Учебник

далось в виде карбонатных горных пород. Атмосферная углекислота используется постоянно в питании растениями, а выделяемый при этом кислород – в дыхании животными.

Современный состав атмосферного воздуха до высоты 100 км (%): кислород

– 20,95; азот – 78,08; аргон – 0,93; углекислый газ – 0,03. Остальные газы составляюттысячныедолипроцента(водород, неон, гелий, водяныепарыипрочие).

Одной из важнейших составных частей атмосферного воздуха для геологических процессов является пыль, которая благодаря очень мелким размерам частиц поднимается на большие высоты и может находиться там значительное время. Источниками атмосферной пыли могут быть мелкие частицы минералов и горных пород с поверхности Земли, водяные пары с водной поверхности планеты, вулканическая пыль, поднятая в воздух воздушными течениями, а также космические частицы.

Входе эволюции Земли состав атмосферы постоянно изменялся. В древние геологические эпохи, например, в докембрийское время в ней преобладал углекислый газ, значительную роль играли химически активные хлор, фтор и др. газы. Близкой к такому составу является современная атмосфера таких планет Солнечной системы, как Марс и Венера.

Впроцессе эволюции нашей планеты осаждение в морях и океанах огромного количества карбонатных горных пород (известняков и доломитов) связывало углекислый газ атмосферы, а развитие жизни привело к выделению значительных количеств кислорода: от долей процента в докембрийское время до первых процентов в девонское и почти 21% в наше время. Появление жизни на земле, и особенно животного мира, привело к интенсивному накоплению кислорода в атмосфере в связи с поглощением растениями углекислого газа в процессе фотосинтеза и выделением кислорода. О составе древней атмосферы ученые судят по составу газов в виде мелких включений – пузырьков в древних осадочных горных породах, образованных в атмосфере и гидросфере. По этим включениям и было определено преобладание в догеологические эпохи развития Земли в составе атмосферы аммиака и метана, которые при окислении привели к образованию азота и углекислого газа, замененного в процессе дальнейшего развития жизни, в значительной мере кислородом.

Усиленное образование кислорода способствовало созданию в атмосфере озонового слоя. Это происходило на высоте 1-30 км. Важность этого процесса и самого озонового слоя заключается в том, что озон способен поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца и передавать его на Землю в виде тепловой энергии, одновременно защищая жизнь на планете от губительного ультрафиолетового излучения.

32

Федеральное агентство по образованию Государственное учреждение высшего профессионального образования

Ухтинский государственный технический университет (УГТУ)

А. М. Плякин, Л. П. Бакулина

ОБЩАЯ, ИСТОРИЧЕСКАЯ И РЕГИОНАЛЬНАЯ (РФ) ГЕОЛОГИЯ

Учебник

Рекомендовано Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) им. Г. В. Плеханова»

вкачестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 130200 «Технологии геологической разведки»

УХТА 2010

УДК 551.1/.4 075 П 40

Плякин, А. М.

Общая, историческая и региональная (РФ) геология [Текст]: учебник / А. М. Плякин, Л. П. Бакулина. – Ухта : УГТУ, 2010. − 288 с.

ISBN 978-5-88179-585-6

Учебник предназначен для студентов геофизических специальностей. В нем содержатся сведения по трём геологическим дисциплинам: общей, исторической и региональной (геология Российской Федерации) геологии.

Первые три главы посвящены общей геологии, четвёртая – исторической геологии с основами палеонтологии, пятая – региональной геологии.

Впервых трёх главах рассматриваются объекты и предметы дисциплины, экзогенные и эндогенные геологические процессы и результаты их деятельности. Здесь же приводятся материалы об условиях формирования, типах и условиях залегания осадочных, магматических и метаморфических горных пород, даются общие понятие о фациях и формациях.

Вчетвёртой главе рассматриваются основные положения исторической геологии с основами палеонтологии, а также материалы о глобальной приуроченности месторождений полезных ископаемых к определённым геологическим эпохам и структурам.

Пятая глава учебника содержит краткие сведения по региональной геологии (геологии РФ), при этом значительное место отведено особенностям геологического строения Тимано-Североуральского региона и его минерагении.

Рекомендовано Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) им. Г. В. Плеханова» в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 130200 «Технологии геологической разведки». Регистрационный номер рецензии 538 от 02.11.2009 г. МГУП.

Рецензенты: В. А. Жемчугова, проф. кафедры геологии и геохимии горючих полезных ископаемых МГУ, доктор геол.-мин. наук; А. П. Жуков, директор компании «Геофизические системы данных», г. Москва, доктор тех. наук.

©Ухтинский государственный технический университет, 2010

©Плякин А. М., Бакулина Л. П., 2010

ISBN 978-5-88179-585-6

Глава 2. ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Экзогенные геологические процессы являются выражением атмосферных и гидросферных геологических процессов, то есть процессов, происходящих на поверхности Земли. Важность их объясняется тем, что они являются главной причиной образования одной из трех важнейших групп горных пород

– пород осадочных, сформированных из первично накопленного осадка. Сам осадок в зависимости от способа его получения может быть обломочным (состоящим из обломков), хемогенным (образованным в качестве нерастворимого осадка при химическом взаимодействии различных веществ) или органогенным (биогенным, состоящим из остатков живых организмов или продуктов их жизнедеятельности). В случае одновременного накопления разных типов осадков образуются смешанные осадочные горные породы. С ними связано огромное количество разнообразных полезных ископаемых: газообразных, жидких и твердых.

Одной из важнейших особенностей экзогенных геологических процессов является стадийность их работы, приводящая к образованию горных пород. Начальной стадией является разрушительная, которая сменяется транспортировочной и завершается накопительной – аккумулятивной. Характеристика всех этих стадий для каждого экзогенного геологического процесса приводится в этой главе учебника.

Поскольку экзогенные геологические процессы являются выражением деятельности атмосферы и гидросферы, рассмотрим некоторые общие особенности этих наружных оболочек Земли.

2.1 АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ И СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ПРОЦЕССЫ

Атмосфера как непосредственная геологическая сила проявляется в процессах выветривания, ветровой и ледниковой деятельности. Она представляет собой газовую оболочку планеты, окружающую и вращающуюся вместе с ней как единое целое. Атмосфере принадлежит важнейшая роль в возникновении и развитии жизни на Земле.

Произошла атмосфера, вероятнее всего, из газов, выделенных литосферой после образования Земли. В процессе развития планеты состав атмосферы сильно изменялся в связи с уходом атмосферных газов в космическое пространство, непрерывного выделения новых порций газов, химического взаимодействия их с литосферой, эволюцией жизни на земле и др. причинами. Огромное количество углекислого газа растворялось в водах морей и океанов, осаж-

31

ториевый). В этом методе определение возраста осуществляется по отношениям содержаний изотопов свинца 208PB/204Pb, 207Pb/204Pb, 206Pb/204Pb.

Стронциевый метод основан на особенностях радиоактивного распада рубидия и превращения его в изотоп стронция 87Sr. При этом методе возможны значительные ошибки в определении возраста за счет привноса рубидия в минералы из других источников, т. е. не за счет только радиоактивного распада.

Калий – аргоновый метод или просто аргоновый. Суть метода заключается в накоплении радиогенного аргона в калиевых минералах. Метод является наиболее доступным и наиболее распространенным. Недостатком его являются весьма значительные ошибки, которые могут быть допущены, так как эти минералы (калиевые полевые шпаты, слюды, глауконит и др.) могут легко терять радиогенный аргон. Вместе с тем возможен и привнос аргона в эти минералы. В результате не всегда могут быть объяснены получаемые при применении этого метода цифры возраста: наряду со значительным омоложением возможно и значительное удревнение возраста исследуемых горных пород. Доступность и относительная дешевизна исследований калий-аргоновым методом связаны как с широким распространением калиевых минералов, так и с возможностью определения возраста не только по мономинеральным пробам, но и по навескам горных пород, содержащих эти минералы.

Радиоуглеродный метод основан на определении количества нераспавшегося изотопа 14С. Этот метод применяется для определения возраста наиболее молодых геологических образований (кайнозойских), следов культуры древнего человека, его орудий труда, охоты, предметов быта.

30

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник предназначен для студентов специальностей: 130201 (геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых) и 130202 (геофизические исследования скважин) направления 130000 при подготовке бакалавров, дипломированных специалистов и магистров.

Он состоит из пяти глав, освещающих три дисциплины: 1) «Общую геологию» (главы 1, 2 и 3); 2) «Историческую геологию с основами палеонтологии» (глава 4); 3) «Региональную (РФ) геологию» (глава 5).

В«Общей геологии» приводятся сведения о предметах и объектах геологии, геологическом времени и методах определения возраста горных пород, внутреннем строении Земли, физических полях планеты, геофизических методах изучения её геологического строения.

Здесь же помещён обширный материал об экзогенных атмосферных (ветер, выветривание, ледники) и гидросферных (поверхностные текучие воды, моря, озера, болота, подземные воды) геологических процессах, об условиях формирования и залегания осадочных горных пород.

Заключительная часть дисциплины посвящёна эндогенным геологическим процессам: магматизму, метаморфизму и тектонике. Большое внимание уделено формам тел магматических горных пород и основным тектоническим структурам земной коры.

«Историческая геология с основами палеонтологии» освещает основные этапы геологического развития Земли. В ней рассмотрены главные структурные элементы земной коры и некоторые особенности их эволюции. Для каждого геологического этапа приводится характеристика органического мира и особенности его эволюции в истории планеты. Большое внимание уделено особенностям животного мира Тимано-Североуральского региона, а также приуроченности месторождений полезных ископаемых определённым этапам истории геологического развития планеты.

В«Региональной (РФ) геологии рассматриваются особенности геологического строения территории Российской Федерации, её основные структурные элементы и приуроченность наиболее важных месторождений полезных ископаемых к временным интервалам и конкретным структурам.

Авторы выражают искреннюю благодарность Д. Темнову, А. Б. Макееву

иС. Соловьёву за предоставленные фотографии; Т. А. Плякиной за выполнение рисунков в текст учебника.

3

Глава 1. ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ

1. 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

Общая геология – фундаментальный теоретический курс. Он является введением в избранную геологическую и геофизическую специальности и даёт общие представления о геологических процессах, результатах их деятельности, выраженных в минералах, горных породах и структурах земной коры.

Основы геологии – это первое знакомство с увлекательной, во многом творческой, и очень важной областью знаний. Общая геология – это азбука геологических знаний, основа, на которую в процессе обучения нанизывается целый «букет» более основательных детальных знаний по более конкретным направлениям. В этом курсе студенты впервые знакомятся с наиболее употребительными геологическими терминами, раскрывающими суть геологических процессов, явлений и структур, поэтому знание терминологии является одновременно и знанием сущности геологических процессов. Надо сразу усвоить, что в процессе обучения и последующей деятельности по специальности работа с геологическим словарем, содержащим сведения о существующей геологической терминологии, является очень важной.

Главная задача при изучении основ геологии заключается в понятии и усвоении сущности экзогенных и эндогенных геологических процессов, условий их проявления, зависимости от внешних или внутренних сил, а также результатов этих процессов, выраженных в материальном веществе: минералах, горных породах и условиях их залегания.

В процессе изучения дисциплины каждый студент должен приобрести запас теоретических знаний, позволяющий успешно продолжать геологическое образование и дающий возможность понимать более сложные геологические явления, изучаемые другими науками и дисциплинами.

Задачей курса является также приобретение практических навыков по распознаванию минералов и слагаемых ими осадочных, магматических и метаморфических горных пород, по чтению и построению геологических карт, геологических разрезов и других графических материалов.

Наименование этой науки происходит от греческих слов «гео» – земля и «логос» – наука. Это слово было введено в употребление только в конце XVIII века, хотя попытки систематизации геологических наблюдений и использования геологических знаний и опыта в практической деятельности человека предпринимались значительно раньше.

4

Изотопные методы основаны на использовании радиоактивного распада некоторых химических элементов. Измерение возраста производится по содержанию продуктов радиоактивного распада в минералах или горных породах, времени полураспада и соотношению содержаний продуктов распада и остаточных продуктов. Процесс распада химических элементов в природе происходит с постоянной скоростью, в результате этого появляются атомы устойчивых, уже не распадающихся далее элементов. Постепенно количество этих элементов увеличивается в минерале или горной породе пропорционально геологическому возрасту изучаемого вещества. Обычно для определения возраста используются «долгоживущие» элементы, то есть элементы с большим периодом полураспада (уран, торий и др.).

Существует несколько методов определения изотопного возраста горных пород. Из них наиболее точным является свинцовый метод (свинцово-ураново-

29

Современная геология – это обширная область научных знаний о нашей планете: ее происхождении, внутреннем строении и особенностях развития, об эволюции органического мира, формировании и размещении полезных ископаемых.

Коротко науку геологию можно определить как науку о происхождении,

развитии и геологическом строении Земли.

Геология как единая наука просуществовала до второй половины XIX века. В результате накопления большого объема знаний из нее начали выделяться в качестве самостоятельных такие науки, как: стратиграфия, минералогия, петрография, литология, тектоника, учение о фациях и многие другие. Первоначально они представляли отдельные области чисто геологических знаний, позже к ним присоединились науки, находящиеся на стыке геологии с другими областями знаний: геофизика, геохимия и др. Это было вызвано необходимостью более глубокого изучения узких геологических направлений.

1.2 ОБЪЕКТЫ И ПРЕДМЕТЫ ГЕОЛОГИИ

Вгеологии так же, как в других науках, имеются свои объекты и свои предметы изучения. Поскольку главный объект этой науки – Земля, мы поговорим о более «мелких» объектах, которыми являются составные части планеты, такие как: атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера.

Атмосфера Земли – воздушная оболочка, состоящая из смеси газов, среди которых преобладают азот и кислород. Важную роль играют водород, углекислый газ и содержащиеся в небольших количествах другие газы и водяные пары, а также разная по составу и происхождению пыль. Атмосфера, обладая изменяющейся температурой, количеством осадков, давлением водяных паров, является одним из важнейших геологических объектов, производящих интенсивную и очень важную геологическую работу: разрушительную, транспортировочную и накопительную.

Гидросфера – водная оболочка, покрывающая более 70% поверхности Земли. Она включает в себя все воды Мирового океана, рек с их притоками, озер, болот, а также подземные воды. В гидросфере происходят очень разнообразные геологические процессы, приводящие к образованию разных по составу

истроению горных пород.

Литосфера – твердая наружная оболочка Земли толщиной от 50 до 250 км. Состоит она из горных пород разного происхождения. В ее составе – земная кора и верхняя часть верхней мантии. В литосфере происходят активные эндогенные геологические процессы.

5

Биосфера – внешняя оболочка Земли, населенная животными и растениями. Она включает нижнюю часть атмосферы с живыми организмами, поверхность Земли и верхнюю часть литосферы с обитающими в этой зоне растениями и животными. В её состав входит и гидросфера с обитающими в ней разнообразными живыми организмами.

Предметами изучения геологии являются: минералы, горные породы, месторождения полезных ископаемых, ископаемые органические остатки и геологические процессы.

Минерал – это природное химическое соединение или химический элемент, однородный по составу и строению, образованный на поверхности Земли или в её недрах (рис. 1) в естественных физико-химических и термодинамических условиях. Большинство минералов является твердым кристаллическим (кварц, мусковит, альбит, ортоклаз и проч.) или аморфным (опал, вулканическое стекло) веществом. Минералы могут быть также жидкими (вода, самородная ртуть), газообразными (метан, углерод, сероводород).

Рис. 1. Минералы: слева – гипс волокнистый (селенит)

месторождения «Весёлый Кут» (фото автора); справа – агат Белореченского месторождения (фото автора); внизу – самородное золото месторождения Кыввож

(фото А. Б. Макеева)

Горные породы (рис. 2) представляют собой естественные ассоциации природных минералов, образованных в примерно одинаковых условиях. Первичные горные породы характеризуются определенным сообществом минералов – парагенезисом, образованным при сходных, близких условиях. В после-

6

ния (латинские) и цветовые обозначения. Эти же принципы применяются на всех геологических документах: геологических картах, стратиграфических колонках, разрезах и т. д.

Ниже приведена геохронологическая (стратиграфическая) шкала, принятая в соответствии со Стратиграфическим кодексом России [40].

Ноневсегдагорныепородысодержаторганическиеостатки. В таких случаях прибегают к другим методам определения относительного возраста, наиболее употребительными среди которых являются литологический и минералогический.

Литологический метод заключается в сопоставлении разрезов соседних обнажений или скважин. Он используется при относительно небольших расстояниях между точками наблюдения (обнажениями, горными выработками или скважинами). Если в двух или нескольких соседних скважинах наблюдается одинаковая последовательность напластования горных пород, то вполне вероятно, что они образованы в одно и то же геологическое время из одних и тех же источников. В случае отсутствия других данных, прежде всего палеонтологических, этот метод часто бывает единственным, дающим возможность хоть как-то приблизительно определить возраст горных пород.

Минералогический метод также применяется в тех случаях, когда невозможно использовать более точные методы – стратиграфический и палеонтологический. Он заключается в сопоставлении возраста горных пород по комплексам содержащихся в них минералов и специфическим особенностям этих минералов: форме кристаллов, микропримесям в минералах, их окраске и др.

Литологический и минералогический методы особенно часто применяются при изучении так называемых «немых» отложений, лишенных органических остатков. Например, одним из таких конкретных случаев применения названных методов является построение стратиграфической схемы для докембрийских, самых древних на Земле отложений. Помимо описанных выше методов для их стратификации применяется также геохимический метод: по сопоставлению геохимических особенностей пород, отражающих особенности среды осадконакопления, проявлениясинхронноговулканизмаи проч.

Кроме методов определения относительного возраста горных пород, существуют изотопные методы определения так называемого «абсолютного» возраста, т. е. возраста горных пород, измеренного в единицах времени. Для геологических событий и образований такой единицей является миллион лет.

27

Позже в этот метод была внесена весьма существенная поправка: вместе с эволюцией планеты эволюционировали и геологические процессы. Например, развитие органического мира привело к постепенному изменению состава атмосферы: изменению в ней содержаний углекислого газа, кислорода и других газов, что соответственно вызвало эволюцию процессов химического выветривания. Развитие и постепенное наращивание земной коры привело к существенному изменению процессов вулканизма. Другими словами, в геологической истории Земли все геологические процессы постоянно эволюционируют, хотя основная их суть сохраняется. Поэтому, применяя метод актуализма, необходимо всегда учитывать их эволюцию.

Таким образом, палеонтологический метод дает возможность достаточно уверенно решать две главные задачи: устанавливать относительный возраст горных пород и определять условия формирования осадочной горной породы, содержащей эти органические остатки (в водной или воздушной среде, при каких температурах, на каких глубинах и т. д.).

Вторым методом определения относительного возраста горных пород является стратиграфический метод. Стратиграфия – это наука о последовательности осадконакопления. Суть метода заключается в том, что при ненарушенном первичном залегании горных пород нижележащие слои имеют более древний возраст, так как они образовались раньше, чем слои, залегающие выше. Этим методом относительный возраст горных пород определяется тогда, когда два и более слоев горных пород залегают с видимыми взаимоотношениями. Для достаточно удаленных обнажений метод самостоятельно не работает, в таких случаях необходимо применение палеонтологического метода, пригодного для сравнения пород из далеко отстоящих друг от друга обнажений. Палеонтологический метод тоже имеет недостатки: он не применим в тех случаях, когда породы не содержат руководящих органических остатков.

Комплексное использование палеонтологического и стратиграфического методов позволяет уверенно определять возраст горных пород и дает основу для создания геохронологической и стратиграфической шкал, в которых сведены все основные возрастные комплексы горных пород в виде слоев (толщ), лежащих в естественной последовательности их образования.

Международная геохронологическая шкала впервые была принята на Второй сессии Международного геологического Конгресса в 1881 г. Эта шкала, являющаяся одновременно и стратиграфической, по мере получения новых геологических материалов постоянно пополняется и изменяется. Для обозначения возраста в ней применены геологические индексы – буквенные обозначе-

26

дующем первичный парагенезис может изменяться в процессе преобразования горных пород, в составе которых могут появляться вторичные минералы, образованные уже в других, отличных условиях (при выветривании, метаморфизме и проч.). Ихизучаютвестественных(рис. 3) илиискусственных(рис. 4) обнажениях.

По составу горные породы могут быть мономинеральными, т. е. состоящими из одного минерала (гипс, ангидрит, известняк, кварцевый песок и др.) и полиминеральными, образованными несколькими породообразующими минералами. Так, граниты в обязательном порядке содержат не менее 3 минералов: кварц, минерал из группы полевых шпатов (альбит, ортоклаз, микроклин и др.), слюду (мусковит, биотит, серицит). В его составе могут быть и другие минералы (роговая обманка или др.).

По происхождению (генезису) различают три группы горных пород: магматические, осадочные и метаморфические. Существует и группа переходных горных пород, представляющих собою сообщество магматического (вулканического) и осадочного материала, называемых вулканогенно-осадочными или осадочно-вулканогенными (в зависимости от соотношения слагающего эти породы материала).

Магматические горные породы образуются из магмы в процессе её продвижения к поверхности Земли, остывания, затвердевания и кристаллизации. Если образование горных пород происходит на поверхности Земли, то такие породы называются эффузивными; если магма остывает и превращается в горную породу в недрах Земли, то такие породы называются интрузивными.

Осадочные горные породы (рис. 2) об-

разуются из осадка на поверхности литосферы в результате деятельности экзогенных геологических процессов.

Осаждение вещества происходит в водной или воздушной среде. Вещество осадка может быть представлено обломками – продуктами механического разрушения любых ранее образованных горных пород, и в этом случае оно является исходным материалом для образования обломочных (терригенных, механогенных) горных пород.

При химическом разрушении исходных горных пород и образовании нерастворимого осадка он является исходным материалом для хемогенных горных пород.

7

Рис. 3. Естественное обнажение девонских пород по р. Доманик, Ухта, Южный Тиман (фото автора, 2008 г.)

Вещество может быть создано в результате жизнедеятельности организмов (растений и животных) и состоять из продуктов жизнедеятельности или из частей самих организмов (стволы растений, раковины животных и т. д.). В таком случае оно является исходным материалом для органогенных (биогенных) горных пород.

В природе весьма распространены осадочные горные породы, имеющие в своем составе различный первичный исходный материал: обломочный, хемогенный и органогенный. В зависимости от соотношения этого материала в горной породе осадочного типа выделяют несколько смешанных типов пород, например, обломочно-хемогенный, хемогенно-органогенный, органогеннообломочный, органогенно-хемогенный и другие.

Рис. 4. Куратовский карьер кирпичных глин, г. Ухта (фото автора, 2008 г.)

8

теристики рубежей исторического развития Земли. Эти соображения явились основанием для формирования палеонтологического метода определения возраста горных пород.

Благодаря палеонтологическому методу были расчленены и датированы осадочные горные породы планеты. Он относится к методам определения относительного возраста горных пород – возраста одних пород относительно других. После этого появилась возможность говорить об одновозрастности горных пород, обнаруженных на удаленных друг от друга участках земной поверхности. Метод позволил дать возрастную характеристику горным породам планеты, что явилось основой для составления геологических карт с выделением на них площадей развития разновозрастных образований, независимо от их состава и условий залегания. Развитие палеонтологии привело к созданию детально разработанной системы относительного летоисчисления, лежащей в основе современной геологической хронологии.

Возможность применения палеонтологии для определения возраста горных пород определяется наличием, сохранностью в толщах горных пород наиболее характерных для определенного времени органических остатков, которые называют руководящими.

Каждому временному интервалу в истории Земли отвечает комплекс руководящих форм, которые характеризуются следующими особенностями:

1)значительной изменчивостью во времени и недолговечностью сущест-

вования;

2)обилием особей и широким их горизонтальным распространением;

3)хорошей сохранностью и спецификой признаков твердых частей тела для каждого вида. Первый признак является объективным условием руководящей формы, связанным с эволюционными изменениями организмов; остальные два – субъективными, обеспечивающими исследователям возможность более легкого и быстрого их обнаружения и различия.

На основе теории эволюции органического мира Ч. Лайеля, положения о влиянии условий обитания живых организмов на строение их скелетов В. О. Ковалевского и других положений была разработана теория актуалистического метода. Смысл этого метода заключается в схожести современных горных пород по составу, строению и условиям залегания с древними горными породами. То же относится и к геологическим процессам. А если это так, то одинаковые горные породы образовывались в сходных условиях и в древние геологические эпохи, и в наше время. Это даёт возможность судить об условиях образования древних горных пород и полезных ископаемых на основе изучения и сравнения их с современными.

25

Возраст планеты Земля определяется в настоящее время в 4,5-5,5 млрд лет, а возраст земной коры – 3,5-4,0 млрд. Так как геология изучает не только строение Земли, но также её происхождение и развитие, то одной из главных задач является прослеживание во времени эволюции земной коры, выяснение определенных особенностей и закономерностей развития, определение скорости и последовательности геологических процессов. Летопись Земли запечатлена в «слоях земных», необходимо установить хотя бы относительный возраст этих слоев и решить следующие задачи: научиться определять более древние и более молодые геологические образования и процессы, получать доказательства их одновозрастности в разных частях планеты. Для этого надо уметь определять возраст горных пород и создать последовательную стройную систему летоисчисления в геологической науке.

Попытки решить эту задачу предпринимали очень давно. Ещё в XV веке Леонардо да Винчи высказал мысль о том, что раковины, которые встречаются в составе горных пород, слагающих современные горные системы, являются остатками животных организмов, которые существовали в древних морях и были погребены одновременно с накоплением осадков. Такой вывод явился основой для способа определения возраста горной породы по времени существования морских организмов.

Дальше в этом направлении пошел французский учёный Жорж Кювье, который в начале XIX века высказал мысль о том, что слои горных пород с одинаковыми органическими остатками являются одновозрастными образованиями. Изменение организмов он объяснял геологическими катастрофами и новым зарождением организмов по воле сверхъестественных сил. Им была создана основа метода определения возраста горных пород по органическим остаткам, захороненным в этих горных породах.

Позже английский геолог Чарльз Лайель объяснил смену органического мира в истории развития Земли последовательным развитием – эволюцией по пути его совершенствования и усложнения строения организмов. Именно этот учёный обосновал теорию эволюции органического мира в истории геологического развития Земли, которая получила высокую оценку и дальнейшее развитие в трудах известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина.

Большой вклад в разработку теории эволюции органического мира внес русский палеонтолог В. О. Ковалевский. Он впервые в геологической науке выделил руководящие органические комплексы для датировки горных пород и высказал соображения о решающем влиянии условий обитания организмов на особенности их строения, что имело огромное значение для возрастной харак-

24

Метаморфические горные породы образуются из любых ранее образованных горных пород (осадочных, магматогенных или метаморфогенных) в результате воздействия на них высоких температур, высоких давлений и химически активных веществ. В зависимости от сочетания этих условий породы регионального и контактового метаморфизма, динамометаморфизма и др.

Месторождения полезных ископаемых являются понятиями геолого-

экономическими. В зависимости от типов руд, содержания полезных компонентов, состояния развития техники и технологии, экономического развития общества понятие месторождения может со временем изменяться. Так, некоторые богатые месторождения прошедших времен к настоящему времени не могут называться месторождениями в связи с тем, что они уже выработаны. Некоторые проявления полезных ископаемых по мере развития техники и технологии извлечения полезных компонентов могут переходить в разряд месторождений. Поэтому правильнее, видимо, понимать под месторождением полезного ископаемого скопления минералов или горных пород в количестве и с качеством, позволяющими при современном состоянии развития науки, техники и технологии экономически целесообразно извлекать их из недр Земли.

Месторождения полезных ископаемых классифицируются по условиям образования, и среди них выделяют: магматические, осадочные и метаморфические, а также некоторые специфические типы, такие как гидротермальные и др.

Ископаемые органические остатки – остатки твердых скелетов животных и растений, ихотпечаткинаповерхностяхнапластованиягорныхпород(рис. 5).

Рис. 5. Остатки девонских рыб (слева, фото автора) и раковины девонских брахиопод. Бассейн р. Ижмы (фото Д. Темнова)

Изучением органических остатков (раковин, спор, пыльцы) занимаются науки палеонтология и палеоботаника. Изучая эти остатки, геологи устанавливают время и условия образования горных пород, в которых они обнаружены. Определение времени образования горных пород и условий их формирования

9

производится на основании знаний об эволюции растительных и животных организмов нашей планеты.

Геологические процессы. Геология изучает динамические геологические процессы, которые происходят на поверхности Земли и в ее недрах. Если они происходят на поверхности Земли (ветер, выветривание, реки, моря, ледники, подземные воды), их называют экзогенными, продукт деятельности которых – осадочные горные породы и осадочные полезные ископаемые.

Геологические процессы, происходящие в недрах Земли (магматизм, метаморфизм, тектонические движения, землетрясения), называются эндогенными. Продуктом их работы являются магматические и метаморфические горные породы и полезные ископаемые.

1.3 ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ, ЕЁ ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СТРОЕНИЕ

Общие сведения о Земле. Земля является одной из многочисленных форм проявления материи, распространённой во Вселенной в разных видах, – от одиночных элементарных частиц до огромных туманностей.

Движение и взаимное расположение частиц в космическом пространстве контролирует и определяет сила тяготения, которую называют гравитацией. Она является одной из главных движущих сил эволюции космической материи. Под действием гравитации газовые туманности образуют плотные сгустки, в недрах которых могут происходить термоядерные реакции, приводящие в некоторых случаях к образованию в центрах этих сгустков молодых звёзд, развитие которых зависит от их массы и происходит в разных вариантах по-разному:

1.В лёгких звёздах, имеющих массу менее 1,2 массы Солнца, при прекращении сжатия в недрах образуется так называемый «белый карлик», на поверхности которого в результате продолжающегося сжатия происходит взрыв с образованием «красного гиганта».

2.Средние по массе звёзды (с массой от 1,2 до 2,0 массы Солнца), испытывают ещё более сильное сжатие. В результате разрушения атомной структуры вещество достигает критической плотности, при которой вся масса звезды сосредоточивается в небольшом объёме. Продолжающееся сжатие также приводит к взрыву с образованием «сверхновой» звезды, ядро которой представляет собой нейтронную звезду. Это ядро очень быстро вращается, создавая исключительно сильное магнитное поле. Нейтронные звёзды имеют мощное импульсное радиоизлучение, поэтому называются оптическими или рентгеновскими «пульсарами», в зависимости от диапазона излучаемых волн.

10

танавливается фотоаппаратура для съемки поверхности планеты. Исследователь может непосредственно наблюдать с самолета или вертолета некоторые особенности геологического строения и фиксировать свои наблюдения в журнале (дневнике). Полученные фотоснимки, фотопланы и фотомонтажи исследуются на Земле на предмет извлечения геологической информации о составе и строении заснятых участков земной поверхности. Разномасштабность съёмок одних и тех же объектов позволяет получать большой объём информации, которая при использовании других методов оказывается недоступной. Для осуществления косвенных дистанционных исследований на борту летательного аппарата устанавливаются геофизические приборы (магнитометры, гравиметры, радиометры и т. д.), показания которых изучаются на Земле после обработки полученных данных.

1.5 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД, ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ И СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ ШКАЛА

Геологические процессы отличаются от прочих процессов (химических, физических, биологических и др.) своей продолжительностью, поэтому большинство геологических процессов (образование горных пород, полезных ископаемых, процессы выветривания и др.) мы непосредственно не имеем возможности наблюдать от начала до конца. По этой причине долгое время не удавалось моделировать многие из них. Но даже когда смоделировать геологический процесс удается, исследователи практически всегда пренебрегают фактором времени: в моделируемом варианте процесс проходит во много раз быстрее, чем в естественных условиях. Это не может не накладывать серьезного отпечатка на сам процесс и в значительной мере его искажать по сравнению с природным, что всегда надо иметь в виду.

Благодаря современным достижениям науки и техники удалось смоделировать многие геологические процессы. Наиболее удачным из них можно считать моделирование процесса минералообразования, благодаря чему многие минералы человек научился делать по своему усмотрению с необходимыми на практике свойствами. В настоящее время в больших масштабах искусственно создаются кварцы, алмазы, рубины, сапфиры и многие другие минералы. Сложнее дело обстоит с моделированием процесса химического выветривания, так как искусственные процессы проходят в тысячи раз быстрее естественных. Такое несовпадение по длительности, т. е. потеря временного фактора, приводит к потере многих качеств, присущих природным явлениям.

23