ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 1780
Скачиваний: 8
1. Геология как наука о Земле. Геологический подход к изучению природных процессов. Объекты геологических исследований. Методы геологии.
Геология – обширный раздел естествознания, объединяющий множество связанных между собой научных дисциплин. Название ее образовано от слияния двух древнегреческих слов: « Гея – Земля + логос – учение», т.е. буквально обозначает «знание о Земле». Впервые слово «геология» как науку о закономерностях и правилах земного бытия употребил епископ Р.Де Бьюри в качестве противопоставления слову «теология» - науке о духовной жизни. В современном понимании термин «геология» впервые использовал норвежский учёный Миккель Педерсон Эсхолт своей книге. Все глубинные оболочки, особенно земная кора, являются целиком предметом самой геологии. Сфера геологического знания шире, так как в геологических науках изучается не только поверхность Земли, но и вся она в целом.
Геологический подход к изучению природных процессов, протекающих на поверхности земной коры, заключается в том, что геолог рассматривает эти процессы не сами по себе (как это практикуется в географическом подходе), а в контексте более широкого круга процессов и явлений в планетарном масштабе. Такой подход закладывает основу для всеобъемлющего, целостного синтеза всех наших знаний о природе и месте, занимаемом в ней человеком. Именно геологический подход к изучению природы привёл науку к пониманию того, что природа едина, а человечество является ее неотъемлемой частью. Развитие этого направления научной мысли привело к становлению новой области научного знания – экологии и геоэкологии.
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, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяют геофизические и геохимические методы.
Объектами геологических исследований являются:
- природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры: горные породы, и их совокупности (стратиграфические подразделения, формации, тала полезных ископаемых и др.), минералы, руды и другие полезные ископаемые (в частности их строение и состав), вымершие организмы;
- расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;
- различные геологические процессы, как внешние (экзогенные), так и внутренние (эндогенные), в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;
- причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли и жизни на ней в целом.
Основные методологические затруднения при становлении геологической науки вызвал вопрос о научном познании геологического прошлого. При анализе историко-геологических данных принимается во внимание принцип последовательности напластования слоистых осадочных толщ, которые рассматриваются как страницы «каменной летописи» Земли; учитывается необратимая эволюция органического мира, запечатлевшаяся в окаменевших остатках растительных и животных организмов, которые сохранились в слоях осадочных горных пород (палеонтологический метод). Методы определения относительного возраста горных пород основанный на изучении включенных в них остатков ископаемых организмов позволил разработать общую для планеты геохронологическую шкалу, разделить массы горных пород на последовательно сменяющиеся группы, системы, отделы и ярусы, отвечающие по времени образования эрам, периодам, эпохам и векам (геохронологический и стратиграфический методы). Методы определения абсолютного или радиометрического возраста возраст геологических тел, основанные на законе постоянства скоростей радиоактивного распада; имеют особенное значение для пород, лишенных органических остатков, особенно докембрийского возраста.
В геологии особенно широко используется метод актуализма, согласно которому в сходных условиях геологические процессы идут одинаково; поэтому, наблюдая современные процессы, можно с определенной долей вероятности судить о том, как шли аналогичные процессы в далеком прошлом. Современные геологические процессы можно наблюдать в природе (например, деятельность ветра, рек и др.) или создавать искусственно (подвергая, например, образцы горных пород действию высокой температуры и давлению и др.). Таким путем часто удается установить физико-географические и физико-химические условия, в которых отлагались древние слои, а для метаморфических горных пород и примерную глубину, на которой произошло изменение первоначальной породы (метаморфизм). Вследствие того, что географическая и геологическая обстановка в жизни Земли необратимо изменялась, то чем древнее изучаемые толщи, тем ограниченнее применение метода актуализма.
Геологические методы исследований основаны главным образом на прямых полевых наблюдениях. Исследование определенной территории начинается с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах, канавах и др.). Горные породы изучаются как в их природном залегании, так и путем отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.
Обязательным элементом полевых работ является геологическая съемка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведенных разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений. Для уточнения данных геологической съёмки прибегают к бурению скважин, которые позволяют извлечь на поверхность горные породы, залегающие на достаточной глубине.
Методы непосредственного изучения недр не дают возможности познать строение Земли глубже, чем на несколько километров от ее поверхности (Кольская сверхглубокая скважина пробурена на глубину 12 262 м). Поэтому для изучения земной коры, а тем более нижележащих геосфер, геология не обходится без помощи косвенных методов, особенно геофизических и геохимических. Очень часто применяется комплекс геологических, геофизических, геохимических и дистанционных методов.
4. Минералы. Формы минералов и агрегатов. Свойства минералов.
Однородные по составу и строению природные химические соединения или однородные элементы, возникающие в результате разнообразных физико-химических процессов, называются минералами. В настоящее время известно около 3000 различных минералов и их разновидностей. Каждый из их характеризуется какими-либо особыми постоянными физическими и химическими свойствами или признаками. Основными отличительными признаками минерала являются:
а) природное происхождение;
б) однородность состава;
в) индивидуальность.
В природе минералы встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии. Основную массу составляют твердые минералы. Большинство твердых минералов встречается в природе в кристаллическом состоянии. Их элементарные частицы – атомы, ионы располагаются для данного минерала в определенном порядке – в постоянных для данного минерала точках (узлах) кристаллической решетки.
Формы нахождения минералов в природе разнообразны и зависят главным образом от условий образования (Приложение В).
Чаще всего минералы встречаются в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами, реже – отдельных кристаллов или их сростков.
Наиболее характерными минеральными агрегатами являются зернистые и землистые агрегаты, натечные формы, оолиты, конкреции, секреции, друзы и дендриты.
Зернистые агрегаты представляют собой скопления неправильно сросшихся зерен одного или нескольких минералов.
. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и изменяется от крупных до землистых.
По форме зерен минеральные агрегаты делятся на:
а) зернистые (кварц, кальцит, галенит), имеющие изометричную форму зерен;
б) волокнистые (асбест), столбчатые (селенит), шестоватые (роговая обманка), имеющие вытянутую форму;
в) чешуйчатые (графит, тальк), пластинчатые (гипс, слюда), имеющие плоскую форму.
По величине зерен различаются минеральные агрегаты:
а) крупнозернистые – размеры зерен более 5 мм,
б) среднезернистые – размеры зерен 2 – 5 мм,
в) мелкозернистые – размеры зерен 0,5 – 2 мм;
г) скрытокристаллические, образующие плотные либо землисто-рыхлые массы.
Землистые агрегаты характерны для порошковатых рыхлых минералов и для осадочных горных пород (глин, бокситов и др.). Такие агрегаты обычно пачкают руки, легко распадаются на мелкие комочки, состоящие из мельчайших зернышек.
Оптические свойства минералов
Цвет. Окраска минералов обусловлена особенностями химического состава, структурой минералов, наличием в них механических примесей. Цвет черты – это цвет тонкого слоя порошка минерала, остающегося на поверхности неглазурованной фарфоровой пластинке, если по ней провести минералом. Цвет черты является более надежным признаком по сравнению с окраской минерала. Чаще цвет черты отличается от цвета минерала.
Блеск. При отражении световых лучей от поверхности минерала последние приобретают характерный для них блеск, который определяется показателем преломления минерала и коэффициентом поглощениях им света. По характеру блеска минералы делятся на две группы. 1. Минералы с металлическим блеском, напоминающим блеск полированной поверхности металла. Такой блеск характерен для непрозрачных минералов с высокой отражательной способностью. 2. Минералы с неметаллическим блеском.
Прозрачность. Прозрачностью называется способность минералов пропускать через себя световые лучи.
Механические свойства минералов. Спайность – свойство минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных блестящих плоскостей.
Излом. Изломом называются неровные поверхности раскола минерала.
Твердость. Под твердостью минерала подразумевается степень его сопротивляемости внешним механическим воздействиям. Твердость определяется царапанием по свежей, невыветрелой поверхности испытуемого минерала другим минералом или предметом, твердость которых известна. Эталонами твердости приняты десять минералов, входящих в шкалу Мооса: 1 – тальк, 2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц , 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз.
Плотность. По плотности минералы делятся на три группы:
легкие – плотность менее 2-2,5 г/см3, (гипс, сера, галит);
средние – плотность от 2,5 до 4,0 г/см3 (силикаты, карбонаты, кварц);
тяжелые – плотность более 4,0 г/см3 (барит, гематит, самородные металлы).
Магнитность. Магнитность минерала определяется путем притягивания магнитом или его способностью воздействовать на магнитную стрелку компаса.
Кроме физических свойств минералов, для их определения в полевых условиях используются и некоторые химические свойства, к которым можно отнести: растворимость в воде (галит, сильвин), вскипание под действием разбавленной соляной кислоты (кальцит, доломит в тонком порошке) и др.
5. Генезис и парагенезис минералов. Геологические процессы образования минералов. Типы минералообразования: магматический, пегматитовый, пневматолитовый, гидротермальный, гипергенный, метаморфический. Реакционный ряд Боуэна.
Под генезисом минералов понимается образование минералов различными способами и в разных условиях в результате каких-либо геологических процессов.
Геологические процессы образования минералов. В условиях земной коры образование минералов может происходить несколькими способами, различающимися характером среды минералообразования:
Путем кристаллизации природных силикатных расплавов, магм, при понижении их температуры ниже точки плавления.
Путем отложения минерального вещества из водных растворов.
Вследствие различных превращений, протекающих в твердом состоянии и имеющих диффузионный характер. Происходит глубокое преобразование ранее сформировавшихся минералов и пород вследствие изменения физико-химических условий (температуры, давления, концентрации химически активных компонентов).
Парагенезис минералов в агрегате – это явление закономерного сонахождения минералов, обусловленное их совместным образованием на одной стадии минералообразующего процесса в одинаковых физико-химических условиях. ( Вернадский)
По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные – возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные – образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов. Последовательность формирования минералов от эндогенных до экзогенных можно представить следующим образом.
1. Магматический тип минералообразования имеет место в пределах магматического очага, возникающего в глуби земной коры. По мере остывания и гравитационного разделения магмы, из нее последовательно кристаллизуются вначале тугоплавкие, а затем все более легкоплавкие минералы. Соответственно, первыми возникают тяжелые зелено-черные минералы: оливин, авгит, лабрадор; затем более легкие: роговая обманка, слюды, ортоклазы, а в завершение – самый легкий низкотемпературный кварц. Такая последовательность получила название реакционного ряда Боуэна (по имени канадского ученого).
2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700° С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.
3. Пневматолитовый тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др.
4. Гидротермальный тип начинается при охлаждении газов и растворов до 375° С, что обуславливает образование как самородных минералов, так и хлоридных, сульфатных и других соединений: серы, галита, сильвина и др.
5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются и переходят в устойчивые соединения. Основополагающее значение принадлежит процессам выветривания, осаждения веществ из водных растворов, деятельности подземных вод.