Геологія з основами геоморфології - Курс лекций

Екологічна геологія 7.1 Екологічна геологія як наукаВперше дослідження по встановленню вмісту хімічних елементів у земній корі були проведені американським вченим Ф.У. Кларком. На честь нього терміном "кларк" у геохімії називають середній уміст хімічного елемента в земній корі, якій-небудь її частині, Землі в цілому, а також у планетах і інших космічних обєктах, що виражається у процентній формі. Закон всезагального розсіяння хімічних елементів (Кларка-Вернадського): усі елементи є скрізь - в кожному грамі гірської породи, в кожній краплині води, лише низька чутливість сучасних методів аналізу не дозволяє іноді визначити вміст того чи іншого елемента в будь-якому природному обєкті. В земній корі переважають легкі атоми, що займають перші клітинки періодичної таблиці хімічних елементів (до заліза - №26), ядра яких містять невелику кількість протонів і нейтронів. В загальному випадку міграція хімічних елементів виражається експоненціальною залежністю кількості елемента Х від часу t: , (1), де b1-вміст елемента X в системі до початку досліджуваного процесу в момент часу t1, b2 вміст елемента X у системі до моменту часу t2, РХ - інтенсивність міграції елемента в даній системі.Наприклад, магматичний мінерал алмаз (С), котрий утворюється в мантії при температурі більше 1200°С і тиску понад 45·105 МПА при поступовому зменшенні тиску перетворюється в мінерал графіт (С), а при доступі кисню згоряє з виділенням вуглекислого газу СО2, мінерал пірит (FES2) - сульфід заліза в зоні хімічного окислення переходить в лімоніт - гідроксид заліза (FEO(OH)·NH20); а водний сульфат кальцію - гіпс (CASO4·2Н2О) на глибині 150 м при збільшенні тиску, зневоднюючись, переходить в ангідрит (CASO4). Результати польової візуальної діагностики мінералів потім підтверджують в камеральних умовах більш точними методами (визначенням оптичних констант мінералів, пєзоелектричних і магнітних властивостей, радіоактивності й характеру люмінесценції, визначенням хімічного складу, вивченням поводження мінералу при нагріванні, залученням різноманітних рентгеноструктурних і рентгеноспектральних методів аналізу). По характеру розколювання і гладкості утвореної поверхні виділяють наступні види спайності: дуже досконала спайність - мінерал без особливих зусиль розщеплюється на тонкі пластини, площини спайності - дзеркальні, рівні (наприклад, у слюди); досконала спайність - мінерал легко розколюється з утворенням рівних блискучих площин; середня спайність - мінерал розколюється при ударі на осколки, обмежені як площинами спайності, так і неправильними площинами зламу; недосконала спайність - розколювання мінералу приводить до утворення уламків, велика частина яких обмежена нерівними поверхнями зламу; дуже недосконала спайність - при ударі мінерал розколюється по випадкових напрямках і дає нерівну поверхню зламу. Твердість по шкалі Мооса є відносною величиною, тобто кожен із мінералів, що наведені в шкалі є твердішим, ніж попередній мінерал, але менш твердим, ніж наступний за ним мінерал. Деякі мінерали мають специфічні властивості, що дозволяють швидко й надійно діагностувати мінерали в польових умовах.Як і мінерали, гірські породи характеризуються певними фізичними властивостями, які одночасно є діагностичними ознаками при визначенні тієї чи іншої породи. Відсутність будь-якого з цих мінералів змінює саму породу (безкварцевий граніт називають сієнітом тощо). Структурою називають будову мінерального агрегату породи, тобто ступінь кристалізації мінералів, форму та розміри мінеральних зерен у породі. Так, за ступенем кристалізації виділяють повнокристалічну структуру (усі мінерали, що входять у породу, повністю перетворилися на кристали - граніт, мармур), порфирову (на загальній нерозкристалізованій масі виділяються кристали одного або кількох мінералів - порфирит, андезит), прихованокристалічну (кристали розрізняються лише під мікроскопом - базальт) та інші (рис.1.3.1,1.3.2). Основними текстурами магматичних порід є щільна, котра зустрічається як в інтрузивних, так і в ефузивних породах та пориста, притаманна лише для ефузивних порід, Таким чином, за структурою та текстурою можна визначити умови утворення породаВ надрах планети і на її поверхні постійно відбуваються процеси, що повязані з утворенням, розпадом та метаморфізацією мінералів, гірських порід, утворенням та зміною структурних елементів земної кори, появою та руйнуванням різноманітних форм рельєфу. Рельєф, посідаючи контактне місце у географічній оболонці (на стику твердої оболонки із рідким і газовим середовищами), утворюється безперервною взаємодією й боротьбою двох основних сил природної динаміки Землі - ендогенних та екзогенних геологічних процесів. Джерелом енергії цих процесів є внутрішнє тепло Землі, що утворюється внаслідок радіоактивного розпаду, гравітаційних переміщень, хімічних перетворень і т.д. Батоліти найчастіше виходять на поверхню в центральних частинах антиклінальних піднять, зруйнованих екзогенними процесами й утворюють великі додатні форми рельєфу (розміром у довжин

Зміст

Вступ. Геологія та геоморфологія - одні з найважливіших галузей знань про природу землі

1. Речовинний склад земної кори

1.1 Основи мінералогії

1.2 Основи петрографії

2. Динамічна геологія та геоморфологія

2.1 Геологічні процеси та їх роль у рельєфоутворенні. Ендогенні процеси

2.2 Екзогенні процеси рельєфоутворення

3. Історична геологія

3.1 Початок історії Землі. Догеологічний період розвитку

3.2 Геологічний період розвитку. Докембрій (AR-PR)

3.3 Розвиток Землі в палеозойську еру

3.4 Мезозойський етап розвитку Землі

3.5 Формування природи Землі в кайнозойську еру

4. Інженерна геологія

4.1 Інженерна геологія як наука

4.2 Інженерно-геологічна класифікація гірських порід

4.3 Класифікація несприятливих для господарської діяльності геологічних процесів

5. Гідрогеологія

5.1 Основні поняття гідрогеології

5.2 Класифікація підземних вод

5.3 Режим підземних вод і фактори, що на нього впливають

6. Геологія та геоморфологія України

6.1 Тектонічна структура рельєфу України

Вступ. Геологія та геоморфологія - одні з найважливіших галузей знань про природу землі

Предмет геології та геоморфології. Геологія (грецьк. "гео" - земля, "логос" - вчення) - одна з найважливіших наук про Землю. Вона займається вивченням складу, будови, історії розвитку Землі й процесів, що протікають у її надрах і на поверхні. За геофізичними даними у будові Землі виділяється кілька оболонок: земна кора, мантія і ядро Землі. Предметом безпосереднього вивчення геології є земна кора і твердий шар верхньої мантії, що підстилає її - літосфера (грецьк. "літос" - камінь). Складність досліджуваного обєкта викликала значну диференціацію геологічних наук.

Одним із найважливіших напрямків у геології є вивчення речовинного складу літосфери: гірських порід, мінералів, хімічних елементів. Вивченням речовинного складу літосфери займається комплекс геологічних наук, що поєднуються часто у геохімічний цикл. До них відносяться: петрографія (грецьк. "петрос" - камінь, скеля, "графо" - пишу, описую) - наука, що вивчає магматичні й метаморфічні гірські породи, їхній склад, структуру, умови утворення, ступінь зміни під впливом різних факторів і закономірності розподілу в земній корі. Літологія (грецьк. "літос" - камінь) - наука, що вивчає осадові гірські породи. Мінералогія - наука, що вивчає мінерали - природні хімічні сполуки чи окремі хімічні елементи, що складають гірські породи. Кристалографія й кристалохімія - займаються вивченням кристалів і кристалічного стану мінералів. Геохімія - узагальнююча синтезуюча наука про речовинний склад літосфери, що спирається на досягнення зазначених вище наук і вивчає історію хімічних елементів, закони їхнього розподілу і міграції у надрах Землі і на її поверхні.

Наступним напрямком геологічної науки є динамічна геологія, що вивчає різноманітні геологічні процеси, форми рельєфу земної поверхні, взаємини різних по генезису гірських порід, характер їхнього залягання й деформації. Відомо, що в ході геологічного розвитку відбувалися багаторазові зміни складу, стану речовини, вигляду поверхні Землі й будови земної кори. Ці перетворення звязані з різними геологічними процесами і їхньою взаємодією. Серед них виділяються дві групи: ендогенні та екзогенні. Тому, до динамічної геології належить геотектоніка (грецьк. "тектос" - будівельник, структура, будівля) - наука, що вивчає структуру земної кори й літосфери і їхню еволюцію в часі і просторі. Важливими розділами динамічної геології є сейсмологія (грецьк. "сейсмос" - струс) - наука про землетруси й вулканологія, що займається сучасними вулканічними процесами.

З динамічною геологією дуже тісно повязана і геоморфологія (грецьк. "гео"- Земля, "морфо" - форма, "логос" - вчення) - наука про рельєф, його різноманітність, походження, історію розвитку.

Історія геологічного розвитку земної кори й Землі в цілому є предметом вивчення історичної геології, до складу якої входить стратиграфія (грецьк. "стратум" - шар), що займається вивченням послідовності формування товщ гірських порід і розчленовуванням їх на різні підрозділи, а також палеогеографія (гречок. "паляйос" - древній), що вивчає фізико-географічні умови на поверхні Землі в геологічному минулому, і палеотектоніка, що реконструює древні структурні елементи земної кори. Розчленовування товщ гірських порід і встановлення відносного геологічного віку шарів неможливі без вивчення викопних органічних залишків, яким займається палеонтологія.

Одна з найважливіших задач геології - прогнозування покладів мінеральної сировини, що складає природне підґрунтя економічної потужності держави. Цим займається наука про родовища корисних копалин, у сферу якої входять як рудні і нерудні копалини, так і паливні (каустобіліти) - нафта, газ, вугілля, горючі сланці. Не менш важливим корисним копалинам у наші дні є вода, особливо підземна, походженням, умовами залягання, складом і закономірностями руху якої займається наука гідрогеологія (грецьк. "гідро" - вода).

Важливе значення має інженерна геологія - наука, що досліджує земну кору як середовище життя і різноманітної діяльності людини. Виникнувши як прикладна галузь геології, що займається вивченням геологічних умов будівництва інженерних споруджень, ця наука в наші дні вирішує важливі проблеми, звязані з впливом людини на літосферу і навколишнє середовище. За останній час сформувалась як самостійна наука геокріологія (грецьк. "кріос - холод, лід), що вивчає геологічні процеси в областях розвитку "вічної мерзлоти.

З початку освоєння космічного простору виникла космічна геологія,чи геологія планет. Освоєння океанських і морських глибин привело до появи морської геології, значення якого швидко зростає у звязку з тим, що вже зараз майже третина нафти, що добувається у світі, приходиться на дно акваторій морів і океанів.

Але на сьогодні напевно найактуальнішим напрямком геологічної науки є екологічна геологія, що займаєься вивченням наслідків геологічної діяльності людини на природу Землі.

Методи геологічних досліджень. Вивчення речовинної сполуки літосфери, як і інших процесів, здійснюється різними методами. У першу чергу - це прямі геологічні методи - безпосереднє вивчення гірських порід у природних оголеннях на берегах рік, озер, морів, розрізів шахт, рудників, кернів свердловин. Усе це обмежено відносно невеликими глибинами. Найбільш глибока у світі Кольська свердловина досягла усього лише 12,5 км. Але більш глибокі обрії земної кори і прилеглої частини верхньої мантії все одно доступні для безпосереднього вивчення. Цьому сприяють виверження вулканів, трубки вибуху (кімберліти), глибина виникнення яких відповідає 150-200 км.

Крім зазначених прямих методів у вивченні літосфери широко застосовуються й непрямі методи: оптичні методи, фізичні й хімічні дослідження - рентгеноструктурні, спектрографічні й т.д. При цьому широко використовуються математичні методи на основі ЕОМ для оцінки ймовірності хімічних і спектральних аналізів, побудови раціональних класифікацій гірських порід та мінералів і ін. В останні десятиліття застосовуються, у тому числі і за допомогою ЕОМ, експериментальні методи, що дозволяють моделювати геологічні процеси; штучно одержувати різні мінерали, гірські породи; відтворювати величезні тиски й температури і безпосередньо спостерігати за поводженням речовини в цих умовах; прогнозувати рух літосферних плит і навіть, у якийсь мірі, уявити вигляд поверхні нашої планети в майбутні мільйони років.

При регіональних дослідженнях широко використовуються дистанційні методи, коли спостереження здійснюються з вертольотів, літаків і зі штучних супутників Землі.

Коротка історія розвитку геології. На протязі всієї історії свого розвитку людство мало справу з оточуючим його середовищем, в т.ч. і з геологічними обєктами. Наприклад, відома одна із перших спроб класифікації органічного світу, що приписується Аристотелю, передбачає поділ усього природного різномаїття на 3 класи: рослини, тварини та камені. Хоча ще задовго до Аристотеля людство вже використовувало викопну мідь, залізну руду, срібло, золото, сірку, селітру, нафту, слюду, кухонну сіль, кремінь та багато інших мінералів і гірських порід.

Перші наукові праці про мінерали зявилися приблизно в середині XVI ст. Серед них особливе місце займає "Металургія" Г. Агріколи (1490-1555 р.), у якій описані діагностичні ознаки (колір, прозорість, блиск, смак, запах, вага, твердість і т.д.) всіх відомих на той час мінералів й дана їх класифікація.

Сучасна геологія виникла в другій половині XVIII ст. - у період зародження й бурхливого розвитку гірничодобувних підприємств капіталістичного типу і її розвиток повязують з іменем англійського гірничого інженера Ч. Лайеля, а в Росії - з іменем видатного вченого того часу М.В. Ломоносова.

Нові великі кроки були зроблені в розвитку всіх областей геологічних знань: геотектоніки (А.Д.Архангельський, М.М.Тетяєв, М.А.Шатський); петрографії магматичних порід (Ф.Ю.Левінсон-Лессінг, А.М.Заварицький), осадових порід (В.П.Батурін, Н.М.Страхів, Л.В.Пустослов) і метаморфічних гірських порід (А.А.Полканов, Д.С.Коржинський, Г.Н.Судовиков) і інші. Виникли нові розділи геологічної науки: інженерна геологія (Ф. П. Саварський), гідрогеологія (В.С. Ільїн, Г.Н.Каменський), геохімія (В.І.Вернадський, А.Е.Ферсман) і геофізика (П.П.Лазарєв).

Серед сучасних українських вчених, що працюють в галузі екологічної геології, слід назвати: Г.І. Рудька, І.П. Ковальчука та інших.

Прикладне значення геології та геоморфології. Розробка теоретичних проблем геології поэднуэться з вирішенням ряду народногосподарських задач: 1) пошук і відкриття нових родовищ різних корисних копалин, що є основною базою промисловості і сільського господарства;

2) вивчення і визначення ресурсів підземних вод, необхідних для питного й промислового водопостачання, а також меліорації земель;

3) інженерно-геологічне обґрунтування проектів великих споруд та проектів, науковий прогноз зміни природних умов після закінчення їхнього будівництва;

4) охорона і раціональне використання надр Землі.