МЕХАНИКА • СЛЕПКОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ. РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ. СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА ОБЩАЯ ГЕЛОГОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ГЕОЛФАК МГУ КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ. РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ. СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU. ЕСЛИ ВЫ ОБНАРУЖИЛИ ОШИБКИ ИЛИ ОПЕЧАТКИ, ТО СООБЩИТЕ ОБ ЭТОМ, НАПИСАВ СООБЩЕСТВУ VK.COM/TEACHINMSU. БЛАГОДАРИМ ЗА ПОДГОТОВКУ КОНСПЕКТА СТУДЕНТКУ ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА МГУ КУЩЕНКО АННУ КОНСТАНТИНОВНУ КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ОГЛАВЛЕНИЕ ЛЕКЦИЯ 1. ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ...................................... 6 Введение в геологию ...................................................................................................... 6 Происхождение Вселенной. Галактика Млечного пути ............................................. 7 Эволюция Вселенной ..................................................................................................... 9 Расстояния во Вселенной ............................................................................................. 10 Метагалактика, звезды, галактики .............................................................................. 11 Галактика Млечный Путь (ГМП) ................................................................................ 13 Происхождение и строение Солнечной системы ...................................................... 14 Солнце ............................................................................................................................ 16 Планеты Солнечной системы ...................................................................................... 18 Малые тела Солнечной системы ................................................................................. 19 ЛЕКЦИЯ 2. ФОРМА, СТРОЕНИЕ, СОСТАВ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПОЛЯ ЗЕМЛИ .................................................................................................................................................. 21 Размеры и форма Земли ............................................................................................... 21 Внутреннее строение Земли ........................................................................................ 25 Химический состав и физические свойства недр Земли........................................... 28 ЛЕКЦИЯ 3. МИНЕРАЛЫ .................................................................................................. 32 Классификация минералов .......................................................................................... 32 Оптические свойства минералов ................................................................................. 35 Механические свойства минералов ............................................................................ 36 Особые свойства минералов ........................................................................................ 37 Происхождение минералов .......................................................................................... 38 Главные породообразующие минералы ..................................................................... 39 ЛЕКЦИЯ 4. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ...................................................................................... 41 Классификация и характеристики горных пород ...................................................... 41 Магматические горные породы ................................................................................... 41 Кислые магматические породы ................................................................................... 44 Пирокластические магматические породы ................................................................ 45 Осадочные горные породы .......................................................................................... 45 Хемогенные и хемобиогенные породы ...................................................................... 47 Метаморфические горные породы .............................................................................. 48 ЛЕКЦИЯ 5. МАГМАТИЗМ ................................................................................................ 50 Интрузивный магматизм .............................................................................................. 51 Вулканизм ...................................................................................................................... 57 Продукты извержения вулканов ................................................................................. 58 Вулканические аппараты ............................................................................................. 60 Категории вулканических извержений ....................................................................... 62 Катастрофы .................................................................................................................... 62 Поствулканическая стадия ........................................................................................... 62 3 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Географическое распространение действующих вулканов ...................................... 63 ЛЕКЦИЯ 6. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ...................................................................................... 64 Тектонические движения ............................................................................................. 64 Землетрясения ............................................................................................................... 65 Сейсмические волны .................................................................................................... 66 Методы изучения землетрясений ................................................................................ 69 Причины землетрясений .............................................................................................. 72 Прогноз землетрясений ................................................................................................ 73 Цунами ........................................................................................................................... 74 ЛЕКЦИЯ 7. ВЫВЕТРИВАНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА .................................................................................................................................................. 77 Выветривание ................................................................................................................ 77 Геологическая деятельность ветра .............................................................................. 79 Типы пустынь и опустынивание ................................................................................. 81 Факторы развития опасных эоловых процессов ........................................................ 82 ЛЕКЦИЯ 8. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД .................................................................................................................... 83 Геологическая деятельность плоскостного стока...................................................... 83 Геологическая деятельность временных русловых потоков .................................... 83 Геологическая деятельность рек ................................................................................. 86 ЛЕКЦИЯ 9. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ. КАРСТ И СУФФОЗИЯ ...................................... 93 Подземные воды ........................................................................................................... 93 Формы нахождения воды в горных породах: ............................................................ 93 Условие нахождения (залегания) подземных вод в горных породах ...................... 94 Геологическая деятельность подземных вод ............................................................. 98 Карст и суффозия ........................................................................................................ 100 ЛЕКЦИЯ 10. ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ..................................................... 107 Общая характеристика ............................................................................................... 107 Классификации склоновых процессов...................................................................... 108 Собственно гравитационные процессы .................................................................... 109 Водно–гравитационные процессы ............................................................................ 113 ЛЕКЦИЯ 11. ПРОЦЕССЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ ...................................................................................... 118 Криогенные процессы и явления .............................................................................. 118 Криогенные процессы при деградации мерзлых толщ ........................................... 124 Ледники........................................................................................................................ 127 ЛЕКЦИЯ 12. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ. ..... 132 Общие сведения о мировом океане ........................................................................... 132 Движения воды в мировом океане ............................................................................ 134 Рельеф дна мирового океана ...................................................................................... 137 4 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Осадконакопление в морях и океанах ...................................................................... 142 ЛЕКЦИЯ 13. СТРАТИГРАФИЯ И ГЕОХРОНОЛОГИЯ........................................... 147 Время в геологии ........................................................................................................ 149 Общая статиграфическая шкала ................................................................................ 150 Формы залегания осадочных горных пород ............................................................ 152 ЛЕКЦИЯ 14. ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ............................................ 157 Эволюция геотектонических взглядов ..................................................................... 157 Основные положения теории тектоники литосферных плит ................................. 162 5 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 1. ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ Введение в геологию Геология (от греч. «гео» - Земля и «логос» - знание, наука) – наука о Земле, изучает строение, состав, историю развития Земли и процессы, протекающие и протекавшие в её недрах и на поверхности. Впервые термин был введен в 1657 году норвежцем М.П. Эшольтом (M.P. Escholt). Этапы развития геологии: • Доисторический период. Первобытное общество. Каменный век, Бронзовый век, Железный век. • Древние цивилизации, III-V вв. до н.э. Аристотель, Аристарх Самосский, Пифагор и Геродот, Древний Китай. • Эпоха Возрождения, XIV- XVIII века. Леонардо да Винчи, Агрикола (О горном деле и металлургии, 1555); Н.Коперник, Н. Стено. До VIII века – период накопления первичных геологических знаний. • Вторая половина VIII века – начало научной геологии. Ж.Л. Бюффон (Теория Земли 1749 г. и Эпохи природы. 1778 г.), И. Кант, М.В. Ломоносов (О слоях земных, 1763), А. Вернер, Дж. Хаттон, П.С. Лаплас. • Современная геологическая наука. Задачи и отрасли современной геологии: I. Геологические науки, изучающие вещество: Минералогия – объект минералы – природные химические соединения, слагающие горные породы Кристаллография – объект минералы, обладающие кристаллической структурой Петрология – объект магматические и метаморфические горные породы Литология – объект осадочные горные породы Геохимия – наука о химическом составе Земли II. Динамическая геология, изучает геологические процессы, изменяющие земную кору и её поверхность: Тектоника (геотектоника) – наука о строение земной коры (литосферы) и её изменения во времени. Геодинамика – наука, изучающая физические процессы, которые обусловливают развитие твердой Земли в целом, и силы, их вызывающие. Геоморфология – наука о рельефе поверхности земной коры и его происхождении III. Историческая геология, рассматривает историю развития земной коры и всей нашей планеты: Палеогеография – изучает смену физико-географических условий на поверхности Земли. 6 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Палеотектоника – изучает изменения тектонических условий в развитии Земли. Стратиграфия – изучает последовательность накопления осадочных и вулканогенных пород, их первоначальные взаимоотношения в пространстве, отвечающие этапам развития Земли и её органического мира. Палеонтология – изучает остатки древних, вымерших организмов и помогает установить относительный возраст осадочных пород, которые их содержат. IV. Геофизика, изучает Земли с помощью естественных и создаваемых физических полей Гравиметрия – изучает распределение аномального поля силы тяжести с целью исследования глубинного строения Земли. Магнитометрия – изучает строение земной коры, измеряя изменения напряженности магнитного поля на поверхности Земли и во времени. Геоэлектрика – исследует глубинное строение Земли с помощью естественных, или созданных искусственно, электрических и электромагнитных полей. Сейсмология – наука о землетрясениях, исследует внутреннее строение Земли с помощью упругих волн, вызванных землетрясениями или искусственно возбужденных (взрывы, удары и т.д.). Термометрия – исследует тепловое поле Земли. Радиометрия – изучает естественную радиоактивность горных пород с целью поисков радиоактивных руд. Задачи современной геологии: • Прикладные: 1. Добыча полезных ископаемых (рудные и нерудные). Инженерногеологические изыскания (строительство зданий, плотин, каналов, железных дорог, нефте- и газопроводов и т.д.). 2. Предупреждение природных катастроф (землетрясения, оползни, сели, переработка берегов, карст). • Теоретические: 1. Изучение происхождения и выявление закономерностей развития Земли в целом и всех слагающих ее составных частей. 2. Прогноз будущего Земли и человечества. Геоэкология. Происхождение Вселенной. Галактика Млечного пути Вселенная – совокупность всего, что существует физически, то есть весь окружающий нас материальный микро-, макро-, и мегамир. Космос (с греч. – «упорядоченное», «красивое») – мир в целом, миропорядок, упорядоченная Вселенная в противоположность хаосу. 7 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА По современным представлениям, Вселенная возникла около 13,7 млрд.лет назад в результате Большого Взрыва из сингулярного состояния с бесконечно большой температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. А. Эйнштейн в 1915 году создал Общую теорию относительности. А.А.Фридман в 1922 году предсказал расширение Вселенной и предположил возникновение ее в результате взрыва, который произошел одновременно и повсюду, заполнив образовавшееся пространство изначально очень плотным веществом, из которого через млрд. лет образовались звёзды, галактики, Солнце, планеты и т.д. В 1948 году Г.А.Гамов предположил, что первичное вещество Вселенной было еще и очень горячим. Согласно Гамову, электромагнитное излучение первичного горячего вещества не должно исчезнуть, т.е. в космосе должно существовать фоновое постоянное излучение. Первое фактическое подтверждение теории Большого Взрыва – Э. Хаббл в 1929 году открывает общее расширение Вселенной. Согласно эффекту Доплера спектр удаляющегося объекта смещается в красную зону, так называемое, красное смещение. Красное смещение, а значит, и скорость удаления галактик, возрастает пропорционально расстоянию до них: 𝑉 = 𝐻𝑟, где 𝑉 − лучевая (радиальная) скорость галактики, 𝑟 − расстояние до галактики, 𝐻 − постоянная Хаббла. По современным оценкам темп расширения Метагалактики таков, что галактики, разделенные расстоянием 1 Мпк, удаляются друг от друга со скоростью от 50 до 100 км/с. Рис. 1.1. Подтверждение теории Большого взрыва. Все объекты вселенной удаляются от нас, при этом происходит смещение в красную сторону спектра. Второе фактическое подтверждение теории состоялось в 1965 году. Радиоинженеры А.Пензиас и Р. Вильсон из Bell Telephone Laboratories построили радиоантенну для решения задач в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций и случайно обнаружили фоновое космическое электромагнитное 8 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА излучение в микроволновом диапазоне с длиной волны 7,35 см. Это, так называемое, реликтовое излучение, оно однородно, его интенсивность постоянна по всему небу, температура излучения составляет 2,728 °К. Третье фактическое подтверждение теории – наблюдаемый химический состав Вселенной, состоящей приблизительно из ! " (по массе) водорода и # " гелия с небольшой (~1%) примесью прочих элементов. Согласно теории Большого Взрыва, Н и Не образуются в первые минуты существования Вселенной. Прочие тяжелые элементы образуются гораздо позднее внутри звёзд и попадают в межзвёздное пространство в результате взрывов сверхновых звезд. Эволюция Вселенной В первую секунду после Большого Взрыва возникли электроны, нейтроны, протоны и лучевая энергия, возникло пространство и время. Температура Вселенной того периода оценивается в 100 млрд. °С. В течение первых 4-х минут сформировались атомы гелия и дейтерия (температура ниже 1 млрд. °С), далее в течение примерно 1 млн. лет шло формирование всех других атомов (температура составляет несколько тыс. °С). В течение следующего млрд.лет происходило образование протогалактик, то есть сгустков космической материи, на месте которых в последующие 5 млн. лет формировались первичные галактики. Современная средняя температура Вселенной оценивается в −270°С, то есть приближается к абсолютному нулю по Кельвину (−273 °С ). С момента Большого Взрыва происходит непрерывное расширение Вселенной, выражающееся в разбегании галактик во всех направлениях друг от друга и от центра Вселенной, и уменьшении ее средней плотности, соответствующей на сегодня примерно 1 грамму вещества, распыленному в кубе с ребром равным 40 тыс. км. Рис. 1.2. Будущее нашей Вселенной. 9 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Мы можем сделать вывод, что наша Вселенная расширяющаяся, остывающая, и она не вечна. Существуют следующие гипотезы развития Вселенной (рис. 1.3): • • • • замедляющееся расширение расширение, заканчивающееся сжатием равномерное расширение нарастающее (инфляционное) расширение Рис. 1.3. Гипотезы развития Вселенной. Расстояния во Вселенной Мы имеем огромный размах размеров и расстояний: от размеров электрона (10 мм) до границ Метагалактики – видимой Вселенной (10%& мм). • 1 астрономическая единица, а. е. – средний радиус орбиты Земли или расстояние от Земли до Солнца – 149,6 млн. км. • Световой год – расстояние, проходимое светом в вакууме за год, приблизительно равное 63241,1 а. е. или 9400 млрд. км. • Парсек (1пк) ≅ 206 265 а. е. ≅ 3,258 св. года. 1 св. год ≅ 0,306601 пк. Параллакс (параллактическое смещение) – это видимое перемещение светил на небесной сфере, обусловленное перемещением наблюдателя в пространстве вследствие вращения Земли (суточный параллакс), обращения Земли вокруг Солнца (годичный параллакс). $#" 10 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 1.4. Годичный параллакс. Рис. 1.5. Иллюстрация определения парсека. Примеры. • Расстояние от Солнца до ближайшей звезды Проксима Центавра порядка 1,3 пк = 4,22 св. года. • Расстояние от Солнца до центра ГМП порядка 10 кпк ≅ 32 000 св. лет. • Диаметр ГМП составляет 30 кпк ≅ 100 000 св. лет. • Расстояние до Туманности Андромеды порядка 772 кпк ≅ 2,5 млн. св. лет. • Ближайшее к нам крупное скопление галактик – скопление Девы – находится на расстоянии 18 Мпк ≅ 59 млн. св. лет. Метагалактика, звезды, галактики Наблюдаемая с Земли с помощью современной аппаратуры видимая часть нашей Вселенной называется Метагалактикой – это объём, заполненный звёздами, галактиками, скоплениями галактик (всего около 1 млрд.галактик), радиусом ~14 млрд. св. лет. Звёзды – основное население Метагалактики, это шарообразные горячие газовые (плазменные) самосветящиеся небесные тела, подобные Солнцу. Звёзды 11 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА состоят из водорода (70-80%) и гелия (20-30%), на остальные химические элементы приходится от 0,1 до 4%. Звезды сосредотачивают в себе до 90% видимого вещества нашей Вселенной. Источник тепловой энергии звёзд – термоядерная реакция в их недрах. Одиночные звезды встречаются редко, часто они образуют скопления. Галактики – звёздные системы, связанные гравитационным притяжением, содержат сотни млрд. звёзд. Диаметр галактик составляет от нескольких тысяч до сотен тысяч световых лет. По внешнему виду галактики делят на • • • спиральные (S): М31, Туманность Андромеды, эллиптические (Е): М87, созвездие Девы, неправильные (Ir): Большое Магелланово Облако, М82 в созвездии Большой Медведицы. Галактики также собираются в группы. Наша Местная группа галактик включает около 50 галактик и имеет диаметр 3,3 млн.св.лет. Самые крупные галактики в Местной группе галактик – Млечный путь и Туманность Андромеды (М31, находится от нас на расстоянии 2,3 млн. св. лет), галактика Треугольника (М33). Остальные галактики – карликовые (около 50). Группы (скопления) галактик входят в сверхскопления галактик, которые включают в себя свыше 90% всех существующих галактик и занимают около 10% всего объёма пространства нашей Вселенной. Массы сверхскоплений галактик на 15 порядков превышают массу Солнца. Наше Местное сверхскопление галактик – Сверхскопление Девы – имеет размер ~ 200 млн. св.лет. В состав МСС входят ~ 100 групп галактик и около 30 тысяч галактик. Сверхскопления имеют сильно вытянутую форму и напоминают ленты или цепочки длиной в несколько сотен млн.св.лет. Пересекаясь они образуют ячейки (воиды), внутри которых галактик практически нет. Рис. 1.6. Ячеистая структура Метагалактики. Темная материя – это форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Она сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвовать в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. 12 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Темная энергия – это теоретический вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной для объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением. Галактика Млечный Путь (ГМП) Млечный Путь - это спиральная галактика. В 3/5 расстояния от центра Галактики находится Солнце, которое совершает оборот вокруг центра ГМП за 220 ( ± 10%) млн. лет со скоростью 240 км/сек. Состав нашей Галактики: 1. Звёзды и звёздные скопления (от 200 до 400 млрд.), 2. Газовые и пылевые туманности, 3. Межзвёздный газ и межзвёздная пыль, 4. Гравитационные и магнитные поля и потоки электрически заряженных частиц (космические лучи). Рис. 1.7. Балдж. Считается, что в центре нашей Галактики находится черная дыра. Черная дыра – это область в пространстве и времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и кванты самого света. Рис. 1.8. Наша Галактика в проекции на созвездие Стрельца. 13 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА У галактики Млечный Путь есть ядро и спиральные рукава. Солнечная система находится в рукаве Ориона (рис. 1.9). Место планеты Земля во Вселенной можно представить в виде следующей цепочки: Земля → Солнечная система (СС) → Пояс Ориона → Галактика Млечного пути (ГМП) → Местная группа галактик (МГ) → Местное сверхскопление галактик → наблюдаемая Вселенная (Метагалактика) → Вселенная. Происхождение и строение Солнечной системы I. II. III. IV. Этапы эволюции протосолнечного газопылевого облака: Первоначальная протосолнечная газопылевая туманность и звезда, впоследствии ставшая сверхновой ( > 4,7 млрд. лет). Туманность попала в сферу действия сверхновой (4,7 млрд. лет). В выведенной из равновесия туманности начинаются процессы упорядочения, аккреции вещества туманности и вращение. Центральное сгущение превратилось в Солнце, началось формирование планет (4,6-4,5 млрд. лет). Рис. 1.9. Этапы эволюции протосолнечного газопылевого облака. 14 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 1.10. Взрыв звезды и разлет газа. Строение Солнечной системы представлено на рис. 1.11. В табл. 1.1 приведены структурные элементы СС – это планеты, карликовые планеты, малые тела Солнечной системы. Рис. 1.11. Строение Солнечной системы. Табл. 1.1. Строение Солнечной системы. 15 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА \ • • • • Рис. 1.12. Пояс Койпера и облако Оорта. Размеры Солнечной системы: до орбиты Нептуна – 30 а.е. до орбиты Плутона – 40 а.е. до внешней границы пояса Койпера – 55 а.е. до внешней границы облака Оорта – 100 000 а.е. Солнце Масса Солнца составляет порядка 99,8% массы всей СС. Солнце состоит из водорода H (~73%), He (~25%), на долю других элементов приходится ~2% от массы. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (желтый карлик). Источник энергии – термоядерный синтез He из Н. Солнце вращается вокруг км центра Галактики, делая один оборот за 220 − 230 млн. лет со скоростью 𝑉 ≅ 240 с , соответственно. Рис. 1.13. Строение Солнца. 16 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Строение Солнца изображено на рис. 1.14. Внешние слои – корона и хромосфера – образуют атмосферу Солнца. Корона имеет толщину 12 − 15 млн. км., ее температура достигает 5 млн. °K. Хромосфера имеет толщину 10000 − 15000 км., ее температура меняется от 4000 до 15000 °K. Основной элемент структуры хромосферы – спикулы – вытянутые наклонные струи газа. Рис. 1.14. Корона во время затмения (слева) и корональная арка (справа). Рис. 1.15. Хромосфера. Солнечный ветер – поток ионизированных частиц плазмы, в основном протонов, км электронов и фотонов, имеющий скорость 1200 − 300 с и распространяющийся до границ гелиосферы. Гелиосфера – область распространения солнечного ветра, которая простирается на расстояние 100 − 150 а. е. Первые десять млрд.км скорость солнечного ветра составляет 1400 − 1200 км/с, скорость на уровне орбиты Земли – около 400 км/с. По мере столкновения с межзвёздной средой, происходит торможение ветра и смешение с ней. Граница, вдоль которой уравновешивается давление солнечного ветра и межзвёздной среды, называется гелиопаузой. Т.е. в гелиосфере магнитное поле Солнца и солнечный ветер доминируют над межзвездными излучениями, а на ее границе, энергия частиц солнечного ветра падает до уровня излучения космических лучей. 17 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис.1.16. Будущее Солнца. Планеты Солнечной системы К внутренним планетам или планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс (рис. 1.17). Они имеют схожее строение, размер, все они твердые и состоят из ядра (Fe), мантии и коры. Рис. 1.17. Планеты земной группы. К внешним планетам или планетам-гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (рис. 1.18). Планеты данной группы являются газово-жидкими. Юпитер является самой крупной планетой и на 2019 год имеет 79 спутников. Сатурн интересен тем, что имеет кольца, радиус их составляет от 10 − 100 км до нескольких млн. км. 18 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 1.18. Планеты-гиганты. Рис. 1.19. Строение планет-гигантов. Малые тела Солнечной системы К малым телам Солнечной системы относятся: 1. Спутники планет: Луна (Земля); Ио, Ганимед, Европа (Юпитер), Титан (Сатурн) и т.д. 2. Транснептуновые объекты Рис. 1.20. Транснептуновые объекты. 3. Карликовые планеты: Цецера – орбита лежит между Марсом и Юпитером в поясе астероидов, форма – сфероид размером 975 × 909 км, масса в 6000 раз меньше массы Земли. 19 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 4. Астероиды: в Солнечной системе насчитывается десятки тысяч астероидов. Главный пояс астероидов расположен между орбитами Марса и Юпитера. 5. Метеориты: Гоба – самый крупный (60 тонн), Намибия. По составу метеориты делятся на: § каменные (92,8 % всех находок): среди каменных выделяют хондриты (85,7 % общего числа находок) и ахондриты, § железо-каменные, § железные. Рис. 1.21. Карта астроблем – метеоритных кратеров. Импактиты – метаморфические породы, образующиеся в результате ударного (импактного, от англ. impact – ударять) изменения горных пород. 6. Кометы (от греч. komḗtēs — волосатый, косматый) состоят из ядра (твердые частицы и лед), комы (оболочка из газа и пыли) и хвоста (смесь разреженного газа и пыли). Кометы наблюдаются только при приближении к Солнцу (рис. 1.22). Кометы делятся на короткопериодические с периодом обращения менее 200 лет (комета Галлея) и длиннопериодические с периодом обращения более 200 лет (комета Хейла-Боппа). Рис. 1.22. Движение кометы по орбите. 20 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 2. ФОРМА, СТРОЕНИЕ, СОСТАВ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПОЛЯ ЗЕМЛИ Размеры и форма Земли В Шумере (Месопотамия) за 3 тыс. лет до н.э. Земля представлялась в виде плоского диска, лежащего посреди безграничного океана (рис. 2.1). Рис. 2.1. Представления о Земле у шумеров. Мир в представлении древних египтян изображен на рис. 2.2: снизу – лежащий Геб, олицетворяющий Землю; сверху – Нут, олицетворяющий небо; между ними – Маат, олицетворяющая разумное начало, управляющая равновесием мира; две лодки, плывущие по небу символизируют восходящее и заходящее солнце. Рис. 2.2. Мир в представлении древних египтян. Древние индийцы представляли Землю в виде полусферы, опирающейся на слонов (рис. 2.3). Слоны стоят на огромной черепахе, а черепаха на змее, которая, свернувшись кольцом, замыкает околоземное пространство. 21 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 2.3. Устройство мира по индийским сказаниям. В VI веке до н.э. древнегреческий философ Анаксимандр Милетский (610 – 546 гг. до н.э.) представлял Землю в виде каменной колонны, верхняя поверхность которой занята обитаемым миром, а Солнце и звезды вращаются вокруг этой колонны. Рис. 2.4. Представления о Земле древних греков. Со времен Пифагора (570 – 495 гг. до н.э.) Землю стали признавать шаром. В V веке до н.э. Парменид (540 – 480 гг. до н.э.) и другие мыслители пифагорейской школы считают форму Земли шарообразной и помещают ее в центр Вселенной. Эти взгляды разделяют Сократ и Платон. Первые математические вычисления размеров Земли произвел Эратосфен Киренский (276 – 194 гг. до н.э.) в 240 г. до н.э. В день летнего солнцестояния в полдень был измерен угол 𝛼 = 7,2° (рис. 2.5). Эратосфен учел тот факт, что солнечные лучи падают на Землю практически параллельно, так как Солнце находится на очень большом расстоянии. Расстояние между Александрией и Сиенной 5000 стадий = 785,5 км. Решая пропорцию, можно получить длину окружности: 360° 𝐿= ∙ 785,5 км = 39375 км, 7,2° откуда для радиуса Земли имеем: 𝐿 𝑅= = 6270 км. 2𝜋 Сравнивая результат Эратосфена с данными о размерах Земли, полученными современными способами: радиус Земли у полюсов – 6357 км, радиус Земли на 22 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА экваторе – 6378 км, средний радиус Земли – 6371 км, длина экватора – 40075 км, наблюдаем ошибку ~1,3%. Рис. 2.5. Метод Эратосфена расчета радиуса Земли. По теории эфирных вихрей Р. Декарта (1596 – 1650 гг.) Земля должна иметь форму вытянутого сфероида («гипотеза лимона»). И. Ньютон (1643 – 1727 гг.) теоретически доказал, что Земля, как вращающееся тело, должна быть сплюснута полюсов и иметь форму эллипсоида вращения («гипотеза мандарина»); разница между экваториальным и полярным радиусами должна составлять 1⁄300 от среднего радиуса Земли. Спор о форме Земли длился около 50 лет. В XVII веке был изобретен метод триангуляции измерения больших расстояний. Французская академия наук снарядила две экспедиции: к экватору, в Перу (1735 – 1743 гг.), и к Северному полюсу, в Лапландию (1736 – 1737 гг.). В результате проведенных измерений было доказано полярное сжатие Земли, таким образом, Земля является сфероидом, а не шаром. Более точно форма и размер Земли были вычислены в 1940 году советским геодезистом А.А. Изотовым, выведенная фигура была названа эллипсоидом Красовского в честь учителя Изотова. Рис. 2.6. Трехосный эллипсоид Красовского: 𝑎 − экваториальный радиус, 𝑏 − полярный радиус, 𝑅 − средний радиус. 23 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Наряду со сфероидом и эллипсоидом Красовского вводят понятие геоида – это поверхность, совпадающая со средним уровнем невозмущенного океана, условно продолженная под континенты. Геоид является эквипотенциальной поверхностью, то есть поверхностью одинаковых значений силы тяжести, которая в каждой точке перпендикулярна отвесной линии. Геоид отражает распределение силы тяжести на Земле. Отличие геоида от эллипсоида Красовского может составлять ±100 м, эо вызвано неравномерным распределением масс как на поверхности Земли (океаны и континенты), так и внутри нее. Рис. 2.7. Иллюстрация понятия геоид. Рис. 2.8. Карта отклонений геоида от эллипсоида Красовского. Табл. 2.1. Физические характеристики Земли. 24 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Внутреннее строение Земли Источником информации о строении Земли являются объекты, доступные для прямого изучения: • средний радиус Земли – 6371 км • самая высокая вершина (Эверест) – 8848 м • самая глубокая впадина (Марианский желоб) – 11022 м • самая глубокая шахта (ЮАР) – 4,5 км • самая глубокая скважина (Кольская сверхглубокая) – 12262 м • древние породы на щитах – выступах кристаллического основания платформ континентов • кимберлитовые трубки – трубки взрыва, выносящие на поверхность с глубин 150 – 200 км обломки вмещающих пород (ксенолиты) • ксенолиты • метеориты Рассмотрим основные методы изучения строения Земли (физические, химические, методы экспериментальной петрологии). Главным является сейсмический метод, основанный на регистрации скорости распространения в теле Земли упругих волн, вызываемых землетрясениями или искусственными взрывами. Регистрация волн осуществляется на сейсмических станциях в виде сейсмограмм, полученных с помощью специальных приборов – сейсмографов. Выделяют следующие типы объемных сейсмических волн: 1. продольные, P-волны или первичные волны – колебания происходят параллельно направлению распространения волны, скорость продольных волн: 4 𝐾 + 3𝜇 Y 𝑉* = , 𝜌 где 𝐾 − модуль всестороннего сжатия, 𝜇 − модуль сдвига, 𝜌 − плотность среды. 2. поперечные, S-волны или вторичные волны – колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны, скорость поперечных волн: 𝜇 𝑉+ = Y . 𝜌 Поперечные волны не могут распространяться в жидкостях, так как модуль сдвига в жидкостях равен нулю, следовательно, равна нулю и скорость их распространения 𝑉+ = 0. 25 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 2.9. Продольные (сверху) и поперечные (снизу) сейсмические волны. Рис. 2.10. Схема прохождения объемных сейсмических волн через геосферу. По графику скорости распространения объемных сейсмических волн можно судить о строении внутренних оболочек Земли. Резкое увеличение скоростей 𝑉* и 𝑉, в интервале глубин 5 – 7 км соответствует границе между земной корой и мантией – граница Мохо или М была открыта в 1909 году А. Мохоровичем. Резкое падение 𝑉* и полное исчезновение S-волн на глубине 2900 км соответствует границе между мантией и внешним ядром – граница Гутенберга была открыта в 1914 году. Резкое увеличение 26 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 𝑉* на глубине 5120 км соответствует границе между внешним и внутренним ядром – граница Леманна была открыта в 1936 году. Рис. 2.11. Основные оболочки Земли (слева) и график скорости распространения объемных сейсмических волн в недрах Земли (справа). Земная кора делится на континентальную и океаническую. Континентальная кора является более мощной, чем океаническая, ее глубина составляет примерно 75 км, она имеет три слоя: 1. осадочный: среди пород преобладают глины и глинистые сланцы, а также пески и песчаники (больше 80% массы); 2. гранитно-гнейсовый: среди магматических пород преобладают граниты и базальты, среди метаморфических – кристаллические сланцы и гнейсы; 3. гранилит-базитовый: конкретный состав неизвестен, по данным геофизики слой состоит из пород, физические свойства которых близки к свойствам метаморфизованных базальтов. Океаническая кора имеет более простое строение, ее глубина не превышает 10 км, она также состоит из трех слоев: верхний слой представляет собой осадочные породы, химический состав которых хорошо известен, слои 2 и 3 – геохимически однородные основные породы. 27 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 2.12. Строение континентальной (слева) и океанической (справа) коры. Состав мантии может быть определен только предположительно на основе геофизических и экспериментальных данных, вероятно она сложена ультраосновными породами (обедненными SiO% и обогащенными Fe и Mg). Состав ядра непосредственно неизвестен, но может быть оценен. Эксперименты показывают, что при давлениях в ядре больших 1,5 Мбар, его геофизические свойства близки к свойствам железных метеоритов, состоящих из сплава Fe и Ni. Плотность ядра составляет ~12 г⁄см, что на 10% меньше плотности чистого сплава Fe и Ni, таким образом, в состав жидкого ядра должно входить некоторое количество «легких» элементов, возможно, серы. Астеносфера (от греч. asthenes – слабый) – слой обладающий пониженной прочностью и вязкостью, что, по-видимому, обусловлено наличием частично расплавленного вещества, около 1–2 % общей массы. Мощность от нескольких до 100 – 400 км. Граница 410 км считается усредненной нижней границей астеносферы. Астеносфера расположена внутри верхней мантии. Литосфера (от греч. lithos – камень) – каменная, твердая оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии, расположенная над астеносферным слоем. Мощность литосферы имеет большой разброс и составляет от нескольких км под океанами до 200 км на континентах. Изостазия (от греч. isostasios – равный по весу) – изостатическое равновесие, гидростатически равновесное состояние земной коры, при котором менее плотная земная кора (средняя плотность – 2,8 г/см! ) «всплывает» в более плотном слое мантии (средняя плотность – 3,3 г/см! ), наподобие айсберга. Химический состав и физические свойства недр Земли Главные элементы в составе Земли: Fe(38,81%), О(27,17%), Si(13,84%), Mg(11,25%), S(2,74%), Ni(2,7%), Ca(1,507%)и Al(1,07%), остальных элементов 28 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА меньше 1,2%. Земная кора состоит из SiO% , Al% O! , CaO, FеO, MgO и других оксидов; мантия – SiO% , MgO, FеO, Al% O! , CaO и другие оксиды; внешнее ядро: Fе + Ni (84 ÷ 92%) + 10 ÷ 20% S (возможно Si); внутреннее ядро – Fе + Ni. Средняя плотность Земли по данным гравиметрии составляет 5,52 г/см! . Плотность пород земной коры от 2,4 до 3,0 г/см! . В объёме Земли кора занимает 1,5%, мантия – 82,3%, ядро – 16,2%. Среднюю плотность Земли определяют плотная мантия и очень плотное ядро. Источниками информации для определения плотности Земли являются скорость сейсмических волн и эксперименты по фазовым изменениям в веществе. Рис. 2.13. Зависимость плотности Земли от глубины. На основании характера изменения плотности в недрах Земли можно рассчитать распределение давления (рис. 2.14). Рис. 2.13. Зависимость давления от глубины. Температура также изменяется с глубиной: в основании земной коры – 500℃, в верхней мантии – 1200℃, на границе мантии и ядра – 2000 ÷ 3500℃, в центре Земли температура вряд ли существенно превышает 4000℃. Земля обладает естественными физическими полями: 1. Гравитационное поле – силовое поле, обусловленное притяжением Земли и центробежной силой, вызванной ее суточным вращением; 29 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 2. Тепловое поле – поле, обусловленное влиянием внешнего источника тепла – Солнца и внутренних источников тепла. Солнечной энергии хватает на прогрев Земли до глубины 20 – 40 м, здесь находится зона постоянных годовых температур, средняя температура которой обычно на 3 – 4 градуса выше среднегодовой температуры воздуха. (В Москве на глубине 20 м постоянная температура составляет +4,2 ℃.) Ниже температура пород начинает постепенно расти, но с разной скоростью в разных местах земного шара. Внутренние источники тепла Земли: 1) распад радиоактивных изотопов урана, тория калия и других радиоактивных элементов, рассеянных в горных породах; 2) гравитационная (плотностная) дифференциация вещества, благодаря которой Земля разделена на оболочки; 3) деформации за счёт приливного воздействия Луны; 4) остаточное тепло Земли. Увеличение температуры с глубиной в градусах на единицу глубины называется геотермическим градиентом. Средний геотермический градиент равен 30°С на 1 км глубины или 3°С на 100 м глубины. Обратная величина – геотермическая ступень: интервал глубины в метрах, на котором температура пород повышается на 1°С. Средняя геотермическая ступень составляет 33 м. Тепловой поток – количество тепла, поступающего из недр Земли на единицу площади (1 м% ) за единицу времени, измеряется в мВт/м% или в ккал/м% . 3. Магнитное поле – складывается из главного (внутриземные источники), аномального (намагниченные горные породы) и внешнего (солнечно-земные взаимодействия) геомагнитных полей. Напряженность дипольного магнитного поля Земли составляет ~0,5 эрстед. Магнитному полю Земли лучше всего соответствует дипольная модель однородно намагниченного шара. Геомагнитные полюсы – точки пересечения магнитной оси с земной поверхностью, в которых магнитное наклонение составляет 90°. Угол между географическим и магнитным меридианами называется магнитным склонением. Рис. 2.14. Магнитное поле Земли. 30 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Возможно такое явление, как инверсия магнитного поля – это изменение направления магнитного поля Земли в геологической истории планеты. При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Существуют оценки показывающие, что смена полюсов происходит с периодом 750 тыс. лет. Магнитосфера – область геомагнитного поля, обтекаемого солнечным ветром, ее граница с дневной стороны проходит на расстоянии 70-80 тыс. км от Земли, границы хвоста не известны. Граница магнитосферы Земли, на которой давление магнитного поля равно давлению окружающей магнитосферу плазмы, называется магнитопаузой. Рис. 2.15. Магнитосфера Земли. Геомагнитное поле несет важную экологическую функцию, защищая Землю и все живое от губительного потока ионизированного плазменного вещества. Области магнитосферы, представляющие собой геомагнитные ловушки, удерживающие частицы в ограниченном объеме, образуют радиационные пояса Земли (пояса Ван Аллена). Рис. 2.16. Радиационные пояса Земли. 31 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 3. МИНЕРАЛЫ Классификация минералов Классификация минералов проводится на основании их химического состава. В природе насчитывается более 4 тыс. минералов, однако главными породообразующими из них являются всего около 40 минералов. Выделяют следующие основные классы минералов: • • • • • • • • самородные элементы оксиды и гидроксиды сульфиды карбонаты галогениды сульфаты фосфаты силикаты Названия минералам давались с глубокой древности. Вначале названия являлись производными от географических названий или от слов, означающих свойства минералов. В земной коре минералы находятся преимущественно в кристаллическом состоянии. Незначительная часть минералов находится в аморфном состоянии. Физические свойства минералов главным образом определяются кристаллической структурой. Полиморфизм – способность твердых веществ одинакового химического состава образовывать в различных условиях разные минералы, отличающиеся строением кристаллической решетки, формой кристаллов, физическими свойствами. Например, углерод имеет две минеральные модификации: алмаз и графит. Рис. 3.1. Кристаллические решетки алмаза (слева) и графита (справа). Кристаллография - наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Морфологические элементы кристаллов: • • • • грани – плоскости, ограничивающие кристалл; ребра – линии, образуемые пересечением граней; вершины – точки пересечения ребер; граные углы – углы между гранями. 32 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Для кристаллов выполняется закон постоянства граных углов, который впервые был установлен Н. Стено в 1669 г. по кристаллам кварца и гематита. Рис. 3.2. Формы кристаллов. Среди минералов широко распространен изоморфизм – свойство элементов замещать друг друга в структурах минералов. Формы нахождения минералов в природе зависят от условий их образования. Часто минералы встречаются в виде монокристаллов, но бывают и сростки кристаллов, двойники, тройники, четверики и т.д., например, ставролит, гипс «ласточкин хвост», целестин. Однако чаще всего минералы встречаются в виде кристаллических агрегатов – это сплошные массы произвольно сросшихся в стесненных условиях не вполне оформившихся кристаллов одного или нескольких минералов. Примером мономинерального агрегата является мрамор, состоящий из кальцита; пример полиминерального агрегата – гранит, состоящий из кварца, КПШ, кислого плагиоклаза и биотита. По величине кристаллов выделяют: гигантокристаллические агрегаты – размер кристаллов более 30 мм, крупнокристаллические – 30 ÷ 10 мм, среднекристаллические – 10 ÷ 1 мм, мелкокристаллические – меньше 1 мм, скрытокристаллические – отдельные кристаллы не видны невооруженным глазом. Внешний вид минерала характеризуется степенью его изометричности, то есть соотношением его длины, ширины и толщины. В зависимости от этого выделяют следующие морфологические типы и разновидности минералов: I. Уплощенные – толщина меньше ширины A. Чешуйчатые: хлорит, мусковит, биотит, тальк и другие; B. Листоватые: «лист» мусковита (K-Al слюда); C. Таблитчатые и дисковидные: гипс, гипсовая «роза»; II. Изометрические – имеют одинаковые размеры во всех направлениях: гранат, пирит, магнетит, галит; III. Удлиненные A. Нитевидные: хризотил-асбест; B. Игольчатые: гипс-селенит, пиролюзит; 33 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII. C. Столбчатые и призматические: берилл, кварц, микроклин, турмалин; Друзы: аметист, александрит, хризоберилл; Щетка: кварц, диоптаз; Дендриты: никель-герсдорфитовые дендриты в доломите, пиролюзит, оксиды марганца в халцедоне; Конкреции – образуются в результате нарастания минерального вещества от центра к периферии, шаровидные агрегаты радиально-лучистого или концентрического строения: радио-лучистая конкреция пирита, конкреции фосфоритов, боксит оолитовый; Секреции – образуются в результате постепенного заполнения пустот минеральным веществом, концентрически послойно отлагающимся от периферии к центру: секреция агата, секреция огненного опала, жеода концентрического строения (агат, аметист). Секреции размером больше 10 см с полостью внутри называются жеодами. Секреции размером меньше 10 мм называются миндалинами; Натечные агрегаты – возникают за счет коллоидных растворов – гелей. Коллоидные растворы, попадая в пустоты, обволакивают их стенки, стекают вниз, постепенно теряют воду и густеют. В результате образуются разнообразные натечные формы: A. Сталактиты – свисающие под действием силы тяжести с верхних частей пустот натёчно-капельные образования, имеющие форму сосульки с внутренним питающим каналом; B. Сталагмиты – образуются в нижних частях пустот за счет падающих капель C. Сталагнаты – сросшиеся сталактиты и сталагмиты D. Почковидные агрегаты – наиболее распространенные среди натечных форм, возникают в поверхностных условиях; Налеты и примазки – встречаются в виде тонких пленок на поверхности минералов и пород. Наиболее часто это бурые пленки гидроксидов железа, черные пленки гидроксидов марганца, примазки медной зелени и сини в горных породах, вмещающих минералы меди. Землистые агрегаты – рыхлые, пачкающие руки скрытокристаллические _ образования, часто наблюдаются в виде корок и скоплений, чаще всего возникают при химическом выветривании горных пород и руд; Выцветы – периодически появляющиеся на поверхности горных пород, руд, сухих почв и в трещинах рыхлые пленки, корочки, рассеянные моховидные и пушистые образования каких-либо солей, чаще всего легкорастворимых водных сульфатов; Псевдоморфозы – выделения минералов в несвойственной им чуждой форме с образованием точной копии другого минерала или органического образования. 34 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Оптические свойства минералов I. II. III. IV. Цвет минерала может быть обусловлен: A. наличием элементов-хромофоров (Cu, Fе, Ti, V, Cr, Mn, Со, Ni и др.); B. дефектами кристаллической решетки; C. примесями, как изоморфными, входящими в структуру минерала, так и механическими. Существуют минералы, для которых окраска является характерной, например, лимонно-желтая сера, мясо-тухло-красный нефтелин, латунно-желтый пирит, графит цвета мокрого асфальта. Полихромные минералы меняют окраску даже в одном кристалле (турмалин-арбузник, флюорит, плавиковый шпат). Цвет черты или цвет минерала в порошке: по сравнению с окраской минералов цвет черты является более постоянным, вследствие чего имеет важное диагностическое значение. Прозрачность – способность минерала пропускать свет. По степени прозрачности минералы делят на: A. прозрачные, которые хорошо пропускают свет: берилл, гипс, топаз, горный хрусталь; B. полупрозрачные, пропускающие свет по всему объему как матовое стекло: халцедон, опал, мусковит, флюорит, кальцит; C. просвечивающие по краю или в тонких пластинках: сердолик, ортоклаз, кальцит, плагиоклаз; D. непрозрачные, не пропускающие свет даже в очень тонких пластинах: графит, галенит, пирит, медь, гематит, магнетит. Блеск – способность минерала отражать свет. Интенсивность и характер блеска зависят от показателя преломления (N), отражательной способности (R) и характера отражающей поверхности. По блеску минералы делят на: A. минералы с металлическим блеском – непрозрачные рудные минералы с черной или темноокрашенной чертой: пирит, магнетит, галенит, золото, графит (полуметаллический блеск); B. минералы с неметаллическим блеском: a) алмазный блеск: алмаз, иногда сфалерит и сера; b) стеклянный блеск: гранат, кальцит по спайности, полевые шпаты по спайности, кварц на гранях кристаллов; c) жирный блеск – возникает за счет неровности поверхности излома минерала или из-за поглощения минералом воды с образованием на поверхности водяной пленки: кварц на изломе, галит, нефелин; d) восковой блеск – похож на жирный, более тусклый и слабый, напоминает блеск поверхности восковой или парафиновой свечи, характерен для скрытокристаллических агрегатов: халцедон; 35 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА e) перламутровый блеск: тальк, слюда, гипс; f) шелковистый блеск: волокнистые и игольчатые агрегаты. Механические свойства минералов I. Спайность – способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям с образованием относительно гладких поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность возникает в тех направлениях, где химические связи решетки ослаблены. Она обусловлена внутренней структурой минерала. Рис. 3.3. Кристалл, обладающий спайностью. По степени совершенства спайность бывает: A. Весьма совершенная – минерал без особых усилий, легко раскалывается или расщепляется на тонкие пластинки или листы (минералы со слоистой структурой: слюды, графит и пр.). Весьма совершенная спайность обычно проявляется в одном направлении. B. Совершенная – минерал слабым ударом молотка легко раскалывается на довольно толстые пластинки, бруски с ровными блестящими поверхностями (кальцит, галенит и др.). Образующиеся при этом обломки называются выколками по спайности. Количество направлений свершенной спайности у разных минералов разное. C. Средняя (ясная) – при расколе минерала образуются в равной степени как ровные поверхности спайности, так и неровные поверхности излома (полевые шпаты в одном направлении, пироксены). Например, гипс обладает весьма совершенной спайностью в одном направлении и средней – в двух направлениях. D. Несовершенная (весьма несовершенная) – при расколе ровные поверхности спайности редки или отсутствуют, большей частью образуется неправильный излом (кварц, апатит, нефелин, оливин, магнетит и др.). Если число направлений спайности у минерала равно или больше двух, излом может быть ступенчатым. Ступенчатый излом также характерен для минералов с совершенной и средней спайностью. Если раскол минерала идет не по поверхности спайности (минералы с несовершенной спайностью), то возникает неровный (шероховатый) или раковистый излом. 36 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА II. Твердость – степень сопротивления минерала механическому воздействию (давлению, сверлению, царапанию, шлифованию и т.п.). В обычной минералогической практике относительную твердость минерала определяют путем царапанья одного минерала другим. Для этого используют эталонную шкалу минералогической твердости (шкалу Мооса), разработанную немецким минералогом Ф.Моосом в 1811 году. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке относительной твердости. Табл. 3.1. Минералогическая шкала твердости. Плотность минералов изменяется от 0,8 до 0,9 (у природных кристаллических углеводородов) и до 22,7 г/см! (у осмистого иридия). Преобладают минералы с плотностью 2,5 ÷ 5 г⁄см! . При макроскопическом определении минералов плотность оценивается приблизительным «взвешиванием» в руке, на основании чего минерал можно отнести к одной из условных групп плотности: • легкие – 𝜌 < 2,5 г/см! (гипс, сера, галит); • средние – 𝜌 ∈ (2,5 ÷ 4) г/см! (кварц, полевые шпаты, кальцит); • тяжелые – 𝜌 > 4 г/см! (пирит, галенит, магнетит). III. Особые свойства минералов • • • • • Вкус: соленым вкусом обладает галит (NaCl), горько-соленым – сильвин (KCl). Запах: сера обладает специфическим запахом, арсенопирит пахнет чесноком и т.д. Магнитность: магнитными свойствами обладает магнетит и пирротин. Двойное лучепреломление – раздвоение лучей света при их прохождении через минерал. Особенно ярко это свойство выражено у исландского шпата – прозрачной разновидности кальцита. Иризация – разноцветные радужные блики на поверхности некоторых минералов (лабрадор, олигоклаз). 37 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • • • • • Реакция с соляной кислотой: минералы класса карбонатов вступают в реакцию с HCl с выделением СО% , особенно бурная реакция наблюдается у кальцита (СаСО! ) ∶ СаСО! + 2НСl → СаСl% + СО% + Н% О. Гигроскопичность – способность притягивать воду из атмосферного воздуха. Люминесценция и флюоресценция: кальцит и шеелит обладают свечением после облучения их ультрафиолетом Пьезоэффект: в некоторых кристаллах при механических деформациях возникает поляризация и электрический ток. Астеризм, опалесценция – оптические эффекты, обусловленные структурой минерала, свойственные сапфиру, шпинели (астеризм), опалу (опалесценция). Происхождение минералов Возникновение минералов может быть связано с эндогенными (от греч. endon – внутри и genesis – происхождение) или экзогенными (от греч. exo – вне, снаружи) процессами. Экзогенное или осадочное минералообразование обусловлено различными процессами на поверхности Земли. Минералы выделяются: • путем выпадения из пересыщенных растворов, например, соли, некоторые карбонаты; • в результате жизнедеятельности различных организмов, строящих свои скелеты из минерального вещества кальцита, опала, целестина; • в результате окисления, гидратации, гидролиза, карбонатизации и прочих реакций, изменяющих ранее сформированные минералы, попавшие в зону воздействия атмосферы, гидросферы и биосферы, то есть в зону гипергенеза. Этим способом формируется множество оксидов, гидроксидов, карбонатов, бикарбонатов, сульфатов и др. минералов. Эндогенные пути минералообразования: • • • Магматическое происхождение – минералы кристаллизуются из магматических расплавов. Так образуется большинство силикатов – оливин, пироксены, амфиболы, полевые шпаты, слюды и др. Разновидностью магматического происхождения является пегматитовое, при котором минералы выделяются на заключительных стадиях магматического процесса из остаточных расплавов. Гидротермальное происхождение (от греч. hydor – вода и therme – тепло) – минералы кристаллизуются из остывающих гидротермальных растворов. По температуре образования выделяют высокотемпературные (T > 400 ÷ 300 ℃), среднетемпературные (T~300 ÷ 150 ℃) и низкотемпературные (T~150 ÷ 50 ℃) минералы. Пневматолитовое происхождение (от греч. pneumatos – дуновение, воздух и lithos – камень) – минералы кристаллизуются из паров и газов, минуя жидкую фазу например, сера. 38 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • • • • • • • • • • • • Метаморфический генезис (от греч. metamorphosis – превращение) – минералы образуются в результате изменения ранее сформировавшихся минералов под воздействием повышенных температуры и давления при участии гидротермальных растворов. Контактно-метаморфическое происхождение – образование минералов в результате взаимодействия магматических расплавов и вмещающих пород, например, скарновое происхождение (от швед. skarn – отбросы) – образование минералов при контакте магматических расплавов и карбонатных пород. Разновидностью метаморфического генезиса является метасоматическое (от греч. meta – после, через и soma – тепло) происхождение минералов в результате замещения ранее сформированных минералов путем миграции химических элементов. Импактное происхождение (от англ. impact – ударять) – некоторые минералы, например разновидность кварца – стишовит, мелкие алмазы, образуются в результате ударного воздействия метеоритов на породы Земли. Главные породообразуюие минералы Самородные элементы Оксиды и гидроксиды: кремния (халцедон, агат, сердолик), кварц SiО% , опал SiО% × nH% O, железа (гематит, магнетит, лимонит), алюминия – корунд Al% O! Сульфиды: галенит PbS, пирит FeS% , сфалерит ZnS, халькопирит CuFeS% Галогениды: галит NaCl, сильвин KCl, флюорит CaF% Карбонаты: кальцит СаСО! , сидерит FeСО! , магнезит MgСО! Сульфаты: гипс CaSО" × 2H% O, ангидрит CaSО" , селенит CaSО" × 2H% O, алебастр Фосфаты: апатит Силикаты – класс наиболее распространенных минералов, природные химические соединения с комплексным кремнекислородным радикалом. К островным силикатам относятся оливин, хризолит и гранаты. Рис. 3.4. Структуры островных, цепочечных, ленточные и каркасных силикатов. 39 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА o Гранаты (от лат. granatus – зернистый) – минералы, относящиеся к силикатам переменного состава. Выделяют Mg $ , Mn$ , Fe%- -гранаты: пироп, альмандин, спессартин; Ca%- -гранаты: гроссуляр, андрадит, уваровит, гольдманит. o К цепочечным силикатам относят пироксены. Для пироксенов характерны темный цвет кристаллов, короткопризматическая форма, спайность в двух направлениях под углом 87°. o К ленточным силикатам относят амфиболы. Для амфиболов характерны темный цвет кристаллов, длиннопризматическая форма, спайность в двух направлениях под углом 56°. o Для слоистых силикатов характерны светлые тона окраски, невысокая твердость, весьма совершенная спайность в одном направлении: слюда мусковит, слюда биотит, серпентин, хризотил-асбест, хлорит, тальк, каолинит. o Каркасные силикаты, к ним относятся полевые шпаты, которые присутствуют в подавляющем большинстве магматических и метаморфических пород, делятся на калий-натровые полевые шпаты (кпш) и натрий-кальциевые полевые шпаты или плагиоклазы. Для всех полевых шпатов характерны: - широкий изоморфизм, - стеклянный блеск, - спайность от совершенной до средней в двух направлениях под углом от 90° до 86°, - твердость 6 ÷ 6,5. К каркасным силикатам также относятся фельтшпатоиды и цеолиты. 40 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 4. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Классификация и характеристики горных пород Литосфера Земли сложена различными горными породами, представляющими собой минеральные агрегаты. Горные породы отличаются друг от друга генезисом, внешним видом, строением, химическим и минеральным составом. По условиям образования выделяют породы • магматического происхождения, которые генетически подразделяются на эффузивные и интрузивные, по составу делятся на группы: кислую, среднюю, основную и ультраосновную, и ряды: нормальный, субщелочной и щелочной; • осадочного происхождения, которые генетически подразделяются на терригенные, хемогенные и биохемогенные, по составу: обломочные, глинистые, глиноземистые, карбонатные, кремнистые, фосфатные, соляные и сульфатные (эвапориты), железистые, марганцевые, органические (каустобиолиты); • метаморфического происхождения, которые генетически подразделяются по степени метаморфизма на слабо-, средне-, и глубокометаморфизованные, состав метаморфических пород зависит от исходных пород. При описании любой горной породы определяются ее цвет, структура, текстура, минеральный состав. Текстура (от лат. Textus – ткань, сплетение, соединение) является характеристикой внешнего вида породы. Она характеризует сложение породы – ориентировку и расположение минеральных зерен и их агрегатов в пространстве, определяет общий облик породы, то есть ее макроскопическое строение. Текстура может быть ориентированной или неориентированной, рыхлой или сцементированной, пористой, плотной, полосчатой, пятнистой и т.д. Структура (от лат. structura – строение, расположение, порядок) горной породы определяется абсолютным и относительным размером, формой, взаимным расположением слагающих породу частиц – кристаллов, обломков или органических остатков. Она характеризует внутреннее, микроскопическое, строение породы. Структуры горных пород могут быть крупно-, средне- и мелкокристаллические, обломочные, глинистые, органогенные и т.д. Текстура и структура несут важную информацию об условиях формирования горной породы. Магматические горные породы Магматические горные породы образуются на поверхности или в толще земной коры в результате охлаждения и затвердевания магмы (огненно-жидкого силикатного расплава вещества земной коры или мантии). Генетически магматические породы делятся на интрузивные (от позднелат. intrusion – вталкиваю, внедряю), глубинные или плутонические (по имени 41 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА древнеримского бога подземного царства Плутона) – образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и эффузивные, излившиеся, или вулканические (по имени древнеримского бога огня Вулкана)? сформировавшиеся из магмы, достигшей земной поверхности. При взрывном извержении возникают пирокластические породы (от греч. руг – огонь и klao – ломаю, разбиваю). По количеству в химическом анализе горной породы оксида кремнезема SiO% породы подразделяются на кислые, средние, основные и ультраосновные. По количеству K % O и Na% O выделяют нормальные или щелочно-земельные, субщелочные и щелочные породы. Способ и скорость отделения летучих компонентов от магматического расплава определяют тип вулканического извержения: 1) Если магма жидкая, подвижная, летучие отделяются спокойно, происходит излияние лавы, эффузия (от лат. effusion – излияние), с образованием лавовых потоков и покровов. Лава – это дегазированная магма. Рис. 4.1. Эффузия. 2) Если газы отделяются быстро, то происходит вскипание магматического расплава, и он разрывается расширяющимися газовыми пузырьками. Происходит взрывное извержение – эксплозия (от лат. explosio – выталкивание, выстрел). 42 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 4.2. Эксплозия. Превращение магмы в магматическую горную породу может происходить на разных глубинах. Условное разделение интрузивов по глубине формирования: • Субвулканические (близповерхностные), силлы, некки; • Гипабиссальные (среднеглубинные), дайки, лополиты, лакколиты, факолиты; • Абиссальные (глубинные), батолиты, штоки, бисмалиты, гарполиты. Рис. 4.3. Условное разделение интрузивов по глубине формирования. 43 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Табл. 4.1. Наиболее распространенные магматические горные породы. Внутреннее строение магматических пород несет важную информация об условиях их образования. Структура определяется степенью кристалличности породы, то есть наличием или отсутствием вулканического стекла, абсолютными и относительными размерами кристаллов, их формой и взаимоотношением со стеклом. Текстура в основном неориентированная, плотная, массивная. У эффузивных пород нередка пористая текстура, у пирокластических – рыхлая. Минеральный состав определяется химическим составом магмы и зависит от условий образования породы. Главные породообразующие минералы магматических пород – силикаты (~99% массы пород). Оксид SiO% есть во всех магматических породах в количестве 30 ÷ 78% их массы. Для интрузивных (глубинных пород) характерна неориентированная, плотная, компактная, массивная текстура (габбро, диорит, сиенит). У излившихся (вулканических, эффузивных) пород встречаются и плотные, и пористые текстуры (базальт, пемза). Вулканическое стекло или обсидиан имеет флюидальную текстуру. Для глубинных, интрузивных пород характерны полно кристаллические крупнои среднезернистые структуры (диорит, лабрадоритовое габбро, гранит с порфировидной структурой). Для эффузивных пород характерны неполнокристаллические структуры: порфировая (андезит) и стекловатая (обсидиан). Кислые магматические породы Интрузивный представитель кислых магматических пород (больше 60% SiO% ) – гранит и его разновидность – пегматит. Минеральный состав гранита: кварц, кпш, кислые плагиоклазы, мусковит, иногда биотит и амфибол. Эффузивными представителями кислых пород являются риолиты и дациты. 44 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Интрузивный представитель средних пород (53 ÷ 64% SiO% ) – диорит. Минеральный состав средних пород: средние плагиоклазы, амфиболы, биотит, иногда пироксены. Эффузивная средняя порода – андезит. Основная (45 ÷ 53% SiO% ) интрузивная порода – габбро. Минеральный состав основных пород: пироксены – 35 ÷ 65%, основные плагиоклазы от 35 ÷ 65 до 100%, иногда оливин – 0 ÷ 5%, амфибол и биотит меньше 1%. Эффузивный аналог габбро – базальт. Базальты являются самыми распространенными породами Солнечной системы. Ультраосновные породы (меньше 45% SiO% ) представлены интрузивными пироксенитами, перидотитами и дунитами, эффузивный аналог – пикрит. Пикриты сейчас практически не встречаются, но довольно широко были распространены к докембрии. Минеральный состав ультраосновных пород: пироксены и оливин в разном соотношении. Пирокластические магматические породы Пирокластические магматические породы представлены в основном рыхлой тефрой и сцементированными туфами. Тефра – все рыхлые продукты вулканического извержения, скопившиеся на земной поверхности. Туфы – сцементированная тефра. Пирокластические породы подразделяются по крупности слагающих их обломков и по составу. Для пирокластических пород характерны рыхлые и пористые текстуры и обломочные структуры. Вулканические бомбы – самый грубый пирокластический материал, они имеют размеры от 5-6 см до нескольких метров и нередко весят десятки тонн. Во время полета лава охлаждается, затвердевает и принимает разнообразную форму: грушевидную, сферическую, ленточную, веретенообразную. Лапилли (от лат. lapillus – камешек) – пузырчатые, угловатые или округлые обломки пемзы, имеющие размер от горошины до грецкого ореха (3-6 см). Вулканический песок – шлаковые частицы лавы величиной от 1-2 мм до горошины, перемешанные с мелкими кристаллами или обломками кристаллов различных минералов. Вулканический пепел – мелкая пыль (от долей мм до 1 мм) белого, серого, бурого или чёрного цвета, состоящая из частиц лавы, вулканического стекла, осколков минералов, обломков стенок кратера. Игнимбриты (от лат. ignis – огонь и imber, родительный падеж imbris – дождь) – отложения палящих туч. Обломки игнимбритов оплавлены, пластично деформированы и растянуты в, так называемое, фьямме (от итал. fiamme, мн.ч.от fiamma – пламя). Осадочные горные породы Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры в результате: 1) переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горых пород; 2) химического и механического выпадения осадка из воды; 45 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 3) жизнедеятельности организмов; 4) всех этих процессов одновременно. Осадочные горные породы классифицируются по происхождению: 1) Обломочные или терригенные (от греч. terra – земля и genesis – происхождение) образовались в результате механического разрушения (физического выветривания) ранее сформированных пород в зоне гипергенеза и денудации (сноса) образовавшегося материала в пониженные участки рельефа – бассейны осадконакопления. 2) Хемогенные породы образовались в результате: • прямого осаждения минералов из пересыщенных растворов; • химического разрушения и изменения минералов ранее образовавшихся пород процессами химического выветривания; 3) Биогенные породы образовались в результате жизнедеятельности, отмирания и преобразования (разложения, углефикации, перекристаллизации, замещения и др.) вещества растительных и животных организмов. Эти породы часто называют биохемогенными. Текстура осадочных пород часто ориентированная слоистая. При спокойной обстановке осадконакопления – параллельно слоистая. При активном движении среды осадконакопления (течение, волны, ветер) формируется косая, диагональная, линзовидная, волнистая слоистость. Если слоистость породы обусловлена чередованием слоев с различным размером частиц, ее называют градационной (от англ. grade – степень). Если слоистость имеет сложный рисунок с петлеобразными изгибами слойков внутри единого пласта, такую слоистость называют коседиментационной (от греч. con – с, вместе), то есть образованной одновременно с отложением осадка в результате проседания вещества в еще обводненном, нелитифицированном состоянии. Текстуры осадочных пород бывают несцементированные, рыхлые, сыпучие (песок, щебень) и сцементированные, плотные, массивные (песчаник). Часты пористые и даже кавернозные текстуры. Хемогенные и хемобиогенные осадочные породы иногда имеют оолитовую (гороховую, бобовую) текстуру. Структура осадочной породы определяется размерами, формой, происхождением ее составных компонентов и характером их взаимоотношений. Если в осадочной породе количество обломочных частиц превышает 50%, то ее структура будет обломочной. Для хемогенных пород свойственна кристаллическая структура. Для некоторых пород (кремни, яшмы) характерны скрытокристаллические структуры. Глины обладают пелитовой ( от греч. pelos – глина) структурой, характеризующейся очень мелкими размерами частиц – менее 0,005 или 0‚001 мм. Структуру некоторых других пород, сложенных частицами таких малых размеров называют пелитоморфной. Структуру пород, сложенных растительными или животными остатками, называют органогенной (известняки-ракушечники, диатомиты), если сохранность скелетов, 46 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА слагающих породу, плохая, то органогенно-обломочной или детритусовой (от лат. detritus – истертый). Рис. 4.4. Структуры осадочных пород: 1 – обломочная, 2 – кристаллическая, 3 – органогенная. Табл. 4.2. Основные типы обломочных (терригенных) пород. Хемогенные и хемобиогенные породы Классификация хемогенных и хемобиогенных горных пород: • Глинистые – глины, суглинки, супеси. • Глина имеет пористую текстуру (пористость ~40%, иногда до 60%), в состав ее входят, так называемые, глинистые минералы: каолинит, нонтронит, монтморилонит, бейделлит и др. Глины размокают в воде и становятся пластичными. Глиноземистые – бокситы, латериты. Глиноземистые породы содержат большое количество Al% O! , делятся на бокситы (от фр. bauxite), получившими название по местности Ле-Бо (Les Baux) 47 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • • • • • • • • на юге Франции, и латериты (от лат. later – кирпич). Минеральный состав: гидраргиллит, бемит, диаспор, оксиды и гидроксиды железа. Карбонатные – известняки, доломиты, сидериты, травертины, мергель. Кремнистые – диатомит, трепел, опока, кремни и яшмы. Соляные – каменная соль, сильвинит. Сульфатные – гипс, ангидрит. Железистые – озерные, болотные и луговые руды или бурые железняки, лимонит. Текстура пористая или кавернозная, оолитовая. Структура мелко- и скрытокристаллическая или пелитоморфная. Минеральный состав: оксиды и гидроксиды железа (лимонит и сидерит). Фосфатные – фосфориты. Встречаются в виде конкреций, псевдоморфоз по органическим остаткам, реже слагают самостоятельные пласты и комковатые образования. Минеральный состав: смесь апатита, глинистых частиц и полимиктового песка. Каустобиолиты – горючие сланцы, торф, бурый и каменный уголь. Породы смешанного состава и генезиса – супеси и суглинки. Метаморфические горные породы Метаморфические горные породы возникают в недрах Земли в результате преобразования в твердом состоянии (метаморфизма) ранее сформированных пород под воздействием факторов метаморфизма: температуры, давления и флюидов (газовожидких или жидких растворов). Основные текстуры: ориентированные, сланцеватые, полосчатые, гнейсовые, очковые, пятнисто-полосчатые, плотные массивные. Структуры метаморфических пород всегда полно кристаллические: мостовая, гранобластовая, лепидобластовая, лепидогранобластовая. Рис. 4.5. Структуры метаморфических пород. Примеры: • Амфиболиты имеют полосчатую текстуру, структура у них кристаллическая, гранобластовая, в состав входят амфиболы, плагиоклазы, иногда гранат и пироксен. 48 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • • • Гнейсы имеют гнейсовую текстуру, структура – кристаллическая, гранобластовая, в состав входят кварц, полевые шпаты, биотит, иногда гранат и амфибол. Гранулиты – порода гнейсоподобной или сланцеватой текстуры, структура – гранобластовая, минеральный состав: кварц, полевые шпаты, гранаты. Кварцит 49 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 5. МАГМАТИЗМ Протекающие на Земле процессы делятся на экзогенные – процессы внешней динамики и эндогенные – процессы внутренней динамики. К экзогенным процессам относятся деятельность ветра, поверхностных и подземных вод, выветривания, ледников, океанов и морей и т.д. Эндогенные процессы – это магматические, метаморфические и тектонические процессы. Главные черты рельефа и внутреннего строения Земли обязаны действию внутренних (эндогенных) сил, детали рельефа, его тонкая скульптура выработаны действием поверхностных, внешних (экзогенных) факторов. Эндогенные силы наиболее ярко проявляются при магматизме и землетрясениях. Магматизм – это процесс образования и перемещения из глубоких недр Земли к её поверхности горячих силикатных расплавов (магм), содержащих в растворённом виде летучие компоненты (пары воды и различные газы). Магматизм принято делить на интрузивный и эффузивный. При интрузивном (от лат. интрузио – проникать, внедрять) или глубинном магматизме, или плутонизме магма не достигает поверхности Земли и затвердевает на глубине. Эффузивный (от лат. эффузио – излияние) магматизм также называют поверхностным магматизмом или вулканизмом. Магма (от греч. густая мазь) – это трехкомпонентный расплав, состоящий из жидкости, твердых кристаллов и летучих компонентов (флюидов), находящихся как растворенном виде, так и в виде газовых пузырьков. Источники информации о магме: 1) наблюдаемые извержения, 2) разнообразные магматические породы, 3) данные экспериментальное петрологии, 4) геофизика. Магматические расплавы зарождаются в земной коре и верхней мантии на глубинах от 10-15 до 250-300 км. Астеносфера – главная область генерации магмы, где расплав (1-5%) заполняет межзерновое пространство. Магматические очаги возникают в результате частичного плавления мантийного или корового вещества, первичные очаги плавления могут возникать выше астеносферы – в литосфере. Причины плавления: 1) увеличение температуры выше точки плавления при постоянном давлении, 2) быстрый, почти изотермический подъём нагретого вещества, 3) резкое падение литостатического давления, 4) увеличение флюидного давления при дегидратации минералов, содержащих гидроксид-ион. По генезису магматические горные породы делятся на: 1) Интрузивные (внедрившиеся, плутонические), которые образуются в толще земной коры на различных глубинах. 50 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 2) Эффузивные (излившиеся, вулканические), образующиеся на поверхности земной коры в морских или наземных условиях. 3) Вулканогенно-обломочные (пирокластические), образующиеся в результате осаждения обломочного вулканогенного материала выброшенного в атмосферу при взрывных извержениях. Интрузивный магматизм Наблюдения показывают, что 90% магмы не изливается на земную поверхность, а затвердевает на той или иной глубине, образуя интрузивные (внедрённые) тела – интрузивы. Размеры интрузивов меняются от сотен километров в поперечнике до не более нескольких сантиметров в ширину, объёмы варьируются от тысяч кубических километров до первых кубических метров. Первоначально интрузивы располагаются на глубине от нескольких сотен метров до многих километров, недоступны для прямых наблюдений и фиксируются по характеру распространения упругих волн, тепловым и другим геофизическим аномалиям. Они становятся доступными для изучения после выхода на дневную поверхность благодаря подъему блоков земной коры и удаления перекрывающих их пород. Рис. 5.1. Интрузивы. На рис. 5.2. представлены элементы строения интрузива: апофиз, ксенолит, магматическая жила, зона эндоконтакта – внутренняя зона изменения пород интрузивного тела, зона экзоконтакта – внешняя зона теплового воздействия интрузивного тела на вмещающие породы. 51 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 5.2. Элементы строения интрузива. По глубине формирования интрузивы делятся на: • Субвулканические (близповерхностные), силлы, некки; • Гипабиссальные (среднеглубинные), дайки, лополиты, лакколиты, факолиты; • Абиссальные (глубинные), батолиты, штоки, бисмалиты, гарполиты. Отметим, что 85% всех интрузивных тел сложено гранитоидами, 10% породами среднего состава, основные и ультраосновные породы составляют не более 3-5%. Систематика интрузивных тел, отражающая их размеры, форму и взаимоотношения с вмещающими осадочными породами (рамой), предложена Р. Дели (США) в 1914 году. Она носит формальный и довольно условный характер, но удобна тем, что каждый из выделенных типов интрузивов обладает некоторыми общими чертами строения. По отношению к слоистости вмещающих пород или к структурным формам залегания пород интрузии делят на согласные и несогласные (секущие). Рис. 5.3. Согласные (слева) и несогласные (справа) интрузивы. Силлы – плоские, интрузивные тела преимущественно основного состава, мощностью до 500 м, образуются на небольшой глубине, могут быть наклонными, горизонтальными, вертикальными. При образовании силлов магма проникает между слоями вдоль поверхностей наслоения, «расталкивает» слои и растекается между ними. Площади силлов огромны и составляют тысячи и десятки тысяч км% . Возможно, что столь широкое растекание связано с расклинивающим действием флюидов (паров и газов), содержащихся в магме. Силлы часто образуют многоэтажные сложные интрузивные залежи – трапповую формацию, широко развитую на платформах. 52 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 5.4. Силлы. Лакколиты - линзовидные интрузивные тела (Ø 3-6 км) с выпуклыми или куполообразными верхними и относительно горизонтальными нижними поверхностями. Как и силлы, они залегают согласно со слоями вмещающих отложений. Лакколиты образуются на небольшой глубине, имеют средний состав магмы. Грибообразная форма указывает на активное внедрение магмы под большим давлением, приводящим к раздвиганию слоёв и образованию сводового поднятия пород кровли. Рис. 5.5. Форма лакколитов. Лополиты – очень крупные линзовидные пластовые интрузивные тела, вогнутые в центральной части, блюдцеобразной формы, залегающие согласно структурам вмещающих пород. Мощность лополитов достигает сотен метров. Один из крупнейших лополитов (в поперечнике около 500 км, площадью 144 тыс. км) обнаружен в Трансваале (ЮАР). Бисмалит – лакколит, осложненный цилиндрическим поднятием. Происхождение обязано избыточному давлению вязкой магмы над весом вышележащих слоев, что приводит к возникновению системы трещин в кровле лакколита, куда внедряется магма с образованием секущего цилиндрического или конического тела. 53 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 5.6. Форма бисмалитов. Гарполит – пластовое интрузивное тело серпообразной формы. Рис. 5.7. Форма гарполитов. Факолит – небольшое линзовидное интрузивное тело, резко изогнутое согласно с вмещающими породами. Образуются либо после смятия вмещающих пород в складки, либо вместе с ними. Рис. 5.8. Форма факолитов. Магматические купола или диапиры представляют собой относительно небольшие, частично согласные интрузивные тела, имеющие форму перевернутой капли с куполовидной кровлей. В кровле контакты с вмещающими породами согласные, в боковых стенках - секущие. При внедрении магматические диапиры деформируют вмещающие толщи, приподнимая их в кровле и вызывая образование мелких складок и разрывов вблизи боковых контактов. 54 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 5.9. Магматические диапиры Крыма и Калбы. Дайки – интрузивы, имеющие форму плоского тела относительно небольшой мощности при значительной длине, залегающие вертикально или круто. Мощность самых тонких даек может измеряться сантиметрами. По сути дайка представляет собой трещину, заполненную магматическим расплавом. Самая крупная известная дайка – Великая дайка Зимбабве – интрузивный массив с крупнейшими месторождениями хромовых руд протягивается на 560 км при мощности от 3,2 до 12,3 км. Рис. 5.10. Великая дайка Зимбабве. Некки (вулканические жерла) – цилиндрические интрузивные тела, заполняющие жерла вулканов, обычно имеющие диаметр не более 1,5 км. Вулканические некки прочнее вмещающих пород, благодаря чему после разрушения эрозией вулканических построек они сохраняются в рельефе в виде шпилей или крутосклонных холмов. 55 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 5.11. Башня дьявола, Вайоминг. Штоки – столбообразные интрузивы с крутыми контактами, в плане изометрической формы, площадь выхода на поверхность не превышает 100 км% . Штоки сложены самыми различными по составу породами от гранитов до ультраосновных. Рис. 5.12. Шток Брамберг (Намибия). Батолиты – самые крупные интрузивные тела, их площадь превышает 100 км% . В плане имеют удлиненную форму. Например, размеры батолита Берегового хребта составляют 1700 км на 80-100 км. В Андах гранитный батолит протягивается на 6000 км от Огненной Земли до севера Перу, его ширина ~100 км. Рис. 5.13. Анды. 56 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Баталиты образуют экзоконтактовые ореолы, ширина ореола зависит от температуры и крутизны наклона боковых стенок интрузива (изменяется от первых см до десятков км). Вулканизм Вулканизм – это внешнее проявление магматизма Земли, объединяющее все явления, связанные с выходом магмы на земную поверхность. Это одно из самых впечатляющих проявлений внутренней энергии Земли. Земля всегда была магматически активна, только за фанерозой на её поверхность было вынесено более 600 млн. км! вулканического материала. Вулканизм – конструктивный процесс, который создаёт острова, хребты, горы, вулканические поля и плато. Так, дно Мирового океана, сложенное базальтами – результат вулканической деятельности. Кроме того, извержения вулканов создали современную атмосферу и гидросферу. Любое вулканическое извержение – это процесс дегазации магмы, то есть удаление летучих компонентов, газы – движитель извержения. Магматическое извержение начинается с «удаления пробки» – снятия или преодоления давлении вышележащих пород. Магма движется к поверхности рывками, каждый очередной рывок сопровождается землетрясением. Рис. 5.14. Изменение частоты землетрясений на Гавайях. Способ и скорость отделения летучих от магматического расплава, его вязкость определяют главные типы вулканических извержений: 1) Если магма маловязкая, подвижная, летучие отделяются спокойно. Происходит излияние лавы (эффузия) с образованием лавовых потоков. Лава – это дегазированная магма. 2) Если газы отделяются быстро, то происходит вскипание магматического расплава и он разрывается расширяющимися газовыми пузырьками. Происходит взрывное извержение – эксплозия. 3) Если магма вязкая и температура её невысока, то расплав медленно выдавливается из жерла вулкана. Происходит его выжимание на поверхность – экструзия. 57 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Продукты извержения вулканов Мы уже говорили о том, что извержения вулканов создали современную атмосферу и гидросферу. Рассмотрим газообразные (летучие) продукты вулканических извержений. Состав вулканических газов и их концентрация меняются в пределах одного вулкана и зависят от температуры лав. Состав летучих сложен и изучен недостаточно, так как прямым измерениям на глубине недоступен. В действующих вулканах среди летучих содержатся: водяной пар (Н% О) – 50 ÷ 90%, углекислый газ (СО% ), оксид углерода (СО), азот, диоксид серы (SО% ), триоксид серы (SО! ), газообразная сера (S), водород (Н% ), аммиак (NH! ), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF), сероводород (H% S), метан (CH" ), хлор (Cl) и др. Жидкий продукт извержения вулканов – лава. Химический состав, температура, содержание летучих, вязкость лавы определяют форму, протяженность, строение поверхности лавовых потоков. Маловязкие, подвижные, горячие базальтовые лавы могут двигаться со скоростью до 60 км/час. Они образуют протяженные лавовые потоки. Толщина потоков обычно 3-15 метров (на Гавайях, где лавы очень жидкие – 3-5 м). По характеру строения поверхности лавового потока выделяют четыре основных типа лав: 1) Пахоэхоэ или канатные лавы – самые жидкие и подвижные. При остывании поверхность потока сморщивается и приобретает различную форму, поверхность потока похожа на лежащие канаты. Рис. 5.15. Канатная лава. 2) Аа-лава – более вязкая, менее подвижная. При остывании поверхность потока покрывается остроугольными обломками с многочисленными шипами, образующимися при неоднократном дроблении твёрдой корки потока, и похожа на шлак. Рис. 5.16. Аа-лава. 58 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 3) Глыбовые лавы имеют ещё большую вязкость. Образуют сравнительно короткие и мощные потоки, поверхность которых покрыта коркой больших угловатых глыб, образовавшихся при разломе затвердевшей поверхности потока. При движении потока куски застывшей верхней корки отваливаются, падают вниз и перекрываются лавой. В результате в основании потока образуется слой лавы, обогащённый обломками – лавобрекчия. Рис. 5.17. Схема образования лавобрекчии. Иногда образуются, так называемые, столбчатые отдельности. Рис. 5.18. Столбчатая отдельность. 4) Пиллоу-лавы (подушечные) – особый тип базальтовых лавовых потоков, образующихся только в подводных условиях (в рифтовых долинах срединноокеанских хребтов). В разрезе «подушек» часто видна внешняя быстро застывшая стекловатая корка и внутреннее ядро. Рис. 5.19. Пиллоу-лава. 59 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Твёрдые продукты вулканических извержений – обломки различной величины (от долей мм до нескольких метров), которые образуются во время взрывных (эксплозивных) извержений вулканов. Пирокластический рыхлый материал – тефра, сцементированный – туф. Объёмы пирокластического материала в десятки раз превышают объёмы лав, образующихся при извержении. В зависимости от величины обломков среди тефры различают вулканические бомбы (сферические, овальные, эллиптические, типа «коровьей лепешки», типа «хлебной корки»), лапилли (волосы Пеле, слезы Пеле), песок и пепел. На поверхности Земли рыхлая тефра уплотняется под действием силы тяжести и воды, цементируется и превращается в твёрдую вулканогенно-обломочную часто слоистую породу – туф. Вулканические аппараты В зависимости от строения и взаимного расположения магмовыводящих каналов различают вулканические аппараты трещинного (линейного), ареального и центрального типов. 1) При трещинном типе извержения роль магмовыводящего канала играет глубокая протяженная трещина. Расплав выходит на поверхность либо вдоль всей трещины, либо на одном или нескольких ограниченных участках, перемещение активных центров извержения происходит вдоль трещины. Рис. 5.20. Трещинный тип вулканического аппарата. 2) Ареальный тип вулканизма – массовые извержения на обширной площади через множество мелких трещин, которые, закупориваясь, отмирают и заменяются новыми центрами извержений. Рис. 5.21. Ареальный тип вулканического аппарата: 1 – лавовый покров, 2 – моногенные центры извержения, 3 – магмовыводящие трещины. 60 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 3) Вулканы центрального типа, как правило, имеют один трубообразный магмовыводящий канал округлой формы. Рис. 5.22. Центральный тип вулканического аппарата. Форма и внутреннее строение вулкана центрального типа зависит от свойств магмы. • Щитовые вулканы. При извержении основной, базальтовой жидкой лавы выбросы пирокластического материала крайне незначительны. Образуются вулканы с очень пологими (5 − 10°) склонами, сложенными только лавой, образующей покровы. Эти вулканы имеют форму огромных пологих щитов диаметром в десятки км, а высотой в несколько км, например, величайший щитовой вулкан Мауна-Лоа имеет диаметр 200 км и высоту 9 км. • Стратовулканы или смешанные вулканы – вулканы, конусы которых сложены чередующимися потоками лавы и слоями пирокластического материала. Извержения более кислой лавы сопровождаются частыми взрывами с выбросами пирокластики и образованием на склонах шлейфов из тефры. Крутизна склонов конусов стратовулканов составляет 20 ÷ 30°, высота от основания – 3 ÷ 4 км. • Сложные стратовулканы. В строении сложных вулканов выделяют вулкано-тектонические структуры – отрицательные формы рельефа, связанные с вулканами. Рис. 5.23. Строение сложного вулкана. 61 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Категории вулканических извержений Классификации вулканов по типу извержений условны. Извержения многих вулканов занимают промежуточное положение между выделяемыми типами. Со временем некоторые вулканы могут менять характер извержения. I. II. III. IV. Эффузивные извержения. Излияния основной базальтовой, подвижной, жидкой лавы. Проявляются, за редким исключением, на островах в океане. a) Гавайский тип. Плоские щитовые вулканы центрального типа (МаунаЛоа и т.д.). b) Исландский тип. Трещинные вулканы (Лаки, 1783 г., Плоский Толбачик, 1975 г.) Эффузивно-эксплозивные извержения. Извержения средней андезитовой лавы и выбросы твёрдых и газообразных продуктов. Стратовулканы центрального типа. (Поздний Везувий, Этна, Стромболи, Ключевской) Эксплозивно-экструзивные извержения. Взрывные выбросы твёрдых и газообразных продуктов, извержение или выдавливание малого количества лавы среднего или кислого риолитового состава. Эксплозивные извержения. Необычно сильные взрывы с выбросами огромного количества газов и пепла. Лава кислая дацитового или риолитового состава на поверхности не появляется. Катастрофы • • • • Вулкан Санторин – вулканический архипелаг в Эгейском море в 120-130 км к северу от Крита. Кальдера площадью 83 кв.км, глубиной 300-400 м. Мощнейшее взрывное извержение в 1400-1500 году до н.э. Возможно, что с катастрофой Санторина связаны 4 известных события, описанных Платоном и Библией: 1) гибель Атлантиды, 2) сгустившаяся ночь, которая позволила сынам Израилевым бежать из Египта, 3) расступившееся Красное море, 4) упадок и исчезновение Крито-Минойской культуры. Вулкан Везувий – единственный действующий вулкан континентальной Европы, находится на юге Италии в 15 км от Неаполя. Высота 1281 м. Известно о более чем 80 извержениях; сильнейшие – в 79, 1631, 1779, 1794, 1822, 1872 и 1906 гг., последнее извержение – в 1944 г. Вулкан Кракатау. Извержение произошло 26-27 августа 1883 г. Вулкан Мон-Пеле расположен на малых Антильских островах. Извержение произошло 8 мая 1902 г. Поствулканическая стадия 62 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Поствулканическая (фумарольная) стадия характеризуется выходом на поверхность горячей воды и газо-паровых струй – фумарол (лат. «фумус» - дым). По составу газов фурамолы делят на: 1) сухие: 𝑇 > 500℃, пары воды отсутствуют, содержат хлористые соединения натрия и кальция; 2) кислые: 𝑇 ∈ 300 − 400℃, содержат пары воды, хлористый водород, диоксид серы; 3) щелочные: 𝑇 > 180℃, содержат пары воды, аммиак, сернистый газ; 4) сернистые: 𝑇 ∈ 100 − 180℃, преобладают сероводород и сернистый газ; 5) мофетты: 𝑇 < 100℃, преобладает углекислый газ. Гейзер - источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Одно из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности. Термальные источники – выход на поверхность подземных вод, нагретых выше 20°C. Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма. Грязевые вулканы – геологические образования, представляющие собой отверстия или углубления на поверхности Земли либо конусообразное возвышение с кратером, из которых постоянно или периодически на поверхность Земли извергаются грязевые массы и газы, часто сопровождаемые водой и нефтью. Географическое распространение действующих вулканов 1) 62% - Тихоокеанское «огненное кольцо», 2) 18% - Альпийско-Индонезийский пояс (14% - Индонезийская островная дуга), 3) до 5% - остальные континентальные области (Восточно-Африканская рифтовая система), 4) до 10% - внутренние области океанов (Тихий океан 20-50 тыс. вулканических гор, действуют ~2 тыс.). Всего на суше известно около 800 вулканов, действовавших в историческое время, и более 10 тыс.в океанах. Подавляющее большинство наземных и подводных вулканов приурочено к границам литосферных плит. 63 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 6. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Тектонические движения Тектонические движения могут носить вертикальный или горизонтальный характер. Вертикальные длительные колебательные движения ярче всего проявляются на морских побережьях. Горизонтальные движения долгое время считались производными от вертикальных, меньшими по скорости и амплитуде. На самом деле, горизонтальные движения имеют направленный характер, по скорости и амплитуде они превосходят вертикальные движения и особенно заметны при землетрясениях. Доказательством вертикальных тектонических движений считаются мраморные колонны храма Сераписа (г. Пиццуоли, Италия): в 105 г. до н.э. в результате тектонических опусканий они были затоплены, так как на высоте от 3,5 м до 5.71 м от пола находятся углубления, сделанные камнеточащими морскими моллюсками; тем не менее, сейчас храм находится на суше, то есть произошло вертикальное воздымание. Вертикальные тектонические движения в Великобритании имеют разнонаправленный характер: северная часть страны испытывает воздымание, а южная – опускание. По времени проявления тектонические движения бывают: • современные (движения последних 3-х веков), • новейшие (движения последних 30-35 млн. лет), • движения геологического прошлого. В результате тектонических движений в породах возникают напряжения, приводящие к деформации пород. Деформации могут быть упругие, складчатые и деформации разрушения. В следствие нарастающих напряжений и деформаций, превышающих пределы упругости и прочности пород, возникают складчатые и разрывные дислокации. Рис. 6.1. Стадии деформации. 64 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Землетрясения Землетрясения – колебания земной коры и подземные удары, вызванные естественными причинами. Землетрясения проявляются в виде подземных толчков, волнообразных колебаний почвы, заметных изменений рельефа, образования трещин и разрушения зданий, коммуникаций, нередко многочисленных человеческих жертв. В год на Земле регистрируется свыше 1 млн. подземных толчков, то есть в среднем два землетрясения в минуту. Землетрясения и вызываемые ими цунами являются самыми яркими и катастрофичными проявлениями эндогенной энергии Земли; катастрофические землетрясения случаются несколько раз в год. Землетрясения характеризуются наличием первичных и вторичных поражающих факторов. К первичным относятся: • обрушения строений, • нарушение целости земной поверхности; ко вторичным: • пожары, • нарушения систем жизнеобеспечения, • наводнения, • аварии на предприятиях, • лавины, • сели, • обвалы, • оползни. Катастрофические землетрясения последних 50 лет: • 1948 год – Ашхабад (Туркмения) – 110 000 погибших • 1949 год – Эквадор – 10 000 • 1960 год – Агадир (Марокко) – 15 000 • 1960 год – Чили – 10 000 • 1970 год – Чимботе (Перу) – 70 000 • 1976 год – Гватемала – 23 000 • 1976 год – Таньшань (Китай) – 255 000 • 1985 год – Мехико (Мексика) – 75 000 • 1988 год – Спитак (Армения) – 25 000 • 1990 год – Иран – 40 000 – 50 0001 • 1995 год – Нефтегорск (Россия) – 1841 • 1999 год – Измир (Турция) – 17 118 65 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • 2003 год – Бам (Иран) – 31 000 • 2004 год – Суматра (Индонезия) – 227 898 • 2005 год – Кашмир (Пакистан) – 86 000 • 2008 год – Сычуань (Китай) – 87 587 Очаг землетрясения – это некоторый объем пород в толще земной коры или верхней мантии, в котором происходит разрушение пород, то есть возникновение трещин и основного разрыва. Предполагаемое место начала разрушения внутри очага называют фокусом или гипоцентром. Проекция гипоцентра на земную поверхность – эпицентр землетрясения. Иногда основные разрывы выходят на поверхность; во время землетрясения в Сан-Франциско 18.04.1906 г. общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение – 6 м. Изосейсты – линии одинаковой интенсивности землетрясения, которые окружают эпицентр и ограничивают площади с одинаковым внешним сейсмическим эффектом. Плейстосейстовая область – область небольших разрушений, прилегающая к эпицентру (рис. 6.2). Рис. 6.2. Очаг землетрясения. Сейсмические волны Сейсмические волны – волны, переносящие энергию упругих колебаний в горных породах. Волны возникают в результате разрыва в очаге землетрясения и, распространяясь во все стороны на огромные расстояния, пронизывают всю Землю, такие волны также называют объемными. Они непрерывно разбегаются от источника, образуя сферический волновой фронт. 66 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 6.3. Схема распространения объемных волн. По типу деформации сейсмические волны делятся на продольные (Р-волны) и поперечные (S-волны). Р-волны представляют собой процесс колебания частиц вещества вдоль направления распространения волны. Такие колебания приводят к сжатию и растяжению вещества под действием нормальных напряжений. Они отвечают за изменения объема вещества при деформациях. Поскольку изменению объема сопротивляются любые вещества, продольные волны проходят через любые среды. Скорости распространения Р-волн составляют 5-13 км/с. S-волны – это процесс колебаний частиц вещества поперек направления распространения волны, то есть вдоль фронта волны. Такие движения происходят под действием касательных напряжений, отвечающих за изменение формы вещества. Поскольку жидкости и газы изменению формы не сопротивляются, поперечные волны через такие среды не проходят. Скорость их распространения принимает значения 3,27,3 км/с, то есть они примерно в два раза медленнее продольных. С помощью объёмных сейсмических изучают внутреннее строение Земли. Схема прохождения объёмных сейсмических волн через геосферу и график скорости волны от глубины представлены на рис. 6.4 и 6.5. 67 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 6.4. Схема прохождения объемных сейсмических волн через геосферу. Рис. 6.5. График скорости распространения объемных сейсмических волн в недрах Земли. Поверхностные сейсмические волны распространяются вдоль земной поверхности или параллельно ей и не проникают глубже 80-160 км. Во многих случаях разрушительные движения почвы при землетрясениях вызываются именно этими волнами. Различают поверхностные волны Лява (L-волны) и волны Релея (R – волны)., названные по именам ученых, разработавших математическую теорию их 68 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА распространения колебания почвы. Волны Лява заставляют колебаться частицы почвы из стороны в сторону параллельно земной поверхности под прямым углом к направлению своего распространения. При прохождении волн Рэлея частицы породы описывают эллипсы в вертикальной плоскости, ориентированной по направлению распространения волны. Скорость распространения поверхностных волн составляет 3,2-4,4 км/с. При глубокофокусных землетрясениях поверхностные волны очень слабые. Движения при землетрясениях – результат наложения волн разных типов. Рис. 6.6. Объемные и поверхностные сейсмические волны. Методы изучения землетрясений I. Полевые методы В основе полевых методов лежит качественная оценка последствий землетрясения по его воздействию на людей, животных, рельеф, здания и другие объекты и сооружения. Для этого разработаны и приняты в различных районах мира шкалы интенсивности (внешнего эффекта) землетрясений (I), которые выражаются в баллах: в США – Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе – Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии – шкала Шиндо (Shindo), в России и странах СНГ – 12-бальная шкала МSК (Медведева-Шпонхойера-Карника), которая была разработана ими в 1964 году. 69 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 6.7. Шкала MSK-64. II. Инструментальные методы Сейсмографы – приборы, регистрирующие колебания земной поверхности. Они появились в конце 19 века, с этого времени начинается инструментальное научное изучение землетрясений. Первый прибор, способный улавливать колебания земной поверхности, был изобретен в 132 г. китайским астрономом Чжан Хэном, прибор улавливал подземные толчки на расстоянии до 600 км. Действие сейсмографа основывается на принципе, что свободно подвешенные маятники при землетрясениях остаются почти неподвижными. Рис. 6.8. Схема сейсмографа. 70 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Сейсмограмма – непрерывная запись (с помощью сейсмографов) упругих колебаний Земли, вызванных землетрясением или взрывом. По сейсмограмме определяют моменты прихода упругих волн, координаты эпицентра, глубину очага, его динамические параметры, энергию землетрясения. Определение эпицентра землетрясения производится следующим образом: по данным трех сейсмических станций вычисляются расстояния до источника сейсмических волн, в точке пересечения полученных окружностей и находится эпицентр. Расстояние между источником сейсмических волн и станциями (эпицентральное расстояние) вычисляется по промежуткам времени прихода Р и S волн. На каждой станции есть графики или таблицы (годографы), выражающие зависимость между временем пробега сейсмических волн и эпицентральным расстоянием. Глубина гипоцентра можно рассчитать по Г. П. Горшкову: % ℎ = |}𝑡𝑉. • − ∆% , где h – глубина гипоцентра, t – время прихода продольных волн на станцию, Vp – средняя скорость продольных волн, Δ – эпицентральное расстояние. Гипоцентры большинства землетрясений расположены на глубине 10-30 км. По глубине гипоцентра (фокуса) землетрясения делят на: 1) мелкофокусные: h < 70 км, 2) промежуточные: h ∈ 70 ÷ 300 км, 3) глубокофокусные: h > 300 км. В 1935 году Ч. Рихтер предложил способ измерения энергии землетрясения, который не зависит от субъективных оценок. Если принять за эталон (стандарт) какоето очень слабое землетрясение с амплитудой смещения А/ , то все другие землетрясения с амплитудой А можно сравнивать с ним (отношение А/А/ ). На практике удобнее пользоваться логарифмом этого отношения, который и называется магнитудой: А 𝑀 = 𝑙𝑔 … ‡. А/ Магнитуда является безразмерной величиной, она не измеряется в баллах. Чем больше размах волны, тем больше смещение почвы и больше пик на сейсмограмме. Магнитуда землетрясения – величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Схема процесса землетрясения представлена на рис. 6.9. Форшоки – слабые толчки, предшествующие главному удару, которые отмечают начало разрушения среды (образование трещин и подвижек по ним), подготавливающее формирование главного магистрального разрыва. Афтершоки – слабые толчки после главного удара, 71 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА которые отмечают подвижки, сбрасывающие напряжение, оставшееся в очаге после основного смещения по магистральному разрыву. Рис. 6.9. Схема процесса землетрясения. Причины землетрясений I. Тектоника Тектонические землетрясения составляют около 95% всех землетрясений. Данные землетрясения связаны с мгновенными разгрузками механических напряжений, возникающих при тектонических движениях и деформациях отдельных блоков литосферы. Сила трения до некоторого времени препятствует перемещению блоков и способствует росту напряжений в отдельных местах, которые называются концентраторами напряжений. Рост напряжений ограничен пределом прочности породного массива. При его разрушении образуется магистральный разрыв, смещение по которому сбрасывает напряжение и высвобождает упругую энергию. На рис. 6.10. представлена схема размещения эпицентров 358 214 землетрясений на поверхности Земли, как видим, они ложатся на границы литосферных плит: 1) Тихоокеанское кольцо (75%), 2) Средиземноморско-Индонезийский пояс (15%), 3) Срединно-океанские хребты (5%), 4) Сейсмогенные разрывы (трансформные разломы срединно-океанских хребтов, крупные сдвиги на континентах, рифтовые зоны континентов, 5) Вулканические области (5%). 72 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА II. III. IV. V. Рис. 6.10. Схема размещения эпицентров землетрясений. Сейсмофокальные зоны Беньофа – это погружающаяся вглубь Земли (до 700 км) зона концентрации фокусов (гипоцентров) землетрясений, наклоненная под островные дуги или под континенты. Наиболее многочисленны землетрясения глубиной до 70 км, более редки среднефокусные и более глубокие землетрясения (более 300 км). Вулканизм Вулканические землетрясения происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений. Экзогенные причины Экзогенные землетрясения связаны с карстовыми явлениями (растворение горных пород): провалами, обрушениями сводов пещер или горных выработок, обвалами или крупными оползнями в горах и др. явлениями. Искусственное антропогенное возбуждение 8 апреля и 17 мая 1976 г. в Бухарской области Западного Узбекистана, в пустыне Центральный Кызылкум, считавшейся до того слабо активной в сейсмическом отношении, произошли сильнейшие Газлийские землетрясения (магнитуда М=7. 0 и М=7. 3). Интенсивная откачка газа из земных недр на Газлийском месторождении явилась "спусковым крючком" для сброса накопившихся к этому времени гигантских тектонических напряжений в земной коре этого района. Суммарное воздействие различных факторов Прогноз землетрясений Прогноз землетрясения – это заблаговременное предсказание: 1) места, 2) интенсивности, 3) времени сейсмического события. Ответ на первые два вопроса дает сейсмическое районирование. Оно позволяет прогнозировать, какой максимальной интенсивности могут достичь землетрясения в том или ином районе в будущем. Для создания карт сейсмического районирования используют не только инструментальные 73 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА данные по современным землетрясениям, собираются исторические и геологические сведения по всем землетрясениям, когда-либо происходившим в данном районе. Рис. 6.11. Карта сейсмического районирования России. Цунами Цунами – это не одна чудовищная стена воды, а ряд морских волн, способных пересечь весь океан со скоростями до 900 километров в час. В море волны цунами не превышают по высоте 60 см, их даже трудно определить с корабля или самолета. Однако их длина иногда превышает 250 км, что значительно больше глубины бассейна. Цунами характеризуются большим запасом энергии, даже в сравнении с самыми мощными волнами, образующимися под действием ветра. Цунами "чувствует дно" даже в самом глубоком океане; эта последовательность волн представляет движение всего вертикального столба воды в океане. Когда цунами достигает мелководья, скорость волн уменьшается, но их высота растет. Рис. 6.12. Трансформация волны цунами. Появлению волн цунами часто предшествует постепенное отступление воды от берега в том случае, когда перед первым гребнем волны идет впадина или подошва волны, или повышение уровня воды примерно до половины амплитуды последующего отступления. Так природа предупреждает о приближении более сильных волн пунами. 74 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Цунами может быть вызвано следующими явлениями: • Подводное землетрясение (свыше 90 % всех цунами). Наиболее часто и наиболее сильные цунами образуются во время вертикального движения вдоль разлома при сильном землетрясении (с магнитудой M > 7). Тихоокеанкое побережье наиболее подвержено цунами: за последние 10 лет более 70 цунами. В России (Тихоокеанское побережье) за 300 лет произошло 70 цунами, самое разрушительное случилось 4 ноября 1952 года (волна высотой 10-14 м): разрушен г. Северо-Курильск (о. Парамушир). Индийский океан за последние 125 лет преподнес 2 разрушительных цунами: 26 августа 1883 г. (Кракатау) и 26 декабря 2004 г. (Суматранское землетрясение). Рис. 6.13. Схема образования цунами. • Вулканические извержения. В 1883 году в результате серии вулканических извержений вулкана Кракатау в Индонезии образовались мощные волны цунами. Налетев на острова Ява и Суматра, эти волны смыли более 5000 лодок и просто смели много мелких островов. Волны высотой с 12-этажный дом снесли с лица земли около 300 деревень и вызвали гибель более 36 000 людей. Оценено, что сейсмические волны обошли два или три раза вокруг Земли. • Оползни (довольно редко). В 1930 г. на острове Мадейра землетрясение вызвало обрушение обломка скалы с высоты 200м, на берег обрушилась волна высотой 15 м. В 1958 году в заливе Литуйя на Аляске произошел обвал, и около 81 миллиона тонн льда и твердой породы обрушилось в море. После обвала образовалось цунами, которое с большой скоростью распространилось по заливу. Волны достигали поразительной высоты 350 - 500 метров (это самая большая высота волн из всех зарегистрированных в истории цунами на побережье Аляски). Эти 75 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА волны вырвали с корнем все деревья и кустарники на склонах. Погибли два рыбака. • Человеческая деятельность. В 1946 году США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. тонн. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва поднялась на высоту 28,6 м, а в 6,5 км от эпицентра ещё достигала 1,8 м. В настоящее время любые подводные испытания атомного оружия запрещены серией международных договоров. • Падение метеорита (может вызвать огромное цунами). 76 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 7. ВЫВЕТРИВАНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА Выветривание Выветривание – это изменение горной породы, ее текстуры, структуры и минерального состава, происходящее под совокупным действием физических, химических и биологических процессов в условиях земной поверхности (в зоне гипергенеза). Изменение горных пород в поверхностной зоне земной коры под влиянием различных факторов выветривания называется также гипергенезом. (Термин «гипергенез» ввел академик А.Е. Ферсман в 1922 г.) Типы выветривания: • • • Физическое выветривание ведет только к механическому распаду породы на обломки. 1) Температурное – протекает из-за колебаний температуры, вследствие чего минералы испытывают попеременно то сжатие, то расширение. 2) Морозобойное – наиболее интенсивно протекает при частых переходах температуры через ноль. Вода, попадающая в трещины горных пород, замерзает и увеличивает свой объём, что влечёт за собой расширение трещин и дальнейшее разрушение породы. 3) Механическое – рост кристаллов в полостях и трещинах пород, разрушение роющими организмами, корнями и т.д. Химическое выветривание приводит к изменению химического состава горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности. К процессам химического выветривания относятся: - окисление, - гидратация, - растворение, - гидролиз, - карбонатизация и др. Окисление особенно интенсивно происходит в минералах, содержащих железо, например, окисление магнетита до более устойчивых форм – гематита и лимонита. Биологическое выветривание сводится к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов: - В природе распространены гетеротрофные микроорганизмы, которые воздействуют на минералы и горные породы. - Разрушение самородной серы и сульфидных руд, выщелачивание оксидных руд. - Механическое воздействие – разрушение пород корнями растений, роющими организмами и т. д. 77 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА - Возникновение и воздействие на породы органических веществ – гумусовых кислот и т.п. - Разрушение памятников. Факторы выветривания: • Природные - Климат - Минеральный и химический состав пород - Трещиноватость пород • Техногенные - Искусственное обнажение пород - Повышение дезинтегрированности пород Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. Коры выветривания, формирующиеся в различных климатических условиях значительно отличаются друг от друга. Типы коры выветривания: • Красноцветная глинистая кора выветривания, формируется в тропических районах при активном увлажнении, гумидный климат. • Мелкообломочная кора выветривания формируется в умеренном континентальном климате. Формы выветривания: • останцы выветривания, • столбообразные (Ленские Столбы, Долина Приведений), • бастионные, • карнизо-нишевые (Жеты-Огуз), • грибообразные (Ливийская пустыня), • матрацевидные (Подставка для Луны), • форма перья. Процессы выветривания вызывают и активизируют опасные геологические процессы, связанные с разрушением пород: склоновые (осыпи, обвалы, сели и т. д.), эоловые, процессы в ММП (солифлюкционные, морозное выветривание). Примеры. Великие пирамиды в Гизе (Египет), сложенные из глыб песчаников, ежегодно теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей, например, у подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м! в год. Памятники архитектуры также подвержены разрушению: наблюдается рост кристаллов солей в поровом пространстве карбонатной породы памятника «Палаты 78 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА XV-ХVII вв. в Зарядье», на поверхности каменной кладки Белокаменного подвала в Кремле. Отрицательный аспект выветривания: • Процессы выветривания подготавливают материал, который легко разрушается и переносится, активируя этим другие процессы-эоловые, склоновые, эрозию, абразию и др. • Спровоцированные действием физического и химического выветривания, возникают обвалы, камнепады, осыпи, оползни, оплывины, курумы, солифлюкция. • В результате биохимического выветривания различных месторождений полезных ископаемых возникает серное заражение, кислотные дожди и т.п. • Разрушение памятников и сооружений. Положительный аспект выветривания: • Процесс выветривания подготавливает материал для последующего процесса почвообразования. • Формирование новых минералов или месторождений полезных ископаемых ( бокситы, медные руды и т.д.) Геологическая деятельность ветра Ветер – это движение воздушных масс, струй и потоков в приземном слое в основном параллельно земной. Работа ветра интенсивнее там, где нет растительности и горные породы непосредственно соприкасаются с атмосферой: • пустыни и полупустыни, • высокие горные хребты и плато, • прибрежные зоны. Геологические процессы связанные с деятельностью ветра называются эоловыми процессами (Эол – греческий бог ветра). Геологическая работа ветра: I. Разрушение горных пород (ветровая эрозия): a) Дефляция – это выдувание рыхлых, дезинтегрированных горных пород с поверхности Земли; процесс разрушения пород путем ветрового отрыва и уноса частиц (ветровая эрозия). Дефляция проявляется в пустынных районах, в которых сдувается слой сухих, рыхлых отложений, расположенных на более влажных, и приводит к формированию глубоких котловин. Дефляция бывает площадная и локальная. Площадная дефляция наблюдается чаще всего на равнинах, отдельных значительных по размеру площадях и поверхностях, сложенных речными, морскими, водно-ледниковыми отложениями и в скальных породах. Локальная 79 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА дефляция проявляется в отдельных понижениях рельефа, по бортам разломов и трещин, а также в щелях и бороздах – бороздовая дефляция. Формы выдувания – результат локальной дефляции. b) Корразия – механическая обработка обнажённых горных пород песчаными частицами, переносимыми ветром, выражающаяся в обтачивании, стирании, шлифовании, оскабливании, высверливании и т. п. Корразия определяется скоростью ветра, массой переносимых частиц и длительностью процесса. Рис. 7.1. Схема развития приповерхностной корразии пород. Вентифакты, драйкантеры или эоловые многогранники – трехгранные отшлифованные обломки горных пород. Транспортировка материала: II. III. • Передвижение по воздуху с потоком ветра • Сальтация (итал. «сальто» – прыжок) – это перемещение песчинок прыжками. Происходит при довольно сильном ветре, вызывает цепную реакцию. • Волочение, перетекание – медленное перекатывание песчинок, схоже с движением водных потоков. Перенос ветром тонких пылеватых частиц фиксируется на больших расстояниях. Пыль от бурь в Сахаре отмечена на восточном побережье США. В 1993 г. в обсерватории Пекина зарегистрировали тонкий материал из Северной Африки и Аравии. Аккумуляция материала – процесс накопления отложений путем ветрового переноса (образование эоловых форм рельефа). Основная масса эолового материала накапливается в пустынях, на морских побережьях, в низовьях речных долин и пр. в виде разнообразных барханов, песчаных гряд и дюн. 80 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 7.2. Стадии и механизм образования бархана вблизи куста растения (1), камня (2) и дерева (3), типичный бархан (4). Барханы – холмы сыпучего песка, навеянные ветром и не закрепленные растительностью, серповидной формы с пологим наветренным и крутым подветренным склоном. Дюны – внепустынные эоловые формы песчаных накоплений с выпуклой формой крутых склонов. Типы пустынь и опустынивание Типы пустынь: Дефляционные пустыни: I. • Каменистые пустыни или гаммады, Монголия, Китай. В каменистых пустынях в засушливом климате поверхность валунов нередко покрыта «пустынным загаром» - черными и бурыми блестящими корками толщиной 1 -2 мм, состоящими из оксидов Fe (до 36%) и Mn (до 30%), с примесью глинозема (до 9%) и кремнезема (до 8, 5%). Оксиды вместе с водой, содержащейся в породе, при нагревании ее солнечными лучами поднимаются к поверхности, где и остаются после испарения воды. Аккумулятивные: • Песчаные пустыни или кумы, Средняя Азия и Африка – Каракум, Кызылкум, Сахара или эрги, Америка - Атакама, Калахари и др. • Глинистые пустыни, или такыры, как правило на месте высохших озёр, Арал; Уюни, Боливия. • Солончаковые пустыни или шоры – в местах преобладания глинистых пустынь, Арал, Китай. • Лессовые пустыни или адыры, Китай. II. 81 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Факторы развития опасных эоловых процессов Необходимые условия: 1. Наличие песчанопылеватого материала, 2. Открытые пространства, 3. Сильный ветер, 4. Аридный климат. Природные факторы: 1. Сила и направление ветра, 2. Структура ветрового потока (турбулентность), 3. Ветровой режим. Антропогенные факторы: 1. Уничтожение растительности, 2. Осушение земель, 3. Применение на полях неспециализированной агротехники, 4. Перевыпас скота. Виды эоловой геологической деятельности: разрушение горных пород, перенос, аккумуляция материала – могут представлять значительную угрозу комфортности среде обитания человека и материальным ценностям. Опустынивание – это деградация земель в аридных, полуаридных (семиаридных) и засушливых (субгумидных) областях земного шара, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами. Опустынивание является одной из самых важных проблем человечества. 82 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 8. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД Разрушительная деятельность водных потоков – эрозия Эрозия (от лат. erosio «разъедание») — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением. Виды эрозии водных потоков: • • • • плоскостная эрозия; пятящаяся эрозия; донная (глубинная) эрозия – врезание потока в глубину; боковая эрозия – подмыв берегов, расширение долины . Геологическая деятельность плоскостного стока Дождевая вода в виде тонких струек или пелены способна захватывать часть рыхлого, мелкого материала и перемещать его вниз по склону. Процесс плоскостного смыва получил название делювиального, а формирующиеся при этом у основания склона отложения называются делювием. Максимальные мощности делювия 15-20 и более метров, а ширина шлейфа может достигать сотни метров. Под влиянием плоскостного смыва постоянно уменьшается крутизна склонов, они приобретают плавные очертания и характерный вогнутый профиль. В вершине делювиального шлейфа откладывается относительно более грубый материал – песчаный. По периферии шлейфа скапливаются более тонкие пылеватые и глинистые частицы. Рис. 8.1. Схема образования делювия: 1 – первичная поверхность; 2 – сниженная поверхность склона в результате плоскостного смыва; 3 –делювиальный шлейф. Геологическая деятельность временных русловых потоков Капли дождя могут объединяться в бороздочки, которые способны расширяться и увеличиваться. Но они не постоянны и возникают, только когда идет дождь или когда происходит таяние снега. Такие потоки называются временными русловыми потоками. Среди временных русловых потоков выделяются: • • потоки оврагов равнинных территорий; горные потоки. 83 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Овраг. Первая стадия: образование на склоне рытвины или промоины. Постепенно промоина увеличивается вверх по склону, овраг удлиняется вверх по течению потока. Такой процесс роста оврага называется регрессивной или пятящейся эрозией. Также происходит энергичная эрозия вниз по склону, пока его устье не достигнет базиса эрозии. Базис эрозии – это уровень до которого опускается эрозия, как правило, он соответствует уровню реки или озера в которое впадает дождевая вода. Рис. 8.2. Начальная стадия формирования оврага. На следующей стадии поперечный профиль оврага сглаживается и приобретает форму вогнутой кривой. Глубинная эрозия уменьшается, сглаживается обрыв вершины, склоны оврага постепенно осыпаются, приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают растительностью, образуются балки. Рис. 8.3. Балки – широкие овраги с пологим дном. Деятельность временных овражных водотоков: • • размыв горных пород в русле, углубление оврага и расширение его днища; стимулирование гравитационных процессов на склонах и в вершине оврага под влиянием глубинной и боковой эрозии; 84 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • вынос из оврага продуктов разрушения пород эрозионными и склоновыми процессами. Последствия образования и роста оврагов: • • Смыв и деградация плодородных почв. Засорение русел малых рек; Быстрое стекание атмосферных осадков, вызывающее мелководье рек и малое поступление воды в подпочвенные горизонты; • Дренирование местности и понижение уровня грунтовых вод, засухи; • Перерезание оврагами трасс трубопроводов, дорог и др. коммуникаций. Верховья временных горных потоков расположены в верхней части горных склонов и представлены системой множества сходящихся рытвин и промоин, покрывающих водосборный бассейн. Из этого бассейна вода движется в едином русле канале стока, захватывая обломочный материал, который усиливает разрушительную работу потока. Отложения временных потоков называются пролювием. При выходе на подгорную равнину скорость потока резко уменьшается, и обломочный материал откладывается, образуя пролювиальный конус выноса. Вода потоков растекается и впитывается, формируются сухие дельты. В странах аридной зоны конусы выноса, сливаясь друг с другом образуют широкие предгорные шлейфы. В строении конусов выноса наблюдается дифференциация материала от более крупного до тонкого по мере удаления от вершины конуса. Рис. 8.4. А - пролювиальный конус выноса; Б – сухая дельта. Сели. В горных районах в результате быстрого таяния снега и во время сильных ливней периодически возникают бурные грязекаменные потоки, обладающие большой скоростью и содержащие большое количество обломочного материала (до 75 -80% от общего объема). Сели обладают большой разрушительной силой. 85 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 8.5. Сель. Геологическая деятельность рек Подразделение и режим рек. Реки подразделяются на горные и равнинные. Горные характеризуются большими уклонами, крупным размером обломков, большей прямолинейностью русел. Равнинные характеризуются малыми уклонами, сильно изгибающимися руслами, илистыми осадками. Режим реки – ее питание и расход воды. Режим реки зависит от климатических условий той местности, где протекает река, ее рельефа и площади водосборного бассейна. Питание рек бывает: снеговое, ледниковое, дождевое, за счет подземных вод и смешанное. Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов высокого и низкого уровня воды. Состояние низкого уровня называется межень, а высокого – паводок, или половодье (весенние воды). Строение речной долины: • • • русло; пойма, или пойменная терраса (высокая и низкая); надпойменные террасы (плоские площадки на бортах речной долины, слабо наклоненные к руслу реки). При понижении базиса эрозии в старых плоскодонных долинах появляются молодые эрозионные врезы V – образного типа. Река вновь начинает вырабатывать продольный профиль. В результате в реке формируется новая пойма на более низком 86 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА уровне. Прежняя пойма останется у склона долины в виде площадки, формируя террасы. В речных долинах может образоваться лестница террас, возвышающихся друг над другом. Самая высокая терраса является наиболее древней, а самая низкая – самой молодой. Нумеруются террасы снизу, от русла реки. В строении каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ или склон, бровку террасы, тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей более высокой террасой или с коренным склоном долины. Типы речных террас: Эрозионные террасы (размыва) – террасы в которых почти вся террасовидная площадка и уступ слагаются коренными породами, и лишь местами на поверхности сохраняется аллювий. Они образуются в молодых горных сооружениях в результате интенсивных тектонических движений. Аккумулятивные террасы - террасы, в которых площадка и уступ полностью сложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород всегда ниже уровня реки и никогда не обнажается. Они образуются в пределах низменных платформенных равнин, в межгорных и предгорных впадинах. Цокольные или, эрозионно-аккумулятивные террасы характеризуются тем, что в нижней части уступа выходит на поверхность цоколь, а верхняя часть уступа и площадка сложены аллювием. Они образуются в переходных зонах от поднятий к погружениям, реже к равнинам. Рис. 8.6. Схема строения речной долины. 1 – русловой аллювий; 2 – пойменный аллювий; 3 – коренные породы; 4 – формы рельефа ( пойма (П), терраса, ее номер и тип: I – аккумулятивная, II – эрозионно-аккумулятивная, III – эрозионная); 5 – элементы строения террас: а – площадка, б – уступ, в – бровка, г – тыловой шов. 87 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 8.7. Схема надпойменных речных террас. В зависимости от высотного положения цоколя и выхода его в уступе террасы выделяются три типа террас: А - эрозионные; Б аккумулятивные; В - цокольные. Р- русло; П- пойма; I, II, III- надпойменные террасы; H1, H2, H3 - эрозионные циклы. Элементы террасы: тыловой шов; террасовидная площадка; бровка террасы; уступ террасы. 1 – коренные породы; 2 – аллювий. Устьевые части рек. Различают два типа устьев рек – дельты и эстуарии. Дельты – это низменные равнины, полого наклоненные в сторону моря, часто имеющие треугольную, близкую к треугольной форму. В их пределах река распадается на многочисленные радиально расходящиеся рукава и протоки, образуя аллювиальнодельтовые равнины. Река, впадая в моря и озера, приносит с собой большое количество обломочного материала, часть его уносится в море, но значительная часть оседает в прибрежной зоне, образуя подводный конус выноса - авандельту. Дельты образуются при относительно небольшой глубине моря, обилии обломочного материала, слабых приливах, отливах и вдольбереговых течениях. В речных дельтах встречаются различные по своему составу и генезису отложения: • аллювиальные отложения русловых потоков (на равнинах – пески и глины, в горах – более грубый материал); • озерные отложения, в отшнурованных руслах (глинистые осадки, озерные отложения, богатые органическим веществом); • отложения болот (торфяники); • морские осадки. Эстуарии – воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Они хорошо выражены у Оби, Эльбы, Темзы и других рек. Для образования эстуариев благоприятны условия там, где наблюдаются приливы и отливы, вдольбереговые течения и прогибание земной коры. Во время приливов море далеко вдается в устьевые части рек, а во время отливов морская вода вместе с речной образуют мощный поток, движущийся со значительной скоростью. При этом обломочный материал, принесенный рекой, выносится в море, где подхватывается береговыми течениями. 88 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА С эстуариями по форме сходны лиманы – расширенные устья рек, затопленные водами моря, не имеющие приливов и отливов, и превращенные в заливы. Их образование связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек. Геологическую деятельность рек можно разделить на три вида: разрушение горных пород – эрозия, перенос рыхлого и растворенного в воде материала и его аккумуляция, которые происходят одновременно, но с разной интенсивностью на различных участках русла. Кинетическая энергия потока К, называемая также живой силой реки прямо пропорциональна массе воды m и квадрату реки скорости течения v. Скорость реки зависит от перепада высот. 𝐾 = 𝑚𝑣 % /2 Эта энергия в основном расходуется на передвижение поступающего в русло рыхлого материала Т и на эрозию. • • • если К > Т, то происходит эрозия (скорость потока приданной массе воды становится размывающей); если К = Т, то работа реки направлена в основном на перенос материала; если К < Т, то происходит аккумуляция. Рис. 8.8. Продольный профиль равновесия реки. Соотношение глубинной и боковой эрозии меняется на разных стадиях развития долины. На начальной стадии морфологической молодости реки преобладает глубинная реки эрозия, долина реки имеет V-образный поперечный -образный профиль. На стадии морфологической зрелости реки преобладает боковая эрозия, ведущая к расширению долины, приобретающей U-образный профиль. 89 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 8.9. Донная эрозия. Ниагарский водопад. В результате выработки профиля равновесия реки помимо развития донной эрозии проявляется и боковая. Боковая эрозия возникает за счет силы Кориолиса, возникающей из-за вращения земли. В северном полушарии подмывается правый берег рек, в южном – левый. Меандры и прирусловые отмели. Движение воды в реках всегда турбулентное (беспорядочное, вихревое). В поперечном сечении потока максимальные скорости наблюдаются в наиболее глубокой части потока, называемой стрежень, меньше – у берегов. Изгибы русла реки называются меандрами. Различные стадии образования прирусловых отмелей: Рис. 8.11. А - начальная стадия в плане и разрезе; Б - расширенная прирусловая отмель. Рис. 8.12. Формирование старицы: а- начальная стадия; б- рост и смещение меандра; ввозникновение старицы. 90 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Транспортная и аккумулятивная деятельность рек. Реками переносится огромное количество растворенного (жидкий сток), и твердого материала (твердый сток). Перенос твердого материала происходит во взвешенном состоянии, волочением или сальтацией. Реки – основные поставщики терригенного материала в моря и океаны. Одновременно с эрозией и переносом происходит и отложение обломочного материала. Уже на первых стадиях развития реки при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках частично откладывается обломочный материал. Отложения рек называются аллювиальными отложениями аллювиальными отложениями или аллювием. Выделяют аллювий русловой, пойменный, старичный, аллювий речных террас, аллювий устьевых частей рек. Борьба с речной эрозией: 1. 2. 3. 4. Инженерная защита от речной эрозии; Регулирование речного стока; Строительство защитных дамб; Лесомелиорация. Рис. 8.13. Схема защиты берега от боковой эрозии с помощью струенаправляющей стенки: 1 – здание; 2 – размываемый берег; 3 – струенаправляющая стенка; 4 – течение реки. В зависимости от причин возникновения различают несколько основных типов наводнений: Половодье - периодически повторяющийся относительно продолжительный подъем уровня воды в реках, вызываемый обычно весенним таянием снега на равнинах или дождевыми осадками, а также весенне-летним таянием снега в горах. Паводок - интенсивный периодический, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке, вызываемый обильными дождями, ливнями, иногда быстрым таянием снега при зимних оттепелях. 91 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Затор - нагромождение льдин во время весеннего ледохода в сужениях и излучинах русла реки, стесняющее течение и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и некоторых участках выше него. Зажор - скопление шуги, донного льда и других видов внутриводного льда в русле реки в период ледостава, стесняющее живое сечение потока и приводящее к подпору (подъему уровня воды), снижению пропускной способности русла и возможному затоплению прибрежных участков реки. Ветровой нагон - подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, случающийся обычно в морских устьях крупных рек, а также на наветренном берегу больших водохранилищ. 92 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 9. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ. КАРСТ И СУФФОЗИЯ Подземные воды К подземным водам относятся все воды, находящиеся в недрах Земли в жидком, парообразном и твердом состоянии и заполняющие поры, пустоты и трещины в горных породах. Классификация подземных вод: • • • • • • • По происхождению, Физическому состоянию, По характеру вмещающих грунтов, Гидравлическим условиям, Температуре, Минерализации и химическому составу, Характеру залегания. Формы нахождения воды в горных породах: Вода в горных породах может находиться в парообразном, твердом и жидком агрегатном – состоянии; ® в связном виде - кристаллизационная, конституционная, гигроскопическая, пленочная и капиллярная вода, ® и в свободном виде - гравитационная (свободная) вода. Гравитационная вода может перемещаться (например, под действием силы тяжести) и выполнять механическую и химическую работу. Рис. 9.1. Формы воды в горных породах: 1 – прочносвязанная (гигроскопическая), 2 – рыхлосвязанная (пленочная), 3 – капельно-жидкая (гравитационная), 4 – капиллярная. Происхождение подземных вод Экзогенные воды: • Инфильтрационные, образованные в результате просачивания атмосферных осадков и вод рек, озер, морей и т.д. в толщу горных пород; 93 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • Конденсационные, образованные из влаги атмосферного влажного воздуха, проникающего в почву и горные породы, в результате; конденсации в порах пород; • Седиментогенные, образованные в результате захоронения вод бассейна осадконакопления вместе с осадками; высокоминерализованные и сильно измененные под влиянием давления и температуры. Эндогенные воды: • • Метаморфогенные, или возрожденные, образованные в результате дегидратации под действием температуры и давления минералов, содержащих в своем составе воду; Магматогенные, или ювенильные, образованные в результате отделения от магмы паров воды. Условие нахождения (залегания) подземных вод в горных породах Типы горных пород: • Коллекторы (могут собирать в себе воду, проницаемые водой) Коллекторские свойства горных пород определяются пористостью, выражаемой отношением объема всех пор к объему всей породы: 0 𝑛 = 0! ∙ 100%, и водопроницаемостью. • Водоупоры (непроницаемые и крайне слабопроницаемые для воды) Водоупорными являются глины, тяжелые суглинки, сцементированные и массивные породы. Расположение поземных вод в массиве горных пород: В толщу пород проникает вода при дожде или таянии снега. Просачивание идет под действием силы тяжести, пока породы водопроницаемые. Как только вода доходит до слабопроницаемых пород (глины), то начинает скапливаться, и насыщать все поры и трещины горной породы. Уровень воды поднимается, образуя зону насыщения. Рис. 9.2. 94 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 9.2. Расположение подземных вод в массиве горных пород.1 – капиллярноподвешенная вода, 2 – капиллярно-поднятая вода, 3 — зеркало грунтовых вод, 4 – зона насыщения, 5 – кровля слабопроницаемых пород, 6 – водопроницаемые породы, 7 – слабопроницаемые породы, 8 – направление движения вод. Зона свободного доступа воздуха в толщи горных пород называется зоной аэрации. В зоне аэрации различают воды: • почвенные, связанные с инфильтрацией атмосферных осадков и различных поверхностных вод; • верховодка – воды, образующиеся на небольшой глубине, задерживающиеся линзами и прослоями водоупорных пород. В зоне насыщения различают воды: • грунтовые, залегающие на первом водоупорном горизонте, из – за отсутствия водоупорной кровли подпитывающиеся атмосферной влагой; • верхняя граница грунтовых вод – уровень, или зеркало, грунтовых вод; • горизонт пород насыщенных водой и находящийся над водоупорным горизонтом называется водоносным горизонтом; • межпластовые воды, среди которых, в свою очередь различают: - ненапорные – залегающие между двумя водоупорными толщами и не насыщающие весь водоносный горизонт; - напорные подземные воды (артезианские) залегают между двумя водоупорными толщами, насыщают весь водоносный горизонт и обладают гидростатическим напором. Большие скопления напорных вод – артезианские бассейны , находятся обычно в прогибах. Типы подземных вод: • • Верховодка – временное скопление воды на локальном водоупоре; Грунтовые воды – верхний постоянный водоносный горизонт; 95 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • Межпластовые воды – располагаются между двумя водоупорами, они могут обладать напором. Рис. 9.3. Типы подземных вод. Межпластовые воды могут быть напорные и ненапорные (рисунок 9.4), в зависимости от насыщения. Если уровень воды не достигает верхней поверхности водоносного горизонта, то воды ненапорные (рисунок 9.4.3). Когда же вода заполняет водоносный горизонт, тогда появляется напор (рисунок 9.4.4). Рис. 9.4. Напорные и ненапорные межпластовые воды. 1 – водоупорные породы; 2 – грунтовые воды, получают питание по всей поверхности; 3, 4 – межпластовые воды, получают питание из определенной области; 5,6,7 – колодцы или скважины. 96 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 9.5. Разрез артезианского бассейна. А - пределы распространения артезианских вод: а - область питания (и частично стока), б - область напора, в – область разгрузки; Б - пределы распространения грунтовых вод: Н - напор положительный, H2 - напор отрицательный, М - мощность артезианского пласта; 1 - водоносный пласт, 2 водоупорные породы, 3 - пьезометрический уровень. Стрелками показано направление движения артезианских вод. Артезианские бассейны – крупные скопления артезианских вод, находятся обычно в прогибах, могут образовывать восходящие источники. Классификации подземных вод: По температурам : • холодные – до 20 ° С; • теплые – 20 – 42 ° С; • горячие (или термальные) > 42 ° С (Пятигорск > 27°С), связаны с вулканическими явлениями. По степени минерализации различают (по В. И. Вернадскому): • пресные (сухой остаток до 1 г/л), • солоноватые (1 – 10 г/л), • соленые (10 – 50 г/л), • рассолы (50 – 550 г/л). Жесткость подземных вод определяется наличием солей CaSO4, MgSO2, NaCl и т. д. Движение подземных вод: По направлению уклона местности воды движутся под действием гравитации по порам и трещинам. Разгрузка происходит в пониженных участках в виде нисходящих источников (родников). - Движение в зоне аэрации — просачивание (инфильтрация); - Движение в зоне насыщения — фильтрация (ламинарный режим). Закон фильтрации Дарси: 𝑉ф = Кф ∙ І, Vф — скорость фильтрации; Кф — коэффициент фильтрации, характеризует водопроницаемость грунтов. 97 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА І — гидравлический уклон, равный уклону поверхности уровня грунтовых безнапорных вод. Скорость фильтрации ( Vф, м/сут, мм/мин или см/с) — это отношение расхода фильтрационного потока QФ к площади поперечного сечения в пористой среде ωп: 𝑉ф = 𝑄Ф/𝜔п. Геологическая деятельность подземных вод С деятельностью грунтовых вод связаны специфические, часто опасные физикогеографические явления и процессы: • • • • Оползни; Подтопление и заболачивание; Карст; Суффозия; Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в химическом разрушении и выщелачивании горных пород, что связано с содержанием в них кислорода, углекислоты, различных органических и неорганических веществ. Оползни Оползень – отрыв земляных масс и перемещение их по склону под влиянием силы тяжести. Для возникновения оползня необходимо: наличие достаточно крутого склона (не менее 25°), наличие водоупора, наличие водоносного слоя. Базис эрозии оползней совпадает с базисом эрозии подземных вод, поэтому близкий к воде (водоему) слой более увлажнен, чем вышележащие горизонты. А если там находятся глинистые отложения, то они под действием влаги становятся пластичны. При данных условиях под действием силы тяжести образуются склоновые оползни (рисунок 9.6.). Рис. 9.6. Оползень. Подтопление Подтопление – инженерно-геологический процесс, при котором в результате нарушения водного режима под влиянием комплекса техногенных и природных факторов происходит направленное повышение влажности грунтов или уровня 98 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА подземных вод, нарушающих условия строительства или эксплуатации инженерного сооружения. С 2000 по 2010 гг. в России подтоплено • • • около 900 городов более 500 поселков городского типа тысячи мелких населенных пунктов Площадь подтопленных территорий в России: • • застроенных территорий более 8000 км% сельскохозяйственных угодий – более 34 тыс. км% Техногенные факторы подтопления: Подпор от барражирующего действия заглубленных частей зданий, тоннелей и др.; Подпор от участков набережных; Подпор от засыпанных оврагов, балок; Подпор от плотин; Утечки из коммуникаций; Отсутствие системы дождевого стока; Неправильное планирование и производство мелиоративных мероприятий. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1) 2) Рис. 9.7. Примеры техногенного подтопления. 1 – подпор подземных вод от набережной, 2 – подпор подземных вод от барражирующего действия тоннеля. Борьба с подтоплением: Дренаж верховодки до уровня грунтовых вод (рисунок 9.8.). 99 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 9.8. Схема работы водопоглощающей скважины : 1 – поверхностный сток, 2 – инфильтрационный поток, 3 – фильтр гравийный, 4 – фильтр сетчатый, 5 – пески, супеси, 6 – суглинки, 7 – водонасыщенные породы. Карст и суффозия Карст — геологический процесс, сочетающий в себе растворение, выветривание и эрозию пород, и сопровождающийся формированием особого режима подземных вод, деформациями земной поверхности и образованием особого карстового рельефа. 1) Процесс химического растворения пород и процесс выщелачивания. 2) Специфические формы рельефа поверхности, подземные формы растворения. Сформировавшиеся в результате карстового процесса; 3) Термин карст произошел от названия известкового плато в Словенских Альпах. Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменная соль. Более всего распространен карст в карбонатных породах: 2𝐶𝑎𝐶𝑂! (слаборастворим) + 𝐶𝑂% + 2𝐻% 𝑂 = 2𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂! )% ( растворим ) + 𝐶𝑂% + 𝑂% . Карбонатный карст Вода, просачивающаяся с поверхности, содержит много растворенного углекислого газа, а потому легко растворяет известняк: 𝐶𝑎𝐶𝑂! + 𝐻% 𝑂 + 𝐶𝑂% → 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂! )% . Попадая на стену или потолок пещеры, вода выделяет часть растворенной углекислоты, и бикарбонат вновь переходит в карбонат кальция: 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂! )% → 𝐶𝑎𝐶𝑂! + 𝐻% 𝑂 + 𝐶𝑂% . 100 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Таким образом на потолке и полу пещеры образуются разнообразные натечные формы. Типы и формы карста Открытый карст – карстовые формы видны на поверхности; чаще развит в горных районах. Закрытый карст – карстовые образования на поверхности не заметны, так как они перекрыты толщей каких-то других отложений; характерно для равнинных платформенных районов. На поверхности карстовые формы рельефа представлены каррами, желобами, рвами, воронками различных типов, понорами, западинами, котловинами, карстовыми ущельями, слепыми долинами. Подземные формы карста представлены карстовыми шахтами, колодцами и пещерами. Карры – углубления в виде ямок, борозд, канавок, образованные в основном выщелачиванием известняков поверхностными атмосферными водами. Рис. 9.9. Карры и карровые поля. Желоба и рвы – более протяженные и глубокие, чем карры, участки карстового выщелачивания поверхности известняков, наследуют первичные трещины. Рис. 9.10. Желоба. 101 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Поноры – это узкие глубокие отверстия, наклонные или вертикальные, поглощающие поверхностную воду и отводящие её вглубь карстового массива. Поноры часто возникают на узлах пересечения трещин. Рис. 9.11. Поноры, образованные в местах пересечения карстовых желобов. Ручей (слева), исчезающий в поноре. Карстовые воронки – наиболее распространенные поверхностные формы карста. Воронки бывают от пологих и мелких до крутосклонных. Диаметр воронок редко превышает 50 м, а глубина — 15 - 20 м. По типу образования обычно выделяются воронки поверхностного выщелачивания и провальные воронки. Рис. 9.12. Карстовая воронка. Вид сверху и снизу. Рис. 9.13. Озеро в карстовой воронке. Великая голубая дыра расположена в центре Лайтхаус-Рифа — атолла в составе Белизского барьерного рифа. Дыра представляет собой круглую карстовую воронку диаметром 305 м, уходящую на глубину 120 м. Данное геологическое образование 102 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА первоначально являлось частью системы известняковых пещер, сформировавшихся в ходе последнего ледникового периода. Уровень моря тогда был значительно ниже, но когда океан поднялся и свод затопленной пещеры обвалился, образовалась карстовая воронка. Рис. 9.14. Великая голубая дыра. Блюдца и западины – это мелкие, небольшие карстовые воронки. Полья – понижения неправильной формы, образуются при слиянии нескольких воронок. Одно из наиболее крупных польев — Ливаньско полье в Боснии (Югославия) —занимает площадь в 379 км². Карстовые колодцы, шахты, пропасти – это каналы, уходящие почти вертикально вглубь карстовых массивов на десятки и сотни метров при диаметре в первые метры. Слепые долины – небольшие реки, протекающие в закарстованных районах, имеющие исток и внезапно заканчивающиеся у воронки или поноры, куда уходит вся вода. Часто бывают полуслепые долины, когда через несколько километров поток выходит на поверхность. Пещеры – главные подземные формы карстового рельефа. Воды образуют горизонтальные ходы и пещеры. Карстовые пещеры образуются двумя путями: 1) растворения, выщелачивания и размыва; 2) обрушения, раскрытия и последующего размыва тектонических трещин. Пещеры сильно различаются по протяженности. Самой длинной считается Флинт — Мамонтова в США (563 км), вторая по протяженности – гипсовая Оптимистическая на Украине (192 км). Однако, украинские спелеологи утверждают, 103 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА что обнаружили в Тернопольской области самую длинную пещеру в мире («Музейная»), однако, точной ее длины не сообщают. Местами в сильно закарстованных районах наблюдается несколько этажей пещер. Высотное расположение тех или иных этажей связано с надпойменными террасами рек, которые отражают высотные положения базиса эрозии, и, соответственно, уровня грунтовых вод. При длительном эрозионном цикле реки успевают сформировать террасу, а карстовые подземные воды, движущиеся к реке — систему пещер. Понижение уровня базиса эрозии вызывает понижение уровня грунтовых вод, старая пещера становится осушенной, а новая формируется ниже. Рис. 9.15. Уровни пещер. Аккумулятивная деятельность подземных вод Изменение физико-химических условий приводит к выпадению из насыщенных минеральными солями подземных вод приводит к выпадению их из раствора минералов, например, арагонита, галита, гипса, и образованию на стенах, потолке и днище пещер разнообразных натечных форм, таких как: корки, завесы, занавесы, сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, гуры. Из вод, насыщенных кремниевой кислотой, образуются кремнистые туфы. В местах выхода на земную поверхность насыщенных углекислотой подземных вод откладывается известняк и известковый туф – травертин. При минусовых температурах натечные образования слагаются льдом. Оставшаяся после растворения известняка глинистая масса, часто имеющая красноватый цвет из-за оксидов и гидроксидов Fе, формирует терра-россу. Сталактиты — выросшие на своде пещеры из просачивающейся воды. Иногда можно наблюдать ряды сталактитов, маркирующие трещину в потолке. 104 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Сталагмиты — выросшие на полу из капающей сверху воды. Так как упавшая капля воды растекается по сталактиту, то они обычно более короткие и широкие по сравнению со сталактитами. Обычно растут непосредственно под сталактитами. Сталагнаты — вертикальные колонны. Образуются из доросших до полу сталактитов или из соединившихся и сросшихся сталактита и сталагмита. Гуры — наплывы на полу пещеры, похожие на оплывший стеарин. Завесы — образуются при равномерном просачивании воды через трещину в потолке, имеют примерно постоянную толщину. Суффозия Суффозия – процесс разрушения горных пород подземными водами путем механического выноса твердых частичек породы, (от лат. suffossio — подкапывание, подрывание), внешне похожий на карст, но принципиально иной, т. к при суффозии идет выноса материала в нерастворенном состоянии. Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и суглинков, под склонами долин рек. Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи с образованием отрицательных форм рельефа: западин, суффозионных воронок, блюдец, впадин. Суффозионно-карстовый процесс — процесс вмывания материала в трещины и полости, который как бы засасывается вниз в разжиженном виде, и на поверхности земли внезапно образуются провалы или медленно развиваются карстовосуффозионные воронки (воронки просасывания), что распространенно на Русской плите. Опасность и ущерб: 1) В населенных пунктах – обрушения приводят к жертвам и требуют на восстановление финансовых затрат. 2) Карст и суффозия также осложняет строительство и сельское хозяйство, разработку полезных ископаемых. 3) Под большими городами в карстующихся породах могут оседать промышленно загрязненные грунты, что приводит к загрязнению подземных вод, которые проникают в реки, водоемы и водозаборы. Превентивные меры: 1) Инженерно-геологическое изучение местности на наличие карста. 2) Проведение экологической экспертизы и ОВОС 3) Четкое следование указаниям по строительству в соответствии с проведенными исследованиями. 105 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 9.16. Категории карстоопасности: 1 — весьма опасная, 2 – опасная, 3 – малоопасная. Категории карстово-суффозионной опасности: 4 – весьма опасная, 5 – опасная, 6 — неопасная. 106 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 10. ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ Гравитационные процессы – экзогенные геологические процессы, обусловленные действием силы тяжести, которые наиболее активно развиваются на склонах, поэтому их часто называют склоновыми процессами. Общая характеристика Все склоны разделяются на две большие группы: 1) береговые склоны морей, озер, водохранилищ и рек и 2) склоны водораздельных возвышенностей и поверхностей выравнивания. На территории РФ суммарные объемы ежегодно перемещающихся масс всего комплекса ГСП в пределах всех континентов Земли составляют величины порядка 1,5х108 км! . Природные факторы развития гравитационных процессов • • • • • 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Географические причины - горноскладчатые области; Геоморфологические причины - высокий и крутой склон; Геологические причины – развитие прочных скальных пород; Литологические и петрофизические причины (повышенная трещиноватость пород, структурно-текстурные особенности); Структурные особенности и тектоническая активность территории. Антропогенные факторы формирования гравитационных процессов. Активизация выветривания; Подрезка склонов; Взрывы; С/х и животноводческая деятельность; Техногенная нагрузка на склоны; Прокладка подземных коммуникаций; Эксплуатация подземных вод; Горно-добывающая деятельность; Утечки систем водоснабжения и канализации. 107 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Таблица 10.1. Взаимосвязь прочности пород и развития склоновых процессов. Таблица 10.2. Классификация гравитационных процессов (Опасные природные процессы, 2005). Классификации склоновых процессов Подразделение по возрасту: • • Древние (доголоценовые); Современные (голоценовые): 1. Старые (не действующие); 2. Приостановившиеся; 3. Активные (действующие) Отложения горных пород, скопившиеся в результате гравитационных процессов называются коллювием (от лат. kolluvio – скопление). 108 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 10.1. Схематическое изображение гравитационных явлений на склонах. а – осыпь, б – оплывина, в – обвал, г – оползень. Собственно гравитационные процессы Обвалы Обвал – отделение (отрыв) от массива крупного блока пород на склоне, его обрушение и скатывание в виде глыбово-щебнистой массы, которая большую часть своего пути проделывает по воздуху, т. е. без контакта со склоном. Рис. 10.2. Обвал. Оценка и прогноз обвалов • • Оценка обвальной опасности: 1. Наличие глыб в основаниях склонов; 2. Анализ факторов обвалообразования. Прогноз: 1. По данным мониторинга; 109 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 2. Расчет по эмпирическим формулам; 3. Моделирование. Меры борьбы с обвалами • Профилактические: 1. Выравнивание склонов; 2. Обрушение склонов; 3. Уборка опасных глыб; 4. Дренаж склонов. • Конструктивные: 1. Защитные стенки; 2. Дамбы; 3. Контрфорсы; 4. Защитные галереи; 5. Укрепление склонов. Контрфорс (от фр. contre force — «противодействующая сила» ) — вертикальная конструкция, представляющая собой выступающую часть стены, вертикальное ребро, либо отдельно стоящую опору, предназначенную для усиления стены. Внешняя поверхность контрфорса может быть вертикальной, ступенчатой или непрерывно наклонной, увеличивающейся в сечении к основанию. Провалы Провалы могут иметь разное происхождение: - гравитационное, карстовое, криогенное антропогенное Рис. 10.3. Провал на Ленинградском проспекте, причиной стали проводимые неподалеку строительные работы. 110 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Развалы и камнепады Развалы – распад крупных глыб и блоков пород на пологих склонах и вершинах гребней. Рассыпание – смещение развалов глыб и камней на незначительные расстояния по склону. Рис. 10.4. Схема формирования каменного развала на вершине гребня. Камнепад – падение и смещение по склону отдельных камней, щебня и глыб. Особенности камнепадов: 1. Развиты в областях активной денудации и выветривания; 2. «Прыгающая» траектория падения; 3. Приуроченность к начальной стадии обвалов; Рис. 10.5. Траектория падения глыб при камнепаде Меры борьбы с развалами и камнепадами (те же, что и с обвалами): • • Профилактические: 1. Выравнивание склонов; 2. Обрушение склонов; 3. Уборка опасных камней; 4. Дренаж склонов; 5. Предупреждающие знаки в горах. Конструктивные: 111 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 1. Защитные стенки; 2. Контрфорсы; 3. Защитные галереи; 4. Укрепление склонов. Осыпи Осыпь – движение по склону мелких обломков пород (наиболее распространенный тип склоновых процессов в горах). Механизм движения: прерывистый (накопление – смещение и т. д. ). Определения и подразделение осыпей: • По объему (площади): 1. Крупные; 2. Средние; 3. Мелкие. • По активности: 1. Действующие (активные), v = 10-15 см в год и более; 2. Полузакрепленные (затухающие), v < 10; 3. Закрепленные (неподвижные), v=0. Угол естественного откоса осыпи зависит от крупности слагающих ее обломков • • • < 33° – песчаные, 33 - 36° – мелкощебнистые, > 36° – крупнощебнистые. Прогнозирование осыпей Методы прогноза: 1. По анализу факторов; 2. По данным мониторинга; 3. Расчетноаналитические. Коэффициент подвижности осыпи: 𝛼 𝐾п = , 𝜑 где 𝛼 – угол поверхности осыпи; 𝜑- угол естественного откоса пород. Если 𝐾п = 1 – опасно. Если 𝐾п < 1 – не опасно. Меры борьбы с осыпями • • Профилактические: 1. Планировка склонов; 2. Расчистка склонов; 3. Организация дренажа и др. Конструктивные: 112 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 1. Закрепление склонов 2. Защитные и подпорные стенки и т. п. Рис. 10.6. Галерея для защиты дороги от осыпи, начало 1900-х. Водно–гравитационные процессы Оползни. Оползень - отрыв и скольжение масс горных Оползень пород вниз по склону при увлажнении под действием силы тяжести, быстрое, либо длительное и постепенное Рис. 10.7. Элементы строения оползня: 1. Тело оползня 2. Подошва 3. Вал выпирания 4. Оползневые террасы 5. Бровка срыва 6. Тыловая часть 7. Поверхность скольжения Рис. 10.8. Ступенчатый оползневой склон с сохранившимися террасами. По глинам, которые увлажняются, в результате проникновения воды через пески, происходит оползание. Глины находятся в основании склона (рисунок 10.9) 113 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 10.9. Оползень в юрских глинистых отложениях г. Москвы. 1 –известняки, 2 – глины, 3 – пески, 4 – морена, 5 – юрские глины, 6 – поверхность смещения. Генетические типы оползней: 1. Оползни детрузивные, или выдавливания. Деляпсивная часть оползня сьезжает, при этом сохраняется структура материнских пород. Детрузивная часть выдавливается, в ней породы и структуры перемешаны. Рис. 10.10. Схема строения оползня (по Е. В. Шанцеру). Дл – деляпсивная часть. Дт – детрузивная часть. 2. Оползни скольжения. 3. Оползни вязкопластические, или деляпсивные. Рис. 10.11. Вязкопластичный оползень. 114 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Лахар – вязкопластичный оползень-поток, спровоцированный вулканическим извержением. 4. Сложные оползни. Основные черты сложных оползней: 1. Значительные объемы оползней; 2. Наличие нескольких генетических типов в одном теле; 3. Сложное строение; 4. Часто имеют сейсмическую причину. Меры борьбы с оползнями Основная идея состоит в осушении основания склона, чтобы не допустить размокания глиняных пород и скольжения. 1. Профилактические: · Планировка склонов (разгрузка); · Дренирование; · Организация поверхностного стока; · Фитомелиорация. 2. Конструктивные: · Подпорные стенки · Анкеры · Буронабивные сваи · Пригрузка оснований · Закрепление пород 3. Ликвидационные · Удаление оползней · Рекультивация территории Рис. 10.12. Подпорная стенка, для обеспечения устойчивости в предположении наличия только одной поверхности скольжения. Рис. 10.13. Укрепление уступа карьера железобетонными сваями. Сели 115 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Сель (от арабского «сайль» - бурный бешеный поток) – внезапный, временный грязекаменный поток, возникающий в руслах горных и предгорных рек, вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов, характеризующийся резким подъёмом уровня и высоким (от 15 до 75%) содержанием твёрдого материала. Сель — нечто среднее между жидкой и твёрдой массой. Это явление кратковременное, обычно оно длится 1— 3 ч, характерное для малых водотоков длиной до 25— 30 км и с площадью водосбора до 50 — 100 км 2. Свойства селевого потока: 1. Плотность 1, 3 -1, 8 г/cм^3; 2. Содержание твердого материала до 10-75% (блоки до 3-4 м и весом до 200 т); 3. Высокая скорость (до 10 м/c и более); 4. Объем до 10 млн. м^3; 5. Прерывистое (волновое) движение. Сели возникают в результате интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния ледников или сезонного снегового покрова, а также вследствие обрушения в русло водотоков большого количества рыхлообломочного материала (при уклонах местности не менее 0,08— 0,10). Сели, называемые лахарами, могут возникать на склонах вулканов в следствие их извержения, вызывающего таяние снегов и горных ледников, а также в результате прорыва борта катеров и кальдер, содержащих озера. Природные факторы формирования селей: 1. Геологические (наличие рыхлых пылевато-глинистых размываемых пород – лёссов, супесей и т. п. ; интенсивное выветривание; развитые склоновые процессы – обвалы и оползни; сейсмичность); 2. Геоморфологические (наличие крутой долины с разветвленным ложем – притоками); 3. Климатические (образование внезапного паводка в результате резкой смены погоды – ливни, таяние снега, льда, прорыв озера при его переполнении и т. п.); 4. Почвенно-биологические (эрозия почв, гибель растительности и т. п.). Антропогенные факторы формирования селей: 1. Перевыпас скота на склонах; 2. Распашка склонов, неправильная агротехника; 3. Чрезмерные поливы; 4. Сведение растительности, вырубка лесов; 5. Прорыв дамб; 6. Техногенная активизация выветривания. Классификация селей По степени насыщенности наносами и их фракционному составу различают: 116 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • Водокаменные (наносоводные) сели - смесь воды с преимущественно крупными камнями, p=1,1 - 1,5 т/м^3; • Грязевые сели - смесь воды с мелкозёмом при небольшой концентрации камней, объёмный вес p=1,5 - 2 т/м^3; • Грязекаменные сели - смесь воды, гальки, гравия, небольших камней, p=2,1 - 2, 5 т/м^3. Генетическая классификация селей: 1. Ливневые (дождевые); 2. Гляциальные сели; 3. Лимно-гляциальные; 4. Сели снеготаяния; 5. Вулканогенные сели – лахары; 6. Смешанные сели. 117 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 11. ПРОЦЕССЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ Криогенные процессы и явления Криолитозона (от crio, греч. lithos — камень) верхний слой земной коры, характеризующийся в течение всего года или хотя бы короткое время отрицательной температурой почв и горных пород и наличием или возможностью существования подземных льдов. Криогенные процессы и явления образуют специфическую группу экзогенных процессов и явлений, образование которых определяется фазовыми превращениями влаги в породах, их охлаждением и нагреванием. Особенно ярко эти процессы протекают в сезонно-мерзлом, деятельном, слое. Вода при замерзании расширяется. Рис. 11.1. Распространение многолетних мерзлых пород (ММП). ММП покрывают 65 – 75 процентов территории России. Глубина проникновения мерзлоты на арктическом побережье оценивается более 1000м. Криогенное выветривание Это наиболее распространенный процесс в криолитозоне и зоне сезонного промерзания пород. Его механизм связан с фазовыми превращениями воды в породе при многократном промерзания-протаивания. • Криогенное выветривание скальных пород имеет большое значение при формировании курумов. 118 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • Криогенное выветривание дисперсных отложений приводит к формированию горизонта «покровных суглинков» мощностью от 1 до 3-4 м. • В результате криогенного выветривания отложения приобретают высокую пылеватость. Морозобойное растрескивание и формирование полигональных структур Морозобойное растрескивание – процесс деформации мерзлых пород под действием напряжений, возникающих в результате сжатия пород при охлаждении. Рис. 11.2. Характер температурной деформации куба при охлаждении сверху и последовательность, образованная трещинами. Глубина проникновения трещин в мерзлую породу зависит от среднегодовой температуры, а размеры полигональной решетки в плане зависят от амплитуды колебаний температуры. Рис. 11.3. Трещины в породе. Повтроножильные льды (ПЖЛ) Повторножильные льды образуются в трещине, в которую заливается вода и постепенно расширяет ее с каждым сезоном. Эпигенетический рост трещины происходит, когда порода уже сформировалась, расширение происходит в ширину. Сингенетическое расширение происходит одновременно с формированием породы. 119 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.4. Рост ПЖЛ. а – эпигенетический, б – сингенетический; I – IV – стадии образования, а-г – ежегодно образующиеся элементарные ледяные жилки. Пучение Пучение - это процесс, происходящий в промерзающих грунтах, обусловленный увеличением объема замерзающей влаги и льдонакоплением вследствие миграции воды к фронту промерзания. • • СЕЗОННОЕ · Выпучивание грубообломочного материала; · Площадное (криогеная пульсация); МНОГОЛЕТНЕЕ · Локальное; · Миграционное; · Инъекционное. Выпучивание (вымораживание) грубообломочного материала Валун, частично находящийся в многолетних мерзлых породах, начинает оттаивать в теплое время года. В силу физических свойств валун нагревается сильнее, чем окружающие его породы, поэтому под ним образуется прослойка воды. При замерзании этой прослойки, она увеличивается в объеме и выталкивает камень к поверхности. Подобный процесс идет годами (рисунок 11.5.). 120 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.5. Схема выпучивания валуна. Показаны стадии процесса в начале зимнего промерзания сезонноталого слоя (1, 3, 5) и в конце его летнего оттаивания (2, 4, 6). Аналогичный процесс происходит с искусственными сооружениями и объектами, если они целиком находятся в деятельном слое. Рис. 11.6. Вымораживание искусственного объекта. При участии в процессе морозобойного растрескивания, образуются «каменные кольца», «каменные многоугольники». Если в породе есть трещины, то в них собирается вода, замерзает и увеличивается в объеме. Расклинивание трещин создает давление на камни, выталкивая их вверх. Получаются полигональные структуры, подчеркнутые выпученными камнями. 121 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.7. Схема выпучивания глыб и щебня в элювиальных образованиях: 1 - глыбы и щебень, 2 – разборная скала с трещинами, заполненными льдом, 3 – песчаносуглинистый материал, 4 – ледяные включения в многолетних мерзлых породах, 5 – направления движения обломочного материала при выпучивании, 6 – граница многолетне-мерзлых пород. I – начальное распределение обломочного материала в элювии, II – выпучивание камней и концентрация их на поверхности, III – дробление обломочного материала в приповерхностном слое за счет выветривания, IV – выпучивание каменного материала при наличии морозобойных трещин и образование сортировочных полигонов, V - выпучивание и дробление каменного материала при наличии неглубоких диагенетических и морозобойных трещин и образование структурных форм. Сезонное площадное пучение грунтов Сезонное площадное пучение грунтов – ежегодно происходящий процесс, сопровождающий зимнее промерзание талых пород. Локальным проявлением сезонного пучения является образование однолетних миграционных бугров пучения, которые существуют только в холодный сезон года и исчезают вместе с оттаиванием промерзшего слоя. Ярким проявлением процесса многолетнего пучения является формирование многолетних бугров пучения. 122 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Миграционные бугры возникают при многолетнем промерзании открытых систем (сквозных таликов, речных пойм, торфяников). В Якутии их называют булгунняхами, в Северной Америке – пинго. Вода мигрирует к зоне промерзания, поскольку вещества стремятся к центру кристализации. Рис. 11.8. Схема образования многолетнего миграционного бугра пучения под торфяником. I – начальная стадия, II – зрелая стадия. 1 – торф; 2 – пылеватый суглинок; 3 – шлиры сегрегационного льда; 4 – граница многолетнемерзлой породы, 5 – направление миграционной влаги. Криогенные процессы на склонах Солифлюкция - вязкопластичное течение грунтов на склонах и откосах после их протаивания и избыточного увлажнения. Верхний слой очень мелкодисперсный, поэтому при размораживании достаточно небольшого уклона, чтобы увлажненный грунт начал стекать. Курумы – каменные потоки и поля на склонах. Под камнями на склонах есть вода, которая может замерзать и расширяться, приподнимая камни. При этом во время таяния воды камень возвращается не на свое место, а чуть ниже по склону. В периоды дождей курум насыщается водой, происходит быстрое оттаивание мерзлого основания, вес курума сильно увеличивается. При этом могут происходить быстрые подвижки всей каменной массы вниз. Причиной катастрофических подвижек также могут быть землетрясения. Наледи Наледями называются ледяные тела, формирующиеся в результате многократного излияния подземных, речных или озерных вод на поверхность земли или льда и их послойного замерзания. 123 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.9. Схема образования речных наледей. I – начальная стадия образования наледи, II – вторая стадия образования наледи. 1,4 –вода; 2 – слой льда; 3 – многолетнемерзлая порода, 5 – вода, промерзшая до дна, 6 – наледный бугор; 7 – вода, образующая после замерзания наледь. Криогенные процессы при деградации мерзлых толщ Криогенные процессы, связанные с деградацией мерзлых толщ: • Термокарст; • Термоабразия; • Термоэрозия. Термокарст - процесс вытаивания подземных льдов, сопровождающийся просадками земной поверхности. Термокарстовые котловины называются в Западной Сибири хасыреями, в Якутии - аласы. Образуются заболоченные западины и термокарстовые озера глубиной от 0,5 м до 10 - 12 м. В криолитозоне даже небольшие нарушения естественных условий приводят к бурным проявлениям термокарста. 124 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.10. Схема прогрессивного развития термокарста при протаивании залежи подземного льда (1, 2) с образованием подозерного талика (3, 4). Термоабразия и термоденудация Термоабразией называется процесс разрушения мерзлых берегов морей, озер и водохранилищ под действием волн. Разрушение берегов под действием тепла воздуха, прямой солнечной радиации и дождей называется термоденудацией. Рис. 11.11. Термоабразионные берега с нишами (1, 2) и без ниш (3), когда в основании берега скапливаются вытаивающие и оплывающие породы. 125 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Байджерахи – блоки пород, образующиеся при вытаивании ПЖЛ, - результат термокарста и термоабразии. Термоэрозия – размыв мерзлых льдистых пород водами временных водотоков с образованием оврагов, рытвин, промоин. Часто водотоки наследуют контуры полигональной сети повторно-жильных льдов, формируя коленообразные русла с расширениями (бочагами) в местах пересечения жил. Рис. 11.12. Карта пораженности территории России опасными и потенциально опасными геокриологическими процессами. 1-5 – районы, где опасные и потенциально опасные процессы распространены на: 1 – более 50% района; 2 – 30-50%; 3 – 10-30%; 4 – 5-10%; 5 – менее 5% площади. При освоении территорий развитие термокарста связано со снятием растительного покрова и тепловым влиянием сооружений. Тепло от зданий может влиять на многолетнемерзлые породы. Васюганское болото в Томской области Васюганское болото расположено на территории Томской, Омской и Новосибирской областей, между крупными сибирскими реками Обью и Иртышом. Его размеры огромны: протяженность с запада на восток - 573 километра, с севера на юг 320 км. Влияние Васюганского болота на природную ситуацию в регионе огромно и разнообразно. Это и основной источник пресной воды в регионе, и хранилище полезных ископаемых, и островок нетронутой дикой природы. Из болота берут начало множество рек, а испарившаяся с поверхности влага поддерживает климатический баланс и выносится даже на территорию Восточной Сибири и Казахстана. Важнейшая функция болота - очищение атмосферы, за что его называют гигантским естественным фильтром. Болотный торф поглощает токсичные вещества, 126 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА связывает углерод и таким образом предотвращает парниковый эффект, насыщает воздух кислородом. Ледники Хионосфера – область существования ледников. Область, где температуры ниже нуля. Нижняя снеговая граница – ниже уровня моря в высоких широтах, а в низких до 6400 м. В настоящее время происходит деградация ледниковых шапок. По данным американских исследователей площадь арктического ледяного панциря достигла исторического минимума – 4,13 миллиона квадратных километров. Образование и режим ледников Образование ледников происходит за счет уплотнения и оплавления снега. Сначала из снега образуется «крупчатый» лед – фирн, а затем – глетчерный лед. В строении ледника выделяют области питания, стока и разгрузки. Под давлением собственного веса происходит пластическое течение льда. Из-за наравных скоростей течения в разных частях ледника в его теле образуются трещины – кривасы. В зоне разгрузки происходит уменьшение массы ледника – абляция, в результате его таяния и сублимации. Типы ледников 1. Покровные (материковые). Ледниковые щиты или плато. 98,5% площади современного оледенения 2. Горные, по условиям питания и стока: • Долинные: простые и сложные; • Переметные; • Каровые; • Висячие 3. Промежуточные (полупокровные и предгорные). Айсберги Айсберг –плавучая ледяная глыба, отколовшаяся от ледника и выступающая над уровнем воды. Формы айсбергов: • Столовые айсберги (шельфовые ледники); • Нестоловые айсберги (выводные ледники). Надводная и подводная части айсберга: zρ3 = (z + h)ρ4 , где z – осадка, h – высота, ρ3 – плотность морской воды, ρ0 – плотность льда. В среднем над поверхностью воды находится 10 – 25% от общего объема айсберга. 127 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Горное оледенение Ледники – важный ландшавтообразующий фактор. При накапливании снега в углублении рельефа, начинается образование ледника. Ледник сам себе создает кар (углубление): при таянии вода просачивается в породу, а при замерзании разрушает ее. Остатки разрушенных пород могут быть вынесены из углубления при таянии и стекании ледника. Таким образом висячий ледник может становиться каровым. (рисунок 11.13.) Долинный ледник – это ледник набравший массу и выплеснувшийся из своего кара. Рис. 11.13. Типы горных ледников. 128 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.14. Строение горного долинного ледника. 1 – область аккумуляции, 2 – область движения, 3 –область разгрузки. Морены: 4 – конечная, 5 – срединная, 6 – донная, 7 – ригель, 8 – снег, 9 – кривассы (трещины). Морены – материал переносимый ледником, ледниковые отложения. Геологическая деятельность ледников Разрушительная деятельность: • • экзарация – разрушительная деятельность ледника, при его движении; нивация – разрушительная деятельность снега при таянии и повторном замерзании. Формы рельефа: • • • • • • • ареты, нунатаки (хорны), бараньи лбы, курчавые скалы, кары (цирки), троги, фьорды. Транспортная и аккумулятивная деятельность ледников Морены: движущиеся поверхностные; a) боковые, б) срединные. внутренние; донные. Морены: отложенные основная; абляционная; конечная. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 129 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 11.15. Схема динамики накопления основной марены в леднике. Рис. 11.16. Друмлины. Друмлины возникают, когда ледник натыкается на препятствие. Часть переносимого ледником материала оседает, образуя гладкий холм. Рис. 11.17. Камы и озы. Камы и озы образуются при таянии ледников на их поверхности или внутри ледника. Талая вода стекает, собирая осадочный материал (песок, глину) – аккумуляция. Часто эти отложения скапливаются тонкими слоями песок – глина, поскольку летом в более активный период намывается песок, а зимой оседает глина. Оледенение платформенных равнин. Формы рельефа. Локальная зональность ледниковых отложений: 130 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА • • Внутренняя (моренные равнины); Краевая (гляциальные и флювиогляциальные отложения: морены напора, холмисто-грядовый рельеф, озы, камы, ложбины стока); • Внешняя (зандровые равнины, озерно-ледниковые формы). Региональная зональность Русской плиты: • Зона экзарации (форм рельефа ледниковой экзарации, напорные моренные гряды, озера) до широты Санкт-Петербурга • Зона аккумуляции (моренные равнины, друмлины, камы, озы) до границы последнего оледенения Валдайского) • Зандровые равнины (ложбины стока, долинные зандры) до границы максимального оледенения • Перигляциальная зона развития лессов (Украина, южные районы европейской части России). Рис. 11.18. Зандровая равнина. При образовании зандровой равнины конечная морена омывается ручьями, текущими с ледника. Однако потоки этих ручьев не сильные, поэтому из морены подхватывается только песок, и переносится дальше, так образуются зандровые поля и зандровые равнины. 1. 2. 3. 4. Причины оледенений Астрономические (изменение наклона оси вращения Земли к эклиптике; прецессии оси; эксцентриситет орбиты). Циклы Миланковича: 20,40,100 тыс. лет. Эндогенные (Н.М.Чумаков). Крупные циклы совпадают с магматической деятельностью. Деятельность бактерий, поглощающих азот и изменяющих соотношение азота и кислорода, сопровождающееся увеличением свободного кислорода. Глобальные потепления в мезозое (О.Г.Сорохтин). Внешние причины - кометные бомбардировки, создающие парниковый эффект и великие вымирания на Земле (Н.А.Ясаманов). 131 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 12. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ. Общие сведения о мировом океане В состав Мирового океана входят: • • • четыре океана - Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый, окраинные моря, такие как Охотское, Баренцево и др. , внутренние моря, такие как Черное, Средиземное и др. Площадь Мирового океана составляет 70,8 % ее общей поверхности нашей планеты, или 361 млн. км^2. Южное полушарие является более «океаническим» , его водная поверхность составляет 80,9% , в Северном полушарии океанические и морские воды занимают 60,7%, площади. Свойства морской воды 8% всех вод теплее +10℃, 50% холоднее 2,3℃. Термоклин – зона резкого изменения температуры в верхней части водной массы океана. Рис. 12.1. Зависимость температуры от глубины. 132 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.2. Средняя температура поверхности мирового океана, январь. Плотность: Плотность зависит от солености и температуры. При +20℃: 𝜌 = 1,0 г⁄см! – для пресной воды, 𝜌 (35‰) = 1,028 г⁄см! – для морской воды. На глубине 5 км 𝜌 = 1,050 г⁄см! . • • Давление: Увеличивается с глубиной: + 1 атмосфера на 10 м. Растворимость: С понижением температуры возрастает растворимость О% и СО% . Максимум СО% содержится в холодных придонных слоях. Химический и газовый состав морской воды В течение фанерозоя (т. е. примерно за 560 млн. лет) объем, состав воды и ее соленость практически не менялись. Состав океанской воды: хлориды (89,1%), сульфаты (10,1%), карбонаты (0,56%). Газы: кислород, углекислый газ, азот, сероводород. 133 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.3. Плотность поверхностных вод в океанах. Рис. 12.3. Соленость поверхностных вод в океанах. Движения воды в мировом океане Существует 4 основных типа движения морской воды: • • • • Течения; Приливно-отливные движения; Волновые движения; Апвеллинг и сулой. Поверхностная циркуляция воды и поверхностные течения зависят от циркуляции воздушных масс в нижних слоях атмосферы. 134 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.4. Поверхностные течения мирового океана. В результате влияния вращения Земли (сила Кориолиса) в Северном полушарии все течения отклоняются вправо, а в Южном – наоборот, влево. Любая дифференциация в плотности воды тут же вызывает ее движение. Если где-то плотность стала меньше, вода устремляется туда. Поэтому любая причина, изменяющая плотность, вызывает движение воды. Рис. 12.5. Распределение течений воды в продольном разрезе Атлантического океана. Холодные воды располагаются в глубоких частях океана. 1 – теплая вода, холодные воды: 2 – антарктические, 3 – арктические. Контурные течения возникают в результате вращения Земли, воды утыкаются в континенты и омывают их. 135 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.6. Приливно-отливные течения. Апвеллинг – подъем холодных вод на поверхность в силу различных причин: деятельность ветра, действие ускорения силы Кориолиса, разница в плотности воды, дивергенция течений и др. Рис. 12.7. Апвеллинг. Рис. 12.8. Волновые движения морской воды. 136 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис.12.9. Образование разрывного течения – сулоя. Рельеф дна мирового океана К основным формам рельефа океанского дна относятся: • • • Срединно-океанские хребты; Континентальные окраины; Глубоководные (абиссальные) котловины. Было выявлено, что океан не плоская ванная, на дне существует рельеф. Рис.12.10. Гипсографическая кривая и обобщенный профиль дна океана. 137 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.11. Особенности строения дна Атлантического океана. Рис. 12.12. Схематическое строение впадины Атлантического океана. 1 –срединно океанический хребет, сложенный преимущественно породами второго и третьего слоев океанической коры (базальты и гипербазиты), 2 – абиссальные котловины: полный разрез океанической коры с верхним осадочным слоем, 3 – окраины материков с утоненной континентальной корой (шельф, континентальный склон и его подножие). Срединно-океанские хребты (СОХ) Срединно-океанские хребты имеют протяженность 60 тыс. км. Это хорошо выраженное поднятие, возвышающееся над дном в среднем на 2 км, их ширина достигает 1000 км. 138 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.13. Характерные профили рельефа рифтовой зоны срединно-океанских хребтов с различными скоростями спрединга. ВТП – Восточно-Тихоакеанское поднятие, САХ – Срединно – Атлантический хребет. Континентальные окраины Континентальные окраины подразделяются на: • • Окраины Атлантического типа или пассивные; Окраины Тихоокеанского типа или активные. Пассивные континентальные окраины – это погружающиеся края континентов. • • Вулканизм и сейсмичность отсутствуют. Данный тип окраин характерен для Атлантического, Ледовитого океана. Они включают: Шельф – окраина континента до глубины 200, реже 500 м. Континентальный склон – ниже уступа шельфа. Его крутизна колеблется от 5 до 7°. Континентальное подножие – зона сопряжения склона с ложем океана. Рис. 12.14. Строение пассивной континентальной окраины. 139 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Активные континентальные окраины – характеризуются высокой сейсмичностью и вулканизмом, состоят из: Шельфа; Континентального слона; Впадины окраинного моря (Охотское, Южно-Китайское и др.); Островодужного поднятия – цепи вулканических островов; Глубоководного желоба – узкая впадина (от 5 до 10 -11 км). Из известных 35 желобов – 28 приурочены к впадине Тихого океана. Активные континентальные окраины подразделяются: 1. Андский тип – горное сооружение граничит с узким шельфом и крутым континентальным склоном. От ложа океана склон отделен системами разломов и глубоководным желобом. Рис. 12.15. Андский тип континентальных окраин. 2. Тихоокеанский, или островодужный, тип – включает шельф, континентальный склон, окраинное море, островную дугу и глубоководный желоб. Рис. 12.16. Островодужный тип континентальных окраин. Глубоководные котловины 140 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Глубоководные котловины, глубиной 5 - 6 км, расположены между континентальными окраинами и срединно-океанскими хребтами. Представляют собой плоские равнины или осложнены подводными возвышенностями и вулканами. Геологическое действие волн Абразия (от лат. абразио – сбриваю) – это разрушительная работа волн. Абразия ярко проявляется у обрывистых берегов. Обусловлена гидравлическим ударом, растворением и выщелачиванием горных пород. Разрушительную деятельность волн усиливают содержащийся в морской воде обломочный материал и пузырьки воздуха, которые лопаются и возникает перепад давлений в десятки раз превышающие абразию. Особенности и признаки развития абразионного процесса определяются влиянием геологических, геоморфологических, гидрогеологических, техногенных и других условий. Абразия: • Механическая • Химическая • Термическая Волны не только разрушают берег, но и способствуют аккумуляции материала, формируя пляжи, бары, косы и т.д. Рис. 12.17. Основные элементы рельефа абразионного берега: I, III - стадии отступания берега. 1. Клиф (обрыв), 2. Волноприбойная ниша, 3. Пляж, 4. Бенч или берма, 5. Прислоненная подводная аккумулятивная терраса. Методы борьбы Чтобы уменьшить абразию берега, необходимо в первую очередь защитить от размыва пляж, так как его ширина будет влиять на величину размыва. Для этого возводят различные искусственные сооружения, сдерживающие активность волн и течений: защитные стенки, перемычки, облицовки, волнорезы и дамбы. 141 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.18. Установка рифоболов. Осадконакопление в морях и океанах По происхождению различают осадки следующих типов: • • • • • Терригенные Биогенные Хемогенные Вулканогенные Металлоносные Рис. 12.19. Источники обломочного материала. Терригенное осадконакопление Характер терригенного осадконакопления определяется глубиной. Выделяются: 1. Литоральные (прибрежные) осадки формируются в прибрежной зоне – на пляжах, покрывающихся водой во время приливов, это – глыбы, гравий, галька, разнозернистые пески 2. Неритовые (сублиторальные) осадки – накапливаются в пределах шельфа, это – в основном песчано-алевритовый материал. 142 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 12.20. Аккумулятивные прибрежные формы рельефа. 3. Батиальные осадки формируются за счет сползания осадков с бровки шельфа за счет гравитационных (турбидных) потоков, из которых отлагаются флишевые толщи с высокой скоростью осадконакопления (более 1 м за 1000 лет) – лавинная седиментация. 4. Абиссальные осадки – развиты глубже 4 км и представлены красными и коричневыми пелагическими глинами. Красные океанические глины накапливаются 1 мм за 1000 лет. Биогенное осадконакопление Роль биогенного осадконакопления огромна. Количество осажденного биогенного материала сопоставимо с количеством материала, поступающего с суши. Органический мир морей и океанов: • • • Бентос – организмы, живущие на дне (98%); Нектон – свободно плавающие организмы (рыбы, киты и др.); Планктон – пассивно плавающие организмами, переносимые течениями. Известковые илы. Кальцитовые фораминиферы растворяются сильнее всего в придонных водах, на глубинах более 4 км. Существует понятие - глубина карбонатной компенсации – граница, разделяющая карбонатосодержащие и полностью бескарбонатные осадки. Поэтому ниже этой границы известковые илы не образуются. Карбонатные породы: мел, известняк. Кремнистые илы. Наиболее распространенными организмами с кремнистым скелетом являются диатмовые и некторые другие водоросли и радиолярии. 143 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Кремнистые радиолярии растворяются в поверхностных слоях океана, богатых кислородом, глубже растворимость уменьшается. Наиболее богатые кремнеземом осадки распространены в высоких широтах, где распространены холодные воды. Кремнистые породы : диатомит, трепел, опока. Рифовые образования Атолл – коралловый рифовый остров круглой формы с лагуной в середине. Коралловые рифы растут со скоростью до 2,5 см/год. Рис.12.21. Образование атолла. Хемогенное осадконакопление Хемогенное осадконакопление свойственно полузакрытым морским бассейнам – лагунам, заливам. Здесь формируются эвапориты (каменная соль, сильвин, гипс, мирабиллит, сода и др.). На дне океанов накапливаются железомарганцевые конкреции, фосфориты и полигенные красные глины. • • • • • • • • • • Хемогенные и хемобиогенные породы; Глинистые – глины, суглинки, супеси; Глиноземистые – бокситы, латериты; Карбонатные – известняки, доломиты, сидериты, травертины, мергель; Кремнистые – диатомит, трeпел, опока, кремни и яшмы; Соляные – каменная соль, сильвинит; Сульфатные – гипс, ангидрит; Железистые – железомарганцевые конкреции; Фосфатные – фосфориты; Каустобиолиты – горючие сланцы, торф, бурый и каменный уголь. Вулканогенное осадконакопление Вулканогенные осадки образуются в основном путем осаждения пирокластического материала, главным образом вулканического пепла, выброшенного 144 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА при извержениях на суше, а также за счет поступления поствулканических растворов на океаническое дно (яшмы, кремни, сульфиды, сульфаты и др.). Гидротермальное осадконакопление Металлоносные осадки образуются из высокотемпературных растворов в рифтовых зонах океанов. Гидротермальные растворы образуются из морской воды, проникший в базальты, профильтрованные сквозь них, нагретые и вышедшие на поверхность океанического дна рифта в виде горячих уже рудоносных растворов. Гидротермальные постройки имеют вид башен, высотой в первые десятки метров, из которых выходят струи черного или белого цветов. Их называют черными или белыми курильщиками. Рис. 12.22. Схема строения «черного курильщика». Рис. 12.23. Гидротермальная система срединноокеанического хребта. Диагенез Диагенез –процесс перехода осадка в водную породу. В состав первичного морского осадка входят: 1. Иловые частицы; 2. Химически осажденные вещества; 145 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 3. Органические вещества; 4. Остаточные воды (иловые растворы), заполняющие поры осадка. Это неуравновешенная и неустойчивая в физикохимическом отношении смесь. Совокупность природных процессов преобразования обводненных рыхлых осадков в горную породу называется диагенезом. Процессы диагенеза включают: 1. Растворение и удаление из осадка малоустойчивых минералов. 2. Образование новых минералов в соответствии с новой физико-химической обстановкой. 3. Перераспределение отдельных веществ и образование цемента и конкреций. 4. Уплотнение и уменьшение влажности. 5. Цементация и перекристаллизация. 146 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 13. СТРАТИГРАФИЯ И ГЕОХРОНОЛОГИЯ Для прямых наблюдений доступна только часть верхней твердой оболочки Земли – земная кора. Рис. 13.1. Мощность земной коры. Земная кора сложена различными горными породами магматического, метаморфического и осадочного происхождения. Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры в результате: 1. переотложения продуктов разрушения различных горных пород (обломочные зерна), 2. химического выпадения осадка из воды (хемогенные зерна), 3. жизнедеятельности организмов (биогенные зерна), 4. действия всех этих процессов одновременно. Из осадочных горных пород добывают около 90 % всех полезных ископаемых, в том числе 100% газа, нефти и каменного угля. Осадочные породы отсутствуют только: • на щитах древних платформ континентов, • в осевых зонах некоторых срединно-океанских хребтов. Стратисфера – слоистая осадочная оболочка Земли. Э. Зюсс. 147 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 13.2. Соотношение магматических, метаморфических и осадочных горных пород в объёме земной коры и на её поверхности. Рис. 13.3. Стадии осадочного процесса. Моря и океаны – главные области накопления осадков. Накопление осадков в океане идёт под действием силы тяжести. Главные области накопления осадочного материала - шельф и подножие материкового склона. Осадочный материал в океане накапливается практически горизонтально и более или менее ровными слоями, поскольку Углы наклона дна на шельфе - 1-1,5° , на материковом склоне - 3-7° , на материковом подножии - 3-5°, т.е. довольно небольшие. Основное свойство осадочных пород – делиться на слои. Слой - трёхмерное геологическое тело, сложенное обычно осадочной породой, которое имеет большую площадь и относительно малую мощность (толщину). Слой ограничен сверху и снизу поверхностями раздела (кровлей и подошвой), отделяющими его от соседних слоёв (поверхности наслоения или напластования). Кратчайшее расстояние между подошвой и кровлей слоя называют его истинной мощностью. 148 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Любое другое расстояние между подошвой и кровлей слоя представляет собой видимую мощность. Если в обнажениях наблюдается лишь часть слоя, тогда как другая его часть уничтожена эрозией, тогда говорят о неполной мощности слоя. Граница между двумя слоями практически всегда соответствует перерыву в отложении осадка, а часто и изменению состава осаждающегося вещества. Причины появления перерывов или резкого изменения характера накопления осадков: 1. Сезонные климатические изменения (осадки наземных бассейнов или участков моря, где осадки образуются за счет приноса реками); 2. Резкие изменения погоды (прибрежные осадки - штормы, на суше - песчаные бури, дождливые периоды и т.д.); 3. Изменение гидродинамических условий (изменение морских течений, половодья, миграция русел рек и т.д.); 4. Колебания уровня моря (шельф и отчасти континентальный склон); 5. Бурное размножение или массовая гибель морских организмов (скопление на дне скелетных образований); 6. Тектонические движения - наиболее важная и распространенная причина возникновения слоистых толщ. Геология - наука историческая! Главная задача геологии – построение истории развития Земли. Для того, чтобы выстроить события в определённой последовательности нужна шкала времени! Время в геологии Н. Стено: • • • • «Слои Земли в отношении места и способа происхождения сходны с теми слоями, которые отлагают бурные воды моря»; «Слои Земли принадлежат к осадкам из жидкостей»; Слои первоначально отлагаются горизонтально, и их подошва и кровля являются параллельными; Принцип последовательности напластования: каждый слой образовался путём осаждения из жидкости, и во время его образования вышележащие слои еще не существовали. 149 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 13.4. Схема последовательности накопления слоев осадочных пород. Молодые – выше. У геологии появилась возможность сравнивать события по принципу относительного времени - раньше или позже! Нижние слои в разрезе образовались раньше верхних, и геологические или биологические события, следы которых сохранились в них, естественно и произошли раньше. А как определить, что события в прошлом происходили одновременно? Для этого надо сравнить разрезы между собой: 1. По литологическим признакам ( по сходной последовательности смены однотипных по составу отложений в разрезе); 2. Маркирующий горизонт - слой пород, обладающий широким распространением и признаками, позволяющими легко выделить его в разрезе среди других пород. При изучении слоев пород У. Смит заметил, что при переходе от одного слоя к другому некоторые виды окаменелостей исчезали, тогда как другие переходили в последующие горизонты, т. е. набор окаменелостей от слоя к слою изменялся. Знаменитый вывод У. Смита: «природа отвела каждому классу (организмов) свой собственный слой» ⟹ слои можно распознавать и сравнивать между собой по содержащимся в них органическим остаткам. Расположил коллекцию ископаемой фауны в определенной последовательности, начиная с окаменелостей самых нижних слоёв, и заканчивая окаменелостями из самых верхних слоёв. Смит установил стратиграфическую (возрастную) последовательность слоёв в районе г. Бата и пришел к выводу, что слои с одинаковыми комплексами органических остатков являются одновозрастными. Общая статиграфическая шкала 20-40-е годы XIX в. (1822-1841) - «Героическая эпоха» в истории геологии: На основе изучения разрезов Англии, Франции, Бельгии, Германии и Европейской России были выделены по существу все системы фанерозоя, занимающие определенное положение в разрезе. 150 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 13.5. Последовательность пластования осадочных формаций. Системы - комплексы пород, выделенные на основании последовательности залегания отложений, наличию явных границ между ними, их состава и содержащихся в них окаменелостей. Системы отражают естественную последовательность образования толщ осадочных горных пород. В 1840-1841 гг. Дж. Филлипс предложил объединить породы от кембрия до перми, содержащие органические остатки первого крупного этапа эволюции органического мира, в палеозой (от греч. древний, греч. - жизнь) как эру древней жизни. Им же были предложены термины мезозой (средний) эра средней жизни, и кайнозой (от греч. kainós - новый) эра новой жизни, в их современном историкобиологическом смысле. Дальнейшее изучение разрезов, содержащих окаменелые органические остатки, позволило сделать следующие выводы: 1). Вертикальный разрез осадочных пород на всех континентах имеет одну и ту же последовательную смену ископаемых организмов от примитивных форм к всё более сложным высокоорганизованным. 2). В процессе эволюции любой биологический вид, род, раз возникнув, пройдя свой путь развития и исчезнув, больше никогда в более позднее время не появляется. Принцип прерывисто - непрерывного и необратимого развития органического мира лежит в основе палеонтологического (биостратиграфического) метода расчленения и сопоставления разрезов. Каждому отрезку геологического времени отвечают характерные только для него растения и животные. Принцип Смита-Гексли, или закон фаунистических и флористических ассоциаций: слои, содержащие ископаемые остатки одних и тех же видов животных и растений, образовались в одно и то же время. Позволяет синхронизировать между собой слои, залегающие в разных местах. В 1881 Утвердили иерархию основных стратиграфических подразделений и за ними закрепили единые для всех стран названия. Интервалы времени, в течение которых формировались стратиграфические подразделения, получили названия геохронологических подразделений: для групп (эратем) - эра, систем - период, отделов - эпоха, ярусов - век. 151 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Строение стратисферы похоже на капусту. В любой точке Земли стратиграфическая летопись, отраженная в породах, никогда не бывает непрерывной и полной. Она обычно прерывается многочисленными перерывами и несогласиями. Итог: 1. Шкала геологического времени построена на основе чередования уникальных геологических событий в истории Земли, сменявших друг друга в направлении от прошлого к настоящему, выстроенных в относительной последовательности «раньше позже». 2. Шкала геологического времени - это шкала событийная. Она ничего общего не имеет с привычной шкалой астрономического времени, основанной на периодически повторяющихся наблюдаемых событиях вращения Земли вокруг оси (сутки) и её обращения вокруг Солнца (год). 3. Геологическое время не имеет размерности и числового выражения. В настоящее время для определения радиометрического возраста всех типов горных пород и минералов применяют изотопно-геохронологические методы датирования. В их основе лежит явление естественной радиоактивности, открытое в 1896 году Анри Беккерелем. Суть явления: Атом урана нестабилен: он испускает энергию (потоки частиц) и со временем превращается в атом свинца - устойчивого элемента, не подверженного дальнейшим превращениям. Реакция такова, что скорость ядерного распада абсолютно постоянна, и никакие внешние факторы (температура, давление) на нее не влияют. Если порода остается нераздробленной, то все атомы свинца (в которые постоянно превращаются атомы урана) остаются внутри породы, и в результате уран все более "загрязняется" свинцом. Внешние факторы не влияют на скорость процесса, степень "загрязнения" будет зависеть только от времени, в течение которого порода оставалась монолитной. На этом основании в 1902 году П. Кюри и Э. Резерфорд независимо друг от друга предложили способ использования радиоактивного распада в качестве измерителя геологического времени. Формы залегания осадочных горных пород Первичное горизонтальное залегание может быть нарушено в результате действия различных сил возникают вторичные или нарушенные формы залегания осадочных горных пород. Происхождение сил может быть различно. Подавляющее большинство вторичных форм залегания горных пород результат тектонических движений, т.е. перемещений материала земной коры, вызванных тектоническими силами. Горные породы, как в общем объёме, так и каждая частица, слагающая слой, сопротивляются нагрузкам. Пытаются вернуться в первоначальное положение. В породе возникают напряжения! 152 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Напряжения приводят к изменению не только формы или объёма горных пород (или того и другого одновременно), но и к изменению взаимного расположения частиц, из которых состоит порода, т.е. к деформации. Рис. 13.6. Зависимость напряжения σ от удлинения ε. А – предел упругости, С – предел прочности. Упругая деформация - деформация твердых тел, полностью исчезающая после снятия нагрузки, когда деформируемое тело восстанавливает первоначальную конфигурацию. Пластическая деформация - деформация твердых тел остающаяся после снятия нагрузки. Горные породы в той или иной степени обладают свойством пластичности При больших давлениях и длительном воздействии горные породы могут пластически деформироваться или даже течь. Деформация - процесс, который приводит к: 1). Нарушению первичной горизонтальной формы залегания осадочных горных пород; 2). Образованию вторичных (нарушенных) форм залегания осадочных горных пород – дислокаций. Дислокации - результат процесса деформации. Совокупность различных тектонических дислокаций - тектоническая структура. Вторичные формы залегания осадочных горных пород (тектонические дислокации): 1. Наклонное (моноклинальное) залегание; 2. Флексуры – ступенеобразные изгибы; 3. Складчатое залегание (складчатые дислокации) – изгиб слоя без разрыва его сплошности; 4. Трещинные и разрывные тектонические нарушения Моноклинали, флексуры и складки - это дислокации, которые происходят без разрыва сплошности слоев, т.е. образуются в результате пластических деформаций. Трещины и разрывы сопровождаются нарушением сплошности слоёв, т.е. являются результатом деформаций разрушения. 153 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 13.7. Основные элементы складки. 1. Замок складки; 2. Крыло складки; 3. Ядро складки; 4. Угол складки 5. Осевая поверхность складки; 6. Ось складки; 7. Шарнир складки. В самом общем виде все складки делятся на антиклинальные и синклинальные. Антиклиналь - складка, ядро которой сложено более древними горными породами по сравнению с возрастом пород на ее крыльях. Синклиналь - складка, ядро которой сложено более молодыми горными породами, а крылья – более древними. Классификация складок в разрезе 1. По положению в пространстве осевой поверхности; 2. По углу между крыльями складки; 3. По форме замков складок; 4. По соотношение мощности слоев в ядре и на крыльях складки. 1. По положению в пространстве осевой поверхности выделяют: A). Прямые (симметричные) складки с вертикальной осевой поверхностью и одинаковыми углами падения крыльев в противоположные стороны Рис. 13.8. Симметричная складка. Б). Наклонные (асимметричные, косые) складки с наклонной осевой поверхностью и разными углами падения крыльев в противоположные стороны. 154 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 13.9. Наклонные складки. B). Опрокинутые складки с наклонной осевой поверхностью и крыльями, падающими в одну и ту же сторону разрез. В опрокинутых складках различают нормальные и опрокинутые (или подвернутые) крылья. В нормальном крыле молодые отложения располагаются выше древних. В опрокинутом (подвернутом) - древние породы залегают выше молодых. Рис. 13.10. Опрокинутые складки. Г). Лежачие складки с горизонтальным положением осевых поверхностей. Рис. 13.11. Лежачие складки. Д). Ныряющие складки с осевой поверхностью, изогнутой до обратного падения. Рис. 13.11. Ныряющие складки. 155 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Разрывные дислокации в горных породах нарушают сплошность слоёв, т.е. являются результатом деформаций разрушения, превышающих предел прочности пород. Разрывные дислокации разделяются на две основные группы: разрывы без видимого смещения (трещины) и разрывы со смещением (разрывы). Разделение условно, так как разрывов совершенно без всякого смещения блоков пород существовать не может. Разрыв - поверхность или зона в горных породах, по которой произошло перемещение разделяемых этой поверхностью (зоной) блоков. Для формирования разрыва со смещением необходимо преодолеть не только силу сцепления между зернами породы (предел прочности), но и силу трения между образовавшимися блоками. Среди разрывных смещений в зависимости от пространственного положения зоны разрыва и от направления смещения блоков выделяется шесть основных типов: раздвиги, сбросы, взбросы, надвиги, покровы, сдвиги. Основные группы разрывов: 1) раздвиги; 2) разрывы со скольжением. 156 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ЛЕКЦИЯ 14. ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ Эволюция геотектонических взглядов К середине XVIII в. сложились две основные тектонические гипотезы: • нептунизм, согласно которому, все горные породы, включая и вулканические, считались произошедшими из водных осадков, • плутонизм считавший вулканизм главной причиной образования и преобразования земной коры. Во второй половине XIX в. на первый план выходит контракционная гипотеза, основанная на космогонии Канта-Лапласа о первично раскаленной Земле, она объясняла тектонические деформации сжатием Земли и ее оболочек при охлаждении. На рубеже XIX - ХХ вв. возникло учение о геосинклиналях - горные системы возникают на месте ранее существовавших крупных прогибов – геосинклиналей. Пульсационная гипотеза, предложена в начале ХХ в. и состоит в том, что на протяжении многих миллионов лет объем Земли периодически изменялся, эпохи расширения с заложением прогибов чередовались с эпохами сжатия и горообразования. В 20-ых годах ХХ в австрийский геофизик А. Вегенер (1880 -1930) предложил гипотезу дрейфа континентов, согласно которой положение континентов на земном шаре не является неизменным. Выводы А. Вегенера основывались на: 1. предположении существования различий в строении континентальной и океанической коры, 2. сходстве береговых очертаний материков Южной Америки и Африки, 3. общности органического мира и климата в прошлом в пространственно разобщенных в настоящее время регионах мира. Он сделал вывод о том, что раньше существовал суперматерик Пангея (от греч. Πανγαία – всеземля, единая земля, или pan - все и ge земля), возникший около 220 миллионов лет назад, распад которого начался в юрском периоде 180 млн. лет назад и продолжается до настоящего времени. То есть, материки находятся в постоянном движении, или дрейфуют. 157 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 14.1. Сопоставление контуров континентов и совмещение структур на краях Африки и Ю. Америки. Рис. 14.2. Распад Пангеи Вегенера. Положение материков: а) 180 млн. лет назад; б) 135 млн. лет назад; в) 65 млн. лет назад; г) современное. 158 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Плитно-тектоническая революция 60 -70 х годов XX века Итак: в первой трети ХХ сложилось два направления тектонических построений– фиксизм, учение о неизменном, фиксированном, положении, континентов, допускающим только их вертикальное перемещение и мобилизм, утверждающий возможность не только вертикального, но и горизонтального перемещения континентов. Возрождение идей мобилизма Исследования дна океана в середине ХХ в привели к открытию системы срединно-океанических хребтов. Это позволило американскому ученому Г. Х. Хессу предложить концепцию расширения океанов, которое другой американский исследователь, Р. С. Дитц, впервые назвал спредингом (от англ. spreading – распространение) ложа океанов. В центральной рифтовой зоне срединно-океанических хребтов горячая мантийная масса за счет конвективных течений поднимается вверх и, расталкивая части хребта, наращивает океаническую кору. Однако, земная кора не может разрастаться без компенсирующего сокращения, т. к. размеры Земли в целом остаются неизменными. Кроме того, не было обнаружено океанической коры древнее 180 млн. лет. Следовательно, должны существовать области поглощения океанической коры. Такие области, названные зонами субдукции (от лат. sub — под и ductio — ведение, проведение), были установлены вдоль глубоководных океанических желобов, по краям Тихого океана и на востоке Индийского океана. Непрерывное эхолотирование позволило обнаружить срединно-океанические хребты (СОХ). Рис. 14.3. Современная система срединно-океанических хребтов. 159 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 14.4. Измерение высот поверхности океана радиолокационным высотомером с точностью 50 мм. Невозмущенная поверхность океана отражает рельеф океанского дна. Строение океанической коры проще, чем континентальной. (рисунок 14.5.) • Верхний слой (1) - осадочные породы, химический состав которых хорошо известен. • 2-ой слой - базальты и дайки долеритов (известно по данным бурения и драгирования). • 3-й слой - породы типа габбро и перидотитов (по геофизическим данным) Континентальная кора • 1-ый слой - осадочный; • 2-ой слой - гранито-гнейсовый; • 3-ий гранулито-базитовый. Так 1 и 2 слои доступны для непосредственных наблюдений, бурения и геофизических исследований; 3 слой выделяется по данным геофизики, его конкретный состав не известен. Возраст континентальной коры до 4 млрд. лет. Возраст океанской коры до 180 млн. лет. Было установлено, что по мере удаления от СОХ происходит увеличение возраста пород (в млн. лет) по направлению от зоны спрединга в СрединноАтлантическом хребте. Также было получено представление о спрединге и о магнитных аномалиях. 160 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 1) 2) Рис. 14.5. Океаническая кора – 1, континентальная кора - 2. Рис. 14.6. Строение земной коры и верхней мантии. Позже возникло представление о субдукции. Земная кора не может разрастаться без компенсирующего сокращения. Кроме того, не было обнаружено океанической коры древнее 180 млн. пет. Следовательно, должны существовать области поглощения океанической коры. Кроме того, заметили, что зоны сейсмической активности находятся на какой-то одной пластине. Т.е. под Японскими островами существует зона, которая является контуром для чего-то, эта зона и является местом поглащения коры. Это зона ВадаттиБеньофа-Заварицкого. На основании этих зон и были выделены современные литосферные плиты. 161 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Рис. 14.7. Главные тектонические типы зон субдукции. Рис. 14.8. Схема размещения эпицентров землетрясений на поверхности Земли. Основные положения теории тектоники литосферных плит 1. В составе верхней части Земли выделяются две разные по своим физическим свойствам оболочки: литосфера - относительно жесткая и хрупкая, и астеносфера – пластичная и подвижная. 2. Литосфера разделена на литосферные плиты, границы которых маркируются глубинными разломами, очагами землетрясений и вулканизма. Выделяется 7 крупных, 7 средних и несколько десятков мелких плит. Более 90% поверхности Земли покрыто 14 -ю плитами: Антарктическая, Евразийская, Северо. Американская, Тихоокеанская, Южно-Американская, Австралийская, 162 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Африканская, плита Наска, Индостанская, Аравийский Филиппинская, плита Кокос, плита Скотия, Карибская. субконтинент, Рис. 14.8. Литосферная плита. 3. Толщина литосферных плит меняется от 150 -300 км под континентами и от первых км до 90 км под океанами. В строении плит устанавливается кора обоих типов, только отдельные плиты сложены только океанической корой, например, Тихоокеанская, Наска и Скотия. 4. Литосферные плиты находятся в постоянном движении, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Внутренние части плит тектонически стабильны, практически лишены сейсмичности и магматизма, границы плит характеризуются высокой тектонической, сейсмической и магматической активностью. 5. Границы между плитами бывают трех типов: а) дивергентные (от лат. divergere расхождение), конвергентные (от лат. convergere – приближаться) и трансформные. 5. 1. На дивергентных границах происходит расхождение плит, или спрединг (от англ. spreading – распространение) например, раскрытие Атлантического океана. 5. 2. На конвергентных границах происходит их сближение и взаимодействие: субдукция - погружение одной плиты¸ как правило океанической, под другую, как правило, континентальную, например, Тихоокеанской плиты под Евразийскую и Северо-Американскую плиты; или коллизия (от англ. collision столкновение) – взаимодействие двух континентальных плит приводящее к орогенезу (горообразованию), например, возникновению Гималаев. Иногда возникает обдукция (от лат. оb — над и ductio — ведение) - надвигание океанической литосферы на континентальную, например, на востоке Аравийского полуострова. 5. 3. На трансформных границах (от лат. transform - преобразовывать) происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой вдоль глубинных трансформных разломов, без наращивания или сокращения земной коры. 163 КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС ДЛЯ БИОЛОГОВ РОМАНОВСКАЯ МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА 6. Одной из наиболее вероятных причин движения литосферных плит является конвективное перемещение вещества в мантии. В недрах Земли в результате эндогенных процессов тепло- и массопередачи (конвекции), а также в результате вращения Земли, возникают определенные ячейки циркуляции мантийного вещества, которые увлекают за собой жесткие литосферные плиты. Конфигурация этих ячеек меняется во времени, в результате чего процесс скучивания, сборки, континентов в один суперконтинент, сменяются процессом его распада. 7. В тектонической истории Земли насчитывается не менее 4 -х суперконтинентов, последний из них называется Пангея-3 (или Пангея Вегенера). Процесс образования и распада суперконтинентов носит периодический характер и происходит на протяжении протерозойско-фанерозойской истории Земли каждые 550 - 600 млн. лет, так называемый цикла Вильсона. Будущему гипотетическому суперконтиненту, в который гипотетически через 200 - 300 млн. лет сольются существующие сейчас материки дано имя Пангея Ультима (от лат. ultimа - последняя), или Амазия (Америка+Азия). 164 ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА
