Введение

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ

Лекция 1. Геология и цикл геологических наук. Краткий обзор истории

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗЕМЛЕ И ЗЕМНОЙ КОРЕ

Лекция 2. Происхождение Земли (космогонические гипотезы). Строение и состав

Земли. Структура земной коры.

Лекция 3. Вещественный состав земной коры. Минералы. Горные породы

ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Лекция 4. Выветривание (гипергенез). Геологическая деятельность ветра.

Геологическая деятельность поверхностных и подземных вод

Лекция 5. Геологическая деятельность ледников.

Геологическая деятельность морей и океанов

Эндогенные геологические процессы

Лекция 6. Магматизм. Метаморфизм

Лекция 7. Движения земной коры. Тектонические структуры. Землетрясения

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Лекция 8. Геохронология и методы реконструкции геологического прошлого.

Развитие Земли в докембрии и палеозое

Лекция 9. Развитие Земли в мезозое и кайнозое. Природа четвертичного периода

МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

Лекция 10. Месторождения полезных ископаемых и закономерности их

размещения. Рациональное недропользование

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

кафедра динамической геологии

КУРС ЛЕКЦИЙ

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ

Лекция 1. Геология и цикл геологических наук. Краткий обзор истории

Геология и цикл геологических наук.

Геология (греч. «гео» - земля, «логос» - учение) - одна из важнейших наук о Земле. Она занимается изучением состава, строения, истории развития Земли и процессов, протекающих в ее недрах и на поверхности. Современная геология использует новейшие достижения и методы ряда естественных наук - математики, физики, химии, биологии, географии. Значительный прогресс в указанных областях наук и геологии ознаменовался появлением и развитием важных пограничных наук о Земле - геофизики, геохимии, биогеохимии, кристаллохимии, палеогеографии, позволяющих получить данные о составе, состоянии и свойствах вещества глубоких частей земной коры и оболочек Земли, расположенных ниже. Особо следует отметить многостороннюю связь геологии с географией (ландшафтоведением, климатологией, гидрологией, гляциологией, океанографией) в познании различных геологических процессов, совершающихся на поверхности Земли. Взаимосвязь геологии и географии особенно проявляется в изучении рельефа земной поверхности и закономерностей его развития. Геология при изучении рельефа использует данные географии, так же как и география опирается на историю геологического развития и взаимодействия различных геологических процессов. Вследствие этого наука о рельефе - геоморфология фактически является также пограничной наукой.

По геофизическим данным в строении Земли выделяется несколько оболочек: земная кора, мантия и ядро Земли. Предметом непосредственного изучения геологии являются земная кора и подстилающий твердый слой верхней мантии - литосфера (греч. «литое» - камень). Сложность изучаемого объекта вызвала значительную дифференциацию геологических наук, комплекс которых совместно с пограничными науками (геофизикой, геохимией и др.)

позволяет получить освещение различных сторон его строения, сущность совершающихся процессов, историю развития и др.

Одним из нескольких основных направлений в геологии является

изучение вещественного состава литосферы: горных пород, минералов, химических элементов. Одни горные породы образуются из магматического силикатного расплава и называются магматическими или изверженными; другие - путем осаждения и накопления в морских и континентальных условиях и называются осадочными; третьи - за счет изменения различных горных пород под влиянием температуры и давления, жидких и газовых флюидов и называются метаморфическими.

Изучением вещественного состава литосферы занимается комплекс геологических наук, объединяющихся часто под названием геохимического цикла. К ним относятся: петрография (греч. «петроо - камень, скала, «графе» - пишу, описываю), или петрология - наука, изучающая магматические и метаморфические горные породы, их состав, структуру, условия образования, степень изменения под влиянием различных факторов и закономерность распределения в земной коре. Литология (греч. «лито» - камень) - наука, изучающая осадочные горные породы. Минералогия - наука, изучающая минералы - природные химические соединения или отдельные химические элементы, слагающие горные породы. Кристаллография и кристаллохимия занимаются изучением кристаллов и кристаллического состояния минералов. Геохимия - обобщающая синтезирующая наука о вещественном составе литосферы, опирающаяся на достижения указанных выше наук и изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на ее поверхности. С рождением изотопной геохимии в геологии открылась новая страница в восстановлении истории геологического развития Земли.

Изучение вещественного состава литосферы, как и других процессов, производится различными методами. В первую очередь это прямые геологические методы - непосредственное изучение горных пород в естественных обнажениях на берегах рек, озер, морей, разрезов шахт, рудников, кернов буровых скважин. Все это ограничено относительно небольшими глубинами. Наиболее глубокая, пока единственная в мире, Кольская скважина достигла всего лишь 12,5 км. Но более глубокие горизонты земной коры и прилежащей части верхней мантии также доступны непосредственному изучению. Этому способствуют извержения вулканов, доносящие до нас обломки пород верхней мантии, заключенные в излившейся магме - лавовых потоках. Такая же картина наблюдается в алмазоносных трубках взрыва, глубина возникновения которых соответствует 150-200 км. Помимо указанных прямых методов в изучении веществ литосферы широко применяются оптические методы и другие физические и химические исследования - рентгеноструктурные, спектрографические и др. При этом широко используются математические методы на основе ЭВМ для оценки достоверности химических и спектральных анализов, построения рациональных классификаций горных пород и минералов и др. В последние десятилетия применяются, в том числе и с помощью ЭВМ,

экспериментальные методы, позволяющие моделировать геологические процессы; искусственно получать различные минералы, горные породы; воссоздавать огромные давления и температуры и непосредственно наблюдать за поведением вещества в этих условиях; прогнозировать движение литосферных плит и даже, в какой-го степени, представить облик поверхности нашей планеты в будущие миллионы лет.

Следующим направлением геологической науки является динамическая геология, изучающая разнообразные геологические процессы, формы рельефа земной поверхности, взаимоотношения различных по генезису горных пород, характер их залегания и деформаций. Известно, что в ходе геологического развития происходили многократные изменения состава, состояния вещества, облика поверхности Земли и строения земной коры. Эти преобразования связаны с различными геологическими процессами и их взаимодействием. Среди них выделяются две группы: 1) эндогенные (греч. «эндро - внутри), или внутренние, связанные с тепловым воздействием Земли, напряжениями, возникающими в ее недрах, с гравитационной энергией и ее неравномерным распределением; 2) экзогенные (греч. «экзос* - снаружи, внешний), или внешние, вызывающие существенные изменения в поверхностной и приповерхностной частях земной коры. Эти изменения связаны с лучистой энергией Солнца, силой тяжести, непрерывным перемещением водных и воздушных масс, циркуляцией воды на поверхности и внутри земной коры, с жизнедеятельностью организмов и другими факторами. Все экзогенные процессы тесно связаны с эндогенными, что отражает сложность и единство сил, действующих внутри Земли и на ее поверхности.

В область динамической геологии входит геотектоника (греч. «тектос» - строитель, структура, строение) - наука, изучающая структуру земной коры и литосферы и их эволюцию во времени и пространстве. Частные ветви геотектоники составляют: структурная геология, занимающаяся формами залегания горных пород; тектонофизика, изучающая физические основы деформации горных пород; региональная геотектоника, предметом изучения которой служит структура и ее развитие в пределах отдельных крупных регионов земной коры. Важными разделами динамической геологии являются сейсмология (греч. «сейсмос - сотрясение) - наука о землетрясениях и вулканология, занимающаяся современными вулканическими процессами.

История геологического развития земной коры и Земли в целом является предметом изучения исторической геологии, в состав которой входит стратиграфия (греч. «стратум» - слой), занимающаяся последовательностью формирования толщ горных пород и расчленением их на различные подразделения, а также палеогеография (греч. «паляйос - древний), изучающая физико-географические обрисовки из поверхности Земли в геологическом прошлом, и палеотектоника, реконструирующая древние структурные элементы земной коры. Расчленение толщ горных пород и установление относительного геологического возраста слоев невозможны без изучения ископаемых органических остатков, которым занимается палеонтология, тесно связанная как с биологией, так и с геологией. Следует подчеркнуть, что важной геологической задачей является изучение геологического строения и развития определенных участков земной коры, именуемых регионами и обладающих какими-то общими чертами структуры и эволюции. Этим занимается обычно региональная геология, которая практически использует все перечисленные ветви геологической науки, а последние, взаимодействуя между собой, дополняют друг друга, что демонстрирует их тесную связь и неразрывность. При региональных исследованиях широко используются дистанционные методы, когда наблюдения осуществляются с вертолетов, самолетов и с искусственных спутников Земли.

Косвенные методы познания, в основном глубинного строения земной коры и Земли в целом, широко используются геофизикой - наукой, основанной на физических методах исследования. Благодаря различным физическим полям, применяемым в подобных исследованиях, выделяются магнитометрические, гравиметрические, электрометрические, сейсмометрические и ряд других методов изучения геологической структуры. Геофизика тесно связана с физикой, математикой и геологией.

Одна из важнейших задач геологии - прогнозирование залежей минерального сырья, составляющего основу экономической мощи государства. Этим занимается наука о месторождениях полезных ископаемых, в сферу которой входят как рудные и нерудные ископаемые, так н горючие - нефть, газ, уголь, горючие сланцы. Не менее важным полезным ископаемым в наши дни является вода, особенно подземная, происхождением, условиями залегания, составом и закономерностями движений которой занимается наука гидрогеология (греч. «гидер» - вода), связанная как с химией, так и с физикой и, конечно, с геологией.

Важное значение имеет инженерная геология - наука, исследующая земную кору в качестве среды жизни и разнообразной деятельности человека. Возникнув как прикладная ветвь геологии, занимающаяся изучением геологических условий строительства инженерных сооружений, эта наука в наши дни решает важные проблемы, связанные с воздействием человека на литосферу и окружающую среду. Инженерная геология взаимодействует с физикой, химией, математикой и механикой, с одной стороны, и с различными дисциплинами геологии - с другой, с горным делом и строительством - с третьей. За последнее время оформилась как самостоятельная наука геокриология (греч. «криос - холод, лед), изучающая процессы в областях развития многолетнемерзлых горных пород «вечной мерзлоты», Занимающих почти 50% территории России. Геокриология тесно связана с инженерной геологией.

С начала освоения космического пространства возникла космическая геология, или геология планет. Освоение океанских и морских глубин привело к появлению морской геологии, значение которой быстро возрастает в связи с тем, что уже сейчас почти треть добываемой в мире нефти приходится на дно акваторий морей и океанов.

Разработка теоретических проблем геологии сочетается с решением ряда народнохозяйственных задач: 1) поиск и открытия новых месторождений различных полезных ископаемых, являющихся основной базой промышленности и сельского хозяйства; 2) изучение и определение ресурсов подземных вод, необходимых для питьевого и промышленного водоснабжения, а также мелиорации земель; 3) инженерно-геологическое обоснование проектов возводимых крупных сооружений и научный прогноз изменения условий после окончания их строительства; 4) охрана и рациональное использование недр Земли.

Познание всех закономерностей эволюции Земли, ее происхождения и развития исключительно важно в контексте общего материалистического понимания природы, в тех философских построениях, которые отражают единство мира. В этом заключается общенаучное значение геологии.

Краткий обзор истории.

Геологическая наука со времени своего зарождения претерпела длительную эволюцию. Корни геологии уходят в далекое прошлое. Человек начал изучать Землю на заре своей сознательной жизни. Древнейшим разделом геологии считается учение о полезных ископаемых. О времени зарождения этой науки говорят находки медных изделий, появившихся в Египте и Передней Азии в IV тысячелетии до н.э. А золото появилось еще раньше. С разработкой руд возникла необходимость распознавания и изучения рудных минералов и полезных камней. Так зарождается минералогия (лат. «минера» - руда).

Дошедшие до нас сведения о трудах ученых древности имеют в основном лишь историческое значение, так как в них здравые мысли переплетаются с вымыслом и легендами. Однако и здесь мы встречаем научные идеи, основывающиеся на фактах.

Ценными являются исследования Аристотеля (384-322 гг. до н.э.), который представил первые астрономические доказательства шарообразности Земли, и работы Аристарха Самосского (III в. до н.э.), предвосхитившего гелиоцентрическую систему мира Коперника, жившего на 18 веков позже его.

Произведения Геродота (V в. до н.э.) и Пифагора (571- 497 гг. до н.э.) содержат богатый фактический материал о вулканах, работе рек, образовании дельты р. Нила, о колебаниях уровня моря.

Развитие торговли и общения между народами привело к зарождению геодезии и географии. 6000 лет тому назад в Египте применяли бурение при постройке пирамид. В Китае изобретен компас (III в. до н.э.).

В эпоху средневековья, в период господства церковно-феодальной идеологии, развитие естествознания было замедлено.

Значительные успехи в развитии минералогии были достигнуты на Востоке. Работы врача и философа Абу-Али Ибн-Сины - Авиценны (980-1037) и ученого из Хорезма Ал-Бируни (972-1048) внесли большой вклад в развитие геологии. Авиценна создал первую классификацию минеральных тел, общепринятую в Европе до XVIII в., а Ал-Бируни первый среди ученых Среднего Востока высказался в пользу гелиоцентрической системы мира и определил длину окружности земного шара.

Серьезные исследования мира начались в эпоху Возрождения (конец XV-начало XVI в.). Это был период перехода от ремесла к мануфактуре. Ему предшествовали Великие географические открытия (открытие Америки в 1492 г., путешествие Васко да Гамы в Индию в 1497 г., кругосветное путешествие Магеллана в 1519-1522 гг.).

Крупным ученым эпохи Возрождения следует назвать Леонардо да Винчи (1452-1519). Наряду с гениальными работами в других областях знаний Леонардо да Винчи внес свой вклад в развитие геологии. Он отверг идею о библейском потопе и божественном сотворении мира. Окаменелости, встречаемые в горных породах, он считал свидетельством перемещения суши и моря.

Немецкий ученый Георг Бауэр - Агрикола (1494-1555) изучал залегание рудных тел. Известны его работы по технике горного дела. Работа Н. Коперника (1473-1543) «Об обращении небесных кругов» положила начало освобождению науки от закрепощения религией.

Становление научной геологии началось с середины XVIII в. Одним из первых М. В. Ломоносов (1711-1765) ввел принцип актуализма: изучение геологических процессов прошлого путем познания современных явлений. Его высказывания о геологических процессах до настоящего времени поражают глубиной мысли и правильностью представлений о природе. М.В. Ломоносов по праву считается одним из основоположников научной геологии. Широко известны его работы: «О слоях земных», «Слово о рождении металлов от трясения земли», «Первые основы металлургии или рудных тел».

М.В. Ломоносов впервые правильно определил роль двух факторов, действующих на Земле: сил внешних (ветер, вода, лед) - извне рожденных, и сил внутренних, связанных с теплотой земного шара, - изнутри рожденных. Оценивая работу внешних и внутренних геологических факторов, создающих и изменяющих формы земной поверхности, М.В. Ломоносов на первое место ставит внутренние силы Земли, которым обязаны своим происхождением не только высокие горы, но и целые материки и глубины морских пучин.

В конце XVIII в. появляются два враждующих направления в науке: нептунисты, вдохновителем которых был профессор Фрейбергской академии А. Вернер, и плутонисты, главой которых являлся шотландский геолог Д. Геттон.

Нептунисты считали, что в основе всех изменений Земли лежит действие внешних сил (вода, ветер, лед, море), плутонисты - действие внутренней энергии (вулканизм, землетрясения). Обе школы подходили к объяснению развития Земли односторонне, и концепции их представителей были неправильны.

Важная роль в развитии геологических представлений о происхождении Земли принадлежит И. Канту, немецкому философу, и П. Лапласу, французскому математику и астроному. Они правильно подошли к решению вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы, освободив его от идеи божественного сотворения. В основе их концепции лежит идея развития, эволюции.

Большое значение в развитии геологии имела работа английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875), вышедшая в свет в 1833 г. под названием «Основы геологии». Чарлз Лайель объяснял развитие Земли как результат длительного изменения материи. В своем труде он приводит детальное описание геологических процессов внешней и внутренней динамики. Ч. Лайель, так же как и М.В. Ломоносов, исходил из принципа актуализма: настоящее - ключ к познанию прошлого. Правда, у него были и ошибки. В частности, он был далек от представления об эволюционном развитии Земли, полагая, что она просто изменяется случайным образом.

Эволюционные идеи в геологии окончательно утвердились после выхода работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859).

В XIX в. шло дальнейшее накопление фактов. Большой фактический материал появляется благодаря усиленным поискам и разведке полезных ископаемых, которые требовались во все возрастающих масштабах в связи с бурным развитием промышленности и строительства. Это обусловило дальнейшее развитие геологической науки. Значительный вклад был сделан русскими учеными, которые стали подходить к объяснению различных геологических процессов с материалистической точки зрения

В 1882 г. в Петербурге был создан Геологический комитет - руководящий центр по изучению геологии России в дореволюционное время.

Среди русских ученых, внесших большой вклад в развитие геологии, в первую очередь следует назвать А. П. Карпинского, которого по праву считают отцом русской геологии. Им написано около 500 научных работ по различным вопросам геологии, палеонтологии, тектоники, стратиграфии, петрографии и другим разделам. И. В. Мушкетов положил начало сейсмотектоническим исследованиям. В. А. Обручев разработал многие важные вопросы: геологии рудных месторождений, неотектоники, четвертичных отложений, геоморфологии и географии. Он считается крупным исследователем Сибири и Центральной Азии. А. П. Павлов является основоположником учения о четвертичных отложениях, видным палеонтологом и основателем московской школы геологов. Е. С. Федоров - известный кристаллограф, создатель кристаллохимического анализа и теодолитного гониометра для измерения гранных углов кристаллов. Труды В. И. Вернадского по геохимии, биогеохимии и радиогеологии всемирно известны.

Имена А. Е. Ферсмана, В. О. Ковалевского, А. Д. Архангельского, В. М. Севергина, Н. И. Кокшарова, П. В. Еремеева, Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, А. Н. Заварицкого и многих других вошли в историю как имена основоположников современной геологии.

За последние десятилетия в нашей стране были открыты крупнейшие месторождения калийных солей (Соликамск), апатито-нефелиновых, медно-никелевых и железных руд (Кольский п-ов, Карелия), алмазов (Сибирь и Архангельская обл.), железорудные залежи Курской магнитной аномалии, крупнейшие месторождения нефти и газа (Западная Сибирь) и ряд других полезных ископаемых. К числу их следует отнести уникальное медно-никелевое месторождение с платиноидами в районе г. Норильска.

К настоящему времени в нашей стране создана мощная минерально-сырьевая база, обеспечивающая главнейшими полезными ископаемыми народное хозяйство.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗЕМЛЕ И ЗЕМНОЙ КОРЕ ГеологияДокумент

... лекций Кол-во часов Формы текущего контроля успеваемости 1 2 3 4 Геология 1. Геология как наука . Предмет и задачи геологии . Цикл геологических наук ...

Антропогенная геология

Программа дисциплины

... геологии . Положение антропогенной геологии в системе геологических наук . Лабораторная работа №1. Связи антропогенной геологии с другими науками геологического цикла ... . – 182 с. Трофимов В.Т. Лекции по экологической геологии . Лекции 6-10 /Уч. пособие. – ...

В 2014 году в центральном районе Ямальского полуострова был найден странный провал в земле: круглая воронка имела диаметр около 20 метров и глубину около 50 метров. Ее происхождение с тех пор оставалось загадкой. Группа ученых из МГУ, исследовав пробы многолетнемерзлых пород, установила, что эта воронка сформировалась благодаря явлению, ранее не наблюдавшемуся на Земле. Опубликованная на прошлой неделе в журнале Scientific Reports статья описывает ее формирование в терминах криовулканизма, тем самым не только предлагая новый механизм образования этих необычных кратеров, но и впервые описывая земной криовулкан.

Летом 2014 года в центральной части полуострова Ямал неподалеку от газового месторождения Бованенковское было найдено необычное геологическое образование: почти круглый кратер диаметром 20 метров и глубиной около 50 метров (рис. 1). Было выдвинуто множество гипотез о его происхождении, включая падение метеорита и миграцию биогенных газов из-за оттаивания вечной мерзлоты (см., например, M. Leibman et al., 2014. New permafrost feature-deep crater in central Yamal (West Siberia, Russia) as a response to local climate fluctuations , V. Olenchenko et al., 2015. Results of geophysical surveys of the area of «Yamal crater», the new geological structure), но все они имели свои недостатки. В принципе, образование кратероподобных структур в результате геокриологических процессов - явление редкое, но не экстраординарное (J. Mackay, 1979. Pingos of the Tuktoyaktuk Peninsula Area, Northwest Territories). К примеру, в 2017 году на Ямале было зарегистрировано формирование двух похожих кратеров, но значительно меньшего размера.

Ямальский кратер находится в зоне вечной мерзлоты со среднегодовыми температурами от −1°C до −5°C и объемной долей льда 30–65%, часто сконцентрированного в ледяных линзах . Благодаря современным технологиям даже удалось выяснить примерное время формирования структуры: до 2013 года, по данным космических снимков, на месте кратера находился крупный бугор пучения (см. картинку дня «Пинго или бугры пучения»), около 8 метров в высоту и 50–55 метров в диаметре.

По линии, пересекающей кратер, ученые пробурили несколько скважин и получили керны (цилиндрические столбики породы, вынимаемые из скважины) многолетнемерзлых пород (рис. 2). Одна из скважин, находившаяся в пяти метрах к северу от кратера, вскрыла крупную линзу льда на глубине 5,8 м. Несмотря на то, что глубина этой скважины была 17 м, до нижней границы линзы добраться не удалось. Из этой линзы и соседних скважин были отобраны пробы для дальнейшего изучения. Они состояли изо льда, гуминовых кислот и минеральных включений. Анализы показали, что ученые имеют дело с двумя разными типами вечной мерзлоты, содержащей древние морские отложения: первый тип почти не тронут термокарстом (процессом оттаивания и разрушения вечной мерзлоты), а второй, наоборот, интенсивно им переработан. Лед в пробах первого типа содержал малые количества металлов и органического углерода, а лед из проб второго типа содержал углеродные соединения органического происхождения до 3,5 г/литр и включения темно-коричневых растворов щелочного состава (pH 8–9,5). Другое различие наблюдалось между ледяной и осадочной составляющими проб: концентрация металлов была незначительной в древних осадках (за исключением SiO 2 , CaO, Na 2 O) и сравнительно высокой в ледяных пробах. Это может быть интерпретировано как результат длительного взаимодействия грунтовых и талых вод, что ведет к мысли, что на месте кратера когда-то существовало озеро с большой оттаявшей зоной под ним (таликом).

Главной особенностью изученных образцов является необычно высокая концентрация газов, достигающая в отдельных пробах 20 объемных процентов. В основном это CO 2 и N 2 . А вот метана - предполагаемого виновника образования кратера - оказалось мало (первые проценты). Это, а также результаты изотопного анализа, указывало, что источник газов не месторождение Бованенково, как считалось ранее. Преобладание среди углеводородов высших нормальных алканов (C 19 H 40 и соединения с бо льшим числом атомов углерода) показало, что они образовались в результате разложения растительных останков.

По результатам математического моделирования была установлена последовательность событий, предшествовавших формированию кратера. Сначала под долгоживущим термокарстовым озером (жидкая вода при положительной температуре) вечная мерзлота оттаивает (рис. 3, А), формируя талик размером примерно, как у современного сухого озера, в центре которого находится кратер. По оценкам геокриологов, формирование 60–70 метровой зоны протаивания занимает примерно 3000 лет. При высыхании озера оттаявшая зона начинает обратно замерзать от краев к центру (рис. 3, В). На финальных стадиях жизни озера его дно промерзает, формируя ледяную крышку над еще не до конца замерзшим таликом (рис. 3, С). Оставшаяся вода под давлением растущего льда начинает выжиматься наружу, формируя бугор пучения, существовавший последнюю сотню лет (рис. 3, D).

На основании содержания газов в изученных образцах предполагается, что растворенные газы составляли около 14 объемных процентов талика. При замерзании часть этих газов мигрировала в окружающие породы, избежав замерзания, а часть (в основном - хорошо растворимый в воде CO 2) осталась в талике, увеличивая давление и способствуя образованию бугра пучения. Из-за воды под промерзшей крышкой льда толщиной 6–8 метров давление в талике может достигать 5 бар, но для ее прорыва требуется около 10 бар. Это значение вполне достижимо, если учесть вклад газовой составляющей. В нижней же части талика давление доходит до 15 бар, что делает возможным образование клатратов CO 2 (сценарий, реализуемый если жидкость насыщена газом). Если бы газа было мало, то при разрушении пинго произошел бы только небольшой выброс воды, но никак не извержение и образование кратера.

Перед извержением в талике наблюдалась слоистая структура: талые почвы с большим количеством клатратов углекислого газа внизу, вода с растворенным газом в середине и преимущественно газ в верхней части (рис. 4, А). Извержение было спровоцировано формированием ледяных клиньев по трещинам в промерзшей шапке и состояло из трех стадий:
1) Пневматическая стадия (первые минуты): дегазация из верхней камеры талика, выброс струй углекислого газа (рис. 4, В). Разлет почвы на большие дистанции и повреждение растительности холодной газовой струей.
2) Гидравлическая стадия (несколько часов): излияние воды из кратера (рис. 4, С) - сброс давления вызвал вспенивание воды, насыщенной газом (эффект, сходный со струей шампанского после удаления пробки). Полное пробитие ледяной шапки и начало формирования вала вокруг кратера.
3) Фреатическая стадия (5–25 часов): разложение газовых гидратов в нижнем слое почвы и вынос её на поверхность с возникающей пеной (рис. 4, D). Так как разложение газовых гидратов - процесс достаточно медленный, то эта фаза является наиболее длительной частью извержения.

Такая реконструкция событий позволяет говорить о том, что образование ямальского кратера - полноценное явление, «Элементы», 07.02.2014 и Анализ гравитационного поля Энцелада тоже указывает на наличие на нем жидкой воды , «Элементы», 04.07.2014, а также статью J. S. Kargel, 1995. Cryovolcanism on the icy satellites). Следы прошлой криовулканической активности обильно встречаются во внешней области Солнечной системы. Серьезное изучение этих объектов началось в 1979–1989 годах, после пролетов зондов «Вояджеров» мимо ледяных лун газовых гигантов, однако их непосредственное исследование до настоящего момента было недоступно, так как ни одного криовулкана на Земле обнаружено не было. Теперь, похоже, ученые получают такую возможность.

Ранее предполагалось, что для криовулканизма обязателен источник тепла, расположенный под криовулканом. Отчасти, это верно, однако обсуждаемая работа показывает, что подобные процессы могут происходить не только за счет нагрева воды, но и за счет ее кристаллизации: кристаллизация льда в газонасыщенных системах приводит к скачкам давления и может, например, служить объяснением водяных джетов на Энцеладе (J. H. Waite Jr et al., 2009. Liquid water on Enceladus from observations of ammonia and 40 Ar in the plume). Полученные при исследовании ямальского кратера данные могут позволить по-новому взглянуть на извержения на ледяных телах.

Цикл геологических наук. Оболочечное строение Земли.

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.

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.

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.

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.

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).

Аннотация.

Назначение общего курса истории и методологии геологических наук - дать оканчивающему специалисту общее представление о ходе развития геологических наук, раскрыть принципиальные вопросы методологии научного поиска и логики построения научного исследования; отразить современные представления о некоторых философских проблемах геологии. Важной задачей курса является изучение истории отечественной геологии на общем фоне развития геологических знаний. Творческое освоение курса предполагает самостоятельное изучение геологической и методологической литературы и написание реферата в плане курса.

Введение.

История геологии как часть всеобщей истории естествознания и мировой культуры в целом. Процесс становления геологических знаний и развитие экономических, социальных, культурно-исторических особенностей состояния общества.

Методология - учение о принципах и логике построения научного исследования, формах и методах научно-познавательной деятельности. Место геологии в системе естественных наук. Классификация наук геологического цикла. Принципы периодизации истории геологии.

1. История геологических наук.

1.1. Донаучный этап развития геологических знаний (с древности до середины ХVIII века).

Период становления человеческой цивилизации (с древнейших времен до V в. до н.э.). Накопление эмпирических знаний о камнях, рудах, солях и подземных водах.

Античный период (V в. до н.э. - V в. н.э.). Зарождение представлений о минералах, горных породах и о геологических процессах в рамках натурфилософии. Зарождение плутонизма и нептунизма. Главнейшие представители школы греко-римской натурфилософии.

Схоластический период (V - ХV в. в Западной Европе, VII - ХVII в. в других странах). Застой в развитии науки, преобладание догматов церкви в Западной Европе. Развитие ремесел и горнорудного дела. Основание первых университетов. Арабская цивилизация и ее роль в развитии естествознания в VII - ХIII вв. Ремесла Древней Руси, учреждение в 1584 г. Приказа Каменных дел.

Период возрождения (ХV - ХVII до середины ХVIII в.). Великие географические открытия. Утверждение гелиоцентрической картины мира. Геологические представления Леонардо да Винчи, Бернара Палисси, Николауса Стенона, Георга Бауэра (Агриколы). Космогонические концепции Р.Декарта и Г.Лейбница. Плутонизм и делювианизм. Развитие геологических знаний в России в эпоху петровских реформ. Создание Приказа рудокопных дел (1700), Бергколлегии (1718), открытие Академии наук (1725).

1.2. Научный этап развития геологии (с начала ХIХ века). Переходный период (вторая половина ХVIII в.).

Космогонические гипотезы Э.Канта и П.Лапласа. Геологические идеи Ж.Бюффона, М.В.Ломоносова. Зарождение стратиграфии. А.Г.Вернер, его учение и школа. Дж.Хаттон (Геттон) и его "Теория Земли". Противоречия в вопросе о роли внешних и внутренних процессов в развитии Земли. Развитие кристаллографии. Открытие Московского университета (1755) и Высшего Горного Училища (будущего Горного института (1773)). Российские академические экспедиции. В.М.Севергин и его роль в развитии минералогии.

Героический период развития геологии (первая половина ХIХ в.). Рождение биостратиграфии и палеонтологии. Первая тектоническая гипотеза - гипотеза "кратеров поднятия". Катастрофисты и эволюционисты - исторический спор двух научных лагерей. Разработка стратиграфической шкалы фанерозоя. Начало геологического картирования. Успехи в изучении минералов. Начало химического этапа изучения минералов. Учение о сингониях, изоморфизме и полиморфизме и парагенезе минералов.

Ч.Ляйель и его книга "Основы геологии..."(1830-1833). Дискуссии по поводу происхождения экзотических валунов. Становление ледниковой теории. Создание первых геологических обществ и национальных геологических служб. Геология в России в первой половине ХIХ в.

Классический период развития геологии (вторая половина ХIХ в.). Геологические наблюдения Ч.Дарвина и влияние на развитие геологии его книги "Происхождение видов путем естественного отбора...". Торжество эволюционных идей в геологии. Гипотеза контракции Эли де Бомона и ее развитие в трудах Э.Зюсса. Зарождение учения о геосинклиналях и платформах. Становление палеогеографии, геоморфологии, гидрогеологии.

Развитие микроскопической петрографии. Возникновение понятия о магме, ее типах и дифференциации. Зарождение учения о метаморфизме, становление экспериментальной петрографии. Развитие теоретической и генетической минералогии. Успехи кристаллографии. Становление учения о рудных месторождениях. Зарождение геологии нефти. Первые шаги геофизики в изучении глубинного строения Земли. Начало международного сотрудничества геологов. Первые международные геологические конгрессы. Основание Геологического комитета России (1882).

"Критический" период развития геологических наук (10-е - 50-е годы ХХ в.). Научная революция в естествознании на рубеже ХIХ - ХХ вв. Кризис в геотектонике. Крушение контракционной гипотезы. Появление альтернативных тектонических гипотез. Зарождение идей мобилизма - гипотеза дрейфа континентов. Отказ от мобилизма и возрождение идей фиксизма. Дальнейшее развитие учения о геосинклиналях и платформах. Становление учения о глубинных разломах. Зарождение неотектоники, тектонофизики. Дальнейшее развитие геофизики. Создание модели оболочечного строения Земли Становление геофизических методов разведки и геологической интерпретации геофизических данных.

Развитие наук о веществе. Использование рентгеноструктурного анализа в изучении кристаллов, возникновение кристаллохимии и структурной минералогии. Зарождение геохимии. Учение о биосфере и ноосфере. Развитие петрологии и ее разделов (петрохимия, химия магм, космическая петрография). Развитие учения о метаморфизме. Развитие учения о рудных месторождениях; дальнейшая разработка гидротермальной теории. Минераграфия. Термобарометрия. Успехи металлогении.

Становление литологии и успехи палеогеографии. Зарождение учения о формациях. Развитие геологии горючих ископаемых. Учение о нефтегазоносных бассейнах. Геология угля. Дальнейшее развитие гидрогеологии, разработка проблемы вертикальной гидрохимической и гидродинамической зональности подземных вод. Гидрогеологическое картирование. Зарождение мерзлотоведения.

Новейший период развития геологии (60-е - 90-е годы ХХ века). Техническое перевооружение геологии: электронный микроскоп, микрозонд, масс-спектрометр, ЭВМ, глубоководное и сверхглубокое бурение, исследование Земли из космоса и др. Начало интенсивного геолого-геофизического изучения океанов и планет Солнечной системы. Возрождение мобилизма в геотектонике. Установление астеносферы. Палеомагнетизм. Гипотеза расширения (спрединга) ложа океанов. Новая глобальная тектоника или тектоника плит - новая парадигма геологии. Другие альтернативные мобилистские концепции.

"Цифровая революция" в геофизике, развитие методов разведочной геофизики и морской геофизики. Успехи в изучении земной коры и верхней мантии.

Успехи палеонтологии; новые группы ископаемых остатков, этапности развития органического мира и эволюция биосферы, вымирание крупных систематических групп и глобальные биоценотические кризисы. Развитие стратиграфии, введение новых методов: магнито- и сейсмостратиграфии, радиохронометрии; изучение стратиграфии докембрия.

Дальнейшее развитие наук о земном веществе. Космохимия и геохимия изотопов, экспериментальная минералогия и петрология; развитие учения о метаморфических фациях; геохимические методы поисков рудных месторождений.

Развитие теоретических основ геологии нефти и газа.

Сравнительная планетология и ее значение для расшифровки ранних стадий развития Земли. Дальнейшее развитие гидрогеологии, инженерной геологии и геокриологии. Зарождение нового направления в геологии - экологическая геология. Международное сотрудничество геологов. Современное состояние и ближайшие перспективы геологии. От тектоники литосферных плит к общей глобальной геодинамической модели Земли. Глобальные геодинамические модели и геоэкология. Социальные, мировоззренческие, экономические функции геологии. Краткий обзор современных проблем геологии.

История преподавания геологии и научные школы геологов Московского университета.

2. Методология геологических наук.

2.1. Объект и предмет геологии, их изменение в ходе развития науки. Геологическая форма развития материи. Методы геологических наук (общенаучные, специальные). Законы в геологии. Проблема времени в геологии.

2..2. Общие закономерности развития геологических наук. Процессы дифференциации и интеграции геологических наук. Научные революции в геологии.

2.3. Принципы построения научного исследования. Фиксация предмета поиска, постановка проблемы, определение задачи методов исследования. Гипотетическая модель, основы ее построения. Теоретическая модель, основы ее построения и развития. Факты, их место и значение в научном поиске.

2.4. Роль парадигмы в эмпирических и теоретических исследованиях. Понятие модельного подхода в геологических исследованиях. Системный анализ и его принципы. Особенности системной модели геологических объектов. Фрактальность геологических объектов. Процессы самоорганизации вещества и принципы построения геологических моделей. Законы неравновесной термодинамики и геодинамические процессы.

Литература

• Белоусов В.В. Очерки истории геологии. У истоков науки о Земле (геология до конца ХVIII в.). - М., - 1993.
• Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. - М.: Наука, - 1981.
• Кун Т. Структура научных революций.- М.: Прогресс, - 1975.
• Поваренных А.С., Оноприенко В.И. Минералогия: прошлое, настоящее, будущее. - Киев: Наукова Думка, - 1985.
• Современные идеи теоретической геологии. - Л.: Недра, - 1984.
• Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии (геология на пороге ХХI века).- М.: Научный мир, 2003..
• Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. - М.: МГУ, - 1996.
• Хэллем А. Великие геологические споры. М.:Мир,1985.