Acasă Pregătiri pentru iarnă Ciclul geologic al formării rocii. Metode de studiere a interiorului pământului

Pregătiri pentru iarnă

Ciclul geologic al formării rocii. Metode de studiere a interiorului pământului

Cicluri geologice

Ciclurile geologice sunt cea mai mare unitate de periodicitate stabilită Kalesnik S.V. Modele geografice generale ale pământului: un manual pentru departamentele geografice ale universităților / S.V. Kalesnik. - M.: Mysl, 1970. - P. 85. S-au reflectat în schimbarea regimurilor de sedimentare, vulcanism și magmatism, epoci de dezmembrare și nivelare a reliefului, perioade de formare a crustelor meteorologice și a formațiunilor eluviale, în alternanța transgresiunilor marine. și regresii, glaciare și interglaciare, ale schimbărilor climatice ale planetei și ale conținutului de gaze atmosferice.

Întreaga istorie geologică a Pământului cunoscută de noi dezvăluie cicluri de câteva sute de milioane de ani, servind drept fundal pentru cicluri mai scurte (zeci de milioane, milioane, sute de mii de ani etc.), a căror natură este diferită. Cea mai lungă perioadă astronomică este anul galactic - timpul dintre două treceri succesive ale Soarelui prin același punct de pe orbita galactică. Această perioadă este de 180-200 de milioane de ani.Ibid. P. 86.. Mișcările oscilatorii ale scoarței terestre și modificările rezultate în distribuția pământului și a mării determină periodicitatea geologică cu un ritm de 35-45 milioane de ani, care stă la baza distingerii perioadelor. Aceste perioade de timp reprezintă un fel de „anotimpuri” ale anului galactic, la care se limitează diverse fenomene ale sistemului planetar: mari cicluri tectono-magmatice, ere de transgresiuni și regresii, nivelarea și dezmembrarea pământului, apariția gheții globale. vârste etc.

Există un ciclu care durează 85-90 de milioane de ani (semestrul cosmic, sau perioada draconică în rândul astronomilor), cauzat de o schimbare a poziției planului ecliptic al Sistemului Solar față de același plan al Universului. La analizarea deformațiilor mari ale scoarței terestre și ale suprafeței acesteia, se conturează o periodicitate de 500-570 de milioane de ani (triblul anului galactic), motivul căruia nu este încă clar.

Istoria dezvoltării Pământului în ultimii 570 de milioane de ani este împărțită în trei etape: Caledonian (Cambrian, Ordovician, Silurian), cu o durată de aproximativ 200 de milioane de ani, Hercynian (Devonian, Carbonifer, Permian), cu o durată de 150-190 de milioane de ani. , Alpin (Mezozoic, Cenozoic) , cu o durată de aproximativ 240 de milioane de ani. Acesta din urmă este adesea împărțit în Alpinul timpuriu (Cimmerian) care durează aproximativ 170 de milioane de ani și Alpinul târziu (Alpin), care a început cu aproximativ 70-90 de milioane de ani în urmă Seliverstov Yu.P. Decret. op. S. 98..

În ciuda unor diferențe de durată, aceste etape au trăsături comune care ne permit să vorbim de ciclicitate: începutul fiecărei etape este marcat de o coborâre generală a scoarței terestre, iar finalizarea acesteia prin ridicarea acesteia. În epoca tasării, domină regimul marin și un climat uniform; în epoca ridicării, terenul, mișcările puternice de pliere și construirea munților și clime diverse sunt larg răspândite. Durata medie (170-190 milioane de ani) a acestor etape corespunde aproximativ cu durata anului galactic. Nu poate exista reflexie directă în timp, deoarece este necesar să se țină cont de întârzierea reflectării impactului asupra unui anumit obiect. Există sugestii despre o posibilă comparație a ciclicității marilor glaciații, care s-au repetat aproximativ la fiecare 150-160 de milioane de ani, și durata anului galactic (Fig. 1) Seliverstov Yu.P. Decret. op. S. 99..

Complexitatea problemei ciclurilor geologice constă nu numai în stabilirea cauzelor acestora, ci și în gradul de fiabilitate al existenței lor. În plus, regiunile îndepărtate unele de altele se dezvoltă tectonic diferit. De exemplu, în unele zone din sudul Siberiei, manifestările de pliere în epoca caledoniană au avut loc în momente diferite: principala pliere în Tuva a fost în Ordovicianul timpuriu, în Sayanul de Vest - în Silurianul mijlociu, în Kuznetsk Alatau - pe granița Cambrianului mijlociu și târziu.

Mecanismul care controlează mișcările ritmice ale scoarței terestre nu a fost încă clarificat și poate fi asociat cu caracteristicile interne ale dezvoltării Pământului sau din cauza lungimii anului galactic.

Figurile 2 și 3 reflectă imaginea generală a celor mai semnificative ritmuri geologice Kalesnik S.V. Decret. op. p. 86..

Geologie√ una dintre științele fundamentale ale naturii care studiază structura, compoziția, originea și dezvoltarea Pământului. Explorează fenomene și procese complexe care au loc pe suprafața și în profunzimile sale. Geologia modernă se bazează pe secole de experiență în înțelegerea Pământului și pe o varietate de metode speciale de cercetare. Spre deosebire de alte științe ale pământului, geologia se ocupă de studiul subsolului său. Principalele sarcini ale geologiei sunt de a studia învelișul stâncos exterior al planetei - scoarța terestră și învelișurile externe și interne ale Pământului care interacționează cu aceasta (extern - atmosferă, hidrosferă, biosferă; intern - manta și miez).

Obiectele de studiu direct al geologiei sunt mineralele, rocile, resturile organice fosile și procesele geologice.

2. Ciclul științelor geologice.

Geologia este strâns legată de alte științe ale pământului, de exemplu, astronomia, geodezia, geografia, biologia. Geologia se bazează pe științe fundamentale precum matematica, fizica și chimia. Geologia este o știință sintetică, deși în același timp este împărțită în multe ramuri interdependente, discipline științifice care studiază Pământul sub diferite aspecte și obțin informații despre fenomenele și procesele geologice individuale. Astfel, studiul compoziției litosferei se realizează prin: petrolologie, care studiază rocile magmatice și metamorfice, litologie, care studiază rocile sedimentare, mineralogie - știința care studiază mineralele ca compuși chimici naturali și geochimia - știința distribuţia şi migrarea elementelor chimice în intestinele pământului.

Procesele geologice care modelează relieful suprafeței pământului sunt studiate de geologie dinamică, din care o parte sunt geotectonica, seismologia și vulcanologia.

Secțiunea de geologie care studiază istoria dezvoltării scoarței terestre și a Pământului în ansamblu include stratigrafia, paleontologia, geologia regională și se numește „Geologie istorică”.

Există științe în geologie care au o mare importanță practică. Cum ar fi zăcăminte minerale, hidrogeologie, geologie inginerească, geocriologie.

În ultimele decenii au apărut și devin din ce în ce mai importante științe legate de studiul spațiului (geologia spațiului) și al fundului mărilor și oceanelor (geologia marină).

Alături de aceasta, există științe geologice care se află la intersecția cu alte științe ale naturii: geofizica, biogeochimia, chimia cristalină, paleobotanica. Acestea includ, de asemenea, geochimia și paleogeografia. Cea mai strânsă și mai diversă legătură între geologie și geografie. Pentru științele geografice, precum știința peisajului, climatologia, hidrologia, oceanografia, cele mai importante sunt științele geologice care studiază procesele care influențează formarea reliefului suprafeței terestre și istoria formării scoarței terestre pe tot Pământul.

3. Metode de studiere a interiorului pământului.

În geologie se folosesc metode directe, indirecte, experimentale și matematice.

Direct√ acestea sunt metode de studii directe la sol și la distanță (din troposferă, spațiu) ale compoziției și structurii scoarței terestre. Principala este cercetarea geologică și cartografierea. Studiul compoziției și structurii scoarței terestre se efectuează prin studierea aflorimentelor naturale (stânci de râu, râpe, versanți montani), a lucrărilor miniere artificiale (canale, șocuri, cariere, mine) și a forajelor (max √ 3,5 √ 4 km în India și Africa de Sud, fântâna Kola √ peste 12 km, proiect 15 km.) În zonele muntoase, se pot observa secțiuni naturale în văile râurilor, dezvăluind strate de rocă, adunate în falduri complexe și ridicate în timpul construcției montane de la adâncimi de 16 √ 20 km. Astfel, metoda de observare directă și de studiu a straturilor de rocă este aplicabilă doar unei părți mici, superioare, a scoarței terestre. Numai în zonele vulcanice se poate judeca compoziția materiei la adâncimi de 50 - 100 km din lava eruptă din vulcani și din emisiile solide. și mai mult, unde se află de obicei centrele vulcanice.

Indirect√ metode geofizice, care se bazează pe studiul câmpurilor fizice naturale și artificiale ale Pământului, făcând posibilă explorarea unor adâncimi semnificative ale subsolului.

Există metode seismice, gravimetrice, electrice, magnetometrice și alte metode geofizice. Dintre acestea, cea mai importantă este metoda seismică („seismos” – scuturare), bazată pe studiul vitezei de propagare a vibrațiilor elastice în Pământ care apar în timpul cutremurelor sau exploziilor artificiale. Aceste vibrații se numesc unde seismice, care se abate de la sursa cutremurelor. Există 2 tipuri: undele longitudinale Vp, care apar ca reacție a mediului la modificări de volum, se propagă în solide și lichide și se caracterizează prin cea mai mare viteză, și undele transversale Vs, reprezentând reacția mediului la modificările de formă. și se propagă numai în solide. Viteza undelor seismice în diferite roci este diferită și depinde de proprietățile elastice și densitatea lor. Cu cât mediul este mai elastic, cu atât undele se propagă mai repede. Studierea naturii propagării undelor seismice face posibilă aprecierea prezenței diferitelor învelișuri ale mingii cu elasticitate și densitate diferite.

Experimental Cercetarea vizează modelarea diferitelor procese geologice și producția artificială a diferitelor minerale și roci.

Matematic metodele în geologie au ca scop creșterea eficienței, fiabilității și valorii informațiilor geologice.

4. Structura Pământului.

Există 3 învelișuri ale Pământului: miez, manta și scoarță.

Miez√ cel mai dens înveliș al Pământului. Se crede că miezul exterior este într-o stare care se apropie de lichid. Temperatura substanței atinge 2500 √ 3000 0 C, iar presiunea ~ 300 GPa. Miezul interior este probabil într-o stare solidă. Compoziția ~i externe și interne este aceeași √ Fe √ Ni, apropiată de compoziția meteoriților.

Manta√ cea mai mare înveliș a Pământului. Masa √ 2/3 din masa planetei. Mantaua superioară se caracterizează prin eterogenitate verticală și orizontală. Sub continente și oceane, structura sa este semnificativ diferită. În oceane la o adâncime de ~ 50 km, iar pe continente √ 80 √ 120 km. începe un strat de viteze seismice reduse, care se numește ghid de undă seismică sau astenosferă (adică geosfera „fără rezistență”) și este caracterizat printr-o plasticitate crescută. (Ghidul de undă se extinde sub oceane până la 300 - 400 km, sub continente - 100-150 km.) Majoritatea surselor de cutremur sunt limitate la acesta. Se crede că în el apar camere de magmă, precum și o zonă de curenți de convecție subcrustali și apariția celor mai importante procese endogene.

V.V. Belousov combină scoarța terestră, mantaua superioară, inclusiv astenosfera în tectonosferă.

Stratul intermediar și mantaua inferioară au un mediu mai omogen decât mantaua superioară.

Mantaua superioara este compusa predominant din silicati feromagneziani (olivina, piroxeni, granate), ceea ce corespunde compozitiei peridotitice a rocilor. În stratul de tranziție C, mineralul principal este olivina.

Compoziția chimică: oxizi de Si, Al? Fe (2+, 3+), Ti, Ca, Mg, Na, K, Mn. Predomină Si și Mg.

5. Scoarța terestră.

Scoarta terestra√ aceasta este învelișul superior al Pământului, compus din roci magmatice, metamorfice și sedimentare, cu o grosime de la 7 la 70 √ 80 km. Acesta este cel mai activ strat al Pământului. Se caracterizează prin magmatism și manifestări ale proceselor tectonice.

Limita inferioară a scoarței terestre este simetrică cu suprafața Pământului. Sub continente coboară adânc în manta, iar sub oceane se apropie de suprafață. Scoarța terestră cu mantaua superioară până la limita superioară a astenosferei (adică fără astenosferă) formează litosfera.

În structura verticală a scoarței terestre se disting trei straturi, compuse din roci de compoziție, proprietăți și origine diferite.

1 strat√ superioară sau sedimentară (stratosferă) este compusă din roci sedimentare și vulcanico-sedimentare, argile, șisturi argiloase, roci nisipoase, vulcanice și carbonatice. Stratul acoperă aproape întreaga suprafață a Pământului. Grosimea în depresiuni adânci ajunge la 20 √ 25 km, în medie √ 3 km.

Rocile din învelișul sedimentar se caracterizează prin dislocare slabă, densități relativ scăzute și modificări mici corespunzătoare celor diagenetice.

2 straturi√ medii sau granitice (granit √ gneis), rocile sunt asemănătoare proprietăților granitelor. Este compus din gneisuri, granodiorite, diorite, ocalise, precum si gabro, marmura, silinite etc.

Rocile acestui strat sunt variate ca compoziție și grad de dislocare. Ele pot fi neschimbate sau metamorfozate. Limita inferioară a stratului de granit se numește secțiune seismică Conrad. Grosimea stratului este de la 6 la 40 km. În unele zone ale Pământului acest strat este absent.

3 straturi√ inferior, bazaltic, este format din roci mai grele, care în proprietăți sunt apropiate de rocile magmatice, bazalt.

În unele locuri, între stratul de bazalt și manta se află un așa-numit strat de eclogit cu o densitate mai mare decât stratul de bazalt.

Grosimea medie a stratului în partea continentală este de ~ 20 km. Sub lanțuri muntoase ajunge la 30 - 40 km, iar sub depresiuni scade la 12 - 13 și 5-7 km.

Grosimea medie a scoarței terestre în partea continentală (N. A. Belyavsky) √40,5 km, min. √ 7 √ 12 km. în oceane, max. √ 70 √ 80 km. (înaltul pe continente).

Geologia și ciclul științelor geologice

Geologie– una dintre științele fundamentale ale naturii care studiază structura, compoziția, originea și dezvoltarea Pământului. Explorează fenomene și procese complexe care au loc pe suprafața și în profunzimile sale. Geologia modernă se bazează pe secole de experiență în înțelegerea Pământului și pe o varietate de metode speciale de cercetare. Spre deosebire de alte științe ale pământului, geologia se ocupă de studiul subsolului său. Principalele sarcini ale geologiei sunt de a studia învelișul stâncos exterior al planetei - scoarța terestră și învelișurile externe și interne ale Pământului care interacționează cu aceasta (extern - atmosferă, hidrosferă, biosferă; intern - manta și miez).

Obiectele de studiu direct al geologiei sunt mineralele, rocile, resturile organice fosile și procesele geologice.

Geologia este strâns legată de alte științe ale pământului, de exemplu, astronomia, geodezia, geografia, biologia. Geologia se bazează pe științe fundamentale precum matematica, fizica și chimia. Geologia este o știință sintetică, deși în același timp este împărțită în multe ramuri interdependente, discipline științifice care studiază Pământul sub diferite aspecte și obțin informații despre fenomenele și procesele geologice individuale. Astfel, studiul compoziției litosferei se realizează prin: petrolologie, care studiază rocile magmatice și metamorfice, litologie, care studiază rocile sedimentare, mineralogie, știință care studiază mineralele ca compuși chimici naturali și geochimia, știința distribuţia şi migrarea elementelor chimice în intestinele pământului.

Procesele geologice care modelează relieful suprafeței pământului sunt studiate de geologie dinamică, din care o parte sunt geotectonica, seismologia și vulcanologia.

Există științe în geologie care au o mare importanță practică. Cum ar fi zăcăminte minerale, hidrogeologie, geologie inginerească, geocriologie.

În ultimele decenii au apărut și devin din ce în ce mai importante științe legate de studiul spațiului (geologia spațiului) și al fundului mărilor și oceanelor (geologia marină).

Vârsta absolută și relativă a pământului, scară geocronologică.

Conform celor mai recente date, vârsta Pământului ca planetă este estimată la ~ 4,6 miliarde de ani. Studiul meteoriților și rocilor lunare confirmă și această cifră. Cu toate acestea, cele mai vechi roci ale Pământului accesibile studiului direct au aproximativ 3,8 miliarde de ani. Prin urmare, întreaga etapă mai veche a istoriei Pământului este numită etapa pre-geologică. Obiectul studiului geologic este istoria Pământului din ultimii 3,8 miliarde de ani, care este alocată stadiului său geologic.

Pentru a clarifica modelele și condițiile de formare a g.p. este necesar să se cunoască succesiunea formării și vârsta lor, adică. stabilirea cronologiei lor geologice.

Distinge vârsta relativă g.p. (geocronologie relativă) și vârsta absolută g.p. (geocronologie absolută).

Stabilirea vârstei g.p. oferte științifice stratigrafie(Latin Stratum - strat).

Vârsta absolută a rocilor și metodele de determinare a acesteia.

Geocronologia absolută stabilește vârsta g.p. în unităţi de timp. Determinarea vârstei absolute este necesară pentru corelarea și compararea unităților biostratigrafice ale diferitelor părți ale Pământului, precum și stabilirea vârstei rămășițelor paleontologice decapate ale rocilor fanerozoice și prelembriene.

Metodele pentru determinarea vârstei absolute a rocilor includ metode nucleare (sau geocronologia izotopilor) și non-radiologice

Metode de geocronologie nuclearăîn timpul nostru, ele sunt cele mai precise pentru determinarea vârstei absolute a gb, care se bazează pe fenomenul de transformare spontană a unui izotop radioactiv al unui element într-un izotop stabil al altuia. Esența metodelor este de a determina relația dintre cantitatea de elemente radioactive și cantitatea de produși stabili ai dezintegrarii lor în rocă. Pe baza ratei de descompunere a izotopului, care este o valoare constantă pentru un anumit izotop radioactiv, și a numărului de izotopi radioactivi și stabili formați, timpul scurs de la începutul formării mineralului (respectiv, roca) este calculat.

Au fost dezvoltate un număr mare de metode radioactive pentru determinarea vârstei absolute: plumb, potasiu-argon, rubidiu-stronțiu, radiocarbon etc.

Metodele non-radiologice sunt inferioare ca acuratețe față de cele nucleare.

Metoda sării a fost folosit pentru a determina vârsta Oceanului Mondial. Se bazează pe presupunerea că apele oceanului au fost inițial proaspete, apoi, cunoscând cantitatea modernă de săruri de pe continente, este posibil să se determine existența Oceanului Mondial (~ 97 milioane de ani).

Metoda de sedimentare pe baza studiului rocilor sedimentare din mari. Cunoscând volumul și grosimea sedimentelor marine din z.k. în sistemele individuale și volumul de materie minerală transportat anual în mările de pe continente, se poate calcula durata umplerii acestora.

Metoda biologică se bazează pe ideea unei dezvoltări relativ uniforme a organizației. pace. Parametrul inițial este durata perioadei cuaternare 1,7 - 2 milioane de ani.

Metoda de numărare a straturilor de argilă de panglică, acumulându-se la periferia topirii gheţarilor. Sedimentele argiloase se depun iarna, iar cele nisipoase vara și primăvara, adică. fiecare pereche de astfel de straturi este rezultatul acumulării anuale de sedimente (ultimul ghețar de pe Marea Baltică a încetat să se miște acum 12 mii de ani).

Culoare minerală

Întrebarea cu privire la natura culorii culorii mineralelor este foarte complexă. Natura culorilor unor minerale nu a fost încă determinată. În cel mai bun caz, culoarea unui mineral este determinată de compoziția spectrală a radiației luminii reflectate de mineral sau este determinată de proprietățile sale interne, un element chimic inclus în mineral, incluziuni fin împrăștiate ale altor minerale, materie organică și altele. motive. Pigmentul colorant este uneori distribuit inegal, în dungi, dând modele multicolore (de exemplu, în agate).

Unele minerale transparente își schimbă culoarea datorită reflectării luminii care cade asupra lor de pe suprafețele interne, fisuri sau incluziuni. Acestea sunt fenomene de colorare curcubeu a mineralelor calcopirită, pirita și irizații - nuanțe albastre, albastre de labradorit.

Unele minerale sunt multicolore (policrom) si au culori diferite pe lungimea cristalului (turmalina, ametist, beril, gips, fluorit etc.).

Culoarea unui mineral poate fi uneori un semn de diagnostic. De exemplu, sărurile apoase de cupru sunt verzi sau albastre. Natura culorii mineralelor este determinată vizual, de obicei prin compararea culorii observate cu concepte binecunoscute: alb lapte, verde deschis, roșu vișiniu etc. această caracteristică nu este întotdeauna caracteristică mineralelor, deoarece culorile multor dintre ele variază foarte mult.

Culoarea tractului

O caracteristică de diagnostic mai fiabilă decât culoarea unui mineral este culoarea pulberii sale, care rămâne atunci când mineralul de testat zgârie suprafața mată a unei plăci de porțelan. În unele cazuri se potrivește cu culoarea mineralului în sine, în altele este complet diferită. Deci, în cinabru culoarea mineralului și a pulberii este roșie, în timp ce în pirita galben-alama culoarea este negru-verzui. Diavolul este dat de minerale moi și mediu-dure, în timp ce cele dure doar zgârie placa și lasă șanțuri pe ea.

Transparenţă

Pe baza capacității lor de a transmite lumina, mineralele sunt împărțite în mai multe grupuri:

transparent(cristal de rocă, sare de rocă) - transmit lumină, obiectele sunt clar vizibile prin ele;
translucid(calcedonie, opal) – obiecte prin care obiectele sunt greu de văzut;
translucid numai în plăci foarte subțiri;
opac– lumina nu se transmite nici măcar în plăci subțiri (pirită, magnetită).

Strălucire

Lustrul este capacitatea unui mineral de a reflecta lumina. Nu există o definiție științifică strictă a conceptului de strălucire. Există minerale cu un luciu metalic precum mineralele lustruite (pirită, galena); cu semimetalice (diamant, sticla, mat, gras, ceros, sidefat, cu nuante de curcubeu, matasos). Multe proprietăți fizice sunt caracteristici importante de diagnostic atunci când se identifică minerale.

Clivaj

Fenomenul de clivaj în minerale este determinat de coeziunea particulelor din interiorul cristalelor și este determinat de proprietățile rețelelor cristaline ale acestora. Divizarea mineralelor are loc cel mai ușor paralel cu cele mai dense rețele de rețele cristaline. Aceste rețele de cele mai multe ori și în cea mai bună dezvoltare apar în limita externă a cristalului.

Numărul de planuri de clivaj în diferite minerale variază, până la șase, iar gradul de perfecțiune al diferitelor planuri poate să nu fie același. Se disting următoarele tipuri de clivaj:

foarte perfect, când un mineral, fără prea mult efort, se desparte în frunze sau plăci individuale cu suprafețe netede și lucioase - planuri de clivaj (gips).
perfect, detectat printr-o lovitură ușoară adusă mineralului, care se sfărâmă în bucăți limitate doar de planuri netede și strălucitoare. Foarte rar se obțin suprafețe neuniforme care nu sunt de-a lungul planului de clivaj (calcitul se împarte în romboedre obișnuite de diferite dimensiuni, sare gemă în cuburi, sfalerita în dodecaedre rombice).
in medie, care se exprimă prin faptul că atunci când un mineral este lovit, se formează fracturi atât de-a lungul planurilor de clivaj, cât și pe suprafețe neuniforme (feldspați - ortoclază, microclin, labradorit)
imperfect. Planurile de clivaj în minerale sunt greu de detectat (apatită, olivină).
foarte imperfect. Nu există planuri de clivaj în mineral (cuarț, pirit, magnetit). În același timp, uneori, cuarțul (cristalul de rocă) se găsește în cristale bine tăiate. Prin urmare, este necesar să se distingă marginile naturale ale cristalului de planurile de clivaj care apar atunci când mineralul este fracturat. Planele pot fi paralele cu marginile și au un aspect mai „proaspăt” și o strălucire mai puternică.

Kink

Natura suprafeței formate în timpul ruperii (divizării) unui mineral este diferită:

1. Rupere lină, dacă mineralul se împarte de-a lungul planurilor de clivaj, cum ar fi, de exemplu, în cristalele de mica, gips și calcit.

2. Fractură în trepte obținut atunci când în mineral există planuri de clivaj care se intersectează; se poate observa la feldspați și calcit.

3. Fractură neuniformă caracterizat prin absența zonelor strălucitoare de despicare a clivajului, cum ar fi, de exemplu, cuarțul.

4. fractură granuloasă observată în minerale cu structură granulo-cristalină (magnetită, cromit).

5. Fractură pământească caracteristică mineralelor moi și foarte poroase (limonit, bauxită).

6. Concoidal– cu zone convexe și concave precum scoici (apatit, opal).

7. zdrobită(în formă de ac) - o suprafață neuniformă cu așchii orientate într-o singură direcție (selenit, crisotil-azbest, hornblendă).

8. Coroiat– pe suprafața despicăturii apar neregularități agățate (cupru nativ, aur, argint). Acest tip de fractură este caracteristic metalelor maleabile.

Duritate

Duritate minerală- acesta este gradul de rezistență al suprafeței lor exterioare la pătrunderea unui alt mineral, mai dur și depinde de tipul rețelei cristaline și de puterea legăturilor atomilor (ionilor). Duritatea se determină prin zgârierea suprafeței mineralului cu unghia, cuțitul, sticlă sau minerale de duritate cunoscută din scara Mohs, care include 10 minerale cu duritate în creștere treptat (în unități relative).

Relativitatea poziției mineralelor în ceea ce privește gradul de creștere a durității lor este vizibilă în comparație: determinările precise ale durității diamantului (duritatea pe o scară este de 10) au arătat că este de peste 4000 de ori mai mare decât cea a talcului. (duritate - 1).

scara Mohs

Masa principală de minerale are o duritate de la 2 la 6. Mineralele mai dure sunt oxizii anhidri și unii silicați. Când determinați un mineral într-o rocă, trebuie să vă asigurați că este mineralul care este testat, și nu roca.

Gravitație specifică

Greutatea specifică variază de la 0,9 la 23 g/cm3. Pentru majoritatea mineralelor este de 2–3,4 g/cm3; mineralele și metalele native au cea mai mare greutate specifică de 5,5–23 g/cm3. Greutatea specifică exactă este determinată în laborator și, în practica normală, prin „cântărirea” eșantionului pe mână:

Lumină (cu o greutate specifică de până la 2,5 g/cm3) – sulf, sare gemă, gips și alte minerale;

Mediu (2,6 – 4 g/cm3) – calcit, cuarț, fluorit, topaz, minereu de fier brun și alte minerale;

Cu o greutate specifică mare (mai mult de 4). Acesta este baritul (spat greu) - cu o greutate specifică de 4,3 - 4,7, minereuri de sulf de plumb și cupru - greutate specifică de 4,1 - 7,6 g / cm 3, elemente native - aur, platină, cupru, fier etc. . cu o greutate specifică de la 7 la 23 g/cm 3 (iridiu osmic - 22,7 g/cm 3, iridiu platină - 23 g/cm 3).

Magneticitatea

Proprietatea mineralelor de a fi atrase de un magnet sau de a devia acul magnetic al unei busole este unul dintre semnele de diagnostic. Mineralele puternic magnetice sunt magnetita și pirotita.

Maleabilitatea și fragilitatea

Mineralele maleabile sunt cele care își schimbă forma atunci când sunt lovite cu ciocanul, dar nu se sfărâmă (cupru, aur, platină, argint). Fragil - se sfărâmă în bucăți mici la impact.

Conductivitate electrică

Conductibilitatea electrică a mineralelor este capacitatea mineralelor de a conduce curentul electric sub influența unui câmp electric. În caz contrar, mineralele sunt clasificate ca dielectrice, adică non conductiv.

Inflamabilitate și miros

Unele minerale se aprind cu un chibrit și creează mirosuri caracteristice (sulf - dioxid de sulf, chihlimbar - un miros aromat, ozokerit - miros sufocant de monoxid de carbon). Mirosul de hidrogen sulfurat apare atunci când se lovește marcasit, pirita sau când măcinați cuarț, fluorit și calcit. Când bucăți de fosforit se freacă unele de altele, apare mirosul de os ars. Caolinitul, atunci când este umezit, capătă un miros de sobă.

Gust

Senzațiile gustative sunt cauzate doar de minerale foarte solubile în apă (halit - gust sărat, silvita - amar sărat).

Rugozitate și conținut de grăsime

Grasimi, usor murdare sunt talcul, caolinitul, aspru - bauxita, creta.

Higroscopicitate

Aceasta este proprietatea mineralelor de a se hidrata prin atragerea moleculelor de apă din mediu, inclusiv din aer (carnalită).

Unele minerale reacţionează cu acizii. Pentru a identifica mineralele care sunt săruri chimice ale acidului carbonic, este convenabil să folosiți reacția de fierbere cu acid clorhidric slab (5-10%).

Factorii metamorfismului.

Modificarea rocilor magmatice și sedimentare în stare solidă sub influența factorilor endogeni se numește metamorfism.

Presiunea, temperatura și fluidele au o influență decisivă asupra metamorfismului rocilor.

Temperatura. Sursele de căldură din scoarța terestră sunt dezintegrarea elementelor radioactive; topituri magmatice, care, la răcire, degajă căldură rocilor din jur; fluide adânci încălzite; procesele tectonice și o serie de alți factori. Gradient geotermal, de ex. numărul de grade la 1 km de adâncime variază de la un loc la altul pe glob și diferența poate fi de aproape 100o C. În cadrul unor blocuri stabile, rigide ale scoarței terestre, de exemplu pe scuturile platformelor antice, gradientul geotermal nu depășesc 6-10o C, în timp ce ca și în structurile montane tinere în creștere poate ajunge la aproape 100o C. Temperatura accelerează brusc cursul reacțiilor chimice, favorizează recristalizarea materiei și afectează foarte mult procesele de formare a mineralelor. O creștere a temperaturii duce la deshidratarea (deshidratarea) mineralelor, formarea de asociații minerale de temperatură mai înaltă lipsite de apă, decarbonatarea calcarelor etc. În mod obișnuit, transformările metamorfice încep la temperaturi peste 300o C, și se opresc când temperaturile ating punctul de topire. de roci dezvoltate local .

Presiunea este împărțită în comprehensivă (litostatică), cauzată de masa rocilor de deasupra și stres, sau unilateral, asociat cu mișcările direcționate tectonice. Presiunea litostatică cuprinzătoare este legată nu numai de adâncime, ci și de densitatea rocilor, iar la o adâncime de 10 km poate depăși 200 mPa și la o adâncime de 30 km - 600-700 mPa. Cu un gradient geotermal de 25 de grade/km, topirea rocii poate începe la o adâncime de aproximativ 20 km. La presiuni mari, rocile intră într-o stare plastică.Presiunea de stres unilaterală se manifestă cel mai bine în partea superioară a scoarței terestre în zonele pliate și se exprimă prin formarea anumitor caracteristici structurale și texturale ale rocii și a unor minerale specifice de stres, cum ar fi glaucofanul. , cianită etc. Presiunea de efort provoacă deformarea mecanică a rocilor, strivirea lor, schistozitatea, crescând solubilitatea mineralelor în direcția presiunii. Fluidele pătrund în astfel de zone milonizate, sub influența cărora rocile sunt supuse recristalizării.

Fluidele, care includ H2O, CO2, CO, CH4, H2, H2S, SO2 și altele, transferă căldură, dizolvă minerale de rocă, transportă elemente chimice, participă activ la reacții chimice și joacă rolul de catalizatori. Importanta fluidelor este ilustrata de faptul ca in<сухих системах>, c.t. lipsit de fluide, chiar și în prezența unor presiuni și temperaturi ridicate, aproape nu apar modificări metamorfice.

Roci sedimentare.

Pe suprafața litosferei s-au format roci sedimentare ca urmare a acumulării de mase minerale obținute în timpul distrugerii rocilor magmatice, metamorfice și sedimentare. Procesele de distrugere a rocilor litosferei și acumularea de noi roci la suprafața pământului au loc peste tot: în deșerturi, unde munca energetică este efectuată de vânt; de-a lungul țărmurilor mării și oceanului, unde valurile mută moloz; în fundul părților adânci ale mărilor și oceanelor, unde organismele muribunde dau naștere unor straturi de roci sedimentare. Condițiile de formare lasă o amprentă semnificativă asupra aspectului rocilor sedimentare. În unele cazuri ele constau din fragmente de roci distruse anterior, în altele - din acumulări de resturi organice, în altele - din boabe cristaline care au căzut din soluție.

Rocile sedimentare diferă puternic unele de altele în funcție de originea lor. Prin urmare, acestea sunt de obicei împărțite în trei grupuri:

Origine clastică

Origine chimică

Origine organică

Rocile sedimentare prezintă un interes deosebit pentru constructori, deoarece servesc drept fundații și suport pentru diferite structuri și sunt disponibile pe scară largă ca materiale de construcție. Ele sunt de origine secundară, deoarece materialul sursă pentru formarea lor sunt produsele de distrugere a rocilor preexistente. Procesul de formare a rocilor sedimentare se desfășoară după următoarea schemă: alterarea fizică și chimică a rocilor, transportul mecanic și chimic, depunerea și acumularea produselor de distrugere a acestora și, în final, compactarea și cimentarea sedimentului afânat cu transformarea lui în rocă. . Proprietățile generale ale rocilor sedimentare sunt aceleași forme de apariție sub formă de straturi, cu care sunt asociate caracteristicile lor texturale caracteristice - stratificarea și porozitatea. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece are o mare influență asupra proprietăților fizice și mecanice ale rocilor: rezistență, densitate și densitate medie, absorbție de apă, rezistență la îngheț, prelucrare mecanică etc.

Rocile sedimentare se disting printr-o varietate de structuri cu variații mari în formă, dimensiunea particulelor și raportul lor între diferiți reprezentanți. Ele se caracterizează printr-o diversitate semnificativă de componente minerale, care sunt mai simple ca compoziție chimică și sunt formațiuni noi predominant sedimentare care se potrivesc cu compoziția unor minerale magmatice. Printre mineralele care formează roca se numără carbonați, sulfați și silice apoasă precipitată din soluții apoase; produse secundare (argiloase) de intemperii ale rocilor părinte - caolinit, montmorillonit; minerale de mica, hidroxizi A1 si Fe; minerale relicte păstrate neschimbate - cuarț magmatic, feldspați, precum și fragmente de roci de diverse origini și resturi de organisme. Unii reprezentanți ai rocilor sedimentare se dizolvă în apă, de exemplu sare gemă, gips, calcar.

Clasificarea solurilor.

Clasificarea solurilor include următoarele unități taxonomice, distinse pe grupe de caracteristici:

Clasa - în funcție de natura generală a conexiunilor structurale;

Grup - după natura conexiunilor structurale (ținând cont de rezistența acestora);

Subgrup - după origine și condiții de educație;

Tip - în funcție de compoziția materialului;

Tip - după denumirea solului (ținând cont de mărimea particulelor și indicatorii de proprietate);

Soiuri - conform indicatorilor cantitativi ai compoziției materialelor, proprietăților și structurii solurilor.

Clasa solurilor naturale stâncoase - soluri cu legături structurale rigide (cristalizare și cimentare) sunt împărțite în grupe, subgrupe, tipuri, tipuri și soiuri conform Tabelului 1.

Clasa de soluri naturale dispersate - solurile cu legături structurale apă-coloidale și mecanice sunt împărțite în grupuri, subgrupe, tipuri, tipuri și soiuri

Clasa de soluri naturale înghețate* - solurile cu conexiuni structurale criogenice sunt împărțite în grupuri, subgrupe, tipuri, tipuri și soiuri

Clasa de soluri tehnogene (stâncoase, dispersate și înghețate) - soluri cu diverse conexiuni structurale formate ca urmare a activității umane, sunt împărțite în grupuri, subgrupe, tipuri și tipuri

Clasificări particulare în funcție de compoziția materialului, proprietățile și structura solurilor (varietăți) stâncoase, dispersate și înghețate sunt prezentate în Anexa B.

După originea lor, rocile se împart în:

Igneos, magmatic, format ca urmare a solidificării magmei; au o structură cristalină și sunt clasificate ca soluri stâncoase;

Sedimentar; s-au format ca urmare a distrugerii și intemperiilor rocilor cu ajutorul apei și aerului și formează soluri stâncoase și neloioase;

Metamorfice, care s-au format ca urmare a acțiunii temperaturilor ridicate și presiunilor mari asupra rocilor metamorfice și sedimentare; sunt clasificate ca soluri stâncoase.

Verkhovada, caracteristici.

Apa de biban este numele dat acumulărilor temporare de apă subterană în zona de aerare. Această zonă este situată la o adâncime mică de la suprafață, deasupra orizontului apei subterane, unde o parte din porii rocii sunt ocupați de apă legată, cealaltă parte de aer.

Apa înaltă se formează peste aquitarde aleatorii (sau semi-aquitarde), care pot fi lentile de argile și argile în nisip, straturi de roci mai dense. În timpul infiltrației, apa este reținută temporar și formează un fel de acvifer. Cel mai adesea, aceasta este asociată cu o perioadă de topire a zăpezii abundente și cu o perioadă de ploaie. În restul timpului, apa din apa cocoțată se evaporă și se infiltrează în apele subterane.

O altă caracteristică a apei cocoțate este posibilitatea formării acesteia chiar și în absența oricăror straturi rezistente la apă în zona de aerare. De exemplu, apa curge din abundență în grosimea luturilor, dar din cauza permeabilității scăzute a apei, infiltrațiile au loc lent și se formează apă cocoțată în partea superioară a grosimii. După ceva timp, această apă se dizolvă.

În general, apa cocoțată se caracterizează prin: natură temporară, adesea sezonieră, zonă mică de distribuție, putere scăzută și lipsă de presiune. În rocile ușor permeabile, de exemplu în nisip, apa ridicată apare relativ rar. Diferite lut și roci de loess sunt cele mai tipice pentru el.

Apa ridicată reprezintă un pericol semnificativ pentru construcție. Aflată în părțile subterane ale clădirilor și structurilor (subsolurile camerei cazanelor), poate provoca inundații dacă nu au fost prevăzute în prealabil măsuri de drenaj sau de hidroizolație. Recent, ca urmare a scurgerilor semnificative de apă (instalații sanitare, piscine), a fost observată apariția unor orizonturi de apă cocoțate pe teritoriul unităților industriale și noi zone rezidențiale situate în zona rocilor de loess. Acest lucru reprezintă un pericol grav, deoarece solurile de fundație își reduc stabilitatea, îngreunând funcționarea clădirilor și structurilor.

În timpul cercetărilor inginerești-geologice efectuate în sezonul uscat, apa cocoțată nu este întotdeauna detectată. Prin urmare, aspectul său poate fi neașteptat pentru constructori.

Apele zonei de aerare.

De regulă, zona de aerare are straturi de sol care diferă în ceea ce privește permeabilitatea la apă. Prin urmare, în timpul ploilor, în zona de aerare se poate forma un acvifer temporar, numit biban. Apa ridicată este tipică în special în timpul dezghețului de iarnă și primăverii, când în pământ se păstrează încă un strat impermeabil de permafrost sezonier, iar topirea zăpezii la suprafață asigură saturarea intensivă a solului cu apă. Apele mari ale izvorului provoacă adesea inundarea subsolurilor clădirilor.

Prezența umidității în zona de aerare se explică prin faptul că toate sistemele capilar-poroase, în special zona de aerare compusă din nisip, au capacitatea de a absorbi umiditatea din aer, de a o reține și de a o acumula în porii lor. După care umiditatea acumulată se poate „scurge” din zona de aerare în acvifer, realizându-și rezervele. Această capacitate crește odată cu scăderea umidității solului, o scădere a temperaturii sale și o creștere a conținutului de sare din acesta. Datorită proceselor de condensare intraterană a vaporilor de apă, chiar și în deșerturile unde umiditatea aerului este minimă, sub dune se formează lentile de apă dulce.

Zona de aerare este situată între suprafața pământului și nivelul apei subterane. Zona de saturație a rocii este situată sub nivelul apei subterane. Apele subterane din zona de saturație circulă sub formă de ape perene, subterane, artizanale, cu fisuri și permafrost. Verhovodki sunt acumulări temporare de apă subterană în zona de aerare. Apele mari se formează peste aquitarde aleatorii - lentile de argile și lut; în timpul infiltrației, apa este reținută și formează acvifere. Acest lucru se datorează unei perioade de topire a zăpezii abundente și unei perioade de ploaie. Acest lucru apare și din cauza permeabilității scăzute a solului.

Pentru a asigura o zonă de aerare, pentru respirația rădăcinii, și descompunerea corectă a materiei organice în sol, trebuie să aibă loc un schimb de gaze, în care întreg volumul de aer din stratul de rădăcină va fi reînnoit în cel mult 8 zile. Pentru creșterea și dezvoltarea normală a plantelor, solul trebuie să conțină simultan aer și apă într-un anumit raport. Dacă există lipsă de apă, rădăcinile plantelor nu pot furniza frunzelor cantitatea necesară (seceta solului). Solul uscat conține mult aer, în urma căruia se activează activitatea bacteriilor aerobe, ceea ce duce la descompunerea rapidă a materiei organice. Când conținutul de apă din sol este scăzut, concentrația soluției de sol crește și plantele nu o pot folosi. Cu un exces de apă, conținutul de aer scade și respirația rădăcinilor se înrăutățește, iar procesele de descompunere a materiei organice încetinesc.

Astfel, cantitatea de apă din sol determină gradul de alimentare a acesteia către plante, conținutul de aer din sol, regimul termic și nutritiv din sol, adică. fertilitatea ei. Umiditatea optimă a solului variază pentru diferite plante (tabel). Cu cât există mai mulți nutrienți în sol, cu atât conținutul optim de umiditate este mai mare.

Nisipuri mișcătoare și pseudorapide.

Nisipuri mișcătoare (a. nisip în derivă, nisip plutitor, nisip curgător, nisip mișcător; n. Schwimmsand; f. terrain сulant, sable aquifere; i. arena movediza, roca pastosa, fluidez de suelo) - vrac saturat de apă, slab litificat, în principal nisipos roci, capabile să se răspândească și să plutească.

Există nisipuri mișcătoare adevărate și false. Adevăratele nisipuri mișcătoare sunt formate din nisipuri cu granulație fină și mâloasă, precum și din soluri care conțin coloizi hidrofili care acționează ca lubrifiant. O trăsătură caracteristică a acestor nisipuri mișcătoare este mobilitatea lor mare și capacitatea de a se transforma rapid într-o stare de nisip mișcător cu solicitări mecanice minore, în special atunci când sunt supuse la șocuri sau vibrații. La umiditate scăzută și densitate mare, nisipul mișcător are o rezistență semnificativă. Când umiditatea este peste un anumit nivel critic, nisipurile mișcătoare pot curge ca o singură unitate sub influența unor solicitări minore. Atunci când îngheață, nisipurile mișcătoare adevărate suferă o înălțare puternică, filtrează slab apa și, atunci când sunt uscate, capătă coeziune. Spre deosebire de solurile de plastic foarte dispersate, proprietățile plastice ale nisipurilor mișcătoare adevărate sunt temporare și dispar treptat după ce sarcina este îndepărtată. Nisipurile mișcătoare false nu conțin particule coloidale, iar proprietățile lor mișcătoare se manifestă sub gradienți semnificativi de presiune. Pe măsură ce densitatea crește, nisipurile mișcătoare false își pierd adesea proprietățile nisipurilor mișcătoare.

Nisipurile mișcătoare complică operațiunile miniere la excavarea lucrărilor miniere, la construirea de gropi, structuri, tuneluri etc. Ca măsuri de protecție la săparea în nisipuri mișcătoare se folosesc scuturi speciale, chesoane, doline, îngheț, excavare avansată și fixare a nisipurilor mișcătoare.

Tipuri de apă în roci.

În funcție de starea fizică, mobilitatea și natura legăturii cu solul, se disting mai multe tipuri de apă din sol: apă legată chimic și fizic, apă capilară, liberă, solidă și vaporoasă.

Apa legată chimic face parte din unele minerale, cum ar fi gipsul și sulfatul de cupru. În cele mai multe cazuri, apa din astfel de minerale poate fi îndepărtată numai prin încălzire la 300-400 C.

Apa legată fizic este reținută pe suprafața mineralelor și a particulelor de sol prin forțe moleculare și poate fi îndepărtată din sol doar la o temperatură de cel puțin 90-120 C. Acest tip de apă este împărțit în higroscopic și film.

Apa higroscopică se formează datorită adsorbției moleculelor de apă de către particulele de sol. Apa higroscopică este reținută pe suprafața particulelor de forțe moleculare și electrice.

Apa de film formează o peliculă deasupra apei higroscopice atunci când conținutul de umiditate al solului devine mai mare decât higroscopicitatea maximă. Această apă se poate muta de la o particulă de sol la alta.

Apa capilară se formează în porii solului după ce sunt saturate cu apă de film, umple porii și fisurile subțiri și se deplasează în ei sub acțiunea forțelor capilare.Apa capilară din porii solului este împărțită în suspensie capilară, formată în partea superioară a stratului de sol, alimentată de precipitații și neasociată cu apele subterane; înălțat capilar, situat sub forma unei zone capilare deasupra nivelului apei subterane și strâns legat de acesta; capilar-separate, situate în restul solului. Apa capilară se evaporă prin suprafața solului sau frunzele plantelor și joacă un rol important în saturația cu apă a solurilor, în regimul apei subterane și în nutriția plantelor.

Apa liberă este cea mai mobilă și importantă componentă a apelor subterane. Această apă lichidă se găsește în porii și fisurile solului și se mișcă sub influența gravitației și a gradienților de presiune hidrostatică.

Apa solidă se găsește în sol sub formă de cristale, straturi și lentile de gheață.

Apa în stare de vapori umple, împreună cu aerul, golurile din sol care nu sunt ocupate de apă.

Testarea solului pe teren.

Metodele de teren pentru studierea solurilor sunt utilizate la efectuarea de studii inginerești-geologice, pentru aprecierea proprietăților de rezistență și deformare ale solurilor, pentru obținerea parametrilor hidrogeologici în condițiile de apariție naturală a rocilor. Cercetările se desfășoară la locul (traseul) structurilor de inginerie proiectate sau reconstruite. Efectuarea lucrărilor necesită utilaje și echipamente speciale. Metodele de cercetare a solului în teren au scopuri diferite și rezolvă diverse probleme:

studiul proprietăților fizice, de rezistență și de deformare ale solurilor în condițiile apariției lor naturale;

obținerea de informații despre condițiile de apariție a apelor subterane, a straturilor de rocă, geneza acestora;

obţinerea parametrilor hidrogeologici şi a caracteristicilor masei de sol.

metode de cercetare a solului pe teren:

sondare statică;

test de timbru;

testarea presometrului;

încercarea de forfecare a întregului sol;

lucrări experimentale de filtrare.

Sondarea statică se referă la metode speciale de obținere a informațiilor geologice de inginerie. Capacitățile moderne au extins semnificativ gama de informații care pot fi obținute prin utilizarea acestei metode de teren de cercetare a solului. Adâncimea de testare a crescut semnificativ la 45 m (în funcție de compoziția litologică a masivului).

Sondarea statică, ca metodă de cercetare a solului de teren, are capacități tehnologice largi pentru prelevarea de roci și apă subterană, precum și studii speciale ale solurilor în condiții naturale.

Materialele obţinute prin sondare statică pot fi folosite pentru a rezolva următoarele probleme principale:

împărțirea secțiunii geologice în straturi separate (elemente de inginerie geologică), identificarea acestora pe suprafață și adâncime;

tipificarea și clasificarea solurilor după compoziție, stare și proprietăți;

studiul variabilității spațiale a proprietăților solului pentru a selecta cele mai rezonabile modele de proiectare pentru fundații;

determinarea indicatorilor proprietăților fizice și mecanice ale solurilor pe baza atât formulelor interpretative empirice, cât și soluțiilor analitice;

rezolvarea problemelor de proiectare și calcul al fundațiilor (de exemplu, determinarea sarcinii de proiectare pe o pilă, rezistența de proiectare a solului, tasarea piloților și a fundației piloților).

Adnotare.

Scopul cursului general de istoria și metodologia științelor geologice este de a oferi specialistului absolvent o idee generală a progresului dezvoltării științelor geologice, de a dezvălui probleme fundamentale ale metodologiei cercetării științifice și logica construcției. cercetare științifică; reflectă ideile moderne despre unele probleme filozofice ale geologiei. Un obiectiv important al cursului este de a studia istoria geologiei ruse pe fondul general al dezvoltării cunoștințelor geologice. Stăpânirea creativă a cursului implică studiul independent al literaturii geologice și metodologice și scrierea unui rezumat în planul de curs.

Introducere.

Istoria geologiei ca parte a istoriei generale a științelor naturale și a culturii mondiale în ansamblu. Procesul de formare a cunoștințelor geologice și dezvoltarea trăsăturilor economice, sociale, culturale și istorice ale stării societății.

Metodologia este doctrina principiilor și logicii construirii cercetării științifice, formelor și metodelor activității științifice și educaționale. Locul geologiei în sistemul științelor naturale. Clasificarea științelor ciclului geologic. Principii de periodizare a istoriei geologiei.

1. Istoria stiintelor geologice.

1.1. Etapa pre-științifică de dezvoltare a cunoștințelor geologice (din antichitate până la mijlocul secolului al XVIII-lea).

Perioada de formare a civilizației umane (din cele mai vechi timpuri până în secolul al V-lea î.Hr.). Acumularea de cunoștințe empirice despre pietre, minereuri, săruri și apele subterane.

Perioada antică (sec. V î.Hr. - secolul V d.Hr). Apariția ideilor despre minerale, roci și procese geologice în cadrul filosofiei naturale. Originile plutonismului și neptunismului. Cei mai importanți reprezentanți ai școlii de filosofie naturală greco-romană.

Perioada scolastică (secolele V - XV în Europa de Vest, secole VII - XVII în alte țări). Stagnarea în dezvoltarea științei, predominarea dogmelor bisericești în Europa de Vest. Dezvoltarea meșteșugurilor și mineritului. Înființarea primelor universități. Civilizația arabă și rolul ei în dezvoltarea științelor naturale în secolele VII-XIII. Meșteșugurile Rusiei antice, înființarea în 1584 a Ordinului Afacerilor Pietrei.

Perioada Renașterii (secolele XV - XVII până la mijlocul secolelor XVIII). Mari descoperiri geografice. Aprobarea tabloului heliocentric al lumii. Idei geologice ale lui Leonardo da Vinci, Bernard Palissy, Nikolaus Stenon, Georg Bauer (Agricola). Concepte cosmogonice ale lui R. Descartes și G. Leibniz. Plutonism și deluvianism. Dezvoltarea cunoștințelor geologice în Rusia în epoca reformelor lui Petru. Crearea Ordinului Afacerilor Miniere (1700), Colegiul Berg (1718), deschiderea Academiei de Științe (1725).

1.2. Etapa științifică de dezvoltare a geologiei (de la începutul secolului al XIX-lea). Perioada de tranziție (a doua jumătate a secolului al XVIII-lea).

Ipotezele cosmogonice ale lui E. Kant și P. Laplace. Idei geologice ale lui J. Buffon, M.V. Lomonosov. Originile stratigrafiei. A.G. Werner, profesorul și școala lui. J. Hutton (Hutton) și „Teoria Pământului”. Contradicții privind rolul proceselor externe și interne în dezvoltarea Pământului. Dezvoltarea cristalografiei. Deschiderea Universității din Moscova (1755) și a școlii superioare de minerit (viitorul Institut minier (1773)). expediții academice rusești. V.M. Severgin și rolul său în dezvoltarea mineralogiei.

Perioada eroică a dezvoltării geologiei (prima jumătate a secolului al XIX-lea). Nașterea biostratigrafiei și a paleontologiei. Prima ipoteză tectonică este ipoteza „craterului de ridicare”. Catastrofiști și evoluționiști - o dispută istorică între două tabere științifice. Dezvoltarea scării stratigrafice fanerozoice. Începutul cartografierii geologice. Progrese în studiul mineralelor. Începutul etapei chimice a studiului mineralelor. Doctrina singoniei, izomorfismului și polimorfismului și paragenezei mineralelor.

Charles Lyell și cartea sa „Fundamentals of Geology...” (1830-1833). Discuții privind originea bolovanilor exotici. Formarea teoriei glaciare. Crearea primelor societăți geologice și cercetări geologice naționale. Geologia în Rusia în prima jumătate a secolului al XIX-lea.

Perioada clasică a dezvoltării geologiei (a doua jumătate a secolului al XIX-lea). Observațiile geologice ale lui Charles Darwin și influența asupra dezvoltării geologiei a cărții sale „Originea speciilor prin selecția naturală...”. Triumful ideilor evolutive în geologie. Ipoteza contracției de Elie de Beaumont și dezvoltarea ei în lucrările lui E. Suess. Originea doctrinei geosinclinalelor și platformelor. Formarea paleogeografiei, geomorfologiei, hidrogeologiei.

Dezvoltarea petrografiei microscopice. Apariția conceptului de magmă, tipurile și diferențierea acesteia. Originea doctrinei metamorfismului, formarea petrografiei experimentale. Dezvoltarea mineralogiei teoretice și genetice. Progrese în cristalografie. Formarea doctrinei zăcămintelor de minereu. Originile geologiei petrolului. Primii pași ai geofizicii în studierea structurii profunde a Pământului. Începutul cooperării internaționale între geologi. Primele congrese internaţionale de geologie. Fondarea Comitetului Geologic al Rusiei (1882).

Perioada „critică” de dezvoltare a științelor geologice (anii 10-50 ai secolului XX). Revoluție științifică în știința naturii la începutul secolelor XIX-XX. Criza in geotectonica. Prăbușirea ipotezei contracției. Apariția unor ipoteze tectonice alternative. Originea ideilor de mobilism - ipoteza derivei continentale. Refuzul mobilismului și renașterea ideilor fixiste. Dezvoltarea în continuare a doctrinei geosinclinalelor și platformelor. Formarea doctrinei greșelilor profunde. Originile neotectonicii și tectonofizicii. Dezvoltarea în continuare a geofizicii. Crearea unui model al structurii învelișului Pământului Dezvoltarea metodelor geofizice de explorare și interpretare geologică a datelor geofizice.

Dezvoltarea științelor materiei. Utilizarea analizei de difracție cu raze X în studiul cristalelor, apariția chimiei cristalelor și a mineralogiei structurale. Originile geochimiei. Doctrina biosferei și noosferei. Dezvoltarea petrologiei și a ramurilor sale (petrochimie, chimie magmatică, petrografie spațială). Dezvoltarea doctrinei metamorfismului. Dezvoltarea doctrinei zăcămintelor de minereu; dezvoltarea în continuare a teoriei hidrotermale. Minerografie. Termobarometrie. Progrese în metalogenie.

Formarea litologiei și progresele în paleogeografie. Originea doctrinei formațiunilor. Dezvoltarea geologiei combustibililor fosili. Doctrina bazinelor de petrol și gaze. Geologia cărbunelui. Dezvoltarea în continuare a hidrogeologiei, dezvoltarea problemei zonei hidrochimice și hidrodinamice verticale a apelor subterane. Hartă hidrogeologică. Originile științei permafrostului.

Cea mai nouă perioadă de dezvoltare a geologiei (anii 60 - 90 ai secolului XX). Reechipare tehnică a geologiei: microscop electronic, microsondă, spectrometru de masă, computer, foraj de adâncime și ultraadâncime, explorare a Pământului din spațiu etc. Începutul studiului geologic și geofizic intensiv al oceanelor și planetelor din Sistem solar. Revigorarea mobilismului în geotectonica. Stabilirea astenosferei. Paleomagnetismul. Ipoteza expansiunii (întinderii) fundului oceanic. Noua tectonica globală sau tectonica plăcilor este o nouă paradigmă în geologie. Alte concepte alternative de mobilizare.

„Revoluție digitală” în geofizică, dezvoltarea metodelor de explorare geofizică și geofizică marine. Progrese în studiul scoarței terestre și al mantalei superioare.

Progrese în paleontologie; noi grupuri de resturi fosile, stadii de dezvoltare a lumii organice și evoluția biosferei, dispariția unor mari grupuri sistematice și crizele biocenotice globale. Dezvoltarea stratigrafiei, introducerea de noi metode: stratigrafie magneto- și seismică, radiocronometrie; studiul stratigrafiei precambriene.

Dezvoltarea în continuare a științelor materiei terestre. Cosmochimia și geochimia izotopilor, mineralogie experimentală și petrolologie; dezvoltarea doctrinei faciesului metamorfic; metode geochimice de căutare a zăcămintelor de minereu.

Dezvoltarea bazelor teoretice ale geologiei petrolului și gazelor.

Planetologia comparată și semnificația ei pentru descifrarea etapelor incipiente ale dezvoltării Pământului. Dezvoltarea în continuare a hidrogeologiei, geologiei inginerești și geocriologiei. Apariția unei noi direcții în geologie - geologia mediului. Cooperarea internațională a geologilor. Starea actuală și perspectivele imediate ale geologiei. De la tectonica plăcilor litosferice la un model geodinamic global general al Pământului. Modele geodinamice globale și geoecologie. Funcțiile sociale, ideologice, economice ale geologiei. O scurtă prezentare a problemelor moderne din geologie.

Istoria predării geologiei și școlile științifice de geologi de la Universitatea din Moscova.

2. Metodologia științelor geologice.

2.1. Obiectul și subiectul geologiei, schimbările lor în cursul dezvoltării științei. Forma geologică de dezvoltare a materiei. Metode ale științelor geologice (științifice generale, speciale). Legile în geologie. Problema timpului în geologie.

2..2. Modele generale de dezvoltare a științelor geologice. Procese de diferenţiere şi integrare a ştiinţelor geologice. Revoluții științifice în geologie.

2.3. Principii de construire a cercetării științifice. Fixarea subiectului de căutare, enunțarea problemei, definirea sarcinii metodelor de cercetare. Modelul ipotetic, bazele construcției sale. Modelul teoretic, baza construcției și dezvoltării sale. Faptele, locul și semnificația lor în cercetarea științifică.

2.4. Rolul paradigmei în cercetarea empirică și teoretică. Conceptul de abordare model în cercetarea geologică. Analiza sistemului și principiile sale. Caracteristicile modelului de sistem al obiectelor geologice. Natura fractală a obiectelor geologice. Procese de autoorganizare a materiei și principii de construire a modelelor geologice. Legile termodinamicii de neechilibru și procesele geodinamice.

Literatură

Belousov V.V. Eseuri despre istoria geologiei. La originile științei Pământului (geologia până la sfârșitul secolului al XVIII-lea). - M., - 1993.
Vernadsky V.I. Lucrări alese despre istoria științei. - M.: Știință, - 1981.
Kuhn T. Structura revoluțiilor științifice - M.: Progress, - 1975.
Povarennykh A.S., Onoprienko V.I. Mineralogie: trecut, prezent, viitor. - Kiev: Naukova Dumka, - 1985.
Idei moderne de geologie teoretică. - L.: Nedra, - 1984.
Khain V.E. Principalele probleme ale geologiei moderne (geologia în pragul secolului XXI) - M.: Lumea științifică, 2003..
Khain V.E., Ryabukhin A.G. Istoria și metodologia științelor geologice. - M.: MSU, - 1996.
Hallem A. Mari dispute geologice. M.: Mir, 1985.

În 2014, în regiunea centrală a peninsulei Yamal, a fost găsită o gaură ciudată în pământ: o pâlnie rotundă avea un diametru de aproximativ 20 de metri și o adâncime de aproximativ 50 de metri. Originea sa a rămas un mister de atunci. Un grup de oameni de știință de la Universitatea de Stat din Moscova, după ce a examinat mostre de roci de permafrost, a descoperit că acest crater s-a format din cauza unui fenomen care nu fusese observat anterior pe Pământ. Publicat săptămâna trecută în revistă Rapoarte științifice Articolul descrie formarea sa în termeni de criovulcanism, propunând astfel nu numai un nou mecanism pentru formarea acestor cratere neobișnuite, ci și descriind pentru prima dată un criovulcan terestru.

În vara anului 2014, în partea centrală a peninsulei Yamal, nu departe de zăcământul de gaze Bovanenkovskoye, a fost găsită o formațiune geologică neobișnuită: un crater aproape circular cu un diametru de 20 de metri și o adâncime de aproximativ 50 de metri (Fig. 1). Multe ipoteze au fost înaintate cu privire la originea sa, inclusiv impactul meteoriților și migrarea gazelor biogene din cauza dezghețului permafrostului (vezi, de exemplu, M. Leibman și colab., 2014. Nou crater adânc în permafrost în centrul Yamal (Siberia de Vest, Rusia ) ca răspuns la fluctuațiile climatice locale, V. Olenchenko și colab., 2015. Rezultatele studiilor geofizice ale zonei „craterului Yamal”, noua structură geologică), dar toate au avut dezavantajele lor. În principiu, formarea unor structuri asemănătoare craterelor ca urmare a proceselor geocriologice este un fenomen rar, dar nu extraordinar (J. Mackay, 1979. Pingos of the Tuktoyaktuk Peninsula Area, Northwest Territories). De exemplu, în 2017, la Yamal s-a înregistrat formarea a două cratere similare, dar mult mai mici ca dimensiuni.

Craterul Yamal este situat într-o zonă de permafrost cu temperaturi medii anuale de la -1°C la -5°C și o fracțiune de volum de gheață de 30-65%, adesea concentrată în lentile de gheață. Datorită tehnologiilor moderne, a fost chiar posibil să se afle timpul aproximativ de formare a structurii: până în 2013, conform imaginilor din satelit, la locul craterului a existat o movilă mare (vezi imaginea zilei „Pingo sau movile zburătoare”), aproximativ 8 metri înălțime și 50–55 metri în diametru.

De-a lungul unei linii care traversează craterul, oamenii de știință au forat mai multe puțuri și au obținut miezuri (coloane cilindrice de rocă îndepărtate din puț) de permafrost (Fig. 2). Una dintre puțuri, situată la cinci metri nord de crater, a scos la iveală o lentilă mare de gheață la o adâncime de 5,8 m. În ciuda faptului că adâncimea acestei puțuri era de 17 m, nu a fost posibil să se ajungă la limita inferioară a puțului. obiectiv. Au fost colectate probe din această lentilă și din godeurile adiacente pentru studii suplimentare. Acestea constau din gheață, acizi humici și incluziuni minerale. Analizele au arătat că oamenii de știință au de-a face cu două tipuri diferite de permafrost care conțin sedimente marine antice: primul tip este aproape neatins de termocarst (procesul de dezghețare și distrugere a permafrostului), iar al doilea, dimpotrivă, este procesat intens de acesta. . Gheața din probele de primul tip conținea cantități mici de metale și carbon organic, iar gheața din probele de al doilea tip conținea compuși de carbon de origine organică până la 3,5 g/litru și incluziuni de soluții alcaline maro închis (pH 8-9,5). O altă diferență a fost observată între componentele de gheață și sedimente ale probelor: concentrația de metale a fost nesemnificativă în sedimentele antice (cu excepția SiO 2 , CaO , Na 2 O ) și relativ mare în probele de gheață. Acest lucru poate fi interpretat ca rezultatul unei interacțiuni pe termen lung între apele subterane și apa de topire, ceea ce duce la ideea că un lac cu o zonă mare dezghețată dedesubt (un talik) a existat cândva pe locul craterului.

Caracteristica principală a probelor studiate este concentrația neobișnuit de mare de gaze, ajungând la 20 procente în volum în unele probe. Acestea sunt în principal CO2 și N2. Dar metanul - presupusul vinovat al formării craterului - s-a dovedit a fi mic (câteva procente). Acest lucru, precum și rezultatele analizei izotopilor, au indicat că sursa gazelor nu a fost depozitul Bovanenkovo, așa cum se credea anterior. Predominanța alcanilor normali superiori printre hidrocarburi (C 19 H 40 și compușii cu b O număr mai mare de atomi de carbon) au arătat că s-au format ca urmare a descompunerii resturilor vegetale.

Pe baza rezultatelor modelării matematice a fost stabilită succesiunea evenimentelor care au precedat formarea craterului. În primul rând, sub un lac termocarst cu viață lungă (apă lichidă la temperaturi pozitive), permafrostul se dezgheță (Fig. 3, A), formând un talik de dimensiunea aproximativă a unui lac uscat modern, în centrul căruia se află un crater. Potrivit geocriologilor, formarea unei zone de dezgheț de 60-70 de metri durează aproximativ 3.000 de ani. Când lacul se usucă, zona dezghețată începe să înghețe înapoi de la margini spre centru (Fig. 3, B). În etapele finale ale vieții lacului, fundul său îngheață, formând o acoperire de gheață peste talik încă neînghețat complet (Fig. 3, C). Apa rămasă, sub presiunea gheții în creștere, începe să fie stoarsă, formând o movilă care a existat în ultima sută de ani (Fig. 3, D).

Pe baza conținutului de gaz al probelor studiate, se estimează că gazele dizolvate au constituit aproximativ 14 la sută în volum din talik. La îngheț, unele dintre aceste gaze au migrat spre rocile din jur, evitând înghețarea, iar unele (în principal CO 2 , care este foarte solubil în apă) au rămas în talik, crescând presiunea și contribuind la formarea unei movile zburătoare. Datorită apei de sub stratul de gheață înghețat cu o grosime de 6-8 metri, presiunea din talik poate ajunge la 5 bari, dar este nevoie de aproximativ 10 bar pentru a pătrunde. Această valoare este destul de realizabilă dacă luăm în considerare contribuția componentei de gaz. În partea inferioară a talikului, presiunea ajunge la 15 bari, ceea ce face posibilă formarea de clatrați de CO 2 (un scenariu care apare dacă lichidul este saturat cu gaz). Dacă ar fi puțin gaz, atunci când pingo a fost distrus, ar avea loc doar o mică eliberare de apă, dar nu o erupție și formarea unui crater.

Înainte de erupție, în talik a fost observată o structură stratificată: soluri dezghețate cu o cantitate mare de clatrați de dioxid de carbon în partea de jos, apă cu gaz dizolvat în mijloc și predominant gaz în partea superioară (Fig. 4, A). Erupția a fost declanșată de formarea de pene de gheață de-a lungul crăpăturilor din capacul înghețat și a constat în trei etape:
1) Etapa pneumatică (primele minute): degazare din camera superioară a talikului, eliberare de jeturi de dioxid de carbon (Fig. 4, B). Imprăștirea solului pe distanțe lungi și deteriorarea vegetației de către un jet de gaz rece.
2) Etapa hidraulică (câteva ore): revărsarea apei din crater (Fig. 4, C) - eliberarea presiunii a provocat spumarea apei saturate cu gaz (efect asemănător unui jet de șampanie după îndepărtarea dopului) . Pătrunderea completă a calotei glaciare și începutul formării unui puț în jurul craterului.
3) Etapa freatică (5–25 ore): descompunerea hidraților de gaz în stratul inferior al solului și îndepărtarea acestora la suprafață cu spuma rezultată (Fig. 4, D). Deoarece descompunerea hidraților de gaz este un proces destul de lent, această fază este cea mai lungă parte a erupției.

Această reconstrucție a evenimentelor ne permite să spunem că formarea craterului Yamal este un fenomen cu drepturi depline, „Elemente”, 02/07/2014 și Analiza câmpului gravitațional al lui Enceladus indică, de asemenea, prezența apei lichide pe acesta, „ Elements”, 07/04/2014, precum și un articol de J. S. Kargel , 1995. Cryovulcanism on the icy satellites). Urmele activității criovulcanice din trecut sunt abundente în sistemul solar exterior. Studiul serios al acestor obiecte a început în 1979–1989, după ce sondele Voyager au zburat pe lângă lunile înghețate ale giganților gazosi, dar studiul lor direct nu a fost disponibil până acum, deoarece nu a fost descoperit un singur criovulcan pe Pământ. Acum se pare că oamenii de știință au această oportunitate.

Se presupunea anterior că criovulcanismul necesită o sursă de căldură situată sub criovulcan. Acest lucru este parțial adevărat, dar lucrările discutate arată că astfel de procese pot apărea nu numai datorită încălzirii apei, ci și datorită cristalizării acesteia: cristalizarea gheții în sistemele saturate cu gaz duce la creșterea presiunii și poate servi, de exemplu, ca o explicație pentru jeturile de apă de pe Enceladus ( J. H. Waite Jr et al., 2009. Apă lichidă pe Enceladus din observațiile de amoniac și 40 Ar în penaj). Datele obținute în urma studierii craterului Yamal ne pot permite să aruncăm o nouă privire asupra erupțiilor de pe corpurile înghețate.