Цель, задачи, объект и предметы изучения геологии. Структура геологии

Цель, задачи, объект и предметы изучения геологии. Структура геологии

Предмет геологии, её цели и задачи (составные части геологии и предмет их изучения)

Геология – это наука о строении Земли, ее происхождении и развитии, основанная на изучении горных пород и земной коры в целом всеми доступными методами с привлечением данных астрономии, астрофизики, физики, химии, биологии и других наук.

Основным объектом изучения геологии является литосфера (литос – камень), представляющая твердую наружную оболочку Земли. Главными объектами изучения геологии являются минералы, горные породы, геологические тела, вымершие организмы (окаменелости), газовые и жидкие среды, физические поля.

Предметом геологии является пространственно-временные модели развития геологических процессов.

Чтобы познать строение Земли, геология вынуждена исследовать литосферу в различных направлениях. Научные направления в изучении Земли, получивших свои названия:

Геохимия – комплекс наук, изучающие состав Земли (минералогия, кристаллография, петрография, геохимия)
Динамическая геология – изучает геологические процессы, совершающиеся в земной коре, т.е. динамику Земли (деятельность морей, рек, подземных вод, ледников, ветра, магматизм, тектонические движения)
Историческая геология – направление, изучающее историю развития Земли с момента ее образования до настоящего времени (стратиграфия, палеонтология, историческая геология – это науки, которые являются основными в этом направлении)
Практическая геология – занимается изучением вопросов практического использования недр нашей планеты (учение о полезных ископаемых; геология нефти и газа; поиски и разведка месторождений полезных ископаемых и др. науки)
Морская геология – наука, изучающая состав, строение, полезные ископаемые дна морей и океанов и историю их образования.
Космогеология – занимается изучением геологического строения земной коры путем фотографирования земной поверхности с летательных аппаратов (самолетов, спутников, космических станций), получая таким образом аэрофотоснимки и космоснимки.
Глубинная геология – направление, которое ставит своей целью изучение глубоких горизонтов земной коры с помощью сверхглубоких скважин
Геоэкология – в задачу этого направления входит изучение степени и характера техногенного воздействия человека на геологическую среду и выработка рекомендации по ее сохранению.

Методы геологических исследований.

Геологические методы исследований – при геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных – горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

1. природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;

2. расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;

3. различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

4. причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

Содержание

1. Возникновение и развитие геологических методов исследований

2. Система геологических методов исследований

3. Основные направления исследований

Основные направления исследований

В геологических исследованиях можно различить три основных направления. Задачей первого из них (описательная геология) служит описание минералов, горных пород и их типов; изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и всех прочих вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.). Второе направление (динамическая геология) заключается в изучении геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения

, извержения вулканов и сопутствующие им явления). Геологические процессы изучаются не только в естественных условиях, но и экспериментально. Восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция) составляет сущность третьего направления геологических исследований (историческая геология). Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и др. геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковый и т.д. Все три направления геология неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.

Формирование геологии (до XVIII века).

Часть I. Донаучный этап развития геологических знаний (от древности до середины XVIII века).

Период становления человеческой цивилизации (с древнейших времен до V в. до н.э.). Накопление эмпирических знаний о камнях, рудах, солях и подземных водах. Развитие земледелия, горнорудного дела, первые ирригационные системы.

Античный период (V в. до н.э.– V в. н.э.). Зарождение представлений о минералах, горных породах, а также о геологических процессах, в рамках античной натурфилософии. Зарождение идей плутонизма и нептунизма. Главнейшие представители школы греко-римской натурфилософии (Фалес, Анаксимандр, Ксенофан, Анаксадор, Аристотель, Аристарх Самосский, Демокрит, Лукреций, Птоломей, Страбон, Плиний и др.)

Схоластический период (V–XV вв. в Западной Европе, VII–XVII вв. в других странах). Застой в развитии науки, преобладание догматов церкви в Западной Европе. Развитие ремесел и горнорудного дела. Основание первых университетов.

Арабская цивилизация и ее роль в развитии естествознания в VII–XIII вв. Горные промыслы и зарождение горнорудных знаний в странах Восточной, Средней и Южной Азии (Абу Рейхан аль-Бируни, Абу-Али Ибн-Сина (Авиценна)). Ремесла Древней Руси, учреждение в 1584 г. Иваном Грозным Приказа Каменных дел.

Период Возрождения (XV–XVII вв. до середины XVIII в.). Великие географические открытия. Возрождение философских взглядов античного периода. Утверждение гелиоцентрической картины мира (Н. Коперник, Г. Галилей, Дж. Бруно). Геологические представления Леонардо да Винчи, Бернара Палисси, Николауса Стенона, Георга Бауэра (Агриколы)). Космогонические концепции Р. Декарта и Г. Лейбница. Плутонизм (Р. Гук, А.Л. Моро, Г.В. Рихман и др.) и делювианизм (А. Кирхер, Д. Вудворд, Я. Шейхцер и др.).

Развитие геологических знаний в России в эпоху петровских реформ. Создание Приказа рудокопных дел (1700 г.) Бергколлегии (1718 г.), открытие Академии наук (1725).

Созидательная работа ветра

Корразия. Постоянно бомбардируя какую-либо стенку или выступ породы миллионами гонимых ветром мелких песчинок, ветер обтачивает и разрушает их. В результате такой бомбардировки стекло, поставленное перпендикулярно к ветровому потоку, несущему песчинки, через несколько дней становится матовым, так как его поверхность оказывается шероховатой от появления тысяч мельчайших ямок. Также и скалы, когда о них ударяется лавина песчинок, начинают истачиваться, истираться.

Корразия может быть точечная, царапающая (бороздящая) и сверлящая. В результате корразии в породах возникают ниши, борозды, царапины. Максимальное насыщение ветрового потока песком наблюдается в нескольких сантиметрах от земли, поэтому именно на небольшой высоте в породах, однородных по составу, выбиваются ветром наиболее крупные ниши.

В слоистых породах истираются и выдуваются в первую очередь более мягкие прослои, в которых образуются ниши; крепкие прослои создают карнизы со слегка закругленными и отполированными краями. Такие формы можно наблюдать в юрских слоистых известняках Чатыр-Дага и в конгломератах горы Демерджи в Крыму, в меловых слоистых песчаниках и глинистых сланцах в Копет-Даге и во многих других местах.

Корразия способствует расширению трещин. Первоначально узкие, еле заметные трещины, расширяясь, часто могут обособлять какой-либо участок породы, сначала придавая им вид призм, а затем округлых столбов. Несомненно, что корразия имела большое значение при окончательном оформлении широко известных уральских камней «братьев» или красноярских столбов.

Сверлящая корразия способствует образованию своеобразных сотовых, или ячеистых форм. Источенные ветром скалы действительно сильно напоминают увеличенные в размерах пчелиные соты, так как вся скала состоит из мелких ниш, часто расширяющихся в глубину.

Как происходит образование подобных форм? Очень часто порода разрыхляется выветриванием более сильно не на самой поверхности, а под нетолстой «защитной» корочкой. Песчаные частицы, ударяясь в такую корочку, где-то, наконец, ее пробивают, из углубления ветер начинает выдувать более мягкий слой, образуя ячейку соты.

Очень интересные формы, известные под названием каменных сундуков, были обнаружены на п-ове Мангышлак. На поверхности скалы, имеющей благодаря трещинам форму куба, образуется твердая корка так называемого пустынного загара, который появляется вследствие испарения влаги, имеющейся в породе и выносящей с собой на поверхность соединения железа, магния, алюминия и кремния. При испарении воды эти соединения вблизи поверхности куба цементируют породу и делают ее очень твердой, а под коркой порода остается слабой, и ветер, .проникнув по трещинам внутрь куба, легко ее выдувает, В результате получается пустотелый куб, напоминающий каменный сундук.

По своему происхождению эти формы близки описанным ранее ячеистым, или сотовым, формам.

В пластах со скрытоконцентрической текстурой (эффузивные породы, иногда песчаники) ветер способствует созданию шарообразных форм. В массивных трещиноватых породах, удаляя продукты разрушения из трещин и расширяя их, ветер создает формы с крутыми стенками, отвесные обрывы. Примером могут служить торткули (четырехугольные плато, ограниченные обрывами) и чинки (обрывы) наших среднеазиатских пустынь (Устюрт).

Очень разнообразные формы с нишами и карнизами, а также грибообразные формы образуются при эоловой обработке слоистых пород.

Наиболее причудливые формы микрорельефа возникают в неоднородных по составу породах, например в конгломератах, в мягких песчаниках или мергелях, содержащих твердые кремнистые конкреции, или в вулканических туфах, содержащих вулканические бомбы. В этих случаях образуются столбы, обелиски, пирамиды, формы, напоминающие скульптуры животных и птиц, формы с различными барельефами и т. п. В создании этих форм принимает участие ряд геологических факторов (физическое выветривание и др.), но роль ветра здесь главенствует.

Эоловый перенос. Работа ветра особенно заметна при переносе мелкого обломочного материала. Ветер способен переносить обломочный материал — песчинки, пылеватые частицы и даже мелкие камешки путем волочения их по земле или во взвешенном состоянии. На высоте 10 см от поверхности земли ветер при скорости — 4—7 м/сек переносит частицы диаметром до 0, 25 мм, при скорости 7—8, 5 м/сек — до 0, 5 мм, 10—11 м/сек — до 1 мм и, наконец, при скорости 11 —13 м/сек могут быть перенесены частицы с диаметром до 1, 5 мм.

Ветер переносит обломочный материал на огромные расстояния. Пыль и песок, подхваченные в пустынях Афганистана, переносятся в район Каракумов, пыль пустыни Сахары переносится сильным пассатным ветром в Атлантический океан на расстояние 2000—2500 км. Чернозем, подхваченный ветром 1 мая 1892 г. на Украине, был занесен очень далеко. 2 мая он частично выпал в районе г. Ковно, 3 мая — в Германии, а 4 мая над Петербургом прошел черный грязевой дождь.

Особенно далеко может переноситься пыль, поднявшаяся на большую высоту. Так, например, пепел, выброшенный из вулкана Кракатау в 1883 г., облетел вокруг земного шара и держался в воздухе около трех лет, вызвав при этом в ряде мест розовые зори, красные «кровавые» дожди и т. п.

Во время полета песчинки часто сталкиваются друг с другом, в связи с чем при очень сильном ветре слышно гудение и звон движущейся массы песка.

Количество переносимого ветром песка и пыли иногда бывает очень велико. Б. А. Федорович наблюдал в Закаспии облако, насыщенное пылью, шириной 25 км. Эта пыль проносилась с востока на запад на высоте 3200 м и осела где-то в Каспийском море. В 1859 г. в Зальцбурге выпала пыль, принесенная из Африки в количестве 100 тыс. ц. В 1863 на Канарских островах выпала пыль, занесенная из Сахары, вес которой был определен в 10 млн. т.

Эрозия временных водотоков.

Исходная форма временно действующих водотоков - эрозионная борозда, возникающая на делювиальных склонах при переходе плоскостного смыва в линейный. Глубина борозд от 3 до 30 см, ширина равна или немного превосходит глубину. Поперечный профиль эрозионных борозд имеет V-образную или ящикообразную форму. Стенки борозд крутые, часто отвесные. После прекращения стока склоны быстро выполаживаются, ширина борозд увеличивается. Обычно борозды, располагаясь в нескольких метрах, друг от друга, образуют разветвленные системы. Глубина и морфологическая выраженность борозд вниз по склону постепенно увеличивается по мере увеличения количества стекающей воды.

На распаханных склонах и склонах с разреженным растительным покровом борозды с течением времени превращаются в эрозионные рытвины (промоины), глубина которых может достигать 1, 0 - 2, 0 м, ширина - 2, 0 - 2, 5 м. Склоны рытвин также характеризуются большой крутизной, местами они отвесные, поперечный профиль их чаще всего V-образный. Однако не каждая эрозионная борозда превращается в промоину. Для образования последней нужен более мощный водоток, а следовательно, и большая площадь водосбора. Поэтому рытвины встречаются на склонах значительно реже эрозионных борозд и обычно отстоят друг от друга на десятки метров. Эрозионные борозды и рытвины в легко поддающихся размыву породах (песок, суглинок, лесс и др.) могут образоваться в течение одного ливня или за несколько дней весеннего снеготаяния. В дальнейшем рытвины служат коллектором для дождевых и талых вод. При достаточном водосборе часть рытвин, углубляясь и расширяясь, в процессе вреза, постепенно превращается в овраги. Глубина оврагов 10 - 20 м, но может достигать 80 м, ширина (от бровки до бровки) 50 и более метров. Склоны оврагов крутые, часто отвесные. Поперечный профиль оврагов V-образный. Иногда овраги характеризуются плоским дном, ширина которого не превышает нескольких метров. Овраг отличается от рытвины не только своими размерами, но и тем, что он имеет свой собственный продольный профиль, отличный от профиля склона, который он прорезает. Продольный профиль рытвины, как правило, повторяет продольный профиль склона, хотя и в несколько сглаженном виде. Овраг - активная эрозионная форма. Наиболее подвижной является его вершина, которая в результате регрессивной (пятящейся) эрозии может выйти за пределы склона, на котором возник овраг, и продвинутся далеко в пределы междуречий. Поэтому овраги характеризуются значительной длиной, исчисляемой сотнями метров и даже километрами. С ростом оврага в длину и выработкой продольного профиля эрозионная сила стекающей воды уменьшается. Склоны оврага выполаживаются, на них появляется растительность. Расширяется дно оврага, как за счет продолжающейся боковой эрозии, так и за счет отступания склонов в результате склоновых процессов. Овраг превращается в балку. Переход оврага в балку совершается не сразу на всем его протяжении. Процесс этот начинается с нижней, наиболее древней части оврага и постепенно распространяется вверх.

Однако в описанном генетическом ряду: эрозионная борозда - рытвина - овраг - балка - речная долина - вовсе не обязателен переход одних форм в другие или возникновение одних форм из других. Выше уже говорилось, что не каждая эрозионная борозда превращается в рытвину и не каждая рытвина - в овраг. Овраг еще в период энергичной глубинной эрозии может врезаться до уровня грунтовых вод и, минуя балочную стадию, превратиться в долину ручья с постоянным водотоком. Точно так же не каждая балка может превратиться в речную долину, и не каждая балка в своем развитии проходила овражную стадию.

Аккумуляция рек.

Речная аккумуляция. При движении потока воды она ударяется в берега и дно русла, отрывая от них частицы грунта, тем самым разрушая горные породы. Струйное перемешивание обеспечивает перенос их на значительные расстояния. При замедлении скорости течения частицы грунта осаждаются и накапливаются, то есть аккумулируются. В низовьях рек, где происходит интенсивная аккумуляция, русла рек могут оказаться гораздо выше окружающей местности.

Развитие речных систем.

Для появления речной системы нужны дожди и земля, на которую они выпадают и по которой стекают. Все начинается с момента попадания дождя на вновь образованную или измененную поверхность земли. Это происходит, например, в результате образования нового вулкана после серии сильных извержений или если медленно " выдавливается" горный хребет при столкновении двух плит твердой оболочки Земли. Как только любая порода соприкасается с воздухом, начинается ее естественная эрозия. Главной причиной эрозии в районах влажного климата является дождевая вода, образующая иногда потоки, стекающие по земле при любом уклоне ее поверхности.

Реки, направление течения которых обусловлено первичным уклоном поверхности, называются консеквентными. Притоки основной реки называются латерально-консеквентными или, если они впадают в реку под острым углом (как в случае разветвленной гидрографической сети) - инсеквентными. Однако ситуация часто осложняется тем, что вновь образованная земная поверхность может состоять из пород различной твердости. В результате консеквентная река ведет себя по-разному в зависимости от того, протекает ли она по более рыхлым или более твердым породам. Породы первого типа (например, глинистые) она вымывает и образует широкие долины, и лишь узкие долины ей удается прорезать в твердых породах, которые, в конечном итоге, остаются в виде горных хребтов и холмов. Такие узкие долины часто называют ущельями.

Подобные ландшафты типичны для Южной Англии с ее грядами холмов из устойчивых пород известняка и мела. Между холмами лежат широкие долы с глинистой почвой, по которым текут притоки консеквентных рек. Геоморфологи называют такие притоки субсеквентными водотоками. Консеквентные реки, прорезающие в холмах ущелья и текущие в направлении основного уклона местности, вместе с субсеквентными водотоками, текущими по глинистым долам перпендикулярно основному уклону, часто образуют прямоугольную гидрографическую сеть.

В субсеквентные водотоки часто впадают другие относительно длинные притоки, стекающие по более пологим склонам, образованным гребнями твердой породы, и называемые вторичными консеквентными водотоками (текущими параллельно падению пластов). Притоки короче текут в противоположном направлении по крутому обрывистому склону и также вливаются в субсеквентные водотоки. Их называют обсеквентными или анаклинальными водотоками.

Строение речной долины.

В развитии речной долины намечается определенная направленность и последовательность - переход от одной стадии к другой и цикличность. Выше были рассмотрены две стадии развития речной долины. Первая стадия, для которой характерно преобладание глубинной эрозии и каньонообразный, или V - образный, поперечный профиль долины, называется стадией морфологической молодости. Вторая стадия называется морфологической зрелостью. Ей соответствует выработанный продольный профиль реки, приближающийся к кривой равновесия, и широкий плоскодонный U - образный поперечный профиль долины с хорошо развитой поймой. При несущественных изменениях климата и тектонических движений земной коры совместное действие смежных рек (с системой протоков) и склонового смыва приводит к понижению и выравниванию рельефа. Так возникает выровненная поверхность суши, названная американским ученым В. М. Дэвисом - пенеплен, то есть почти равнина: волнистая или холмистая, иногда с отдельными возвышенностями - останцами, сложенными очень твердыми породами.

Известно, что эпохи слабого проявления тектонических движений, когда происходит выравнивание рельефа, сменяются эпохами относительно быстрых поднятий и опусканий земной коры. На месте плоскодонных долин появляются молодые эрозионные врезы V - образного типа. Происходит как бы ╚ омоложение╩ речной долины. Река вновь начинает вырабатывать продольный профиль применительно к новым соотношениям с базисом эрозии. В результате в реке формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Прежняя пойма останется у коренного склона долины в виде площадки, сочленяющейся с новой поймой уступом и не заливаемой талыми водами. Последующее оживление тектонических движений вновь вызовет врезание потока в коренные породы и формирование плоской долины на еще более низком уровне.

Таким образом, в речных долинах образуется лестница террас, возвышающихся друг над другом. Они называются надпойменными террасами. Самая высокая терраса является наиболее древней, а низкая - самой молодой. Нумеруются террасы снизу, от более молодой. У каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ или склон, бровку террасы, тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей террасой или с коренным склоном

В основании аллювиальных отложений каждой террасы всегда располагается цоколь, сложенный коренными горными породами. В зависимости от высотного положения цоколя и мощности аллювия выделяются три типа террас.

Эрозионные террасы (размыва), в которых почти вся террасовидная площадка и уступ слагаются коренными породами, и лишь местами на поверхности сохраняется аллювий. Они образуются в молодых горных сооружениях в результате интенсивных тектонических движений.

Аккумулятивные террасы, в которых площадка и уступ полностью сложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород всегда ниже уровня реки и никогда не обнажается. Они образуются в пределах низменных платформенных равнин, в межгорных и предгорных впадинах.

Цокольные или смешанные, эрозионно-аккумулятивные террасы характеризуются тем, что в нижней части уступа выходит на поверхность цоколь, а верхняя часть уступа и площадка сложены аллювием. Они образуются в переходных зонах от поднятий к погружениям, реже к равнинам.

Карст.

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении) — совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами — гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью.

Развитие карста.

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:

а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам;

б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность;

в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод;

г) минерализация воды на входе в грунт должна быть меньше растворимости породы.

Виды карста.

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Псевдокарст.

Существуют также формы, внешне очень похожие на карст — псевдокарстовые формы. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст, связанный с таянием погребённого льда или протаиванием мёрзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.

Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильнокарбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости

Цель, задачи, объект и предметы изучения геологии. Структура геологии

12 3 4 5 6 Следующая ⇒