English version below.

Otázky/Úkoly:

1. Jaké stádium zvětrávání se nachází na výchozech lokality Earthcache? Zdůvodněte své odpovědi.

2. Jaké produkty zvětrávání se nacházejí v okolí výchozů? Stručně je popište.

3. Jak hodnotíte stabilitu skalní stěny? Zdůvodněte své odpovědi.

Topografie Liberce je poměrně zajímavá. Ve městě se nachází mnoho svahů. I v rámci jedné městské čtvrti mohou výškové rozdíly dosahovat 10–20 metrů nebo i více.  Obecně lze říci, že sklon svahu v některých oblastech Liberce může být značný. Takový příklad svahu se nachází v blízkosti souřadnic Earthcache. Areál a budovy Střední průmyslové školy v Liberci se nacházejí na malém kopci, který je odříznut ostrým srázem vysokým několik metrů. Skála je geologicky zajímavá, protože se jedná o skalní výchoz skalného podloží, které je již delší dobu obnažené a zvětralé. Obnažený skalní výchoz na okraji svahu, který podléhá zvětrávání, by mohl být zajímavý také pro geology, urbanisty a inženýry. To je zvláště důležité v kopcovitém městském prostředí, kde budovy stojí na svazích nebo v blízkosti okrajů svahů přirozené strmé stěny. Geologové a inženýři by mohli mít zájem o prozkoumání strmé stěny, aby zajistili její stabilitu, zkontrolovali její zvětrávání a posoudili riziko sesuvů půdy a další nebezpečí pro obyvatele města.

Zvětrávání skalního podloží hraje hmatatelnou roli v plánování měst. Určení zón zvýšeného zvětrávání skalního podloží představuje nestabilitu, kterou nyní urbanisté mapují a zmírňují dříve, než nastanou problémy.

Studium stupně zvětrávání, které zahrnuje snížený odpor, změněný fyzikální stav a změnu stavu napětí na svahu nebo svazích, je nezbytné pro inženýrsko-geologické vyhodnocení. Tato Earthcache umožňuje studovat odkrytou strmou stěnu a posoudit její stupeň zvětrávání. Pojďme objevit rámec stupňů zvětrávání skalního podloží.

Klasifikace zvětrávání

Geologové a inženýři používají standardizovaný systém hodnocení k popisu toho, jak rozsáhle hornina je zvětralá. Nejrozšířenějším systémem je systém vyvinutý mezinárodní společností International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISRM). Tento systém přiřazuje stupně zvětrávání (1 až 6) na základě charakteristik horniny – od čerstvé, nezvětralé horniny až po zcela zvětralý materiál (zbytkova půda).

Zdroje: ISRM 2015. (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering), www.rockmass.net

Produkty zvětrávání

Terénní pozorování související s hodnocením výchozů by se neměla omezovat pouze na samotný výchoz, ale měla by zahrnovat i jeho okolí. Produkty zvětrávání nalezené v blízkosti horninového výchozů lze také použít jako další indikátor pro hodnocení a posouzení stupně zvětrávání horninových výchozů a jejich stability. Produkty zvětrávání poskytují důležité informace o místních geologických podmínkách svahu i o podpovrchových podmínkách v daném místě. Níže je uveden popis běžných produktů zvětrávání s krátkým shrnutím jejich původu a procesů jejich vzniku.

Source: Own pictures and Creative Commons license free pictures

Písek

Písek ve formě sypkého, zrnitého materiálu je poměrně běžným produktem zvětrávání. Přítomnost písku naznačuje, že se hornina mechanicky rozpadla na jednotlivá minerální zrna. Je to důkaz granulárního rozpadu. Jednotlivá zrna jsou velmi malá, menší než 2 mm. Částice písku o velikosti 2 mm by však již byla považována za neobvykle velkou. Obvykle mají jednotlivé částice písku velikost menší než 1 mm. Množství písku jako produktu zvětrávání je indikátorem skutečnosti, že fyzikální zvětrávání postupuje rychleji než chemické. Svou roli zde hrají faktory, jako je klima, vlhkost a cykly tání a mrazu. V mírnějším podnebí s mírnými až chladnými teplotami by tomu tak mohlo být. Chemické zvětrávání naopak postupuje rychleji ve vlhčím a teplejším podnebí. Písek tvoří hlavně minerály křemene, které patří k nejodolnějším minerálům vůči zvětrávání.

Grus

Grus je podobný produkt zvětrávání jako písek v tom smyslu, že se skládá z menších horninových úlomků, nicméně jeho částice jsou podstatně větší. Jednotlivé částice grusu mají obvykle velikost mezi 2 mm a 10 mm. Jejich velikost odráží texturu horniny, ze které se rozpadly. Stejně jako v případě písku je grus přímým produktem fyzikálního zvětrávání a vyskytuje se v okolí výchozů, kde fyzikální zvětrávání postupuje rychleji než chemické zvětrávání.

Jádrové kameny

Jádrové kameny jsou o jednu úroveň větší než drť. Mohou mít různé velikosti, od velikosti pěsti, přes středně velký kámen až po obrovský kamen, který má velikost jednoho nebo i několika metrů. Stejně jako písek a drť je přímým produktem fyzikálního zvětrávání a je také důkazem pokročilých procesů fyzikálního zvětrávání, které předběhly procesy chemického zvětrávání.

Saprolit

Saprolit se obvykle vyskytuje v zabarvené formě původní horniny. Je to převážně produkt chemického zvětrávání. Je to tzv. „in-site“ shnilá hornina. Jinými slovy to znamená, že se nachází přímo v odkryvu, má strukturu původní horniny, jako produkt zvětrávání se fyzikálně nerozpadl od odkryvu svého původu. Na rozdíl od písku, grusu a jádrových kamenů je důkazem mnohem pokročilejšího chemického zvětrávání a vyskytuje se v místech, kde chemické zvětrávání předběhlo procesy fyzikálního zvětrávání. Jeho struktura je velmi slabá a lze ji z odkryvu snadno odstranit ručně. Lze ji rozdrtit prsty podobně jako jíl nebo bahno.

Půda

Půda je nejpokročilejším produktem zvětrávání. Původní textura skalního výchoz není rozpoznatelná. V podstatě je skála pryč a zbývají částice půdy. Hornina se zcela rozpadla. Podobně jako saprolit je převážně produktem pokročilého chemického zvětrávání. Horniny sestávající z jiných minerálů než křemene mají tendenci vytvářet půdy.

Zdroje:

Carrión, Paúl & Briones-Bitar, Josue & Morante, Fernando & Stay, David & Blanco-Torrens, Roberto & Berrezueta, Edgar. (2021). Evaluation of Slope Stability in an Urban Area as a Basis for Territorial Planning: A Case Study. Applied Sciences. 11. 5013. 10.3390/app11115013. 

https://www.issmge.org/uploads/publications/25/26/ISC5_164.pdf
https://www.rockmass.net/files/weathering_grades.pdf
https://rockmass.net/
 

English version

Questions/Tasks:

1. What stage of weathering is present at the outcrop of the Earthcache location? Justify your answers.

2. What products of weathering can be found around the outcrop? Describe them shortly.

3. What is your assesment of stability of the outcrop wall? Justify your answers.

The topography of Liberec is quite interesting. Within the city there are many slopes. Even within just one block the differences in elevation can amount to dozens of meters or even more. Generally speaking slope percentage in some areas of Liberec can be substantial. Such example of a slope is located nearby the coordinates of the Earthcache. The campus and the buildings of the Liberec Secondary Industrial School are located on a small hill which is cut off by a sharp cliff several meters high. The cliff is geologically interesting as it is an bedrock outcrop which has been exposed and weathered for quite some time. An exposed outcrop on the edge of a slope which undergoes weathering might also be interesting to geologists, city planners and engineers. Especially this is important in a hilly urban settings where buildings are standing on slopes or near the edges of slopes of a natural steep outcrop wall. Geologists and engineers might be interested in examining an steep outcrop wall in order to ensure its stability, check its weathering status in order to asses the landslide risks and other hazards for the urban inhabitants. 

Bedrock weathering plays a tangible role in city planning. Determining zones of increased bedrock weathering  is a instability that city planners now map and mitigate before problems arise.

The study of the weathering degree, which implies reduced resistance, altered physical state and variation of the tension state on the slope or slopes, is necessary for the engineering–geological evaluation. This Earthcache allows you to study exposed outcrop steep wall, asses its weathering stage. Let us discover the framework of weathering degrees of bedrock.

Weathering Classification

Geologists and engineers use a standardized grading system to describe how extensively a rock, like granite has weathered.  The most widely adopted scheme is the one developed by the International Society for Rock Mechanics (ISRM). This system assigns weathering grades (1 through 6) based on the rock’s characteristics – from fresh, unweathered rock to completely weathered material (residual soil). 

Source: ISRM 2015. (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering), www.rockmass.net

Products of Weathering

Field observations related to outcrop assessment should not only be limited to the outcrop itself but also cover its vicinity. The weathering products found at the rock outcrop can be also used as an additional indicator for evaluating and assessing the stage of advancement of rock outcrop weathering and its stability. The weathering products provide important clues abuot the local geological conditions of the slope as well as the subsurface conditions present at a given location. Below is a description of common weathering products with a short summary regarding their origin and processes of how they form.

Source: Own pictures and Creative Commons license free pictures

Sand

Sand  in the form of loose, granular material is quite common weathering product. The presence of sand indicates that the rock has broken down mechnically into individual mineral grains. It is a proove of granular disintegration. The inidivdual grain are very small, smaller than 2 mm. However, a sand particle of 2 mm would be considered already as an unsually big one. Normally individual sand particals have size smaller than 1 mm. The abundance of sand as a weathering product is an indicator for the fact that physical weathering progresses faster than chemical weathering. Factors such as climate, hunidity and thaw and freeze cycles play here a role. In a more moderate climates with moderate to cool temperatures this could be the case. Chemical weathering o the other hand progresses faster in the more humid and warmer climates. Mainly minerals of quarz produce sand as they are one of the most resistant minerals to weathering.

Gruss

Gruss is a similar weathering product to sand in a way that it consits of smaller rock debris, however its particles are substantially larger. Usually individual particles of gruss are anywahere between 2mm to 10 mm in size. Their size mirrors the texture of the rock from which they have disintegrated. Just like in the case of sand, gruss is a direct product of physical weathering and occurs around outcrops where physical weathering progresses faster than the chemical weathering. 

Corestones

Corestone are one level bigger than gruss. They can have various sizes, begining from the size of a fist, through a medium sized rock to a huge bolder which has the size of a meter of even several meters. Just like sand and gruss it is a direct product of physical weathering and is also evidence for advanced physical weathering processes which have outpaced the chemical weathering processes. 

Saprolite

Saprolite usually occurs in a discolored form of an original rock. It is mainly a product of chemical weathering. It is a so called "in-site" rotten rock. Anotherwords it means, it is directly located within the outcrop, has a structure of the original rock, as a weathering product it has not been physically disintegrated from the outcrop of its origin. As opped to sand, gruss and corestones it is evidence of much adnaced chemical weathering and it occurs in locations where chemical weathering has outpaced the physical weathering processes. Its structure is very weak and it can be easily removed by hand from the outcrop. It can be crushed with fingers similar as clay or mud. 

Soil

Soil is the most advanced product of weathering. The original texture of the rock outcrop is not recognizable. Basically the rock is gone and the soil particles are left. The rock has fully disintegrated. Similar to saprolite it is mainly a product of advanced chemical weathering. Rocks consiting of other minerals than quarz tend to produce soils.

Sources:

Carrión, Paúl & Briones-Bitar, Josue & Morante, Fernando & Stay, David & Blanco-Torrens, Roberto & Berrezueta, Edgar. (2021). Evaluation of Slope Stability in an Urban Area as a Basis for Territorial Planning: A Case Study. Applied Sciences. 11. 5013. 10.3390/app11115013. 
https://www.issmge.org/uploads/publications/25/26/ISC5_164.pdf
https://www.rockmass.net/files/weathering_grades.pdf
https://rockmass.net/