Геология изучает образование и строение каменной оболочки Земли. В отличие от наук о живой природе - зоологии и ботаники - геологию часто называют наукой о «мертвой природе». Но в сущности эта природа вовсе не мертва. Под воздействием воздуха, воды, солнечных лучей, мороза и других сил природы оболочка Земли непрерывно изменяется. Внимательный наблюдатель может уловить и проследить очень интересную жизнь «мертвой природы». Не меньше чем биологические науки, геология учит человека сознательно относиться к явлениям природы н понимать их. Не зная основ геологии, человек видит только внешнее. Он созерцает различные формы рельефа: овраги, обрывы, откосы, долины, холмы, скалы, горные цепи, снеговые вершины,- часто восхищается красотой их, но не имеет никакого понятия о том, как же они образовались.

Человек видит спокойную равнинную речку, с пологими зелеными берегами, или горный поток, скатывающийся шумными водопадами между скалистыми склонами гор; сидя на берегу моря, он любуется всплесками волн, набегающих на берег, слушает неумолчный шум прибоя, но не знает, что вся эта неустанная работа воды приводит к грандиозным изменениям поверхности Земли.

Кто не знает основ геологии, тот, заметив на склоне горной долины, как изогнуты слои пород - будто их сжимала или сдвигала рука великана,- не сможет объяснить, что это значит, какая сила и почему так исковеркала твердые каменные породы. Он не сумеет отличить кварц от мрамора, гранит от песчаника и, наверное, пройдет мимо ценной породы, если только она не бросится ему в глаза необыкновенным цветом или формой.

Земля, на которой мы живем, существует миллиарды лет. История Земли очень длинная и запутанная. Она богата разными событиями. Эта история записана в пластах земной коры, являющихся памятниками далекого прошлого. Каждый пласт - как бы страница книги истории природы. Но в этой книге многие листы от времени сильно стерлись и печать на них сделалась неразборчивой, а местами и совсем исчезла. Геология учит читать эту книгу природы, разбирать «стертые фразы», восстанавливать «текст» недостающих страниц. Неполнота «текста» истории Земли, обилие в нем загадочных мест, нерасшифрованных иероглифов (знаков) особенно привлекает к этой науке пытливый человеческий ум.

Геология рассказывает нам, как сформировалась планета, на которой мы живем, из каких горных пород она состоит и каким изменениям подвергалась в течение многих лет своего существования. Геология учит нас заглядывать вглубь времени и помогает лучше понять процессы, которые происходят на наших глазах. Тепло, которое дает нам Солнце, движение воздуха в виде ветра, капли дождя, мороз, кристаллы снега, реки и моря, даже растения и животные - все это изменяющие Землю геологические деятели, работу которых изучает геология. Лик Земли, т. е. формы поверхности, создан этими деятелями, а также и другими, скрытыми в глубине Земли. Время от времени последние обнаруживают себя в виде таких грозных явлений, как извержения вулканов или землетрясения.

Уже первобытный человек обращал внимание на окружающую его природу и на работу геологических деятелей. Но он не понимал явлений природы и потому мысленно населил небо и землю, воду и земные недра таинственными силами в виде добрых и злых духов, которые действуют на пользу или во вред человеку. В более поздние времена много ученых погибло на кострах за попытки разъяснить явления природы; немало научных трудов было сожжено за мысли, противоречившие «священному писанию».

Геология приносит огромную пользу человеческому обществу. Она исследует недра Земли и помогает извлекать из них минеральные сокровища, без которых не могут существовать люди. Что делал бы человек, если бы он не знал полезных ископаемых, не умел бы их добывать и обрабатывать, превращать в необходимые изделия! Человек очень давно научился изготовлять орудия труда из кости и камня. Много тысячелетий длился «каменный» период истории человечества. Огромный шаг вперед сделал человек, научившись выплавлять металл из руды и делать из него орудия труда. Только после этого культура двинулась вперед быстрыми шагами. За несколько тысячелетий она достигла такой высоты, когда на службу человечеству стало электричество, а скоро будет широко использована для хозяйственных целей и атомная энергия. В нашей стране, где вся земля принадлежит государству, работа геолога идет на пользу народу. Для исследователя недр Земли созданы самые благоприятные условия. Но для того, чтобы стать настоящим геологом, необходимо обладать всесторонними знаниями. Геолог должен хорошо знать минералогию - историю природных химических соединений, т. е. минералов, и геохимию - науку о развитии химических процессов в Земле и об истории атомов. Он должен иметь представление о геофизике - науке, изучающей физические свойства нашей планеты в целом и процессы, происходящие в оболочках Земли - твердой, жидкой и газообразной. Геофизические приемы, исследования очень помогают геологам в изучении недр Земли.

Даже знание ботаники облегчает труд разведчика подземных кладов. Оказывается, некоторые растения живут на почвах, содержащих определенные металлы. Так, например, на почвах, богатых металлом никелем, растут анемоны; на почвах с повышенным содержанием урана и селена растет астрагал; кустарник качим в Казахстане обычно связан с почвой, богатой медью, и т. д. В Америке были найдены крупные месторождения серебра исключительно по данным ботаники. Таких примеров можно привести много.

Легендарный исследователь и разведчик недр Федор Григорьевич Лепешкин

Профессия геолога очень интересна и разнообразна. Тот из вас, кто любит лес и горы, свежий воздух, ночлег в палатке, может выбрать себе специальность съемщика геологической карты. Такой геолог проводит все лето, а порой и часть весны и осени на полевой работе (т. е. в природе) и только на зиму возвращается в город для обработки собранных материалов. Как увлекательна и заманчива обработка материала впервые обследованного района, знает каждый геолог.

Прежде чем нанести на карту области распространения горных пород различного состава и возраста, геолог мысленно снимает слой почвы, всю растительность и все сооружения человека - здания, дороги и т. д.; ниже лежат коренные породы - так называют горные породы, слагающие земную кору,- их-то и показывает геологическая карта.

Для составления карты геолог выполняет геологическую съемку: маршрутную или подробную, в зависимости от масштаба карты и задания. При маршрутной съемке достаточно бывает пересечь всю исследуемую площадь по двум-трем направлениям, по которым и следует провести наблюдения над составом горных пород, их залеганием и границами распространения. На такой карте вне маршрутов съемки многое будет нанесено только предположительно, с большей или меньшей точностью. Для подробной же съемки местность должна быть изучена шаг за шагом по всем направлениям, и только тогда все границы и условия залегания пород будут показаны точно.

На карте геолог вычерчивает площадь, занимаемую каждой породой известного возраста и состава, и показывает, как она залегает (горизонтально, наклонена ли в какую-либо сторону или образует складки). Затем он отмечает на карте различные нарушения в породах - трещины разломов, рудные и иные жилы, изменения одних пород от соприкосновения с другими, разные полезные ископаемые.

Геологическая карта знакомит с внутренним строением данной местности. Собирая материал для карты, геолог изучает местность более или менее подробно и в отчете может уже описать состав горных пород, строение, историю развития, т. е. формирования, этого участка Земли. В осадочных горных породах геолог встретит остатки существовавших в прежние времена животных (раковины, панцири, кости, зубы) и растений (листья, кору, пыльцу, древесину). Эти остатки, называемые окаменелостями, изучают палеонтологи (палеонтология - наука о древней жизни). По окаменелостям геологи судят о последовательности событий, происходивших на Земле: наступлении морей на сушу, образовании гор и т. п. Органическая жизнь в течение многих миллионов лет, которые насчитывает история Земли, прошла очень длинный путь развития. Этот путь развития запечатлелся в слоях Земли с останками животных и растений.

Геолог-съемщик нанесет на карту также встреченные им месторождения полезных ископаемых. При съемке можно только бегло осмотреть месторождения, сделать небольшие расчистки, раскопки, удалить растительность и почву, закрывающие коренную породу, чтобы лучше рассмотреть форму залежи - пласт, жилу, вкрапления. Иногда геологу-съемщику удается даже проследить залежь на некоторое расстояние. Изучать месторождение будет уже другой специалист - геолог-разведчик. Если месторождение заслуживает подробного изучения, то будет произведена разведка канавами, шурфами (колодцами), буровыми скважинами. Если эта предварительная разведка даст благоприятный результат, на очередь станет детальная разведка в глубь и по простиранию (по длине) месторождения, чтобы можно было вычислить его запасы и выяснить его ценность и условия разработки ископаемого. Геолог-разведчик в найденном месторождении различными способами должен определить запасы полезного ископаемого.

Полезна и интересна деятельность рудничного геолога, ежедневно посещающего подземные выработки для осмотра действующих забоев . Этот геолог-опекун должен хорошо знать все особенности рудной жилы или пласта. Он не растеряется в случае, если жила исчезнет в связи с опусканием или сдвигом пород, и даст правильное указание, в какой стороне - вверху или внизу, справа или слева - нужно искать ее продолжение. А вернувшись из шахты или штольни , геолог запишет в дневнике свои наблюдения и заполнит карточки новых забоев. Разложив все карточки на столе и приставляя их друг к другу по вертикали и по горизонтали, он может восстановить полную картину выработанной части месторождения.

Обработка научных материалов, собранных в экспедициях, требует большого труда. Необходимо, например, изучить коллекции ископаемых растений, беспозвоночных или позвоночных животных, исследовать горные породы и минералы.

Все геологи должны уметь работать с микроскопом, чтобы определять шлифы (срезы) горных пород и минералов, шлифы с микрофауной и т. п.

В народном хозяйстве нашей страны геологи нужны всюду. Без геологических данных нельзя проектировать и строить прочно, с уверенностью, что не будет аварий и катастроф, с наименьшей затратой средств, труда и времени.

Строительство всякого рода крупных жилых, общественных и заводских зданий, шоссейных, автомобильных и железных дорог, аэродромов, больших мостов через реки, прорытие каналов и туннелей, сооружение больших плотин на реках - все эти работы требуют участия инженера-гидрогеолога.

Он должен еще до начала строительства исследовать грунт, на котором возводится сооружение, выяснить, на какой глубине надо заложить фундамент, узнать водонепроницаемость или водоносность пород под зданием, дорогой или в стенах туннеля.

Гидрогеологи изучают подземные воды, их состав и пути передвижения, выясняют условия вывода вод на земную поверхность для снабжения населенных пунктов или отвода воды, если она вредна для здоровья людей или может лишить устойчивости фундаменты зданий.

В районах, подверженных землетрясениям, геолог поможет строителям выбрать тип зданий, выдерживающий сотрясения земли.

Разработки крупных месторождений полезных ископаемых, особенно рудных, всегда производятся под наблюдением геолога. Он следит, как изменяется месторождение вглубь и по простиранию, дает указания, где вести разведочные работы и какие буровые скважины или подземные выработки нужны.

Теперь, юные друзья, вы имеете общее представление о геологии, и вам должно быть ясно, почему знание основ геологии необходимо всем для общего образования. Среди вас, несомненно, найдутся желающие посвятить жизнь этой интереснейшей науке и сделаться геологами. Геологические знания ценны для нас еще и потому, что вооружают нас силой и могуществом, властью над природой и над богатствами недр земли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Содержание статьи

ГЕОЛОГИЯ, наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований – горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на ее поверхности, так и в недрах, изучение которых позволяет понять, каким образом происходило развитие нашей планеты в прошлом.

Земля постоянно изменяется. Некоторые изменения происходят внезапно и весьма бурно (например, вулканические извержения, землетрясения или крупные наводнения), но чаще всего – медленно (за столетие сносится или накапливается слой осадков мощностью не более 30 см). Такие перемены не заметны на протяжении жизни одного человека, но накоплены некоторые сведения об изменениях за продолжительный срок, а при помощи регулярных точных измерений фиксируются даже незначительные движения земной коры. Например, таким образом установлено, что территория вокруг Великих озер (США и Канада) и Ботнического залива (Швеция) в настоящее время поднимается, а восточное побережье Великобритании – опускается и затапливается.

Однако значительно более содержательная информация об этих изменениях заключается в самих горных породах, представляющих собой не просто совокупность минералов, а страницы биографии Земли, которые можно прочесть, если владеть языком, которым они написаны.

Такая летопись Земли весьма продолжительна. История Земли началась одновременно с развитием Солнечной системы примерно 4,6 млрд. лет назад. Однако для геологической летописи характерны фрагментарность и неполнота, т.к. многие древние породы были разрушены или перекрыты более молодыми осадками. Пробелы должны восполняться посредством корреляции с событиями, происходившими в других местах и о которых имеется больше данных, а также методом аналогий и выдвижением гипотез. Относительный возраст пород определяется на основании комплексов содержащихся в них ископаемых остатков, а отложений, в которых такие остатки отсутствуют, – по взаимному расположению тех и других. Кроме того, абсолютный возраст почти всех пород может быть установлен геохимическими методами.

Геологические дисциплины.

Геология выделилась в самостоятельную науку в 18 в. Современная геология подразделяется на ряд тесно взаимосвязанных отраслей. К ним относятся: геофизика, геохимия, историческая геология, минералогия, петрология, структурная геология, тектоника, стратиграфия, геоморфология, палеонтология, палеоэкология, геология полезных ископаемых. Существуют также несколько междисциплинарных областей исследований: морская геология, инженерная геология, гидрогеология, сельскохозяйственная геология и геология окружающей среды (экогеология). Геология тесно связана с такими науками, как гидродинамика, океанология, биология, физика и химия.

ПРИРОДА ЗЕМЛИ

Кора, мантия и ядро.

Бóльшая часть сведений о внутреннем строении Земли получена косвенно на основании интерпретации поведения сейсмических волн, которые регистрируются сейсмографами.

В недрах Земли установлены два основных рубежа, на которых происходит резкая смена характера распространения сейсмических волн. Один из них, с сильной отражающей и преломляющей способностью, расположен на глубине 13–90 км от поверхности под материками и 4–13 км – под океанами. Он называется границей Мохоровичича, или поверхностью Мохо (М), и считается геохимической границей и зоной фазового перехода минералов под влиянием высокого давления. Эта граница разделяет земную кору и мантию. Второй рубеж находится на глубине 2900 км от поверхности Земли и соответствует границе мантии и ядра (рис. 1).

Температуры.

Гравитационное поле Земли.

Гравитационными исследованиями установлено, что земная кора и мантия под воздействием дополнительных нагрузок прогибаются. Например, если земная кора всюду имела бы одинаковую мощность и плотность, то следовало бы ожидать, что в горах (где масса пород больше) действовала бы бóльшая сила притяжения, чем на равнинах или в морях. Однако примерно с середины 18 в. было замечено, что гравитационное притяжение в горах и вблизи них меньше предполагаемого (если допустить, что горы представляют собой просто дополнительную массу земной коры). Этот факт объяснялся наличием «пустот», которые интерпретировались как разуплотнившиеся при нагревании породы или как соляное ядро гор. Такие объяснения оказались несостоятельными, и в 1850-х годах были предложены две новые гипотезы.

В соответствии с первой гипотезой, земная кора состоит из блоков пород разных размеров и плотности, плавающих в более плотной среде. Основания всех блоков располагаются на одном уровне, а блоки, характеризующиеся низкой плотностью, должны быть большей высоты, чем блоки, имеющие высокую плотность. Горные сооружения принимались за блоки низкой плотности, а океанические бассейны – высокой (при одинаковой общей массе тех и других).

Согласно второй гипотезе, плотность всех блоков одинакова и плавают они в более плотной среде, а различная высота поверхности объясняется их разной мощностью. Она известна как гипотеза горных корней, поскольку чем выше блок, тем глубже он погружен во вмещающую среду. В 1940-х годах были получены сейсмические данные, подтверждающие представление об утолщении земной коры в горных областях.

Изостазия.

Всякий раз, когда на земную поверхность поступает дополнительная нагрузка (например, в результате осадконакопления, вулканизма или оледенения), земная кора прогибается и проседает, а когда эта нагрузка снимается (в результате денудации, таяния ледниковых покровов и пр.), земная кора поднимается. Этот компенсационный процесс, известный как изостазия, вероятно, реализуется посредством горизонтального переноса масс в пределах мантии, где может происходить периодическое расплавление материала. Установлено, что некоторые участки побережья Швеции и Финляндии за последние 9000 лет поднялись более чем на 240 м, главным образом вследствие таяния ледникового покрова. Поднятые побережья Великих озер в Северной Америке сформировались также в результате изостазии. Несмотря на действие таких компенсационных механизмов, крупные океанические впадины и некоторые дельты обнаруживают значительный дефицит массы, в то время как некоторые районы Индии и Кипр – существенный ее избыток.

Вулканизм.

Происхождение лавы.

В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.

Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, некоторые геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы.

Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других – только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (т.е. обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора поддвигается под островные дуги и на определенной глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав.

Источники тепла.

Одной из нерешенных проблем проявления вулканической активности является определение источника тепла, необходимого для локального плавления базальтового слоя или мантии. Такое плавление должно быть узколокализованным, поскольку прохождение сейсмических волн показывает, что кора и верхняя мантия обычно находятся в твердом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объемов твердого материала. Например, в США в бассейне р.Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объем базальтов более 820 тыс. км 3 ; такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) и ЮАР (возвышенность Большое Кару). В настоящее время существуют три гипотезы. Одни геологи считают, что плавление обусловлено локальными высокими концентрациями радиоактивных элементов, но такие концентрации в природе кажутся маловероятными; другие предполагают, что тектонические нарушения в форме сдвигов и разломов сопровождаются выделением тепловой энергии. Существует еще одна точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твердом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, она плавится и по трещинам происходит излияние жидкой лавы.

Геохимия и состав Земли.

Определение химического состава Земли является трудной задачей, поскольку ядро, мантия и бóльшая часть коры недоступны для непосредственного опробования и наблюдений и делать выводы приходится на основе интерпретации косвенных данных и аналогий.

Земля как гигантский метеорит.

Химический состав океанов.

Предполагают, что первоначально на Земле вода отсутствовала. По всей вероятности, современные воды на поверхности Земли имеют вторичное происхождение, т.е. высвободились в виде пара из минералов земной коры и мантии в результате вулканической деятельности, а не были образованы путем соединения свободных молекул кислорода и водорода. Если бы морская вода постепенно накапливалась, то объем Мирового океана должен был бы непрерывно увеличиваться, однако прямые геологические доказательства этого обстоятельства отсутствуют; это означает, что океаны существовали на протяжении всей геологической истории Земли. Изменение химического состава океанических вод происходило постепенно.

Сиаль и сима.

Существует разница между породами коры, которые подстилают континенты, и породами, залегающими под дном океанов. Состав континентальной коры соответствует гранодиориту, т.е. породе, состоящей из калиевого и натриевого полевого шпата, кварца и небольших количеств железо-магнезиальных минералов. Океаническая кора соответствует базальтам, состоящим из кальциевого полевого шпата, оливина и пироксена. Породы континентальной коры характеризуются светлой окраской, низкой плотностью и обычно кислым составом, часто их называют сиаль (по преобладанию Si и Al). Породы океанической коры отличаются темной окраской, высокой плотностью и основным составом, их называют сима (по преобладанию Si и Mg). Считается, что породы мантии имеют ультраосновной состав и состоят из оливина и пироксена. В современной российской научной литературе термины «сиаль» и «сима» не используются, т.к. считаются устаревшими.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Геологические процессы подразделяются на экзогенные (разрушительные и аккумулятивные) и эндогенные (тектонические).

РАЗРУШИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Денудация.

Действие водотоков, ветра, ледников, морских волн, морозного выветривания и химического растворения приводят к разрушению и снижению поверхности материков (рис. 2). Продукты разрушения под действием гравитационных сил сносятся в океанические впадины, где происходит их накопление. Таким образом происходит усреднение состава и плотности пород, слагающих материки и котловины океанов, и уменьшение амплитуды рельефа Земли.

Ежегодно 32,5 млрд. т обломочного материала и 4,85 млрд. т растворенных солей выносится с материков и отлагается в морях и океанах, в результате чего вытесняется примерно 13,5 км 3 морской воды. Если бы такие темпы денудации сохранились и в будущем, материки (объем надводной части которых 126,6 млн. км 3) через 9 млн. лет превратились бы в почти плоские равнины – пенеплены. Такая пенепленизация (выравнивание) рельефа возможна лишь теоретически. В действительности изостазические поднятия компенсируют потери за счет денудации, а некоторые породы настолько прочны, что практически не поддаются разрушению.

Континентальные отложения перераспределяются в результате совместного действия выветривания (разрушения пород), денудации (механического сноса пород под воздействием текучих вод, ледников, ветра и волновых процессов) и аккумуляции (отложения рыхлого материала и образования новых пород). Все эти процессы действуют лишь до определенного уровня (обычно уровня моря), который рассматривается как базис эрозии.

При транспортировке рыхлые осадки сортируются по размеру, форме и плотности. В результате кварц, содержание которого в исходной породе может составлять всего несколько процентов, образует однородную толщу кварцевых песков. Аналогичным образом частицы золота и некоторых других тяжелых минералов, содержащих, например, олово и титан, концентрируются в руслах водотоков или на отмелях и образуют россыпные месторождения, а тонкозернистый материал отлагается в виде илов и затем превращается в глинистые сланцы. Такие компоненты, как, например, магний , натрий , кальций и калий , растворяются и выносятся поверхностными и грунтовыми водами, а затем осаждаются в пещерах и других полостях или поступают в морские воды.

Стадии развития эрозионного рельефа.

Рельеф служит показателем стадии выравнивания (или пенепленизации) материков. В горах и районах, испытавших интенсивное поднятие, эрозионные процессы протекают наиболее активно. Такие районы характеризуются быстрым врезанием речных долин и увеличением их длины в верхнем течении, а ландшафт соответствует молодой, или юной, стадии эрозии. В других районах, где амплитуда высот невелика и в основном прекратилась эрозия, крупные реки преимущественно переносят влекомые и взвешенные наносы. Такой рельеф присущ зрелой стадии эрозии. На участках с незначительными амплитудами высот, где поверхность суши ненамного превышает уровень моря, преобладают аккумулятивные процессы. Там река обычно течет несколько выше общего уровня низкой равнины в естественном возвышении, сложенном осадочным материалом, и образует в приустьевой зоне дельту. Это самый древний эрозионный рельеф. Однако не все районы находятся на одной и той же стадии развития эрозии и имеют одинаковый облик. Формы рельефа весьма различаются в зависимости от климатических и погодных условий, состава и строения местных пород и характера эрозионного процесса (рис. 3, 4).

Перерывы эрозионных циклов.

Отмеченная последовательность эрозионных процессов справедлива в отношении материков и океанических бассейнов, находящихся в статических условиях, однако на самом деле они подвержены многим динамическим процессам. Эрозионный цикл может быть прерван под влиянием изменений уровня моря (например, в связи с таянием ледниковых покровов) и высоты материков (например, в результате горообразования, разломной тектоники и вулканической деятельности). В Иллинойсе (США) морены перекрыли зрелый доледниковый рельеф, придав ему типичный молодой облик. В Большом каньоне Колорадо перерыв эрозионного цикла был обусловлен поднятием суши до отметки 2400 м. По мере поднятия территории р.Колорадо постепенно врезалась в свою пойму и оказалась ограниченной бортами долины. В результате этого перерыва образовались наложенные меандры, свойственные древним долинам рек, существующих в условиях молодого рельефа (рис. 5). В пределах плато Колорадо меандры врезаны на глубину 1200 м. Глубокие меандры р.Саскуэханна, которые прорезают горы Аппалачи, также свидетельствуют о том, что этот район некогда представлял собой низменность, которую пересекала «дряхлая» река.

Современные геосинклинали

– это впадины вдоль островов Ява и Суматра, желобов Тонга – Кермадек, Пуэрто-Рико и др. Возможно, их дальнейшее прогибание тоже приведет к образованию гор. По мнению многих геологов, побережье Мексиканского залива в пределах США тоже представляет собой современную геосинклиналь, хотя, судя по данным бурения, признаки горообразования там не выражены. Активные проявления современной тектоники и горообразования наиболее четко наблюдаются в молодых горных странах – Альпах, Андах, Гималаях и Скалистых горах.

Тектонические поднятия.

На заключительных стадиях развития геосинклиналей, когда горообразование завершается, происходит интенсивное общее поднятие материков; в пределах горных стран на этой стадии рельефообразования происходят дизъюнктивные дислокации (смещение отдельных блоков горных пород по линиям разломов).

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Стратиграфическая шкала.

Стандартная шкала геологического времени (или геологическая колонка) – результат систематического изучения осадочных пород в разных районах земного шара. Поскольку большинство ранних работ проводилось в Европе, стратиграфическая последовательность отложений этого региона была принята в качестве эталона и для других районов. Однако в силу различных причин эта шкала имеет недостатки и пробелы, поэтому она постоянно уточняется. Шкала очень подробна для более молодых геологических периодов, но ее детальность существенно снижается для более древних. Это неизбежно, поскольку геологическая летопись наиболее полна для событий недавнего прошлого и становится более фрагментарной с увеличением возраста отложений. Стратиграфическая шкала основана на учете ископаемых организмов, которые служат единственным надежным критерием для межрегиональных корреляций (особенно дальних). Установлено, что некоторые ископаемые соответствуют строго определенному времени и поэтому считаются руководящими. Породы, содержащие эти руководящие формы и их комплексы, занимают строго определенное стратиграфическое положение.

Значительно труднее проводить корреляции для палеонтологически немых пород, не содержащих ископаемых организмов. Поскольку хорошо сохранившиеся раковины встречаются только начиная с кембрийского периода (примерно 570 млн. лет назад), докембрийское время, охватывающее ок. 85% геологической истории, нельзя изучить и подразделить столь же детально, как более молодые эпохи. Для межрегиональных корреляций палеонтологически немых пород используются геохимические методы датирования.

В случае необходимости в стандартную стратиграфическую шкалу вводились изменения, отражающие региональную специфику. Например, в Европе выделяется каменноугольный период, а в США ему соответствуют два – миссисипский и пенсильванский. Повсеместно возникают трудности при корреляции местных стратиграфических схем с международной геохронологической шкалой. Международная комиссия по стратиграфии помогает решать эти проблемы и устанавливает нормативы для стратиграфической номенклатуры. Она настоятельно рекомендует использовать при геологической съемке местные стратиграфические подразделения, а для сравнения сопоставлять их с международной геохронологической шкалой. Некоторые ископаемые имеют очень широкое, почти глобальное распространение, а другие – узко региональное.

Эры – самые крупные подразделения истории Земли. Каждая из них объединяет несколько периодов, характеризующихся развитием определенных классов древних организмов. Массовое вымирание различных групп организмов происходило в конце каждой эры. Например, трилобиты исчезли в конце палеозоя, а динозавры – в конце мезозоя. Причины этих катастроф еще не выяснены. Это могли быть критические стадии генетической эволюции, пики космического излучения, выбросы вулканических газов и пепла, а также очень резкие изменения климата. Имеются доводы в поддержку каждой из этих гипотез. Однако постепенное исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры все еще остается одной из загадок геологии. Не увенчались успехом попытки связать массовую гибель животных на завершающих этапах палеозоя и мезозоя с глобальными циклами горообразования.

Геохронология и шкала абсолютного возраста.

Стратиграфическая шкала отражает лишь последовательность напластования пород и потому может использоваться только для обозначения относительного возраста различных слоев (рис. 9). Возможность установления абсолютного возраста пород появилась после открытия радиоактивности. До этого абсолютный возраст пытались оценить другими методами, например, путем анализа содержания солей в морской воде. При допущении, что оно соответствует твердому стоку рек земного шара, может быть измерен минимальный возраст морей. На основании предположения, что изначально океаническая вода не содержала примесей солей, и учета темпов их поступления возраст морей оценивался в широких пределах – от 20 млн. до 200 млн. лет. Кельвин оценил возраст слагающих Землю пород в 100 млн. лет, поскольку, по его мнению, столько времени понадобилось на то, чтобы изначально расплавленная Земля остыла до нынешней температуры ее поверхности.

Если не считать этих попыток, первые геологи довольствовались определением относительного возраста пород и геологических событий. Без всяких объяснений допускалось, что прошло довольно много времени с момента возникновения Земли до формирования различных типов отложений в результате процессов, которые действуют и поныне. И лишь когда ученые стали измерять скорости радиоактивного распада, у геологов появились «часы» для определения абсолютного и относительного возраста пород, содержащих радиоактивные элементы.

Темпы радиоактивного распада некоторых элементов незначительны. Это позволяет определять возраст древних событий путем измерения содержания таких элементов и продуктов их распада в конкретном образце. Поскольку скорость радиоактивного распада не зависит от параметров окружающей среды, можно определять возраст пород, находящихся в любых геологических условиях. Наиболее часто применяются уран-свинцовый и калий-аргоновый методы. Уран-свинцовый метод позволяет произвести точное датирование на основе замеров концентрации радиоизотопов тория (232 Th) и урана (235 U и 238 U). При радиоактивном распаде образуются изотопы свинца (208 Pb, 207 Pb и 206 Pb). Однако породы, содержащие эти элементы в достаточных количествах, встречаются довольно редко. Калий-аргоновый метод базируется на весьма медленном радиоактивном превращении изотопа 40 K в 40 Ar, что позволяет датировать события, имеющие возраст в несколько миллиардов лет, по соотношению в породах этих изотопов. Значительное преимущество калий-аргонового метода заключается в том, что калий, весьма распространенный элемент, присутствует в минералах, образованных во всех геологических обстановках – вулканической, метаморфической и осадочной. Однако возникающий в результате радиоактивного распада инертный газ аргон химически не связан и происходит его утечка. Следовательно, для датирования могут быть надежно использованы только те минералы, в которых он хорошо удерживается. Несмотря на этот недостаток, калий-аргоновый метод используется весьма широко. Абсолютный возраст самых древних пород на планете составляет 3,5 млрд. лет. В земной коре всех материков представлены очень древние породы, поэтому вопрос, какой из них самый древний, даже не возникает.

Возраст метеоритов, упавших на Землю, по определениям калий-аргоновым и уран-свинцовым методами, составляет примерно 4,5 млрд. лет. По оценкам геофизиков, основывающимся на данных уран-свинцового метода, Земля тоже имеет возраст ок. 4,5 млрд. лет. Если эти оценки верны, то в геологической летописи имеется пробел в 1 млрд. лет, соответствующий важному раннему этапу эволюции Земли. Возможно, самые ранние свидетельства были уничтожены или стерты каким-либо образом, когда Земля находилась в расплавленном состоянии. Вполне вероятно также, что древнейшие породы Земли были денудированы или перекристаллизовались за многие миллионы лет.

Родыгин С.А.

Геология

Лекция 1 Геология как наука, ее главнейшие отрасли, связь с другими науками. Основные этапы развития геологии

Лекция 2 Земля в мировом пространстве, ее происхождение. Состав и строение Земли

Лекция 3 Общий обзор геодинамических процессов. Экзогенные процессы. Выветривание. Геологическая деятельность ветра

Лекция 4 Геологическая деятельность текучих вод

Лекция 5 Геологическая деятельность подземных вод. Гравитационные явления. Геологическая деятельность льда

Лекция 6 Геологическая роль озёр и болот. Геологическая деятельность моря

Лекция 7 Процессы внутренней динамики (эндогенные). Землетрясения

Лекция 8 Колебательные движения земной коры

Лекция 9 Складкообразующие движения земной коры

Лекция 10 Разрывообразующие движения земной коры. Формирование рельефа

Геология как наука, ее главнейшие отрасли, связь с другими науками. Основные этапы развития геологии

Геология как наука

Краткий обзор истории развития геологических знаний

Вопросы для самопроверки

Геология как наука

Геология (греч. "гео" - Земля, "логос" - учение) - наука о Земле, ее составе, строении и развитии, о процессах, протекающих на ней, в ее воздушной, водной и каменной оболочках.

Земля состоит из нескольких оболочек, химический состав, физическое состояние и свойства которых различны. Геология изучает главным образом наружную оболочку - земную кору или литосферу (греч. "литос" - камень) в тесном сотрудничестве с другими науками - биологией, почвоведением, геофизикой, географией и т.д. При геологических исследованиях изучаются прежде всего верхние горизонты земной коры в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных - горных выработках (канавах, шурфах, шахтах, скважинах) Для исследования глубинных частей земной коры используются геофизические методы.

В настоящее время геология представляет собой совокупность многих геологических дисциплин, выделившихся из нее в результате углублённой разработки отдельных отраслей геологических знаний.

Геологическому исследованию подвергаются в основном каменные массы, слагающие земную кору, называемые горными породами. Непосредственным изучением горных пород занимается особая отрасль геологии, выделившаяся в самостоятельную дисциплину и называемая петрографией (греч. "петрос" - камень). Петрография описывает состав горных пород, их строение, условия залегания, а также их происхождение и изменения, вызываемые различными факторами.

Горные породы являются либо рыхлыми скоплениями, либо (гораздо чаще) прочно спаянными агрегатами отдельных твердых частиц (зерен), каждая из которых в отдельности представляет собой химически и физически однородное тело. Эти составные части горных пород, нередко резко отличающиеся друг от друга и являющиеся очень сложными химическими соединениями, называются минералами. Химический состав, свойства и происхождение их изучает минералогия. Физические особенности внутреннего строения вещества минералов, находящегося в твердом кристаллическом состоянии, изучает кристаллография. Данные кристаллографии, минералогии, петрографии в сочетании с выводами других геологических наук служат базой геохимии. Она устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов и их изотопов в недрах Земли и на ее поверхности. У перечисленных выше дисциплин, изучающих материальный состав Земли, есть родственная наука - почвоведение, которая рассматривает самый поверхностный слой земной коры, обладающий плодородием и называемый почвой.

К наукам, рассматривающим вещественный состав Земли, относится и учение о полезных ископаемых. Это отрасль геологии, изучающая условия образования, распространение и изменение месторождений полезных ископаемых в земной коре. Из них выделяются рудные (металлы) и нерудные (минеральные удобрения, строительные материалы, горючие ископаемые и др.). Эта отрасль имеет особенно большое практическое значение.

Под воздействием внутренних (эндогенных) сил, связанных с источниками энергии внутри Земли и внешних (экзогенных) сил, обусловленных получаемой земной поверхностью солнечной энергией, земная кора и Земля в целом непрерывно изменяются, проходя ряд последовательных стадий развития. Комплекс наук, изучающих геологические процессы, изменяющие лик Земли, объединяет динамическая геология. Она рассматривает процессы, вызывающие изменение земной коры, формирование рельефа земной поверхности и обусловливающих развитие Земли в целом. Большое разнообразие объектов исследования привело к выделению из динамической геологии таких самостоятельных дисциплин, как вулканология, сейсмогеология и геотектоника.

Вулканология изучает процессы вулканических извержений, строение, развитие и причины образования вулканов и состав продуктов, ими выбрасываемых.

Сейсмогеология - наука о геологических условиях возникновения и проявления землетрясений.

Геотектоника (тектоника) - наука, изучающая движения и деформации земной коры и особенности ее строения, возникающие в результате этих движений и деформаций.

Раздел геологии, рассматривающий закономерности размещения и сочетания различных горных пород в литосфере, определяющие ее структуру, называется структурной геологией.

Науки, изучающие внешние (экзогенные) геологические явления, происходящие в поверхностных частях земной коры в результате взаимодействия с атмосферой и гидросферой, относятся к физической географии, хотя они и связаны с динамической геологией. К числу таких наук относятся: 1 - геоморфология - наука, которая изучает образование и развитие форм рельефа; 2 - гидрология суши, исследующая водные пространства континентов Земли (реки, озера).

Земля имеет очень длительную и сложную историю развития, которая запечатлена в горных породах, последовательно возникавших в недрах Земли и на ее поверхности. Восстановление истории Земли и объяснение причин ее развития составляет предмет исторической геологии. Эта наука устанавливает связь развития органического мира с развитием всей земной коры. Специальными ее дисциплинами являются стратиграфия, палеонтология, палеогеография.

Стратиграфия устанавливает хронологическую последовательность образования горных пород земной коры, служащих главными документами прошлого. Для этой науки особое значение представляет палеонтология (греч. ??????? - ?ревний, ????? - ?ущий; организм), которая изучает окаменелости, заключенные в горных породах и являющиеся остатками некогда существовавших животных и растений. По ним палеонтологи восстанавливают растительный и животный мир, существовавший на Земле в прошлые геологические эпохи. Палеонтология на основе изучения остатков вымерших животных и растений устанавливает возраст горных пород и делает возможным сопоставление разнородных толщ осадочных образований, возникших одновременно. Геологическое летоисчисление и периодизация геологической истории основаны на данных этой науки. Она имеет также большое значение для выяснения физико-географических условий, обстановки прошлых геологических эпох, что является задачей палеогеографии. Средством для этого выяснения служат горные породы и содержащиеся в них окаменелости.

Раздел исторической геологии, изучающий историю развития Земли в последний, так называемый четвертичный период, выделяется в особую область - четвертичную геологию. Отложения, образующиеся в четвертичном периоде, как самые молодые и поверхностные, служат непосредственной основой для сельскохозяйственной и инженерной деятельности человека.

В ХХ веке особенно интенсивно стала развиваться новая наука - геофизика, применяющая физические методы изучения земной коры и земного шара в целом. Применение физических методов позволило уточнить строение глубинных недр Земли.

К важнейшим геологическим наукам, занимающимся изучением практических вопросов, относятся учение о полезных ископаемых (см. выше), гидрогеология и инженерная геология.

Гидрогеология - наука о происхождении, физических и химических свойствах, динамике и условиях залегания подземных вод, их проявлений на земной поверхности.

Инженерная геология - учение о свойствах горных пород, тех геологических явлениях, которые возникают в результате строительства и могут оказать на него влияние.

В отличие от большинства естественных наук, широко использующих в качестве основного метода исследования лабораторный опыт, геология является наукой, в которой экспериментальный метод исследований имеет ограниченное применение. Основная трудность применения эксперимента в геологии заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Геологические процессы, протекающие в природных условиях, длятся сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет. Поэтому для изучения геологических процессов применяется метод актуализма (фр. "актюэль" - современный). Сущность его заключается в понимании прошлого посредством настоящего, т.е. наблюдения над современными геологическими процессами. Однако, применяя этот метод, необходимо помнить, что сама Земля, физико-географические условия на ее поверхности, а также условия в недрах, климат, состав атмосферы, соленость морей и океанов, органический мир непрерывно менялись и развивались, поэтому чем дальше от нас прошлая геологическая эпоха, тем менее полно применим для познания ее геологических условий метод актуализма.

Применение геологических знаний не ограничивается задачей поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, хотя эта задача и является первоочередной. Большое значение геология имеет и в других отраслях народного хозяйства: в строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении и др. Теоретическое значение геологии - в познании строения Земли и Вселенной, развития органического мира. Геология имеет мировоззренческое, философское значение, отвечая с научных позиций на такие животрепещущие вопросы, как происхождение жизни на Земле, ход геологической истории нашей планеты не только в прошлом, но и в будущем, куда позволяет заглянуть знание закономерностей развития земной коры.

Геология — это наука о составе, строении и закономерностях развития Земли, других планет Солнечной системы и их естественных спутников.

Существует три основных направления геологических исследований: описательная, динамическая и историческая геология. У каждого направления существуют свои основные принципы и методы исследования. Описательная геология занимается изучением размещения и состава геологических тел, в том числе их форма, размер, взаимоотношение, последовательность залегания, а также описанием различных минералов и горных пород. Динамическая геология рассматривает эволюцию геологических процессов, таких как разрушение горных пород, перенос их ветром, ледниками, наземными или подземными водами, накопление осадков (внешние по отношению к земной коре) или движение земной коры, землетрясения, извержения вулканов (внутренние). Историческая геология занимается изучением последовательности геологических процессов прошлого.

Происхождение названия

Первоначально слово «геология» являлось противоположностью к слову «теология». Науке о духовной жизни противопоставлялась наука о закономерностях и правилах земного бытия. В таком контексте это слово использовал епископ Р. де Бьюри в своей книге «Philobiblon» («Любовь к книгам»), которая вышла в свет в 1473 году в Кёльне. Слово происходит от греческого γῆ, означающее «Земля» и λόγος, означающее «учение».

Мнения о первом использовании слова «геология» в современном понимании расходятся. По одним источникам, включая БСЭ, этот термин впервые использовал норвежский учёный Миккель Педерсон Эсхолт (М. П. Эшольт, Mikkel Pedersøn Escholt, 1600-1699) в своей книге «Geologica Norvegica» (1657). По другим источникам, слово «геология» было впервые использовано Улиссе Альдрованди в 1603 году, затем Жан Андре Делюк в 1778 году, закрепил термин Орасом Бенедиктом де Соссюром в 1779 году.

Исторически использовался также термин «геогнозия» (или геогностика). Такое название для науки o минералах, рудах, и горных породах было предложено немецкими геологами Г. Фюкселем (в 1761) и A. Г. Bернером (в 1780). Авторы термина обозначили им практические области геологии, изучавщие объекты, которые можно было наблюдать на поверхности, в отличие от чисто теоретической тогда геологии, которая занималась происхождением и историей Земли, её корой и внутренним строением. Термин использовался в специальной литературе в XVIII и начале XIX векa, но начал выходить из употребления уже во второй половине XIX века. В России термин сохранялся до конца XIX века в названиях учёного звания и степени «доктор минералогии и геогнозии» и «профессор минералогии и геогнозии».

Разделы геологии

Геологические дисциплины работают во всех трёх направлениях геологии и точного деления на группы не существует. Новые дисциплины появляются на стыке геологии с другими областями знаний. В БСЭ приводится следующая классификация: науки о земной коре, науки о современных геологических процессах, науки о исторической последовательности геологических процессов, прикладные дисциплины, а также региональная геология.

Минералы образуются в результате природных физико-химических процессов и обладающее определённым химическим составом и физическими свойствами.

Науки о земной коре:

• Минералогия - раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации. Изучением пород, образованных в процессах, связанных с атмосферой, биосферой и гидросферой Земли, занимается литология. Эти породы не совсем точно называются ещё осадочными горными породами. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.
• Петрография - раздел геологии, изучающий магматические и метоморфические породы преимущественно с описательной стороны - их генезис, состав, текстурно-структурные особенности, а также классификацию.
• Структурная геология - раздел геологии, изучающий формы залегания геологических тел и нарушения земной коры.
• Кристаллография - первоначально одно из напралений минералогии, в настоящее время скорее физическая дисциплина.

Науки о современных геологических процессах (динамическая геология):

• Тектоника - раздел геологии, изучающий движение земной коры (геотектоника, неотектоника и экспериментальная тектоника).
• Вулканология — раздел геологии, изучающий вулканизм.
• Сейсмология — раздел геологии, изучающий геологические процессы при землетрясениях, сейсморайонирование.
• Геокриология — раздел геологии, изучающий многолетнемёрзлые породы.
• Петрология - раздел геологии, изучающий генезис и условия происхождения магматических и метаморфических горных пород.

Науки о исторической последовательности геологических процессов (историческая геология):

• Историческая геология - отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли. Все геологические науки в той или иной степени имеют исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур. История Земли делится на два крупнейших этапа - эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии провести определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой - время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий - время скрытой жизни. Геология докембрия выделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.
• Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности организмов.
• Стратиграфия - наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.

Прикладные дисциплины:

• Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений, методы их поисков и разведки. Делится на геологию нефти газа, геологию угля, металлогению.
• Гидрогеология - раздел геологии, изучающий подземные воды.
• Инженерная геология - раздел геологии, изучающий взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений.

Внизу перечислены остальные разделы геологии, в основном стоящие на стыке с другими науками:

• Геохимия - раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли.
• Геофизика - раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций и пр.
• Геобаротермометрия - наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.
• Микроструктурная геология - раздел геологии, изучающий деформацию пород на микроуровне, в масштабе зёрен минералов и агрегатов.
• Геодинамика - наука, изучающая процессы самого планетарного масштаба в результате эволюции Земли. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре.
• Геохронология - раздел геологии, определяющий возраст пород и минералов.
• Литология (Петрография осадочных пород) - раздел геологии, изучающий Осадочные породы.

Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология.

Основные принципы геологии

Геология - наука историческая, и важнейшей её задачей является определение последовательности геологических событий. Для выполнения этой задачи с давних времён разработан ряд простых и интуитивно очевидных признаков временных соотношений пород.

Интрузивные взаимоотношения представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.

Секущие взаимоотношения также позволяют определить относительный возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже, чем они.

Ксенолиты и обломки попадают в породы в результате разрушения своего источника, соответственно они образовались раньше вмещающих их пород, и могут быть использованы для определения относительного возраста.

Принцип актуализма постулирует, что геологические силы, действующие в наше время, аналогично работали и в прежние времена. Джеймс Хаттон сформулировал принцип актуализма фразой «Настоящее - ключ к прошлому».

Утверждение не совсем точное. Понятие «сила» - понятие не геологическое, а физическое, к геологии имеющее опосредованное отношение. Правильнее говорить о геологических процессах. Выявление сил, сопровождающих эти процессы, могло бы стать главной задачей геологии, чего, к сожалению, нет.

«Принцип актуализма» (или метод актуализма) являются синонимом метода «аналогии». Но метод аналогии не является методом доказательства, он является методом формулирования гипотез и, следовательно, все закономерности, полученные методом актуализма, должны были бы пройти процедуру доказательства их объективности.

В настоящее время принцип актуализма стал тормозом в развитии представлений о геологических процессах.

Принцип первичной горизонтальности утверждает, что морские осадки при образовании залегают горизонтально.

Принцип суперпозиции заключается в том, что породы находящиеся в не нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют в порядке их образования, породы залегающие выше моложе, а те которые находятся ниже по разрезу - древнее.

Принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане распространены одни и те же организмы. Из этого следует, что палеонтолог, определив набор ископаемых остатков в породе, может найти одновременно образовавшиеся породы.

История геологии

Первые геологические наблюдения относятся к динамической геологии - это информация о землетрясениях, извержениях вулканов, размывании гор, перемещении береговых линий. Подобные высказывания встречаются в работах таких учёных как Пифагор, Аристотель, Плиний Старший, Страбон. Изучение физических материалов (минералов) Земли восходит по крайней мере к древней Греции, когда Теофраст (372-287 до н. э.) написал работу «Peri Lithon» («О камнях»). В римский период Плиний Старший подробно описал многие минералы и металлы, и их практическое использование, а также правильно определил происхождение янтаря.

Описание минералов и попытки классификации геологических тел встречаются у Аль-Бируни и Ибн Сины (Авиценны) в X-XI веках. В работах Аль-Бируни содержится раннее описание геологии Индии, он предполагал, что индийский субконтинент был когда-то морем. Авиценна предложил подробное объяснение формирования гор, происхождение землетрясений и другие темы, которые являются центральными в современной геологии, и в котором содержится необходимый фундамент для дальнейшего развития науки. Некоторые современные ученые, такие как Филдинг Х. Гаррисон, считают, что современная геология началась в средневековом исламском мире.

В Китае энциклопедист Shen Kuo (1031-1095) сформулировал гипотезу о процессе формирования земли: на основе наблюдений над ископаемыми раковин животных в геологическом слое в горах в сотнях километров от океана он сделал вывод, что суша была сформирована в результате эрозии гор и осаждения ила.

В эпоху Возрождения геологические исследования проводили учёные Леонардо да Винчи и Джироламо Фракасторо. Они впервые предположили, что ископаемые раковины являются остатками вымерших организмов, а также, что история Земли длиннее библейских представлений. Нильс Стенсен дал анализ геологическому разрезу в Тоскане, он объяснил последовательность геологических событий. Ему приписывают три определяющих принципа стратиграфии: принцип суперпозиции (англ.), принцип первичной горизонтальности слоёв (англ.) и принцип последовательности образования геологических тел (англ.).

В конце XVII - начале XVIII века появилась общая теория Земли, которая получила название дилювианизма. По мнению учёных того времени осадочные породы и окаменелости в них образовались в результате всемирного потопа. Эти воззрения разделяли Роберт Гук (1688), Джон Рэй (1692), Джоэнн Вудворд (1695), И. Я. Шёйкцер (1708) и другие.

Во второй половине XVIII века резко возросли потребности в полезных ископаемых, что привело к изучению недр, в частности накоплению фактического материала, описанию свойств горных пород и услови их залегания, разработке приёмов наблюдения. В 1785 году Джеймс Хаттон представил для Королевского общества Эдинбурга документ, озаглавленный «Теория Земли». В этой статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем ранее предполагалось, для того, чтобы обеспечить достаточное время для эрозии гор, и чтобы седименты (отложения) образовали новые породы на дне моря, которые, в свою очередь, были подняты чтобы стать сушей. В 1795 Хаттон опубликовал двухтомный труд, описывающий эти идеи (Vol. 1, Vol. 2). Джеймс Хаттон часто рассматривается как первый современный геолог. Последователи Хаттона были известны как плутонисты, из-за того что они считали, что некоторые породы (базальты и граниты) были сформированы в результате вулканической деятельности и являются результатом осаждения лавы из вулкана. Другой точки зрения придерживались нептунисты, во главе с Абраамом Вернером, который считал, что все породы осели из большого океана, уровень которого с течением времени постепенно снизился, а вулканическую деятельность объяснял подземным горением каменного угля. В то же время в России увидели свет геологические труды Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757) и «О слоях земных» (1763), в которых он признавал влияние и внешних, и внутрених сил на развитие Земли.

Уильям Смит (1769-1839) нарисовал одни из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания горных пластов, изучая содержащиеся в них окаменелости. Смит составил «шкалу осадочных образований Англии». Работы по разделению пластов продолжились учёными Жоржем Кювье и А. Броньяру. В 1822 была выделена каменноугольная и меловая системы, что положило начало стратиграфической систематике. Основные подразделения современной стратиграфической шкалы были приняты официально в 1881 году в Болонье на 2-м Международном геологическом конгрессе. Первыми геологическими картами в России были работы Д. Лебедева и М. Иванова (карта Восточного Забайкалья, 1789-1794), Н. И. Кокшарова (Европейская Россия, 1840), Г. П. Гельмерсена («Генеральная карта горных формаций Европейской России», 1841). На картах Кокшарова уже были отмечены силурийская, девонская, нижне карбонская, лиасовая и третичная формации.

Вместе с тем, методологические основы такого деления ещё уточнялись в рамках нескольких теорий. Ж. Кювье разработал теорию катастроф, утверждающую, что особенности Земли формируются в одном, катастрофическом событии и остаются неизменными в дальнейшем. Л.Бух объяснял движения земной коры вулканизмом (теория «кратеров поднятия»), Л. Эли де Бомон связывал дислокацию слоёв со сжатием земной коры при остывании центрального ядра. В 1830 году Чарлз Лайель впервые опубликовал свою знаменитую книгу «Основы геологии». Книга, которая повлияла на идеи Чарльза Дарвина, успешно способствовала распространению актуализма. Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы имели место на протяжении истории Земли и все еще происходят сегодня. Хотя Хаттона верил в актуализм, идея не была широко принята в то время.

Большую часть XIX века геология вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли. Оценки варьировались от 100 000 до нескольких миллиардов лет. В начале XX века радиометрическое датирование позволило определить возраст Земли, оценка составила два миллиарда лет. Осознание этого огромного промежутка времени открыло двери для новых теорий о процессах, которые сформировали планету. Самым значительным достижением геологии в XX веке было развитие теории тектоники плит в 1960 году и уточнение возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: спрединга морского дна и континентального дрейфа. Теория революционизировала науки о Земле. В настоящее время известно, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет.

В конце XIX века экономические потребности стран в отношении недр привели к изменению статуса науки. Появилось множество геологических служб, в частности геологическая служба США (1879) и геологический комитет России (1882). Была введена подготовка специалистов-геологов.

С целью пробудить интерес к геологии Организацией Объединённых Наций 2008 год провозглашён «Международным годом планеты Земля».

(Visited 51 times, 1 visits today)

"Геология - это образ жизни", - скорее всего, скажет геолог, отвечая на вопрос о своей профессии, прежде чем перейти к сухим и скучным формулировкам, объясняя, что геология - о строении и составе земли, об истории ее рождения, формирования и закономерностях развития, о когда-то несметных, а сегодня, увы, "сметных" богатствах ее недр. Другие планеты Солнечной системы тоже являются объектами геологических исследований.

Описание той или иной науки часто начинают с истории ее зарождения и формирования, забывая о том, что повествование переполнено непонятными терминами и определениями, поэтому лучше сначала по существу.

Этапы геологических исследований

Самая общая схема последовательности исследований, в которую можно "втиснуть" все геологические работы, направленные на выявление месторождений полезных ископаемых (далее МПО), по существу, выглядит следующим образом: геологическая съемка (картирование выходов на поверхность горных пород и геологических образований), поисковые работы, разведка, подсчет запасов, геологический отчет. Съемка, поиски и разведка, в свою очередь, естественно, делятся на стадии в зависимости от масштаба работ и с учетом их целесообразности.

Для выполнения такого комплекса работ привлекается целая армия специалистов широчайшего круга геологических специальностей, которыми настоящий геолог должен владеть гораздо больше, чем на уровне "всего понемножку", потому что перед ним стоит задача обобщить всю эту разностороннюю информацию и в конечном счете прийти к открытию месторождения (или сделать его), поскольку геология - это наука, изучающая недра земли в первую очередь для освоения минеральные ресурсов.

Семейство геологических наук

Как и другие естественные науки (физика, биология, химия, география и т. д.), геология представляет собой целый комплекс взаимосвязанных и переплетающихся друг с другом научных дисциплин.

Непосредственно к геологическим предметам относятся общая и региональная геология, минералогия, тектоника, геоморфология, геохимия, литология, палеонтология, петрология, петрография, геммология, стратиграфия, историческая геология, кристаллография, гидрогеология, морская геология, вулканология и седиментология.

К прикладным, методическим, техническим, экономическим и другим родственным геологии наукам относятся инженерная геология, сейсмология, петрофизика, гляциология, география, геология полезных ископаемых, геофизика, почвоведение, геодезия, океанография, океанология, геостатистика, геотехнология, геоинформатика, геотехнология, кадастр и мониторинг земель, землеустройство, климатология, картография, метеорология и ряд атмосферных наук.

"Чистая", полевая геология по-прежнему остается в значительной степени описательной, что налагает на исполнителя определенную морально-этическую ответственность, поэтому геология, выработав свой язык, как и другие науки, не обходится без филологии, логики и этики.

Поскольку поисковые и разведочные маршруты, особенно в труднодоступных районах, - это практически неконтролируемая работа, геолог всегда подвержен соблазну субъективных, но грамотно и красиво преподнесенных суждений или заключений, и такое, к сожалению, случается. Безобидные "неточности" могут привести к очень серьезным последствиям как в научно-производственном, так и материально-экономическом плане, поэтому геолог просто не имеет права на обман, искажение и ошибку, как сапер или хирург.

Костяк геонаук выстраивается в иерархический ряд (геохимия, минералогия, кристаллография, петрология, литология, палеонтология и собственно геология, включая тектонику, стратиграфию и историческую геологию), отражающий соподчиненность последовательно усложняющихся объектов изучения от атомов и молекул до Земли в целом.

Каждая из этих наук широко разветвляется по различным направлениям, как и собственно геология включает тектонику, стратиграфию и историческую геологию.

Геохимия

В поле зрения этой науки лежат проблемы распределения элементов в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Современная геохимия представляет собой комплекс научных дисциплин, включающий региональную геохимию, биогеохимию и геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. Предметом изучения для всех этих дисциплин являются законы миграции элементов, условия их концентрации, разделения и переотложения, а также процессы эволюции форм нахождения каждого элемента или ассоциаций из нескольких, особо близких по свойствам.

Геохимия опирается на свойства и строение атома и кристаллического вещества, на данные о термодинамических параметрах, характеризующих часть земной коры или отдельные оболочки, а также на общие закономерности, формируемые термодинамическими процессами.

Прямая задача геохимических исследований в геологии - обнаружение МПО, поэтому на рудные полезные ископаемые в обязательном порядке предваряются и сопровождаются геохимической съемкой, по результатам которой выделяются ареалы рассеяния полезного компонента.

Минералогия

Один из основных и древнейших разделов геологической науки, изучающий огромный, прекрасный, необыкновенно интересный и загадочный мир минералов. Минералогические исследования, цели, задачи и методы которых зависят от конкретных задач, проводятся на всех этапах поисково-геологоразведочных работ и включают широкий спектр методов от визуальной оценки минерального состава до электронной микроскопии и рентгеноструктурной диагностики.

На стадиях съемки, поиска и разведки МПО исследования проводятся с целью выяснения минералогических поисковых критериев и предва-рительной оценки практической значимости потенциальных месторождений.

В процессе разведочной стадии геологических работ и при оценке запасов рудного или нерудного сырья устанавливается его полный количественный и качественный минеральный состав с выявлением полезных и вредных примесей, данные о которых учитываются при выборе технологии переработки или заключении о качестве сырья.

Помимо всестороннего исследования состава горных пород, главными задачами минералогии являются изучение закономерностей сочетания минералов в природных ассоциациях и совершенствование принципов систематики минеральных видов.

Кристаллография

Когда-то кристаллографию считали частью минералогии, и тесная связь между ними естественна и очевидна, но сегодня это самостоятельная наука со своим предметом и собственными методами исследований. Задачи кристаллографии заключаются во всестороннем исследовании структуры, физических и оптических свойств кристаллов, процессов их образования и особенностей взаимодействия со средой, а также изменений, происходящих под влиянием воздействий различной природы.

Наука о кристаллах делится на физико-химическую кристаллографию, изучающую закономерности формирования и роста кристаллов, их поведения в различных условиях в зависимости от формы и строения, и геометрическую кристаллографию, предметом которой являются геометрические законы, управляющие формой и симметрией кристаллов.

Тектоника

Тектоника является одним из стержневых разделов геологии, который изучает в структурном плане, особенности ее формирования и развития на фоне разномасштабных подвижек, деформаций, разрывных нарушений и дислокаций, обусловленных глубинными процессами.

Тектоника разделяется на региональную, структурную (морфологическую), историческую и прикладную ветви.

Региональное направление оперирует такими структурами, как платформы, плиты, щиты, складчатые области, впадины морей и океанов, трансформные разломы, рифтовые зоны и т. д.

В качестве примера можно привести региональный структурно-тектонический план, которым характеризуется геология России. Европейская часть страны расположена на Восточно-Европейской платформе, сложенной докембрийскими магматическими и метаморфическими породами. Территория между Уралом и Енисеем расположена на Западно-Сибирской платформе. От Енисея до Лены простирается Сибирская платформа (Средне-Сибирское плоскогорье). Складчатые области представлены Урало-Монгольским, Тихоокеанским и частично Средиземноморским складчатыми поясами.

Морфологическая тектоника по сравнению с региональной изучает структуры более низкого порядка.

Историей происхождения и формирования основных типов структурных форм океанов и континентов занимается историческая геотектоника.

Прикладное направление тектоники связано с выявлением закономерностей размещения различных типов МПО в связи с определёнными типами морфоструктур и особенностями их развития.

В "меркантильном" геологическом смысле разломы в земной коре рассматриваются как рудоподводящие каналы и рудоконтролирующие факторы.

Палеонтология

Означая в буквальном смысле "наука о древних существах", палеонтология изучает ископаемые организмы, их останки и следы жизнедеятельности, главным образом для стратиграфического расчленения горных пород земной коры. В компетенцию палеонтологии входит задача восстановления картины, отражающей процесс биологической эволюции на основе данных, полученных в результате реконструкции облика, биологических особенностей, способов размножения и питания древних организмов.

По вполне очевидным признакам палеонтология разделяется на палеозоологию и палеоботанику.

Организмы чутко реагируют на изменение физико-химических параметров среды обитания, поэтому они являются надежными индикаторами условий, в которых формировались горные породы. Отсюда и вытекает тесная связь геологии и палеонтологии.

На основании палеонтологических исследований в совокупности с результатами определений абсолютного возраста геологических образований составлена геохронологическая шкала, в которой история Земли делится на геологические эры (архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой). Эры разбиваются на периоды, а те, в свою очередь, дробятся на эпохи.

Мы живем в плейстоценовую эпоху (20 тысяч лет назад по настоящее время) четвертичного периода, который начался около 1 млн лет назад.

Петрография

Изучением минерального состава магматических, метаморфических и осадочных горных пород, их текстурно-структурных характеристик и генезиса занимается петрография (петрология). Исследования проводятся с помощью поляризационного микроскопа в лучах проходящего поляризованного света. Для этого из образцов горных пород вырезают тонкие (0,03-0,02 мм) пластинки (шлифы), приклеенные затем к стеклянной пластинке канадским бальзамом (оптические характеристики этой смолы близки к параметрам стекла).

Минералы становятся прозрачными (большинство), и по их оптическим свойствам проводится идентификация минералов и слагаемых ими пород. Интерференционные картинки в шлифе напоминают узоры в калейдоскопе.

Особое место в цикле геологических наук занимает петрография осадочных пород. Ее большое теоретическое и практическое значение обусловлено тем, что предметом исследований являются современные и древние (ископаемые) осадки, которые занимают около 70% поверхности Земли.

Инженерная геология

Инженерная геология - это наука о тех особенностях состава, физико-химических свойств, формирования, залегания и динамики верхних горизонтов земной коры, с которыми связана хозяйственная, главным образом инженерно-строительная деятельность человека.

Инженерно-геологические изыскания нацелены на выполнение всесторонней и комплексной оценки геологических факторов, вызванных хозяйственной деятельностью человека во взаимосвязи с естественными геологическими процессами.

Если вспомнить, что в зависимости от руководящего метода естественные науки делят на описательные и точные, то инженерная геология, конечно, относится к последним, в отличие от многих своих "товарищей по цеху".

Морская геология

Было бы несправедливо обойти вниманием обширный раздел геологии, изучающий геологическое строение и особенности развития слагающей дно океанов и морей. Если следовать самому короткому и емкому определению, которым характеризуют геологию (учение о Земле), то морская геология - это наука о морском (океанском) дне, охватывающая все ветви "геологического дерева" (тектонику, петрографию, литологию, историческую и четвертичную геологию, палеогеографию, стратиграфию, геоморфологию, геохимию, геофизику, учение о полезных ископаемых и др.).

Исследования в морях и океанах проводятся со специально оборудованных судов, плавучих буровых установок и понтонов (на шельфе). Для отбора проб, помимо бурения, используются драги, дночерпатели грейферного типа и прямоточные трубки. С помощью автономных и буксируемых аппаратов проводится дискретная и непрерывная фотографическая, телевизионная, сейсмическая, магнитометрическая и геолокационная съемка.

В наше время многие проблемы современной науки еще не решены, и к ним относятся нераскрытые тайны океана и его недр. Морской геологии оказана честь не только ради науки "тайное сделать явным", но и освоить колоссальные минеральные

Основной теоретической задачей современной морской ветви геологии остается изучение истории развития океанической земной коры и выявление главных закономерностей ее геологического строения.

Историческая геология - это наука о закономерностях развития земной коры и планеты в целом в исторически обозримом прошлом с момента её формирования и до наших дней. Изучение истории формирования структуры литосферы важно потому, что происходящие в ней тектонические подвижки и деформации представляются важнейшими факторами, обуславливающими большинство изменений, происходивших на Земле в прошлые геологические эры.

Теперь, получив общее представления о геологии, можно обратиться к ее истокам.

Экскурс в историю науки о Земле

Трудно сказать, насколько далеко вглубь тысячелетий уходит корнями история геологии, но неандерталец уже знал, из чего смастерить нож или топор, используя кремень или обсидиан (вулканическое стекло).

Со времен первобытного человека до середины XVIII века длился донаучный этап накопления и формирования геологических знаний, главным образом о рудах металлов, строительных камнях, солях и подземных водах. О горных породах, минералах и геологических процессах в трактовке того времени заговорили уже в античные времена.

К XIII веку в странах Азии получают развитие горные промыслы и зарождаются основы горно-рудных знаний.

В эпоху Возрождения (XV—XVI вв.) утверждается гелиоцентрическое представление о мире (Дж. Бруно, Г. Галилей, Н. Коперник), рождаются геологические представления Н. Стенона, Леонардо да Винчи и Г. Бауэра, а также формулируются космогонические концепции Р. Декарта и Г. Лейбница.

В период становления геологии как науки (XVIII—XIX вв.) появились космогонические гипотезы П. Лапласа и И. Канта и геологические идеи М. В. Ломоносова, Ж. Бюффона. Зарождается стратиграфия (И. Леман, Г. Фюксель) и палеонтология (Ж.Б. Ламарк, В. Смит), заметно развивается кристаллография (Р.Ж. Гаюи, М.В. Ломоносов), минералогия (И. Я. Берцелиус, А. Кронштедт, В. М. Севергин, К. Ф. Моос и др.), начинается геологическое картирование.

В этот период создаются первые геологические общества и национальные геологические службы.

Со второй половины XIX до начала XX века наиболее значительными событиями стали геологические наблюдения Ч. Дарвина, создание учения о платформах и геосинклиналях, зарождение палеогеографии, развитие инструментальной петрографии, генетической и теоретической минералогии, появление понятий о магме и учения о рудных месторождениях. Начала зарождаться геология нефти и набирать обороты геофизика (магнитометрия, гравиметрия, сейсмометрия, и сейсмология). В 1882 году был основан геологический комитет России.

Современный период развития геологии начался с середины XX века, когда наука о Земле взяла на вооружение компьютерные технологии и обзавелась новыми лабораторными приборами, инструментами и техническими средствами, позволившими приступить к геолого-геофизическому изучению океанов и ближайших планет.

Наиболее выдающимися научными достижениями стали теория метасоматической зональности Д. С. Коржинского, учение о фациях метаморфизма, теория М. Страхова о типах литогенеза, внедрение геохимических методов поисков рудных месторождений и др.

Под руководством А. Л. Яншина, Н. С. Шатского и А. А. Богданова созданы обзорные тектонические карты стран Европы и Азии, составлены палеогеографические атласы.

Получила развитие концепция новой глобальной тектоники (Дж. Т. Вильсон, Г. Хесс, В. Е. Хаин и др.), далеко вперед шагнула геодинамика, инженерная геология и гидрогеология, обрисовалось новое направление в геологии - экологическое, которое сегодня стало приоритетным.

Проблемы современной геологии

Сегодня по многим фундаментальным вопросам проблемы современной науки все еще остаются нерешенными, и таких вопросов не менее полутора сотен. Речь идет о биологических основах сознания, загадках памяти, природе времени и гравитации, происхождении звезд, черных дырах и о природе других космических объектов. На долю геологии тоже выпало немало проблем, с которыми еще предстоит разобраться. Это касается главным образом строения и состава Вселенной, а также процессов, происходящих внутри Земли.

В наши дни значение геологии возрастает в связи с необходимостью контроля и учета нарастающей угрозы катастрофических геологических последствий, связанных нерациональной хозяйственной деятельностью, обостряющей экологические проблемы.

Геологическое образование в России

Становление современного геологического образования в России связывают с открытием в Санкт‐Петербурге корпуса горных инженеров (будущего Горного института) и созданием Московского университета, а расцвет начался, когда в 1930 г. в Ленинграде был создан, а затем переведен в геологии (ныне ГИН AH CCCP).

Сегодня Геологический институт занимает ведущее место среди научно-исследовательских учреждений в области стратиграфии, литологии, тектоники и истории наук геологического цикла. Основные направления деятельности связаны с разработкой комплексных фундаментальных проблем строения и формирования океанической и континентальной коры, изучением эволюции породообразования материков и осадкообразования в океанах, геохронологии, глобальной корреляции геологических процессов и явлений и др.

Кстати, предшественником ГИН был Минералогический музей, переименованный в 1898 году в Музей геологии, а затем в 1912 году в Геологический и минералогический музей им. Петра Великого.

С момента зарождения в основу геологического образования в России был заложен принциптриединства: наука - обучение - практика. Этому принципу, несмотря на перестроечные потрясения, образовательная геология следует и сегодня.

В 1999 году решением коллегий Министерств образования и природных ресурсов России была принята концепция геологического образования, прошедшая апробацию в учебных заведениях и производственных коллективах, "выращивающих" геологические кадры.

Сегодня высшее геологическое образование можно получить более чем в 30 вузах России.

И пусть уходить "на разведку в тайгу" или уезжать "в знойные степи" в наше время - это уже не столь престижная, как когда-то, работа, геолог выбирает ее, потому что "счастлив, кому знакомо щемящее чувство дороги"…