Цикл геологических наук. Оболочечное строение Земли
Цикл геологических наук. Оболочечное строение Земли.
I. Предмет и задачи геологии.
Геология
- одна из фундаментальных естественных наук, изучающая строение, состав,
происхождение и развитие Земли. Она исследует сложные явления и процессы,
протекающие на ее поверхности и в недрах. Современная геология опирается на
многовековой опыт познания Земли и разнообразные специальные методы
исследования. В отличии от других наук о Земле, геология занимается
исследованием ее недр. Основные задачи геологии состоят в изучении наружной
каменной оболочки планеты - земной коры и взаимодействующих с ней внешних и
внутренних оболочек Земли (внешние - атмосфера, гидросфера, биосфера;
внутренние - мантия и ядро).
Объектами
непосредственного изучения геологии являются минералы, горные породы,
ископаемые органические остатки, геологические процессы.
2. Цикл геологических наук.
Геология
тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией, геодезией,
географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальные науки как
математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой, хотя в то же
время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научных дисциплин,
изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельных
геологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферы
занимаются: петрология, исследующая магматические и метаморфические породы,
литология, изучающая осадочные горные породы, минералогия - наука, изучающая
минералы как природные химические соединения и геохимия - наука о распределении
и миграции химических элементов в недрах земли.
Геологические
процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучает динамическая геология,
частью которой являются геотектоника, сейсмология и вулканология.
Раздел
геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры и Земли в целом,
включает стратиграфию, палеонтологию, региональную геологию и носит название ╚Историческая
геология.
Есть
в геологии науки, имеющие большое практическое значение. Такие, как о
месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология,
геокриология.
В
последние десятилетия появились и приобретают все большее значение науки
связанные с исследованием космоса (космическая геология), дна морей и океанов
(морская геология).
Наряду
с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другими естественными
науками: геофизика, биогеохимия, кристаллохимия, палеоботаника. К таковым
относятся также геохимия и палеогеография. Наиболее близкая и разносторонняя
связь геологии с географией. Для географических наук, таких как
ландшафтоведение, климатология, гидрология, океанография, более всего важны
геологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефа
земной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.
3. Методы изучения земных недр.
В
геологии применяют прямые, косвенные, экспериментальные и математические
методы.
Прямые
- это методы непосредственных наземных и дистанционных (из тропосферы, космоса)
изучений состава и строения земной коры. Основной - геологическая съемка и
картирование. Изучение состава и строения земной коры производится путем
изучения естественных обнажений (обрывы рек, оврагов, склоны гор),
искусственных горных выработок (каналы, шуффы, карьеры, шахты) и буровых
скважин (мах - 3,5 - 4 км. в Индии и ЮАР, Кольская скважина - более 12 км.,
проект 15 км.) В горных районах можно наблюдать естественные разрезы в долинах
рек, вскрывающих толщи горных пород, собранных в сложные складки и поднятых при
горообразовании с глубин 16 - 20 км. Таким образом, метод непосредственного
наблюдения и исследования слоев горных пород применим лишь к небольшой, самой
верхней части земной коры. Лишь в вулканических областях по извергнутой из
вулканов лаве и по твердым выбросам можно судить о составе вещества на глубинах
50 - 100 км. и больше, где обычно располагаются вулканические очаги.
Косвенные
- геофизические методы, которые основаны на изучении естественных и
искусственных физических полей Земли, позволяющие исследовать значительные
глубины недр.
Различают
сейсмические, гравиметрические, электрические, магнитометрические и др.
геофизические методы. Из них наиболее важен сейсмический (╚сейсмос╩
- трясение) метод, основанный на изучении скорости распространения в Земле
упругих колебаний, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах.
Эти колебания называются сейсмическими волнами, которые расходятся от очага
землетрясений. Бывают 2 типа: продольные Vp, возникающие как реакция среды на
изменения объема, распространяются в твердых и жидких телах и характеризуются
наибольшей скоростью, и поперечные волны Vs, представляющие реакцию среды на
изменение формы и распространяются только в твердых телах. Скорость движения
сейсмических волн в разных горных породах различна и зависит от их упругих
свойств и их плотности. Чем больше упругость среды, тем быстрее
распространяются волны. Изучение характера распространения сейсмических волн
позволяет судить о наличии различных оболочек шара с разной упругостью и
плотностью.
Экспериментальные
исследования направлены на моделирование различных геологических процессов и
искусственное получение различных минералов и горных пород.
Математические
методы в геологии направлены на повышение оперативности, достоверности и
ценности геологической информации.
4. Строение Земли.
Выделяют
3 оболочки Земли: ядро, мантию и земную кору.
Ядро
- наиболее плотная оболочка Земли. Полагают, что внешнее ядро находится в
состоянии, приближающемся к жидкому. Температура вещества достигает 2500 - 3000
0С, а давление ~ 300Гпа. Внутреннее ядро, предположительно находится в твердом
состоянии. Состав внешнего и внутреннего ~ одинаков - Fe - Ni, близкий к
составу метеоритов.
Мантия
- самая крупная оболочка Земли. Масса - 2/3 массы планеты. Верхняя мантия
характеризуется вертикальной и горизонтальной неоднородностью. Под континентами
и океанами ее строение существенно отличается. В океанах на глубине ~ 50 км., а
материках - 80 - 120 км. начинается слой пониженных сейсмических скоростей,
который носит название сейсмического волновода или астеносферы ( т.е. геосфера ╚без
прочности╩) и отличается повышенной пластичностью. (Волновод
распространяется под океанами до 300 - 400 км., под материками - 100- 150 км. )
К ней приурочено большинство очагов землетрясений. Полагают, что в ней
возникают магматические очаги, а также зона подкорковых конвекционных течений и
зарождение важнейших эндогенных процессов.
В.
В. Белоусов объединяет земную кору, верхнюю мантию, включая астеносферу в
тектоносферу.
Промежуточный
слой и нижняя мантия отличаются более однородной средой, чем верхняя мантия.
Верхняя
мантия сложена преимущественно ферро-магнезиальными силикатами (оливин,
пироксены, гранаты), что соответствует перидотитовому составу пород. В
переходном слое С основной минерал - оливин.
Химический
состав: оксиды Si, Al? Fe (2+,
3+), Ti, Ca, Mg, Na, K, Mn. Преобладают Si и Mg.
5. Земная кора.
Земная
кора - это верхняя оболочка Земли, сложенная магматическими, метаморфическими и
осадочными породами, мощностью от 7 до 70 - 80 км. Это наиболее активный слой
Земли. Для нее характерен магматизм и проявления тектонических процессов.
Нижняя
граница земной коры симметрична поверхности Земли. Под материками она глубоко
опускается в мантию, и под океанами приближается к поверхности. Земная кора с
верхней мантией до верхней границы астеносферы ( т.е. без астеносферы) образует
литосферу.
В
вертикальном строении земной коры выделяют три слоя, сложенных различными по
составу, свойствам и происхождению породам.
1
слой - верхний или осадочный (стратосфера) сложен осадочными и
вулканогенно-осадочными породами, глинами, глиняными сланцами, песчаными,
вулканогенными и карбонатными породами. Слой покрывает почти всю поверхность
Земли. Мощность в глубоких впадинах достигает 20 - 25 км., в среднем - 3 км.
Для
пород осадочного чехла характерна слабая дислоцированность, сравнительно низкие
плотности и небольшие изменения, соответствующие диагенетическим.
2
слой - средний или гранитный ( гранито - гнейсовый), породы имеют сходство со
свойствами гранитов. Сложена: гнейсами, гранодиоритами, диоритами, окализами, а
так же габбро, мраморами, силинитами и др.
Породы
этого слоя разнообразны по сотаву и степени их дислоцированности. Они могут быть
неизменными и метаморфированными. Нижняя граница гранитного слоя называется
сейсмический раздел Конрада. Мощность слоя - от 6 до 40 км. На отдельных
участках Земли этот слой отсутствует.
3
слой - нижний, базальтовый состоит из более тяжелых пород, которые по свойствам
близки к магматическим породам, базальтам.
В
отдельных местах между базальтовым слоем и мантией залегает так называемый
эклогитовый слой с более высокой плотностью, чем базальтовый.
Средняя
мощность слоя в континентальной части ~ 20 км. Под горными хребтами достигает
30 - 40 км., а под впадинами снижается до 12 - 13 и 5-7 км.
Средняя
мощность земной коры в континентальной части (Н. А. Белявский) -40,5 км., мин. -
7 - 12 км. в океанах, макс. - 70 - 80 км. (высокогорье на континентах).
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/