Леции по общей геологии

Леции по общей геологии

Тема: «Задачи и методы геологии»

       Геология – ( от латинского Geo - земля logos – слово, наука, учение) изучает строение Земли, ее происхождение, формирование и размещение месторождений полезных ископаемых.

Этот термин был введен в 1657 г. ученым Эмольтом.

Геология связана со многими другими дисциплинами: геофизика, география, астрономия.

Дисциплины:

1) петрография (от слов: петро – камень, графа – пишу) – это наука о горных пародах, рассматривает минералы как основную часть горных парод, их происхождение, формы залегания, связь с пародами месторождений полезных ископаемых.

Горные пароды:

- рыхлые

- сцементированные - плотно спаянные агрегаты из отдельных твердых частиц, каждая из которых представляет собой физически и химически однородное тело, то есть минерал.

2) минералогия – изучает минералы, их состав, строение, свойства, условия образования.

3) геохимия – наука о распространении химических элементов в Земной коре.

4) кристаллография – наука о внутреннем строении вещества, о его свойствах, кристаллографических формах.

5) тектоника – изучает отдельные структуры земли, их формирование и развитие в пространстве и времени.

6) геодезия – наука о более точных изменениях на Земной поверхности.

7) стратиграфия – наука, устанавливает хронологическую последовательность образования горных парод в Земной коре.

8) полионтология – наука, изучает ископаемые останки прошлого.

9) ришенальная геология – изучает геологическое строение и историческое развитие отдельных регионов Земного шара.

10) геологическое картирование – изучает методы составления геологических карт.

11) гидрогеология – наука о подземных водах, их происхождении и циркуляции.

12) разведочное дело

13) учение о подземных ископаемых

14) инженерная геология

15) военная геология

16) экологическая геология

17) геология нефти и газа

18) геоморфология (рельеф)

Для того чтобы изучить геологическое развитие Земли существует несколько методов:

- стратиграфический

- поле антологический

- метод актуализма (сущность которого заключается в понимании прошлого по средствам настоящего)

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 Мухамед Насеридин (Туси). В 1021-1023 годах в «Книге Исцеления» Алицена пытается объяснить процессы пародо образования 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 парод, 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

Пещаник – 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, Ca Mg (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 сферы.

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 от глубинны, 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 кремнистых раковин 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.

Страницы: 1, 2, 3