ЭНДОГЕННЫЕ И ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Предмет и задачи геологии
В первоначальном понимании словом «геология» обозначались правила земного бытия, которые противопоставлялись теологии – законам духовной жизни.
В современном понимании термин начал применяться с 17 века.
Геология изучает планету Земля как единое целое и все стороны её жизни в тесной исторической взаимосвязи. Она объединяет все частные науки о Земле и решает следующие задачи.
1. Изучение вещественного состава земной коры, слагающих её минералов и горных пород. Эти проблемы разрабатывают древнейшие отрасли геологии –
· минералогия - наука, изучающая минералы, их происхождение, состав, свойства и изменения под влиянием различных факторов;
· петрография – наука, изучающая горные породы, их состав, структуру, условия образования, залегание и изменения под влиянием различных факторов;
· кристаллография – наука о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества;
· геохимия, изучающая распределение и миграцию элементов в земной коре.
Сведения о составе и строении различных участков земной коры синтезирует региональная геология
2. Изучение геологических процессов, происходящих в недрах Земли и на её поверхности, в ходе которых образуются горные породы и минералы. Эти процессы изучают:
· динамическая геология, изучающая разнообразные процессы, протекающие в глубине Земли и на её поверхности;
· сейсмология – наука, изучающая землетрясения, условия их возникновения и явления, связанные с ними4
|
|
|
· вулканология – наука, изучающая процессы вулканизма – характер извержения вулканов, их строение и состав продуктов извержения.
3. Выявление общих закономерностей развития земной коры и внешних оболочек Земли. Решением этой задачи занимается историческая геология, которая объединяет ряд самостоятельных единиц.
· стратиграфия, рассматривающая последовательность образования и залегания слоев горных пород и определяющая их относительный возраст;
· геотектоника – наука о частных и общих закономерностях движения земной коры;
· палеонтология, изучающая ископаемые остатки животных и растений;
· палеогеография, восстанавливающая физико-географические условия прошлых геологических эпох – распределение материков и океанов, особенности климата, рельефа, солености морских вод и др.
Таким образом, историческая геология дает картину не только возникновения и развития Земли, но и её внешних оболочек – гидросферы, атмосферы, биосферы.
Кроме того, геология призвана решать и более частные вопросы, имеющие важное практическое значение. Прежде всего это относится к разработке учения о полезных ископаемых. К практическим разделам геологии относятся:
|
|
|
· гидрогеология – учение о подземных водах, их формировании, составе, движении, взаимоотношениях с горными породами;
· инженерная геология – наука о грунтах как основаниях различных сооружений при строительстве и прокладке дорог.
Следовательно, современная геология выступает как сложный комплекс наук, базирующийся на достижениях физики, химии, математике, биологии.
Объектами , которые изучаетгеология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:
- изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;
- изучение внутреннего строения Земли;
- изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;
- изучение истории развития жизни на Земле и др.
Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.
1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.
|
|
|
2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы, основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы, изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и,следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.
3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.
|
|
|
4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.
5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.
6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМЛИ
Внутреннее строение Земли установлено по материалам геофизических исследований (характеру прохождения сейсмических волн). Выделяют три главных оболочки.
1. Земная кора - наибольшая толщина до 70 км.
2. Мантия - от нижней границы земной коры до глубины 2900 км.
3. Ядро - простирается до центра Земли (до глубины 6 371 км).
Граница между земной корой и мантией называется границей Мохоровичича (Мохо), между мантией и ядром - границей Гутенберга.
Земное ядро делится на два слоя. Внешнее ядро (на глубине от 5 120 км до 2 900 км), вещество жидкое, поскольку поперечные волны в него не проникают, а скорость продольных падает до 8 км/с (см. «Землетрясения»). Внутреннее ядро (от глубины 6 371 км до 5 120 км), вещество здесь находится в твердом состоянии (скорость продольных волн возрастает до 11 км/с и более). В составе ядра господствует железоникелевый расплав с примесью кремния и серы. Плотность вещества в ядре достигает 13 г/куб.см.
Мантия подразделяется на две части: верхнюю и нижнюю.
Верхняя мантия состоит из трех слоев, погружается до глубины 800 - 900 км. Верхний слой, толщиной до 50 км, состоит из твердого и хрупкого кристаллического вещества (скорость продольных волн до 8,5 км/с и более). Вместе с земной корой он образует литосферу - каменную оболочку Земли.
Средний слой - астеносфера (податливая оболочка) характеризуется аморфным стекловидным состоянием вещества, а отчасти (на 10%) имеет расплавленное вязкопластичное состояние (об этом свидетельствует резкое падение скорости сейсмических волн). Толщина среднего слоя около 100 км. Астеносфера залегает на разных глубинах. Под срединно-океаническими хребтами, где толщина литосферы минимальна, астеносфера лежит на глубине нескольких километров. На окраинах океанов, по мере роста мощности литосферы, астеносфера погружается до 60 – 80 км. Под континентами она лежит на глубинах около 200 км, а под континентальными рифтами вновь приподнимается до глубины 10 – 25 км.
Нижнийслой верхней мантии (слой Голицина) иногда выделяют как переходный слой или как самостоятельную часть - среднюю мантию. Опускается он до глубины 800 - 900 км, вещество здесь кристаллическое твердое (скорость продольных волн до 9 км/с).
Нижняя мантия простирается до 2 900 км, сложена твердым кристаллическим веществом (скорость продольных волн возрастает до 13,5 км/с). В составе мантии преобладают оливин и пироксен, ее плотность в нижней части достигает 5,8 г/куб.см.
Земная кора подразделяется на два главных типа (материковая и океаническая) и два переходных (субматериковая и субокеаническая). Типы коры отличаются строением и мощностью.
Континентальнаякора, распространенная в пределах материков и зоны шельфа, имеет мощность 30 - 40 км в платформенных областях и до 70 км в высокогорьях. Нижний ее слой - базальтовый (мафический - обогащен магнием и железом), состоит из тяжелых пород, его толщина от 15 до 40 км. Выше лежит состоящий из более легких пород гранито-гнейсовый слой (сиалический - обогащен кремнием и алюминием), толщиной от 10 до 30 км. Сверху эти слои могут перекрываться осадочным слоем, мощностью от 0 до 15 км. Выделенная по сейсмическим данным граница между базальтовым и гранитогнейсовым слоями (граница Конрада) не всегда четко прослеживается.
Океаническая кора, мощностью до 6 - 8 км, также имеет трехслойное строение. Нижний слой - тяжелый базальтовый, толщиной до 4 - 6 км. Средний слой, мощностью около 1 км, сложен переслаивающимися пластами плотных осадочных пород и базальтовых лав. Верхний слой состоит из рыхлых осадочных пород, толщиной до 0,7 км.
Субматериковая кора, имеющая близкое к материковой коре строение, представлена на периферии окраинных и внутренних морей (в зонах континентального склона и подножья) и под островными дугами, характеризуется резко сокращенной мощностью (до 0 м) осадочного слоя. Причиной такого уменьшения толщины осадочного слоя является большой уклон поверхности, способствующий соскальзыванию накапливающихся осадков. Мощность этого типа коры до 25 км, в том числе базальтового слоя до 15 км, гранитогнейсового до 10 км; граница Конрада выражена плохо.
Субокеаническая кора, близкая по строению к океанической, развита в пределах глубоководных частей внутренних и окраинных морей и в глубоководных океанических желобах. Отличается резким увеличением мощности осадочного слоя и отсутствием слоя гранитогнейсового. Чрезвычайно высокая мощность осадочного слоя обусловлена очень низким гипсометрическим уровнем поверхности – под действием гравитации здесь накапливаются гигантские толщи осадочных пород. Общая толщина субокеанической коры также достигает 25 км, в том числе базальтового слоя до 10 км и осадочного до 15 км. При этом мощность слоя плотных осадочных и базальтовых пород может составлять 5 км.
Плотность и давление Земли также изменяются с глубиной. Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/куб. см. Плотность пород земной коры варьирует от 2,4 до 3,0 г/куб. см (в среднем - 2,8 г/куб. см). Плотность верхней мантии ниже границы Мохо приближается к 3,4 г/куб. см, на глубине 2 900 км она достигает 5,8 г/куб. см, а во внутреннем ядре до 13 г/куб. см. Соответственно приведенным данным давление на глубине 40 км равно 103 МПа, на границе Гутенберга 137 × 103 МПа, в центре Земли 361× 103 МПа. Ускорение силы тяжестина поверхности планеты составляет 982 см/с2, достигает максимума в 1037 см/с2 на глубине 2900 км и минимально (ноль) в центре Земли.
Магнитное поле Земли предположительно обусловлено возникающими при суточном вращении планеты конвективными движениями жидкого вещества внешнего ядра. Изучение магнитных аномалий (вариаций напряженности магнитного поля) широко используется при поиске железорудных месторождений.
Тепловые свойства Землиформируются солнечной радиацией и тепловым потоком, распространяющимся из недр планеты. Влияние солнечного тепла не распространяется глубже 30 м. В этих пределах на некоторой глубине лежит пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре воздуха данной местности. Глубже этого пояса температура постепенно возрастает под действием теплового потока самой Земли. Интенсивность теплового потока зависит от строения земной коры и от степени активности эндогенных процессов. Средне планетарная величина теплового потока равна 1,5 мккал/см2 × с, на щитах около 0,6 - 1,0 мккал/см2 × с, в горах до 4,0 мккал/см2 × с, а в срединно-океанических рифтах до 8,0 мккал/см2 × с. В числе источников, формирующих внутреннее тепло Земли, предполагаются следующие: энергия распада радиоактивных элементов, химические превращения вещества, гравитационное перераспределение вещества в мантии и ядре.
Геотермический градиент - величина нарастания температуры на единицу глубины. Геотермическая ступень - величина глубины, за которую температура возрастает на 1° С. Эти показатели сильно отличаются в разных местах планеты. Максимальные величины градиента наблюдаются в подвижных зонах литосферы, а минимальные на древних континентальных массивах. В среднем геотермический градиент верхней части земной коры составляет около 30° С на 1 км, а геотермическая ступень около 33 м.
Предполагается, что с ростом глубины геотермический градиент уменьшается, а геотермическая ступень увеличивается. На основании гипотезы о преобладании в составе ядра железа, были рассчитаны температуры его плавления на разных глубинах (с учетом закономерного роста давления): 3700° С на границе мантии и ядра, 4300° С на границе внутреннего и внешнего ядра.
Химический состав Земли считается сходным со средним химическим составом изученных метеоритов. Метеориты по составу бывают:
– железные (никелистое железо с примесью кобальта и фосфора) составляют 5,6% от найденных;
– железокаменные (сидеролиты - смесь железа и силикатов) встречаются реже всего – составляют лишь 1,3% от известных;
– каменные (аэролиты - обогащенные железом и магнием силикаты с примесью никелистого железа) являются самыми распространенными – 92,7%.
Таким образом, в среднем химическом составе Земли преобладают четыре элемента. Кислорода и железа содержится примерно по 30%, магния и кремния – по 15%. На долю серы приходится около 2 - 4%; никеля, кальция и алюминия – по 2%.
ЭНДОГЕННЫЕ И ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Геологические процессы – это процессы, изменяющие состав, структуру, рельеф и глубинное строение земной коры. Геологическим процессам, за небольшим исключением, свойственны масштабность и большая длительность (до сотен млн лет); в сравнении с ними существование человечества – весьма краткий эпизод в жизни Земли. В связи с этим преобладающее большинство геологических процессов непосредственно недоступно для наблюдения. Судить о них можно лишь по результатам их воздействия на те или иные геологические объекты – горные породы, геологические структуры, типы рельефа континентов и дна океанов. Большое значение имеют наблюдения над современными геологическими процессами, которые, согласно принципу актуализма, можно использовать в качестве моделей, позволяющих познавать процессы и события прошлого, учитывая их изменчивость. В настоящее время геолог может наблюдать разные стадии одних и тех же геологических процессов, что существенно облегчает их изучение.
Все геологические процессы, происходящие в недрах Земли и на её поверхности, подразделяются на эндогенные и экзогенные. Эндогенные геологические процессы происходят за счет внутренней энергии Земли. Согласно современным представлениям (Сорохтин, Ушаков, 1991), главным планетарным источником этой энергии является гравитационная дифференциация земного вещества. (Компоненты с повышенным удельным весом под действием сил гравитации стремятся к центру Земли, в то время как более легкие концентрируются у поверхности). В результате этого процесса в центре планеты выделилось плотное железо-никелевое ядро, а в мантии возникли конвективные течения. Второстепенным источником энергии является энергия радиоактивного распада вещества. На её долю приходится всего 12 % энергии, идущей на тектоническое развитие Земли, а на долю гравитационной дифференциации – 82 %. Некоторые авторы считают, что главным источником энергии эндогенных процессов является взаимодействие внешнего ядра Земли, находящегося в расплавленном состоянии, с внутренним ядром и мантией. К эндогенным процессам относятся тектонические, магматические, пневматолито-гидротермальные и метаморфические.
Тектоническими называются процессы, под воздействием которых формируются тектонические структуры земной коры – горно-скла-дчатые пояса, прогибы, впадины, глубинные разломы и т.д. Вертикальные и горизонтальные движения земной коры также относятся к тектоническим процессам.
Магматические процессы (магматизм) – это совокупность всех геологических процессов, связанных с деятельностью магмы и её производных. Магма – огненно-жидкая расплавленная масса, образующаяся в земной коре или верхней мантии и превращающаяся при застывании в магматические горные породы. По происхождению магматизм делится на интрузивный и эффузивный. Термин «интрузивный магматизм» объединяет процессы формирования и раскристаллизации магмы на глубине с образованием интрузивных тел. Эффузивный магматизм (вулканизм) – совокупность процессов и явлений, связанных с перемещением магмы из глубины на поверхность с образованием вулканических построек.
В особую группу выделяют гидротермальные процессы. Это процессы образования минералов в результате отложения их в трещинах или порах горных пород из гидротермальных растворов. Гидротермы – жидкие горячие водные растворы, циркулирующие в земной коре и участвующие в процессах перемещения и отложения минеральных веществ. Гидротермы часто более или менее обогащены газами; если содержание газов велико, то такие растворы называются пневматолито-гидротермальными. В настоящее время многие исследователи считают, что гидротермы образуются при смешении подземных вод глубокой циркуляции и ювенильных вод, образующихся при сгущении водяного пара магмы. Гидротермы движутся по трещинам и пустотам в горных породах в сторону пониженного давления – к земной поверхности. Являясь слабыми растворами кислот или щелочей, гидротермы характеризуются высокой химической активностью. В результате взаимодействия гидротерм с вмещающими породами образуются минералы гидротермального происхождения.
Метаморфизм – комплекс эндогенных процессов, обусловливающих изменения в структуре, минеральном и химическом составе горных пород в условиях высокого давления и температуры; плавления пород при этом не происходит. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление (гидростатическое и одностороннее) и флюиды. Метаморфические изменения заключаются в распаде первоначальных минералов, в молекулярной перегруппировке и образовании новых минералов, более устойчивых в данных условиях среды. Метаморфизму подвергаются все типы горных пород; образующиеся при этом породы называются метаморфическими.
Экзогенные процессы – геологические процессы, происходящие за счет внешних источников энергии, главным образом Солнца. Они происходят на поверхности Земли и в самых верхних частях литосферы (в зоне действия факторов гипергенеза или выветривания). К экзогенным процессам относятся: 1) механическое дробление горных пород до составляющих их минеральных зерен, в основном под влиянием суточного перепада температуры воздуха и за счет морозного выветривания. Этот процесс называется физическим выветриванием; 2) химическое взаимодействие минеральных зерен с водой, кислородом, углекислым газом и органическими соединениями, приводящее к образованию новых минералов – химическое выветривание; 3) процесс перемещения продуктов выветривания (так называемый перенос) под действием силы тяжести, посредством движущихся воды, ледников и ветра в области осадконакопления (океанические впадины, моря, реки, озера, понижения рельефа); 4) накопление толщ осадков и преобразование их за счет уплотнения и обезвоживания в осадочные горные породы. В ходе этих процессов образуются месторождения осадочных полезных ископаемых.
Многообразие форм взаимодействия экзогенных и эндогенных процессов обусловливает разнообразие структур земной коры и рельефа её поверхности. Эндогенные и экзогенные процессы находятся между собой в неразрывной связи. По своей сути эти процессы антагонистичны, но в то же время неразделимы, и весь этот комплекс процессов можно условно назвать геологической формой движения материи. Она также в последнее время включает в себя деятельность человека.
В течение последнего столетия наблюдается возрастание роли техногенного (антропогенного) фактора в составе общего комплекса геологических процессов. Техногенез – совокупность геоморфологических процессов, вызванных производственной деятельностью человека. По направленности деятельность человека подразделяется на сельскохозяйственную, эксплуатацию месторождений полезных ископаемых, возведение различных сооружений, оборонную и прочие. Результатом техногенеза является техногенный рельеф. Границы техносферы непрерывно расширяются. Так, всё возрастают глубины бурения на нефть и газ на суше и шельфе. Заполнение водохранилищ в горных сейсмически опасных районах вызывает в ряде случаев искусственные землетрясения. Добыча полезных ископаемых сопровождается выдачей на дневную поверхность огромных объемов «пустых» пород, в результате создается «лунный» ландшафт (например, в районе г.г. Прокопьевска, Киселёвска, Ленинск-Кузнецкого и других городов Кузбасса). Отвалы шахт и прочих производств, свалки мусора создают новые формы техногенного рельефа, захватывая всё большую часть сельскохозяйственных угодий. Рекультивация этих земель проводится очень медленно.
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 147; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!