Геологическая работа ветра

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Геологическая работа ветра

Геологическая работа ветра - это изменение поверхности земли под влиянием движущихся воздушных масс. Явления, связанные с деятельностью ветра, носят название эоловых процессов. Отложения, образовавшиеся при помощи ветра, называются эоловыми. Эол - бог ветра в древнегреческой мифологии. Большую разрушительную работу на поверхности земли производят пыльные вихри и смерчи. В отдельных районах США бывает от 100 до 200 смерчей в год.

Внутри вихря, вследствие низкого давления воздуха и огромной скорости вращения, происходит всасывание воды, рыхлой почвы, песка и различных предметов. Перенос захваченных предметов происходит на большой высоте и на огромные расстояния. В 1944 г. в Воронежской области смерч вырвал из земли клад древних серебряных монет. Эти монеты выпали в виде «серебряного дождя». В 1914 г. в Амьене (Франция) выпал дождь из лягушек, которые жили в болоте, находящемся на расстоянии нескольких десятков километров от города. Смерч захватывает и поднимает вверх гальку и камешки довольно крупных размеров.

Ветер производит изменения на поверхности земли. Сила ветра при удалении от поверхности земли возрастает. Подсчитано, что сила воздействия ветра на верхнюю часть здания Московского государственного университета (высота 235 м) в 4 раза больше, чем на его основание. На вершины гор ветер воздействует значительно больше, чем на их подошвы. Особенно велика геологическая деятельность ветра в областях сухого климата. Для сухого климата характерны резкие суточные изменения температуры, большое испарение, слабое развитие или отсутствие растительного покрова. Работа ветра происходит в местах, где он непосредственно соприкасается с поверхностьюгорных пород. Наиболее благоприятными районами для геологической работы ветра являются области пустынь, обширные, непокрытые растительностью вершины гор и морские побережья.

§ Геологическая работа ветра состоит из: 1) дефляции и корразии; 2) переноса материала и 3) аккумуляции

§ Дефляция. Развивание рыхлых пород или слабосцементированных пород происходит только на обнаженной поверхности земли. Даже слабый растительный покров защищает почву от развевания. Б. А. Федорович выделяет два вида дефляции: площадную и локальную.

§ Корразия. Корразия может быть точечная, царапающая (бороздящая) и сверлящая. В результате корразии в породах могут возникать различные формы выдувания: ниши, борозды, царапины и т.д. Максимальное насыщение ветрового потока песком наблюдается в нескольких сантиметрах от земли, поэтому на небольшой высоте в породах, однородных по составу, наблюдаются самые большие ниши.

§ Аккумуляция. Выделяется два основных генетических типа эоловых отложений - эоловые пески и эоловые лёссы. Эоловые пески хорошо отсортированны, окатанны и имеют матовую поверхность зерен. Эоловый лёсс - это особый генетический тип континентальных отложений, который образуется при накоплении взвешенных пылеватых частиц, выносимых ветром за пределы пустынь.

Основные задачи инженерной геологии являются определение геологических условий производства инженерных работ, эксплуатации сооружений и реконструкции зданий. К основным задачам прикладной (строительной) инженерной геологии относятся: выбор места, наиболее благоприятного в геолого-гидрогеологическом отношении для данного строительства, установление физико-механических свойств грунта для выбора наиболее рационального типа и конструкции фундамента, изучение природных экзогенных и инженерно-геологических процессов и явлений для борьбы с ними и улучшению территории строительства.

Магматизм. ветер геология эоловый порода

Виды магматизма. -- совокупность процессов выплавления магмы, её эволюции, перемещения, взаимодействия с твёрдыми породами и застывания. Магматизм -- одно из важнейших проявлений глубинной активности Земли. С изменением геодинамики изменяется тип магматизма, который, в зависимости от геологической истории и приуроченности к той или иной структуре земной коры, подразделяется на геосинклинальный, орогенный, платформенный и областной тектоно-магматической активизации. По глубине проявления (застывания магмы) различают магматизм абиссальный, гипабиссальный, субвулканический, поверхностный (вулканизм), а по составу -- ультраосновной, основной, средний, кислый и щелочной (см. Магматические горные породы). По вещественному составу выделяют также океанический и континентальный магматизм.

Магмой (греч. magma -- густая мазь) называют поступающий из]глубоких недр силикатный расплав, насыщенный газообразными продуктами, при застывании которого образуются магматические горные породы -- одна из основных составных частей земной коры. При вулканических извержениях магма изливается на поверхность Земли, освобождается от основной массы растворенных в ней летучих компонентов (паров воды и газов) и называется лавой.

По современным представлениям, Земля -- в целом твердое тело, несмотря на высокую температуру недр, достигающую уже на глубине 50 км 1500° С, при которой в поверхностных условиях вещество горных пород неминуемо было бы расплавлено. Этого не происходит благодаря колоссальному давлению, достигающему на той же глубине около 130 тыс. кгс/см2. Поэтому считается, что внутри Земли устанавливается определенное для разных глубин термодинамическое равновесие и любое нарушение этого равновесия -- повышение температуры или уменьшение давления -- должно сопровождаться переходом вещества в жидкое состояние, т. е. образованием магмы. Следовательно магма возникает в локализованных участках при нарушении в их пределах термодинамического равновесия, а не является остаточным расплавом от звездного состояния планеты. Такие участки возникают в тектоносфере при тектонических движениях, образовании разломов и др. В них появляются магматические очаги, дальнейшее развитие которых в зависимости от условий и направленности тектонического процесса может ограничиться интрузивными формами или проявиться в виде вулканической деятельности. Оба вида магматизма (глубинный -- интрузивный и поверхностный -- эффузивный) являются различными формами единого процесса образования, движения и затвердевания магмы, протекающего в разных физико-химических условиях.

Гравитационные явления.

Это перемещение горных пород под влиянием силы тяжести. Продукты выветривания, скапливаясь, начинают перемещаться вниз по склону. Рыхлая порода, движущаяся по склону, образует делювий, а накапливающаяся у подножия склона в виде шлейфа - коллювий. Большую роль в формировании некоторых видов гравитационных накоплений играют подземные воды. Гравитационные явления разделяются на следующие категории: 1) собственно гравитационные; 2) гравитационно-аквальные; 3) аквально-гравитационные; 4) гравитационно-субаквальные.

Собственно гравитационные явления обусловлены полностью действием силы тяжести и происходят в горах, имеющих обрывистые склоны. Масса породы отрывается по трещинам, заранее подготовленным физическим выветриванием, землетрясением или другими факторами. Иногда бывает достаточно выстрела или громкого крика. Обломки летят вниз, дробясь и разрушаясь. Возникает обвал. У подножия склонов образуются осыпи. Обвалы подготавливаются длительное время, а совершаются мгновенно и нередко вызывают значительные катастрофы. К этой категории относятся и снежные лавины. Здесь обрушивающаяся масса состоит из снега.

Гравитационно-аквальные явления наиболее широко распространены. К ним относятся оползни различных типов, при которых отделившаяся по трещинам масса пород скользит по склону, а не падает, как при обвале. Первичная структура породы при этом не нарушается.

В оползнях, как и обвалах, различают стенку отрыва, т.е. тот участок склона, откуда произошло смещение, путь оползня и оползневое тело. Чаще всего оползневое тело ограничено сверху ровной или бугристой площадкой - оползневой террасой. Оползневое тело обычно движется по глинистой породе, служащей водоупором и смоченной водой. Если оползающий склон покрыт лесом, деревья на разных блоках наклоняются ("пьяный лес"). Оползни распространены очень широко в горных и равнинных областях, где есть чередование различных пород с глинистыми породами. На равнинах они приурочены к долинам рек, берегам морей, озёр (правый берег р. Томи в районе Лагерного сада, правый берег Волги в районе Ульяновска, Саратова и др., берег Чёрного моря в районе Одессы).

Борьба с оползнями заключается в укреплении склонов деревьями, кустами, кольями, В нижней части склонов создаются упорные стенки. Поверхностные воды в оползневом районе отводятся по желобам, подземные воды перехватываются канавами, пускаются по трубам. В г. Томске под Лагерным садом уже несколько лет ведётся сооружение штольни с целью канализировать подземные воды и предотвратить промачивание оползневого тела и увлажнение глинистого водоупора. На берегах моря. Строят защитные дамбы, волноломы, препятствующие размыву.

Аквально-гравитационные явления. Основную роль в них играет вода. Различают оползневые потоки, оплывины и сели. Вода пропитывает горные породы, нарушая связи между отдельными частями их и даже отдельными зёрнами. Породы при этом разжижаются и начинают скользить или даже стекать по склону. Так образуются оползневые потоки, обычно вытянутые вдоль какой-либо долины. В этом случае основная масса вещества теряет свою первоначальную структуру и после высыхания представляет собой скопление отдельных комков земли, среди которых местами сохраняются мелкие оползневые тела в первоначальной структурой. Поверхность оползневого потока всегда бугристая. Оплывины имеют меньшие размеры, чем оползневые потоки и не линейные, а округлые в плане очертания.

Своеобразные гравитационные течения совершаются в полярных и высокоширотных областях, где грунт, насыщенный водой, сильно промерзает. В случае его оттаивания вся масса разрыхленной породы под влиянием силы тяжести начинает ползти по склону. Этот процесс называется солифлюкцией. В результате него на склонах образуются холмы плоскоконусовидной формы и ступенчатые террасы, сложенные несортированными обломками пород, сцементированных засохшей грязью.

Крайнюю форму аквально-гравитационных явлений составляют сели и селевые потоки. Сели - бурные горные грязекаменные потоки, насыщенные массой глинистых и песчаных частиц, щебнем, глыбами.Материал мелевого потока скапливается в нижней части долины или у подножия склона в виде шлейфообразного конуса выноса. Селевые потоки образуются чаще всего после сильных дождей или таяния снега в условиях континентального климата. Выносы селевых потоков могут заполнять межгорные впадины, образуя многометровые толщи рыхлых грубообломочных отложений. Сели широко распространены на Кавказе, в Крыму и особенно в горах Средней Азии, где вызывают серьёзные бедствия (уничтожение оз. Иссык близ Алма-Аты и др.).

Борьба с селями сводится, во-первых, к выявлению скопившихся в высокогорье водяных масс и своевременному опорожнению этих резервуаров путём мелких направленных взрывов. Во-вторых, в долине по пути следования селя расставляют металлические и бетонные "ловушки", призванные задержать большую часть крупных обломков потока и смягчить его разрушительную силу. Уникальной в мировой практике защитной мерой является сооружение в г. Алма-Ате специальной противоселевой плотины в урочище Медео по долине реч. Мал. Алмаатинки в 1966-67 годах. В 1973 году плотина задержала крупный селевой поток и была впоследствии надстроена, достигнув высоты 150 м.

Гравитационно-субаквальные явления. К ним относятся оползни, происходящие под водой на морских и речных склонах. Совершаются они в основном под действием силы тяжести. Масштабы их самые различные, на морском дне они бывают гораздо обширнее, чем на суше (мутьевые потоки). Формы близки к поверхностным. Часто встречаются среди отложений древних морей. Очень богаты ими так называемые флишевыеотложения, формирующиеся в морских впадинах с относительно крутыми склонами.

Теплота Земли

Земля, как и другие планеты солнечной системы, - холодное космическое тело, температура поверхности которого зависит от внешнего тепла. Исследования показали, что 95% тепла поверхностного слоя Земли--это тепло, получаемое от Солнца (внешнее тепло), и только 5% приходится на внутреннее тепло Земли. Внутренние зоны Земли, как известно, за счет внутреннего тепла нагреты значительно больше, чем верхние слои.

Внешнее тепло поступает на поверхность Земли от Солнца (тепловое излучение звезд, достигающее поверхности Земли, ничтожно мало и поэтому" во внимание не принимается) в виде солнечной радиации. Ежеминутно 1 см2 земной поверхности получает 8,06 Дж тепла.

Эту величину принято называть солнечной постоянной. Из общего количества тепла 5,27-1021Дж, попадающего на Землю в течение года, 37% отражается обратно в космическое пространство. Остальное тепло поглощается горными породами сущи и водной поверхностью океанов. Среднегодовой нагрев поверхности равен 15°С.

Тела различной плотности нагреваются неодинаково и по-разному передают тепло. Более плотные породы суши быстрее нагреваются и также быстро отдают тепло. Водная поверхность нагревается медленно и длительное время удерживает тепло.

Геологическая работа подземных вод.

Подземные воды на своём пути по порам и трещинам производят в определённых условиях весьма значительную работу химического растворения (коррозию), механического переноса и переотложения вещества. Различают три вида геологической деятельности подземных вод:карст, суффозию и грязевый вулканизм.

Карст. На своём подземном пути вода встречает растворимые породы, к которым относятся галогены (каменная соль), карбонатные породы (известняк, доломит, мрамор), а также сульфаты (гипс, ангидрит). Протекая по трещинкам, вода растворяет породы, отчасти механически размывает их, расширяя путь, часто образуя большие подземные полости и пещеры. Подобную работу производят и атмосферные воды, стекающие по поверхности выходов растворимых прод и просачиваясь в их трещины. Вся совокупность этих процессов носит название карстаили карстообразования. Термин происходит от названия известнякового плато Карст к северу от Триеста, в Словении, на северном побережье Адриатического моря. Развитие карста может происходить лишь у поверхности или на сравнительно небольшой глубине от неё, там, где циркуляция подземных вод интенсивна. Более всего распространён карст в карбонатных породах, тогда как соляной и гипсовый карст - явление сравнительно редкое. Это объясняется тем, что соли и гипс обычно залегают среди водоупорных глинистых пород, не пропускающих к ним воду. Кроме того, эти породы обычно массивны, не трещиноваты. В дальнейшем речь пойдёт о карбонатном карсте.

Подземные карстовые ходы начинаются обычно с поверхности Земли, поскольку их появление связано с проникновением под землю атмосферных вод. Поверхностной формой проявления карста являются неглубокие рытвины или борозды, вскрытые на поверхности выхода породы дождевыми водами и называемые каррами. Карры иногда покрывают обширные площади, превращая их в неудобную для обработки и даже труднопроходимую местность - карровые поля. Иногда вода стекает со всех сторон к какому-либо ходу, образуя вокруг него воронкообразное понижение, называемое карстовой воронкой. На дне воронки располагается водопоглощающее отверстие в виде вертикального или наклонного хода, проделанного водой - понор.

В тех областях, где карст очень древний, на дне воронок накапливается много смытых остаточных глинистых продуктов растворения известняков. Они часто бывают богаты окислами железа и окрашены в красный цвет, почему получили название "terra rossa". Они очень плодородны, покрыты пышной растительностью и являются настоящими оазисами среди голых известковых скал. Ещё более крупные и глубокие карстовые котловины, достигающие глубины многих десятков и сотен метров и занимающие иногда площади в десятки км2, называются полья.

Растворяющая работа воды создаёт целую систему подземных карстовых форм в виде различных полостей. Среди последних можно выделить прежде всего группу вертикальных и наклонных карстовых ходов, являющихся путями движения воды. К ним относятся карстовые колодцы,достигающие иногда 10-20 м в поперечнике и 200-300 м глубины. Эти ходы ведут в сплошную систему связанных между собой горизонтальных и наклонных туннелей и галерей, нередко расположенных в несколько ярусов и получивших название карстовых пещер. Они бывают весьма велики. Так, суммарная длина всех ходов величайшей в мире Мамонтовой пещеры в США превышает 300 км. По таким пещерам протекают целые подземные реки и ручьи, в их залах умещаются подземные озёра. Вода, проникающая сюда за счёт просачивания атмосферных осадков, содержит много растворённого СО2. Она поэтому легко растворяет известняк, насыщаясь углекислым Са в виде бикарбоната. Попадая на стену или потолок пещеры, вода выделяет часть растворённого СО2 и бикарбонат вновь переходит в среднюю соль. Она трудно растворима и частично выпадает в осадок в виде кальцита.

Са(НСО3)2 СаСО3 + Н2О + СО2

На потолке, стенах и дне пещер постепенно отлагается известковый натёк, часто образующий причудливые формы. Известковые сосульки, растущие с потолка, называются сталактиты, а поднимающиеся им навстречу с пола столбы - сталагмиты. Сливаясь, они образуют колонны, украшенные натёками. Карбонат кальция, выносимый источниками и отлагаемый у выхода на поверхность, образует скопления пористого и губчатого кальцитового натёка, называемого известковым туфом или травертином.

Суффозия. Наряду с растворением подземные воды способны в определённых условиях выносить из горных пород твёрдые частички чисто механическим путём. Это процесс суффозии. Она особенно проявляется на выходе восходящих источников напорных вод. Вынос источником глины и песка из водоносного слоя уменьшает постепенно объём слагающей его породы и вызывает тем самым просадку и обрушение части склона, расположенной под источником. Осевшая порода размокает и уносится водой. Постепенно над источником в склоне образуется полукруглая выемка с крутыми склонами - суффозионный цирк - обычно небольших размеров. Суффозия на выходе подземных вод является одним из существенных факторов, способствующих возникновению оползней (см. далее). Процесс суффозии, например, интенсивно проявлялся в районе Лагерного сада города Томска.

Грязевый вулканизм. Для возникновения грязевых вулканов необходимы следующие условия: наличие напорных подземных вод, подземных скоплений нефтяных газов и способных разжижаться сильно трещиноватых глинистых пород, дислоцированных и перетёртых до состояния тектонической брекчии. Сущность грязевого вулканизма заключается в следующем. Горючие газы, выделяемые из нефтяных залежей (метан и др.), поднимаются вдоль тектонических разрывов к поверхности и, встречая разжиженные напорными водами глинистые брекчии, выносят их на поверхность. Таким образом, давление нефтяных газов является главной причиной грязевого вулканизма, но без подземных вод, создающих извергающуюся грязь, он также был бы немыслим. Режим извержения грязевых вулканов разнообразен. Иногда извержение происходит спокойно, с переливом через край кратера жидкой грязи. Над кратером вулкана вздувается газово-грязевый пузырь, который лопается и, если в этот момент поднести спичку, газ загорится. В других случаях грязь медленно выдавливается из кратера. Но извержение может сопровождаться и взрывом с самовозгоранием газа. Грязевые вулканы приурочены к залежам нефти, например, они встречаются на Апшеронском полуострове.

Формы залегания магматических горных пород

Формы залегания интрузивных пород

Внедрение магмы в различные горные породы, слагающие земную кору, приводит к образованию интрузивных тел (интрузивы, интрузивные массивы, плутоны).

В зависимости от того, как взаимодействуют интрузивные тела с вмещающими их горными породами выделяют:

Согласные (конкордантные) интрузивные тела, внедрявшиеся между слоями вмещающих пород (форма таких тел зависит от складчатой структуры вмещающей толщи).

Несогласные (дискордантные), то есть те, что прорывают и пересекают слоистые вмещающие толщи и имеют форму, не зависящую от структуры последней. Среди согласных выделяют: лакколиты, лополиты, факолиты,этмолиты, бисмалиты, силлы; Среди несогласных: батолиты, штоки, дайки, апофизы, хонолиты.

Формы залегания эффузивных пород[править | править вики-текст]

Эффузивный магматизм сопровождается излиянием лавы на земную поверхность. Однако нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла -- расплава. Подобные извержения называются эксплозивными (лат. «эксплозио» -- взрывать).

Излившаяся на поверхность магма образует различные эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый покров, лавовый поток, некк (жерловина), вулканический (экструзивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва),вулканический конус, стратовулкан, щитовидный вулкан.

По типу извержений выделяют трещинные, или линейные, и центральные извержения, что также находит отражение в форме тел.

По выражению в рельефе формы залегания эффузивных пород могут быть как положительными (покровы, потоки,жерловины, вулканические купола, диатремы, вулканические конусы, стратовулканы, щитовидные вулканы), так и отрицательными (кратеры, маары, лавовые колодцы, кальдеры).

Химический состав

Масса Земли приблизительно равна 5,9736·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю, ? 1,3-1,4·1050[95]. Она состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %),магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) иалюминия (1,4 %); на остальные элементы приходится 1,2 %. Из-засегрегации по массе область ядра, предположительно, состоит из железа (88,8 %), небольшого количества никеля (5,8 %), серы (4,5 %) и около 1 % других элементов[96]. Примечательно, что углерода, являющегося основой жизни, в земной коре всего 0,1 %.

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более, чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённыепородообразующие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1 %. Основными оксидами являются кремнезём (SiO2), глинозём (Al2O3), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K2O) и оксид натрия (Na2O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним. Из расчётов, основанных на анализе 1 672 видов пород, Кларк сделал вывод, что 99,22 % из них содержат 11 оксидов (таблица справа). Все прочие компоненты встречаются в очень незначительных количествах. Ниже приводится более подробная информация о химическом составе Земли (для инертных газов данные приведены в 10?8см3/г; для остальных элементов -- в процентах)

Геология как наука. История геологии.

Геология -- в переводе с греческого обозначает науку о Земле. В настоящее время под геологией понимают историю Земли в обширном смысле этого слова, т. е. не только жизнь минеральную нашей планеты и те физические и химические изменения, которые в ней произошли, но и естественную историю всего организованного мира, населяющего земную поверхность.

В ряду наук естественноисторических геология занимает видное и тесно с другими естественноисторическими науками связанное положение. При изучении минеральных изменений Земли геология соприкасается с химией, физикой, минералогией и даже астрономией, в особенности при разборе вопроса о происхождении Земли. При изучении ископаемых организованных остатков геология вступает в тесные соотношения с ботаникой и зоологией. При изучении бывших изменений на земной поверхности она вступает в тесную связь с физической географией, и, изучая современные геологические явления, она не столько интересуется причинностью их, сколько теми результатами, которые оставляют эти явления на земной поверхности.

Геология не только в область естественных наук, но и в обширную область человеческих знаний внесла новый элемент. Минералог, ботаник или зоолог, изучая готовые продукты природы, т. е. минерал, растение или животное, может относиться безразлично к тому времени, когда появился на Земле этот продукт природы. Но геолог открывает возможность при последовательном разборе памятников жизни Земли отмечать те страницы, на которых более или менее отчетливо запечатлено нахождение данного минерала или организма. Проследить за его пребыванием на земной поверхности можно на следующих страницах памятников жизни Земли и, наконец, можно отметить момент, когда данный организм или совершенно исчезает с лица Земли, или заменяется новым.

Геология ввела в науки новый элемент -- время, который дает возможность обнять более широким духовным взором экономию природы и показать, как длинен и последователен был путь, которым выработалась окружающая нас природа. Здесь, конечно, можно провести параллель с науками гуманитарными, для которых история человечества составляет такой же краеугольный камень, какой геология -- для наук естественноисторических. Геология, кроме того, доставила массу материала, совершенно нового с точки зрения классификации. Для примера можно взять зоологию. Долгое время однокопытные животные состояли совершенно изолированными среди других млекопитающих, и генетическая связь их являлась таким образом утерянной. Только благодаря геологическим находкам можно было с достаточной наглядностью и последовательностью доказать, что однокопытные животные тесно генетически связаны с другими непарнопалыми, в современной своей организации представляющими так мало общего с однокопытными. Если принять во внимание, какую массу ископаемых организмов, как водных, так и наземных, уже исчезнувших с лица Земли, открыла геология, и если обратить внимание на так называемые эмбриональные и сборные типы, то сделается вполне понятным, что этой науке обязана ботаника и зоология современными своими классификациями.

При разборе новейших страниц жизни Земли геология соприкасается и с историей человечества. При выработке торфа из болот Дании уже давно извлекались изделия, приготовленные из камня грубой или более или менее совершенной оббивкой, изделия из бронзы и железа. Последовательный геологический разбор наслоения торфа обнаружил, что эти остатки распределены в нем с известной последовательностью: каменные изделия распределены в нижних слоях, бронзовые -- в средних и железные -- в верхних. Это и подало повод установить в ходе культуры доисторического человека Западной Европы века: каменный, бронзовый и железный. Но этим не удовольствовались и попробовали при помощи остатков растений в торфе восстановить природу того времени. Оказалось, что господствующей древесной породой времени жизни человека каменного века были сосна, бронзового -- дуб и железного -- бук. Такое вертикальное распределение древесной растительности дает возможность из сравнения с современным распределением на Земле растений прийти к заключению, что со времени жизни на Земле человека каменного века произошли значительные климатические изменения и что в то время в Дании климат был значительно суровее, чем ныне. О Дании известно из древних римских известий: постоянно там упоминается как господствующая древесная порода -- бук; следовательно, еще римляне застали в этой стране бук; a когда здесь были леса дубовые или им предшествущие сосновые -- это теряется во временах глубокой древности, конечно, не только не захваченной историей человеческой, но и задолго до времени эпоса. Наконец, находки еще более древних остатков человека -- современника мамонта и сибирского носорога -- должны теряться в еще более отдаленных от нас временах.

История геологии.

Длинен был путь, которым выяснилось современное определение геологии.

Еще в начале XVIII столетия геологию считали то отделом минералогии, то отделом физической географии, а некоторые видели в ней науку, исключительной задачей которой предстоит решение вопроса о происхождении Земли.

В древней египетской космологии уже упоминается об обновлении Земли или водой (катаклизм), или огнем (экпирозис); здесь, очевидно, частные случаи наводнений или извержений и землетрясений возводились в общие явления, и им приписывалось всеобщее обновление земной поверхности. Но уже древние греческие ученые знали многие геологические факты. Так, им было известно существование обмена между сушей и морем и нахождение остатков морских организмов в слоях, слагающих высокие горы, а отсюда делались выводы, что море некогда было там, где теперь суша. У Аристотеля даже есть замечание, что изменение земной поверхности идет так медленно, что кратковременная человеческая жизнь недостаточна для наблюдений.

После падения Римской империи естествознание, а с ним и геологии знания переходят в руки сарацин, от которых, к сожалению, осталось так мало данных, что только ограниченное число трудов пока известно у Авицены, Омара и Ковцини.

С XVI столетия геологии факты начинают встречаться у христианских народов. Первые ученые с этим направлением появляются в Италии, но здесь сразу к успехам знания примешивается и сильнейший тормоз в образе схоластических прений средневековых итальянских университетов. И если древние в ископаемых остатках организмов видели действительные остатки, то здесь появляются о них самые невероятные гипотезы. То в них видят результат какой-то пластической силы, то влияние звезд, то игру природы.

В XVII столетии к этому тормозу присоединился новый в виде воззрения богословов, которые думали, что занятие геологией может подорвать кредит их специальности. Такое вмешательство постороннего элемента наложило тормоз по крайней мере на два столетия. Правда, и в XVI и в XVII вв. были и рационалисты-геологи, как бы игнорировавшие и схоластические прения, и богословов и стремившиеся расширить свои знания путем наблюдений. Следя за деятельностью отдельных лиц в XVII столетии, можно сказать, что к этому времени накопился уже настолько обильный запас геологических. данных, что требовались более сильные умы для приведения их в систему. Таких деятелей дали три страны: Германия дала Вернера, Англия -- Вильяма Смита и Франция -- Кювье и Ламарка. Еще в XVII столетии в Саксонии, Венгрии и Франции возникли небольшие горные школы с целью приготовления опытных людей для извлечения из недр земли полезных ископаемых. В числе дополнительных предметов в них преподавалась и минералогия. В 1775 г. в Фрейбергской горной школе такую кафедру занял Вернер. Он первый указал, что минералы не разбросаны в беспорядке, но что они, сочетаясь между собой, образуют вполне определенные типы, называемые горными породами, и что распределение последних подчинено законности. Точно так же Вернер первый обратил внимание на то, что известные руды приурочены к известным горным породам. Изучение Вернером Маленькой Саксонии и экскурсии по ней представили серию памятников жизни Земли, относимой нами к самым ранним периодам. Как древние памятники, они, конечно, должны сохраниться и менее совершенно, чем памятники более близких к нам времен. Не останавливаясь на одном факте исследования, пытливый ум Вернера старался заглянуть и во внутренний смысл этих памятников. Но для их толкования было еще мало данных, и Вернер должен был впасть в ошибку. Он был родоначальником школы нептунистов, в противовес которой в Англии возникла школа вулканистов и малоплодотворный спор между которыми затянулся на долгое время. Вернер обладал замечательной леностью к письменному труду, и о его взглядах мы узнаем от его учеников, в ряду которых были Александр Гумбольдт и Леопольд Бух. Тем не менее, приведение в систему древнейших памятников жизни Земли принадлежит вполне Вернеру. Для следующей серии геологических памятников установил порядок Вильям Смит, но уже другим путем. Ему удалось подметить, что остатки организмов, встречающиеся в различных слоях Земли, подчинены в своем распределении определенной законности. Приняв их за руководящее начало, Смит привел в порядок следующую за установленной Вернером серию памятников жизни Земли. Смит попытался условленными знаками нанести на обыкновенную географическую карту распространение известных геологических образований -- таким путем явилась первая геологическая карта Англии, изданная в 1815 г.

Для более новых памятников жизни Земли свою лепту в общие исследования внесли и французы. Любовь к естествознанию в начале XIX столетия во Франции стала под влиянием работ Кювье и Ламарка получать широкое развитие, а потому и остатки ископаемых организмов должны были обратить на себя внимание. Кювье и Броньяр занялись изучением ископаемых костей млекопитающих, а Ламарк -- беспозвоночных. Уже при первом прикосновении к костям млекопитающих Кювье пришлось временно оставить этот материал, так как в то время скелеты ныне живущих организмов еще были недостаточно изучены и ему необходимо было предварительно изучить и эти последние. Благодаря этому обстоятельству наука обогатилась новой отраслью знаний -- сравнительной остеологией. Только после создания последней Кювье мог в сотрудничестве с Броньяром описать около 50 форм ископаемых млекопитающих окрестностей Парижа. Остановиться на одном факте описания, конечно, Кювье не мог, тем более, что он принял исследуемые им осадки за самые новейшие, а во встреченных формах не нашел ни одного ныне живущего вида. Пораженный отсутствием ныне живущих форм в столь новых, по его мнению, образованиях, Кювье должен был прибегнуть к особой гипотезе, которую можно назвать гипотезой катастроф, по которой поверхность Земли периодически подвергается катастрофам, уничтожающим на ней все живущее, и новый акт творения создает новые формы по типу старых, но от них отличающиеся. Если бы Кювье прожил еще несколько лет, то ему пришлось бы быть свидетелем находок более новых образований и более новой и более близкой современной фауны организмов и увидеть, что между изученной им фауной и современной не было перерыва.

Интересно, что Ламарк, занимаясь другими организмами -- беспозвоночными -- пришел к выводам, прямо противоположным Кювье, и первый высказал мысль о том, что виды в организованном мире не есть нечто неизменное. Ламарк был первый эволюционист. Объяснить причинность такого различия в выводах, к которым пришли Кювье и Ламарк, в настоящее время не затруднительно. Изучение ископаемых организмов показало, что чем проще организована форма, тем она может вынести большее разнообразие внешних изменений, и обратно -- крупные и сложно организованные животные обладали во времени меньшей продолжительностью жизни.

Итак, трудами Вернера, Вильяма Смита, Кювье и Ламарка был составлен в грубых чертах том летописи жизни Земли. Но возникший со времени Вернера спор между нептунистами и вулканистами стал мало-помалу принимать ожесточенный характер и явился новым тормозом при развитии успехов геологии. Конечно, параллельно с усилением этих споров стало появляться все более и более рационалистов-геологов, которые хорошо понимали, что материала собрано для спора еще слишком мало. Стали мало-помалу организоваться специальные геологические общества, и первое по времени возникло английское геологическое общество, которое пошло по стопам Вильяма Смита. Многочисленной группе ученых удалось, изучая детали, восполнить пробелы, произвести более подробные подразделения в обширном томе летописи Земли. Оставалось найти метод для чтения этой летописи.

Такой метод дал английский геолог Чарльз Ляйелль; в период от 1830-33 гг. вышли его знаменитые выпуски "Principles of Geology". Этот метод можно назвать индуктивным, и основа его лежит в изучении современных геологических явлений. Прямое сравнение результатов этих последних явлений показало Ляйеллю, что и в предшествующие геологические эпохи те же явления оставляли после себя те же последствия, что и в настоящее время. Атмосфера и ныне, как и в прежние времена, с тех пор, как она появилась оболочкой вокруг земного шара, всегда должна была действовать на поверхность Земли своей температурой, составом и массой, и при том общее направление ее деятельности было нивелирующее. Такое же влияние должна была обнаружить и вода, как в твердом, так и в жидком состоянии, и также с момента ее осаждения на поверхности Земли. В самые ранние моменты ее осаждения можно допустить разве только некоторое различие в химической роли, потому что, исходя из гипотезы Канта-Лапласа, эта роль должна была быть более энергичной, так как вода в то время обладала более высокой температурой. В союзе с двумя предшествующими деятелями и ныне, и в прежние времена, с момента их появления, являются организмы, которые скоплениями своих твердых частей в виде остатков или внутреннего, или наружного скелета выравнивают и заполняют неровности и также стремятся придать Земле однообразный вид.

Как бы противовесом вышеупомянутому союзу является четвертый геологический деятель, присущий нашей планете с момента ее зарождения, -- вулканизм, стремящийся в различных своих проявлениях нарушить то однообразие, к которому стремится в окончательной своей деятельности атмосфера, вода и жизнедеятельность растительных и животных организмов. Современные геологические деятели то изменяют земную поверхность медленно и постепенно, то напоминают о себе разрушительными катастрофами. При такой постановке метода, конечно, уже нет никакой необходимости прибегать к вымыслам и гипотезам, в основу которых не положена индукция из современных геологических явлений. В другом своем сочинении, "The Elements of Geology", вышедшем в 1838 г., Ляйелль применил вышеуказанный метод к реставрации древних памятников жизни Земли, и отдельные страницы такого восстановления древней природы поразительны по своим деталям. Кроме того, при изучении геологической классификации Ляйелль для некоторых образований предложил своеобразный и весьма интересный метод, основываясь на сходстве ископаемой фауны с ныне живущей в соседних морях. Таким образом ему удалось в ряду третичных отложений найти известную последовательность, руководствуясь постепенным приближением в сходстве фаун различных третичных образований с ныне живущей фауной ближайших морей и океанов.

Опытный метод также не остался чужд геологии. В сороковых годах нынешнего столетия химик-геолог Бишоф путем лабораторных исследований показал возможность решить некоторые геологические вопросы в лаборатории. В особенности громадная заслуга этого ученого заключается в показании химической роли воды на различные минералы и горные породы, а также для выяснения вопроса о различных химических изменениях, происходящих в твердой земной коре под влиянием циркулирующей в ней воды. Другой ученый -- француз Добрэ -- доказал возможность искусственным путем показать то, что под влиянием физических и механических процессов совершается с твердой корой Земли в природе. Наконец, в 1858 г. англичанин Сорби применил микроскоп к изучению горных пород и показал, что осторожным стачиванием твердых и непрозрачных горных пород можно получить тонкие и прозрачные препараты, доступные изучению при сильных увеличениях микроскопа. Такой метод дал возможность детально изучить составные части горных пород и разложить те из них, которые до применения микроскопа являлись вполне однородными. Этот метод нашел быстрое применение в Германии, и в руках Циркеля, Фогельзанга, Розенбуша, Ласо и др. эта часть геологии о горных породах возросла до отдела самостоятельных знаний. Если в Германии первая работа в этом направлении появилась в 1864 г., то в России надо отметить 1867 г. Позднее Фукэ и Мишель-Леви применили этот метод во Франции; в Англии он нашел применение только недавно. Помимо установки классификации этот метод дал возможность судить о способе образования горной породы и заглянуть в процессы тех видоизменений, которым она подвергается, т. е. изучить минеральную их жизнь, а равно проследить и за процессами выветривания, а с ними и распадения плотной породы в рыхлый материал.

Итак, с одной стороны, исторический путь, выяснивший значение геологии, с другой -- нахождение методов для чтения прошедшей жизни Земли, -- все это совместно содействовало созданию науки, и некоторые из ее отделов стали принимать такие размеры, что близко время их выделения в область особых знаний. Впрочем, уже и ныне геологи распадается на несколько отделов, изучение которых должно предшествовать преследованию основной задачи геологии, т. е. классификации и реставрации памятников Земли.

Метаморфизм

Метаморфизм (греч. metamorphoуmai -- подвергаюсь превращению, преображаюсь) -- процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида.

Выделяют изохимический метаморфизм -- при котором химический состав породы меняется несущественно, и не изохимический метаморфизм (метасоматоз) для которого характерно заметное изменение химического состава породы, в результате переноса компонентов флюидом.

По размеру ареалов метаморфических пород, их структурному положению и причинам метаморфизма выделяются:

Региональный метаморфизм который затрагивает значительные объемы земной коры, и распространен на больших площадях.

Метаморфизм сверхвысоких давлений

Контактовый метаморфизм (локальный) приурочен к магматическим интрузиям и происходит от тепла остывающей магмы.

Динамометаморфизм происходит в зонах разломов, связан со значительной деформацией пород.

Импактный метаморфизм (ударный) происходит при ударе метеорита о поверхность планеты.

Автометаморфизм

Основными факторами метаморфизма являются температура, давление и флюид.

Температура - важнейший фактор метаморфизма, влияющий на процессы кристаллообразования и определяющий состав минеральных ассоциаций. Метаморфические преобразование горных пород происходит в температурном интервале 250 -1100°C. Именно на этом рубеже, в связи с резким возрастанием скоростей химических реакций, проводится граница между диагенезом и метаморфизмом.

Флюидом называются летучие компоненты метаморфических систем. Это в первую очередь вода и углекислый газ. Реже роль могут играть кислород, водород, углеводороды, соединения галогенов и некоторые другие. В присутствии флюида область устойчивости многих фаз (особенно содержащих эти летучие компоненты) изменяются. В их присутствии плавление горных пород начинается при значительно более низких температурах.

Фации метаморфизма

Метаморфические породы очень разнообразны. В качестве породообразующих минералов в них установлено более 20 минералов. Породы близкого состава, но образовавшиеся в различных термодинамических условиях, могут иметь совершенно разный минеральный состав. Первыми исследователями метаморфических комплексов было установлено, что можно выделить несколько характерных, широко распространенных ассоциаций, которые образовались в разных термодинамических условиях. Первое деление метаморфических пород по термодинамическим условиям образования сделал Эскола. В породах базальтового состава он выделил зеленые сланцы, эпидотовые породы, амфиболиты, гранулиты и эклогиты. Последующие исследования показали логичность и содержательность такого деления.

В дальнейшем началось интенсивное экспериментальное изучение минеральных реакций, и усилиями многих исследователей была составлена схема фаций метаморфизма - Р-Т диаграмма, на которой показаны полу- устойчивости отдельных минералов и минеральных ассоциаций. Схема фаций стала одним из основных инструментов анализа метаморфических комплектов. Геологи, определив минеральный состав породы, соотносили её с какой либо фацией, и по появлению и исчезновению минералов составляли карты изоград - линий равных температур. В практически современном варианте схема фаций метаморфизма была опубликована группой ученых под руководством В.С. Соболева в Сибирском отделении АН СССР.

Состав метаморфических систем

Протолит - растворенное в воде вещество, которое может выполнять функции кислоты или основания.

Типы подземных вод и их динамика.

По условиям залегания, питания и движения среди подземных вод выделяются следующие типы: почвенные воды, верховодка, грунтовые воды, межпластовые воды.

Почвенные воды располагаются в поверхностной зоне промачивания дождевыми осадками и конденсации влаги из воздуха. Это воды висячие, не подстилаемые водоупорами. Они играют большую роль в питании растений, но добыть их колодцами невозможно.

Ниже зоны почвенных вод располагается толща практически сухих пород, содержащих только в небольших количествах плёночную воду. Но если в этой толще имеются прослои или линзы водоупоров, то во влажные сезоны года на них очень долго задерживается некоторое количество воды. Эти временные водоносные горизонты называются верховодки.

В областях с влажным климатом над первым сверху сплошным водоупорным слоем обычно располагается уже более постоянный горизонт подземных вод, насыщающий нижнюю часть проницаемой толщи. Этот первый от поверхности постоянный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Питаются они за счёт атмосферных осадков и находятся в зависимости от распределения осадков по временам года. В сельской местности используются для водоснабжения (колодцы).

Если ниже горизонта грунтовых вод лежит толща переслаивания водопроницаемых и водоупорных пород, то над каждым водоупором может располагаться особый водоносный горизонт, называемый межпластовым. Областью питания межпластовых вод служат очень удалённые районы, в которых питательный водоносный горизонт выходит на поверхность. Межпластовые воды не зависят от сезонных изменений количества осадков и отличаются большим постоянством в режиме, чем грунтовые воды.

Напор межпластовых вод может иметь региональное распространение и проявляться на обширной площади. Межпластовые воды с большим региональным напором носят название артезианских вод, а содержащие их горизонты - артезианских водоносных горизонтов. Большие скопления артезианских вод приурочены к так называемым артезианским бассейнам, которые в большинстве случаев представляют собою огромные мульды или прогибы пластов земной коры. Крупные артезианские бассейны служат важными источниками водоснабжения больших промышленных и сельскохозяйственных районов.

Размещено на Allbest.ru