Тема: «история развития геологических знаний»

Первые упоминания о геологии можно найти в древних памятниках Месопотамии и Египта (второе-третье тысячелетие до нашей эры). В Китае сохранились рукописи 7-4 тысячелетия до нашей эры, где даны первые описания минералов и горных парод. В 11-13 веке до нашей эры многие восточные ученые занимались описанием минералов: таджикский философ-врачеватель Абу-Ибн-Син (Авирцека), узбек Аль-Бируни, азербайджанский ученый МухамедНасеридин (Туси). В 1021-1023 годах в «Книге Исцеления» Алицена пытается объяснить процессы породообразования и предложил первую классификацию минералов и горных парод. В 1048 Альберти в своей «Книге Сводок для познавания драгоценностей» описал более 100 минералов и горных парод. Польский астролог Н. Коперник доказал гелиоцентрическое строение солнечной системы.

В 18 веке появилось два направления:

- нептунизм.

- плутонизм

Нептунисты: все живое возникло из воды (Фалес)

Плутонисты: все возникло от огня (Аристотель)

Дарвин занимался изучением эволюции органического мира.

Лайель – выделил два процесса (экзогенный и эндогенный)

При Петре I был создан «Приказ Рудовых дел», который в 1719-ом был переименован в «Берг коллегию».

В 1725 году в Петербурге была основана Академия Наук.

Стали широко известны труды Ломоносова:

- «основание металлургии или рудных дел» (1741)

- «слово о рождении минералов от трясения Земли» (1757)

- «о слоях Земляных» (1763)

С конца 18 века началась геологическая съемка.

В России в 20-е, 30-е годы 19 века начали проводиться исследования по стратиграфии и поле антологии.

В 1882 году был создан «геологический комитет».

В настоящее время геологическими исследованиями занимается Академия Наук.

 

ТЕМА: «ФОРМА, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМЛИ»

Еще в 50-ые годы до нашей эры Пифагор пришел к выводу о шарообразности Земли. В 17 веке Ньютон открыл «закон всемирного тяготения».

Следовательно, стало очевидным, что планета, которая находится во вращении, должна получить сжатие у полюсов и растяжение у экватора, то есть приобрести форму близкая к эллипсоиду.

Эллипсоид = сфероид= эллипсоид вращения = сфероид Красовского.

Геоид – тело ограниченное основной уровневой поверхностью.

Сфероид, ориентированный в теле геоида будет называться – референец эллипсоид (используется в геодезии).

В 1924 году были приняты постоянные величины Земли:

Радиус полярный – 6,356 км.

Радиус экваториальный – 3,378 км.

Радиус средний – 6,371 км.

Рельеф.

Под рельефом Земли понимают все неровности каменной оболочки. На картах рельеф изображается изогипсами. Отметки могут быть относительными и абсолютными. Абсолютная отметка отличается от нулевого уровня океана. Относительные отметки отсчитываются от любой другой горизонтальной поверхности плоскости по отношению к нулевой. Крупные выпуклости обычно располагаются по краям континента, а низкие расположены в центре.

 

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Сила тяжести, обусловливающая вес тел, всегда направлена перпендикулярно к поверхности геоида. Над океанами сила тяжести всегда больше, чем над континентом. Над континентом, на фоне пологого убывания силы тяжести, присутствуют участки оптимального возрастания и убывания силы тяжести. Они называются положительными и отрицательными гравитационными аномалиями.

Положительная аномалия – свидетельствует о более плотных горных пародах, связанных с рудообразованием.

Отрицательная аномалия – свидетельствует о более легких пародах (часто указывает на нефть и газ).

 

ТЕМПЕРАТУРА ЗЕМЛИ

У поверхности Земли температурный режим определяется двумя факторами: солнечным теплом и собственным теплом планеты.

Солнечные лучи проникают на глубину 8 – 30 метров. Ниже этой границы расположен пояс постоянной температуры.

Геотермическая ступень - количество метров, на которое нудно погрузится ниже пояса постоянной температуры, чтобы получить прирост в 1 градус. Среднее ее значение – 33 метра.

Геотермический градиент – это величина возрастания температуры при погружении в Землю на каждые 100 метров (измеряется в градусах).

МАГНЕТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Земля представляет собой магнит, полюса которого не совпадают с географическими полюсами. Северный магнитный полюс расположен на полуострове Беотия (Сев.Канада).Южный на меридиане Новой Зеландии у северо-восточной оконечности Земли Виктории. Линия, вдоль которой становится магнитная стрелка – магнитный меридиан.

 

ПЛОТНОСТЬ ЗЕМЛИ

Очень просто определить плотность горных пород, которые находятся на поверхности Земли.

Нефть – 0,7 гр./см³

Торф – 1,5 гр./см³

Вода морская – 1,8 гр./см³

Антрацит – 1,4 гр./см³

Каменная соль – 2,3 гр./см³

Глина – 2,4 гр./см³

Песчаник – 2,6 гр./см³

Гранит – 2,6 гр./см³

Базальт – 2,9 гр./см³

Габбро - 3 гр./см³

Средняя плотность Земли 5,52 гр./см³.

Плотность ядра – 11 гр./см³.

 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМЛИ

Изучен до глубины 15 – 20 км. Впервые изучением химического состава Земли занялся Клерк Ферсман. Число Клерка показывает процентное распространение элементов в Земной коре.

Кислород – 50%

Кремний – 25%

Алюминий – 7%

Железо – 4%

Кальций – 2%

Натрий – 2%

Калий – 2%

Магний – 2,5%

Прочее – 2,76%

На первые восемь элементов приходится 97,24%.

С глубиной химический состав Земли меняется и возрастает роль тяжелых металлов (Fe, Mg, Ni, Hg).

 

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Внутренние сферы Земли:

1) Ядро

- внутреннее ядро

- внешняя

1) Мантия

- D

- C

- B

2) Земная кора.

- базальт

- гранит

- осадочные пароды

Внешние сферы Земли:

1) гидросфера

2) биосфера

3) атмосфера

- тропосфера

- стратосфера

- мезосфера

- ионосфера

- экзосфера

ВНУТРЕННИЕ СФЕРЫ ЗЕМЛИ

Земная кора.

Осадочный слой сложен из рыхлых горных парод с небольшой плотностью, мощность осадочного слоя – 10-15 километров.

Гранитный слой сложен магматическими и метаморфическими горными пародами. Богатые алюминием и кремнеземом, местами гранитный слой может отсутствовать (на дне Тихого океана его нет). Мощность – 40-60 км. Температура у нижней границы слоя 1000 С. Давление 10000 атмосфер. Сейсмические волны проходят через данный слой со скоростью 6 км/с.

Базальтовый слой присутствует везде в основе Земной коры. Мощность 5-30 км. Вещество, слагающее данный слой менее богато кремнеземом, чем гранитный. Плотность 3,3 гр./см³. Скорость прохождения сейсмических волн 7 км/с.

Граница, отделяющая базальтовый слой от гранитного называется границей Мохоровича, граница Мохо, граница М.

Мантия.

Очень мощная геосфера, занимающая пространство от 8-80 км до 2900 км. По своему составу мантия неоднородна:

В (верхняя мантия) слагается в основном из магнезиальных силикатов (алев ин).

С (средняя мантия) в этом слое вещество находится в твердом состоянии, плотность 4,6 гр./см³. Давление 246000 атмосфер.

D (нижняя мантия) примерно однородна по составу (оксиды железа, магния, в меньшей степени алюминия и титана), граница между мантией и ядром отбивается довольно четко на глубине 2900 км.

Ядро.

Все сведенья о составе ядра основывается на предположениях. Ученые Молодецкий и Соверенский – советские географы, занимались изучением ядра.

 

ВНЕШНИЕ СФЕРЫ ЗЕМЛИ

Гидросфера.

Гидросфера объединяет всю совокупность форм проявления воды в природе (включая воду, которая входит в состав горных парод, минералов).

Рассмотрим: океаносферу, на которую приходится 71% всей гидросферы, что по площади составляет 361 млн. км^2. На материки же приходится 29%, что составляет 149 млн. км^2.

Осадки, накапливающиеся на дне морей и океанов постепенно образуют осадочный материал и осадочные горные пароды.

На скорость накопления осадков влияет рельеф дна, размеры морских бассейнов и течение.

Рельеф дна схематически (гипсографическая кривая).

Литораль это часть суши, которая во время приливов заполняется водой. Тут проживают амфибии.

Неритовая зона до глубины 200 метров в этой области наблюдается все разнообразие жизни.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОРСКОЙ ВОДЫ

В водах морей и океанов растворено 48 квадролионов тонн химических элементов. Основными химическими элементами являются: CL, Na, O, H на их долю приходится 95,5%.

Средняя соленость воды – 65% (на 1 литр – 35 грамм солей), кислорода – 35%. Общее количество газов зависит от температуры и давления, при понижении температуры и повышении давления, количество газов увеличивается.

В морской воде еще есть – сероводород и углерод. Углекислота образуется в результате дыхания живых организмов и может быть как в свободном состоянии, так и в химических соединениях (карбонаты и бикарбонаты) Ca C O3 – кальцит, CaMg (C O3)2 – доломит. Сероводород является сильным восстановителем. Там где есть сероводород, нет кислорода – нет жизни.

В Черном море с глубины 200 метров начинается зона сероводородного заражения.

Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц и от примесей глинистой мути.

Температура до 200-300 метров глубины меняется посезонно. А до глубины 10-20 метров – в течение суток.

Среднегодовая температура океанов убывает от экватора к полюсам. От +25 до 0,-2,-3 градусов.

 

ДИНАМИКА ОКЕАНА

Важной стороной геологической деятельности вод морей и океанов являются действие движущейся воды, которая проявляется в разрушении берегов и дна.

Все движения вод можно подразделить на три группы

1. Волнения

2. Течения

3. Приливы и отливы

Волнения, возникают в результате действий ветра на поверхность воды.

Волнения могут быть: местными (в области шторма) и свободными (за пределами области шторма).

Все волнения относятся к типу колебательных движений. Их особенностью является выдвижение частиц, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, волнения производят разрушительную работу, которая называется абразия.

Течения и их типы.

1. Дрейфовые течения, возникают в результате действий ветра, который длительно дует в одном направлении.

2. Конфекционные течения – это вертикальное движение водных масс, возникающие в результате выравнивания плотности воды.

3. Бароградиентные течения возникают в результате изменения атмосферного давления и направленные из области пониженного давления в область повышенного давления. Биологическая роль течений заключается в переносах и сортировки обломочного материала.

Более легкие частицы транспортируются на десятки и сотни километров. Тяжелые частицы и обломки г.п. образуют терригенный материал. В результате притяжения луны и солнца на земле возникает явление приливов и отливов, которые сменяются за сутки четыре раза. Геологическая роль приливно-обливных движений ила намного меньше чем волнения течений.

 

БИОСФЕРА

Биосфера – это области нашей планеты заселенная живыми организмами. В зависимости от физика географической обстановки и отглубинны, выделяются несколько биономических зон, которые разделяются по условиям существования организмов. Живые организмы играют большую роль в образовании осадочных пород и в росте океанического слоя земли. Микроскопические одноклеточные водоросли диатомеи способны накапливать кремнезем, в последствии они образуют кремнистые осадки. Одноклеточные растения кокколитофориды накапливают углекислый кальцит и образуют залежи мела и некоторых известняков. Из кремнистыхраковин радиолярий образуется осадочная порода радиолярит. В результате отмирания растительности образуют горючие ископаемые (каустобиолиты) т.е. каменный и бурый уголь, сапропей, горючие сланцы.

 

АТМОСФЕРА

Атмосфера представляет собой воздушную оболочку земли. Общая масса атмосферы 5,19*10²¹г, что составляет 1\1000000 массы земли. Атмосфера в основном состоит из Азота=78% и кислорода=21%, на долю остальных газов приходится меньше одного %. Также в состав атмосферы входят инертные газы: аргон, неон, кретон, ксенон.

По данным, полученным со спутника, атмосфера на высоте 250км состоит из азота и кислорода с преобладанием кислорода. Атмосфера состоит из пяти сфер, между которыми переходные слои тропопаузы и т.д.

Для геологии наибольший интерес представляет тропосфера. Тропосфера отличается от всех других сфер: плотностью, постоянным наличием водного пара угле кислоты, пыли, вулканических и эоловых частиц, постепенным понижением температуры. Температурные режим тропосферы обусловлен теплом планеты. На каждые 100м температура понижается на 0,5 градусов по Цельсии. При возникновении разности в давлении воздух начинает перемещаться из области повышенного давления, в область пониженного давления – это перемещение называется ветром. Существуют: посады, антипосады, циклоны, антициклоны и муссоны.

Влажность воздуха и осадки.

Присутствие в тропосфере водяного пара определяет ее влажность.

Абсолютная влажность – это количество водяных паров содержащемся в одном кубическом метре воздуха.

Относительная влажность – это выраженная в процентах отношение содержащегося в воздухе влаги к ее количеству достаточного для полного насыщения воздуха водяным паром (при данной температуре). При относительной влажности 100%, водяные пары начинают выделяться в туман, снег и дождь.

 

ВЫВЕТРИВАНИЕ.

Выветривание – процесс разрушения горных пород под действием температуры, давления, воды, CL.

Процессы выветривания делятся на: физические (механические), химические и биологические.

1. Физическое (механическое) выветривание – это разрушение г.п. без изменения их химического состава, (рассмотреть на примере граната).

Важным фактором для этого выветривания является инсоляция (процесс нагревания и остывания земли под действием температуры).

При инсоляции появляются первичные трещины, образование которых зависит от слоистости, сланцеватости, наличие различных по составу минералов, от спайности составляющих минералов.

При физическом выветривании образуются различные по размерам г.п., размерность обломков г.п. влияет на скорость и дальность их переноса. Интенсивность физического выветривания зависит от теплоемкости, теплопроводности породы, от состава (однородный или полиминеральный), наличие пустотного пространства.

Механическое разрушение г.п. особенно интенсивно в тех местах, где суточные температуры отрицательные или положительные, т.е. колеблются около нуля. При отрицательных температурах проявляется процесс морозного выветривания (водаÞлёдÞтрещина).

В результате физического выветривания образуются слабые формы ландшафтов (элювиальные (рассыпчатые) и каменистые).

2. Химическое выветривание – разрушение г.п. с изменением химического состава (основными факторами являются О_2, CL₂, H₂O).

Химическое выветривание включает в себя следующие процессы:

2.1. Растворение – это процесс происходит под действием воды стекающей по поверхности выхода г.п. Растворы могут быть:

2.1.1. Истинными (кристолизоционные) растворами – растворы образуются при распадении вещества на ионы и молекулы, особенностью данного раствора является выпадение твердого вещества (т.е. минерала) – данный процесс происходит при перенасыщении раствора каким-либо химическим компонентом.

2.1.2. Коллойдные растворы – вещество распадается до частиц, которые превышают размеры молекул. И могут быть: а)жидкие, б)вязкие, в)прозрачные и г)ярко окрашенные.

Особенностью данных растворов является процесс коагуляции (свертывания). Например: глицерин, образуются хлопья (гель)

2.2. Процесс гидролиза интенсивно проявляется при выветривании силикатов. (Гидролиз – это процесс распадения кристаллической решетки под действием воды, на отдельные комплексы ионов и радикалов). Например: в полевом шпате водород замещается на кальций и натрий. При гидролизе происходит вынос элементов из кристаллической решетки или замещение одних элементов на другие.

K₂O* AL₂O *6SIO₂+CO₂ +3H₂OÞK₂CO₃ +AL₂O₃2SIO₂*2H₂O+4SIO₂*nH₂O

ß ß ß ß

Ортоклаз поташ каолин водный кремнезем

При воздействии углекислого газа и воды образуется легкий поташ, который переносится на большие расстояния, каолин который остается на месте и слагает каолиновые коры выветривания водный кремнезем пере отлагается в виде опала.

По степени растворимости г.п. и минералы могут быть легко растворимыми (хлориды:NaCl, CaCl, CaMgCl), хорошо растворимыми (сульфаты соединения с SO₄), растворимые (карбонаты CaCO₃, Ca(MgСО₃)₂.)

2.3. Окисление – в первую очередь окислению подвергаются минералы которые содержат: Fe, S, V, Ni, Mg, Ca. При окислении сульфиды переходят в сульфаты, закиси металлов в окиси металлов (гимотит). Если металлы содержат большое количество железа, при процессах окисления данные породы могут образовывать латеритные коры выветривания.

2.4. Карбонатизация – процесс присоединения угле кислоты к продуктам изменения г.п. – это способствует образованию карбонатов (Ca, Mg, Fe) и бикарбонатов (Ca, Mg, Fe). При образовании каолина образуется поташ. Много карбонатов образуется при геологической работе подземных вод. Наличие карбонатов обуславливает жесткость воды.

2.5. Восстановление – процесс обратный окислению, т.е. отнятие кислорода.

3. Органическое выветривание – это процесс разрушения г.п. под действием живых организмов. Экзогенные процессы делятся на процессы выветривания: денудация (разрушение) и аккумуляция.

Геологическая работа ветра.

Наиболее активно геологическая работа ветра проявляется в областях сухого климата, т.е. там, где имеются резкие суточные колебания температуры. Наиболее интенсивная работа ветра происходит в тех местах, где ветер непосредственно соприкасается с земной поверхностью, т.е. поверхностью выхода г.п.

Все геологические явления, связанные с ветром называются эоловые процессы. Разрушающая работа ветра проявляется в двух процессах: дефляции и корразии.

1. Дефляция (развеевание, выдувание) – наиболее интенсивно проявляется в районах, не защищенных растительностью. Может быть: плоскостная и бороздовая.

1.1. Плоскостная дефляция – срыв первых сантиметров земли с обширных территорий.

1.2. Бороздовая дефляция – заключается в разрушение г.п. в борозде. Сила ветра в борозде больше Þ,что рыхлые породы или менее плотные г.п. интенсивно разрушаются борозда углубляется, образуются рытвинные выдувания.

2. Корразия – ветер несет мелкие различные частицы и обтачивает выступ горы или стену. Может быть: точечная, царапающая и сверлящая.

Максимальное насыщение ветра происходит в нескольких сантиметрах от земли, поэтому на небольшой высоте в г.п. выдуваются ниши. В пустынях при обтачивании камней, камни приобретают трехгранную форму – дрейкантеры. В слоистых г.п. истираются и выдуваются в первую очередь более мягкие породы, в результате образуются карнизы. Коррозия способствуют расширению трещин.

2.1. Сверлящая корразия способствует образованию сотовых ячеистых форм выветривания. В плоскостях со скрыто концентрической текстурой, при выдувании образуются шарообразные формы выветривания. Эоловый процесс происходит, путем волочения по земле г.п. или переноса г.п. во взвешенном состоянии. Состояние переносимых ветром частиц может быть разнообразным, но преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые и известняковые частицы (присутствуют элементы органического происхождения), большое количество песка и пыли имеет земное происхождение и являются продуктами разрушения г.п. Часто пыли имеют вулканическое происхождение (вулканическая пыль, пепел, песок). И небольшая часть имеет космическое происхождение (метеоритная пыль).

Среди эоловых отложений по составу выделяется: глинистые, пылевые, песчаные.

Эоловые отложения преимущественно рыхлые. Процесс цементации и уплотнения происходит менее интенсивно, чем у водных осадков. Сортировка эоловых отложений хуже, чем у речных и морских, в месте с песчаными фракциями почти всегда обнаруживается примесь глинистого матерела.

В эоловых песчаниках среди хорошо окатанных зерен, встречаются угловатые частицы. Цвет эоловых отложений различный но преобладает желтая, серая и белая краска. Эоловые отложения имеются параллельные и косо направленные.

Основными формами аккумуляции являются холмы, дюны, барханы и гряда образные валы.

Дюна – это удлиненный асимметричный холм с округлой вершиной склон, обращенный к ветру имеет угол наклона 5-12 градусов, а противоположный склон угол 30-35 градусов. Высота дюн от 5 до30м (в Тунисе обнаружена дюна 200м, в Сахаре 500м).

Бархан - это характерно эоловый формы. В пустыне представляет собой холм, который в плане имеет форму полумесяца. На ветреной стороне склон пологий 10-15 градусов, противоположный более крутой до 35 градусов.

Гряда образные валы – это длинные симметричные валы с пологими склонами вытянутые в направлении движения ветра. Гряда образные валы параллельны друг другу.

Пустыни.

Геологическая работа ветра наиболее активна в пустыне по преобладанию различных типов эоловой работы пустыни можно подразделить на: дефляционные и аккумулятивные.

Дефляционные пустыни называются Гоммады – это каменистые пустыни в которых чередуются участки остроугольных скал с участками, заваленными цельными глыбами и с песчаными участками.

Аккумулятивные пустыни – по типу слагающего материала делятся на: песчаные, глинистые, лессовые и т.д.

Песчаные пустыни занимают площадь 800 тыс. км² в песчаных пустынях хорошо выражены все формы эоловой аккумуляции.

Глинистые пустыни (такыры) – располагаются по краям или внутри песчаных пустынь. Глинистые слои могут быть сильно трещиноватыми, трещины заполнены песком.

Салон чековые пустыни (Шоры) – это наиболее безжизненный вид пустынь. Поверхность такой пустыни покрыто корочкой соли или постепенно высыхающим соленосным озером, роль ветра сводится к выдуванию солей в поле с поверхности шоры.

Лессовые пустыни (Адыры) - пустыни покрытые лессом или суглинками которые выдуваются с поверхности каменистых пустынь.