ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМНОЙ КОРЫ

Внешние оболочки Земли.

Внешние оболочки Земли – это атмосфера, гидросфера, биосфера, литосфера, пиросфера.

Газовая оболочка Земли – атмосфера, внизу она граничит с гидросферой или литосферой, а вверх простирается на 1000 км. В ней выделяются три слоя: тропосфера, которая является двигающейся; после нее находится стратосфера; за ней – ионофера (верхний слой).

Размер гидросферы – водной оболочки Земли, составляет 71% от всей поверхности планеты. Средняя соленость воды – 35 г/л. Океаническая поверхность имеет плотность примерно 1 и температуру 3-32° С. Солнечные лучи способны проникать не глубже двухсот метров, а ультрафиолетовые – на 800 м.

Сфера обитания живых организмов – биосфера, она сливается с гидросферой, атмосферой и литосферой. Верхний край биосферы поднимается до верхних шаров тропосферы, а нижний достигает дна впадин в океанах. В ней выделяют сферу животных (более миллиона видов) и сферу растений (более 500 тыс. видов).

Толщина литосферы – каменной оболочки Земли, может изменяться от 35 до 100 км. В нее входят все материки, острова и океаническое дно. Ниже под ней находится пиросфера, которая является огненной оболочкой нашей планеты. В ней наблюдается повышение температуры приблизительно на 1° С через каждые 33 метра вглубь. Вероятно, на большой глубине под влиянием огромного давления и очень высоких температур породы расплавлены и находятся в состоянии, близком к жидкому.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМНОЙ КОРЫ

Земля обладает различными физическими свойствами. Важнейшими из них являются – гравитационное поле, плотность, давление, магнитное поле, тепловое поле и упругость.

Гравитационное поле. Все предметы, обладающие массой, на поверхности и вблизи Земли испытывают силу ее притяжения. Пространство, в пределах которого проявляются силы земного притяжения, называется " гравитационным (лат. " гравитас" - тяжесть) полем", или " полем силы тяжести". Сила тяжести тесно связана с формой Земли. Каждой точке на ее поверхности свойственна определенная величина силы тяжести. Она является равнодействующей двух сил - силы притяжения всей Земли и центробежной силы, образующейся за счет вращения земного шара. Если эти силы отнести к единице массы, получим ускорение силы тяжести.

Плотность. Подсчитано, что масса Земли составляет 5, 98·10²⁷ г, а объём - 1, 083·10²⁷ см³. Плотность - это масса единичного объёма. Следовательно, средняя плотность вещества Земли равна 5, 52 г/см³.

Давление. Большая плотность вещества земных недр обусловлена тем, что с глубиной земное вещество испытывает воздействие давления вышележащих толщ горных пород. Согласно расчетам, на глубине 40 км давление равно 1·10³ мПа, на глубине 400 км -14·10³ мПа, на глубине 2900 км - 137·10³ мПа. А в центре Земли оно, возможно, превышает 361·10³ мПа.

Магнитное поле. Земной шар окружён магнитным полем. С помощью геофизических ракет и искусственных спутников установлено, что оно простирается над Землей на 20-25 радиусов Земли. Земное магнитное поле образует в верхних слоях атмосферы пояс радиации. Он задерживает выбрасываемые Солнцем мощные потоки заряженных космических частиц (протонов, альфа-частиц и др.), не пропуская их к поверхности Земли.

Тепловое поле. Земля, с одной стороны, получает огромное количество тепловой энергии от Солнца. С другой стороны, из недр к поверхности Земли непрерывно восходит тепловой поток. Вулканические извержения, высокие температуры в глубоких шахтах и буровых скважинах указывают на то, что температура земных недр с глубиной возрастает. Косвенным путем установлено, что первичные очаги вулканов располагаются на глубинах около 100 км. Здесь земное вещество находится в расплавленном состоянии. Температура его плавления около 1200°

Упругость - это свойство вещества сопротивляться растяжению и сжатию. Чем плотнее вещество, тем сильнее оно сопротивляется изменению объёма и формы под воздействием внешнего давления.

МАГМАТИЗМ И ВУЛКАНИЗМ

В верхней части мантии есть слой астеносферы. Её вещество находится в вязком состоянии и имеет высокую температуру. Именно здесь образуется магма — расплавленное вещество мантии, насыщенное газами. Под давлением магма может подниматься вверх по трещинам в земной коре.

Магматизм — это процесс образования и движения магмы от слоя астеносферы до поверхности Земли.

Различают внутренний и внешний магматизм.

Внутренний — если магма не достигает земной коры. Когда это происходит около поверхности, образуются невысокие горы. Например, гора Аюдаг в Крыму.

Излившаяся на поверхность магма называется лавой. Её застывшие потоки образуют конусы вулканов. Канал, по которому поднимается магма, называется жерлом вулкана. Жерло заканчивается кратером (рис. 30). Это — проявление внешнего магнетизма, или вулканизм.

В наше время на планете происходят те же процессы, что и в Карпатах в далёком прошлом. Из 2000 кратеров вырываются газы и пепел, гремят взрывы, изливается лава. Такие вулканы называются действующими. Например, самый высокий действующий вулкан Евразии — Ключевская сопка на Камчатке. Вулканы, как и землетрясения, возникают на границах литосферных плит вследствие движения земной коры. Большинство действующих вулканов расположено вдоль Тихого океана. Эти районы получили название Тихоокеанского сейсмического пояса. Действующие вулканы образуют также Средиземноморский и Атлантический сейсмические пояса.

· Магматизм — процесс образования магмы и её перемещения.

· Вулканизм — катастрофическое явление природы, при котором магма выливается на поверхность.

· Внутренние силы Земли проявляются в мгновенных катастрофических разрушениях. Они связаны с разрывными движениями в литосфере.

· Различают два вида магнетизма: внутренний (магма застывает в земной коре) и внешний, или вулканизм.

7. Метаморфизм – эндогенный геологический процесс включающий в себя формирования магматического очага его эволюцию, затухание и образование магматических горных пород (гранит, базальт, пемза.)

Дайте понятие горная порода. Приведите классификацию горных пород.

Горные породы - это веществ, слагающее земную кору. Они состоят из минералов, однородных или неоднородных, которые соединяются твердо или рыхло.

По происхождению горные породы делят на:

· магматические породы - порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы

· осадочные породы - породы, сформировавшиеся на поверхности или поверхности или в приповерхностных части земной коры за счет продуктов экзогенных процессов (деятельность ветра, недействие ветра, поверхностные и подземные воды, ледники, моря)

· метаморфические породы - породы, основные особенности которой (минеральный состав, структура и текстура) преобразуются за счет процесса метаморфизма (изменение давления, температуры и т.д.)

Элементы складки

В складке выделяются следующие элементы – замок или свод, крылья, осевая поверхность, осевая линия или ось складки, шарнир складки, гребень и киль, гребневая и килевая поверхность, линия перегиба или медианная линия, поверхность перегиба, ядро, замыкани

27. Месторождение полезного ископаемого – скопление минерального вещества на поверхности или в недрах Земли в результате тех или иных геологических процессов, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования.

28. Эндогенными (глубинными, магматогенными, гипогенными) называются месторождениями полезных ископаемых, которые по условиям образования связаны с геохимическими процессами глубинных частей земной коры и верхней мантии. Местом их локализации служат глубинные геологические структуры, определяющие условия накопления минерального вещества, морфологию и строение тел полезных ископаемых. Эти месторождения создаются под воздействием магматических процессов в земной коре и верхней мантии.

Среди эндогенных месторождений полезных ископаемых выделяются семь групп: 1) магматическая; 2) пегматитовая; 3) карбонатитовая; 4) скарновая; 5) альбит-грейзеновая; 6) гидротермальная; 7) колчеданная.

31. Расскажите о Баженовском месторождении хризотил-асбеста.Баженовское месторождение хризотил-асбестовое, в России, Свердловская обл. Разрабатывается с 1889. Разведанные запасы асбеста около 66 млн. т со средним содержанием асбеста в руде 2, 28%. Среднегодовое производство асбеста около 700 тыс. т (1991). Центр добычи — г. Асбест Баженовское месторождение хризотил-асбеста находится в 60 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Оно располагается среди одноименного массива ультраосновных пород, вытянутого в меридиональном направлении на 28 км, при ширине от 1 до 4 км; площадь массива на поверхности составляет около 75 км2. На западе ультраосновные породы граничат с габбро, а на востоке – с гранитами (К.К.Золоев, Б.А.Попов, 1985). Внутри ультраосновных пород установлены многочисленные ветвящиеся дайки гранитов и диоритов, а также различно ориентированные зоны разломов и дробления. Этими зонами ультраосновные породы разделены на ряд блоков. В центральных своих частях блоки сложены перидотитами, а по периферии, ближе к зонам разломов, в них развиты серпентин, хризотил-асбест, тальк-хлоритовые и тальк-карбонатные породы. Последние расположены в осевых частях разломов. Таким образом, промышленная хризотил-асбестовая минерализация в виде жил и сетки прожилков располагается по периферии блоков перидотитов. Ширина жил и прожилков асбеста изменяется от 2–3 мм до 20–50 мм. На площади Баженовского ультраосновного массива выделяется ряд асбест-содержащих залежей, насыщенных прожилками хризотил-асбеста до промышленных содержаний (примерно более 2% от объема горной породы). Залежи располагаются в средней части ультраосновного массива и вытянуты в меридиональном направлении. Длина залежей колеблется от 200 м до 4, 5 км, мощность – от 20 до 300 м. Всего на месторождении разведаны 24 асбестсодержащие, или «рудные» залежи. Сближенные залежи объединяются в промышленные участки. Здесь выделяются пять участков (с севера на юг): Окуневско-Рефтинский, Северный, Центральный, Южный и «Трудовой отдых». Общая протяженность зоны промышленной асбестоносности составляет около 10 км. Промышленная асбестоносность прослежена на глубину до 1000 м. На месторождении выделяются следующие типы промышленной асбестоносности, располагающиеся последовательно в направлении от блоков перидотитов к осевым частям зон разломов: 1 – простые отороченные (зонами серпентина) жилы, 2 – сложные отороченные жилы, 3 – крупносетчатый асбест, 4 – мелкосетчатый асбест, 5 – мелкопрожильный асбест. Более длинное волокно от 8 до 25–50 мм содержится в отороченных жилах и крупной сетке при содержании асбеста 1–8%, в мелкосетчатых и мелкопрожилковых рудах длина волокна лишь 2–10 мм, но содержание асбеста выше 5–10%. Среднее содержание асбеста в руде в целом по месторождению составляет 2, 47%. Асбестовая руда делится на семь сортов, различающихся длиной волокна хризотил-асбеста. К I сорту относится длинноволокнистый асбест со средней длиной волокон 16 мм, ко II сорту – 12 мм, к III – 9 мм, IV–V – от 2 до 8 мм, к VI и VII – короче 2 мм. Разведанные запасы хризотил-асбеста на Баженовском месторождении, по состоянию на 01.01.98 составляют 68, 5 млн т. Разведка Баженовского месторождения проведена скважинами колонкового бурения. Суммарная длина разведочных скважин, пробуренных здесь в период с 1922 по 1983 гг., составляет 1021965 м (К.К.Золоев, Б.А.Попов, 1985). По масштабам проявления асбестоносности и разведанным запасам Баженовское месторождение крупнейшее в мире. Добыча хризотил-асбеста осуществляется огромным карьером глубиной около 300 м при проектной производительности 37, 8 млн т руды или 1, 4 млн т хризотил-асбеста в год. В период с 1.01.63 по 1.01.76 на месторождении добыто 288, 6 млн т руды, содержащей 8, 3 млн т асбеста при содержании последнего 2, 87%. Всего с начала эксплуатации месторождения, с 1887 г., на месторождении извлечено около 20 млн т волокна хризотил-асбеста. Обогащение асбестовой руды, т.е. извлечение из нее хризотил-асбеста, осуществляется на местных обогатительных фабриках. Месторождения хризотил-асбеста на Урале изучали П.М.Татаринов, В.Ф.Дыбков, В.В.Аршинов, К.К.Золоев, Б.Я.Меренков, Н.Д.Соболев, Н.Д.Меркурьев, В.И.Крыжановский, В.И.Ефимов, В.И.Чемякин, В.М.Коптяев и др. Благодаря своим выдающимся качествам: прядильным свойствам, высокой прочности волокон на разрыв, эластичности, огнеупорности, щелочестойкости, высоким сорбционным, тепло-, звуко- и электроизоляционным свойствам, хризотил-асбест находит широкое применение в изготовлении огнестойких тканей, шифера, асбоцементных плит и труб, асботехнических изделий в авиационной, автомобильной, химической и электротехнической промышленности. Урал является крупнейшей асбестоносной провинцией мира. Он в состоянии обеспечить этим минеральным сырьем Уральский экономический район, СНГ, Россию и реализовать экспортные поставки в дальнее зарубежье.

32. Дайте классификацию металлическим полезным ископаемым.Расскажите о месторождении железа.

Классификация полезных ископаемых по А. Г. Бетехтину

I. Металлические полезные ископаемые:

1) черные и легирующие металлы — железо, марганец, хром, ванадий, кобальт, никель, молибден,, вольфрам;

2) цветные металлы — медь, цинк, свинец, олово, мышьяк, сурьма, висмут, ртуть;

3) легкие металлы — алюминий, магний;

4) благородные металлы — золото, серебро и платиновая группа (платина, иридий и др.);

5) радиоактивные элементы — радий, торий и уран;

6) редкие металлы и редкоземельные элементы — циркон, ниобий, тантал, галлий, германий и др.

II. Неметаллические полезные ископаемые:

1) строительные материалы — строительный и облицовочный камень, галечники, щебень, пески и др.;

2) горнохимическое сырье — соли, фосфаты, бораты, апатито-нефелиновые руды и др.

III. Горючие полезные ископаемые:

1) твердые горючие ископаемые — угли, горючие сланцы и др.;

2) жидкие и газообразные горючие ископаемые — нефть, природные газы.

Все типы месторождений принадлежат к трем основным генетическим сериям: эндогенной, экзогенной и метаморфической. Их описание приведено в специальных работах. Здесь же только отметим, что при решении разнообразных инженерно-геологических задач, связанных с освоением месторождений и обоснованием проектов шахт и карьеров, важно полно учитывать геологическое строение района их распространения и знать, к какому генетическому типу они принадлежат.Железо относится к группе самородных элементов. Самородное железо является минералом, имеющим земное и космогенное происхождение. Содержание никеля на 3 процента выше в земном железе, по сравнению с космогенным. Также содержатся примеси магния, кобальта и других микроэлементов. Самородное железо имеет светло-серый цвет с металлическим блеском, включения кристаллов редки. Это достаточно редкий минерал, обладающий твердость в 4-5 ед. и плотностью в 7000-7800 кг на метр кубический. Археологи доказали, что самородное железо использовалось древними людьми задолго до того, как появились навыки по выплавке металла железа из руды. Данный металл в своем первоначальном виде имеет серебристо-белый оттенок, поверхность стремительно покрывается ржавчиной при высокой влажности или в воде, богатой кислородом. Данная порода отличается хорошей пластичностью, плавится при температуре в 1530 градусов по Цельсию, из него без труда можно ковать изделия и производить прокатку. Металл обладает хорошей электро- и теплопроводностью, дополнительно его отличают от других пород магнитные свойства. При взаимодействии с кислородом поверхность металла покрывается образующейся пленкой, которая защищает его от коррозийного воздействия. А при содержании в воздухе влаги железо окисляется, и на его поверхности образуется ржавчина. В некоторых кислотах железо растворяется, и происходит выделение водорода. История появления железа Железо оказало огромное влияние на развитие человеческого общества и продолжает цениться сегодня. Его используют на многих производствах. Железо помогло первобытному человеку освоить новые способы охоты, привело к развитию сельского хозяйства благодаря новым орудиям. Железо в чистом виде в те времена было частью упавших метеоритов. По сегодняшний день ходят легенды о неземном происхождении данного материала. Металлургия берет свое начало в середине второго тысячелетия до н.э. В то время в Египте освоили получение металла из железной руды. Где добывают железо? В чистом виде железо содержится в небесных телах. Металл был обнаружен в лунном грунте. Сейчас железо добывают из руды горных пород, и Россия занимает лидирующее место по добыче этого металла. Богатые залежи железной руды расположены в европейской части, в Западной Сибири и на Урале. Области применения Железо необходимо при производстве стали, которая имеет широкий диапазон применения. Практически в каждом производстве используется данный материал. Широко применяется железо в быту, его можно встретить в виде кованных изделий и чугуна. Железо позволяет придавать изделию различную форму, поэтому его используют при ковке и создании беседок, ограждений и других изделий. Пользуются железом все хозяйки на кухне, ведь изделия из чугуна, это не что иное как сплав железа и углерода. Посуда из чугуна равномерно нагревается, долго сохраняет температуру и служит не один десяток лет. В состав практически всех столовых приборов входит железо, а из нержавеющей стали изготовляют посуду и различные кухонные принадлежности и такие необходимые предметы, как лопаты, вилы, топоры и другие полезные приспособления. Широко используется данный металл и в ювелирном деле.

33. Дайте характеристику месторождениям черных и легирующих металлов.Легирующие металлы-это необходимые компоненты сплавов, придающие им особые свойства (твёрдость, цвет, блеск и т.д.) В связи с этим нельзя обойти стороной такое понятие как проба. Это процентное содержание благородного металла в общей массе примесей и легирующих добавок. К чёрным металлам относят металлы, в основу которых входит железо, а именно: сталь, чугун, ферро сплавы и само железо. Ведущую роль в этой группе играет железо, составляющее основу чёрной металлургии: остальные используются также в основном (почти на 90%) для производства легированных сталей; исключением является титан, 85% которого идет на изготовление пигментного диоксида.Железо по масштабам добычи стоит на первом месте среди всех металлов. Его массовое содержание в природе, в том числе и в земной коре, исчисляется биллионами. При этом, по данным специалистов, человек на сегодняшний день разведал только сто миллиардов тонн.

Если говорить о мировых месторождениях черных металлов, в первую очередь железа, то следует заметить, что они есть на всех континентах, во всех частях света, кроме точек крайнего Севера. При этом распределение по странам примерно следующее (в порядке убывания):

· Россия (около сорока процентов всех мировых запасов);

· Бразилия;

· Австралия;

· Канада;

· США;

· Китай;

· Индия;

· Швеция.

В России черные металлы содержатся практически во всех масштабных федеральных округах.

1. Центральный федеральный округ (Курская магнитная аномалия) - свыше 59%.

2. Уральский федеральный округ - 14%.

3. Сибирский округ - 13%.

4. Дальневосточный - 8%.

5. Северо-Западный федеральный округ - 4%.

6. Приволжский - 0, 5%.

В каждом из перечисленных округов находится предприятие, на котором осуществляется металлургия черных металлов. Россия занимает явное лидирующее положение в мире по данному показателю, и, судя по запасам, так будет продолжаться еще очень продолжительное время.Легирующие металлы — это необходимые компоненты сплавов, придающие им особы свойства (твердость, цвет, блеск и т.д.). В связи с этим нельзя обойти стороной такое понятие ка проба. Проба — это процентное содержание благородного металла в общей массе примесей и легирующих добавок. Легирующими элементами (лигатурой) называются вещества, которые придают твердость и желаемый оттенок сплаву. Как правило, это медь, серебро, никель, цинк, палладий, индий, германий.

Категории запасов

По степени достоверности определения запасов они разделяются на четыре категории: А, В, С, и С₂.

1) категория А - детально разведанные запасы полезных ископаемых с точно определенными границами тел полезных ископаемых, их формами и строением, обеспечивающими полное выявление природных типов и промышленных сортов минерального сырья в недрах месторождения, а также геологических факторов, определяющих условие их добычи;

2) категория В - предварительно разведанные запасы полезных ископаемых с примерно определенными контурами тел без точного отображения пространственного положения природных типов минерального сырья;

3) категория С₁- запасы разведанных месторождений сложного геологического строения, а также слабо разведанные запасы полезных ископаемых на новых площадях или на площадях, непосредственно прилегающих к детально разведанным участкам месторождений; подсчитываются с учетом экстраполяции геологических данных детально разведанных участков месторождений;

4) категория С₂- перспективные запасы, выявленные за пределами разведанных частей месторождений на основании геологических и геофизических данных с учетом аналогии сходных и подробно разведанных тел полезных ископаемых.