Geology. Vol. 202, 2003. — Р. 397-416.
Webb R. H. Confocal optical microscopy. Rep. Prog. Phys. 59, 1996. — Р. 427-471.
Борисов И.В. Камни Tulola [Электронный ресурс] // текст доклада на конференции «Помни о Севере». — 2016. — Сортавала: Краеведческий музей. Региональный музей Северного Приладожья. — Режим доступа: , свободный.
Геологические карты Ленинградской области [Электронный ресурс]. — СПб.: Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена. Кафедра геологии и геоэкологии. — Режим доступа: https://geoecology.nethouse.ru, свободный.
Интерактивная электронная карта недропользования Российской Федерации [Электронный ресурс]. — М. — Режим доступа: https://map.mineral.ru, свободный.
Научный парк [Электронный ресурс]. — СПб.: СПбГУ. — Режим доступа: , свободный.
Образовательный ресурсный центр микроскопии [Электронный ресурс]. — СПб.: СПбГУ. — Режим доступа: , свободный.
Основные понятия конфокальной микроскопии. Режимы и методы создания изображений / Stormoff [Электронный ресурс]. — Красногорск. — Режим доступа: https://stormoff.ru/mediacenter/articles/article_98/, свободный.
Mindat.org – Mines, Minerals and More [Электронный ресурс]. — Keswick.: The Hudson Institute of Mineralogy. — Режим доступа: , свободный.
Visit Petersburg – Официальный туристский портал Санкт-Петербурга [Электронный ресурс]. — СПб. — Режим доступа: https://www.visit-petersburg.ru, свободный.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.1 (20 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
