Тема 1 Геология

Геология – наука о Земле (гео – земля, логос - наука) – комплексная наука о строении, составе, истории развития Земли и происходящих в ней и на ее поверхности процессах.

Объектом изучения геологии является наружная оболочка земли – земная кора. Строение земной коры непрерывно изменяется. Это подтверждает длительное естественное развитие Земли и существующих на ней растительных и животных организмов. Закономерности развития земной коры позволяют уяснить сущность процессов почвообразования.

По мере развития геологии ее отдельные разделы образовали самостоятельные геологические дисциплины:

- минералогия – наука о минералах, составляющих горные породы и руды, их составе, физических свойствах и процессах образования;

- петрография – наука о горных породах, состоящих из одного или нескольких минералов;

- динамическая геология – учение о процессах, протекающих внутри и на поверхности земной коры и преобразующих ее (движение земной коры, вулканизм, землетресение);

- историческая геология – изучает историю развития земной коры и населявших ее растительных и животных организмов;

- палеонтология – наука об окаменелых ископаемых остатках растительных и животных организмов, существовавших в прошлые геологические периоды;

- гидрогеология – наука о подземных водах;

и т.д.

Геология имеет связь со многими науками – почвоведение, астрономия и т.д.

Форма, физические поля, химический состав и строение Земли

• Форма Земли

Земля имеет форму трехосного эллипсоида вращения, малая ось которого является осью вращения.

Длина экваториального радиуса – 6378,2 км,

полярного радиуса – 6356,9 км.

Площадь поверхности Земли – 510,1 млн. км².

Трехосный эллипсоид вращения довольно точно отражает фигуру Земли. Учитывая не только ее сплющенность, но и все крупные неровности рельефа, истинную неправильную геометрическую фигуру Земли называют геоидом.

Масса Земли – 5,98 ∙ 10²⁷ г.

Средняя плотность – 5,52 г/см³. (Плотность Солнца – 1,4 г/см³, плотность Венеры - 5,9 г/см³).

• Физические поля Земли

Гравитационное поле Земли. Сила тяжести всегда направлена перпендикулярно к поверхности Земли.

Сила тяжести Земли имеет наибольшие значения в высоких широтах и наименьшие у экватора.

Фактически распределение силы тяжести на континентах и в пределах океанов неодинаково на любой широте, ее значение выше над океанами, чем над континентами.

На континентах на фоне неравномерного уменьшения силы тяжести от полюсов к экватору наблюдаются участки с положительными и отрицательными гравитационными аномалиями:

- положительные свидетельствуют о залегании в недрах Земли более плотных масс различных рудных полезных ископаемых;

- отрицательные свидетельствуют о залегании в недрах Земли менее плотных масс, например каменной соли.

Тепловое поле Земли. Температурный режим Земли у ее поверхности определяется двумя основными источниками: теплом, получаемым от Солнца (99,5%), и собственным теплом планеты (0,5%), идущим к поверхности от разогретых недр.

Солнечные лучи прогревают земную кору на глубину самое большее 30 м. Глубже располагается пояс постоянной температуры, соответствующей средней годовой температуре данной местности.

Далее с увеличением глубины температура земной коры повышается в среднем на 3⁰С на каждые 100 м.

• Химический состав Земли

Непосредственно можно изучить химический состав только поверхностных (15-20 км) слоев земной коры. О химическом составе более глубоких слоев Земли судят по косвенным методам.

В горных породах, слагающих земную кору до глубины 16 км, преобладают следующие химические элементы:

Элемент	Содержание	Элемент	Содержание	Элемент	Содержание
O	47,00	Ca	2,96	Ti	0,45
Si	29,50	Mg	1,87	H	0,15
Al	8,05	Na	2,50	P	0,093
Fe	4,05	K	2,50	C	0,023

На остальные многочисленные химические элементы в сумме приходится около 0,5 % состава земной коры.

С увеличением глубины химический состав Земли меняется, о чем свидетельствует изменение плотности и упругих свойств среды, фиксируемых сейсмическими волнами. С увеличением глубины возрастает значение тяжелых элементов, таких как, железо, магний, никель, хром, кобальт.

• Строение Земли

В центре Земли расположено ядро. Вокруг ядра размещаются концентрические оболочки или геосферы. Плотность геосфер скачкообразно увеличивается от поверхности Земли к ее центру.

Геосферы Земли подразделяют на внешние и внутренние. К внешним сферам относят атмосферу, гидросферу и биосферу, к внутренним – земную кору, мантию, ядро.

Фазовое состояние геосфер различно: атмосфера – газ, гидросфера – жидкость, литосфера – твердая.

Методы изучения внутреннего строения Земли.

Методы непосредственных наблюдений.

1. Изучение глубин Земли с помощью горных выработок – шахт, тоннелей, скважин. Их много на Земле, особенно скважин, пробуренных в поисках нефти и других полезных ископаемых. Глубина таких скважин редко превышает 5 км. Сверхглубоких скважин, которые бурят для изучения верхних частей Земли, несколько: на Кольском полуострове, Урале. Глубина сверхглубоких скважин находится в пределах современных технических возможностей и пока не превышает 15 км.

2. Изучение извержения вулканов и лавы, изливающейся из недр.

Косвенные методы.

1. Геофизические методы – единственные приносящие, изучая физические параметры Земли – электропроводность, силу тяжести др. – научно-обоснованные сведения о том, что делается внутри Земли. Особенно много интересных данных было получено при изучении скоростей распространения в Земле упругих колебаний, которые называют сейсмическими волнами. Сейсмические волны проходят в Земле при землетрясениях, падении метеоритов, атомных и обычных взрывах.

2. Геокартирование – метод, в основе которого лежит построение по геологическим картам вертикальных геологических разрезов. Так как слои земной коры во многих местах залегают не горизонтально, а наклонены тектоническими движениями, их можно проследить на глубину 15-20 км.

Внутренние сферы Земли.

♦ Земная кора – наружная твердая оболочка Земли. Для нее характерно наиболее неоднородное строение. По глубине (сверху вниз) в земной коре выделяют три слоя: осадочный, гранитный, базальтовый.

Осадочный слой сложен относительно мягкими и рыхлыми горными породами, которые образовались в результате осаждения вещества в водных или воздушных условиях на поверхности Земли. Большинство осадочных горных пород имеют слоистое строение, т.е. залегают в виде сравнительно тонких слоев.

Плотность осадочных пород колеблется 1-2,65 г/см³.

Мощность осадочного слоя колеблется от нескольких метров до 10-15 км.

На поверхности Земли есть участки, где осадочный слой полностью отсутствует.

Гранитный слой сложен более плотными магматическими и метаморфическими породами, в составе которых преобладают алюминий и кремний.

Плотность пород колеблется 2,65-2,8 г/см³.

Мощность гранитного слоя непостоянна. Наибольшей мощности 50-70 км слой достигает под горными хребтами, а под океаническими впадинами может совершенно отсутствовать.

Базальтовый слой залегает непосредственно под гранитным повсеместно. Мощность его колеблется 5-30 км.

По химическому составу и физическим свойствам вещество этого слоя приближается к базальтам, т.е. к основным породам. Плотность базальтового слоя возрастает до 3,32 г/см³.

Гранитный и базальтовый слой образуют так называемую сиалическую оболочку – сиаль по преобладанию кремния и алюминия.

На континентах обычно присутствуют все три слоя: осадочный, гранитный, базальтовый, и мощность земной коры составляет 40 км и более.

Выделяют два структурных элемента земной коры:

- платформа – жесткие участки земной коры, которые характеризуются малой интенсивностью тектонических движений;

- геосинклинали – отличаются высокой подвижностью и большой дифференцированностью тектонических движений.

♦ Мантия Земли – следующая за земной корой геосфера Земли. Мощность мантии велика – 8-2900 км. На основе изменения скорости распространения продольных сейсмических волн в толще ее выделяют три слоя:

- верхний В (расположен на глубинах 8-400 км);

- переходный С (лежит на глубинах 400-900 км);

- нижний Д (расположен на глубинах 900-2900 км).

Слой В – верхняя мантия – состоит в основном из железисто-магнезиальных силикатов. Лава, поднимающаяся с больших глубин, иногда захватывает и выносит на поверхность отдельные обломки вещества верхней мантии. С верхней мантией связаны явления вулканизма, многие землетрясения и тектонические процессы. В различных странах разработаны проекты, а в некоторых местах уже бурят сверхглубокие скважины, которые должны дойти до верхней мантии.

В переходном слое С вещество, входящее в его состав, находится в твердом состоянии, вследствие высокого давления, и обладает плотностью 4,68 г/см³.

Нижний слой Д имеет однородный состав и состоит из вещества, богатого окислами железа, магния и в меньшей степени алюминия и титана. Плотность вещества в нем колеблется 5,69-9,4 г/см³.

♦ Ядро Земли. По расчетам ученых плотность ядра Земли должна соответствовать плотности железа при соответствующем давлении. Поэтому широкое распространение получила гипотеза о железо-никелевом составе ядра, обладающего магнитными свойствами.

С другой точки зрения железа в ядре не больше, чем в других оболочках. Высокая плотность обусловлена высоким давлением, под действием которого вещество сжато и приобретает плотность металла.