8. Колебательные движения Земли (виды колебаний, учет в инженерном деле, дислокация горных пород)

Земля одновременно участвует в ряде движений:

– вращается вокруг своей оси (суточное вращение);

– движется вокруг Солнца (орбитальное движение);

– вращается вокруг общего с Луной центра масс (лунный месяц один оборот за 27,32 суток);

– движется вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики.

Для жизни на Земле главными процессами являются осевое и орбитальное движения планеты.

Суточное вращение Земли. Земля вращается вокруг своей оси, делая полный оборот за 23 ч 56 мин 4 с – 24 ч (сутки).

Земля вращается против часовой стрелки (с запада на восток), если смотреть с Северного полюса (Солнце восходит на востоке и заходит на западе). Ось вращения, полюсы и экватор являются основой географической системы координат.

Время одного оборота вокруг оси - сутки - может быть определено по Солнцу и звёздам.

Сутки бывают звездными и солнечными. Звездными сутками называют отрезок времени, за который Земля полностью оборачивается вокруг своей оси по отношению к звездам (23 ч 56 мин 4 с). Солнечные сутки – это отрезок времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу.

Из-за сложности движения Солнца и Земли продолжительность истинных солнечных суток не постоянна. Сутки длиннее действительного времени полного оборота Земли. Поэтому для определения среднего солнечного времени применяются такие сутки, продолжительность которых равна средней длине суток в течение года (24 ч).

Угловая скорость вращения Земли = 360° :24 ч = 15° в час.

Географическими следствиями суточного вращения Земли являются:

1. Смена дня и ночи.

2. Деформация фигуры Земли.

3. Существование силы Кориолиса, действующей на движущиеся тела.

4. Возникновение приливов и отливов.

1. Смена дня и ночи, т.е. изменение в течение суток положения Солнца относительно плоскости горизонта данной точки (изменение времени). Она быстрая. Днём Земля не успевает нагреться, а ночью остыть настолько, чтобы это угрожало жизни. Смена дня и ночи создает суточную ритмику живой и неживой природе. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями.

Время на всей Земле разное. Сутки начинаются одновременно на всем меридиане. Каждый меридиан имеет свое местное время, и чем восточнее он расположен, тем раньше начинаются на нем сутки. Вращаясь, Земля за 1 ч поворачивается на 15°, поэтому на меридианах, отстоящих друг от друга на 15°, местное время отличается на 1 ч. Если расстояние между меридианами 1°, разница во времени 4 мин.

Местное время неудобно из-за различий во времени соседних пунктов, расположенных на разных меридианах. Поэтому в конце XIX в. ввели поясное время, разделив всю поверхность Земли на 24 часовых пояса по 15° каждый. Нумерация поясов от 0 до 23 ведётся с запада на восток от Гринвичского меридиана. Во всех пунктах, находящихся в пределах одного пояса, в данный момент считается одно и то же время. Поясное время считают по среднему в данном поясе меридиану. При переходе границы время меняется на 1 ч.

При переезде из одного часового пояса в другой стрелки часов нужно перевести вперед, если движетесь на восток, или назад, если движетесь на запад.

Начальный, или нулевой, пояс проходит по обе стороны от нулевого меридиана, называемого Гринвичским. Время начального меридиана принято в качестве всемирного времени.

Границы поясов проведены не везде по меридианам, а с учетом политических, административных и хозяйственных границ

С целью более рационального использования летом дневного света в нашей стране с 1930 г было введено так называемое декретное время, опережающее поясное на 1 ч.

В России с 1981 г. в конце марта стрелки часов переводят на 1 ч вперед по сравнению с декретным – это летнее время. В конце октября стрелки переводят на 1 ч назад – это зимнее время (декретное).

Меридиан 180о принят за международную Линию перемены дат. Это условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки.

2. Деформация фигуры Земли – сжатие с полюсов (полярное сжатие), связанная с возрастанием центробежной силы от полюсов к экватору. Полярный радиус на 21 км короче экваториального. Кроме того, длина окружности меридиана составляет 40 009 км, а экватора – 40 076 км.

3. Существование силы Кориолиса, действующей на движущиеся тела; чем больше угловая скорость вращения Земли (150 за 1 час), тем больше сила Кориолиса.

Силы инерции ведут к существованию явления, связанного с отклонением тел, движущихся горизонтально, от их первоначального направления. В Северном полушарии это отклонение происходит вправо, в Южном – влево.

Это отклоняющее действие вращения Земли называют силой Кориолиса, по имени французского ученого, первым объяснившим данное явление в 1835 г. Ускорение Кориолиса равно 2xsin(a)xbxc, где а – широта места, b – угловая скорость вращения Земли, с – скорость движения объекта. Максимальное значение ускорение Кориолиса имеет на полюсах, а на экваторе оно равно нулю. Это явление определяет циркуляцию атмосферы и океанов.

4. Совместное воздействие притяжения Луны и Солнца и суточного вращения Земли определяет перемещение приливной волны. Приливная волна движется с востока на запад, т.е. навстречу суточному вращению Земли и замедляет его. Замедление вращательного движения Земли, вызываемое приливным трением, приводит к уменьшению сжатия планеты.

Сутки на Земле увеличиваются на 1 с в 40 тыс. лет. Около 1 млрд. лет назад сутки на Земле составляли 17 ч. Земля вращалась с большей скоростью.

Приливы возникают во всей толще Земли от поверхности до центра. Приливы обнаружены также и в атмосфере. Но четко они проявляются в гидросфере.

Обычно два раза в течение суток вода поднимается, и два раза в сутки спадает. Прилив сменяется отливом через 6 ч 12,5 мин. Лунные сутки длиннее земных и составляет 24 ч 50 мин. Наблюдать прилив и отлив можно у всех берегов океана. Посреди океана высота прилива невелика. У берегов уровень воды поднимается на 0,5-1 м. Гораздо больше высота приливов в устьях рек и в заливах, расширяющихся к океану. Так, в устье р. Темзы прилив достигает 5 м, в бухте Фанди (залив Мэн) о/++

+

-

тмечены максимальные приливы, высота которых 16-18 м.--

Происхождение приливов и отливов было объяснено Ньютоном, который указал, что эти движения морской воды происходят вследствие притяжения, которое оказывает Луна на водную массу.

Такое же действие оказывает и Солнце. Поэтому возникают солнечные приливные волны, подобные лунным, но направленные на Солнце. Они в 2,17 раз меньше лунных, поскольку Солнце отстоит гораздо дальше от Земли, чем Луна.

Орбитальное движение. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 30 км/с, совершая полный оборот за 365 сут 5 ч 48 мин и 46 с. В году 365 дней. Каждый четвертый год високосный – 366 дней.

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Ее длина составляет около 940 млн. км. Максимальное расстояние между Землей и Солнцем называют афелием и равняется 152,1 млн. км. Планета достигает апогея в июне. Наименьшее расстояние, называемое перигелием равно 147,1 млн. км. В перигелии Земля бывает в начале января, следовательно, ее движение по орбите происходит быстрее, поэтому зимнее полугодие в Северном полушарии короче, чем в Южном.

Таким образом, среднее расстояние от Земли до Солнца – 149,5 млн. км.

Земная ось наклонена по отношению к плоскости орбиты под углом 66° 33'. В процессе движения ось перемещается поступательно, поэтому на орбите возникают 4 характерные точки: два равноденствия и два солнцестояния (или смена времен года).

В дни равноденствий – 21 марта (весеннее) и 23 сентября (осеннее) – Солнце находится в зените точно над экватором. Земная ось лежит в светораздельной плоскости, а светораздельная линия проходит через географические полюса. В этот момент день на всей Земле равен ночи. На одном полюсе Солнце всходит после полярной ночи, на другом – заходит после полярного дня.

В день летнего солнцестояния (22 июня) Земля занимает такое положение, что северный конец ее оси наклонен в сторону Солнца. Лучи падают отвесно на параллель 23° 27' с. ш. (Северный тропик). В этот день самая большая продолжительность светлой части суток в северном полушарии. Во всей области к северу от Северного полярного круга (66° 33' с. ш.) наблюдается полярный день. В южном полушарии в это время самый короткий день: во всей области южнее Южного полярного круга (66° 33' ю. ш.) наблюдается полярная ночь.

В день зимнего солнцестояния (22 декабря) картина обратная. Солнце в полдень находится в зените на параллели 23° 27' ю. ш. (Южный тропик). Это второе солнцестояние в году – лето в южном полушарии. В это время к северу от Северного полярного круга бывает полярная ночь, а к югу от Южного полярного круга – полярный день.

Ещё одним следствием наклона земной оси вращения Земли и ее годового вращения вокруг Солнца является то, что на Земле существуют 5 поясов освещенности или радиации ограниченные тропиками и полярными кругами. Они выделяются по продолжительности освещенности и количеству получаемого тепла.

Экваториальный (жаркий) пояс лежит между Северным и Южным тропиками и занимает около 40 % земной поверхности. В этом поясе Солнце по одному разу в год (в дни солнцестояния) бывает в зените над каждым из тропиков. Этот пояс отличается наибольшим количеством тепла, равномерно распределяющимся в течение года. На экваторе день всегда равен ночи.

Два умеренных пояса (Северный и Южный) освещенности расположены между тропиками и полярными кругами. В этих поясах высота Солнца всегда меньше 90°, но больше 0°. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Четко выражены сезоны года, и, чем дальше от тропиков, тем заметнее изменяется их продолжительность. Умеренные пояса занимают 52 % земной поверхности.

Два полярных пояса (Северный и Южный) – к северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярного круга – характеризуются наличием полярных дней и ночей. Высота Солнца изменяется от 47° летом до 0° зимой. Их площадь – 8 % земной поверхности.

Пояса освещенности составляют основу климатической и природной зональности на Земле.

Обращение Земли вокруг Солнца вызывает сезонные ритмические явления в географической оболочке. Ритмикой называют повторяемость во времени комплекса явлений, которые развиваются в одном направлении.

Первоначальное залегание осадков в большинстве случаев почти горизонтальное. Всякое отклонение пластов от первоначального горизонтального залегания называется дислокацией (нарушением). Дислокации бывают без разрыва сплошности слоев  (пликативные дислокации) и с разрывом (дизъюнктивные дислокации). Все дислокации являются результатом движений в земной коре.

9. Стадии и эпохи породообразования. Геологические структуры.

Осадочные породы, в отличие, скажем, от магматических, меняются практически постоянно. Становление осадочных пород постепенное, состоит из многих стадий образования и преобразования. Перечислим эти стадии и надстадии (Тимофеев и др.1974)

I.Седиментогенез

1.Мобилизация: выветривание и вулканизм

2.Перенос или миграция в-ва.

3.Накопление, или седиментация.

II.Литогенез

4.Диагенез

5.Катагенез, или эпигенез

6.Метагенез

Большинство пород проходит все эти стадии, однако, в истории многих пород ряд стадий выпадает, либо они ещё не вступили в превращения той или иной стадии.

Первая стадия – мобилизация вещества - формально выделяется в истории каждого осадка и породы, но, если рассматривать по существу, её можно не различать в образовании элювиальных пород. В самом деле, кора выветривания формируется по готовым, существующим породам, в-во которых уже мобилизовано, т.е. собрано вместе за цикл прежнего породообразования, а к данному этапу мобилизация уже не имеет отношения. В истории автохтонных углей отсутствует форма мобилизации – выветривание (как и вулканизм), т.е. не выделяется стадия мобилизации в этих литологических формах. Естественно, происходят биологические формы мобилизации, как и химические (поглощение СО₂ из воздуха, воды, минеральных в-в и азота из почвы) при формировании пород коры выветривания. Так же формируются биорифы, без выветривания и вулканизма, а мобилизация происходит на более низком, биохимическом уровне. Выветривание отсутствует при образовании туфов, но здесь в-во мобилизуется вулканическим способом.

Т.е. кроме элювиальных пород, во всех остальных породах существует стадия мобилизации.

Вторая стадия – перенос – как стадия седиментогенеза не выделяется в истории кор выветривания, автохтонных углей, рифов и др. биогенных накоплений на месте жизни организмов (Хотя внутрикоровое перемещение в-ва и энергии значительно, но это более низкий уровень процессов).

Третья стадия – накопление или седиментация – центральная и обязательная стадия для каждого осадка, поэтому она выделяется в истории каждого осадка, хотя накопление происходит в разных формах, а иногда выделение этой зоны становится формальным. Так, в корах выветривания накопление произошло до данного цикла седиментогенеза, и к формирующимся породам оно не имеет прямого отношения. Происходит внутрикоровое накопление, например руд алюминия и железа, но это более глубокий, химический уровень

Перенос и накопление так тесно связаны, что их часто трудно разделить. Например, отложенный во время паводка песок в русле реки можно рассматривать как прошедший стадию накопления (и он действительно может, при удачном повороте событий перейти а ископаемое состояние), но можно считать, что он ещё находится в стадии переноса, т.к. в следующий паводок он будет обязательно взмучен и перенесён ниже по течению.

Четвёртая стадия – диагенез. Её проходят все породы, это и понятно, потому, что диагенез – это образование из осадка породы. Осадки могут войти в эту стадию, но процесс литогенеза может прекратиться, если эти слои будут снова подняты в зону гипергенеза и подвергнуты выветриванию. Иногда диагенез может вообще не начинаться, а отложенные осадки тотчас же вступают в стадию выветривания.

Пятая стадия – катагенез . Её проходят не все породы. Многие платформенные породы не вышли из этой стадии, независимо от их геологического возраста: например, синие кембрийские глины Прибалтики остаются ещё пластичными, т.е. находятся на стадии, или вернее подстадии, раннего катагенеза. Рифейские песчаники Прибалтики вступили в поздний катагенез.

Шестая, последняя стадия – метагенез, или метаморфизация осадочных пород, происходит лишь в т.н. геосинклинальных или подобных глубоко прогибающихся зонах при повышенном тепловом потоке, что осуществляется на платформах только в авлакогенах и рифтах.

Т.о., литогенез понимается широко как породообразование в целом, т.е. включает все стадии, начиная с мобилизации и заканчивая метагенезом; и более узко (по Н.М.Страхову) – как первые 4 стадии (от мобилизации до диагенеза включительно ), и ещё более узко, как непосредственно породообразование ( по П.П.Тимофееву), объединяющее три последние стадии – диагенез, катагенез, метагенез. Вероятно, можно рекомендовать 1-е и 3-е понимание. Когда надо сказать кратко о всей истории породы и о всём осадочном породообразовании, можно употребить термин “литогенез” в самом широком смысле слова. Например, коры выветривания, образующиеся в надстадию седиментогенеза, не являются осадками, и их образование лучше назвать литогенезом

Геологические структуры

месторождений полезных ископаемыx (a. geological structures of mineral deposits; н. geologische Strukturen der Mineralienvorkommen; ф. structures geologiques des gisements des mineraux utiles; и. estructuras geologicas de los yacimientos minerales) - пространственное соотношение г. п., слагающих участки м-ний п. и., обусловленное тектонич. деформациями, Г. c. определяют места концентрации минеральных веществ в недрах Земли, морфологию и условия залегания тел п. и., влияют на выбор методов геол. разведки и рациональных систем разработки. Г. c. образуются при деформациях изгиба, разрыва, общей трещиноватости и прорыва одних пород другими. B соответствии c этим различают 5 главных типов Г. c. (рис.): тела п. и., согласно залегающие в складках слоистых пород; одинокие жилы, приуроченные к сбросам; системы жил в трещинах г. п. - жильные поля; залежи на границе массивных кристаллич. пород, прорывающих слоистые породы; залежи в жерлах потухших вулканов. Геологические структуры месторождений полезных ископаемых: 1 - залежи в складке слоистых пород; 2 - жила в сбросе; 3 - системы пересекающихся жил в трещинах горных пород; 4 - залежи на контакте кристаллических (крестики) и слоистых (штриховка) пород; 5 - залежи в жерле потухшего вулкана.  Пo времени образования в составе Г. c. выделяют тектонич. элементы, возникшие до образования залежей п. и. (доминерализац. Г. c.), формировавшиеся в период накопления минерального вещества (интраминерализац. Г. c.) и образовавшиеся после создания залежей (постминерализац. Г. c.). Пo масштабам различают Г. c. бассейнов, p-нов, м-ний и отд. тел полезных ископаемых.