16. Смежные с геологией науки, которые изучают Землю своими методами: геохимия, геофизика и палеонтология.

Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твёрдой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Палеонтология — наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности. Одной из задач палеонтологии является реконструкция внешнего вида, биологических особенностей, способов питания, размножения и т. д. этих организмов, а также восстановление на основе этих сведений хода биологической эволюции.

17. Методы определения относительного возраста горных пород. Палеонтологический метод, как основной для определения относительного возраста осадочных и вулканогенно-осадочных пород. Геохронологическая шкала: крупные стратиграфические и геохронологические подразделения.

Методы:

• Стратиграфический метод - определение относительной хронологии геологических слоёв, в зависимости от их залегания.

• Литолого-петрографический метод - основан на расчленении разрезов на слои или пачки слоев, отличающиеся по составу, структурным и текстурным особенностям горных пород, и сопоставлении геологических разрезов, полученных на разных участках.

• Палеонтологический (биостратиграфический) метод, предложенный в начале X I X в. В. Смитом и разработанный позднее Ж. Кювье и А. Броньяром. Палеонтологический метод заключается в изучении остатков животных организмов (фауны) и растений (флоры) в горных породах. По данным палеонтологии установлены определенная последовательность и необратимость в развитии жизни па Земле, что позволило разработать систему относительного геологического летоисчисления. Для определения относительного возраста горных пород используются так называемые руководящие ископаемые, то есть те организмы, для которых характерна быстрая смена во времени при широком распространении их на площади. Определение возраста производится путем сравнения окаменелостей из изучаемых отложений с теми, которые уже установлены в опорных разрезах.

Вся геологическая история Земли подразделялась на четыре эры:

• архейскую или археозойскую (от греч. «архсос» — древнейший, «зоо» — жизнь) — эра древнейшей жизни, индекс А, цвет темно-розовый;

• палеозойскую (от греч. «палеос» — древний) — эра древней жизни, индекс Pz;

• мезозойскую (от греч. «мезос» — средний) — эра средней жизни, Mz;

• кайнозойскую (от греч. «кайнос» — новый) — эра новой жизни, Kz.

Позднее, в 1887 г., из архейской эры была выделена протерозойская эра (от греч. «протерос» — первичный) — эра первичной жизни, Рг.

Эры подразделялись на периоды, соответственно группы — на системы; периоды — на эпохи, системы — на отделы; эпохи — на века, отделы — на ярусы. Группы, системы, ярусы имеют те же названия, что и соответствующие им эры, периоды, века. В геологической истории Земли были выделены два главных неравных по продолжительности этапа: докембрийскнй (докембрий) или криптозой (от греч. «криптос» — скрытый) — время скрытой жизни, охватывающий

архейскую и протерозойскую эры, и фанерозойский (фанерозой) (греч. «фанерос» — явный) — время явной жизни, включающий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры.

Геохронологические Стратиграфические

1. Акрон 1. Акротема

2. Эон 2. Эонотема

3. Эра 3. Эратема

4. Период 4. Система

5. Эпоха 5. Отдел

6. Век 6. Ярус

7. Фаза 7. Раздел

8. Пора 8. Звено

9. Термохрон-криохрон 9. Ступень

18. Определение изотопного возраста геологических образований. Важнейшие изотопно-радиометрические методы: уран-торий-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный. Возраст Земли и земной коры.

Возраст геологических событий и объектов в абсолютных единицах времени (годах, тысячелетиях, миллионах и миллиардах лет) определяют радиологическими (изотопными) методами, основанными на стабильной скорости распада (спонтанного деления) ядер радиоактивных элементов.

Уран-свинцовый метод успешно применяется для определения возраста магматических пород и времени проявления метаморфизма. Для возраста этим методом обычно используется циркон - весьма стабильный минерал, наиболее подходящий для радиологического датирования. В цирконах U-Pb «память» фиксирует время первичного образования

кристалла и последующих преобразований. По серии цирконов можно определить истинный возраст даже в случае потери разных, иногда весьма значительных количеств свинца.

Рубидий-стронциевый метод широко используется для датирования магматических и метаморфических пород кислого и среднего состава, а также для установления времени процессов осадконакопления и диагенеза. Возраст оценивается по количеству радиогенного стронция 8 7Sr, образовавшегося при распаде изотопа рубидия 8 7Rb, сравнением соотношений содержаний этих изотопов с содержанием эталона нерадиогенного происхождения — 8 f iSr. Метод применяется главным образом в изохронном варианте для исследования валовых проб.

Самарий-неодимовый метод основан на радиоактивном распаде изотопа

117Sm. Для определения возраста используется эволюционная диаграмма. Интерпретация результатов изотопного анализа осуществляется аналогично Rb-Sr изохронному методу. Незначительное фракционирование Sm и Nd, которые относятся к редкоземельным элементам, и большой период полураспада ограничивают рамки применения этого метода датированием древних (докембрийских) образований. Поскольку Sm-Nd система менее других подвержена воздействию наложенных процессов, этот метод наиболее пригоден для датирования ранних этапов развития Земли.

Калий-аргоновый метод применяется для определения возраста молодого магматизма и седиментации по породам в целом и мономинеральным фракциям (по минералам, содержащим калий: слюдам, амфиболам, калиевым полевым шпатам). Для датирования обычно используют только реакцию радиоактивного распада К с выделением аргона.

Основные сложности применения К-Ar метода обусловлены летучими свойствами основного продукта распада — аргона, который плохо сохраняется в метаморфизованных и выветрелых породах.

Радиоуглеродный метод применяют для определения возраста самых молодых геологических объектов, возраст которых не превышает 60 тыс. лет. Углерод на Земле представлен тремя изотопами —12С, 13С и 14С.

В любом живом организме поддерживается тот уровень радиоуглерода, который присутствует в земной атмосфере, это равенство обеспечивается фотосинтезом или питанием вплоть до прекращения жизнедеятельности. Измерив радиоактивность биологических останков, можно вычислить момент смерти организма или конец формирования годичного кольца дерева. В качестве примеров таких исследований можно привести определение возраста саркофага египетского фараона — 2190 лет и Бристольской сосны — 4300 лет.

Возраст Земли составляет 4,54 миллиардов лет (4,54·109 лет ±1%). Возраст земной коры, определенный радиоактивным методом, составляет примерно 3 - 4 млрд. лет. 

19. Определение процесса вулканизма. Продукты вулканической деятельности: жидкие, твердые и газообразные. Наземные и подводные извержения. Типы вулканов по характеру вулканически постройки: центрального типа (стратовулканы, шлаковые конусы, щитовые), трещинного типа.

Под вулканизмом понимают совокупность процессов и явлений, связанных с перемещением магмы и сопутствующих ей газово-водных компонентов из коры и мантии на поверхность Земли (как суши, так и морей, и океанов).

По строению магмоподводящего канала различают вулканы центральные с каналом трубообразной формы и трещинные, подводящий канал которых имеет вид трещины и извержения которых происходят или вдоль всей трещины, или в отдельных ее участках.

Стратовулканы представляют собой сооружения правильной конической формы высотой до нескольких километров, в поперечнике достигающие 10-20 км. В привершинной части падение склонов достигает 30-40°. На вершине конуса располагается кратер, имеющий форму воронки диаметром до 1 км. Тело вулкана сложено лавовыми потоками и накоплениями рыхлого материала. Кратер венчает вертикальный или почти вертикальный подводящий канал, соединяющий магматический очаг с поверхностью вулкана. Верхняя часть этого канала называется жерлом. От жерла могут отходить второстепенные выводные каналы, давая начало боковым (паразитическим) кратерам.

Щитовые вулканы имеют характерную форму щита с пологими склонами, углы которых в верхней части составляют 7-8°, в нижней — 3-6°. Щитовые вулканы редко достигают в высоту 1000 м, а их поперечник в десятки раз больше высоты. На вершине щитового вулкана располагаются кратеры, имеющие вид широких блюдцеобразных впадин с крутыми,

часто вертикальными стенками, на дне которых находятся озера жидкой лавы.

Шлаковые конусы — небольшие самостоятельные моногенные вулканы, образованные шлаками — выброшенными из кратера вулкана и застывшими при полете обрывками пузыристых лав (результат бурного выделения газов из жидких магм).

Трещинные вулканы. Они проявляются в излиянии лавы на земную поверхность по крупным трещинам или расколам. В отдельные отрезки времени, в основном на доисторическом этапе, этот тип вулканизма достигал довольно широких масштабов, в результате чего на поверхность Земли выносилось огромное количество вулканического материала - лавы.

Газообразные - фумаролы и софиони, играют важную роль в вулканической деятельности. Во время кристаллизации магмы на глубине выделяющиеся газы поднимают давление до критических значений и вызывают взрывы, выбрасывая на поверхность сгустки раскаленной жидкой лавы. Также при извержении вулканов происходит мощное выделение газовых струй, создающих в атмосфере огромные грибовидные облака.

Жидкие - характеризуются температурами в пределах 600-12000с. Представлена именно лавой.

Твердые продукты образуются при вулканических взрывах. К ним относят разнообразный рыхлый обломочный материал, называемый тефрой. Тефра возникает при застывании отдельных сгустков и мельчайших капелек лав, выброшенных из кратера вулкана в воздух, и разрушении пород вулканической постройки или ее фундамент. В зависимости от размера обломочного материала выделяют вулканические глыбы — резургентные обломки угловатой формы (более 50 мм),

вулканические бомбы — ювенильные обломки цилиндрической, шарообразной, веретенообразной, грушевидной формы того же размера; лапилли — ювенильные и резургентные обломки размером 10-50 мм, вулканический песок, или грубый пепел (0,1-2 мм), вулканическую пыль, или тонкий пепел (менее 0,1 мм). В дальнейшем происходят уплотнение, цементация рыхлой тефры и превращение ее в твердые вулканические горные породы, называемые туфами.

Выделения вулканических газов называют фумароллами. Данный термин употребляется в широком и узком понимании этого слова. В широком понимании к фумароллам относят все горячие вулканические газы и водяные пары, выделяющиеся в виде струй или спокойно парящих масс над поверхностью вулкана. В узком смысле этого термина фумароллами называют только высокотемпературные газы галоидного состава.

20. Строение вулканических аппаратов центрального типа: конус, жерло, кратер, некки, сомма, кальдера, барранкосы. Виды вулканов по характеру извержений (эффузивные, эксплозивные и промежуточного типа). Поствулканическая деятельность. Образование фумарол, сольфатар, мофет, гейзеров, термальных источников.

В привершинной части падение склонов достигает 30-40°. На вершине конуса располагается кратер, имеющий форму

воронки диаметром до 1 км. Тело вулкана сложено лавовыми потоками и накоплениями рыхлого материала. Кратер венчает вертикальный или почти вертикальный подводящий канал, соединяющий магматический очаг с поверхностью вулкана. Верхняя часть этого канала называется жерлом. От жерла могут отходить второстепенные выводные каналы,

давая начало боковым (паразитическим) кратерам. Кальдера — циркообразная впадина с крутыми стенками и более или менее ровным дном. Размеры кальдер в поперечнике достигают 10-15 км и более. Внешние склоны кальдер представляют остатки разрушенной постройки более древнего вулкана. Окаймляющий кальдеру кольцевой гребень называют соммой, а кольцевую долину между молодым вулканом и соммой — атрио.

Некк - столбообразное тело, наполняющее жерло вулкана (лаво- или магмоподводящий канал) вулканическим материалом — лавой, туфолавой, туфами, вулканическими брекчиями и др. В поперечном сечении некки бывают округлыми, овальными и неправильных очертаний, размером от нескольких метров до 1,5 км и более.

Кратер вулкана — чашеобразное или воронкообразное углубление на вершине или склоне вулканического конуса. Диаметр кратера может быть от десятков метров до нескольких километров и глубина от нескольких метров до сотен метров.

Барранкосы — глубокие борозды типа крутостенных оврагов, прорезывающие склоны вулканов от кратера до подошвы. Образуются в результате размыва вулканических отложений дождевыми и талыми водами. Они придают конусам вулканов ребристый вид.

Фумарола - трещины и отверстия, располагающиеся в кратерах, на склонах и у подножия вулканов и служащие источниками горячих газов.

Сольфатары — испарения сернистого газа и паров воды с примесью углекислого газа, сероводорода и других веществ, которые выделяются из трещин и каналов на стенках и дне вулканического кратера, а также на склонах вулканов. Температура сольфатар достигает 100 — 300°С.

Мофеты — трещины и отверстия в вулканических районах, выделяющие струи углекислого газа с примесью водяного пара и других газов (азота, водорода, метана). Температура выделяемых газов не превышает 100 °С.

Гейзер — источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности.

Геотермальный источник— выход на поверхность подземных вод, нагретых выше 20 °C. Также существует определение, в соответствии с которым источник называется горячим, если имеет температуру выше среднегодовой температуры данной местности. Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма.

• Эффузивные наземные извержения характеризуются господством лавы в составе продуктов и отсутствием сильных взрывов; связаны с рифтовыми структурами; изливают подвижную базальтовую (основную) лаву. Исландский (трещинный) тип извержений характеризуется тем, что магма приближается к поверхности по узким и длинным трещинам. Гавайский тип извержений очень близок к трещинным, но подъем лавы здесь происходит через трубообразный канал.

• Эффузивные подводные извержения являются самыми многочисленными и наименее изученными. Они также приурочены к рифтовым структурам, отличаются господством базальтовых лав. На дне океана при глубине 2 км и более давление воды столь велико, а значит, и пирокластов не возникает

Процессы поствулканические - совокупность минералообразующих процессов, которые следуют за магм