книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

был образован «Государев Приказ каменных дел» — цент­ рализованное управление (министерство) по добыче и об­ работке естественных строительных материалов. В 1700 г. был утвержден «Приказ рудокопных дел», являвшийся ми­ нистерством геологии и горного дела того времени. В ука­ зах, которые издавались Петром I, предписывалось повсе­ местно искать медную, серебряную и другие руды и присы­ лать образцы в Москву. Дальнейшему развитию геологии в нашей стране способствовала учрежденная 29 января 1724 г. (по ст. стилю) Российская Академия наук.

Выявление многочисленных месторождений полезных ис­ копаемых и накопление сведений о свойствах различных руд создавали возможность для научного обобщения полученных

металлургии или рудных дел» с приложением «О слоях зем­ ных» (1763).

В этих трудах Ломоносов впервые дал классификацию горных пород по происхождению, высказывал взгляды о ко­ лебательных движениях земной коры, о геологическом воз­ расте пород, о происхождении рудных и нерудных минера­ лов. Он объяснил причины землетрясений и сопровождаю­ щих их смещений земной коры и вулканических извержений. Ломоносов был создателем целой школы исследователей, проведших по заданию Академии наук в конце XVIII и нача­ ле XIX вв. энциклопедическую работу по изучению естествен­ но-исторических условий обширных пространств России. Ака­ демические экспедиции дали богатый материал о составе и строении поверхностной части земной коры исследованных областей. На основании этих материалов крупным минерало­ гом Н. И. Кошкаревым и геологом Г. П. Гельмерсоном были составлены схематические карты для северной и всей евро­ пейской части России. Основы минералогии как науки были сформулированы В. М. Севергиным (1765—1826). Им же был составлен двухтомный словарь минералов. Работы ака­ демических экспедиций стимулировались в значительной ме­

ре ростом горной промышленности и в свою очередь содей­ ствовали ее успехам.

В 1882 г. под давлением всей прогрессивной обществен-

10

ности царским правительством был создан Геологический ко­ митет— высшее геологическое учреждение страны, одной из главных задач которого являлась систематическая геоло­ гическая съемка территории России и составление геологи­ ческой карты. В то время комитет располагал весьма мало­ численным штатом геологов и крайне скромными ассигнова­ ниями, и поэтому за 35 лет своего существования до Великой Октябрьской социалистической революции под его руковод­ ством было покрыто съемкой всего лишь 10,5% территории России. Однако в эти годы выросло много замечательных исследователей недр нашей Родины.

Из ученых второй половины XIX и первой половины XX вв. необходимо отметить прежде всего А. П. Карпинско­ го (1847—4936), который владел всеми методами геологиче­ ских исследований того времени. Своими исследованиями он обогатил научное содержание тектоники, палеонтологии, гео­ логии, петрографии, заложил основы палеогеографии и со­ ставил палеогеографические карты для европейской части

СССР, указав при этом, что изменение лика Земли здесь про­ исходит в результате колебательных движений земной коры. Он составил легенду к геологической карте, принятую и ут­ вержденную Всемирным геологическим конгрессом в 1881 г.

Велики заслуги в области геологических наук И. В. Мушкетова (1850—1902), проведшего большие исследовательские работы в Средней Азии, и В. 'А. Обручева (1863—1956), за­ нимавшегося исследованием Центральной Азии и Восточной Сибири. На основе собранного фактического материала, они сделали ценные теоретические обобщения, обогатившие как динамическую, так и историческую геологию, а также дали ряд практических рекомендаций по использованию природ­ ных богатств исследованных ими территорий.

Огромная роль в развитии геологических наук принадле­ жит Е. С. Федорову, А. П. Павлову, В. И. Вернадскому, А. Е. Ферсману, И. М. Губкину и многим другим выдающимся геологам.

Е. С. Федоров (1853—1919) достиг исключительных ус­ пехов в области минералогии и особенно кристаллографии. Им разработаны методы кристаллографических исследова­ ний, имеющих чрезвычайно большое значение в науке.

А. П. Павлов (1854—1929) впервые применил генетиче­ ские принципы исследований в области стратиграфии и па-

.леонтологии Поволжья. Много внимания он уделил ледни­ ковым отложениям и особенно генетическим типам конти­ нентальных образований.

U

В. И. Вернадский (1863— 1945), минералог по специаль­ ности, уделил большое внимание систематике минералов и дал весьма ценные обобщения сведений о воде как природ­ ном минеральном теле. Особое внимание Вернадский уделил химии земной коры, он по праву считается одним из созда­

геологией нефти. Огромное значение имели его обобщающие работы в области нефтяной геологии, которые позволили дать прогноз о районах нахождения месторождений нефти (Вто­

В. И. Вернадского. В своих трудах он развил и углубил ми­ нералого-геохимические идеи своего учителя. Много труда и сил Ферсман отдал полевым геологическим исследованиям различных областей нашей страны, например, Кольского по­ луострова, Центральных Каракумов, Урала, Кавказа и т. д. Он является одним из первооткрывателей крупнейшего мес­ торождения фосфорнокислого сырья — хибинских апатитов.

Наиболее плодотворно ученые А. П. Карпинский, В. А. Об­ ручев, А. П. Павлов, И. М. Губкин, В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман работали в послереволюционный, советский1 период.

Из зарубежных ученых необходимо отметить английско­ го геолога Ч. Ляйеля, который опубликовал в 1833 году кни­ гу «Основные начала геологии». В этой работе он показал, что облик земной коры и слагающих ее горных пород возник не вследствие периодических катастроф, как утверждали до-

него Бюффон (1707—1788), Кювье (1769—1817) и его по­ следователь Л. Орбиньи (1802—1857), а в результате дли­ тельного ее развития под воздействием различных геологиче­ ских процессов. Он научно обосновал метод актуализма, но,, к сожалению, предложенная им трактовка этого метода была ошибочной. Учение Ч. Ляйеля известно под названием «ме­ тода униформизма». «Униформис»— что означает в перево­ де с латинского — однообразный.

Из числа других зарубежных ученых XIX и начала XX вв_ заслуживает внимания австрийский геолог Э. Зюсс, который много занимался вопросами структур земной коры и обоб­ щил свои наблюдения и взгляды на происхождение структур

12

Исключительно широкий размах геологические исследо­ вания в нашей стране получили после победы Великой Ок­ тябрьской социалистической революции. В результате само­ отверженного труда многих тысяч высококвалифицирован­ ных специалистов геология и все ее отрасли достигли к на­ стоящему времени чрезвычайно больших успехов как в об­ ласти теории, так и в деле обеспечения народного хозяйства минерально-сырьевой базой.

Сейчас советская геология занимает ведущее место в мире, что, прежде всего, обусловлено социалистической сис­ темой планирования народного хозяйства, существующей у нас в стране. Не в меньшей мере ее успеху способствуют об­ ширность территории СССР и разнообразие ее геологическо­ го строения, дающие широкие возможности для геологи­ ческих построений и обобщений. В результате грандиозных по размаху и весьма тщательных геологических работ, вы­ полненных советскими геологами, были составлены под ре­ дакцией академика Д. В. Наливкина обзорные геологические карты для всей обширной территории Советского Союза.

Советский Союз ныне занимает первое место в мире по разведанным запасам угля, торфа, железных руд, поварен­ ной и калийной солей. Наша страна экспортирует в 46 стран мира 50 видов сырья и продуктов переработки его, в том числе железо, марганец, апатитовый концентрат, уголь и др.

Геологические исследования, которые были проведены в послереволюционное, советское время, укрепили и научно обогатили все отрасли геологии, прежде всего такие дисцип­ лины, как гидрогеологию, инженерную геологию, геотекто­ нику, мерзлотоведение и др., а также способствовали разви­ тию вулканологии, сейсмологии и ряду новых геологических дисциплин — геохимии и геофизики, геологии нефти и газа,

ИСТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

§1. ПОЛОЖЕНИЕ ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

ВМИРОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ И ГИПОТЕЗЫ ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Земля как небесное тело не является предметом изуче­ ния геологии, а относится к области астрономии. Однако об­ щее представление о положении Земли в мировом проетран-

13

стве необходимо иметь и для изучения курса геологии. гак как многие процессы, совершающиеся на Земле и в ее нед­ рах, самым тесным образом связаны с влиянием внешней среды, окружающей нашу планету.

Пи вопросу о положении Земли и Солнечной системы ь мировом пространстве весьма образное описание окружаю­ щих нас небесных тел привел академик В. Г. Фесенков в своей книге «Космогония Солнечной системы» (рис. 1). Так, В. Г. Фесенков предлагает мысленно вообразить в простран­ стве квадрат со стороной, равной 15-ІО3 км. По его мнению, в такой квадрат можно поместить нашу Землю, которая име­ ет средний диаметр экватора 12 756 км. Далее он предлагает постепенно увеличивать сторону квадрата, каждый раз ум­

меститься Земля и ее естественный спутник Луна, так как расстояние от Земли до Луны равно 384 400 км. Известно, что Луна обладает сравнительно небольшими размерами. Так, диаметр ее в 4 раза меньше диаметра Земли, а объем мень­ ше земного почти- в 50 раз. Плотность Луны равна 3,3 г/см3, а ее масса — 1/82 массы Земли. Малая масса является при­ чиной отсутствия атмосферы на Луне. Мы знаем, что сила лунного притяжения в 6 раз меньше силы земного притяже­ ния, поэтому Луна не в состоянии удержать быстро движу­

В следующем третьем квадрате со стороной в 15іО7 км разместятся Солнце и три ближайших к нему планеты: Мер­ курий, Венгра и Земля, расстояния которых от Солнца соот­ ветственно равны: 57,94; 108,26 и 149,509 млн км.

Четвертый квадрат, имеющий сторону в 15 млрд км (15-ІО9 км) вместит почти всю Солнечную систему: Солнце, Меркурий, Венеру, Землю, Марс, астероиды, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон и некоторые орбиты комет. Расстоя­ ние от Солнца до наиболее удаленной из планет — Плутона, составляет 5,917 млрд км.

Солнце — это огромный раскаленный газовый шар с диа­ метром, равным 1341 тыс км и превышающим в 109 раз диаметр Земли. Температура поверхности Солнца равна 6000°С, а б недрах Солнца она гораздо выше и, по расчетам астрофизиков, достигает 20 000 000°С. При помощи спектраль­ ного анализа в атмосфере Солнца обнаружено большинство известных на Земле химических элементов. Из них по объему

14

Рис. 1. Представление о строении Вселенной (по В. Г. Фесенкову с дополнениями Л, А. Малахова).

15

на долю водорода приходится более 80%, около 18% — на долю гелия, а остальные 64 элемента, обнаруженные в ат­ мосфере Солнца, присутствуют в ничтожных количествах.

Солнце излучает в мировое пространство огромное ко­ личество энергии, которая равна 5,43-ІО27 кал/мин. В резуль­ тате излучения Солнце ежесекундно теряет 4 млн т своей массы, однако по сравнению с общей массой Солнца эта ве­ личина ничтожно мала. Так, за 2 млрд, лет Солнце потеря­

тожное в процентном отношении количество энергии обеспечи­ вает создание на Земле благоприятных для жизни климати­ ческих условий.

Все планеты Солнечной системы но их физико-химиче­ ским свойствам можно подразделить на две группы Это пла­ неты, близкие к Солнцу и известные как планеты земного типа. К ним принадлежат Меркурий, Венера, Земля и Марс. Характерной их особенностью являются небольшая величи­ на, относительно медленное вращение и большие плотности,

К внешним, удаленным от Солнца, планетам относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Они отличаются большими размерами, превышающими в десятки раз разме­ ры планет земного тина, быстрым вращением вокруг оси (например, период обращения Юпитера 9 и 50 мин) и ма­ лой плотностью.

Интересным является следующий, пятый квадрат со сто­ роной в 1500 млрд км (15-1011 км). В пределах этого огром­ ного пространства не имеется ничего, кроме Солнечной сис­ темы. Иными словами, на расстоянии, в 10 тыс. раз превы­ шающем размеры Солнечной системы, не обнаружено ни од­ ной звезды.

Для обозначения расстояний, которыми оперируют аст­ рономы, описывая Вселенную, в науку введено понятие о световом годе. Последний представляет собой расстояние, которое свет проходит за год. Напомним, что скорость рас­ пространения света равна около 300 000 км/сек.

В шестом квадрате со стороной в 16 световых лет, кроме Солнечной системы, мы увидим 8 звезд. Ближайшая из них Проксима (Альфа Центавра) расположена от Солнца на расстоянии 4,2 световые года. Здесь же размещаются чрез­ вычайно яркие звезды Сириус и Порцион. Сириус ярче Солн­ ца в 26 раз, а Порцион — в 12 раз.

Щ

В седьмом квадрате, имеющем сторону в 1600 световых лет (15-ІО15 км) можно видеть кажущееся беспорядочным

скопление звезд Млечного пути.

Млечный путь, или Галактика Млечного пути, т. е. та совокупность звездных скоплений, к которой принадлежит на­ ша Солнечная система, будет видна в следующем восьмом квадрате со стороной в 160 тысяч световых лет (15-ІО17 км). Наша Солнечная система помещается между двумя ветвями Галактики на расстоянии 10 тысяч парсеков* от ее центра. Сама Галактика имеет спиралеобразную, а в разрезе вере­ тенообразную форму, очень сходную с Галактиками, наблю­ даемыми в созвездии Большой Медведицы.

Солнечная система движется в направлении к созвездию Геркулеса со скоростью около 19,5 км/сек, обращаясь вокруг центра Галактики, расположенного в созвездии Стрельца, со скоростью около 250 км/сек.

Что же представляет собой межпланетное и межзвездное пространство? По данным современных исследований уста­ новлено, что в межзвездном пространстве находится ионизи­ рованный кальций в газообразном и сильно разреженном состоянии. Концентрация его достигает 10~19 г/см3. Кроме ионизированного кальция в межзвездном пространстве име­ ются ионизированные и нейтральные атомы и молекулы К, Na, Fe, CH, CH + CN, NaH и др., а также твердые частички вещества в виде пыли.

В девятом квадрате, сторона которого равна 16 млн. све­ товых лет (15-ІО19 км) видны наша и ряд других Галактик, которые рассеяны неравномерно и создают отдельные груп­ пы. Одна из таких групп расположена в окрестностях нашей Галактики. Галактика в районе созвездия Андромеды удале­ на от нас на расстояние около 2 млн. световых лет. Все Га­ лактики находятся в движении, причем наша Галактика дви­

жется в направлении точки неба, расположенной в созвездии Единорога, со скоростью 210 км/сек.

В настоящее время доступны астрономическим наблюде­ ниям пространства, превышающие площадь десятого квад­ рата со стороной в 1,6 млрд, световых лет (15-ІО21 км). В пределах этого пространства можно видеть сотни миллионов различных Галактик, в том числе спиральной, шаровой и других форм. По современным представлениям, все эти Га­ лактики комбинируются в крупное скопление — Метагалак-

* П а р с е к — это расстояние, на котором радиус земной орбиты представляется .под углом в одну секунду дуги.

тику. По расчетам К. Ф. Огородникова, центр Метагалак­ тики находится в направлении созвездий Девы и Волос Ве­ роники, где выявлено скопление Галактик.

Вселенная бесконечна. Мы сейчас еще не знаем, что на­ ходится в одиннадцатом, двенадцатом и других более уда­ ленных квадратах. Ответ на эти вопросы должна дать наука

будущего.

Космогонические гипотезы. По вопросу о происхождении небесных тел, в том числе Солнца и планет Солнечной сис­ темы, в разное время исследователями было высказано мно­ го различных гипотез.

Одной из них является гипотеза немецкого философа И. Канта и французского физика Лапласа, которая безраз­ дельно господствовала во второй половине XVIII и в XIX сто­ летий. Рассматривая эту гипотезу, необходимо учитывать

история и теория неба, или опыт об устройстве и механиче­ ском происхождении всего мироздания на основе Ньютонов­ ских законов» писал, что «...вся материя, из которой состоят шары, принадлежащие к нашему солнечному миру, все пла­ неты и кометы, в начале всех вещей была разложена на ее элементарные части и заполняла все то пространство Все­ ленной, в котором теперь движутся все эти тела».

По Лапласу эта разложенная материя представляла со­ бой туманность. В пределах такой туманности возникали центры конденсации вокруг элементов, имеющих большую плотность. В результате притяжения происходили сталкива­ ние и сцепление частиц, их разогрев и вращение. При вра­ щении туманность получила сплющенную форму. В централь­ ной части туманности возникло Солнце, окруженное мелки­ ми сгустками и кольцами, из которых и образовались

планеты.

Ф- Энгельс высоко оценивал эту гипотезу как прогрессив­ ную, но в то же время дополнил ее существенными замеча­ ниями. В частности, он отметил, что материя, из которой об­ разовалась эта туманность, до этой первоначальной туман­ ности прошла через бесконечный ряд других форм.

К началу XX столетия накопились существенные возра­ жения против гипотезы Канта-Лапласа. Так, например, Солн­ це, обладая большой массой, вращается слишком медленно, а планеты, имея небольшую массу, вращаются слишком бы­ стро, т. е. обладают большим количеством движения, что не­ объяснимо с точки зрения этой гипотезы; необъяснимо так­

18

же с позиции этой гипотезы одновременное существование прямых и обратных движений и их спутников. Она оказалась несостоятельной объяснить и многие другие возражения, вы­ двигаемые против нее.

Однако вместо дальнейшего развития материалистических основ теории Канта-Лапласа с использованием более новых

да это не получилось, резко отвернулись от нее, отбросив все научное и материалистическое. Одним из таких ученых был английский ученый Джинс, гипотеза которого в извест­ ной степени возродила представления Бюффона (1750 г.) о колоссальной солнечной катастрофе.

Из числа современных космогонических гипотез о проис­ хождении Земли большую популярность приобрела гипотеза академика О. Ю. Шмидта. Согласно этой гипотезе Солнце на своем пути пересекло одно из пылевых облаков, широко распространенных в Галактике. По выходе из облака Солн­ це захватило значительную часть пылевой материи и этрт рой частиц начал вращаться вокруг него. В пылевой массе образовались сгущения, которые затем превратились в пла­ неты. Часть более легких частиц, расположенных вблизи по­ верхности Солнца, оказалась захваченной Солнцем и затем частично отброшенной световым давлением с образованием из них наиболее плотных планет. Вдали от Солнца возникли крупные планеты с малой плотностью, в состав которых во­ шли более легкие вещества.

По Шмидту, Земля вначале была холодной и разогрева­ ние ее произошло уже вторичным путем в результате радио­ активного распада в ее недрах. Эта гипотеза дает научное объяснение многим особенностям строения Солнечной систе­ мы, которые не в состоянии была доказать гипотеза КантаЛапласа. Так, например, легко устанавливаются круговая форма и компланарность орбит планет, возникшие в резуль­ тате осреднения орбит большого числа мелких частиц, по­ шедших на их образование; движение планет и их спутников, в том числе и в обратном направлении.

Оанако крупным недостатком гипотезы Шмидта является отрыв вопроса о происхождении планет от проблемы проис­ хождения самого Солнца. Имеются и другие недостатки.

Автор другой современной космогонической гипотезы ака­ демик В. Г. Фесенков рассматривает образование Солнца и планет в тесной связи с проблемой происхождения звезд разработанной в последнее время советским ученым В. а!