Геология как наука. Краткая история ее возникновения и развития. Связь с другими науками

Геология как наука. Краткая история ее возникновения и развития. Связь с другими науками.

Планету Земля можно разделить на оболочки. Внешняя, газовая оболочка Земли – атмосфера. Жидкая оболочка планеты – гидросфера состоит из океана,… Геологи всегда работали в мире относительного времени. Точность, с которой… Изучение исторического развития планеты необходимо для прогнозов дальнейшего существования человеческой цивилизации,…

Становление геологии как науки

Первые упоминания о геологии можно найти в древних памятниках Месопотамии и Египта (второе-третье тысячелетие до нашей эры). В Китае сохранились… Как наука историческая геология начала формироваться на рубеже 18-19 веков,… Идею катастроф сменяет учение об эволюции, которое все изменения на Земле рассматривает как результат очень медленных…

Заключение

Подытоживая, можно сказать, что предметом изучения геологии являются основные закономерности геологического развития Земли. Более узкие разделы геологии, например, вулканология, минералогия, петрография, так или иначе, касаются проблем исторического развития планеты.

 

2. Земля(форма и размеры, строение поверхности и внутренних геосфер). Методы, с помощью которых изучают внутреннее строение Земли
Самый верхний покров Земли - земная кора. Если сравнить Землю с яблоком, то земная кора будет только его тонкой кожицей. Но именно эта «кожица» интенсивно используется человеком. На ее поверхности построены города, заводы и фабрики, из ее недр добывают различные полезные ископаемые, она дает человеку воду, энергию, одежду и многое-многое другое. Поскольку земная кора самый верхний слой Земли, то и изучена лучше всех. В её недрах залегают очень ценные для человека горные породы и минералы, который он научился использовать в хозяйстве.

Толщина Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

Верхний слой земной коры состоит из достаточно мягких горных пород. Они образованы в результате разрушения твёрдых пород (например, песок), отложения остатков животных (мел) или растений (уголь), осаждения на дно морей и океанов разных веществ (поваренная соль).
Следующий слой земной коры – гранитный. Гранит называют магматической породой. Он образовался из магмы в толще земной коры в условиях высоких температур и давления. «Магма» в переводе с греческого означает «густая мазь». Она представляет собой расплавленное вещество земных недр, которое заполняет трещины в земной коре. При ее застывании образуется гранит. Химический анализ гранита показывает, что он содержит большое количество самых разных минералов - кремнезема, алюминия, кальция, калия, натрия.
После «гранитного» слоя, находится слой, сложенный преимущественно из базальта — горной породы глубинного происхождения. Базальт тяжелее гранита, он содержит больше железа, магния и кальция. Эти три слоя земной коры — осадочный, «гранитный» и «базальтовый» — хранят все полезные ископаемые, используемые человеком. Толщина земной коры не везде одинакова: от 5 км под океанами до 75 км под материками. Под океанами, как правило, отсутствует «гранитный» слой.
На рисунке видно, что под океанами земная кора более тонкая, т.к. состоит из двух слоёв (верхнего осадочного и нижнего базальтового).
Далеко не везде, углубляясь в Землю, мы будем наблюдать строгую последовательность, при которой за более молодым слоем располагается более древний. Пласты горных пород по праву называют страницами истории Земли, но они могут быть перепутаны, измяты, изорваны. В основном это происходит в результате горизонтальных сдвигов происходящих в земной коре.
Смещение горных пород показано рисунке справа.
За земной корой, если двигаться к центру Земли следует, самый толстый слой Земли – мантия (учёные говорят «самый мощный»). Никто никогда не видел ее. Ученые предполагают, что состоит она из магния, железа и свинца. Температура здесь около +2000° С!
От низлежащей мантии земную кору отделяет во вмогом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.
На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.
В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны сдесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.
Ученые установили, что температура горных пород с глубиной возрастает: в среднем на каждые 30 м глубины Земли становится теплее на 1 С. Мантия получает огромное количество тепла от ядра Земли, которое ещё горячее.
При огромной температуре породы мантии должны быть в жидком, расплавленном виде. Но этого не происходит, потому что вышележащие горные породы давят на мантию, и давление на такой глубине в 13 тысяч раз больше, чем на поверхности. Иначе говоря, на каждый 1 см² горной породы давят 13т. Столько весит КАМАЗ, груженый асфальтом. Поэтому, по-видимому, породы мантии и ядра находятся в твердом состоянии. Выделяют нижнюю и верхнюю мантию.
Состав мантии:
алюминий, магний, кремний, кальций
Люди давно заметили, что на дне глубоких шахт температура горных пород выше, чем на поверхности. Некоторые шахты даже приходилось забрасывать, потому что там становилось невозможно работать, так как температура достигала +50° С.
Ядро Земли — пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить лишь о его радиусе — примерно 3500 км и температуре — около 4000 °С. Это пока все, что известно науке о строении глубин Земли. Некоторые учёные придерживаются мнения о том, что наше ядро состоит из железа, другие допускают возможным существования огромной пустоты в центре нашей планеты. Выделяют внешнее и внутреннее ядро. Нокаково ядро Земли на самом деле пока не знает никто.
Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (BHУTPEHHE), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.
ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.
Состав ядра: железо, никель.
Литосфера - это твердая оболочка Земли, состоящая из земной коры и верхней части мантии (от греч. lithos - камень и sphaira - шар). Известно, что существует тесная связь между литосферой и мантией Земли.
Движение литосферных плит.
Многие ученые считают, что литосфера разделена глубинными разломами на блоки, или плиты, разной величины. Эти плиты перемещаются по разжиженному слою мантии относительно друг друга. Литосферные плиты бывают материковые и океанические (мы немного рассказывали чем они отличаются). При взаимодействии материковой и океанической плит одна надвигается на другую. Из-за своей меньшей толщины край океанической плиты как бы "ныряет" под край континентальной плиты. При этом образуются горы, глубоководные желоба, островные дуги. Наиболее яркий пример такого образования - Курильские острова и Анды .
Какая же сила передвигает плиты литосферы?
Движение их ученые связывают с перемещением вещества в мантии. Мантия несет на себе земную кору, как тонкий лист бумаги.
Границы литосферных плит в местах их разрыва и в местах стыковки - это активные участки литосферы, к которым приурочено большинство действующих вулканов и где часты землетрясения. Эти участки образуют сейсмические пояса Земли, протянувшиеся на тысячи километров. Повторим, что термин "сейсмический" происходит от греческого слова seismos - колебание.
Тепло ядра Земли заставляет мантийное вещество подниматься (как вода при кипении), образуя вертикальные потоки мантии, раздвигающие литосферные плиты. При остывании возникают нисходящие потоки. Тогда литосферные плиты сдвигаются, сталкиваются и образуются горы.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ.
Объектами
, которые изучает геология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:
- изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;
- изучение внутреннего строения Земли;
- изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;
- изучение истории развития жизни на Земле и др.
Методы
науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.
1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.
2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы, основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы, изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и, следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.
3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.
4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.
5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.
6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

3. Физические поля Земли (тепловое, магнитное, гравитационное).

Строение и характеристики магнитного поля Земли

На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.

По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный «хвост».

Плазмосфера

Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Это область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.

Параметры поля

Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к… Средняя напряжённость поля на поверхности Земли составляет около 0,5 Э (40… Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял 7,812·1025 Гс·см³ (или 7,812·1022 А·м²), уменьшаясь в…

Тепловое поле земли

Внешний источник - солнечная радиация, проникает на глубину лишь в несколько метров. Дальнейшее увеличение температуры с глубиной (в среднем 0,3°С… ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ — силовое поле, обусловленное притяжением масс Земли…

Минералы(что называют минералом, морфология, условия образования).

ГЛАВНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ Долгое время основными характеристиками минералов служили внешняя форма их кристаллов и других выделений, а также… ПРОИСХОЖДЕНИЕ И УСЛОВИЯ НАХОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛОВ Минералогия не ограничивается…

Симметрия кристаллов. Какими преобразованиями она осуществляется

Оси симметрии обозначаются буквой L с цифровым индексом, указывающим на порядок оси - Ln. Доказано, что в кристаллах возможны только оси второго,… Название "сингония" происходит от греческого " син" -… Единичное направление (Е) - это единственное, неповторяющееся какими-либо операциями симметрии данной группы…

Физические (диагностические) свойства минералов.

Минерал Относительная твердость Тальк ______1 Гипс _______2 Кальцит ____3 Флюорит ____4 Апатит _____5 Ортоклаз ___6 Кварц ______7 Топаз ______8… Чтобы определить твердость минерала, необходимо выявить самый твердый минерал,…  

Горные породы (что называют горной породой, основные группы горных пород).

По условиям образования горные породы разделяются на магматические, осадочные, метаморфические и имеющие сравнительно небольшое распространение… 8.Магматические горные породы. Их классификация по условиям образования и… Прародительницей магматических пород является магма. Она представляет собор расплав, имеющий температуру от 600 до1200…

Постмагматические процессы и их продукты

1. Газы выделяются из магмы относительно спокойно — происходит спокойное излияние — эффузия — лавовых потоков. 2. Газы в магме находятся под большим… Особенности вулканизма тесно связаны с режимом тектонического развития земной… 1. Вулканизм океанических рифтовых зон имеет эффузивный характер активности извержений. Это исландский тип (вулканы о.…

Осадочные горные породы(условия образования , разновидности осадочных горных пород).

Изучением осадочных горных пород занимается наука Литология.

Метаморфические горные породы (условия образования, породы различных видов метаморфизма).

М. г. п., образованные в глубинах Земли (М. г. п. регионального метаморфизма), характеризуются сланцеватостью, сформированной под действием… М. г. п., образованные в контакте с интрузивами (контактный метаморфизм),… М. г. п. часто сопровождаются метасоматическими горными породами.

Методы определения абсолютного возраста

2.Методы ядерной геохронологии Эти методы опираются на явление радиоактивного распада элементов. Скорость… В ядерной геохронологии основными являются:

Ископаемые формы, жившие только в одном слое; 2-формы, впервые появившиеся в изучаемом слое и переходящие в вышележащий (проводится нижняя граница слоя); 3-формы, переходящие из нижнего слоя и закончившие свое существование в изучаемом слое (доживающие формы);4-формы, жившие в нижнем или верхнем слое, но не встреченные в изучаемом слое (верхняя и нижняя границы слоя).

Не палеонтологические методы

· литологические · структурно-тектонические · геофизические

Геохронологическая шкала (основные подразделения принципа составления).

На основе большого количества данных по различным регионам и континентам была создана общая для земной коры Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений и эволюцию органического мира.

В стратиграфии подразделения рассматриваются от крупных к мелким:

эонотема - группа - система - отдел -ярус. Им соответствуют

эон - эра - период - эпоха - век

Каждое подразделение в геохронологической шкале имеет свое название. Названия происходят от греческих слов (археос -древний и т.д.) или от места, где они впервые были выделены. Кроме того, каждое подразделение имеет свой цвет и индекс, который состоит из начальных букв названия подразделения и цифр. Например: D₂ef означает - эйфельский ярус среднего девона. Такими индексами удобно пользоваться при составлении геологической карты или геологического разреза. Геологическая карта отражает распространение горных пород и их возраст на поверхности Земли. Поэтому она составляется на топооснове различного масштаба. Геологические разрезы показывают распространение горных пород от поверхности Земли до определенных глубин, спроектированных на вертикальную плоскость. В зависимости от поставленных геологических задач, разрезы также составляются в различном масштабе.

Теория происхождения жизни на Земле (освящение любых точек зрения на этот вопрос, включая общепризнанную).

К концу биохимической стадии появились такие структурные образования, как мембраны, ограничивающие смесь органических веществ от внешней среды.… 15. Геологические процессы: дать определение, принципы деления на эндогенные…  

Магматические процессы (интрузивные, эффузивные).

Породы на глубине 80-130 км имеют температуру до 15000С и высокое давление. Нарушение термодинамического равновесия, установившегося в процессе…

Общие признаки извержения характерные для большинства вулканов.

· – Усиление сейсмической активности (от едва заметных колебаний лавы до настоящего землетрясения).

· – "Ворчание", доносящееся из кратера вулкана и из-под земли.

· – Запах серы, исходящий из протекающих рядом с вулканом рек и ручьев.

· – Выпадение кислотных дождей.

· – Пемзовая пыль в воздухе.

· – Вырывающиеся время от времени из кратера газы и пепел.

 

Метаморфические процессы (охарактеризовать различные виды метаморфизма).

Благодаря движению земной коры осадочные породы могут попасть в более глубокие зоны литосферы, где совершенно иные давления и температуры, в… Гидротермальный метаморфизм (околожильный). Проявляются в виде воздействия на… Контактовый метаморфизм. Проявляется на контакте двух пород, как правило, изверженной и осадочной. Высокотемпературные…

Выветривание (механическое, химическое, органическое). Продукты выветривания.

Физическое (механическое) выветривание

Химическое выветривание

KAlSi3O8+H2O→HAlSi3O8+KOH Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой… 2KOH+CO2=K2CO3+H2O

Радиационное выветривание

Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного излучения. Радиационное выветривание оказывает влияние на процесс химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, значительно подверженной радиационному выветриванию, может служить лунный реголит.

Биологическое выветривание

Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т. д.).

Геологическая деятельность ветра (транспортирующая, аккумулирующая способность и т. д.).

Деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно ярко выражена в областях сухого климата, где имеет место сочетание следующих… таким условиям отвечает около 1/5 площади суши – области пустынь и… Для эоловых песков характерна:

Разрушительная работа ветра (плоскостная дефляция, бороздовая дефляция, коррозия).

Строение долин рек. Образование террас, водопадов.

1. Как известно, живая сила потока зависит от массы воды. Если в бассейне реки климат изменяется в сторону увлажнения и река становится более… 2. Другой причиной образования террас является изменение положения базиса… Врезание реки и образование хордовых террас вследствие увеличения расхода воды (Л), в результате преимущественного…

Геологическая деятельность ледников (ледниковые ландшафты).

Накапливающийся в течении многих тысяч лет лед превращается в зернистый - фирн, затем под давлением - в голубой прозрачный или глетчерный лед. Характерной особенностью ледника является способность его перемещаться, что… Наибольшая пластичность льда в нижней части ледника, который может как - бы выползать из - под вышележащей толщи и…

Геологическая деятельность подземных вод (выщелачивание, явление карста, суффозия).

Отложение осадков подземными водами

^ Осадки, отлагаемые подземными водами на земной поверхности. Среди осадков, которые откладываются подземными водами на поверхности, нужно назвать… Известковый туф состоит из кальцита, который накапливается на поверхности у… Са(НСОз) « СаСОз ¯+ Н2О + СО2 ­

Геологическая деятельность моря (морской прибой, приливы и отливы, волны открытого моря, морские течения).

Осадки лагун и прибрежных низин.

Геологическая деятельность озер и болот

Разрушительная работа озер осуществляется теми же путями, что и у морских вод. Озерная абразия почти исключительно обусловлена ветровыми волнами. Ее… Транспортная работа озер зависит от характера движения воды. В проточных… Аккумулирующая работа является главным видом деятельности озер. Происходит накопление обломочных, органо- и хемогенных…

Формы залегания геологических тел.

Геологические карты (разновидности по задачам и масштабам).

В зависимости от масштаба собственно геологические карты делятся на пять видов: обзорные, мелкомасштабные, среднемасштабные, крупномасштабные и детальные.

§ Обзорные карты

§ Мелкомасштабные карты

§ Среднемасштабные карты

§ Крупномасштабные карты

§ Детальные геологические карты

 

Геологические разрезы, стратиграфические колонки.

Г. р. обычно проводят поперёк простирания геологических структур по прямым или ломаным линиям, проходящим при наличии глубоких опорных буровых…

Принципы построения геологических карт, их зарамочное оформление.

Инженерно-геологические карты бывают трех видов: 1) инженерно-геологических условий, 2) инженерно-геологического районирования и 3)… Рис. 91. ^ Условные обозначения пород для литологических разрезов и карт

Особенности геологического строения регионов России.(западной сибири).