Особенности геологического строения Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Тепловое поле Земли и его параметры

Источниками теплового поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и тепловая энергия Солнца. К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими). Тепловая энергия перечисленных источников, высвобождающаяся на земной поверхности в единицу времени, значительно выше энергии тектонических, сейсмических, гидротермальных процессов.

Внутреннее тепловое поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния на температуру вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, поступающая на земную поверхность от Солнца, в 1000 больше, чем из недр. Вместе с тем среднее тепловое воздействие Солнца не определяет теплового состояния Земли и способно поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли около 0 С. Фактически же благодаря изменению солнечной активности температура приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура горных пород изменяются.

Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности приводят к соответствующим циклическим изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем больше глубина их теплового воздействия. Например, суточные колебания температуры воздуха проявляются в почвенном слое глубиной 1 - 1,5 м. Это связано с переносом солнечного теплового потока за счет молекулярной теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров воды, инфильтрирующихся осадков и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности, а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В нем температура остается практически постоянной и в каждом районе в среднем на 3,7 С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном периоде влияли на тепловой режим Земли до глубин 3 - 4 км.

Таким образом, если не учитывать многовековых климатических изменений, то можно считать, что ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной активности можно пренебречь, а температурный режим пород определяется глубинным потоком тепла и особенностями термических свойств пород.

Ниже нейтрального слоя температура пород повышается в среднем на 3 С при погружении на каждые 100 м. Это объясняется наличием регионального теплового потока от источников внутреннего тепла Земли, поднимающегося к поверхности. Его величину принято характеризовать плотностью теплового потока (или просто тепловым потоком) . Среднее значение теплового потока как на суше, так и в океанах одинаково и составляет 0,06 Вт/м2 , отклоняясь от него не более чем в 5 - 7 раз. Постоянство средних тепловых потоков суши и океанов при резком изменении мощностей и строения земной коры свидетельствует о различии в тепловом строении верхней мантии. Поэтому аномалии тепловых потоков, т.е. отклонения от установленных средних потоков, несут информацию о строении и земной коры, и верхней мантии.

Установлено, что основной источник тепла на континентах - энергия радиоактивного распада. Это объясняется большей концентрацией радиоактивных элементов в земной коре, чем в мантии. В океанах, где мощность земной коры мала, основным источником тепла являются процессы в мантии на глубинах до 700 - 1000 км. Радиогенное тепло является основным среди других видов тепловой энергии недр. За время существования Земли оно более чем в 2 раза превысило потери за счет теплопроводности.

Тепловой поток определяется не только природой и мощностью источников тепла, но и его переносом через горные породы. Тепло передается посредством молекулярной теплопроводности горных пород, конвекции и излучения. На больших глубинах (свыше 10 км) передача тепла осуществляется в основном за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции, обусловленной движением блоков земной коры, расплавленных лав, гидротерм. На меньших глубинах перенос тепла связан с молекулярной теплопроводностью и конвекцией подземными водами.

Источники локальных тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны: наличие многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород и руд с повышенной радиоактивностью; влияние экзотермических (с поглощением тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах; проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе термальных, вод и др. Роль каждого из этих факторов определяется геологогидрогеологическим строением. Локальные тепловые потоки, как и региональные, зависят не только от наличия источников, но и от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и конвекции почвенного воздуха и подземных вод.

2.Особенности минералов класса сульфидов

Сульфиды с химической точки зрения представляют собой производные сероводорода, насчитывают около 200 минеральных видов. Для многих сульфидов характерны яркая окраска, низкая твердость, высокая плотность. В зоне окисления сульфиды неустойчивы, легко разлагаются и переходят в карбонаты, сульфаты и другие минералы. Имеют очень большое практическое значение, так как являются важнейшими рудами меди, ртути, свинца, цинка,никеля кобальта, мышьяка.

Сульфиды делятся на 4 подкласса:

1. простые сульфиды - соединения катиона с анионом серы.

2. двойные сульфиды - соединения двух и более катионов с анионом серы.

3.дисульфиды - соединения катионов с анионной группой [S2]

4. сложные сульфиды или сульфасоли - смесь двойных сульфидов. 

В зависимости от особенностей физических свойств, все сульфиды делятся на блески, колчеданы, обманки, поэтому имеют второе название. Блески - сульфиды с черным или свинцово-серым цветом и металлическим блеском (свинцовы блеск или галенит).

Колчеданы - сульфиды, которые имеют соломенно-желтый, латунно-желтый, бронзо- желтый, цвет и металлический блеск (пирит или черый колчедан).

Обманки - сульфиды, которые имеют неметаллический блеск (сфалерит или цинковая обманка).

3.Эффузивный магматизм

магматизм эффузивный карта геологический

Эффузивный магматизм или вулканизм - это излияние на поверхность Земли лавы, выход газов или выброс обломочного материала взрывом газов.

В зависимости от количества газов, их состава и температуры происходит:

а) изменение лавы - эффузия (медленное выделение газов, Т°С - высокая);

б) взрывное извержение - эксплозия (быстрое выделение газов, вскипание, Т°С - высокая);

в) медленное вскипание магмы - экструзия (вязкая магма, Т°С - высокая).

4.Пликативные геологические нарушения залегания горных пород

ПЛИКАТИВНЫЕ НАРУШЕНИЯ (от лат. pliсо - складываю * а. plicative dislocations; н. plikative Storung; ф. dislocations plicatives, deformations plicatives; и. transtornos plicativos) - нарушения первичного залегания горных пород (дислокации), приводящие к возникновению изгибов горных пород разного масштаба и формы, без разрыва сплошности (связности) этих пород.

Пликативные нарушения часто называется также складчатыми, поскольку главнейшей разновидностью связных нарушений являются различные складки горных пород. Однако этот термин не охватывает всех видов связных нарушений: среди них имеются нарушения и другого типа, например разлинзование. 

Причиной пликативных нарушений могут быть эндогенные процессы, связанные с деятельностью глубинных сил Земли(тектонические, магматические, метаморфические), и процессы экзогенного происхождения, обусловленные проявлениями силы тяжести (оползни, движения ледника и др.), т.н. нетектонические процессы. Основное значение в проявлении пликативных нарушений имеют тектонические процессы. Большую роль в образовании пликативных нарушений играют явления горизонтального сжатия, возникающие при сближении (субдукции, коллизии) литосферных плит. На них накладывается действие силы тяжести - всплывание более глубокозалегающих горных пород при их метаморфизме и гранитизации, водонасыщенных глинистых пород с аномально высоким поровым давлением, каменной и других солей. К нетектоническим (экзотектоническим) проявлениям пликативных нарушений относят складки, возникающие в результате неравномерного уплотнения горных пород, складки облекания, выжимания, загибы слоев по склону, оползневые складки, гляциодислокации и др.

5. Практическое применение геологических карт

Испокон веков человек использует географическую карту в качестве орудия труда. Она необходима для правильного ориентирования на местности, для определения местоположения того или другого объекта. Только с помощью карты можно охватить взглядом обширные территории и увидеть горы, реки, леса и т. д. Роль географической карты в практической жизни человека велика. В настоящее время сфера ее использования как средства познания окружающего нас мира необычайно расширилась. Многообразными стали требования, которые предъявляются к географическим картам со стороны различных отраслей хозяйства, науки, культуры и др.

Вопрос о том, для каких практических целей составляется тематическая карта, обычно решается во время разработки программы. О целевом назначении тематического атласа обычно говорится в тексте. Вот как инициаторы создания Атласа ресурсов штата Иллинойс (США) ограничивают его задачу: «Этот атлас будет подходящим пособием тем промышленникам, которые считают американский Средний Запад таким местом, где очевидны преимущества штата Иллинойс по сравнению с другими штатами с целью его освоения». Или другой пример. Составители Регионального атласа планирования экономических ресурсов Тасмании (Австралия) в предисловии отмечают, что «очень важно снабдить атлас более фактической информацией для потенциальных вкладчиков капиталов и промышленников, которые ищут места будущих инвестиций то ли в форме субсидий, то ли в форме вложений в действующие предприятия».

Любое отраслевое направление, возникающее в картографии, - реакция на требования, выдвигаемые практикой. В этом одно из непреходящих значений картографии как прикладной науки. Ведь прикладные науки имеют дело с разработкой конкретных способов повышения эффективности труда в различных отраслях экономики.

Использование географических карт в практике строительства советского хозяйства получает особый размах после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1918-1919 гг. по предложению В. И. Ленина Совнарком занялся изучением вопроса об объединении всех геодезических и топографических работ в стране с целью создания самостоятельного государственного органа, который ведал бы всеми работами по изучению территории РСФСР. В марте 1919 г. В. И. Ленин подписал Декрет об учреждении Высшего геодезического управления (ВГУ). Этим актом было положено начало государственной топографо-геодезической и картографической службы в нашей стране. В этом декрете указывалось, что Высшее геодезическое управление создается для «изучения территории РСФСР в топографическом отношении, в целях поднятия и развития производительных сил страны, экономии технических сил и денежных средств и времени». Кроме того, на ВГУ возлагалась задача объединять и направлять «всякого рода съемочные работы, устраняя параллелизм», собирать и систематизировать результаты астрономических, геодезических и топографических работ отдельных комиссариатов и учреждений в целях составления и издания карт общегосударственного значения.

Для планомерного изучения естественных ресурсов в разные районы страны организуются экспедиции: геологические, гидротехнических изысканий, транспортного строительства, научно-промысловые и др. Снаряжается гидрографическая экспедиция Северного Ледовитого океана для исследования и картографирования северных морей (1918 г.). Особо важное значение имели исследования и картографирование энергоресурсов страны в связи с составлением плана ГОЭЛРО. Наркомзем также приступил к картографическим работам. Большое внимание картографическим работам уделяла и Академия наук. В 1918 г. в ее составе начала действовать Комиссия по изучению естественных производительных сил (КЕПС) России.

Интерес к картографии, который был проявлен в первые годы Советской власти, оказал большое влияние на дальнейшее развитие науки. Важные правительственные документы нацеливали картографию на выполнение одной из главных экономических задач - на изучение и инвентаризацию естественных производительных сил страны. В практическом плане это означало широкое использование географической, в том числе особенно тематической карты при решении вопросов оценки природных условий и естественных ресурсов страны для нужд народного хозяйства. При разработке вопросов, связанных с развитием и освоением территории, различают в основном три этапа, или три уровня использования картографических источников.

Первый уровень предпроектный. Здесь карты используются как источник начальной, исходной информации при изучении территории. Например, по картам исследуются природные условия, степень обжитости и освоенности, наличие тех или других источников минерального сырья и т. п. Познание этих особенностей территории помогает правильнее определить те направления, по которым должно пойти ее развитие. При этом речь может идти как о комплексном освоении территории в перспективе, так и об организации или планировании каких-либо работ отраслевого или узкоспециального характера.

На втором уровне карты выступают уже как основа для составления проекта экономического освоения территории. Это этап проектирования или планирования работ, например, с целью выявления полезных ископаемых; или определения конкретных путей рационального использования территории - организации лесного хозяйства, водохозяйственного строительства.

Наконец, третий уровень - использование карты в практических целях. На этом уровне происходит непосредственная реализация проектов на основе имеющихся карт и одновременно составляются новые тематические карты. Например, с помощью геологических и топографических карт в процессе полевых работ получают новую информацию о территории (в виде находок полезных ископаемых) и на этой основе составляется карта полезных ископаемых.

Возможности использования любой карты в научной или практической работе зависят от ее масштаба, легенды, степени достоверности, а также способа размножения. Особенно важная роль принадлежит легенде карты. Построение легенды тесно связано с требованиями, которые предъявляются к содержанию карты, и с категорией потребителей, на которых она рассчитана.

О том, какое значение имеют тематические карты в научной работе, уже рассказывалось. Было показано, что тематическая карта в руках исследователя выступает не только как простой регистратор явлений; с ее помощью получают п новые знания и даже делают прогнозы. Поэтому далее будут рассмотрены случаи использования тематических карт главным образом в практике хозяйственного строительства, в развитии производительных сил стран и районов.

Геологическая картография принимает самое широкое участие в геологическом изучении страны с целью создания прочной минерально-сырьевой базы и особенно топливно-энергетической. Разные по содержанию геологические карты используются для изучения размещения полезных ископаемых, подсчета их запасов, определения путей и методов их добычи, анализа экономической эффективности эксплуатации. Такие карты не только теоретически обобщают накопленные наукой материалы, но и становятся важным инструментом для решения прикладных задач. Интересны в этом отношении две тематические карты, изданные в последние годы. Одна из них - карта поверхностей выравнивания и кор выветривания территории СССР масштаба 1 : 2 500 000 - вышла в свет в 1972 г. Значение ее не ограничено чисто научной стороной дела. Установлено, что гипергенные концентрации ряда полезных ископаемых тесно приурочены к древним корам выветривания или их дериватам различного возраста и происхождения. Следовательно, эта карта представляет собой важное научное пособие для планирования и организации более целеустремленных геологоразведочных работ на целый ряд полезных ископаемых. А целенаправленное планирование - это и рациональное использование материальных и финансовых ресурсов.

Карту современных вертикальных движений земной коры Восточной Европы масштаба 1 : 2 500 000 (1973 г.) считают уникальным произведением. Ведь знание того, как ведет себя земная кора, очень важно при проектировании и строительстве крупных гидротехнических сооружений, нефте- и газопроводов, а также для решения задач, связанных с мелиоративными работами на обширных территориях, и др.

Важное значение в жизни и хозяйственной деятельности человека имеют знания о характере строения земной поверхности, ее рельефа. Они нужны и строителям железных дорог, каналов, гидростанций, и работникам сельского хозяйства в целях рационального использования земли; они необходимы при сооружении крупных промышленных и гражданских объектов. Такие сведения о рельефе дают геоморфологические карты. Но особенно велико значение геоморфологических карт при поисково-разведочных работах на россыпные полезные ископаемые. Не случайно геоморфологическое картографирование входит в качестве составной части в комплексные геологические исследования территории.

Почвенные карты возникли и развивались при самом непосредственном влиянии сельскохозяйственной практики. По почвенным картам производится учет земельных фондов, оценивается их качество, планируются работы по землеустройству, различные агротехнические и агромелиоративные мероприятия.

Среди многочисленной группы карт растительного покрова наибольшее значение для практики имеют те, на которых изображаются лишь отдельные категории растительного покрова, систематизированные по каким-либо частным признакам. Например, существует большая группа лесных карт, даже целые атласы - мировые, региональные и отдельных стран. Можно сказать, что в самой основе возникновения лесной картографии лежат практические запросы. Отсюда и содержание лесных карт обычно имеет прикладной характер - показ лесов по породам и запасам древесины па единицу площади, возрасту, лесистости и т. д. Каждая из этих особенностей имеет значение для правильного ведения лесного хозяйства. К примеру, показатель лесистости (% лесных площадей в общей площади) определяет меру и направление хозяйственного использования лесов. Так, при лесистости 20-25% возможно создание в этом районе местной деревообрабатывающей промышленности, а при лесистости 35-40% уже возможен вывоз лесоматериалов в другие районы. Лесистость в 5-10% нужна для того, чтобы смягчить местный климат, а лесистость в 25-30% имеет уже водоохранное значение. Все эти характеристики очень наглядно и просто показываются и анализируются при помощи карты. Практическое значение лесных карт возросло в последние годы, когда эксплуатация лесов приняла комплексный характер, а лесовосстановительные работы начали проводиться на плановой научной основе.

В связи с планированием и проведением заготовок дикорастущих лекарственных растений возникла еще одна группа тематических карт - лекарственных растений. Они по издаются большими тиражами. Однако в недрах соответствующих заготовительных организаций их накопилось такое количество, которое позволило составить Атлас дикорастущих лекарственных растений (1976 г.).

Основными элементами содержания карт дикорастущих лекарственных растений являются: ареалы их географического распространения, районы возможных промышленных заготовок, численность па единицу площади, объем продукции и другие показатели.

6.Перечислите гипотезы «движения тектонических плит»

Горизонтальное движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений - конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, которые имеют очень высокую температуру (по оценкам, температура ядра составляет порядка 5000 °С) и температуры на её поверхности. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются (см. термическое расширение), плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла (следствие всплывания лёгких-горячих масс и погружения тяжёлых-более холодных масс) идёт непрерывно, в результате чего возникают конвективные потоки. Эти потоки - течения замыкаются сами на себя и образуют устойчивые конвективные ячейки, согласующиеся по направлениям потоков с соседними ячейками. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения увлекает плиты в горизонтальном же направлении с огромной силой за счёт огромной вязкости мантийного вещества. Если бы мантия была совершенно жидкой - вязкость пластичной мантии под корой была бы малой (скажем, как у воды или около того), то через слой такого вещества с малой вязкостью не могли бы проходить поперечные сейсмические волны. А земная кора увлекалась бы потоком такого вещества со сравнительно малой силой. Но, благодаря высокому давлению, при относительно низких температурах, господствующих на поверхности Мохоровича и ниже, вязкость мантийного вещества здесь очень велика (так что в масштабе лет вещество мантии Земли жидкое (текучее), а в масштабе секунд - твёрдое).

Движущей силой течения вязкого мантийного вещества непосредственно под корой является перепад высот свободной поверхности мантии между областью подъёма и областью опускания конвекционного потока. Этот перепад высот, можно сказать, величина отклонения от изостазии, образуется из-за разной плотности чуть более горячего (в восходящей части) и чуть более холодного вещества, поскольку вес более и менее горячего столбов в равновесии одинаков (при разной плотности!). На самом же деле, положение свободной поверхности не может быть измерено, оно может быть только вычислено (высота поверхности Мохоровича + высота столба мантийного вещества, по весу эквивалентного слою более лёгкой коры над поверхностью Мохоровича).

Эта же движущая сила (перепада высот) определяет степень упругого горизонтального сжатия коры силой вязкого трения потока о земную кору. Величина этого сжатия мала в области восхождения мантийного потока и увеличивается по мере приближения к месту опускания потока (за счёт передачи напряжения сжатия через неподвижную твёрдую кору по направлению от места подъёма к месту спуска потока). Над опускающимся потоком сила сжатия в коре так велика, что время от времени превышается прочность коры (в области наименьшей прочности и наибольшего напряжения), происходит неупругая (пластическая, хрупкая) деформация коры - землетрясение. При этом из места деформации коры выдавливаются целые горные цепи, например, Гималаи (в несколько этапов).

При пластической (хрупкой) деформации очень быстро (в темпе смещения коры при землетрясении) уменьшается и напряжение в ней - сила сжатия в очаге землетрясения и его окрестностях. Но сразу же по окончании неупругой деформации продолжается прерванное землетрясением очень медленное нарастание напряжения (упругой деформации) за счёт очень медленного же движения вязкого мантийного потока, начиная цикл подготовки следующего землетрясения.

Таким образом, движение плит - следствие переноса тепла из центральных зон Земли очень вязкой магмой. При этом часть тепловой энергии превращается в механическую работу по преодолению сил трения, а часть, пройдя через земную кору, излучается в окружающее пространство. Так что наша планета в некотором смысле представляет собой тепловой двигатель.

Относительно причины высокой температуры недр Земли существует несколько гипотез. В начале XX века была популярна гипотеза радиоактивной природы этой энергии. Казалось, она подтверждалась оценками состава верхней коры, которые показали весьма значительные концентрации урана, калия и других радиоактивных элементов, но впоследствии выяснилось, что содержания радиоактивных элементов в породах земной коры совершенно недостаточно для обеспечения наблюдаемого потока глубинного тепла. А содержание радиоактивных элементов в подкоровом веществе (по составу близком к базальтам океанического дна), можно сказать, ничтожно. Однако это не исключает достаточно высокого содержания тяжёлых радиоактивных элементов, генерирующих тепло, в центральных зонах планеты.

Другая модель объясняет нагрев химической дифференциацией Земли. Первоначально планета была смесью силикатного и металлического веществ. Но одновременно с образованием планеты началась её дифференциация на отдельные оболочки. Более плотная металлическая часть устремилась к центру планеты, а силикаты концентрировались в верхних оболочках. При этом потенциальная энергия системы уменьшалась и превращалась в тепловую энергию.

Другие исследователи полагают, что разогрев планеты произошёл в результате аккреции при ударах метеоритов о поверхность зарождающегося небесного тела. Это объяснение сомнительно - при аккреции тепло выделялось практически на поверхности, откуда оно легко уходило в космос, а не в центральные области Земли.

Размещено на Allbest.ru