Введение

Науки о Земле

Человек – существо любопытное. Его всегда интересовал субстрат, на котором он живет, по которому ходит, за счет которого кормится. Кроме того, человек просто не проживет, если не будет ориентироваться в окружающей среде. Отсюда появилось много различных наук, изучающих Землю: география, геология, геофизика, геохимия, геометрия, геодезия.

У всех этих наук объект общий – Земля.

На греческом языке слово «гео» означает Земля.

Но предметы разные. Каждая из этих наук изучает какую-то определенную сторону данного объекта.

Геометрия – размеры, форму.

Геодезия – формы рельефа.

География – устройство поверхности Земли, ее внешних оболочек.

Геофизика – физические свойства и физические поля.

Геохимия – химический состав.

Предметом изучения геологии является верхние оболочки Земли – земная кора и верхняя часть мантии. Состав, строение, процессы, закономерности размещения полезных ископаемых.

В таком понимании геология включает в себя и геофизику и геохимию. Геология – наука более широкая. Это отражается и в самом термине «геология».

Слово «логос» означает «знание». Т.е. «знание о Земле».

Связи с другими науками о Земле и не только

Внутренние процессы Земли отражаются в строении и составе ее поверхности, ее внешних оболочек – гидросферы, атмосферы, биосферы, поэтому геология теснейшим образом переплетается и с такими науками как география, геодезия, биология. Например, вулканический конус – это элемент рельефа, но в то же время он образовался за счет глубинных процессов.

Или моря и океаны. Вода заполняет впадины на поверхности – элементы рельефа и сама формирует рельеф, но появилась то она из глубин Земли и принимает активнейшее участие в формировании осадочной оболочки. Большая часть осадочных пород осаждается в морях и океанах. Вода является главным агентом выветривания.

Животный мир (или биосфера) существует на поверхности Земли и изучается наукой биологией. Но после отмирания остатки организмов становятся частью осадочных пород, в том числе такие ценнейшие полезные ископаемые как нефть и каменный уголь полностью формируются за счет органического вещества.

Органические остатки, содержащиеся в древних осадочных породах, используются для определения возраста этих пород. Организмы, их жизнедеятельность активно участвуют и в процессах выветривания.

В общем, Земля представляет собой единую природную систему, в которой все элементы взаимосвязаны и взаимодействуют.

Науки геологического цикла

Геология разнородная наука. Процессы, которые она изучает, различны. Используются самые различные методы. Одному человеку все это охватить не под силу. Поэтому в рамках геологической науки постепенно выделялись отдельные направления, изучающие ту или иную сторону предмета, пользующиеся собственными методами. Называются они науками геологического цикла.

Наука о минералах – природных химических соединениях называется минералогией. Петрография и петрология изучает магматические и метаморфические горные породы, их состав и происхождение, литология – то же, но относительно осадочных пород. Геохимия занимается распределением, миграцией химических элементов, кристаллография – закономерностями образования кристаллического вещества.

Структуру земной коры и литосферы, их эволюцию изучает наука геотектоника, геологические тела, их структуру и состав – структурная геология.

Стратиграфия занимается проблемами последовательности образования горных пород. Палеонтология изучает древние, ископаемые организмы, палеогеография – физико-географические условия, существовавшие когда-то.

Закономерности формирования месторождений полезных ископаемых, их распространение изучает металлогения и минерагения, угольная геология, геология нефти и газа.

К геологическому циклу относятся и такие науки как гидрогеология – происхождение, условия залегания и миграции, состава подземных вод и инженерная геология, изучающая геологические условия и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Появилась даже наука со смешным, нелогичным названием – космическая геология (Геология Луны, Марса и т.д).

С развитием геологической науки в целом, с появлением новых методов, в рамках существующих наук обособляются новые, в значительной мере самостоятельные научные подразделения.

В рамках геохимии выделилась изотопная геология.

В рамках литологии – седиментология.

В рамках минералогии – физика минералов, биоминералогия.

В рамках петрологии – вулканология.

В рамках геотектоники – геодинамика.

Геологи пользуются еще и такими подразделениями как:

Прикладная геология, Теоретическая геология, Региональная геология, Историческая геология, Динамическая геология, Промысловая геология, Экспериментальная геология и т.д

А наш предмет называется общая геология.

« Общая» потому, что мы должны получить представление, пусть в самых общих чертах, о большинстве направлений и сторон геологической науки. Должны заложить основу для дальнейшего углубленного изучения отдельных направлений.

Методология

У геологии, как и у других естественных наук в основе лежит историческая методология. В целом это историческая наука. Каждая из наук геологического цикла рассматривает свой предмет (объект) в исторической перспективе: зарождение – жизнь – смерть.

Основу этой методологии составляет принцип актуализма – «настоящее есть ключ к познанию прошлого» (сформулировано знаменитым английским геологом 19 века Ч. Лайелем). Признается, что прошлые геологические процессы, хотя и отличаются от современных, но не настолько, чтобы нельзя было бы их реконструировать, используя аналогию с современными процессами. Исследователь не может непосредственно наблюдать, как протекал тот или иной процесс, например 50 млн. лет назад. Но он может изучить во всех подробностях, как аналогичный процесс протекает сегодня, на наших глазах и распространить свои выводы на геологическое прошлое. Только пользуясь принципом актуализма, геологи смогли создать стройные теории эндогенных и экзогенных процессов.

Необходимо, однако, помнить, что принцип актуализма имеет определенные ограничения. Чем дальше от нашей эпохи отстоит та или иная геологическая эпоха, тем больше условия той эпохи могли отличаться от современных.

На ранних стадиях развития Земли, температура ее поверхности могла быть существенно выше современной, в атмосфере не было свободного кислорода, органическая жизнь была примитивной. С этой точки зрения для геолога важны данные о других планетах Солнечной системы, данные сравнительной планетологии.

В ходе развития Земли эволюционировали состав и строение земной коры. Появлялись новые минералы и горные породы и исчезали другие, менялся тип деформаций горных пород, менялся рельеф и климат.

Особенно быстро эволюционировал органический мир, оказывая все большее влияние на геологические процессы. Все это должно учитываться при использовании принципа актуализма, который должен применяться в рамках более широкого сравнительно-исторического метода.

Методы

В геологии используются большое количество различных методов, как собственно геологических, так и методов других наук. Прямые, косвенные, экспериментальные, математические

К прямым геологическим методам относится непосредственные наблюдения над горными породами и минералами, над геологическими структурами в естественных обнажениях, искусственных горных выработках и кернах буровых скважин.

Большая часть обнажений дает возможность изучить разрез на глубину десятки и сотни метров. Глубокие шахты и глубокие скважины (до 3-4 км) относительно редки. Единичные скважины достигают 8-9 км и лишь одна – Кольская – немногим более 12 км.

Косвенные методы основаны на изучение геофизических полей – естественных и искусственных. Они дают возможность проанализировать внутреннее строение Земли, ее отдельных геосфер и геологических структур. Это сейсмические, гравиметрические, электрические, магнитометрические методы.

Экспериментальные методы направлены на моделирование геологических процессов: искусственный рост кристаллов и пород, изучение расплавов и фазовых переходов из искусственных смесей минералов, изучение термодинамических условий образования пород и минералов и т.д.

Математические методы, в том числе математическое моделирование.