Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
представляет собой его норму содержания, или геохимический
фон. Участки горных пород с повышенной концентрацией рассеянных элементов являются геохимическими аномалиями. Для
количественной оценки неоднородности распространения химических элементов в земной коре В. И. Вернадским введено
понятие «кларк концентрации», характеризующее отклонение
содержания элемента в данном объеме от его кларка
Кк = А/К,
где А – содержание какого-либо химического элемента в горной
породе;
К – кларк этого элемента в земной коре.
Если Кк >1, то произошло обогащение пород элементом,
при Кк < 1 его содержание меньше среднего значения для земной коры.
Содержание отдельных элементов в земной коре – их преобладание или недостаток – влияет на минеральный состав природных вод, формирование биогеоценозов, миграцию и трансформацию различных химических соединений, состав и качество
почв, а также экологическую обстановку местности.
1.1.Геологические процессы и явления
Геологические процессы, изменяющие состав, строение и
состояние отдельных участков земной коры и рельефа ее поверхности, происходят постоянно. Большая часть процессов идет
медленно, незаметно для человечества, однако за миллионы лет
они приводят к значительным изменениям. Часть процессов протекает иногда с катастрофической быстротой (вулканические извержения, землетрясения и др.). Такие процессы кратковременны, идут на отдельных участках и играют меньшую роль в истории формирования Земли. В зависимости от источников энергии,
обусловливающей геологические процессы, последние обычно
делятся на две группы: эндогенные (рожденные изнутри) и экзогенные (рожденные извне).
Эндогенные процессы обусловлены энергией, сосредото-
ченной внутри самой Земли. Под их действием сформировались
11
структуры земной коры и образовались наиболее крупные формы
рельефа (горные сооружения, равнины и впадины, заполненные
водой). Экзогенные процессы, вызванные энергией, идущей от
Солнца, происходят в верхней части земной коры и на ее поверхности.
При взаимодействии твердой части земной коры с атмо-,
гидро- и биосферами образуются осадочные горные породы и
выравниваются неровности земной коры, созданные эндогенными процессами. В результате совместного проявления эндогенных и экзогенных процессов сформировался современный облик
Земли.
1.2.1. Эндогенные процессы
Эти процессы протекают в глубине земной коры при высоких температурах и давлениях. В результате этих процессов перераспределяются вещества верхней мантии и нижней; части
земной коры. По современной классификации по формам проявления эндогенные процессы делятся на магматизм, тектонические движения, землетрясения и метаморфизм.
Магматизм. Это процесс, включающий зарождение магмы,
последующее внедрение ее в земную кору (иногда с излиянием
на поверхность) и остывание магмы с образованием магматических горных пород. По условиям остывания магмы (на глубине
или на поверхности) магматизм делится на глубинный (плутонизм) и поверхностный (вулканизм).
При глубинном магматизме магма, поднимаясь по трещинам, выделяет газы и частично поглощает и переплавляет породы, в которые внедряется. Состав магмы при этом изменяется.
Магма, внедрившаяся в земную кору, постепенно остывает. В
условиях полной кристаллизации образуются глубинные (интрузивные) магматические породы, различные по содержанию:
ультраосновные, основные, средние, кислые и ультракислые. Они
залегают в земной коре в виде отдельных форм.
Выходы магмы на поверхность Земли происходили и происходят по каналам и трещинам в пределах суши и дна моря, поэтому вулканические извержения называются центральными, линейными, наземными и подводными. На ранних стадиях развития
12
земной коры преобладали излияния лавы по трещинам. На современном этапе превалирует центральный тип извержений, при
котором вокруг канала излития лавы формируется конусообразная вулканическая гора с кратером в верхней части.
Тектонические движения. Под воздействием внутренних
сил земная кора находится в постоянном движении. Движения
земной коры, обусловленные внутренними процессами и ведущие к изменению условий залегания горных пород, называются
тектоническими.
Тектонические движения разделяются на медленные
(эпейрогенические) и быстрые сотрясения поверхности земли
(землетрясения и моретрясения). К медленным тектоническим
движениям относятся в основном вертикальные опускания и
поднятия, изменяющие положение береговой линии материков,
процессы, вызывающие изменение условий залегания горных
пород с образованием складок и разрывных форм и созданием
горных сооружений и межгорных впадин. Такие колебания земной коры обычно имеют компенсационный характер. С физической точки зрения колебательные движения земной коры могут
объяснить трансгрессии (наступление моря на сушу) и регрессии
(отступление моря) и связанные с ними изменения в очертании
континентов и океанов. Эти движения вызывают также изменения в проявлении процессов заболачивания и денудации. Тектонические движения, изменяющие условия залегания горных пород и их смещение, называются дислокационными (дислокация нарушение). Они являются частью орогенических, или горообразовательных процессов.
Тектонические дислокации происходят в линейновытянутых зонах, приуроченных к границам платформ и геосинклиналей. Дислокационные движения часто сопровождаются
процессами магматизма и метаморфизма. Горообразовательные
движения, кроме дислокационных и магматических, сопровождаются вертикальными поднятиями и опусканиями значительной
амплитуды. Тектонические движения приводят к нарушению
первичного залегания осадочных горных пород и созданию новых форм залегания. Эти формы делятся на два типа: складчатые
(без разрыва сплошности пластов горных пород) и разрывные (с
13
разрывом сплошности горных пород). Основой складчатого залегания являются складки земной коры. Складкой называется изогнутый комплекс пластов с одним перегибом и двумя крыльями.
С процессами складкообразования связано формирование месторождений большинства полезных ископаемых, таких, как нефть,
каменный уголь и т. п.
Выделяются два типа складок: антиклинальные, обращенные выпуклостью вверх, и синклинальные, обращенные выпуклостью вниз. В пределах одного крыла складки пласты обычно
наклонены в одну сторону. Такое залегание пластов называется
моноклиналъным. В зависимости от положения осевой поверхно-
сти и наклона крыльев складки могут быть прямыми, косыми,
опрокинутыми, лежачими и перевернутыми.
Дизъюнктивные дислокации представляют собой наруше-
ния с разрывом сплошности пластов. Разрыв пластов и смещение
по поверхности разрыва одной части относительно другой происходит при больших давлениях, превышающих прочность горных
пород на сдвиг или разрыв. Особой формой, переходной от
складчатой к разрывной, является так называемая флексура – коленообразный изгиб пластов с уменьшением их мощности в месте изгиба вследствие растягивающих напряжений.
Разрывные нарушения, или тектонический разрыв, приводят к образованию трещин, по которым один блок смещается относительно другого. К основным видам этих нарушений относятся сбросы, надвиги и сдвиги.
Сбросом называется тектонический разрыв, возникающий
при вертикальном или наклонном смещении слоев горных пород
относительно друг друга. Это деформация скалывания в условиях растяжения земной коры. (При тектоническом опускании горных пород, ограниченном системой сбросов, образуется грабен,
при тектоническом поднятии горных пород в тех же условиях –
горст).
Надвигами называются тектонические разрывы, при кото-
рых более молодые пласты перекрыты более древними. Надвиг
считается деформацией скалывания в условиях сжатия земной
коры. Надвиги, образованные под углом 70-90° - это взбросы.
14
Эрозионный надвиг (шарриаж) возникает в результате разрыва и
наползания верхнего крыла на лежачее по древней поверхности.
Сдвиг – тектонический разрыв с перемещением крыльев в
горизонтальном направлении. Подобные разрывы характеризуются малыми амплитудами смещения по вертикали и большими по горизонтали.
Тектонические дислокации горных пород сопровождаются
образованием трещин, уменьшающих прочность и повышающих водопроницаемость пород. В районах разрывных дислокаций эти факторы проявляются наиболее сильно. При этом водопроницаемые пласты в синклинальных складках часто имеют
большие запасы используемых для водоснабжения артезианских
вод.
Землетрясения. Сотрясение верхней части земной коры на-
зывается землетрясением. По происхождению землетрясения делятся на тектонические, вулканические, денудационные (обвальные) и искусственные. Последние возникают при искусственных взрывах, артиллерийской стрельбе, при прохождении поездов и т. п.
Тектонические землетрясения являются наиболее опасными для человека и сооружений. Они – следствие быстрых перемещений масс внутри земной коры при тектонических движениях. Место этих перемещений, или очаг землетрясения, называется гипоцентром. В момент освобождения энергии в гипоцентре
происходит сжатие и расширение массы, в результате чего возникают сейсмические волны. От гипоцентра идут продольные и
поперечные волны. Скорости распространения продольных волн
больше скорости распространения поперечных почти в два раза.
Продвигаясь от гипоцентра по всем направлениям, волны вначале
достигают поверхности Земли или дна моря (океана) в точке,
ближайшей к гипоцентру, называемой эпицентром. От эпицентра землетрясение распространяется по поверхности Земли, при
этом сила его по мере удаления от эпицентра уменьшается.
Вулканические землетрясения происходят в районах распространения вулканов, сопровождая их извержение.
Денудационные землетрясения связаны с обвалами горных
пород в горах и крупных пещерах и имеют слабую силу.
15
Землетрясения фиксируются сейсмографами – приборами, с
помощью которых записываются колебания в виде кривой –
сейсмограммы. На сейсмограмме вначале регистрируется приход
продольных волн, затем поперечных и поверхностных волн, которые распространяются от эпицентра. Интенсивность, или сила
землетрясения на поверхности Земли измеряется в баллах.
В случае моретрясений колебания дна морей и океанов вызывают образование на их поверхности огромных волн (цунами)
высотой до 15-20 м, которые могут перемещаться со скоростью
500-800 км/ч и обрушиваться на берега, вызывая большие разрушения и даже гибель людей.
Метаморфизм. Процесс преобразования горных пород в
глубине земной коры под воздействием высокой температуры,
давления, газов и горячих водных растворов называется метаморфизмом. В результате метаморфизма изменяются структура,
текстура и иногда минеральный состав исходных пород. По преобладающему фактору в процессах изменения пород метаморфизм делится на динамометаморфизм (главный фактор - давление), термометаморфизм (температура), пневматолитовый (горячие газы) и гидротермальный метаморфизм (горячие водные растворы). В результате двух последних видов изменяются не только
структура, текстура и минеральный состав, но и химический состав метаморфических пород.
В зависимости от места и условий метаморфизм делится на
контактовый и региональный. Первый обычно происходит в зоне
внедрившейся магмы. Региональный метаморфизм отмечается
повсеместно в земной коре. Степень метаморфизации горных пород обусловливается температурой и давлением, которые зависят
от глубины. Различают эпиметаморфизм (температура ниже 365
°С, давление невысокое), мезометаморфизм (температура и давление высокие) и катаметаморфизм (температура более 3000 °С,
давление очень высокое). На больших глубинах может идти процесс гранитизации - превращения других пород в граниты.
Автометаморфизм происходит в медленно остывающих
породах, когда некоторые ранее выкристаллизованные минералы
под воздействием горячих растворов при низких температурах
16
становятся неустойчивыми и преобразуются в другие, устойчивые.
1.2.2. Экзогенные процессы
К этим процессам относятся: разрушение минералов горных пород, осадков и почв, перенос продуктов разрушения и отложение их в пониженных участках рельефа. В результате экзогенных процессов происходит снижение возвышенностей и заполнение понижений и впадин различными минеральными осадками. Совокупность процессов разрушения и сноса продуктов
разрушения называется денудацией, накопления минеральных
осадков – аккумуляцией. Экзогенные процессы классифицируются в зависимости от определяющих факторов.
Выветривание. Относятся процессы разрушения и измене-
ния горных пород и минералов при колебаниях температуры воздуха, замерзании воды, действии на них паров воды, диоксида
углерода, кислорода, других газов, а также живых организмов.
Выветривание делится на три вида: физическое, химическое, органическое. Степень выветривания большей частью обусловлена
климатом, виды выветривания – климатической зональностью.
Физическое (или механическое) выветривание в основном
развито в полярных областях, высокогорных районах и сухих
пустынных зонах. Главными факторами его являются резкие колебания температуры воздуха, действие солнечных лучей и замерзание воды в трещинах и порах горных пород. При резких
колебаниях температуры наблюдается тепловое расширение и
сжатие минералов в породах. При различном коэффициенте теплового расширения отдельных минералов изменения в объемах
неодинаковы, расширяются существующие трещины или появляются новые. В дневное время в областях с жарким климатом
происходит сильное нагревание, а в ночное - охлаждение поверхности горных пород, что вызывает шелушение и потемнение
пород в результате подтягивания к поверхности из породы вместе с водой растворенных соединений и последующего испарения воды. Растворимые соли кристаллизуются в результате испа-
17
рения воды, способствуя расширению трещин и разрушению пород.
Трещинная вода при замерзании увеличивается в объеме
примерно на 9 %, вызывая расширение трещин и разрушение
породы. При высыхании глинистые породы растрескиваются и
разделяются на отдельные плитки, которые затем осыпаются. В
результате физического выветривания горные породы вначале
становятся трещиноватыми, а затем превращаются в остроугольные обломки разного размера и формы, которые под действием силы тяжести смещаются к подножию склонов или остаются на месте, прикрывая ранее образовавшиеся породы.
Химическое выветривание. Подобный тип выветривания
наиболее интенсивно проявляется в условиях теплого влажного
климата и зависит от содержания в воздухе кислорода, диоксида
углерода, паров воды. При химическом выветривании разлагаются минералы горных пород и превращаются в новые соединения –
вторичные минералы. Они делятся на растворимые (гипс, галит,
кальцит и др.) и практически нерастворимые в воде (каолинит,
монтмориллонит, серицит, опал, лимонит и др.). Основные виды
химического выветривания - растворение, гидролиз, окисление,
гидратация.
В воде растворяются практически все минералы, но боль-
шинство из них в очень малых количествах и очень медленно.
Лучше всего растворяются хлориды, сульфаты, сульфиды и карбонаты. Кроме истинных растворов, большое значение в геологических процессах имеют коллоидные растворы веществ, в
обычных условиях нерастворимых, например, силикатов с частицами до 0,2 мкм.
При гидролизе происходят реакции ионного обмена между
различными веществами и водой. Гидролизу подвергаются алюмосиликаты - соли сильных оснований и слабых кислот.
Процессы окисления горных пород и минералов водой и
кислородом воздуха охватывают мощный слой верхней части
земной коры. Окислению подвергаются минералы, содержащие
железо, марганец, серу, оксиды металлов в низших степенях
окисления переходят в формы с высшими степенями окисления,
сульфиды стремятся к сульфатам.
18
Гидратация во влажном климате заключается в присоеди-
нении безводными минералами одной или нескольких молекул
воды. Ангидрит стремится к гипсу, кварцу, опалу.
Органическое выветривание. В земной коре до глубины
нескольких десятков метров распространены различные микроорганизмы, а также животные и растительные организмы. В результате своей жизнедеятельности они химически разрушают
породы и минералы. Кроме того, почвенные организмы разрушают среду своего обитания механически. Так, корневая система
растений дробит породы по трещинам, а животные-землерои
измельчают суглинистые и лёссовидные породы в зоне аэрации.
Таким образом, под влиянием сложных процессов выветривания
с участием организмов формируются почвы.
Продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего формирования, называются элювием. Граница между
элювием и горной породой весьма нечеткая. Наиболее измененным является верхний слой элювия, книзу он постепенно переходит в разрушенную породу. Состав элювия зависит от типа исходных пород, преобладающего вида выветривания, его интенсивности и длительности и изменяется от глыб до
камней, от щебня до песка и пылевато-глинистых образований.
Геологическая работа ветра. К этой работе относятся:
разрушение, перенос и аккумуляция продуктов разрушения.
Под разрушением, или дефляцией (развеванием), понимают
изменение физического состояния горных пород, осадков и почвы под воздействием воздушных струй. При переносе ветром у
поверхности земли обломков твердых минералов, которые разрушают породы при ударе о них и трении, идет процесс корразии
(истирание). В результате дефляции и корразии в полупустынных
и пустынных областях, сложенных различными по прочности породами, создаются разнообразные мелкие формы рельефа.
При переносе ветер перемещает продукты разрушения либо
путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии. Песчаные
частицы переносятся на небольшие расстояния, пылеватые и более мелкие частицы во взвешенном состоянии – на расстояния в
сотни и тысячи километров. Аккумуляция – это процесс выпадения переносимых ветром частиц на поверхность земли, при кото-
19
ром формируются эоловые отложения. По гранулометрическому
составу они могут быть песчаными, пылеватыми, глинистыми. В
их минеральном составе преобладают кварц, полевой шпат, глинистые минералы, кальцит; встречаются и органические частицы
– пыльца, грибки, споры, бактерии.
Эоловые отложения содержат, в основном, частицы поверхностных образований (горных пород, почв) и в меньшем количестве – частицы вулканические и космические. Эоловые песчаные отложения формируются близ областей дефляции и представляют собой довольно рыхлые осадки. На поверхности эоловые песчаные отложения образуют холмы или бугры различной
формы: дюны, барханы, грядообразные валы, кучевые пески с
эоловой рябью на поверхности. По контуру песчаных отложений
располагаются пылеватые эоловые осадки – лёссы. Эоловые лёссы имеют мощность до 100 м.
Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.
Атмосферные осадки стекают в океаны, моря и озера. В процессе
своего движения поверхностные воды разрушают горные породы, осадки и почвы, переносят продукты разрушения и затем откладывают их в водоемах, водостоках или на суше. Поверхностные текучие воды в зависимости от объема и формы стока, а также продолжительности действия подразделяют на дождевые и
талые воды, временные и постоянные русловые водные потоки.
Геологическая деятельность дождевых и талых вод, Ат-
мосферные осадки и талые воды стекают по склонам в виде отдельных струек, смывая с водоразделов и верхней части склонов
продукты выветривания, перенося их и откладывая в нижней
части. Процесс смывания продуктов выветривания, идущий с
образованием небольших рытвин на площади водоразделов и
верхней части склонов, называется абляцией; осадки, формирующиеся в нижней части склонов - делювием. По составу делювиальные отложения представлены чаще суглинками и супесями.
Геологическая деятельность временных водных потоков. В
период ливней или половодий вода размывает дно понижения
(оврага), углубляя его и расширяя площадь водосбора. Процесс
размыва горных пород, осадков и почв поверхностными текучими водами называется эрозией. Эрозии приводят к изменениям
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]