Легкия. Лекция 1 (геология). Геологические области
 Скачать 350.79 Kb.
|
|
Геология (от др.-греч. γῆ — Земля + λόγος — учение) – это наука, которая изучает состав, строение и закономерности Земли, а также других планет и их спутников, входящих в Солнечную систему. Геологические областиНа сегодняшний день существуют, как минимум, три области геологии: историческая, описательная и динамическая. У абсолютно каждого из этих направлений имеются свои методы, а также принципы исследования. Историческая геология изучает последовательность геологических процессов, которые происходили в прошлом. Описательная геология изучает размещение и состав геологических объектов, а также их размер и форму, залегание и описание разнообразных минеральных и горных отложений или пород. Динамическая геология изучает развитие геологических процессов: разрушение горных пород движение земной коры, а также землетрясения и внутренние извержения вулканов. В этих понятиях и заключаются основы геологии Геологические разделыГеологические науки ведут свою деятельность во всех трех областях геологии и, следовательно, точного разделения на группы нет. Однако новые науки появляются при симбиозе геологии с другими областями познания. Во многих источниках имеется следующая классификация: Науки о земной коре (минералогия, геокриология, петрография, структурная геология, кристаллография). Науки о геологических процессах, происходящих сегодня (тектоника, вулканология, сейсмология, геокриология, петрология). Науки о историческом происхождении и развитии геологических процессов (историческая геология, палеонтология, стратиграфия). Прикладные науки (геология полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология) Симбиоз геологии с другими науками (геохимия, геофизика, геодинамика, геохронология, литология). Принципы и задачи геологииГеология – это историческая наука, поэтому наиболее важными ее задачами является определение происходящих геологических событий. Также к задачам геологии можно отнести: Более рациональное использование природных недр, а также их охрана Нахождение новых месторождений полезных ископаемых, а также разработка новых методов и способов их добычи Изучение происхождения подземных вод Другие геологические задачи, которые связаны с изучением условий строительства разнообразных зданий и сооружений. 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕ. 1.1. Земля в мировом пространстве, ее происхождение и строение Наша планета Земля по форме близкая к эллипсоиду обращения, средний диаметр которого — 12742 км, а различие экваториального и полярного диаметров - 43 км. Площадь поверхности Земли составляет 510 млн. км2, а ее объем - 1,083*1012 км3. Средняя плотность вещества Земли — 5,52 т/м3. Земля, а также планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон двигаются вокруг Солнца по почти круговым концентрическим орбитам и образовывают вместе с ним Солнечную систему. Земля находится от Солнца на расстоянии 149,5 млн. км. Теплота и свет Солнца делают возможным жизнь на Земле. В то же время Солнце порождает целый ряд процессов на Земле, которые приводят к изменению ее поверхности. Следует принимать во внимание влияние на Землю и его спутника Месяца. Находясь от Земли на расстоянии 334,4 тыс. км. Месяц оказывает влияние на притоки и отливы в океанах и морях. На материках возникают Деформации, аналогичные притокам и отливам, но довольно небольшие. Влияние Месяца вызовет периодические изменения наклона земной оси к плоскости ее орбиты, которая приводит к изменению климата Земли. Солнечная система оборачивается вокруг центральной части гигантского сосредоточения звезд, которое называется Галактикой. В Галактике насчитывается свыше 100 млрд. звезд, которые образовывают дископодобную систему. В состав Галактики входят отдельные звезды, звездные сосредоточения и ассоциации, а также планетарные и диффузные туманности, которые являются тучами разреженных газов и пыли. Размеры Галактики очень большие. Свет проходит от одного его конца ко второму за 100 тыс. лет. Но Галактика лишь остров материи в мировом пространстве. Кроме нашей Галактики, насчитывается больше миллиарда подобных образований, которые находятся от нас на расстоянии от одного миллиона до нескольких миллиардов световых лет. Световой год - это расстояние, которое проходит луч света на протяжении года, он равняется 9 460 528 177 426, 82 км (то есть примерно 9, 5 триллионов километров). Такое положение Земли в мировом пространстве, материя которого, постоянно изменяя свою форму, находится в вечном движении. Знания о происхождение Земли имеет огромное значение как для изучения ее строения, так и для объяснения тех глубинных процессов, которые влияют на его поверхностные части. Однако и к нынешнему времени целиком достоверно не установлен, как и из чего образовалась Земля, другие планеты. Солнечная система в целом. Поэтому наши знания в этом вопросе имеют характер научно обоснованных предположений - гипотез. Ученые давно стараются открыть тайну происхождения Земли. В 1755 г. немецкий философ И. Кантв работе "Общая естественная история и теория неба" дал картину образования и развития; Солнечной систем и за закономерностями природы. Он считал, что Солнечная система образовалась из космической туманности, которая представляет собой рассеянное вещество. Этот самим был нанесен удар метафизическому мировоззрению. В 1796 г. французский астроном и математик П. Лапласв прибавлении к книге "Изложения системы мира" представил подобную картину образования Солнечной системы. Он думал, что существовала накаленная газовая туманность, которая оборачивалась вокруг своей оси. С сгущение в центре образовалось Солнце, а из концентрических газовых колец сформировались планеты, среди которых и Земля. Эти две гипотезы за их близостью позднее были известные под названием гипотезы Кант-Лапласа. В соответствии с этими данными. Земля после образования была огненно-редким телом. В процессе следующего беспрерывного охлаждения на ее поверхности образовалась твердая оболочка - земная кора, которая будто плавала по расплавленному веществу. Гипотеза Кант-Лапласа была доминирующей к началу XX ст., когда четко определились ее недостатки. Дело в том, что эта гипотеза не могла объяснить ряд закономерностей, наблюденных в Солнечной системе, в частности распределение момента количества движения (некоторые спутники планет оборачиваются в сторону, противоположный общему движению). В 1944 г. советский ученый О. Ю. Шмидт предложил новую гипотезу образования планет Солнечной системы, а именно: из тучи холодной газопыльной материи, которая оборачивалась вокруг Солнца. Он высказал допущение, что материя этой тучи в момент увлечения ее Солнцем уже имела определенный момент количества движения. В процессе эволюции материи тучи в ней образовались тела с размерами от пылинки к астероидам. Объединяясь при движении вокруг Солнца, эти тела образовали планеты. О. Ю. Шмидт считал, что первичное холодная Земля после достижения определенного размера разогрелась за счет накопления теплоты, которая выделялась радиоактивными элементами при распаде. Этот процесс длился миллиарды лет и сопровождался гравитационной дифференциацией вещества. В результате такого процесса в Земле образовались отдельные оболочки. Гипотеза О. Ю. Шмидта объясняет почти все основные закономерности Солнечной системы. Значительный интерес вызовет гипотеза Е. В. Соботовича (1973). Он обратил внимание на то, что в большинстве современных гипотез об образовании Земли ученые выходят из предположения, что земля в начальный период формирования состояла из относительно однородного материала. В этом материале равномерно размещались радиоактивные элементы. Но, как показали новейшие исследования, содержимое радиоактивных элементов уменьшается с глубиной. Э. В. Соботович считает, что близ тучи из холодной материи диаметром 1-2 световых года относить взрыв сверхновой звезды. От этого взрыва, при котором была выброшенная плазма, масса которой равнялась приблизительно десяти Солнцам, часть тучи начала оборачиваться, превращаясь на газ. Позднее в центральной части тучи после ее уплотнения образовалось Солнце. На периферии тучи были твердые образования, зародыши планет, в том числе и Земле. В их составе преобладали металлы с незначительным содержимым радиоактивных элементов. Во время дальнейшего развития на Землю наслаивалось вещество, обогащенное радиоактивными элементами, которые возникла вследствие; взрыва сверхновой звезды. Так объясняет эта гипотеза концентрацию радиоактивных элементов в поверхностных частях Земли. Разогревания Земли, причиной, которого стали радиоактивные процессы, обусловило переход в расплавленное состояние поверхностных частей Земли. В результате следующего твердения образовалась земная кора. Необходимость изучения строения Земли и в особенности его поверхностных слоев объясняется тем, что именно из них люди добывают полезные ископаемые, в том числе и сырье для строительных материалов. Одновременно они являются основами зданий и сооружений. Соответственно современным взглядам Земля состоит из нескольких концентрических оболочек. Различают внешние и внутренние оболочки. К внешним оболочкам относятся: атмосфера, гидросфера и биосфера. Атмосфера - это воздушная оболочка, толщина которой может быть принятая приблизительно 1000 км. В состав атмосферы входят: азот - 78,1%, кислород - 21,0% и прочие газы-0,9%. Нижняя часть атмосферы (к высоте 8-10 км над полюсами и 16-18 км над экватором) называется тропосферой. Тропосфера содержит в себе водный пар и пыль, характеризуется беспрерывным перемещением воздушных масс, то есть ветрами. Над тропосферой к высоте 80км находится стратосфера, а еще выше - ионосфера. Гидросфера - не сплошная водная оболочка, которая включает воду океанов, морей, озер, рек и подземную воду. Рух воды в гидросфере имеет характер течений и волнений. Биосфера - особая оболочка, куда входит растительное и животное царство Земли. Она расположенная в атмосфере, гидросфере и земной коре. К внутренним оболочкам Земли относят: ядро, мантия и кора. Ядро имеет радиус 3470 км. Оно делится на внешнее и внутреннее. Плотность вещества в нем очень высокая и достигает в центральной части 9-11т/м3 при давлениях 0,30-0,35 млн. МПа и температурах не выше чем 4000°С. Данные о составе этого вещества очень неточные. Считают, что вещество во внешнем ядре находится в расплавленном состоянии, а внутреннее ядро твердое. Это подтверждается расчетами возможности плавления вещества при соответствующих давлениях и температурах и тем, что поперечные упругие волны, которые могут распространяться лишь в твердых телах, не проходят сквозь ядро. Мантия - это оболочка, которая окружает ядро; ее толщина близко 2900 км. Выделяют нижнюю и верхнюю мантии. Плотность вещества мантии колеблется от 3,3 т/м3 на границе с земной корой до 5,6 т/м3 на границе с ядром. Температуры в этих границах от 1000 до 2300°С. Вещество мантии находится в твердом состоянии, но в верхней мантии на глубинах 100-200 км под материками и 50-100 км под океанами находится размякший слой, в котором возникают ячейки расплавов. Расплавленное вещество поднимается к поверхности, влияя непосредственно на земную кору. Вещество верхней мантии богатая железом и магнием. Кора - поверхностная оболочка Земли, которая имеет среднюю плотность 2,7т/м3. Толщина ее под дном океанов составляет 5-6км, а в границах материков она равняется в среднем 35км. В горных районах толщина земной коры достигает 70км. 71% земной коры покрыт водой, 29 % занимает суша. Температуры в земной коре колеблются от 100°С, на глубине 5-6 км, до 1000 °С на границе с мантией. Земная кора отделяется от мантии поверхностью Мохоровичича. На этой поверхности плотность вещества при переходе от земной коры к мантии увеличивается скачкообразно. В земной коре выделяют три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Строение земной коры неодинаковое под океанами и в границах материков. Под океанами, гранитного слоя в составе земной коры нет. Процесс формирования земной коры, связанный с образованием горных пород, происходил на протяжении всей геологической истории. Земная кора образована магматическими, осадочными и метаморфическими горными породами. Магматические породы образовались в результате твердения в толще земной коры или на ее поверхности магмы, которая поднималась из сред расплавов в верхней мантии. Осадочные породы образовались в результате накопления продуктов разрушения всех пород, которые раньше существовали. Метаморфические породы являются продуктами видоизменения магматических и осадочных пород под влиянием высоких температур и давлений. На материках выделяют такие значительные площади земной коры, как платформы, складчатые системы и пояса. Платформы имеют складчатый фундамент метаморфических и магматических пород, которые перекрываются относительно молодыми осадочными породами. Главными структурными элементами платформы являются щиты и плиты. Щиты — это участки, где породы, которые образовывают фундамент, выходят на поверхность или лежат на небольшой глубине. На участках плит породы фундамента значительно углубленные и осадочные породы имеют большую толщину. Складчатые системы и пояса характеризуются тем, что на этих площадях толщи осадочных пород измятые у складки, прорезанные трещинами и содержат в себе и на поверхности массивы магматических пород. Этим свойственно горным районам. Складчатые системы и пояса образовались в разное время на месте глубоких морских впадин вследствие сложных и продолжительных процессов накопления осадков, смятия их у складки и общего поднятия. Платформы — это самые стойкие площади земной коры, а складчатые системы и пояса - самые неподвижные. Ученые считают, что под фундаментами платформ, складчатыми системами и поясами на глубинах 5-10км залегает гранитный слой, а на глубинах 15-20 км - базальтовый. В этих массивах сосредоточенные основные массы магматических пород. В границах Русской платформы выделяют Балтийский и Украинский щиты. Московскую, Днепровско-Донецкую, Польско-литовскую, Прикаспийскую и другие впадины, а также Воронежский, Белорусский и прочих выступы; в границах Сибирской платформы - Анабарский и Алданский щиты. Тунгусскую, Вилюйску, Ангару-Ленскую и прочие впадины. Складчатые системы и пояса горные районы (Карпаты, Крым, Кавказ и т.п..); В решение вопросов, связанных с изучением строения земной коры, сделали большой вклад ученые Д.В.Наливкин, А.Д.Архангельский, М.С.Шатский, М.М.Страхов, В.В.Бєлоусов и прочие. Температурный режим земной коры определяется теплотой, которую она получает от Солнца (внешняя) и от мантии (внутренняя). Поступления внутренней теплоты одинаковые как в границах материков, так и океанов. Внешняя теплота оказывает непосредственное влияние на земную кору лишь в границах материков. На материках в зависимости от распределения температур выделяют три зоны, а именно: сменных, постоянных температур и зону, в которой температура повышается с глубиной. Зона сменных температур имеет толщину от 6м в тропиках до 15-25м в воздержанном поясе. К этой глубине наблюдаются годовые колебания температур в горных породах. Возле поверхности эти колебания достигают 100°С. В этой зоне, в воздержанном поясе есть слой, который промерзает зимой, толщиной до 2,5м. Ниже находится зона постоянных температур, где температура равняется среднегодовой температуре соответствующих географических пунктов. Например, для Киева она составляет +7,2°С. Зона температур, которые повышаются с глубиной, обусловленная внутренней теплотой Земли. Это повышение имеет определенную закономерность. Глубина, на которой температура повышается на 1°С, называется геотермической степенью. Среднее его значения 33м, но в разных местах он изменяется от 5 до 150м. На Северном Кавказе геотермическая степень составляет 12м, а в Белоруссии 86,5м. Особенности распределения температур в земной коре надо учитывать при решении практических задач, связанных с строительством. Выбирая глубину заложения фундаментов, следует учитывать промерзание пород зимой, а также наличие вечномерзлых пород. При строительстве составов складов и хранилищ, углубленных в грунт их постоянный температурный режим невозможно обеспечить без учета распределения температур в земной коре. Геохронологическая таблица История планеты Земля началась 6 млрд. лет назад. По характеру жизни на планете историю Земли разделяют на эры. 1. Архейская эра. Продолжалась свыше 1 000 млн лет, началась примерно 3500 млн лет назад. Во время этой эры возникла жизнь и далее началась эволюция. 2. Протерозойская эра (протерозой). Длилась 2000 млн. лет. Началась 2500-2700 млн лет назад. 3. Палеозойская эра, палеозой (эра древней жизни). Длилась 330 млн лет. Началась 570 млн. лет назад. Делится на периоды продолжительностью (млн лет): 1) Кембрийский (70); 2) Ордовикский (60); 3) Силурийский (30); 4) Девонский (50-70); 5) Каменноугольный (карбон) (65-75); 6) Пермский (55). 4. Мезозойская эра, мезозой (эра средней жизни). Длилась 163 млн лет. Началась примерно 230 млн лет назад. Состоит из трех периодов продолжительностью (млн лет): 1) Триасовый (45); 2) Юрский (60); 3) Меловой (70). 5. Кайнозойская эра, кайнозой (эра новой жизни). Продолжительность 69-70 млн. лет (продолжается и в настоящее время). Началась 60-70 млн лет назад. Состоит из трех периодов: 1) Палеогеновый, палеоген, длился 42 млн. лет. 2) Неогеновый, неоген, длился 23,5 млн. лет. Раньше палеоген и неоген объединяли в один период под названием «третичный период» (встречается в литературе). 3) Антропогеновый, антропоген, длился 1,5 млн лет; продолжается и в настоящее время (раньше этот период назывался четвертичным). Таблица 1. Геохронологическая таблица
Зоны делятся наэры. В криптозое различаютархейскую (от греч.archaios — изначальный, древнейший,aion - век, эпоха) и протерозойскую (от греч.proteros - более ранний,zoe — жизнь) эры; в фанерозое -палеозойскую (от греч.древний и жизнь),мезозойскую (от греч.теsos - средний,zoe — жизнь) икайнозойскую (от греч.kainos - новый,zoe — жизнь). Эры разделены на менее длительные отрезки времени -периоды, установленные лишь для фанерозоя (см. табл. 1). 
|
