«О. М. Морина, А.М. Дербенцева, В.А. Морин НАУКИ О ГЕОСФЕРАХ Учебное пособие Владивосток Издательство Дальневосточного университета 2008 2 УДК 551 (075) ББК 26 М 79 Научный редактор Л.Т. Крупская, д.б.н., профессор ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Тихоокеанский государственный университет

Дальневосточный государственный университет

О. М. Морина, А.М. Дербенцева, В.А. Морин

НАУКИ О ГЕОСФЕРАХ

Учебное пособие

Владивосток

Издательство Дальневосточного университета

2008 2 УДК 551 (075) ББК 26 М 79 Научный редактор Л.Т. Крупская, д.б.н., профессор Рецензенты А.С. Федоровский, д.г.н., профессор В.И. Голов, д.б.н., гл. науч. сотрудник М 79 Морина О.М., Дербенцева А.М., Морин В.А.

Науки о геосферах: учебное пособие. - Владивосток: Изд-во Дальневост.

ун-та, 2008.- 192 с.

ISBN 978-5-7444-2146- Освещены основные сведения об образовании и истории развитии планеты Земля, о современных рельефообразующих процессах. Рассматривается значение почвообразующих пород, биологические факторы в почвообразовании и роль почвы в формировании газового состава атмосферы. Приведен материал о круговороте воды, современных методах исследований атмосферы, условиях формирования климата и погоды цикличности колебания климата и их влиянии на жизнедеятельность человека. Весь материал подобран применительно к охране окружающей среды и экологическим принципам сохранения Земли.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров, специалистов и магистров на дневной, заочной и дистанционной формах обучения по специальности «Охрана окружающей среды».

М ----------------ББК 180(03)- © Морина О.М., Дербенцева А.М., Морин В.А., ISBN 978-5-7444-2146- Введение Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов целостного представления о Земле как о полифункциональной системе, которая развивается как космическое тело, так и по своим внутренним и внешним законам. Задачи курса – изучение твердой, жидкой и газообразной оболочек Земли как комплекса единой геосистемы в их динамическом и циклическом развитии.

В блоке наук геологического цикла, необходимых современным природопользователям, приведены сведения об основных этапах геологической истории Земли, описаны основные эндогенные и экзогенные процессы. В курсе почвоведении изложены основы науки о почве, дан обзор биологических факторов почвообразования, рассмотрены закономерности распределения почв и их использование, а также приведен современный материал по эрозии, загрязнению и бонитировке почв. В курс гидрологии суши включены, кроме основных стандартных разделов по подземным водам, озерам, рекам, ледникам, многолетней мерзлоте, рекам, новые данные материалы по водохранилищам.

В курсе «Метеорология и климатология» глобальный климат рассматривается как статистическая совокупность состояний, которые проходит система «атмосфера - океан - суша - криосфера- биосфера» за многолетние периоды. Основным компонентом климатической системы является атмосфера. Это самая подвижная и изменчивая составляющая системы.

Вторым по важности компонентом является гидросфера, в которой доминирующая роль принадлежит Мировому океану. Суша в целом менее динамична, чем остальные компоненты климатической системы. Криосфера (лед, снег) имеет большое значение в формировании климата.

Биосфера (живое вещество) оказывает активное воздействие на все компоненты климатической системы. Почвы являются основным богатством человечества. Вода, которая может находиться в любых фазовых состояниях (жидком, твердом и газообразном) связывает воедино все компоненты системы.

Динамика климата является одной из важнейших показателей устойчивости биосферы в целом и конкретной территории в частности.

Таким образом, главный ресурс территории в современных экономических условиях – это сама системная организация естественных режимов и взаимосвязей в экосистемах. Поэтому обязательным этапом любых предпроектных территориальных разработок должна стать оценка уязвимости функциональных механизмов территории при хозяйственном воздействии.

Неистощительное природопользование возможно только на базе разработок долгосрочной стратегии, поскольку для оптимального функционирования экосистем необходимы равновесные условия в системе биота - абиотические факторы.

Раздел 1. ГЕОЛОГИЯ 1. Значение геологии в развитии цивилизации Геология – наука, изучающая строение, состав, условия образования и закономерности развития Земли. Слово «геология» происходит от греческого «гео»- земля и «логос» - учение.

Термин был введен в 1675 г. норвежским ученым М.П. Эшольтом. Сама наука существовала давно, и основной ее целью, т. е. объектом изучения, было познание закономерностей формирования и размещения месторождений полезных ископаемых. В течение длительного развития Земли море неоднократно наступало на сушу, и на дне морских бассейнов накапливались различные осадки. В других местах дно моря поднималось, становилось сушей.

Много раз происходили вулканические извержения, землетрясения, возникали одни горные системы и разрушались другие. Сложное взаимодействие геологических процессов приводило к изменению верхней оболочки Земли – земной коры, или литосферы, являющейся предметом изучения геологии. Значение геологии в развитии цивилизации отражено в названиях основных этапов истории человечества и даны по технологическим возможностям обработки природного сырья. Например, палеолит (от греческого палеос – древний и литос – камень) – период примерно от 2 млн. лет назад до 10 тыс. лет до н. э. Это было время использования примитивных каменных орудий, которые изготавливались в основном из кремния, реже из вулканических пород.

Неолитом назван период, начавшийся 10-8 тыс. л. до н. э., когда совершается революция в технологии изготовления каменных орудий, вплоть до сверловки, шлифовки и полировки.

Уже начали использоваться самородные металлы, главным образом – золото для украшений.

Затем, 5-6 тыс. л. до н. э. начался медный век – это время добычи медных руд, их плавки и использования меди. О масштабах горного промысла можно судить по древнему медному карьеру, который обнаружили в Казахстане. Он имел в длину 500 м, ширину 100 м. глубину Бронзовым веком названо время начала 1 тысячелетия до н. э. Для изготовления бронзовых орудий необходимы были более высокие технологии плавки поликомпонентного металла.

Железный век берет отсчет с 1 тысячелетия до н. э. и открывает современную техническую эпоху.

Современная геология, опирающаяся на многовековой опыт познания Земли, представляет огромный практический и теоретический интерес для человека. Одна из основных задач современной геологии – обеспечение человечества минеральными ресурсами немало фактов, подтверждающих это. Так, в 30-х годах И. М. Губкин разработал научный прогноз, благодаря которому были открыты крупнейшие месторождения нефти и газа в предположить их сходство с кимберлитовыми алмазными трубками Южной Африки.

Открытые в 1948 году запасы якутских алмазов разрабатываются по сей день.

2. Основные научные дисциплины геологии Земная кора сложена плотными или рыхлыми минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Наука, занимающаяся изучением горных пород, характеристикой их состава, структуры, условий образования, залегания и изменения называется петрографией (от греч. петра (имя Петр)- скала, камень и графо - пишу, описываю). Она подразделяется на подвергшихся глубокому изменению и преобразованию (рис. 1).

Метаморфические породы образуются под воздействием огромного давления и высоких температур, главным образом в результате погружения на большие глубины при опускании крупных участков земной коры, а так же при контакте магматических интрузий. И еще одна наука - литология – наука об осадочных породах, образованных при разрушении любых ранее механического разрушения горных пород, песчаными, глинистыми. Глины имеют низкую водопроницаемость, что обусловливает их роль как водоупорных горизонтов подземных вод. В Рис. 1. Схема деления геологии тесной связи с осадочными породами находятся такие важные полезные ископаемые, как нефть, газ, уголь.

Горные породы являются сложными природными телами, состоящими из сочетания более простых тел – минералов. Минералами называются природные химические соединения, реже самородные элементы, имеющие определенные химические свойства, выражаемой химической формулой. В настоящее время известно около 3 тысяч различных минералов и их разновидностей. Наука, изучающая минералы, их происхождение, состав, свойства и изменения, называется минералогией. По своему агрегатному состоянию минералы могут быть твердыми, жидкими (вода, ртуть) и газообразными (углекислый газ, сероводород). Главными считаются минералы, количественно преобладающие в составе горных пород, и определяющие ее принадлежность к определенному виду. Второстепенные минералы входят в состав горных пород в незначительном количестве. Порода, состоящая из одного минерала, называется мономинеральной, например, кварц. Порода, состоящая из нескольких минералов – полиминеральной, например, гранит, который состоит из кварца, ортоклаза и слюды.

Большинство минералов имеют кристаллическое строение, т. е. образуют правильные геометрические формы – кристаллы. Наука о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества называется кристаллографией.

Обобщающей наукой о вещественном составе земной коры, опирающейся на достижение кристаллографии, минералогии, петрографии является геохимия, изучающая историю химических элементов, законы распределения и миграции.

Вторым важным направлением является динамическая геология, изучающая процессы, происходящие в глубине Земли и на их поверхности. В зависимости от источников энергии они подразделяются на процессы внутренней динамики, или эндогенные, и процессы внешней динамики, или экзогенные. Изучение некоторых процессов определило развитие ряда наук, таких как тектоника, вулканология, сейсмология, геоморфология. Тектоника (от греч.

тектоника – строительство) изучает особенности строения и развития земной коры, которые определяются перемещением отдельных ее участков, вызываемые внутренними или эндогенными процессами. Частью тектоники является неотектоника, наука, изучающая новейшие тектонические движения земной коры, происходившие в последние 25-30 млн. лет, включая и современные движения.

Вулканология - наука, изучающая процессы вулканизма - а именно, характер извержения вулканов, их строение и состав продуктов извержения.

Сейсмология - наука, изучающая землетрясения, условия их возникновения, и явления, связанные с ними (от греч. сейсмос – трясение).

Геоморфология – наука о рельефе, его происхождении и развитии.

Историческая геология изучает историю геологического развития Земли, выясняет закономерности этого развития, изменения состава органического мира. К разделу исторической геологии относится стратиграфия, палеонтология. Стратиграфия - (стратум по лат. - слой), рассматривает последовательность образования и залегания слоев горных пород и определяет их относительный возраст. Палеонтология изучает ископаемые остатки животных и растительных организмов, окаменелых свидетелей жизни прошлых лет, устанавливает относительный возраст горных пород и в целом геологическую хронологию. Известно, что скопление каменного угля, торфа, нефти, мела, известняков, фосфоритов, многих железных и марганцевых руд – результат жизнедеятельности живых организмов.

Кроме названных и неназванных направлений в геологии, имеется ряд геологических наук, непосредственно связанных с решением практических задач – это прикладная геология.

В своих исследованиях она опирается на достижения перечисленных наук о вещественном составе земной коры, динамической и исторической геологии. К ним относятся: учение о полезных ископаемых, заключающееся в установлении закономерностей формирования и распределения в земной коре различных полезных ископаемых рудных, нерудных, горючих, в поиске и открытии месторождений полезных ископаемых, без которых весьма трудно строить государство с крепкой экономикой. Вторая наука – гидрогеология - наука о подземных водах, об их происхождении, условиях залегания, о динамике, физических и химических свойствах.

Освоение новых территорий под сельское хозяйство, промышленное и гражданское строительство невозможно без знания запасов пресной воды. Кроме того, в задачу гидрогеологии входит поиск минеральных источников, имеющих значение в развитии курортного дела. Третье направление – инженерная геология, наука, изучающая геологические процессы и физико-технические свойства горных пород, их изменение во времени с целью определения возможности строительства на них крупных инженерных сооружений. Ни одно строительство не проектируется без прогноза изменения условий после окончания строительства.

Таким образом, Землю, ее строение и историю развития до настоящего времени изучает комплекс геологических наук.

Контрольные вопросы 1. Определение науки геологии, ее предмет и объект 2. Характеристика неолита и палеолита 3. Характеристика бронзового и железного веков 4. Науки геохимии 5. Науки динамической геологии 6. Науки исторической геологии 7. Науки прикладной геологии 3. История развития геологии Представление о развитии Земли в сказаниях и космогониях. Геология как самостоятельная наука возникла сравнительно недавно, хотя отдельные геологические идеи существовали уже в глубокой древности в сказаниях Индии, Египта, Скандинавии. Одно из самых древнейших сказаний о происхождении мира и Земли сохранилось на обожженных глиняных дощечках с клинообразными письменами, найденных в развалинах древних городов Месопотамии и Халдеи. Это сказание, перешедшее в библию, рисует образование мира и Земли в хронологическом порядке по актам творения, которых различается 6 и они названы «днями творения». В истории развития геологических знаний имело важное сказание о «всемирном потопе», которое также встречается во многих древних рукописях других народов.

Согласно индийской космогонии, Брама, а с ним и весь мир переживает периоды бодрствования и сна, периоды деятельного развития или творчества и периоды бездействия творческих сил, периоды разрушения, уничтожения всего существующего либо всемирным пожаром, либо все затопляющее водою. Акты творения и разрушения повторяются бесконечным числом, и «вечное существо» повторяет их, как бы играя, т.е. вслепую.

Особенный интерес для геолога представляет скандинавская космогония, по сути описывающая явления цикличности, выделяющая периоды оледенения и межледниковья.

Сущность ее такова. Мир, в котором мы живем, существовал не вечно. Он начался когда-то и когда-то закончится. Было время, когда не было ни песка, ни моря, ни неба над нами, было только пространство. В северной части возник источник холода, а в южной – источник тепла, между ними находился источник мудрости. Из страны туманов текли серые волны холода, волны тепла лились из страны тепла. Из их смешения возникли элементы, на которых создался мир, а позже боги и гиганты.

Рожденный бог огня дает людям блага культуры: семена, земледельческие орудия, оружие, научает людей разжигать огонь и пользоваться письменами. При правлении его сыном наступает ужасная зима, ледники и ледяные поля покрывают населенную страну, жатва становится скудной, наступает время бурь, топоров и ножей. Наконец суровая зима проходит, и ледники исчезают. Дальнейшее развития этого сказания касается будущего. Предрекается новое наступление холода, борьба, угасание Солнца, появление подземного огня и разрушение мира.

Древнегреческие гипотезы о происхождении Земли. Представления о происхождении мира и Земли у народов средиземноморья 400-600 лет до н. э. имеют в большей степени философский, чем религиозный характер. Среди разнообразных учений древнегреческих философов определились две группы, получившие название нептунистов и плутонистов.

Нептунисты считали, что все существующее, в т.ч. и Земля, со всем живущим на ней, возникло и возникает из первичной жидкой хаотичной массы, и вновь в нее обратится. Плутонисты видели в огне первичный источник всего существующего. Так, по мнению Гераклита, огонь проникает все, производит из себя предметы и вновь их поглощает, огонь превращается в море, которое в свою очередь, выделяет Землю и жар. Из него образуется Солнце, которое постоянно уничтожается и вновь возникает. Основная их идея: весь мир, хотя и существует вечно, но постоянно изменяется, переживая то периоды разрушения, то периоды созидания. Эмпедокл, живший в 1У в. до н. э., впервые высказывается догадка об огненно-жидком составе ядра Земли. Он считал, что все рождается от четырех элементов или стихий: земля, вода, воздух, огонь, которые не уничтожаются, а постоянно меняются. Демокрит известен как творец учения о постоянно движущихся и вечно неразрушимых атомах. Он имел весьма здравое представление о Вселенной. Согласно его учению, Солнце имеет колоссальные размеры.

Млечный путь состоит из солнцеобразных звезд, число миров бесконечно велико, они медленно изменяются, уничтожаются и вновь возникают. Анаксимандр (родился в 610 г. до н.э.) обосновывает возникновение всех организмов из водной среды и происхождении человека эволюционным путем из других животных. Пифагор, кроме геометрии, занимался тем, что сейчас называется геоморфологией, и учил о постоянных изменениях лика Земли, о борьбе моря и суши и вулканизме.

Наибольшее значение из древнегреческих философов в области геологических представлений приобрел Аристотель (Ш век до н.э.), идеи которого продержались более лет. К сожалению, наиболее ошибочные из них – о возникновении окаменелостей в самих горных породах, получили наибольшее влияние, оказав геологической науке не менее вреда, чем библейское сказание о сотворении мира. Правильные же идеи Аристотеля на геологическую динамику и ее цикличность были забыты.

К концу древних веков относятся творения известного географа Страбона, проявившего замечательную для своего времени проницательность. Он объяснял нахождение морских раковин вдали от моря движением морей, их поднятием и опусканием, из-за чего могут возникнуть не только острова, но и материки. Страбон на 18 веков ранее высказал современную безальтернативную идею о важности вертикальных колебаний земной коры, но его идеи были лишь через 1500 лет, и то частично, приняты Леонардо да – Винчи.

1800 лет было потеряно для изучения истории Земли, хотя время от времени появлялись прекрасные работы, полные верными наблюдениями, они разбивались о массу доктрин и не имели большого успеха.

Основные этапы развития геологии как науки. Англичанин Ч. Листер, живший в 1638годах, не только способствовал изучению окаменелостей, но впервые предложил составление геологических карт. Датчанин Н. Стено, живший примерно в это же время, положил начало учению о дислокации земной коры и перемещениях моря. Г. Лейбниц учил о первоначальном расплавленном состоянии Земли и постепенном отвердении ее. Ж. Л. Бюффон в 1780 году издал свое знаменитое сочинение о происхождении и развитии Земли из расплавленного состояния. По теории Бюффона, планеты, в их числе Земля, составляли часть солнечной массы, от которой были оторваны ударом кометы. Бюффон и Г. Лейбниц говорят об огненном ядре Земли и о всемирном океане, покрывавшим высочайшие горы, утверждая, что этот океан и оставил раковины, находящиеся вдалеке от моря.

Интересно сопоставить «Теорию Земли» Ж.Л. Бюффона, с вышедшим несколько ранее, в 1757 году, сочинении М.И. Ломоносова. Ломоносов гораздо глубже рассматривает историю развития Земли, начиная с описания рельефа, затем дифференцирует рельефообразующие факторы, объясняет движения земной коры внутренними силами. Его работа могла бы послужить прочным основанием для развития геологии, но она осталась неизвестной западноевропейским ученым, да и в России вскоре была позабыта.

Только к концу ХУШ столетия совершается резкий поворот в направлении геологических исследований. Почин в этом отношении принадлежит Готлибу Вернеру, который стал много времени уделять исследованиям в природе, разработал теорию минералогии, в то же время обособил геологию и придал ей огромную популярность как детищу горного дела. Ученик Г.

Вернера – Ренофант, первым занявший при основании Горного института в Санкт-Петербурге кафедру геологии, положил в России начало прочной связи геологии с горным делом. Другой его ученик, А. Гумбольдт, путешествуя по Америке, Европе и Азии, изучая вулканы, систематизируя горные кряжи, указал связь между физическими явлениями и органическим миром, выработал сравнительный метод исследования, и сам блестяще применил его.

В 1807 г. в Англии основалось Геологическое общество с целью изучения страны и сбора геологических материалов. Во Франции применение сравнительного метода по изучению окаменелостей дало возможность Ж. Кювье основать не только сравнительную анатомию, но и обособить палеонтологию, как самостоятельную отрасль геологии. Другими словами, в эпоху Г. Вернера был создан один из важнейших отделов геологии - историческая геология.

Очень схематично предпоследний вековой период можно разбить на 4 главных этапа.

Первый, от 1830 до 1855 гг., всецело связанный с именем Ч. Ляйэля и, помимо разработанного принципа актуализма, по которому изучение законов, управляющих современными явлениями, не только ведет к познанию памятников прошедшего, но и к догадкам о будущих изменениях Земли, он утвердил идею о мобильности Земли.

Второй, от 1855 до 1880 гг. связан с Ч. Дарвином и посвящен преимущественно эволюции и утверждениям правильных воззрений на окаменелости.

Третий, от 1880 по 1905 гг., выдвинул на первый план изучение строения Земли геотектонику, но лишь в части накопления и синтеза фактического материала и связан с именем Эдуарда Зюсса.

Четвертый этап, с 1905 г. и до настоящего времени характеризуется успехами не только геофизики, все больше содействующей познанию свойств и строения не только литосферы, но и всей Земли в целом, но и геохимии, помогающей развивать экономику.

Контрольные вопросы 1. Геологические сказания Месопотамии, Халдеи, Индии 2. Скандинавские космогонии 3. Происхождение Земли по идеям нептунистов и плутонистов 4. Геологические представления Аристотеля и Страбона 5. 4 главных этапа развития науки геологии 5. Роль в развитии геологии Листера, Лейбница, Бюффона, Ломоносова, Гумбольдта 4. Стратиграфическая и геохронологическая шкала На основании данных об органических остатках, о составе и соотношении геологических слоев удалось составить единую стратиграфическую шкалу, в которой все отложения показаны в относительной последовательности. Ее прообразом послужила единая стратиграфическая номенклатура, принятая в 1881 году на Международном геологическом конгрессе, где были утверждены единые для всех стран названия. В 1947 году английский исследователь Артур Холмс опубликовал первую общую шкалу геологического возраста – геохронологическую и стратиграфическую. К настоящему времени она детализирована и продолжает уточняться (табл.1).

Группы (стратиграфическая) или эры (геохронологическая) – наиболее крупные подразделения единой шкалы. Они отражают большие этапы развития Земли и ее органического мира. Границы групп соответствуют важным переломным рубежам в истории органического мира. В настоящее время выделяют 5 групп: архейскую – от греч. археос – самый древний, древнейший; протерозойскую от протерос – первичный; палеозойскую – от греч. палеос - древний, эру древней жизни; мезозойскую - от греч. мезос - средний - эру средней жизни и кайнозойскую - кайнос - новый. Три последние группы объединены в фанерозой, от греч. фанерос – явный, определенный. Индекс групп образован двумя прописными буквами латинского алфавита: AR, PR, PZ, MZ, KZ.

Таблица 1 – Стратиграфическая и геохронологическая таблица (по С. С. Кузнецову) Группы (эры)

КАЙНОЗОЙСКАЯ MZ

(кайнозой)

МЕЗОЗОЙСКАЯ MZ

ПАЛЕОЗОЙСКАЯ

(палеозой)

ПРОТЕРОЗОЙСКАЯ PZ

(протерозой)

АРХЕЙСКАЯ AR

Системы (периоды) объединяют отложения, образовавшиеся в течение одного периода.

На границах смежных систем наблюдаются обновление фауны и флоры. В настоящее время выделено 12 систем, названия большей части которых происходят от тех мест, где они впервые были описаны. Так кембрийская система названа по древнему названию графства Уэльс в Англии, силурийская – по названию древнего кельтского племени силуров, девонская – по графству Девоншир в Англии, каменноугольная или карбон – названа так потому, что с ней связаны залежи каменного угля. Русский термин - пермская – дано по названию бывшей Пермской губернии, ныне Пермской области, где отложения этой системы широко развиты.

Триасовая система называется по отложениям в Европе, которые четко делятся на 3 отдела;

юрская – от Юрских гор в Швейцарии, меловая отличается отложениями белого писчего мела.

Для каждой из них принят определенный цвет изображения на геологической карте, являющийся международным и индекс, образованный начальной буквой названия системы.

Отдел – характеризует отложения, образовавшиеся в течение эпохи. В состав отдела входит несколько ярусов. Название отделам дается по их положению в системе: нижний и верхний при двучленном делении системы; нижний, средний и верхний – при трехчленном делении отделов идет снизу. Например, Pg1 – означает нижний палеоген.

Ярус – характеризуется отложениями в течение одного геологического века и является частью отдела. Название ярусов происходит от географических названий местностей, где они были выделены. Например, московский, казанский.

Зона – часть яруса, ее границы устанавливаются по характерному зональному комплексу видов, а название дают по наиболее важному.

Местные стратиграфические подразделения используются в тех случаях, когда трудно или невозможно установить единицы международной шкалы. В России приняты следующие местные стратиграфические единицы: комплекс, серия, свита. Они выделяются по совокупности литологических, палеонтологических и других особенностей и имеют географические наименования.

Комплекс – наиболее крупная единица из этих подразделений. Он состоит из двух или более серий и охватывает очень мощную толщу пород. Чаще всего используют при изучении докембрийских пород.

Серия – объединяет две или более свиты морских или континентальных пород и может иметь значительную мощность.

Свита – является основной единицей местных стратиграфических подразделений. Она имеет достаточно четкие границы. Свита может подразделяться на подсвиты, пачки и пласты.

Контрольные вопросы 1. Дать характеристику стратиграфической таблицы 2. Дать характеристику геохронологической таблицы 3. Особенности органического мира докембрия 4. Особенности органического мира мезозоя 5. Особенности органического мира кайнозоя 6. Дать характеристику яруса, зоны, комплекса, серии, свиты 4.1. Основные этапы геологической истории Земли 4.1.1. Строение и развитие земной коры и материков Полный процесс эволюционного развития земной коры состоит из трех стадий:

1.геосинклинальной, когда происходит интенсивное прогибание, накопление осадков и магматизм;

2. орогенной,т.е. складкообразование и горообразование;

3. платформенной (стабильные, малоамплитудные колебания).

Самые крупные структуры земной коры материков – это геосинклинальные складчатые пояса и древние платформы.

Термин «геосинклиналь» происходит от греческих слов гео (земля) и синклино – прогиб, наклоняюсь. Он означает линейно вытянутую область интенсивных опусканий земной коры и накопления в морских условиях мощных толщ осадков и продуктов вулканической деятельности. Различают 3 типа геосинклиналей – окраинно-материковые (ВосточноАзиатский геосинклинальный пояс), межматериковые – Средиземноморская геосинклиналь;

междуокеанические - Индонезийская геосинклиналь. В длину геосинклинали достигают тысячи или десятки тысяч км, в ширину – сотни или первые тысячи километров.

Синклиналь или синклинальная складка – это складка пластов горных пород, обращенная выпуклостью вниз. В ядре складки залегают более молодые породы, чем на крыльях.

Синклинали чередуются с антиклиналями – складками с выпуклыми чертами. Комплекс складок горных пород, обнаруживающих общее понижение или повышение к своей центральной полосе называются синклинориями и антиклинориями.

Термин геосинклиналь впервые употребил американский геолог Д. Дэна более 100 лет назад, изучая Аппалачские горы. Он установил, что морские палеозойские отложения, которыми сложены Аппалачи, имеют в центральной части гор максимальную мощность, значительно большую, чем на их склонах. Произошло это потому, что в палеозое, на месте Аппалачских гор, располагалась прогибавшаяся впадина, которую он назвал геосинклиналь. В начале ХХ столетия французский ученый Э. Ог доказал, что все складчатые горные хребты образовались на месте геосинклиналей.

Древние платформы – наиболее устойчивые и малоподвижные участки материков. В отличие от геосинклинальных поясов древние платформы испытывали медленные колебательные движения, в их пределах накапливались осадочные породы обычно небольшой мощности, отсутствовали складкообразовательные процессы, редко проявлялись вулканизм и землетрясения. На современных материках выделяют Восточно-Европейскую, Сибирскую, Северо-Американскую, Южно-Американскую, Африкано-Аравийскую, Индостанскую, Австралийскую и Антарктическую платформы.

Наиболее обширными площадями докембрийских пород являются щиты – места выхода на поверхность фундамента древних платформ.

Плита – это крупная (сотни и тысячи км в поперечнике) часть платформы, покрытая осадочным чехлом с глубиной залегания фундамента 3-5 км. Крупные плиты литосферы с корой континентального типа то сходились вместе, образуя огромные суперконтиненты, то, наоборот, расходились, в результате чего между ними появлялись новые океаны.

Альпийско-Гималайский горно-складчатый пояс, протягивающийся от Гибралтара до Кавказа и далее через Иран и Афганистан в Гималаи, охватывающий горные узлы Памира, Каракорума, Гиндукуша, Гималаев, Тибетского плато как раз и представляет собой результат столкновения 10-15 млн. лет назад огромных литосферных плит: с севера - Евразиатской плиты, а с юга - Африкано-Аравийской и Индостанской. Используя палеомагнитные методы, геологи установили, что в начале юрского периода, примерно 190-200 млн. лет назад, между этими огромными плитами располагался океан Тетис. На протяжении последующей геологической истории океаническое пространство постепенно сокращалось за счет сближения Евразии с Африкой, Аравией и Индостаном. К настоящему времени литосферные плиты настолько сблизились, что оказались, как бы спаяны друг с другом. Сближение литосферных плит сопровождалось не только смятием слоев горных пород в сложные складки, но и их нагромождением друг на друга с образованием высоких горных хребтов.

Альпы – высочайшие горы Европы, также возникли в результате раздавливания горных пород между двумя литосферными плитами – Адриатической и Средне-Европейской. По существу все отложения, слагающие Альпы, выдавленная как паста из тюбика, нагромоздились одна на другие потому, что две литосферные плиты не только столкнулись в этом месте, но и надвинулись друг на друга. Такое же происхождение имеют и Карпаты, сравнительно невысокие горы. Столкновение океанической и континентальной плит породило Кордильеры Северной Америки и Анды Южной Америки, узкой полосой окаймляющие с запада эти материки. В начале мезозойской эры все материки были спаяны в один огромный суперконтинент – Пангею. Затем началось его раскалывание на отдельные крупные литосферные плиты, и возник Атлантический океан, который раскрывался и расширялся в обе стороны.

Поскольку вся геологическая история Земли рассматривается как история развития догеосинклинальную и доокеаническую мегастадии. Образование гидросферы на поверхности Земли и структур океанических бассейнов в ее литосфере – явления разновременные.

Установлено, что древнейшие осадочные породы, т. е. образовавшиеся в результате осаждения материалов в водной среде датируются абсолютным возрастом около 3, 8 млрд. лет.

Вся геологическая история океанической мегастадии распадается на несколько циклов развития, в которых намечается определенная повторяемость геологических событий, заключающаяся в том, что возникновение и развитие океанов завершается их закрытием с образованием новых континентов (цикл Вилсона). Континенты в свою очередь могут испытывать деструкцию с заложением новых океанических бассейнов. Закрытие океанических структур может рассматриваться как платформообразующие эпохи складчатости, приводящие к возникновению крупных континентальных масс. Геологическая история развития Земли за последние 1, 5 млрд. лет относится к океано-континентальной стадии, в составе которой можно выделить позднепротерозойский, раннепалеозойский, позднепалеозойский, мезозойский и кайнозойский этапы, соответственно, отраженные байкальской, каледонской, герцинской и альпийской эпохами складчатости.

Этапы интенсивного тектонического развития, заканчивающиеся образованием горноскладчатых сооружений, в результате чего определенные блоки земной коры из геосинклинального режима переходят в платформенный, получили название эпох тектогенеза или складкообразования. В истории развития земной коры выделяют 10 эпох тектогенеза, каждая из которых охватывает только некоторые геосинклинальные области земного шара.

Названия и время проявления эпох тектогенеза приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Эпохи тектогенеза Название эпохи Время проявления Докембрийская Древние этапы развития земной коры – Саамская, Беломорская, Байкальская От середины протерозоя до начала Каледонская От конца позднего протерозоя до конца Герцинская С конца ордовика - девон – до верхнего Мезозойская С конца палеозоя до верхнего мела Геосинклинальные складчатые пояса делятся на большие и малые, различающиеся своими размерами и историей развития. Малых поясов насчитывается 2: Внутриафриканский и Бразильский (в Южной Америке). Их геосинклинальное развитие продолжалось в течение всей протерозойской эры. Большие пояса начали свое геосинклинальное развитие позже – с позднего протерозоя. Три их них – Урало-Монгольский, Атлантический и Арктический завершили свое развитие в конце палеозоя, а внутри Средиземноморского и Тихоокеанского поясов до сих пор сохранились обширные территории, где геосинклинальные процессы продолжаются 4.1.2.Геологическая история Земли в докембрии Геологическая история Земли начинается с архейской эры. Докембрием называют древнейший этап геологического развития Земли, охватывающий архейскую и протерозойскую эры. В течение этого этапа образовались все породы, залегающие ниже кембрийских отложений. Геологическая история чрезвычайно длительна и сложна. О более ранней, догеологической истории Земли, ученые высказывают только гипотезы. Предполагается, что до архейской существовали, по крайней мере, две эры: начальная и ранняя. Начальная – это эра космической жизни Земли. По современным воззрениям, наша планета представляла собой газово-пылевое облако, и не имела еще коры. Рубежами последующей эры являются начальная стадия - возникновение тонкой и непрочной земной коры, состоящей из вулканических пород. А конец – с возникновением гидросферы.

Архейскую эру иногда называют лунным этапом. В лунную стадию шли образования базальтового слоя земной коры и дегазация мантийного материала, преимущественно в процессе вулканических извержений. Конденсация водяных паров привела к образованию первых водных бассейнов. Образовались древнейшие осадочные породы. Начало архея, а, следовательно, и всей геологической истории Земли, принимают условно – по возрасту наиболее древних осадочных пород, известных в настоящее время на Земле. Они найдены на юго-западе Гренландии, возраст их оценивается в 3,76-3,98 млрд. лет (установлено стронциевым методом).

Главными особенностями докембрия являются следующие:

1. Весьма большая продолжительность. Длительность архейской эры оценивается примерно в 1,5 млн. лет, а протерозойской превышает 2 млрд. лет. Длительность докембрия в раз больше всей последующей истории Земли (от начала палеозойской эры до наших дней прошло 570 млн. лет).

2. Органический мир докембрия очень скупо представлен палеонтологическими остатками. В архейскую эру органический мир только зарождался. По палеонтологическим находкам из архейских пород, обнаруженных в Африке, Северной Америке, Австралии, в европейской части, был определен рубеж жизни в 3,5 млрд. лет. Жизнь зародилась в архее еще в условиях бескислородной атмосферы. В докембрии существовали организмы, лишенные скелетных образований, которые не образовывали окаменелостей, поэтому очень редко встречаются в ископаемом состоянии, а чаще в виде отпечатков. Это были простейшие одноклеточные растительные организмы, около 1500 видов, а в конце протерозоя обитали представители большинства мягкотелых многоклеточных: кишечнополостных – медуз, червей, членистоногих, иглокожих, встречаются следы их ползанья, ходы, норки. Лучше всего сохранились названные представители в Южной Австралии, а в России - на берегу Белого моря. Очевидно, еще не было хищников, т. к. у животных не было зубов и ни у одного организма не найдены следы укусов.

В протерозойскую, особенно в ее конце органический мир был уже сравнительно богат и разнообразен, но ископаемые органические остатки в породах протерозоя встречаются очень редко.

3. Подавляющее большинство докембрийских горных пород в той или иной степени изменены, метаморфизированы.

4. Большинство докембрийских горных пород смято в очень сложные складки. Это относится, главным образом, к наиболее древним архейским и нижнепротерозойским породам, которые испытывали многократно повторявшиеся процессы складкообразования, что очень сильно усложняет восстановление тектонических движений в докембрии.

5. Физико-географическая обстановка в докембрии отличалась от той, которая существовала в мезозое и палеозое. В архейскую эру уже существовала гидросфера, и шли процессы осадкообразования, но атмосфера Земли еще не имела кислорода, поскольку его накопление связано с жизнедеятельностью водорослей, которые в протерозое завоевывали все больше пространства океанического дна, постепенно обогащая атмосферу кислородом. Среди докембрийских горных пород совершенно отсутствуют горючие полезные ископаемые:

уголь, нефть, а также фосфориты, бокситы.

6. Земная кора в течение докембрия сильно увеличилась в мощности. В архее это произошло главным образом за счет магматизма: 80 % нижнеархейских пород имеют вулканическое происхождение. В протерозое заметную роль сыграли процессы осадконакопления. Огромную роль в позднем палеозое в формировании земной коры сыграла байкальская складчатость, в результате которой возникли складчатые структуры – байкалиды.

Докембрийские метаморфические горные породы обнажаются на отдельных участках, испытавших длительное поднятие. Наиболее обширными площадями докембрийских пород являются щиты. Докембрийские породы хорошо изучены на Восточно-Европейской и СевероАмериканской древних платформах, в пределах Балтийского и Канадского щитов.

Докембрийские породы богаты крупными месторождениями металлических, неметаллических полезных ископаемых и ценных строительных материалов. Исключительная металлоносность докембрийских пород связана с мощными магматическими процессами.

Докембрийские породы содержат более половины мировых запасов железа (66%), марганца, меди, титана, урана, а также представлены месторождениями хрома, никеля, кобальта, свинца, цинка, серебра. Крупные месторождения железистых кварцитов разрабатываются в Кривом Роге, КМА. За рубежом – в США в районе озера Верхнего, а также на юге Африки.

Очень большое значение имеют месторождения золота. Богатейшие месторождения располагаются на юге Африки (ЮАР). Значительные его запасы имеются в Сибири, Якутии, Бразилии, Канаде, Австралии, Индии. Докембрий богат строительными материалами – это граниты, кварциты и мраморы. Следует отметить слюду, все промышленные месторождения которых содержатся в докембрийских породах. Большое значение имеют месторождения графита, асбеста, драгоценных камней.

4.1.3. Геологическая история Земли в палеозое В течение раннего палеозоя господствовал геосинклинальный режим.

Горообразовательные процессы получили название каледонской складчатости, а возникшие структуры – называются каледонидами.

В отличие от докембрия, палеозой характеризуется многочисленными и разнообразными фауной и флорой, изменения которых были положены в основу выделения самой эры и ее периодов. Палеозойская эра подразделяется на две подэры: ранний палеозой – кембрий, ордовик, силур и поздний – девон, карбон, пермь.

Органический мир раннего палеозоя представлен всеми типами животных и низших растений, развитие которых происходило в морских условиях. К концу раннего палеозоя появились примитивные высшие растения.

В кембрие многие из беспозвоночных имели известковый скелет. Около 60% составляли трилобиты. Трилобиты – это вымершие палеозойские морские донные животные. Их тело отчетливо делится на три отдела: головной, туловищный и хвостовой, отсюда и название – трехчленные. Они имеют важное значение для установления возраста и стратиграфического расчленения кембрийских, ордовикских и силурийских отложений. Археоциаты – также вымершие морские примитивные многоклеточные мягкотелые животные, по форме напоминающие губки. Они участвовали в построении рифов. Геологическое значение их велико – по их находкам определяют возраст древних нижнекембрийских отложений.

Брахиоподы или плеченогие – одиночные морские бентосные животные, мягкое тело которых находится в раковине из двух створок. Они известны с кембрия и живут до сих пор, хотя к началу мезозоя большинство брахиоподов умерло.

В ордовике появились первые позвоночные. Трилобиты сохранили свое ведущее значение, хотя их стало меньше, чем в кембрии. Типичным представителем трилобитов стал род азафус, который обладал способностью свертываться и имел глаза на длинных стебельках, которые, зарывшись в ил, использовал как телескопы. Среди моллюсков появились первые хищники с очень крупной раковиной от 3 до 9 м. Начало ордовика ознаменовалось появлением первых позвоночных – это были примитивные бесчелюстные, похожие на рыб. Точнее, среднее по форме между тритоном и рыбой. Водоросли в морях становятся богаче и разнообразнее.

Большинство больших и малых геосинклинальных поясов закончили свое развитие, превратившись в складчатые структуры – байкалиды. В северном полушарии располагались морские бассейны. На Сибирской платформе происходили сильные опускания, поэтому в кембрие она почти вся была покрыта морем, в котором шло накопление известняков, доломитов, гипса, соли. Мощность отложений составляет 3-5 км. В ордовике площадь морского бассейна сократилась, в конце силура море регрессировало. В южном полушарии располагался огромный платформенный массив- Гондвана, в состав которого входили ЮжноАмериканская, Африкано-Аравийская, Индостанская, Австралийская и Антарктическая древние платформы. Гондвана возникла после проявления байкальской складчатости и в малых геосинклинальных поясах. Образовавшиеся байкалиды спаяли платформы южного полушария в единый огромный массив, на большей части которого существовали континентальные условия. Гондвана являлась областью размыва. На древних платформах северного полушария шло образование карбонатных и терригенных осадков. Терригенные отложения – (от лат. терра - земля), формируются главным образом в условиях материковой отмели за счет обломочного материала, принесенного реками с суши. Из океанических впадин существовала только Тихоокеанская.

В силуре в морях продолжали свое развитие ордовикские животные, но органический мир стал разнообразнее. Климат этого периода, отличающийся аридностью, был теплым. Средняя температура воздуха у поверхности составляла более 200С градусов, превышая современную на 5 0С. Содержание кислорода в атмосфере силура достигало 10 % от современного уровня.

Продолжалось образование озонового экрана, появившегося, вероятно, в ордовике.

Органический мир силура был значительно богаче, чем ордовика. Под защитой озонового экрана, который, вероятно, приобрел определенную надежность, растения распространились по всей водной поверхности и вместе с микроскопическими животными образовали планктон, служивший кормовой базой или убежищем для крупных организмов.

Наибольшее развитие растения получили в лагунах и прибрежных болотах с опресненными водами. Здесь появился жизненный тип растений, нижняя часть которых находилась в воде, а верхняя – в воздушной среде. Пассивное перемещение в прибрежной низменной полосе, связанное с морским волнением, приливами и отливами, привело к тому, что некоторые растения и животные, обильно населявшие прибрежные воды, оказались в периодически затапливаемой и обсыхающей зоне, в которой условия для растений-амфибий мало отличались от условий морских мелководий. Приспособившись к существованию в этой зоне, морские растения стали более активно осваивать и остальную сушу.

Первые известные наземные растения - куксония и риния, объединенные палеоботаниками под общим названием риниофиты, еще несколько напоминали водоросли. У них не было четкого деления на стебель, листья и корень, но были развиты корневищевидные и корнеподобные образования – ризомоиды и ризоиды. Очень просто ветвящийся, примитивный невысокий (до 50 см.) стебель заканчивался спороносным органом размножения.

Эти растения иногда образовывали заросли.

Представителями животных являлись членистоногие, черви и позвоночные. Среди позвоночных продолжали развиваться разнообразные морские бесчелюстные, в конце периода появились настоящие рыбы, соединившие в себе признаки хрящевых и костных рыб.

Грунтовый субстрат, покрытый первичной наземной растительностью, под воздействием переселившихся сюда бактерий и водорослей, перерабатывающих органические остатки, постепенно превращался в почву.

Освоение суши растениями явилось выдающимся событием в эволюции органического мира и биосферы. Прежде всего, резко увеличившиеся первичные растительные ресурсы обеспечили условия для ускоренного, по сравнению с водной средой, процесса видообразования, лишенного на первых этапах заселения суши острой конкуренции. В этом процессе живые организмы реализовали свои способности к постоянному расширению ареала и освоению новых сред обитания (суши, воздуха, пресных вод).

В конце периода в морях появились первые рыбы, соединившие в себе признаки хрящевых и костных рыб, а на суше – первые высшие растения, в которых еще отсутствовало деление на стебель, листья и корень. Росли они преимущественно вдоль побережий и в одной среде.

Массивные силурийские известняки часто являются рифовыми постройками древних трубчатых кораллов. Силур был первым периодом заселения суши – в опресненных лагунах жили гигантские ракоскорпионы – до 1, 5-3 м и были опасными хищниками.

В силуре площадь морского бассейна продолжала сокращаться, но отложения по своему составу и мощности мало отличались от ордовикских. Среди них преобладают известняки и глины, а горючие сланцы отсутствуют. Регрессия моря продолжалась в течение всего силура, она привела сначала к установлению лагунных условий, а в конце периода – к полному осушению Восточно-Европейской платформы. На Сибирской древней платформе в силуре морской бассейн продолжал сокращаться и в начале периода он занимал примерно половину платформы. Это был огромный морской залив, в котором продолжали накапливаться карбонатные осадки. Только на юго-западе этого бассейна формировались конгломераты, песчаники и глины. В конце силура регрессия моря достигла своего апогея и почти вся территория Сибирской платформы превратилась в низменную сушу. Мощность силурийских отложений меньше ордовикских, она не превышает 500 м.

Гондвана была преимущественно областью размыва, и морское осадконакопление происходило на незначительных краевых участках.

Существование зон аридного климата подтверждается развитием соленосных отложений, гипса, доломита. Показателями гумидного климата являются железные и марганцевые руды, бокситы, известняки с обильными остатками теплолюбивых групп морских беспозвоночных.

Холодный климат был на территории современной Африки и Бразилии.

В раннем палеозое формировались первые промышленные месторождения полезных ископаемых: фосфоритов, каменных солей. Горючие – нефть, газ небольшого промышленного значения имеются на Сибирской платформе, США, Канаде и севере Африки. Металлические полезные ископаемые имеются, но их удельный запас мал. Это железные руды Аппалачей, золото на Алтае, Саянах, Урале, Скандинавии. Из неметаллических промышленное значение имеют месторождения каменной соли в Сибири, США, Пакистане. Фосфориты сосредоточены в России, США, Китае.

В течение позднего палеозоя Гондвана продолжала представлять собой огромный материк, переживший материковое оледенение, следы которого найдены в Индии, Африке, Южной Америке, Австралии и Антарктиде. Установлено, что за 50 млн. лет было не менее крупных ледниковых эпох, наступлений льдов, перемежающихся с относительно краткими межледниковьями, в которые происходило накопление горючих ископаемых. В пермском периоде произошло потепление климата, ледники оставались только на территории современной Австралии. В конце раннего карбона произошел сильный орогенез, получивший название герцинской складчатости. В краевых прогибах накопилась мощная угленосная толща до 3-5 км высокого качества, которая чередуется песчаниками и глинистыми сланцами.

Органический мир был значительно богаче раннепалеозойского в основном за счет эволюции.

Развитие происходило как в море, так и на суше. В морях в изобилии встречались различные рыбы, на суше быстро расселялись наземные позвоночные.

Девон часто называют «веком рыб». В классе хрящевых рыб отсутствует окостенение в скелете. Из современных к ним относятся акулы, скаты. Костные рыбы – наиболее прогрессивные группа рыб. Они появились в девоне и среди современных рыб составляют %. Для них характерен легкий и прочный внутренний скелет, жабры и плавательный пузырь.

Из двоякодышащих, совмещающих жаберное дыхание с легочным, сохранилось 6 видов, которые живую в Южной Африке и Америке и Австралии в пресных водоемах в условиях сезонных засух. Находки двоякодышащих важны для палеогеографии, они свидетельствуют о засушливом климате. В девонском периоде уже существовало 6 климатических зон.

Четвероногие позвоночные, обитающие преимущественно на суше, произошли от кистеперых рыб. Из плавников кистеперых рыб возникли парные передние и задние конечности, жабры сменились легкими, развился слуховой аппарат. Земноводные или амфибии - самые древние наземные четвероногие. Это лягушки, саламандры, червяки. Первые земноводные – стегоцефалы или панцироголовые напоминали крокодилов, обитали в заболоченных лесах, болотах и лагунах. В девоне появились основные типы высших растений:

плауновидные, папоротники и голосеменные.

Каменноугольный период стал расцветом палеозойских животных и растений. Особенно много было хрящевых акуловых рыб. Растения достигали 30-40 м в высоту и до 2 м в диаметре. Среди плауновидных выделялись гигантские лепидодендроны и сигиллярии, из стволов которых сформировались крупные залежи каменного угля в Европе. Из гигантов папоротников-кордаитов сформировались угольные месторождения Сибири. В конце карбона наметилась четкая дифференциация растительности – появились три флористические области:

тропическая (Европа и Северная Америка), Северная умеренная – Ангарская (Сибирская) и южная холодная – Гондванская. На суше было много различных насекомых, которые быстро размножались из-за отсутствия птиц. В воздухе летали огромные стрекозы с размахом крыльев до 1 м. Появляются зверообразные ящеры.

В перми шло интенсивное горообразование, сокращение морских бассейнов, аридизация климата. К концу периода вымирают древнейшие кистеперые и двоякодышащие рыбы. В тропической зоне вымирают гигантские древовидные и плауновидные, но широко распространяются древние хвойные. Флористический состав везде обновляется. Появляются и приспосабливаются к новым условиям травоядные животные и хищники.

В течение позднего палеозоя земная кора испытывала сильные тектонические движения, которые привели к изменению площадей суши и моря. С многочисленными гранитными интрузиями связаны крупные месторождения металлических полезных ископаемых. С геосинклинальными процессами связано накопление полиметаллических руд практически во всех существующих ныне горах.

Большое значение имеют месторождения горючих ископаемых (каменный уголь, нефть, газ). Почти половина мировых запасов ископаемого угля высокого качества сосредоточена в каменноугольных и пермских отложениях. Основные угольные бассейны расположены на древних платформах – Восточно-Европейской, Сибирской, Северо-Американской, КорейскоКитайской. В России – это Кузнецкий и Печерский бассейны, в Германии – Силезский и Рурский.

Запасы нефти и природного газа сосредоточены в Восточно-Европейской, СевероАмериканской платформах, а также в Волго-Уральской нефтеносной провинции.

Полиметаллы, цветные, благородные и редкие металлы сформировались на Урале, ТяньШане, Алтае. Из неметаллических ископаемых важное значение имеют месторождение каменных и калийных солей Соликамска, фосфориты в предгорьях Скалистых гор и апатиты в Хибинах.

4.1.4. Геологическая история Земли в мезозое. Органический мир мезозоя (173 млн.

лет) существенно отличается от палеозойского. В морях появляются костистые рыбы, черепахи, крокодилы и ихтиозавры – крупные плавающие рыбы, похожие на дельфинов.

В триасе на смену вымирающим котилозаврам и зверообразным ящерам пришли мезозойские динозавры. В конце триаса появились первые млекопитающие. На суше господствовали папоротники и голосемянные (цикадовые, гингковые) В юре безраздельно господствовали гигантские ящеры – динозавры разнообразной формы и размеров. Наиболее богаты остатками динозавров пустыня Гоби и соседние с ней участки Центральной Азии. Эта огромная территория в течение 150 млн. лет находилась в континентальных условиях. Предполагают, что эта область явилась очагом возникновения динозавров, откуда они расселились по всему свету. Современные нам слоны – самые крупные сегодня из наземных животных имеют рост 3,5 м и массу 4,5 т. Брахиозавры, бронтозавры и диплодоки имели длину до 30 м и весили 40-50 т. Размножались динозавры при помощи яиц, зарывая их в горячий песок, как это делают современные черепахи. В Монголии до сих пор находят кладки яиц динозавров. В конце юры появились первоптицы – археоптериксы, величиной с галку. Воздушную среду освоили летающие ящеры – птерозавры. Растительный мир отмечался расцветом голосемянных, цикадовых, гингковых, хвойных.

В меловом периоде тепловодные моря были переполнены микрофауной, среди которых преобладали ультрамикроскопические одноклеточные известковые водоросли кокколитофориды. Скопления кокколитов образовывало тонкий известковый ил, из которого в дальнейшем формировался писчий мел. На суше преобладали те же животные. Появились птеродактили размером с воробья и с размахом крыльев до 7-8 м, похожие на гигантских летучих мышей. Недавно в Америке был обнаружен скелет с размахом крыльев до 16 м.

Отличительной особенностью мела является исчезновение аммонитов, крылатых и наземных ящеров, древних птиц и растений.

В начале мезозоя в результате герцинской складчатости завершилось геосинклинальное развитие и геосинклинали превратились в молодые платформы, которые соединили древние платформы северного полушария в огромный платформенный массив Лавразия, которая вместе с Гондваной находилась в континентальных условиях, моря же располагались в геосинклинальных областях. Но в юрский период Гондвана распалась на материки, между которыми возникли Индийский и Атлантический океаны.

Мезозойский этап явился очень важным моментом в геологической истории Земли:

единые супергигантские континенты Лавразия и Гондвана распадаются, и с этого времени начинается формирование современных континентов и океанов.

В позднем мелу намечается раскрытие Северного Ледовитого океана. Индия и Мадагаскар отчленяются от Африки. Индийский субконтинент начинает свой грандиозный путь в 8 тыс км на северо-восток, до тех пор, пока в конце палеогена не столкнется с Азией, образовав цепь Гималайских гор. В Тихом океане к концу мела возникла современная система Срединно-океанических хребтов, которые в свое время действительно занимали срединное положение.

Мезозойский орогенез вызвал значительные изменения в палеогеографической обстановке. Возникли обширные горные массивы, сократились площади морских бассейнов. С мезозозойскими морскими отложениями связаны крупнейшие месторождения нефти и горючего газа на территории современной Западной Сибири, в странах Ближнего Востока (Кувейт, Ирак, Иран). Считается, что в недрах этих стран сосредоточено более 70 % всех мировых запасов «черного золота». К мезозойским отложениям приурочены многочисленные месторождения железных руд и бокситов осадочного происхождения. Из неметаллических полезных ископаемых очень важное значение имеют алмазы Африкано-Аравийской и Сибирской платформ. Их формирование связано с вулканизмом. В районе Казахстана широко используются карбонатные породы мелового периода для изготовления цемента и писчего мела.

4.1.5. Геологическая история Земли в кайнозое.

Четвертичный период сильно отличается от всех более ранних. Главными его особенностями являются следующие.

1. Малая продолжительность, насыщенная геологическими событиями исключительной важности, что является предметом специальной науки – четвертичной геологии;

2. Главнейшим событием является появление и развитие человека, человеческого общества, его культуры. Еще в 1922 году академик Павлов предложил заменить название «четвертичный период» на « антропогеновый». Однако это название не утверждено Геологическим конгрессом, хотя широко употребляется в России.

3. Важной особенностью периода являются гигантские материковые оледенения, вызванные сильным похолоданием климата.

В течение периода происходила широкая миграция фауны и флоры в северном полушарии в связи с оледенениями. Во время максимального оледенения вымерли многие теплолюбивые формы. К югу от границ ледника наряду с оленями, волками, лисицами и бурыми медведями обитали холоднолюбивые животные: шерстистый носорог, мамонт, которые вымерли вместе с теплолюбивыми гигантскими носорогами, древними слонами, пещерными львами.

Общей закономерностью развития флоры является приспособление к похолоданию, обеднение видового состава, расширение травянистой и сокращение лесной растительности.

Ближайшими предками древнейших людей считаются австралопитеки, появившиеся более 2, 5 млн. лет назад и жившие в конце неогена на территории Африки. Эволюция австралопитеков происходила в течение 2 млн. лет. На рубеже неогенового и четвертичного периодов появились древнейшие люди - архантропы.

Новые люди - неоантропы – появились в послеледниковое время, их представителями были кроманьонцы, а затем появился современный человек.

В начале кайнозоя структура земной коры была близка к современной. В течение кайнозоя земная кора испытывала сильные тектонические движения. Они получили название альпийский орогенез, и наиболее сильно проявилась в Альпийско-Гималайской геосинклинальной области.

Обширное оледенение охватило северное полушарие с начала четвертичного периода.

Мощный слой льда покрывал Балтийский и канадский щиты, спускаясь на юг. Территория Азии подвергалась меньшему по площади оледенению, чем Европа, но была охвачена горным и подземным оледенением, остатки которого сохранились до наших дней. Самое обширное покровное оледенение было в Северной Америке. Большинство ученых считают, что было не менее 4 четвертичных ледниковых эпох (гюнц, миндель, рисс, вюрм).

Кайнозойские отложения содержат месторождения различных полезных ископаемых.

Особенно много среди них горючих и металлических ископаемых. Очень богаты углями палеогеновые отложения, но по качеству они уступают палеозойским, т. к. представлены бурыми углями. Крупнейшие месторождения находятся в Северной Америке, на Украине, Сахалине и в Приморье. Палеогеновые и неогеновые месторождения нефти и газа разрабатываются на Кавказе, на Сахалине, Иране, Ираке, Турции. Много рудных месторождений связано с магматической деятельностью, которая проявилась в Средиземноморском и Тихоокеанском поясах. Это медь, полиметаллы, золото, вольфрам, олово.

Контрольные вопросы 1. Особенности развития органической жизни докембрия 2. Геологические особенности, климат, полезные ископаемые докембрия 3. Особенности развития органической жизни нижнего палеозоя 4. Геологические особенности, климат, полезные ископаемые нижнего палеозоя 5. Особенности развития органической жизни верхнего палеозоя 6. Геологические особенности, климат, полезные ископаемые верхнего палеозоя 7. Особенности развития органической жизни мезозоя 8. Геологические особенности, климат, полезные ископаемые мезозоя 9. Особенности развития органической жизни кайнозоя 10. Геологические особенности, климат, полезные ископаемые кайнозоя 5. Общая характеристика Земли. Цикличность Земля во Вселенной. Наша планета является одной из многочисленных форм материи, рассеянной во Вселенной. Материя во Вселенной распределена крайне неравномерно. Это и одиночные элементарные частицы и крупные газовые и пылевые туманности. Одной из главных сил, которая контролирует движение и взаимное положение частиц в космосе, является сила тяготения или гравитация. Эта сила и является причиной образования ассоциаций отдельных космических частиц: звездных скоплений и галактик.

Происхождение галактик связывают с концентрацией продуктов гигантского взрыва сверхплотного дозвездного вещества. Считают, что Вселенная образовалась 10-20 млрд. лет назад. Существует загадка, которую ученые многих направлений не могут разгадать уже более двух столетий. По физической теории Большого взрыва – нашу планету ждет смерть. Это эволюция « вниз». Но по теории Дарвина эволюция идет в «вверх».

Наша Земля входит в Солнечную систему, главной особенностью которой является то, что ее силовое поле определяется в основном Центральной звездой – Солнцем. Полный оборот вокруг Солнца Земля осуществляет в течение 365, 26 суток по слабо вытянутой эллиптической орбите. Примерно каждые 200 тыс. лет эксцентриситет орбиты Земли меняется от 0, 5 до млн. км, что называется большим циклом и считается одной из причин изменения климата на Земле, и, следовательно, в геологических процессах.

Другим фактором, определяющим долю солнечного тепла, поступающего на Землю, является наклон ее поверхности к лучам Солнца, обусловленным положением оси вращения нашей планеты. С периодом в 26 тыс. лет ось Земли совершает медленное вращение перпендикулярно к плоскости орбиты. В астрономии это явление называется прецессией (предварение равноденствий), в геологии – циклом. Вследствие прецессии меняется продолжительность сезонов: каждые 10,5 тыс. лет на каждом полушарии короткие зимы сменяются на длинные. В этом усматривают одну из причин колебания климата в геологическом прошлом.

С периодом около 80 тысяч лет угол наклона оси вращения Земли изменяется от 63, 5 0 до 68, 5 0, что приводит к периодическим изменениям ширины климатических поясов. Ось вращения Земли испытывает небольшие по амплитуде изменения угла наклона (кивания) с периодом 18,6 лет, которое называется нутациями (колебания с короткими периодами).

Такие перемещения земли по отношению по отношению к лучам Солнца приводят к изменениям доли солнечного тепла как к планете в целом, так и разным ее участкам. В качестве примера можно привести периодические оледенения земной коры, обусловившую интенсивную геологическую деятельность ледников. Таяние ледников в эпохи потепления привело, в частности, к резкой активизации деятельности поверхностных и подземных вод.

Изменение температуры вод в значительной степени определяет характер отлагающихся геологических осадков.

Количество глубинного тепла составляет около 2*1020 кал/год. Считается, что основной причиной непрерывного рождающегося тепла в недрах Земли является не только тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде и гравитационной дифференциации вещества, но и тепло, связанное с фазовыми переходами и химическими реакциями, действующими внутри Земли, а также тепло реликтового излучения, сохранившееся со времен формирования планеты.

5. 1.Строение и химический состав Земли Значительную роль в распределении климатических зон играет шарообразная форма нашей планеты. Первые предположения о шарообразной форме Земли принадлежат Пифагору. Но научное доказательство шарообразности Земли принадлежит Аристотелю.

В настоящее время в строении нашей планеты выделяются 7 оболочек: 3 в земной коре, по две в мантии и в ядре. Существование земной коры как слоя было подтверждено в 1909 году сербским ученым А. Мохоровичичем. В честь его был назван слой, разделяющий земную кору и мантию, в которой скорости распространения продольных волн достигают 8 км/с.

Поверхность Мохоровичича залегает на глубинах 30-80 км на континентах и на глубинах 5- км под дном океана, т.е. она является как бы зеркальным отражением рельефа земной поверхности.

Основанием для выделения оболочек послужили данные о скорости распространения волн, возникающих при землетрясении, которые обусловлены плотностью вещества. В верхней части земная кора большей частью сложена осадочными породами, и скорость зоны не превышает 4 км/с, в следующем, гранитном слое, скорость волны увеличивается до 6 км/сек.

А. Земная кора составляет небольшую долю от общей массы Земли. Если строение Земли сравнить с яйцом, то земная кора – это скорлупа, белок – мантия, желток – ядро. Земная кора материков состоит из трех слоев, отличающихся своим составом и плотностью.

Верхний слой сложен сравнительно неплотными осадочными породами, средний называется гранитным, а нижний – базальтовым. Название гранитный и базальтовый происходит из-за схожести этих слоев по составу и плотности с гранитом и базальтом. По мощности и составу выделяют 3 типа земной коры.

Континентальная – характеризуется мощностью 35 км под равнинами, 50-80 км под горами. Особенностью континентальной коры является наличие корней гор, т. е.

резкого увеличения мощности земной коры под крупными горными системами. Под Гималаями мощность коры достигает 70-80 км.

Океаническая кора мощностью 5-10 км состоит из 3 слоев. Верхний, осадочный, (до 500 м) представлен рыхлыми глубоководными осадками, мощность которых не превышает нескольких сотен метров. Средний слой (от 500 до 1000 м), также небольшой мощности, представлен уплотненными осадками и продуктами подводных вулканических извержений. Мощность нижнего базальтового слоя составляет 4- Кора переходных областей обычно характерна для периферии крупных континентов, где развиты окраинные моря, имеются архипелаги. Архипелаги – это группа островов, лежащих на не большом расстоянии друг от друга, часто имеющие сходное геологическое строение. Различают архипелаги материковые, коралловые, вулканические. Здесь происходит смена континентальной коры на океаническую.

Гранитный слой ближе к океанам выклинивается, а возле континентов увеличивается.

ВСD - Мантия Земли – самый крупный элемент Земли. Она достигает 83 % объема и 67 % массы Земли. Сейсмические данные свидетельствуют об очень сложном внутреннем строении мантии. В ее составе выделяют ряд границ разделов, основными из которых являются поверхности, залегающие на глубинах 410, 950 и 2900 км. По значениям физических параметров выделяется верхняя мантия, которая в свою очередь делится на две субоболочки.

Верхняя мантия – от поверхности Мохоровичича до границы на глубине 950 км. В ней выделяют два слоя – верхний слой В до 410 км, характеризующийся пониженным темпом нарастания скорости волн с глубиной - слой Гуттенберга. С интервалом 75-150 км связано положение фокуса многих землетрясений и есть основания считать его одним из источников проявления внутренней активности нашей планеты. Эта часть слоя Гуттенберга называется астеносферой. Было доказано, что в области пониженных скоростей – астеносфере, вязкость вещества в десятки и сотни раз меньше, чем в выше – и нижележащих слоях. Земная кора вместе с астеносферой образует литосферу.

Слой С, расположенный между 410 и 950 км, называется слоем Голицына, в честь русского ученого, установившего этот слой. Он характеризуется резким возрастанием скоростей объемных волн и очень неоднороден по составу. В нем происходит или изменение химического состава, или фазовые переходы.

Слой D - нижняя мантия – от 950 до 2900 км. В слое D скорости растут незначительно и вещество находится в твердом, кристаллическом состоянии. Считается, что равномерное нарастание скорости волн с глубиной обусловлено в основном ростом давления и свидетельствует об однородном строении нижней мантии.

Ядро Земли – занимает около 17% ее объема и делится на внешне ядро. Ядро имеет кольцеобразную форму и подразделяется на 3 элемента:

Е- внешнее ядро с 2900 до 4980 км, обладающее феноменальной способностью скоростной характеристики – оно не пропускает поперечных сейсмических волн, что говорит в пользу жидкого состояния этого слоя. Возможно, что это вещество находится в условиях высокого давления и температуры, но не является жидкостью в обычном понимании, но обладает некоторыми ее свойствами;

F - переходная оболочка с 4980- до 5100 км;

G - субъядро (ядрышко) – 5100 – 6371 км. Возможно, оно находится в твердом состоянии.

Существует гипотеза о том, что оно сложено радиоактивными элементами.

Изучение химического состава Земли представляет еще более трудную задачу. По последним данным, на Земле существует 285 химических элементов и их изотопов. Обобщение результатов химического анализа многочисленных образцов горных пород, являющееся итогом работы многих геохимиков, в том числе русских В.И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, А. Н.

Заварицкого, А.П. Виноградова и других, позволяет оценить среднее процентное содержание химических элементов в земной коре. Это содержание называется кларковым по имени американского ученого Ф.У. Кларка, впервые составившего схему распространения химических элементов в земной коре. Кларк занимался этой проблемой более 40 лет и опубликовал результаты своих работ в 1889 году. Он проводил исследования, исходя из предположения, что твердая земная кора примерно до глубины 16 км на 95 % состоит из магматических и метаморфических пород и на 5 % из осадочных. Для подсчетов Кларк использовал огромное количество анализов горных пород, взятых им из разных районов земного шара.

Выделяют: массовые кларки – это среднее содержание элементов, выраженное в % или граммах на грамм породы; атомные кларки – процент количества числа атомов элементов;

объемные кларки – определяющие какой объем в процентах занимает данный элемент в горной породе. Из анализа среднего содержания химических элементов в земной коре следует, что на долю трех легких элементов – кислорода, кремния, алюминия приходится 82,58 %. Следующие пять элементов – железо, кальций, натрий, калий и магний – занимают 14,55 % массы земной коры. Таким образом, в строении земной коры явно преобладают легкие элементы, что обусловливает ее относительно невысокую плотность. Из общего закона возрастания плотности с глубиной вытекает предположение о возрастании роли тяжелых элементов с глубиной, т.е. в мантии и особенно в ядре (табл.3).

Таблица 3 - Химический состав Земли Слой Мощность слоя, км Химический состав 5.2. Методы изучения состава и строения Земли Одним из главных геологических методов изучения состава и строения Земли является метод непосредственного наблюдения и всестороннего исследования вещества, слагающего земную кору. Он основан на изучении разрезов буровых скважин и естественных обнажений горных пород на склонах оврагов, рек, озер и морей. Расширяется список глубоких шахт, уходящих в глубину на 1-2 км. В Южной Африке золоторудные месторождения разрабатываются на глубине 3959 м. В Мировом океане пробурено более 2000 скважин.

Современный уровень буровой техники позволяет дойти до глубины 12 км. В горных районах можно наблюдать естественные разрезы в долинах рек, вскрывающих толщи горных пород, поднятых при горообразовании с глубин 16 – 20 км. Таким образом, метод непосредственного изучения слоев горных пород применим лишь к небольшой, самой верхней части земной коры.

И только в вулканических областях по извергнутой из вулканов лаве по твердым выбросам можно судить о составе вещества на глубинах до 150 км, где чаще всего располагаются вулканические очаги.

Для изучения более глубоких зон земной коры и Земли в целом, используют косвенные методы, среди которых применяются геофизические методы, дающие сведения о физических свойствах глубинного вещества.

1. Из них наиболее важным является сейсмический. Метод основан на изучении скорости распространения волн в Земле, а также колебаний, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах. Эти колебания называются сейсмическими волнами, они расходятся от очага землетрясения или взрыва во все стороны. Метод глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) был предложен советским сейсмологом академиком Г. А. Гамбурпевым.

Этот метод заключается в использовании генерируемых сейсмических волн с помощью взрыва, которые регистрируются сейсмографами, установленными в 200-500 м друг от друга.

Метод ГСЗ в настоящее время дает самые надежные результаты.

Сейсмические волны бывают двух типов: продольные волны, которые возникают как реакция среды на изменение объема, распространяются в твердых и жидких телах и характеризуются наибольшей скоростью, и поперечные волны, представляющие реакцию среды на изменение формы и распространяющиеся только в твердых телах. Скорость движения сейсмических волн в разных горных породах различна и напрямую зависит от их упругости и плотности, т.е. чем больше упругость среды, тем быстрее распространяются волны.

Второй метод – гравиметрический основан на изучении распределения на поверхности Земли силы тяжести при помощи специальных приборов. Наблюдения показывают, что во многих местах на поверхности Земли величина силы тяжести различна. Эти отклонения называются аномалиями силы тяжести или гравитационными аномалиями. Они отражают особенности геологического строения и неравномерное распределение масс в земной коре.

Положительные аномалии силы тяжести указывают на залегание в глубине более плотных масс, отрицательные – менее плотных масс. Гравиметрический метод широко используется при поиске полезных ископаемых.

Третий способ – магнитометрический, основан на изучении магнитного поля Земли.

Горные породы обладают различной способностью намагничиваться в магнитном поле Земли и создавать свои собственные поля. В районах значительного скопления минералов, обладающих магнитными свойствами, магнитная стрелка может отклоняться от магнитного меридиана. В результате возникают магнитные аномалии, что дает возможность судить о размещении тех или иных пород в земных недрах. По характеру магнитных полей могут быть выделены крупные регионы Земного шара с различным геологическим строением. Этот метод также широко используется для поиска полезных ископаемых, особенно железорудных. Так было открыто крупнейшее железорудное месторождение Курская магнитная аномалия (КМА).

По современным данным, причиной возникновения КМА являются два подземных хребта, сложенные железистыми кварцитами. Один из них длиной 400 км и шириной 25 км, второй длиной около 600 км и шириной более 300 км.

Четвертый способ – изучение метеоритов, также является косвенным методом, позволяющим судить о составе более глубоких слоев планеты. Размеры метеоритов колеблются в широких пределах, от метеоритной пыли до нескольких десятков тонн. Хотя количество метеоритного материала, падающего на Землю довольно велико, но находка метеорита считается наиболее достоверной лишь в случае его падения на глазах очевидцев.

Учитывая, что 71 % нашей планеты покрыты водой, то понятно, что значительная часть метеоритов недоступна для исследований. По своему составу метеориты подразделяются на группы: 1. железные – это сплав железа, никеля и небольшой примеси кобальта и фосфора, 2.

железно-каменные, состоящие из железа и силикатных материалов, 3. каменные, состоящие, главным образом из богатых железом и магнием. Состав каменных метеоритов сходен с некоторыми горными породами, образованными из железно-магнезиального силикатного расплава (магмы), внедрившегося в земную кору из верхней части мантии Земли. Поэтому анализ состава метеоритов позволяет предположительно судить о горных породах, залегающих в глубине Земли, об их составе и свойствах.

Самый крупный из наблюдавшихся во время падения метеоритов упал 12 февраля 1947 г. в отрогах хребта Сихотэ-Алинь. Болид был виден в радиусе 400 км. Его заметили в 10 часов минут в Хабаровске и во многих других местах Приморья. После исчезновения болида долго слышались грохот и гул, наблюдались сотрясения воздуха, а пылевой след от огненного шара не рассеивался два часа. Экспедиция Академии наук, которую возглавили академик В.Г.

Фесенков и Е.Л. Кринов, выявила 24 кратера, имеющих в поперечнике более 9 м (один из них достигал 26 м) и огромное число воронок. Метеорит ещ в воздухе распался и выпал в виде «каменного дождя» на площади в 3 км2. Было обнаружено более 3500 обломков. Общая масса найденного материала составила 27 тонн, а самая крупная часть метеорита – 1745 кг. Ученые предположили, что он имел исходную массу, близкую к 70 тоннам и размер около 2,5 м.

К настоящему времени известно свыше 230 больших ударных кратеров, их называют «звездные раны». Наибольшие из них имеют диаметр до 200 км.

Контрольные вопросы 1. Земля во Вселенной и основные астрономические циклы 2. Строение Земли и принцип выделения оболочек 3. Типы земной коры 4. Изучение состава и строения Земли методом непосредственного наблюдения 5. Изучение состава и строения Земли сейсмическим методом 6. Изучение состава и строения Земли гравиметрическим методом 7. Изучение состава и строения Земли магнитометрическим методом 8. Изучение состава и строения Земли методом изучения метеоритов 6. Геофизические поля Основными геофизическими полями являются следующие.

1. Гравитационное поле или поле силы тяжести на поверхности Земли складывается в основном из двух сил – притяжения и центробежной. Закон распределения силы тяжести на поверхности Земли был введен в ХУШ веке французским математиком А. К. Клеро. Значения g составляют от 9, 83 м/с2 на полюсах до 9, 78 м/с2 на экваторе. Отклонение фактических данных измерения ускорения силы тяжести от теоретических значений получило название «гравитационных аномалий».

2. Электрическое поле Земли. В литосфере распространены постоянные и переменные электрические поля, образованные циркуляцией минерализованных подземных вод, электрохимическими процессами и т. д. Изменение электрического поля используется для изучения глубинного строения Земли, поскольку все горные породы обладают удельным электрическим сопротивлением и удельной электропроводностью. С другой стороны, всплески солнечной активности вызывают переменные электромагнитные поля в атмосфере и литосфере. В литосфере возникают естественные электрические токи, получившие название теллурические.

3. Тепловое поле Земли имеет два источника: Солнце и собственные недра. Максимальная глубина проникновения солнечного тепла не превышает 30 м. В результате многочисленных измерений ниже слоя постоянных температур установлено повсеместное возрастание температуры с глубиной. Скорость увеличения температуры довольно различна и она определяется геотермическим градиентом. Физический смысл градиента – изменение температуры при погружении на 100 м. Минимальная скорость нарастания температур обычно характеризует участки древних платформ. В зонах молодой складчатости с активным проявлением вулканизма и циркуляцией термальных вод градиент увеличивается до 25- градусов на 100м. В качестве средних для верхней части разреза земной коры приняты значения геотермического градиента 3 0С, это значит, что в среднем при углублении на каждые 100 м температура недр увеличивается на 3 градуса.

Установлено, что на глубине 50-100 км образуется зона минимальной теплопроводности.

Она как бы запирает тепло в глубоких недрах Земли и препятствует ее быстрому оттоку.

Считается, что температура в центре Земли достигает 50000С.

4. Магнитное поле Земли. Магнитные свойства железорудных пород известны людям с глубокой древности. В китайских легендах упоминается простейшее устройство типа магнитной стрелки, использовавшееся для ориентирования на местности ранее 4000 л. до н. э.

В Европе уже в ХШ веке был создан прототип современного компаса для ориентирования по странам света, т.е. была создана надежная система навигации, не зависящая от времени суток и погоды. Это произошло в эпоху великих географических открытий и стимулировало изучение магнетизма Земли. Исследованию магнитного поля Земли посвятили свои работы такие крупнейшие русские и зарубежные ученые как М. В. Ломоносов, В. Гильберт, А.

Гумбольдт, К. Гаусс, С. Пуассон, Н.А. Умов, А.Н. Крылов и многие другие.

Изучение магнитного поля Земли показало, что наша планета представляет собой гигантский магнит, поле которого выполняет много разных функций. Миллионы электрических волн и создают вокруг планеты магнитное поле. Интенсивность магнитного поля невелика, не более 1 эрстеда (Э). Для сравнения можно указать, что магнитное поле электромагнитов имеет напряженность в несколько тысяч эрстед. Внешне магнитное поле Земли по форме силовых линий близко к диполю - элементарного малого магнита, смещенного относительно центра нашей планеты на 430 км и находящегося в восточном полушарии. Линии, соединяющие магнитные полюса, называются магнитными меридианами.

Ось магнитного диполя смещена относительно оси вращения Земли на угол 11 о26 сек, в связи с чем магнитные полюса не совпадают с географическими. Северный магнитный полюс расположен вблизи южного географического полюса и наоборот. Северный магнитный полюс находится на северо-восточной оконечности Земли Виктории в Антарктиде, южный магнитный полюс – вблизи Северной Гренландии.

Еще одним феноменом магнитного поля Земли является его способность к относительно быстрой смене полярности, т.е. инверсии полюсов. Сам процесс инверсии протекает сравнительно быстро, в течение нескольких тысяч лет, а интервалы прямой и обратной полярности продолжаются от 1 млн. до 50 млн. лет.

Причина аномалий – изменения в циркуляции расплава в ядре Земли. Уже более 20 лет растет число регионов, в которых компас указывает «с точностью до наоборот». В ядре нашей планеты вещества постоянно находятся в жидком состоянии, а значит, служат проводником электрического тока. Под влиянием космического поля, ядро генерирует собственно магнитное поле нашей планеты. Если условно представить Землю как элементарную пальчиковую батарейку, то сейчас ее полюс, т.е. сторона, откуда идет ток, расположен у Антарктиды, а минус – куда он входит – в районе Северного полюса. А инверсия, т.е. переворот полюсов – это когда волны начнут выходить на северном полюсе, а входить на южном крае планеты.

В магнитном поле нашей планеты обнаружены крупные дыры, которые очень быстро увеличиваются. К тому же северный магнитный полюс быстро движется в направлении России. В последнее время скорость его перемещения возросла с 10 до 50 км в год, и через лет достигнет Сибири. Так что очень скоро полярные сияния в средних широтах станут повседневным явлением. Последние 4,5 млн. лет Земля пережила более 20 инверсий, и как минимум три из них пришлись на годы, когда человечество уже существовало. Последняя переполюсовка была 750 тыс. лет назад. Во время такого катаклизма наша планета лишается защитного «экрана» от космической радиации.

6. 1. Палеомагнетизм Изучая древние керамические изделия и кирпичи из обожженной глины, археологи установили, что они обладают небольшой намагниченностью. Позже была установлена намагниченность и образцов некоторых пород: базальтов, магнетитовых песчаников.

Оказалось, что эта намагниченность является своеобразной «фотографией» древнего магнитного поля, существовавшего в эпоху обжига керамики или формирования породы.

Таким образом, появилась возможность восстанавливать элементы древнего магнитного поля, давшая начало новой отрасли науки – палеомагнитологии. Это молодая наука, ей около лет. Но по настоящему она стала развиваться лишь с середины 50-х годов прошлого века.

Наиболее древние аномалии с возрастом 170 млн. лет (средняя юра) обнаружены по краям Атлантики, это и было временем распада суперматерика Гондваны. Так же было установлено, что южная Атлантика возникла 120-110 млн. лет назад, а Северная значительно позже – 80- млн. лет назад. Читая палеомагнитную летопись, можно реконструировать историю развития и перемещения литосферных плит.

По магнитным свойствам вещества делятся на 3 класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Наиболее легко намагничиваются ферромагнетики, к которым относятся такие металлы как железо, кобальт, никель. Однако ферромагнетиков немного. Вещества, окружающие нас, в основном парамагнетики и диамагнетики, у которых способность намагничиваться чрезвычайно слабая. Таким образом, магнитные свойства горных пород в основном объясняются скоплением минералов, содержащих железо и другие ферромагнетики.

Приобретенная намагниченность горных пород обладает большой стабильностью к последующим изменениям магнитного поля. Породы, используемые для оценки параметров древнего поля должны содержать, во-первых, ферромагнетики, во-вторых, формирование должно сопровождаться значительным нагреванием. Этим условиям, в частности, отвечают магматические породы, обладающие повышенной магнитной восприимчивостью и образующиеся при остывании магмы.

Существуют и другие пути образования пород, остаточная намагниченность которых соответствует ориентации древнего магнитного поля. Этот путь проходят некоторые осадочные породы. Продукты разрушения уносятся временными потоками, реками и отлагаются на дне рек, озер, морей. При этом намагниченные обломки, содержащие ферромагнетики, осаждаясь, ориентируются по силовым линиям геомагнитного поля.

Последующие процессы уплотнения под давлением новых слоев осадков и цементации закрепляют намагниченные частицы в породе, придавая ей ориентационную остаточную намагниченность. Породы могут приобретать намагниченность не только в процессе формирования, но и позже, в результате осаждения железосодержащих минералов из растворов, циркулирующих по трещине. Ферромагнитные минералы могут образовываться и химическим путем при невысокой температуре, но в этом случае они приобретают остаточную намагниченность, ориентированную по геомагнитному полю и это называется химической остаточной намагниченностью.

Благодаря палеомагнитным исследованиям установлено, что раскол Африки Антарктиды произошел 160 млн. лет назад. Наиболее древние аномалии с возрастом 170 млн. лет (средняя юра) обнаружены по краям Атлантики у берегов Северной Америки и Африки. Это и есть время распада суперматерика. Южная Атлантика возникла 120-110 млн. лет назад, а Северная значительно позже (80-65 млн. лет назад). Таким образом, изучая палеомагнитную летопись, можно реконструировать историю развития и перемещения литосферных плит.

6.2. Методы определения возраста горных пород Существующие методы определение возраста горных пород делятся на две группы:

методы определения относительного и определение абсолютного возраста г.п.

Методы определения относительного возраста г.п. основаны на их сравнительном анализе и выявлении более древних и более молодых пород. Эти методы не позволяют установить продолжительность геологического процесса в абсолютных единицах времени, но с высокой точностью определяют относительный возраст совместно залегающих пород. В настоящее время успешно применяются несколько таких методов: это стратиграфический, петрографический и палеонтологический.

Стратиграфический основан на выяснении взаимоотношений пластов г.п. Он исходит из принципа суперпозиции, в соответствии с которым нижележащий пласт образовался раньше вышележащего, и, следовательно, является более древним.

Петрографический метод основан на изучении и сравнении состава горных пород в соседних скважинах. Если в скважине 1 на слое песка 1 залегает пласт известняка 2, а выше последнего – слой глины 3 и в соседней скважине П наблюдается такая же последовательность залегания одинаковых по петрографическому составу пород, то очевидно, что аналогичные породы сравниваемых разрезов принадлежат одному и тому же пласту и образовались за один и тот же промежуток времени. При сравнении метаморфических и магматических пород петрографический метод является едва ли ни единственно возможным.

Палеонтологический метод основан на изучении остатков древних вымерших организмов. Использование палеонтологического метода для определения возраста пород основывается на эволюции органического мира. Изучение ископаемых остатков показывает, что органический мир на Земле претерпевает непрерывные изменения, главными принципами которых являются:

- вымирание примитивных, плохо приспособленных к внешним условиям форм, -непрерывное усложнение организмов, появление высокоорганизованных, хорошо приспособленных форм.

Часто горные породы не содержат фауны и флоры, а если и содержат, то очень плохой сохранности. Толщи, лишенные ископаемых остатков, называются немыми. К ним, прежде всего, следует отнести магматические и метаморфические горные породы. Для определения возраста этих пород, а отчасти и осадочных, широко применяются изотопные методы. Они позволяют определить абсолютный возраст, т.е. возраст выраженный в единицах времени – годах., лежащий в основе абсолютного летоисчисления.

Определение абсолютного возраста г.п. основано на использовании достаточно продолжительных процессов радиоактивного распада. Известно, что в горных породах содержатся различные радиоактивные элементы, такие как уран, торий, калий, рубидий. Они обладают свойством самопроизвольно распадаться. Радиоактивность состоит в самопроизвольном распаде ядер неустойчивых изотопов и переходе их в устойчивые изотопы или новые элементы. Процесс распада сопровождается выделением альфа и бета-частиц и энергии в виде гамма излучения и протекает со скоростью, строго постоянной для каждого радиоактивного изотопа. Кроме постоянной распада, скорость этого процесса оценивается периодом полураспада, т.е. временем, необходимым для перехода в стабильный (дочерний) изотоп половины атомов радиоактивного (материнского элемента).

Различия в периодах полураспада материнских изотопов позволяют использовать изотопные методы для датировки различных по продолжительности временных интервалов.

Так, возраст пород в интервале 2 000-60 000 лет обычно определяют радиоуглеродным методом, при возрасте пород порядка 100 тыс. лет и более применим калий-аргоновый метод, при 5 млн. и более – стронциевый, при 30 млн. лет и более – свинцовый.

Изотопный состав определяют на специальном приборе, называемым массспектрометром. В практике вычисления абсолютного возраста широко используются специально составленные номограммы. Как правило, возрастные значения, полученные по разным изотопным отношениям, близки между собой.

Контрольные вопросы Основные геофизические поля Земли.

Миграция и расположение магнитных полюсов Методы определения относительного возраста горных пород Методы определения относительного возраста горных пород 7. Эндогенные геологические процессы Обычно, чем древнее порода, тем сильнее она метаморфизирована. Осадочные и магматические породы превращаются в гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы, кварциты.

Гнейсы и кристаллические сланцы произошли за счет глубокого метаморфизма различных глинистых, песчано-глинистых и вулканических пород; мраморы – за счет карбонатных пород – известняков и доломитов; кварцы – за счет метаморфизма различных по составу песчаников.

Наиболее ярким процессом внутренней динамики земной коры является магматизм.

Название происходит от слова греческого слова магма, что означает густая мазь, тесто. Магмой называется образующийся на глубине высокотемпературный силикатный расплав, насыщенный газами. Главным компонентом магмы является окись кремния SiО,содержание которой в ней колеблется от 35 до 80 %. Процентное содержание окиси кремния послужило основой для разделения магмы на 4 типа: кислую, когда окиси кремния более 65 %, среднюю – от 65 до 52 %, основную – от 52 до 45 % и ультраосновную – менее 45 %.

Под магматизмом понимают процессы возникновения магмы в глубине земной коры или в подкорковой области и перемещений ее в верхние горизонты коры к поверхности Земли.

Магма может проникать по плоскостям осадочных пород. Она может приподнимать пласты кровли или прогибать их под своей массой или рушить кровлю, ассимилируя ее с собой.

В зависимости от характера движения магмы и степени проникновения ее в верхние горизонты магматизм подразделяют на два типа: эффузивный и интрузивный. При эффузивном ( лат. эффузио – изливание) магматизме магма прорывает всю земную кору и по трещинам и разломам извергается на поверхность, образуя вулканы. В связи с этим эффузивный магматизм называют также вулканизмом. При интрузивном (от лат. интрудо – внедрение, вталкивание) магматизме магма внедряется в верхние горизонты земной коры, и.

не выходя на поверхность, застывает на некоторой глубине.