Основы геологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

Геология - это...

Геология (от гео и логия), комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли, в узком смысле слова - наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых Г., связано с верхней частью земной коры, доступной непосредственному наблюдению. На прямых полевых наблюдениях основаны главным образом и геологические методы.

Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.). Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений. Для уточнения данных геологической съёмки иногда прибегают к бурению скважин, которые позволяют извлечь на поверхность горные породы, залегающие на достаточной глубине. В СССР, кроме того, проводится т. н.: опорное бурение (с 1947), при котором обширные территории покрываются более или менее равномерной сетью глубоких скважин, что даёт возможность составить общую схему геологического строения страны, полнее использовать данные съёмки. С середины 20 в. в СССР и США осуществляется бурение скважин глубиной до 7 км. и более. Успешно проводится бурение морского дна в местах относительно малых глубин. С конца 60-х гг. 20 в. американские геологи ведут бурение в океане со специально оборудованных кораблей.

Методы непосредственного изучения недр не дают возможности познать строение Земли глубже, чем на несколько км. (иногда до 20) от её поверхности. Поэтому даже для изучения земной коры, а тем более нижележащих геосфер, Г. не обходится без помощи косвенных методов, разработанных др. науками, особенно без геохимических и геофизических методов. Очень часто применяется комплекс геологических, геофизических и геохимических методов.

В геологических исследованиях можно различить три основных направления. Задачей первого из них (описательная Г.) служит описание минералов, горных пород и их типов, изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и всех прочих вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.).

Второе направление (динамическая Г.) заключается в изучении геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами, накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления). Геологические процессы изучаются не только в естественных условиях, но и экспериментально. Восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция) составляет сущность третьего направления геологических исследований (историческая Г.). Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и др. геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковий и т. д.

Все три направления Г. неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.

Специфическая особенность геологических процессов состоит в том, что многие из них протекают на огромных территориях и продолжаются в течение миллионов и даже миллиардов лет, в этом заключается трудность их исследования. Чтобы понять геологические процессы прошлого, изучается весь комплекс результатов, оставленных ими в толщах пород: особенности их состава, строения и залегания, формы рельефа земной поверхности и т. д.

При анализе историко-геологических данных принимается во внимание принцип последовательности напластования слоистых осадочных толщ, которые рассматриваются как страницы "каменной летописи" Земли, учитывается также необратимая эволюция органического мира, запечатлевшаяся в окаменевших остатках растительных и животных организмов, которые сохраняются в пластах осадочных пород.

Каждой из эпох в развитии Земли соответствовали определённые растения и животные. Это послужило основой для установления относительного возраста толщ горных пород и позволило подразделить историю последних 600 млн. лет жизни Земли на последовательные отрезки времени - эры, которые делятся на более мелкие единицы геологического времени - периоды, эпохи и века.

Исследования показывают, что 80% объёма осадочной оболочки Земли образуют самые древние, докембрийские, толщи, продолжительность образования которых составляет по крайней мере 6/7 всей известной геологической истории. Помимо относительного возраста, определяется абсолютный, или радиометрический, возраст геологических тел. Метод его вычисления основан на законе постоянства скоростей радиоактивного распада, в качестве исходных данных берутся цифры относительного количества расщепляющего элемента и продуктов его распада в исследуемой горной породе или минерале. Этот метод имеет особенное значение для древнейших докембрийских толщ Земли, очень скудно охарактеризованных органическими остатками.

Широко используется в Г. метод актуализма, согласно которому в сходных условиях геологические процессы идут сходным образом, поэтому, наблюдая современные процессы, можно судить о том, как шли аналогичные процессы в далёком прошлом. Современные процессы можно наблюдать в природе (например, деятельность рек) или создавать искусственно (подвергая, например, образцы горных пород действию высокой температуры и давления). Таким путём часто удаётся установить физико-географические и физико-химические условия, в которых отлагались древние слои, а для метаморфических горных пород и примерную глубину, на которой произошёл метаморфизм (изменение).

Однако географическая и геологическая обстановка в жизни Земли необратимо менялась, поэтому, чем древнее изучаемые толщи, тем ограниченнее применение метода актуализма.

Разработка теоретических вопросов Г. тесно связана с одной из её крупнейших практических задач - прогнозом поиска и разведки полезных ископаемых и созданием минерально-сырьевой базы мирового хозяйства.

Большое значение имеет Г. также при проектировании различных инженерных сооружений, в строительстве, сельском хозяйстве, военном деле. Велика роль Г. и в борьбе за материалистическое миропонимание.

Связь геологии с другими науками и система геологических наук. Современная Г. тесно связана с очень большим числом др. наук, главным образом наук о Земле. Именно поэтому трудно установить точные границы Г. как науки и определить однозначно её предмет. Широкое применение при геологических исследованиях физических и химических методов способствовало бурному развитию таких пограничных дисциплин, как физика Земли и геохимия. Физика Земли изучает физические свойства Земли и её оболочек, а также происходящие в этих оболочках геологические процессы. Геохимия рассматривает химический состав Земли и законы распространения и миграций в ней химических элементов. Г. не может обойтись без применения методов и выводов этих наук. В геохимии и физике Земли органически сливаются физические и химические приёмы исследования, с одной стороны, и геологические - с другой.

Поэтому положение геохимии и физики Земли в системе наук о Земле является дискуссионным. Их рассматривают либо как наиболее развившиеся геологические дисциплины, либо как области знания, равнозначные Г. Тесная связь объединяет Г. с геодезией и с комплексом физико-географических наук (геоморфологией, климатологией, гидрологией, океанологией, гляциологией и др.), в задачи которых входит изучение рельефа земной поверхности, вод суши и Мирового океана, климатов Земли и др. вопросов, касающихся строения, состава и развития географической оболочки. Для полного понимания истории Земли необходимо знать её начальное состояние, такой вопрос решает планетная космогония, т. е., раздел астрономии, изучающий проблему образования планет.

В вопросах происхождения и развития органической жизни на Земле Г. взаимосвязана с биологическими науками и прежде всего с палеонтологией. Знание биологических и биохимических процессов необходимо геологу для выяснения путей образования ряда горных пород и полезных ископаемых (нефти, угля и др.).

Т. о., весь комплекс наук, изучающих Землю, характеризуется многосторонней связью и взаимодействием. Г. использует данные этих наук для решения общих проблем развития планеты. Это позволяет некоторым исследователям отводить Г. ведущее место среди наук о Земле или даже понимать под Г. весь комплекс наук о Земле. Геология включает ряд научных дисциплин, занимающихся исследованием и описанием Земли. Комплекс этих дисциплин пополняется по мере расширения исследований планеты за счёт их дифференциации и появления новых научных направлений, возникающих главным образом на стыке Г. с другими областями знания. Предмет большинства геологических дисциплин относится ко всем трём направлениям Г. (описательной, динамической и исторической).

Исторический очерк. Отдельные наблюдения и высказывания, которые принято считать истоками Г., относятся к глубокой древности. Характерно, что высказывания античных учёных (Пифагора, Аристотеля, Плиния, Страбона и др.) касаются землетрясений, извержений вулканов, размывания гор, перемещения береговых линий морей и т. п., т. е., явлений динамической Г. Только в средние века появляются попытки описания и классификации геологических тел, например описание минералов узбекским учёным Бируни и таджикским естествоиспытателем Ибн Синой (латинизированный - Авиценна). К эпохе Возрождения относятся первые суждения (если не считать ранних упоминаний об этом у древнегреческого учёного Страбона) об истинной природе ископаемых раковин как остатках вымерших организмов и о большой, по сравнению с библейскими представлениями, длительности истории Земли (итальянские учёные Леонардо да Винчи в 1504-06, Дж. Фракасторо в 1517).

Разработка первых представлений о смещении слоев и их первоначальном горизонтальном залегании принадлежит датчанину Н. Стено (1669), который впервые дал анализ геологического разреза (в Тоскане), объясняя его как последовательность геологических событий.

Рождение Г. как науки относится к концу 18 - начале 19 вв. и связывается с установлением возможности разделять слои земной коры по возрасту на основании сохранившихся в них остатков древней фауны и флоры. Позднее это позволило обобщить и систематизировать разрозненные ранее минералогические и палеонтологические данные, сделало возможным построение геохронологической шкалы и создание геологических реконструкций. Большое значение для развития Г. в России сыграла организация в 1882 Геологического комитета, которым руководили А.П. Карпинский, Ф.Н. Чернышев, К.И. Богданович и др.

С деятельностью комитета связан существенный сдвиг в изучении региональной Г. России и в развитии геологической картографии, позволивший А.П. Карпинскому к Берлинской сессии Международного геологического конгресса (1885) составить карту значительной части Европейской России. Полная геологическая карта Европейской России в масштабе 1:2520000 впервые была составлена и издана под руководством А.П. Карпинского в 1892. Большую роль в развитии геологической картографии сыграло начатое с момента организации Геологического комитета составление общей "десятивёрстной" карты Европейской России (масштаб 1:420000).

А.П. Карпинский в 1887 впервые осуществил для Европейской России палеогеографические реконструкции, проследив распространение морских отложений и восстановив положение береговых линий для различных геологических периодов. Ему удалось дать общую картину медленных тектонических движений геологического прошлого, начиная с кембрийского периода, для огромной территории.

Эти движения были противопоставлены им "кряжеобразовательным" процессам, которые локализуются в сравнительно узких зонах. Медленные движения земной коры американский геолог Г. Джильберт в 1890 предложил называть эпейрогеническими, в противоположность более быстрым, горообразующим, или орогеническим.

Во 2-й половине 19 в. появляются первые представления о существовании особо подвижных поясов земной коры - геосинклиналей (американские геологи Дж. Холл, 1857-59, Дж. Дана, 1873, французский геолог Э. Ог), которые противопоставляются устойчивым областям - платформам. Французский геолог М. Бертран и австрийский геолог Э. Зюсс в конце 19 в. для территории Европы выделили разновозрастные эпохи складчатости (каледонская, герцинская и альпийская), началось издание первого многотомного описания геологического строения всей планеты ("Лик Земли" австрийского геолога Э. Зюсса).

В этой работе горообразование рассматривается с точки зрения гипотезы. Детальные исследования тектоники Альп привели к установлению нового типа структур земной коры - шарьяжей (франццзский геолог М. Люжон, 1902). Последующими работами широкое развитие шарьяжей было доказано применительно ко многим горным системам.

В 20 в. Г., как и всё естествознание в целом, развивается гораздо быстрее, чем ранее. За первыми широкими теоретическими обобщениями следуют новые, часто во многом их исправляющие или опровергающие. Крупным событием этого времени было открытие (1899-1903) французскими учёными П. Кюри и М. Склодовской-Кюри радиоактивного распада элементов, сопровождающегося самопроизвольным выделением тепла.

Оно позволило разработать методику определения абсолютного возраста горных пород, а следовательно, и продолжительности многих геологических процессов. На этой основе в последующем получила развитие Г. докембрия. С радиоактивным распадом в недрах Земли стали связывать наличие тепловой энергии планеты, а также активизацию тектонических движений и вулканизм, что привело к коренному пересмотру фундаментальных геологических концепций.

В частности, были поколеблены основы контракционной гипотезы, а представления о первоначальном огненно-жидком состоянии Земли были заменены идеями о её образовании из скоплений холодных твёрдых частиц, которые нашли окончательное выражение в космогонической гипотезе О. Ю. Шмидта (СССР).

Всё более насущной становится необходимость перехода от простой констатации эмпирически устанавливаемых закономерностей к подлинному объяснению их причин, к вскрытию основных законов истории развития Земли. Возникает необходимость усиленного изучения глубинных процессов, происходящих в нижних слоях земной коры и в мантии. Усовершенствуется также методика изучения веществ, состава горных пород (масс-спектрометрический, рентгеноструктурный и другие анализы) и строения земной коры.

Серьёзное внимание было обращено на развитие региональных геологических исследований, особенно на геологическую съёмку как основу для выявления минеральных богатств. Стратиграфические схемы, разработанные к началу 20 в. только для Европы и отчасти для Северной Америки, стали детализироваться и создаваться для всех остальных материков в связи с широким развёртыванием геологического картирования. Увеличение масштабов и глубины бурения и необходимость определения возраста извлекаемых из скважин пород, в которых крупные палеонтологические остатки встречаются редко, привело к изучению в стратиграфических целях микроскопических остатков фауны и флоры и к организации больших коллективов палеонтологов (Д.М. Раузер-Черноусова, А.В. Фурсенко и др.). горный недра геология

Значительным событием в развитии стратиграфии было установление Н.С. Шатским (1945) новой, рифейской группы отложений, лежащей между протерозоем и палеозоем, и выделение соответствующего отрезка времени в истории Земли продолжительностью около 1 млрд. лет. Рифейские отложения выделены на всех континентах, а их расчленение и сопоставление разрезов успешно осуществляется с помощью изучения строматолитов. В трудах советских (Д.В. Наливкина, В.В. Меннера, Б.С. Соколова, В.Н. Сакса и др.) и зарубежных (французского геолога М. Жинью, английского геолога В. Аркела, американских геологов Дж. Роджерса, У.К. Крумбейна и мн. др.) геологов была детально разработана стратиграфия палеозойских, мезозойских и кайнозойских отложений.

Размещено на Allbest.ru