Что такое геология? Прикладная геология - что это за специальность

О геологии знает каждый, несмотря на то, что она является, пожалуй, единственной естественнонаучной дисциплиной, не изучаемой в школьном курсе. Развитие «геологических» знаний сопутствовало развитию человечества на всех этапах его истории. Достаточно вспомнить, что общая периодизация истории основана на характере используемых для производства орудий труда материалов: каменный, бронзовый и железный века. Добыча и совершенствование технологии обработки полезных ископаемых неизбежно связаны с увеличением знаний о свойствах минералов и горных пород, выработкой критериев поиска месторождений и совершенствованием способов их разработки.

Вместе с тем, в понимании, близком к современному, термин «геология» впервые был применен лишь в 1657 году норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом, а как самостоятельная ветвь естествознания геология начала развиваться только во второй половине 18 века. В это время были разработаны элементарные приёмы наблюдения и описания геологических объектов и процессов, первые методы их изучения, проведена систематизация разрозненных знаний, возникли первые гипотезы. Этот период связан с именами выдающихся учёных А. Броньяра, А. Вернера, Ж. Кювье, Ч. Лайеля, М. Ломоносова, У. Смита и многих других. Геология становится наукой – выработанной в результате деятельности человека взаимосвязанной развивающейся системой знаний о законах мира.

Геология в современном понимании – это развивающаяся система знаний о вещественном составе, строении, происхождении и эволюции геологических тел и размещении полезных ископаемых.
Таким образом, объектами изучения геологии являются:

• состав и строение природных тел и Земли в целом;
• процессы на поверхности и в глубинах Земли;
• история развития планеты;
• размещение полезных ископаемых.

Можно выделить несколько уровней организации минерального ("геологического") вещества (в которых тела каждого последующего ранга организации вещества образованы закономерным сочетанием тел предыдущего ранга): минерал - горная порода - геологическая формация - геосфера - планета в целом . «Минимальным» объектом, изучаемым в геологии, выступает минерал (составляющие минералы элементарные частицы и химические элементы рассматриваются в соответствующих разделах физики и химии).

Минералы - природные химические соединения с кристаллической структурой , образовавшиеся в ходе геологических процессов на Земле или внеземных телах. Каждый минерал обладает определённой конституцией – совокупностью кристаллической структуры и химического состава. Изучению минералов посвящена одна из ветвей геологии - минералогия. Минералогия - это наука о составе, свойствах, строении и условиях образования минералов. Это одна из старейших геологических наук, по мере развития которой, от неё отделялись самостоятельные ветви геологических наук.

Горные породы - естественные минеральные агрегаты, образующиеся в глубинах Земли или на её поверхности в ходе различных геологических процессов. По способу образования (генетически) горные породы подразделяются на следующие типы:

• магматические , возникшие за счёт глубинного вещества, находившегося в расплавленном состоянии; иначе говоря, образующиеся в результате кристаллизации огненно-жидкого природного расплава, называемого магмой и лавой;
• осадочные , формирующиеся на поверхности Земли в результате физического и химического разрушений существующих пород, осаждения минералов из водных растворов или в результате жизнедеятельности живых организмов;
• метаморфические , возникшие за счёт преобразования магматических, осадочных или других горных пород под воздействием высоких температур и давлений и сохранившие в процессе преобразования твёрдое состояние и свой химический состав;
• метасоматические , возникшие за счёт преобразования магматических, осадочных или других горных пород, сохранивших в ходе преобразования твёрдое состояние, но утратившие частично или полностью свои исходные минеральный и химический составы;
• мигматитовые , возникшие за счёт преобразования магматических, осадочных или других горных пород в условиях высоких температур и давлений, сопровождающегося их частичным плавлением; эти породы являются продуктами прогрессивно направленных процессов метаморфизма и метасоматоза;
• импактные (или коптогенные ), возникшие в следствии импактных событий – падений космических тел; образование импактных пород может быть связано с высоким давлением в ходе удара, частичным или полным плавлением вещества.

В общем виде все горные породы могут быть разделены на возникшие в поверхностных условиях, со свойственным этим условиям сочетанием температур, активности кислорода, воды, органических веществ и иных факторов – это осадочные породы, и породы, образованные под воздействием глубинных процессов, с присущими этим условиям повышенными температурой и давлением, иным химическим составом среды - магматические, метаморфические, метасоматические, мигматитовые; импактные породы, образованные в ходе преобразования существующих пород в условиях высоких давлений и возникающих в ходе взрыва температур, в целом близки ко второй названной группе. Такое разделение определило развитие двух научных направлений, изучающих горные породы. Изучению осадочных пород и современных осадков, их состава, строения, происхождения и закономерностей размещения посвящена наука литология. Изучению, описанию и классификации магматических, метаморфических, метасоматических, мигматитовых и импактных породы, и образованных ими геологических тел посвящена петрография. В ходе развития петрографии из неё выделилась как самостоятельная, но тесно связанная, дисциплина петрология – наука, занимающаяся изучением условий происхождения горных пород и экспериментальным воспроизведением этих условий.

Геологические формации - закономерное сочетание определенных генетических типов горных пород, связанных общностью условий образования.

Геологические формации рассматриваются во многих разделах геологии (петрографии, литологии, геотектонике и др., даже выделяется особое направление - учение о формациях). Учитывая, что выявление формаций, как объектов высокого ранга, возможно лишь при изучении крупных участков земной коры, важная роль в их исследовании отводится региональной геологии. Региональная геология - раздел геологии, занимающийся изучением геологического строения и развития определенных участков земной коры.

Геосферы - концентрические слои (оболочки), образованные веществом Земли. В направлении от периферии к центру Земли расположены атмосфера, гидросфера (образующие внешние геосферы), земная кора, мантия и ядро Земли (внутренние геосферы). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой.

Важнейшая роль в изучении геосфер, их состава, протекающих в них процессов и их взаимосвязи, отводится геофизике и геохимии. Геофизика - комплекс наук, изучающих физические свойства Земли в целом и физические процессы, происходящие в её твёрдых сферах, а также в жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках. Геохимия - наука, изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на её поверхности. Наука, исследующая глубинные процессы, изменяющие состав и строение твердых оболочек Земли, называется геодинамика . Изучению геологических процессов, протекающих в земной коре и на её поверхности, посвящено ещё одно направление геологии – динамическая геология .

Минералы и горные породы залегают в виде определённых геологических тел. Важными направлением геологии является науки, изучающие формы залегания пород, механизм и причины образования этих форм. Наука, изучающая формы залегания горных пород в земной коре и механизм образования этих форм называется структурная геология (обычно рассматривается как раздел тектоники). Тектоника - наука о строении, движениях и деформациях литосферы и её развитии в связи с развитием Земли в целом.

Геологам приходится иметь дело с толщами горных пород, накопившимися на миллиарды лет. Поэтому ещё одно важнейшее направление включает науки, восстанавливающие по следам, сохранившимся в толщах горных пород, события геологической истории и их последовательность. Геохронология - учение о последовательности формирования и возрасте горных пород. Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности образования и расчленением толщ осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических пород, слагающих земную кору. Обобщающей дисциплиной этого направления является историческая геология - наука, изучающая геологическое развитие планеты, отдельных геосфер и эволюцию органического мира. Все названные геологические науки тесно связаны с палеонтологией, возникшей и развивающейся на стыке геологии и биологии. Палеонтология – наука, изучающая по ископаемым остаткам организмов и следам их жизнедеятельности историю развития растительного и животного миров прошлых геологических эпох.

Одной из важнейших задач геологии служит открытие месторождений новых полезных ископаемых - минеральных образований земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Скопления полезных ископаемых образуют месторождения . Наука о закономерностях образования и размещения месторождений полезных ископаемых называется металлогения . К полезным ископаемым принадлежат и подземные воды, их изучением занимается гидрогеология . Важная прикладная задача связана с изучением геологических условий строительства различных сооружений, что обусловило формирование ещё одного направления геологии - инженерной геологии .

Многогранность объектов изучаемых геологией превращает её в комплекс взаимосвязанных научных дисциплин . При этом, в большинстве случаев, каждая отдельная дисциплина включает в себя три аспекта: описательный (изучающий свойства объекта, классифицирующий их и пр.), динамический (рассматривающий процессы их образования и изменения) и исторический (рассматривающий эволюцию объектов во времени).

По области использования результатов научные исследования делятся на фундаментальные и прикладные. Цель фундаментальных исследований - открытие новых основополагающих законов природы или способов и средств познания. Цель прикладных - создание новых технологий, технических средств, предметов потребления. Применительно к геологии необходимо отметить следующие практические задачи:

• открытие новых месторождений полезных ископаемых и новых способов их разработки;
• изучение ресурсов подземных вод (также являющихся полезным ископаемым);
• инженерно-геологические задачи, связанные с изучением геологических условий строительства различных сооружений;
• охрана и рациональное использование недр.

Геология имеет тесную связь со многими науками. На приведенном рисунке указаны разделы наук, возникшие в результате взаимодействия геологии со смежными дисциплинами.

В заключение кратко коснёмся особенностей методов геологических исследований. В этом отношении, прежде всего, следует отметить, что в геологии очень тесно связаны теоретические и эмпирические методы. Важнейшим методом геологических исследований является геологическая съёмка - комплекс полевых геологических исследований, производимых с целью составления геологических карт и выявления перспектив территорий в отношении наличия полезных ископаемых. Геологическая съёмка заключается в изучении естественных и искусственных обнажений (выходов на поверхность) горных пород (определение их состава, происхождения, возраста, форм залегания); затем на топографическую карту наносятся границы распространения этих пород с указанием характера их залегания. Анализ полученной геологической карты даёт возможность создания модели строения территории и данных о размещении на ней различных полезных ископаемых.

"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"…

Геология как наука

Вступление

Геология - комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли, в узком смысле слова - наука о составе, строении, движении и истории развития земной коры, размещении в ней полезных ископаемых.

Так выглядит современное определение геологии. Однако, как и большинство важнейших естественных наук, геология берет свое начало в глубокой древности, наверное, с самого появления человека. Возникновение геологии связано с удовлетворением насущных потребностей людей: в жилище, его обогреве, в успешной охоте. Ведь надо знать свойства горных пород, чтобы научиться применять их. Так же необходимо уметь добывать горные породы, различать их и открывать новые месторождения. Для решения связанных с этим задач и необходимы геологические знания. Но изучение минералов для удовлетворения потребностей человека - это лишь корни геологии. В те давние времена ее еще сложно именовать наукой, т.к. люди не обобщали знания, не записывали их, не развивали, а лишь накапливали и применяли на практике.

Однако постепенно геология развивалась. Во времена античности уже зарождалось представление о минералах и геологических процессах, но только в рамках натурфилософии. Как науку геологию можно рассматривать с начала XIX века . Для этого этапа ее развития характерно обобщение накопленных знаний, создание научных гипотез и поиск их доказательств; использование новых методов исследования, разработанных другими науками, например, химией и физикой. Благодаря всему этому геология становится важной частью системы наук, помогающих человеку осуществлять научно-технический прогресс, удовлетворять его потребности, изучать и использовать природу. На этом этапе геология уже исследует очень сложные вопросы строения веществ, составляющих нашу планету, изучает историю развития Земли и одновременно решает практические проблемы. Это разведка и добыча полезных ископаемых, их переработка и использование, применение земных богатств в повседневной жизни.

Как мы видим, геология очень важна для современного человека, она имеет древнюю историю и изучает широкий спектр вопросов о природе, имеет большую практическую направленность.

Об истории, методах исследования и о будущих перспективах этой важной и очень интересной науки я написал в своей работе, основная цель которой описать геологию как науку.

Для достижения цели определены следующие задачи:

1.) Описать историю геологии, выделить основные особенности науки в различные периоды ее развития.

.) Рассказать о методах исследования, применяемых в геологии.

.) Объяснить значение геологии в современном мире.

.) Показать важность связи геологии с другими науками.

.) Рассказать о будущих перспективах развития геологии.

1. История геологии

геология наука знание

По моему мнению, чтобы понять какую-либо науку, необходимо знать, зачем она возникла, как развивалась, что новое появлялось в ней со временем. Эти вопросы наиболее полно раскрываются при изучении развития науки. Поэтому я решил начать свою работу с описания истории геологии.

Раскрывая историю геологии, я хочу выделить особенности ее развития в разные периоды, рассказать об основных идеях и открытиях, объяснить их смысл и значение и описать итоги достигнутого наукой.

Историю геологии обычно делят на два этапа - донаучный и научный. Их в свою очередь подразделяют на периоды. Именно по такой схеме я описал историю геологии.

.1 Донаучный этап (с древности до середины XVIII века)

Период становления человеческой цивилизации (с древнейших времен до V в. до н.э.)

В этот период люди накапливали самые первые сведения об окружающем мире. Как я уже говорил, сначала люди удовлетворяли свои важнейшие потребности при помощи различных горных пород, и для более полноценного применения требовалось изучить их свойства, места распространения и способы добычи. Начало изучения, связанных с этим вопросов, мы уже можем рассматривать как зарождение науки геологии.

Сейчас мы не можем точно сказать что значил камень для древних людей, мы можем лишь рассмотреть следы применения различных горных пород при раскопках стоянок древних людей и сделать свои выводы о применении ими минералогических богатств планеты. Как и наши предположения о необходимости для древних людей горных пород, так и результаты раскопок, говорят о том, что человек использовал камень, чуть ли не сразу после своего появления. Ведь применение орудий труда и отличает человека от обезьяны. Возможно, конечно, что самым примитивным орудием труда первоначально служила деревянная палка, но когда человек обнаружил такие свойства камня, как острота и твердость, он начал использовать острые куски кварца и кремния для своих нужд. Такой вывод о свойствах камней уже является примером накопления геологических знаний. Археологи находят на местах стоянок древних людей не только простые острые камни, но и каменные топоры, наконечники стрел. Несколько позже люди стали применять металлы для изготовления орудий труда. А ведь их поиск и выплавка требуют от человека еще больше знаний и умений.

Потребность человечества в минеральном сырье еще больше возросла с началом массового строительства городов, с развитием ремесел.

К концу периода человек уже занимался добычей и переработкой самородных меди, железа, золота, серебра, олова и других металлов. Глина широко применялась для строительства жилья и изготовления гончарных изделий. Драгоценные камни использовались для изготовления ювелирных украшений .

Так в древности уже начинается накопление некоторых знаний о свойствах горных пород, их добыче и применении.

Теоретическая ветвь геологии пополняется многочисленными гипотезами о происхождении и строении Земли. Однако в них всегда присутствует вымысел, т.к. древние не могли объяснить многие явления природы .

В период становления человеческой цивилизации люди используют для дальнейшего совершенствования умений обращения с камнем лишь опыт предыдущих поколений. Человек еще не обобщает знания, что является важной характеристикой периода.

При переходе к античному периоду развития геологии люди уже знали множество примет для поиска месторождений полезных ископаемых, обладали практическими навыками их использования. Для будущих поколений была создана база геологических знаний.

Античный период (V в. до н.э. - V в. н.э.)

В античный период геология развивалась в основном в Греции и в Римской империи. Первоначальный запас знаний о свойствах и применении горных пород в это время уже существовал, однако эти знания в основном имели практическое значение: добыча и использование минералогических богатств планеты. Но поскольку в античные времена люди уже рассуждали о жизни, интересовались устройством мира, то геологические знания стали пополнятся более логическими объяснениями различных явлений и гипотезами их происхождения. Выводы делались на основе осмысления и переработки данных, полученных при наблюдениях. Были более правдоподобными и обоснованными.

Практическое направление геологии так же продолжало развиваться. Важным как для людей того времени, так и для нас стало, то, что в античный период многие наблюдения и гипотезы записывались. Эти сведения стали служить будущим поколениям, а мы по ним можем судить о развитии науки, в т.ч. и геологии, того времени.

Достижениями античных ученых-философов можно считать, например, вывод о том, что раньше на месте некоторых областей суши было море. Данный вывод был сделан Ксенофаном на основе нахождения морских раковин в земле. Так же в период античности уже предполагали, что наша планета шарообразная. Такое предположение было сделано на основании наблюдений земной тени на Луне во время лунного затмения. Тень имеет круглую форму, соответственно - отбрасывается круглым или шарообразным телом. А Эратосфен даже вычислил длину окружности Земли. Полученные им результаты лишь незначительно отличались от современных данных.

Большой вклад в развитие геологии внёс древнегреческий ученый и философ Аристотель. Он предлагал картину шарообразной Земли, внутри которой находятся полости и каналы, в которых циркулируют вода и воздух. Их перемещениями ученый объяснял происходящие на поверхности землетрясения. Интересно, что такая система взглядов соответствует природе Греции, для которой характерны карстовые полости, частые землетрясения. Аристотель внес в науку и некоторые минералогические сведения: составил первую классификацию ископаемых, разделив их на руды, камни и земли.

Плиний Старший, кроме землетрясений, выделял медленные вертикальные движения земли.

Страбон высказывал идею о вулканическом происхождении острова Сицилия .

Именно в период античности были созданы две основные гипотезы формирования Земли. Это плутонизм и нептунизм. Эти гипотезы существовали много веков и равноправно принимались многими великими людьми .

Плутонизм - это система взглядов, в основу которой входит понимание внутренних геологических сил Земли, как основных факторов формирования ее поверхности и недр. Нептунизм же подразумевает, что все горные породы образовались из вод океана при кристаллизации растворов. Воздействие внутренних сил Земли отвергается.

Борьба этих гипотез принесла большую пользу геологии, ведь для поиска их доказательств проводилось много исследований. Сейчас мы знаем, что победили сторонники идеи формирования Земли под действием ее внутренних сил (плутонисты). Однако доказано, что минералы могут образовываться и из водных растворов.

В античный период также были усовершенствованы способы применения геологических знаний на практике. Для обработки металлов стали использовать ковку. А добычу полезных ископаемых стали осуществлять с применением шахт вместо открытых карьеров .

Таким образом, античный период принес геологии множество полезных знаний. Было положено начало теоретической ветви геологии, записаны результаты наблюдений, что позволило в будущем отталкиваться от этих достижений.

Следующий период развития геологии был труден не только для нее. Эпоха средневековья характеризовалась застоем науки вообще. Но все-таки знания о Земле продолжали развиваться.

Схоластический период

Схоластический период длился с V по XV вв. в Западной Европе. В других странах он продолжался с VII по XVII вв. С падением Римской Империи научные знания прекращают свое стремительное развитие в ее пределах. Греция уже не являлась центром научных идей. Однако и в Западной Европе наука развивалась слабо. Естествознание в это время переходит к ученым Средней Азии, но об их исследованиях сохранилось очень мало данных. До нас дошли лишь некоторые их труды .

Ибн-Сина (или Авиценна) объяснял изменение земной поверхности двумя причинами. Одна - это воздействие внутренних сил Земли (под ними ученый подразумевал ветер, дующий в подземных пустотах). Благодаря этим силам земная поверхность поднимается, образуя возвышенность. Другая причина - внешние (метеорологические, гидросферные и др.) воздействия, разрушающие участки поверхности планеты, создающие углубления. В этой гипотезе даже учитывалось, что плотность составляющих поверхности, разрушающейся извне, различна. Тогда на месте рыхлых пород образуется понижение рельефа, на месте твердых - его повышение, т.к. вокруг них породы выветриваются сильнее.

Ибн-Сина также предполагал, что море неоднократно наступало на сушу и снова отступало. Свидетельством этого он видел нахождение в горах слоев различных горных пород. Ученый полагал, что когда суша освободилась от моря, реки промыли в ней долины, т.о. образовался современный ему рельеф.

Ибн-Синой была создана новая классификация минералов и горных пород. Он разделил их на камни, плавкие тела (металлы), горючие серные вещества и соли. Классификацию переняли европейцы, и она просуществовала достаточно долго.

Другой ученый Средней Азии - Бируни описал более 100 минералов и назвал их месторождения. Он также научился определять удельный вес минералов, сделав это почти на 700 лет раньше европейцев.

Некоторые другие азиатские исследователи продолжали развивать идеи античных представлений о мире.

Причиной медленного развития геологии в Европе явилось влияние церкви. Она вмешивалась в науку с библейской картиной мира и его происхождения. А поскольку геологи предлагали не соответствующее библейскому мировоззрение, их учения и труды подвергались критике или даже запрещались. Из-за этого возникло множество неверных гипотез, ложных учений. Произошло даже некоторое отставание науки от античной. Например, о найденных в земле останках ископаемых живых организмов говорили, будто это игра природы или пример самозарождения жизни, т.к. по церковному учению жизнь создана Богом в таком виде, в каком она есть сейчас, а находками были ныне не существующие организмы. Также вводились ложные учения о том, что Земля является прямоугольником, а звезды на небе передвигают ангелы.

Некоторые ученые в Европе, игнорируя церковь, предлагали свои идеи о мире. Но они лишь заимствовали античное мировоззрение .

Однако, несмотря на торможение развития теоретической геологии ее практическая направленность (прикладная геология) развивалась более успешно, особенно в Европе. Это было связано с развитием человечества, и как следствие, с возрастанием потребностей в минеральном сырье.

Строительство городов требовало природного материала для создания зданий. Возрастание числа городских ремесленников, нуждавшихся в материале для своих изделий, часто изготавливаемых из камня, также способствовало развитию горнорудного дела. Следствием этих факторов стало увеличение количества полезных ископаемых, извлекаемых людьми из земных недр .

Период возрождения (с XV-XVII вв. до середины XVIII в.)

Период был подготовлен эпохой великих географических открытий. Путешествия Колумба, Магеллана, Васко да Гама способствовали накоплению большого материала о всей поверхности Земли . Так, во время кругосветного путешествия Магеллана было окончательно доказано, что наша планета имеет шарообразную форму. Гипотезы ученых периода возрождения становятся настолько убедительными, подтверждаются такими неоспоримыми фактами, что церковь отступает перед наукой.

В период возрождения Николай Коперник, Галилео Галилей и Джордано Бруно утвердили гелиоцентрическую модель мира .

Как известно, в эпоху Возрождения происходит духовный подъем человечества. Хотя влияние церкви еще сохранялось, ее учения перестают быть единственным толкованием мира. Люди начинают верить науке.

Поскольку города продолжали расти, техника развивалась, добыча богатств Земли становилась более быстрой и эффективной. Увеличилось и количество разрабатываемых месторождений.

Конечно, во время добычи полезных ископаемых люди накапливали знания о свойствах горных пород, об особенностях их залегания, о строении земной коры. Обобщение этого материала приводило к важным теоретическим выводам.

Среди людей, внесших вклад в геологию во времена периода возрождения, следует выделить немецкого ученого Георга Бауэра (или Агриколу). Он обобщил все достижения горняков Западной Европы. Ученый описал способы прокладки шахт, их особенности. Также Агриколой впервые было установлено отличие минералов от горных пород. Ученый описал свойства множества минералов, что позволило другим геологам определять минералы. Агрикола занимался и изучением кристаллов.

Знаменитый Леонардо-да-Винчи тоже внес в науку, некоторые геологические сведения. Например, он высказал идею о том, что горные породы могут располагаться пластами, залегающими горизонтально, или в виде складок. Также Леонардо считал находки древних вымерших организмов действительно их останками, а не игрой природы, в противоположность ученым схоластического периода.

В период возрождения вклад в геологию внесла Россия. Поиск месторождений широко организовывался правительством. В 1584 г. был создан приказ Каменных дел. В пределах Российской империи добывалось множество полезных ископаемых. Они также экспортировались в другие страны.

Датчанин Нильс Стено основал стратиграфию и открыл первый закон кристаллографии о постоянстве углов кристаллов, сделал первое научное обобщение-сводку по земному магнетизму .

Закончился донаучный этап развития геологии. Уже было накоплено достаточно материала о Земле. Его необходимо было лишь обобщить и дополнить теоретическими выводами. В научный этап, вооружившись новыми технологиями, духовными силами человечество стало решать эту задачу. Но конечно, донаучный этап развития геологии не мог мгновенно смениться научным. Поэтому в ее истории выделяют также переходный период.

1.2 Переходный период (вторая половина XVIII в.)

Переходный период в развитии геологии характеризуется тем, что в это время одновременно встречаются как старые учения донаучного периода, так и научные обобщения. Накопленные донаучным этапом геологические знания систематизируются и, таким образом, в переходный период происходит становление геологии как науки.

Важным отличием переходного периода от донаучного стало то, что в это время в геологии утвердилась идея об изменчивости мира, тогда как раньше большинство ученых считало, что мир всегда существовал в неизменном виде. Идею развития Земли высказывали многие ученые переходного периода, но в первую очередь она связана с именами Ж. Бюффона, И. Канта и М.В. Ломоносова. В своих трудах они рассматривали всю историю Земли, от ее происхождения и до современного состояния, как единую картину мира. По мнению этих ученых Земля постоянно изменялась .

Достижением геологии стала классификация диагностических признаков минералов, разработанная Вернером. Он также исследовал рудные полезные ископаемые и предложил систему стратиграфической последовательности горных пород. В развитии теоретической геологии ученый сыграл скорее отрицательную роль: он разработал схему формирования горных стран на идеях нептунизма.

В противоположность А.Г. Вернеру Джеймс Геттон доказывал теорию плутонизма, говоря о решающем значении в формировании Земли ее внутренних сил .

Ученый И. Кант в 1755 г. выдвинул гипотезу происхождения Солнечной системы. Согласно ей элементарные частицы первоначально рассеянные во Вселенной, собирались в сгустки под действием взаимного притяжения. При сжатии и раскаливании одного из сгустков вещества образовалось Солнце. Вокруг него собрались туманности, в которых возникли планеты, в т.ч. Земля. Ж. Бюффон создал гипотезу развития Земли. Он считал, что когда наша планета затвердела, она покрылась океанами. Благодаря движениям вод в них образовались неровности дна. Возвышенности стали материками при отступании воды. Период существования Земли Бюффон определял в 75 тыс. лет. Сейчас нам кажется, что это очень малый срок, однако богословы подвергли критике гипотезу Бюффона, т.к. по библейскому учению Земля существует 6000 лет .

Итак, к началу XIX века геология сформировалась как наука. Следующий этап ее развития - научный, пополнил знания людей о Земле новейшими сведениями.

Героический период (первая половина XIX века)

С началом периода связано появление биостратиграфического метода. Он позволял определять относительный возраст горных пород по сложности устройства находящихся в них останков древних организмов (данный метод подробнее описан мной в п. 2.1 настоящей работы).

В качестве самостоятельной дисциплины в геологии выделилась палеонтология. (см. п. 1.4.).

В начале XIX века К.Л. фон Бухом была выдвинута первая тектоническая гипотеза. В ней ученый рассматривал вулканизм, как ведущий процесс, формирующий горы. Гипотеза была подтверждена исследованиями А. Гумбольдта. Ее приняли многие ученые, и она играла важную роль в представлении людей о горообразовательных процессах.

Сведения, полученные о химическом составе минералов и о законах образования их кристаллов, позволили к концу героического периода создать химическую классификацию минералов. Эта классификация длительное время составляла основу минералогии.

В конце героического периода в геологию был внесен еще один важный вклад. Представители стратиграфии заметили, что в некоторых слоях горных пород между организмами, относящимися к разному геологическому времени, не обнаружена эволюционная связь. Т.е. у одних организмов не могли найти предков, у других потомков. Чтобы объяснить эти факты, ученые создали теорию катастроф. Теория включала в себя идею существования в истории Земли многочисленных катастроф, которые, по мнению ученых, периодически полностью уничтожали жизнь на планете, затем она возникала заново. Ч. Лайель впервые возразил против этого в своем труде «Основы геологии…» (1830-1833 гг.). Он писал, что органический мир развивался на Земле последовательно и постоянно. Однако идеи ученого были подтверждены и приняты лишь спустя 20 лет .

В героический период геологами была решена еще одна задача. Давно стоял вопрос происхождения странных валунов, районы распространения которых удалены на тысячи километров от мест их находок. Объяснить этот факт позволила ледниковая теория, которая предполагала влияние многочисленных оледенений на земную поверхность. Впоследствии эта гипотеза не только доказала перенос валунов ледниками, но и была подтверждена сама, а эпохи оледенений стали считать частью истории Земли.

Итак, героический период недаром получил свое название. Геология действительно достигла огромных успехов. Итогами периода стало создание первых геологических обществ, национальных геологических служб в России, Англии, Франции. Также характерными для этого периода стали большой масштаб исследований и более организованный характер их проведения .

Геология стала самостоятельной дисциплиной естествознания. Появилась новая профессия - геолог.

Классический период (вторая половина XIX века)

В начале классического периода появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора…». Она подтверждала гипотезу Ч. Лайеля. Поскольку гипотеза эволюционного развития жизни стала подтверждаться и находками организмов, являющихся переходным звеном между теми формами жизни, которые раньше считались несвязанными друг с другом, то геологи, наконец, отказались от катастрофизма. Они приняли теорию эволюции.

Период также характеризуется появлением гипотезы контракции, выдвинутой Эли де Бомоном. Ученый считал, что в процессе остывания Земли ее объем уменьшался, это приводило к появлению складок в земной коре. Так он объяснял происхождение гор. Кажущаяся внутренняя логичность гипотезы контракции и отсутствие ей альтернативы привело к тому, что эта идея закрепилась в геологии на весь классический период .

В классический период возникло понятие о магме - жидком веществе, которое в некоторых случаях может образовываться в твердой земной мантии. В частности магма извергается через кратеры вулканов и, освобождаясь от газов, превращается в лаву. Дифференциацией магмы назвали процесс превращения ее в различные горные породы при застывании. Этим объяснялось происхождение многих горных пород.

Хочется отметить, что во второй половине XIX века в связи с развитием промышленности во многих странах увеличился и объем добычи полезных ископаемых. Мировая выплавка стали выросла с 500 тыс. до 28 млн. тонн, в 3 раза больше стала мировая добыча угля. Поскольку все страны нуждались в еще большем количестве минерального сырья, то их правительства выделяли большие средства на развитие геологии. Следствием этого стало появление геофизики, которая позволила изучать глубинное строение нашей планеты .

Можно также выделить, что в классический период многое было сделано для изучения геологического строения России. В 1882 г. был основан Геологический комитет России.

В классический период произошло значительное развитие петрографии. В руках специалистов о горных породах появился поляризационный микроскоп. С его помощью изучали тончайшие прозрачные пластинки горных пород - шлифы (оптическая петрография).

Из минералогии как самостоятельная дисциплина выделилась кристаллография.

Также было положено начало геологии нефти. Ее стали рассматривать как полезное ископаемое, были созданы гипотезы ее образования .

Таким образом, классический период развития геологии принес этой науке много пользы. Геология стала играть важную роль среди естественных научных дисциплин.

Следующий период развития геологии - «критический», стал переломным этапом в развитии естествознания в целом. Почва для совершенных в «критический» период открытий была подготовлена геологическими достижениями классического периода.

«Критический» период» (первая половина XX века)

Этот период развития геологии, не случайно получил такое название. Стоит отметить, что его становление как «критического» периода обусловлено многочисленными новыми открытиями в разных областях науки. Это и успехи в познании микромира, и открытие рентгеновского излучения, естественной радиоактивности. Все это оказывало существенное влияние и на геологию .

В начале периода произошло крушение гипотезы контракции. Вместо нее появились другие тектонические гипотезы. Наиболее соответствующей современным представлениям о Земле стала гипотеза дрейфа континентов, предложенная А. Вегенером. Она подразумевала, что земная кора состоит из целостных блоков - литосферных плит, которые двигаются относительно друг друга, а вместе с ними и материки (см. рис. 1). Гипотеза играла очень важную роль в геологии. Она объясняла процессы горообразования смятием земной коры при столкновении литосферных плит. Также этим объяснялись землетрясения и вулканизм. Гипотеза находила подтверждение в том, что горные области зоны землетрясений и вулканизма почти всегда совпадают - они соответствуют границам литосферных плит. Также гипотезу подтверждало и то, что восточное побережье Южной Америки соответствовало западному берегу Африки, т.е., если убрать Атлантический океан, приблизив Африку к Южной Америке, они бы составили единый континент, который и образовал эти материки, расколовшись в прошлом.

Однако, несмотря на такие веские доводы в пользу правильности гипотезы, она подвергалась критике и долго не принималась в геологии. Из-за неправдоподобности гипотеза была отклонена . Основной же стала ундационная гипотеза. Она подразумевала формирование рельефа за счет вертикальных движений в земной коре .

В «критический» период происходит выделение геотектоники в отдельную научную дисциплину. Она оказала большое влияние на развитие теоретической и прикладной геологии. Раздел этой дисциплины учение о геосинклиналях - подвижных поясах на границах литосферных плит, также продолжал развиваться, объясняя многие особенности Земли.

В.А. Обручев, С.С. Шульц, Н.И. Николаев стали основателями геотектоники - дисциплины, изучающей тектонические движения недалекого прошлого и современности.

При помощи геофизических методов была создана модель оболочного строения Земли. В ней выделили ядро, мантию, земную кору. Как мы знаем, эти геосферы выделяются и современными учеными.

В петрографии стало интенсивно развиваться физико-химическое направление исследований и, как следствие, возникла кристаллохимия. Для изучения кристаллов стал применяться рентгеноструктурный анализ.

Продолжала развиваться геология горючих полезных ископаемых. Также появилось мерзлотоведение. К концу «критического» периода были составлены геологические карты разных территорий, были написаны труды, обобщающие геологические материалы для некоторых территорий.

Увеличилась потребность в полезных ископаемых, стали добываться и применяться новые их виды - урановые руды, нефть. Для поиска месторождений разрабатывались новые методы .

Новейший период (1960-1990-е гг.)

В начале новейшего периода произошло техническое перевооружение геологии. Появились электронный микроскоп, электронно-вычислительные машины, масс-cпектрометр (определитель массы химических элементов). Стало возможным глубоководное бурение, изучение Земли из космоса.

Важным стало то, что Землю смогли исследовать, сравнивая ее с другими планетами. Также появилась возможность определения абсолютного возраста горных пород.

Значительных успехов достигла палеонтология - выведены новые группы ископаемых останков, закономерности развития живых организмов, выделены великие вымирания в истории биосферы.

В новейший период ученые стали решать некоторые проблемы геологии, например, вопросы минералогии, в лаборатории с помощью экспериментов.

Были открыты законы метасоматической зональности (особенностей залегания минералов, видоизмененных при взаимодействии с водными растворами) и создана теория различных типов литогенеза (пути превращения горных пород в метаморфические). Также в новейший период были созданы тектонические карты Евразии и палеогеографические карты мира.

В новейший период были приняты и продолжили развитие идеи мобилизма, в т.ч. гипотеза дрейфа континентов.

Палеонтологи выявили самые ранние этапы развития жизни на Земле.

С возникновением экологических проблем связано появление геотехнологии - науки, решающей задачи рационального использования недр нашей планеты. Также появилась экологическая геология.

В новейший период был разработан механизм спрединга. Он включал идею о том, что новая океаническая кора образуется в зонах выхода и застывания магмы. Таким зонам соответствуют срединно-океанические хребты. Затем новая кора продвигается к континентам и на границе континентальной земной коры заходит под нее. В этих местах образуются глубоководные желоба, а на континентах часто происходит образование гор .

Геология новейшего периода мало отличается от современной. Но на этом ее развитие не остановилось, оно продолжается в настоящем и будет продолжаться в будущем.

Как вывод к истории геологии я хочу выделить основные разделы науки, сформировавшиеся к настоящему времени.

.4 Разделы геологии

К настоящему времени в геологии сформировались следующие основные разделы.

1. Динамическая или физическая геология. Этот раздел изучает современные геологические явления, изменяющие Землю на глазах людей (атмосфера, вода, флора и фауна, вулканизм).

. Петрография или наука о горных породах. Этот раздел уже почти достиг размеров самостоятельной науки, ведь изучение свойств горных пород важно для их применения.

. Палеонтология - наука об ископаемых живых организмах, составляет третий раздел геологии. Он изучает развитие, происхождение древних живых существ и даже восстанавливает их среду обитания.

Изучением последовательности и условий залегания различных горных пород, а также следов жизни в них занимается стратиграфия . Она относится к четвертому разделу геологии. Подразделяясь на петрографическую и палеонтологическую, стратиграфия занимает важное место в геологии - она охватывает изучение сразу множества закономерностей на Земле. О стратиграфии подробнее написано в п. 2.1. настоящей работы.

. Историческая геология составляет пятый раздел науки о Земле. Она как бы подводит итоги всем исследованиям нашей планеты: распределяет геологические памятники, процессы и явления во времени.

Это основные разделы геологии. Они в свою очередь подразделяются на множество более мелких направлений, изучающих либо разные стороны вопроса, касающегося основного раздела, либо исследующих его разными методами .

Итак, описана история развития геологических наук. С ее помощью сформировано представление о геологии, выделены основные идеи и положения этой науки.

2. Методы исследования

Сейчас я опишу методы, с помощью которых геология изучает Землю. Понять их очень интересно и важно. Хочу также заметить, что названия многих методов совпадают с названиями различных разделов геологии, которые их применяют.

.1 Определение относительного возраста горных пород

Чтобы изучать прошлое планеты и развитие жизни на ней необходимо уметь определять какие горные породы образовались на Земле раньше, какие - позже. Для этого существуют самые различные способы.

Первоначально датчанин Нильс Стено выдвинул принцип: «Слой, лежащий выше, образовался позже слоя, лежащего ниже». Отраслью геологии, изучающей последовательность образования и закономерности размещения горных пород, используя этот и другие принципы, стала стратиграфия. Это одна из основных отраслей геологии.

Однако у принципа Стено имеются и свои недостатки. Например, невозможно сопоставить возраст пород, лежащих в разных местах. Позже и эта проблема была решена. Ученые заметили, что живые организмы устроены тем сложнее, чем они моложе. Так, сопоставляя особенности строения их останков в горных породах, определяют какие организмы, а следовательно и породы, более молодые. Теперь даже при перемешивании пластов горных пород можно определить первоначальную последовательность их залегания (см. рис. 2).

В настоящее время ученые выбрали для каждого периода в истории Земли наиболее характерные формы жизни. Их останки называют руководящими ископаемыми. По ним точно определяют последовательность накопления горных пород.

Благодаря этим открытиям была составлена геохронологическая шкала, в которой история Земли разделена на эоны, эры, периоды и эпохи. Шкала общепринята, используется повсеместно и важна для многих отраслей науки. Однако в ней первоначально указана лишь последовательность периодов. Их длительность, даты начали и конца были установлены при помощи изотопного метода определения абсолютного возраста горных пород .

.2 Определение абсолютного возраста горных пород

Как определить возраст одних горных пород относительно других, геологи уже поняли. Но еще одна задача была не решена - определить, сколько лет существуют те или иные горные породы. С развитием ядерной физики люди научились при помощи новейших приборов определять абсолютный возраст горных пород.

Суть изотопного метода (так называется способ определения абсолютного возраста горных пород) заключается в следующем. Установлено, что нестабильные изотопы химических элементов распадаются и превращаются в более легкие стабильные атомы. Причем скорость этого распада почти не зависит от внешних условий. Так по количеству нестабильного элемента и по количеству продуктов его распада определяют, насколько сильно распался элемент. В некоторых случаях определяют не количество продуктов распада, а количество треков - областей, выжженных в породе осколками ядер нестабильного изотопа. Это позволяет узнать число делений ядер. Зная всегда постоянную скорость распада, определяют, когда он начался, а значит и как давно образовалась порода.

Самым точным является радиоуглеродный метод, при котором используется распад нестабильного изотопа углерода с атомной массой 14. Период его полураспада - достаточно короткий промежуток времени - 5768 лет. Но поскольку за время равное десяти периодам полураспада эффективность течения реакции снижается в 1024 раза, то становится затруднительно зарегистрировать такие малые изменения вещества. Поэтому время, измеряемое этим методом, не превышает 60 000 лет. В этом промежутке возраст определяется наиболее точно.

При помощи радиоуглеродного метода определяют возраст органических останков, поскольку живые организмы при жизни поглощают углерод из атмосферы. В ней содержание изотопов углерода постоянно, т.к. поддерживается образованием C14 при помощи космической радиации. А после смерти организма нестабильный углерод начинает распадаться .

Для определения количества изотопов углерода часто применяют метод масс-спектрометрии (см. рис. 3). В этом случае содержащийся в образце углерод окисляют, превращая его в углекислый газ. Затем молекулы газа превращают в ионы и пропускают через магнитную камеру. В ней CO2 с легким углеродом откланяется сильнее, чем газ с тяжелым изотопом. Регистрируя отклонения от прямолинейной траектории, определяют, сколько в веществе осталось нестабильных тяжелых изотопов. Чем меньше осталось нестабильных атомов, тем древнее образец, возраст которого определяют. В годах это рассчитывают при помощи специальных формул.

Период полураспада урана с атомной массой 238 - 4,51 млрд. лет. Поэтому ураново-свинцовый метод (свинец - продукт распада урана) позволяет датировать древнейшие события, хотя при этом и снижается точность измерений. Технология метода заключается в следующем. Среди пород, возраст которых необходимо определить, отбираются те, которые содержат циркон - ураносодержащий минерал. Затем породу измельчают до кристаллов и их просеивают через специальные сетки, что бы отделить кристаллы одного размера. При погружении этих кристаллов в растворы высокой плотности, самый тяжелый из кристаллов - циркон оседает на дно. Его выбирают и слоем в один кристалл наклеивают на специальную пластинку. Затем кристаллы на пластинке шлифуют и опускают в раствор кислоты. При этом вещество внутри треков растворяется, и они становятся видными через микроскоп. Затем количество треков в единице площади подсчитывают. В годах возраст определяют по специальным математическим формулам. При этом учитывают и уменьшение скорости распада со временем.

Изотопный метод в настоящее время является наиболее точным, но существуют и другие способы определения абсолютного возраста горных пород. Например, определив скорость накопления осадочных горных пород и зная толщину их слоя, приблизительно оценивают и время образования этих пород. Но ведь скорость накопления пород может меняться, а слой их способен сжиматься и, потому подобные методики недостаточно точны.

2.3 Спектральный анализ

Люди давно заметили, что разные химические элементы, помещенные в пламя, окрашивают его в разные цвета (см. рис. 4). Например, медный купорос - в зеленый, поваренная соль - в ярко-желтый. Однако точно определить химические элементы по цвету огня невозможно, т.к. некоторые из них дают одинаковый цвет.

В 1859 г. немецкие ученые химик Роберт Бунзен и физик Гистаф Кирхгоф нашли способ различать оттенки цветов пламени. Они воспользовались своим изобретением - спектроскопом. Он представляет собой стеклянную призму, помещенную перед белым экраном. Призма раскладывает луч света на монохроматические лучи, благодаря чему видны различия между спектрами элементов, которые визуально одинаково окрашивают пламя.

Вообще, спектральный анализ оказался важен как для геологов, так и для представителей новой науки, им же и порожденной - космохимии .

2.4 Гравиразведка

Вес - это та сила, с которой тело, притягиваясь к Земле, давит на опору или оттягивает подвес. Оказывается, даже притяжение тел к Земле используют в геологии.

Любое тело, обладающее массой, обладает притяжением. Мы очень хорошо наблюдаем это, ведь земная гравитация и есть сила притяжения Земли. Но, если все тела притягиваются друг к другу, тогда почему мы не замечаем, например, притяжения между двумя людьми? Дело в том, что эти силы очень малы, но все-таки они существуют. Экспериментальным путем доказано, что отвес отклоняется от вертикального положения вблизи большой горы. Так же установлено, что два больших свинцовых шара на близком расстоянии катятся друг к другу .

В соответствии с эти можно сделать вывод, что в зависимости от плотности пород, залегающих под землей, будет меняться и величина силы тяжести (в физике - ускорение свободного падения). Но проблема в том, что эти изменения очень малы, и человек их не замечает. Только при помощи точных приборов можно установить изменения притяжения.

Первоначально силу тяжести определяли по периоду качания маятника и его длине. Однако, в связи с неудобством применения маятника, его заменили более удобным прибором - гравиметром. Его принцип действия прост: на пружинку подвешен массивный груз и по степени ее закрученности определяют силу тяжести.

Сейчас метод гравиразведки применяется повсеместно для поиска месторождений нефти (над пустотой в земле притяжение меньше) и месторождений очень плотных минералов, например, руд железа. Метод чрезвычайно прост и недорог, а для исключения ошибок его часто применяют вместе с другими методами. Составлены карты гравитационного поля Земли.

При помощи измерения силы тяжести ученые изучают вопросы, связанные с формой Земли и строением ее недр .

2.5 Применение окаменелостей

Находки палеонтологов, следы прежних форм жизни, могут рассказать не только о развитии живых организмов, их строении, но и еще о многих закономерностях их формирования, об окружающей их среде и ее свойствах.

Например, зная, что растительность различных климатических поясов неодинакова, ученые, изучая останки древних растений, делают выводы о климате той или иной местности в прошлом. А зная условия жизни современных сообществ живых организмов (температура, количество потребляемой пищи, грунт) можно определить условия среды обитания подобных им сообществ в прошлом. Так же, изучая ритмичность роста некоторых организмов (кораллов, двухстворчатых и головоногих моллюсков, усоногих раков и др.) определяют скорость вращения Земли, периодичность приливов, наклон земной оси, частоту штормов и многое другое. К примеру, установлено, что 370-390 млн. лет назад в году было примерно 385-410 дней, значит, Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сейчас.

На практике для поиска месторождений нефти применяют зависимость цвета останков конодонтов (живых организмов) от температуры недр, где они залегали. Если температура была до 250°С, то из органических веществ не могла образоваться нефть. Если же температура была больше 800°С, то нефть которая могла там существовать разрушилась. Но если температура была между этими пределами, то поиск нефти можно продолжить.

По особенностям состава останков морских организмов можно определить температуру и состав воды в определенное время. А исходя из всех этих данных, можно дальше выводить закономерности, существующие в мире, и применять их во всех областях науки .

2.6 Биогеохимический метод

Биогеохимический метод основан на изучении особенностей растений, обусловленных присутствием определенных минералов в земной коре.

Люди еще до открытия современных методов поиска полезных ископаемых пользовались тем, что у растений, растущих над разными рудами, появляются свои особенности. Например, определенные виды мхов, мяты и гвоздичных, растущие в большем, чем обычно количестве, указывают на наличие в недрах земли меди. А месторождения алюминия, вызывающие повышенное содержание этого металла в почве, приводят к укорачиванию корней и пятнистости листьев. Никель приводит к появлению белых мертвых пятен на листьях. Так, люди, визуально наблюдая растения, успешно открывали месторождения необходимых им горных пород.

В XX веке биогеохимический метод стал применяться еще более успешно: появилась возможность выявлять аномалии растительного мира с помощью аэрофотосъемки, начали применять спектроскопию для определения повышенного содержания минералов в растениях, свидетельствующего об их избытке в почве. Преимуществом метода является возможность нахождения руд, залегающих на значительных глубинах.

В настоящее время для упрощения биогеохимического метода созданы списки растений индикаторов с известной реакцией на определенные минералы. Более 60 растений из списка проверены и с их помощью можно искать почти все виды ископаемых металлов. Многие месторождения уже открыты с применением данного метода .

2.7 Сейсмометрия

В начале ХХ века один из основоположников сейсмологии Борис Борисович Голицын писал: «Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает внутренность Земли». Действительно, скрытые от нас многокилометровыми толщами горных пород земные недра, поддаются исследованию в основном во время землетрясений. Ведь даже при помощи бурения в земную кору не проникают дальше 12 км.

Для изучения недр используют возникающие при землетрясении сейсмические волны. Применяется особенность распространения волн с разной скоростью в веществах с разными свойствами (либо через разные агрегатные состояния одного вещества), а на границе разных веществ волны либо отражаются, либо искажаются. Если источник сейсмических волн расположен вблизи поверхности Земли, то многие волны, отражаясь от нижележащих слоев возвращаются к поверхности, где их фиксируют сейсмоприемниками. Эти приборы во много раз усиливают ничтожно маленькие колебания почвы. Зная время распространения волн и учитывая их свойства делают вывод о расположении отражающих поверхностей, узнают глубину их залегания, угол наклона и структуру. Причем источником сейсмических волн часто используют искусственный взрыв, т.к. тогда точно известно время начала движения волн.

В сейсморазведке регистрируют преломленные и отраженные волны. Первые из них более сильные. При этом и методы их исследования различны.

Отраженные волны сразу дают подробный разрез изучаемого участка. Впервые при помощи отраженных волн удалось обнаружить нефтяные месторождения в 30-х годах ХХ века. После этого сейсморазведка стала ведущим методом в геофизике. Чтобы составить полное представление о строении недр Земли колебания регистрируют одновременно во многих местах.

Метод преломленных волн также успешно совершенствовался. С их помощью стало возможным проводить исследования на больших глубинах. Геологи смогли изучать строение земной коры, особенности формирования материков и океанов, причины тектонических движений.

С появлением цифровой обработки сигнала в 60-х годах анализ сейсмологической информации стал более полным и быстрым. Также ученые заменили источник сейсмических волн с взрывчатки на экологически безопасные и позволяющие выбирать частоту колебаний вибраторы.

Сейсморазведка имеет огромное значение в геологии. В основном с ее помощь определены геосферы Земли, их толщина, состояние вещества в них.

.8 Магниторазведка

Земля, подобно гигантскому магниту окружена магнитным полем. Оно простирается в пространстве на 20-25 земных радиусов. О происхождении магнитного поля Земли до сих пор идут споры. Т.к. оно может возникнуть либо под действием электричества, либо намагниченного тела, выдвигают гипотезу, согласно которой поле земли возникает из-за электрических токов, появляющихся в земном ядре при вращении планеты.

Но, независимо от происхождения, поле оказывает огромное влияние на обитателей Земли - оно защищает от космической радиации. Также именно благодаря полю стрелка компаса ориентируется на север. Замечено, что северный конец стрелки компаса склоняется вниз по отношению к горизонтальному положению. Это наводит на мысль, что источник магнетизма находится в земных недрах.

Изучение явлений, связанных с магнитным полем помогает понять строение нашей планеты, частично узнать ее историю, выяснить связь Земли с космосом.

Замечено, что намагниченные горные породы также влияют на ориентацию стрелки компаса. Благодаря этому магнитные аномалии (отклонения от нормального поля Земли) используют при поиске полезных ископаемых, имеющих большую намагниченность (железосодержащие минералы). Уже в XVII веке в России и Швеции для поиска железных руд использовали компас. Позднее был создан более точный прибор, определяющий изменения магнитного поля Земли и его силу - магнитометр (см. рис. 6).

Изучая остаточную намагниченность горных пород, которая была ими приобретена под действием магнитного поля Земли в прошлом, ученые определяют положение магнитных полюсов и силу магнитного поля Земли в древнейшие геологические периоды. Например, установлено, что раньше на месте современного северного полюса был южный и наоборот. Предполагают, что во время их смены магнитное поле ослабевает, космическая радиация проникает на Землю, что отрицательно влияет на ее обитателей.

Магниторазведка важна для людей не только поиском полезных ископаемых. С ее помощью составляют специальные карты магнитного склонения (отклонение стрелки компаса от северного направления в градусах). Это важно для точного ориентирования на местности .

2.9 Электроразведка

Электроразведка - это раздел геофизики, определяющий состав и строение земной коры с применением естественных или созданных искусственно электрических токов. Этот способ разведки насчитывает, пожалуй, наибольшее число разнообразных методов и их разновидностей - более 50.

Вот основные из них:

. Метод сопротивлений - основан на пропускании через землю постоянного тока при помощи двух электродов. Затем измеряют напряжение, вызванное этим током, другими электродами. Зная силу тока и напряжение рассчитывают сопротивление. По сопротивлению узнают какие породы его вызывают (разные породы имеют различное сопротивление). А учитывая расположение электродов, узнают в каком месте находятся породы, обладающие высоким сопротивлением.

При помощи метода сопротивлений рассматривают слои, составляющие исследуемый участок, их распределение. В частности возможен поиск месторождений нефти и газа.

Для индукционного метода используют искусственно созданное переменное электрическое или магнитное поле. Под его воздействием в земле возникает электромагнитное поле. Зная параметры созданного поля и фиксируя свойство поля, возникшего в земле, определяют какой по свойствам средой оно испускается и где она расположена. Источник искусственного поля можно перемещать и тогда картина недр становится более подробной. Способы обработки данных, полученных индукционным методом, очень сложны.

Отдельно выделяют электроразведку скважин . Для нее применимы как названные выше методы, так и многие другие. Это и радиоволновое просвечивание, и изучение естественного электрического поля, и метод погружных электродов. Электроразведка скважин позволяет определить форму, размер и состав горных пород в пространстве около скважин и в них самих .

2.10 Определение месторождений по космическим снимкам

С появлением возможности получения фотографий обширных участков земной поверхности из космоса, геологи смогли выявить связь между внешним видом, формой различных интрузий и их составом.

К примеру, замечено, что горные породы, содержащие апатит, часто выходят на поверхность в форме «колец» и «бус». Эту закономерность можно наблюдать в форме наших Хибинских гор - они представляют собой полукольцо, в котором находятся богатейшие залежи апатит-нефелиновых руд. Меднопорфировые месторождения также связаны со специфичными видами массивов, которым даны специальные названия: «дракон», «пень» и «корень».

Изучение космических снимков древних и современных вулканов также позволяет находить месторождения полезных ископаемых.

Таким образом, с появлением нового метода исследования существенно расширились возможности геологии. Теперь геологи могут судить о распространенности месторождений в масштабах планеты. А также экономятся время и силы ученых: сначала выясняется местоположение возможного месторождения, затем туда снаряжается экспедиция, в то время как раньше приходилось сложными методами непосредственно изучать всю поверхность земли. Увеличилась и вероятность нахождения месторождений.

2.11 Что можно узнать, изучая гальку

Изучая обычную речную гальку, можно выявить много интересного. Ученые могут определить откуда галька начала свой путь. Если в гальке содержатся полезные ископаемые, она может привести к их месторождениям. При сохранении у гальки первоначального контура можно определить условия ее формирования. Рассчитывая скорость движения гальки, скорость уменьшения ее веса, степень окатанности, определяют и расстояние, пройденное ей. Для этого выведены специальные формулы. По тому, как ориентирована галька, находят направление движения несуществующего ныне водного потока, а по углу наклона гальки определяют скорость его движения .

3. Место, занимаемое геологией в современном мире

.1 Связь геологии с другими науками

Сейчас, когда методы исследования, применяемые в геологии, описаны, я бы хотел уделить внимание связи геологии с другими науками.

Связь между различными науками очень важна. Совместными усилиями ученые лучше познают мир. Взаимосвязь проявляется в двух видах. 1.) Готовые данные, полученные одной наукой, принимаются и используются другой наукой. Например, таблица Менделеева используется почти всеми естественными науками как аксиома. 2.) Постоянное применение методов исследования одной науки в другой. Например, использование методов физики в геологии, когда среда или явление не поддается непосредственному наблюдению.

Связь между науками часто двухсторонняя. Примеров успешного взаимодействия различных наук с геологией существует множество. Некоторые из них я приведу.

Для изучения эволюции живого, биология обращается к находкам палеонтологии - ископаемым остаткам. Это разумно, т.к. необходимо знать строение организмов на разных этапах эволюции, что бы понять как они все лучше приспосабливались к окружающей среде, как природа выбирала и сохраняла наилучшие формы жизни. Вопрос о происхождении человека биологи тоже решают совместно с палеонтологами, анализируя останки предков людей.

С другой стороны, переработка полезных ископаемых может производится с помощью биологических методов. Известно, что золото часто включено в кристаллическую решетку минералов в очень малых количествах и его сложно извлечь. Тогда на помощь приходят бактерии. Они разрушают кристалл минерала и таким образом золото извлекается.

Для поиска полезных ископаемых с помощью биогеохимического метода используют особенности растений, изученные ботаниками .

Часто бывает, что гипотеза, выдвинутая специалистами одной научной области, находит подтверждение в других областях. Взаимодействие наук также важно для подтверждения и сопоставления результатов исследований, так как разностороннее изучение какого-либо вопроса более эффективно.

Поэтому для получения ответов на важные вопросы должны чаще проводиться совместные исследования представителей разных наук, тогда точнее и полнее будут результаты исследований.

.2 Значение геологии в современном мире

Как вывод ко всему сказанному, я бы хотел добавить о значении геологии в современном мире.

Геология - одна из немногих наук, рассматривающая последовательность, длительность событий. Таким образом, она оказывает влияние на (духовное) представление о мире у людей: об обитателях Земли, облике нашей планеты в прошлом. Геология помогает человеку понять, как Природа создала современные сообщества организмов, как в прошлом накапливались используемые сейчас полезные ископаемые и каково место человека среди современной биоты. Обладая такими знаниями, человек делает вывод как важно уберечь Землю и жизнь на ней от загрязнений, сохранить и рационально использовать полезные ископаемые.

Итак, значение геологии велико для духовного развития человека.

Велика ее роль для обычного человека и просто в быту. Ведь полезные ископаемые добывают при помощи геологических методов. А уж роль полезных ископаемых в жизни человека сложно переоценить: с помощью угля и продуктов переработки нефти производится отопление домов в городах, на бензине ездят автомобили, природный газ используется для приготовления пищи, при помощи урана, нефти или угля вырабатываются всем необходимое электричество. Также почти все, созданное человеком, - дома, машины, дороги, ювелирные украшения, стекло - сделаны из природных материалов, добываемых в земле.

Геологическими достижениями пользуются люди самых различных профессий. Геокриология - раздел геологии, изучающий многолетнюю мерзлоту. Строители используют полученные ей данные для разработки норм и правил строительства в районах распространения мерзлоты.

Для правильного ориентирования на местности необходимо знать отклонение стрелки компаса от северного направления, что происходит из-за несовпадения географического и магнитного полюсов. Такие особенности магнетизма выявлены при помощи магниторазведки. Этот раздел геологии изучает не только поиск полезных ископаемых по магнитным аномалиям, но и магнитное поле планеты в целом.

По карте литосферных плит каждый человек может определить в каких областях часты землетрясения и извержения вулканов (таким областям соответствуют границы литосферных плит) и, например, при переезде, выбрать наилучшее место жительства или заранее подготовится к тектонической активности.

Таким образом, геология очень важна для всего человечества. От ее достижений напрямую зависит и развитие человеческого общества в техническом отношении.

4. Будущее геологии

В заключение к данной работе я хочу написать о будущем геологии.

Представить будущее любой науки достаточно сложно. Ведь необходимо сохранить объективность и не углубляться в область фантастики.

В настоящее время некоторые люди выдвигают мнение о том, что геология в будущем не нужна, т.к. содержание полезных ископаемых в земной коре уменьшается и вскоре они могут закончиться. Для удовлетворения человечества в минеральном сырье, считают они, будет применяться метод извлечения из огромных объемов горных пород ничтожных долей искомого вещества.

Однако предлагаемый метод комплексного извлечения минералов из горных пород имеет многочисленные недостатки.

Во-первых, сейчас ученые не располагают необходимыми технологиями (кроме примера с золотом и др.). Во-вторых, если бы данный метод применялся, то он был бы дорог и технически сложен. В-третьих, пришлось бы перерабатывать огромное количество материала с больших площадей планеты, что может привести к экологическим проблемам. В-четвертых, возникла бы проблема утилизации переработанных пустых пород.

Итак, такой способ на данный момент не возможен и вряд ли будет возможен в будущем для добычи всех необходимых людям полезных ископаемых. Однако его применение для добычи отдельных минералов возможно. Также можно разработать способы извлечения таким способом новых минералов. Но применять метод необходимо с осторожностью, чтобы не нарушить экологию.

Существует и другой взгляд на будущее геологии: следует совершенствовать способы поиска месторождений, методы добычи полезных ископаемых, разумно (экономично) расходовать ресурсы планеты, тогда минерального сырья должно будет хватать для человеческих нужд.

На мой взгляд, в будущем должен применяться и способ комплексного извлечения минералов из горных пород, и должны быть усовершенствованы имеющиеся методы поиска и добычи полезных ископаемых.

Также я считаю важным сохранение экологически благоприятной обстановки на планете, поэтому методы ведения исследований и непосредственно добыча полезных ископаемых в будущем должны наносить меньше вреда окружающей среде.

По-прежнему стоит проблема рационального использования земных богатств. Это необходимо учитывать при разработке методов добычи полезных ископаемых, при которых у природы не будет браться ничего лишнего.

Больше внимания необходимо уделить совместной работе геологии с другими науками, ведь часто использование косвенных методов физики, химии, математики помогает решать геологические задачи. Важно и увеличение точности геофизических методов, т.к. многие из них пока молоды и дают лишь приблизительные результаты.

Также общество ставит перед геологией такие задачи, как предсказание и предотвращение стихийных бедствий. Этому надо уделить особое внимание, т.к. решение этих задач приведет к спасению множества человеческих жизней .

В геологии имеется еще много проблем. Их решением непосредственно занимаются геологи. Например, невыяснено происхождение магнитного поля Земли, не установлено происхождение жизни, расположение и свойства геосфер Земли. Решение этих вопросов поможет человечеству более успешно использовать богатства нашей планеты.

Заключение

Я бы хотел, чтобы моя работа помогла юным геологам и просто людям, интересующимся геологией, сформировать представление об этой науке. В кратком и простом изложении материала мной выделены особенности геологии, ее достижения.

Хотелось бы добавить, что геология очень интересна, а сведения о ней и предмете ее изучения - Земле полезны каждому человеку.

Таким образом, цели и задачи настоящей работы выполнены: геология описана как наука, выделены основные задачи, изучаемые ей, описана история, методы исследования, разъяснено практическое значение науки, показана важность связи геологии с другими науками, рассказано о будущих перспективах развития геологии.

Литература

1. Большая российская энциклопедия

2. Ваганов П.А. Физики дописывают историю. - Ленинград: Изд-во Ленинградского университета, 1984. - С. 28 -32.

3. История геологии. - Москва, 1973. - С. 12-27.

Курс общей геологии. - Ленинград «Недра» Ленинградское отделение, 1976.

5. Перельман Я.И. Занимательная физика, книга 1. - Москва «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1986.

6. Энциклопедия для детей. Т. 4. Геология. - 2-е изд. перераб. и доп. / Глав. ред. М.Д. Аксенова. - М.: Аванта+, 2002.

Журнал «Техника-молодежи», 1954, №4, с. 28-27

Исследованием Земли занимается геология и науки взаимосвязаны друг с другом. Геофизика изучает мантию, кору, внешнее жидкое и внутреннее твердое ядро. В рамках дисциплины исследуются океаны, поверхностные и подземные воды. Также эта наука изучает физику атмосферы. В частности, аэрономию, климатологию, метеорологию. Что такое геология? В рамках этой дисциплины осуществляются несколько иные исследования. Далее выясним, что изучает геология.

Общие сведения

Общая геология - это дисциплина, в рамках которой исследуется строение и закономерности развития Земли, а также других планет, относящихся к Солнечной системе. Кроме того, это применимо и к их естественным спутникам. Общая геология представляет собой комплекс наук. Исследование осуществляется с помощью физических методов.

Основные направления

Всего их три: историческая, динамическая и описательная геология. Каждое направление отличается своими основными принципами, а также методами исследования. Далее рассмотрим их подробнее.

Описательное направление

Оно изучает размещение и состав соответствующих тел. В частности, это относится к их формам, размерам, взаимоотношению и последовательности залегания. Кроме того, данное направление занимается описанием горных пород и различных минералов.

Исследование эволюции процессов

Этим занимается динамическое направление. В частности, исследуются процессы разрушения горных пород, их перемещения ветром, подземными или наземными волнами, ледниками. Также данная наука рассматривает внутренние извержения вулканов, землетрясения, движение земной коры и накопление осадков.

Хронологический порядок

Говоря о том, что изучает геология, следует сказать, что исследования распространяются не только на явления, имеющие место на Земле. Одно из направлений дисциплины анализирует и описывает хронологический порядок процессов на Земле. Эти исследования осуществляются в рамках исторической геологии. Хронологический порядок организован в специальную таблицу. Она больше известна как Она, в свою очередь, разбита на четыре интервала. Это было сделано в соответствии со стратиграфическим анализом. Первый интервал охватывает следующий период: формирование Земли - настоящее время. Последующие шкалы отражают последние сегменты предыдущих. Они отмечаются при помощи звездочек в увеличенном масштабе.

Особенности абсолютного и относительного возраста

Изучение геологии Земли имеет важнейшее значение для человечества. Благодаря исследованиям стал известен например. Геологическим событиям присваивается точная дата, относящаяся к конкретному моменту времени. В данном случае речь идет об абсолютном возрасте. Также события могут быть отнесены к определенным интервалам шкалы. Это и есть относительный возраст. Говоря о том, что такое геология, следует сказать, что в первую очередь это целый комплекс научных исследований. В рамках дисциплины применяются различные способы определения периодов, к которым привязаны конкретные события.

Метод радиоизотопного датирования

Он был открыт в начале XX века. Этот метод предоставляет возможность для определения абсолютного возраста. До его открытия геологи были сильно ограничены. В частности, использовались только относительные методы датирования для того, чтобы определить возраст соответствующих событий. Подобная система способна устанавливать только последовательный порядок последних изменений, а не дату их совершения. Тем не менее, данный метод по-прежнему остается весьма эффективным. Это относится к случаю, когда материалы, лишенные радиоактивных изотопов, имеются в наличии.

Комплексное исследование

Сопоставление определенной стратиграфической единицы с другой происходит за счет пластов. Они состоят из осадочных и горных пород, окаменелостей и поверхностных отложений. В большинстве случаев относительный возраст определяется с помощью палеонтологического метода. В то же в основном базируется на химических и физических свойствах горных пород. Как правило, данный возраст определяется радиоизотопным датированием. Имеется в виду накопление продуктов распада соответствующих элементов, которые входят в состав материала. На основе полученных данных устанавливается примерная дата возникновения каждого события. Они размещаются в определенных точках общей геологической шкалы. Для построения точной последовательности этот фактор является очень важным.

Основные разделы

Коротко ответить на вопрос о том, что такое геология, достаточно сложно. Здесь надо отметить, что наука включает в себя не только приведенные выше направления, но и различные группы дисциплин. При этом и сегодня продолжается развитие геологии: появляются новые ветви научной системы. Существовавшие ранее и формирующиеся новые группы дисциплин связаны со всеми тремя направлениями науки. Таким образом, точных границ между ними нет. То, что изучает геология, в той или иной степени исследуется и другими науками. В результате происходит соприкосновение системы с другими сферами знаний. Существует классификация следующих групп наук:

Минералогия

Что изучает геология в рамках этого раздела? Исследования касаются минералов, вопросах их генезиса, а также классификации. Литология занимается изучением пород, которые образовались в процессах, связанных с гидросферой, биосферой и атмосферой Земли. Стоит отметить, что они еще неточно называются осадочными. Геокриология занимается изучением ряда характерных особенностей и свойств, которые приобретают многолетнемерзлые горные породы. Кристаллография изначально являлась одним из направлений минералогии. В настоящее время ее можно скорее отнести к физической дисциплине.

Петрография

Данный раздел геологии изучает метаморфические и магматические породы в основном с описательной стороны. В данном случае речь идет об их генезисе, составе, текстурных особенностях и классификации.

Наиболее ранний раздел геотектоники

Существует направление, которое занимается изучением нарушений земной коры и форм залегания соответствующих тел. Его название - структурная геология. Надо сказать, что как наука геотектоника появилась еще в начале XIX века. Структурная геология исследовала тектонические дислокации среднего и мелкого масштаба. Размер - десятки-сотни километров. Данная наука окончательно сформировалась только к концу столетия. Таким образом, произошел переход к выделению тектонических единиц глобального и континентального масштаба. В дальнейшем учение постепенно переросло в геотектонику.

Тектоника

Этот раздел геологии изучает В него также включаются следующие направления:

1. Экспериментальная тектоника.
2. Неотектоника.
3. Геотектоника.

Узкие разделы

• Вулканология. Довольно узкий раздел геологии. Он занимается изучением вулканизма.
• Сейсмология. Данный раздел геологии занимается изучением геологических процессов, которые возникают во время землетрясений. Сюда также включается сейсморайонирование.
• Геокриология. Этот раздел геологии сосредоточен на изучении многолетнемерзлых пород.
• Петрология. Данный раздел геологии изучает генезис, а также условия происхождения метаморфических и магматических горных пород.

Последовательность процессов

Все, что изучает геология, способствует лучшему пониманию тех или иных процессов на земле. Например, хронология событий является важнейшим предметом. Ведь каждая геологическая наука носит исторический характер в той или иной степени. Они рассматривают существующие образования именно с этой точки зрения. Прежде всего, эти науки выясняют последовательность формирования современных структур.

Классификация периодов

Всю истории Земли разделяют на два крупнейших этапа, которые называются эонами. Классификация происходит в соответствии с появлением организмов с твердыми частями, которые оставляют следы в осадочных породах. Согласно данным палеонтологии, они позволяют определить относительный геологический возраст.

Предметы исследований

Фанерозой начался с появлением ископаемых на планете. Таким образом, развивалась открытая жизнь. Данному периоду предшествовали докембрий и криптозой. В это время существовала скрытая жизнь. Геология докембрия считается особой дисциплиной. Дело в том, что она изучает специфические, в основном многократно и сильно метаморфозные комплексы. Кроме того, для нее характерны особые методы проведения исследований. Палеонтология сосредоточена на изучении древних форм жизни. Она проводит описание ископаемых остатков и следов жизнедеятельности организмов. Стратиграфия определяет относительный геологический возраст осадочных горных пород и расчленение их толщ. Она также занимается корреляцией различных образований. Палеонтологические определения представляют собой источник данных для стратиграфии.

Что такое прикладная геология

Одни направления науки так или иначе взаимодействуют с другими. Однако существуют дисциплины, которые находятся на границе с другими ответвлениями. Например, геология полезных ископаемых. Эта дисциплина занимается методами поиска и разведки пород. Делится на следующие виды: геологию угля, газа, нефти. Также существует металлогения. Гидрогеология сосредоточена на изучении подземных вод. Дисциплин достаточно много. Все они имеют практическое значение. Например, что такое Это раздел, занимающийся исследованием взаимодействия сооружений и окружающей среды. Тесно соприкасается с ним геология грунтов, поскольку от состава почвы зависит, например, выбор материала для строительства зданий.

Прочие подтипы

• Геохимия. Этот раздел геологии сосредоточен на изучении физических свойств Земли. Также сюда включается комплекс разведочных методов, среди них электроразведка различных модификаций, магнито- , сейсмо- и гравиразведка.
• Геобаротермометрия. Данная наука занимается изучением комплекса методов определения температур и давления образования горных пород и минералов.
• Микроструктурная геология. Этот раздел занимается изучением деформации пород на микроуровне. Подразумевается масштаб агрегатов и зерен минералов.
• Геодинамика. Данная наука сосредоточена на изучении процессов в планетарных масштабах, которые происходят в результате эволюции планеты. Изучается связь механизмов в земной коре, мантии и ядре.
• Геохронология. Данный раздел занимается определением возраста минералов и пород.
• Литология. Она еще называется петрографией осадочных пород. Занимается изучением соответствующих материалов.
• История геологии. Этот раздел сосредоточен на совокупности полученных сведений и рудном деле.
• Агрогеология. Данный раздел отвечает за поиск, добычу и использование агроруд для сельскохозяйственных целей. Кроме того, он изучает минералогический состав почв.

На изучении Солнечной системы сосредоточены следующие геологические разделы:

1. Космология
2. Планетология.
3. Космическая геология.
4. Космохимия.

Горная геология

Она является дифференцированной по видам минерального сырья. Существует подразделение на геологию нерудных и рудных полезных пород. Данный раздел занимается изучением закономерности размещения соответствующих месторождений. Также устанавливается их связь со следующими процессами: метаморфизма, магматизма, тектоники, осадкообразования. Таким образом, появилась самостоятельная отрасль знаний, которая называется металлогенией. Геология нерудных полезных ископаемых также подразделяется на науки о горючих веществах и каустобиолитах. Сюда относятся сланцы, уголь, газ, нефть. Геология негорючих пород включает в себя строительные материалы, соли и многое другое. Также в этот раздел входит гидрогеология. Она посвящена подземным водам.

Экономическое направление

Представляет собой довольно специфическую дисциплину. Она появилась на стыке экономики и геологии полезных ископаемых. Данная дисциплина сосредоточена на стоимостных оценках участков недр и месторождений. Термин "полезное ископаемое", учитывая это, можно скорее отнести к экономической сфере, нежели к геологической.

Особенности разведки

Геология месторождения представляет собой обширный научный комплекс, в рамках которого проводятся мероприятия, позволяющие определить промышленное значение участков залегания пород, получивших положительную оценку по результатам поисково-оценочных действий. Во время разведки происходит установка геолого-промышленных параметров. Они, в свою очередь, необходимы для соответствующей оценки участков. Это также относится к переработке извлекаемых полезных ископаемых, обеспечению эксплуатационных мероприятий, проектированию строительства горнодобывающих предприятий. Таким образом, происходит определение морфологии тел соответствующих материалов. Это очень важно для выбора системы последующей обработки полезных ископаемых. Происходит установка контуров их тел. При этом учитываются геологические границы. В частности, это относится к поверхности разломов и контактам литологически различных пород. Также происходит учет характера распределения полезных ископаемых, наличия вредных примесей, содержания попутных и основных компонентов.

Верхние горизонты коры

Их изучением занимается инженерная геология. Сведения, которые получают в ходе изучения грунтов, предоставляют возможность определения пригодности соответствующих материалов для строительства конкретных объектов. Верхние горизонты земной коры часто называются геологической средой. Предметом изучения данного раздела являются сведения о ее региональных особенностях, динамике и морфологии. Изучается и взаимодействие с инженерными сооружениями. Последние часто именуются элементами техносферы. При этом учитывается планируемая, текущая или осуществленная хозяйственная деятельность человека. Инженерно-геологическая оценка территории предполагает выделение специального элемента, который характеризуется однородными свойствами.

Несколько основных принципов

Приведенная выше информация позволяет достаточно ясно понять, что такое геология. При этом необходимо сказать, что наука считается исторической. Она имеет множество важных задач. Прежде всего, это касается определения последовательности геологических событий. Для качественного выполнения этих задач уже давно был разработан ряд интуитивно очередных и простых признаков, относящихся к временному соотношению пород. Интрузивные взаимоотношения представляют собой контакты соответствующих пород и их толщ. Все выводы делаются на основе обнаруженных признаков. Относительный возраст позволяет определить и секущие взаимоотношения. К примеру, если разрывает горные породы, то это позволяет сделать вывод о том, что разлом был образован позже них. Принцип обеспечения непрерывности заключается в том, что строительный материал, из которого образуются слои, может быть растянут по поверхности планеты в том случае, если его не ограничивает какая-то другая масса.

Исторические сведения

Первые наблюдения принято относить к динамической геологии. В данном случае имеется в виду информация о перемещении береговых линий, размывании гор, извержении вулканов и землетрясениях. Попытки классифицировать геологические тела и описать минералы были у Авиценны и Аль-Бурини. В настоящее время некоторые ученые предполагают, что современная геология зародилась в средневековом исламском мире. Подобными исследованиями в эпоху Возрождения занимались Джироламо Фракасторо и Леонардо да Винчи. Они первыми выдвинули предположение о том, что ископаемые раковины - это остатки вымерших организмов. Также они считали, что история самой Земли гораздо длиннее, чем библейские представления об этом. В конце XVII века возникла общая теория о планете, которая стала называться дилювианизмом. Ученые того времени считали, что окаменелости и сами осадочные породы были образованы из-за всемирного потопа.

Потребности в полезных ископаемых очень быстро возросли уже ближе к концу XVIII века. Таким образом, стали изучаться недра. В основном проводилось накопление фактических материалов, описаний свойств и особенностей горных пород, а также исследования условий их залегания. Кроме того, разрабатывались приемы наблюдения. Практически весь XIX век геология всецело занималась вопросом о точном возрасте Земли. Предполагаемые оценки довольно сильно варьировались: от ста тысяч лет до миллиардов. Однако возраст планеты был первоначально определен уже в начале XX века. Во многом этому поспособствовало радиометрическое датирование. Полученная тогда оценка - около 2 миллиардов лет. В настоящее время истинный возраст Земли установлен. Он составляет примерно 4,5 миллиарда лет.

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.