Предмет і завдання геології
Геологія - одна з фундаментальних природничих наук, що вивчає будову, склад, походження і розвиток Землі. Вона досліджує складні явища і процеси, що протікають на її поверхні і в надрах. Сучасна геологія спирається на багатовіковий досвід пізнання Землі і різноманітні спеціальні методи дослідження. На відміну від інших наук про Землю, геологія займається дослідженням її надр. Основні завдання геології полягають у вивченні зовнішньої кам'яної оболонки планети - земної кори і взаємодіючих з нею зовнішніх і внутрішніх оболонок Землі (зовнішні - атмосфера, гідросфера, біосфера; внутрішні - мантія і ядро) (рис. 9.1
Об'єктами безпосереднього вивчення геології є мінерали, гірські породи, копалини органічні залишки, геологічні процеси.
Геологія тісно пов'язана з іншими науками про Землю, наприклад з астрономією, геодезією, географією, біологією. Геологія спирається на такі фундаментальні науки як математика, фізика, хімія. Геологія є синтетичною наукою, хоча в той же час розпадається на безліч взаємопов'язаних галузей, наукових дисциплін, що вивчають Землю в різних аспектах і отримують відомості про окремих геологічних явищах і процесах. Так, вивченням складу літосфери займаються: петрологія. досліджує магматичні і метаморфічні породи, літологія. вивчає осадові гірські породи, мінералогія - наука, що вивчає мінерали як природні хімічні сполуки і геохімія - наука про розподіл і міграції хімічних елементів в надрах землі.
Геологічні процеси, що формують рельєф земної поверхні, вивчає динамічна геологія. частиною якої є геотектоніка. сейсмологія і вулканологія.
Розділ геології, що займається вивченням історії розвитку земної кори і Землі в цілому, включає стратиграфию. палеонтологію. регіональну геологію і носить назву історична геологія.
Є в геології науки, що мають велике практичне значення, такі, як про родовища корисних копалин, гідрогеологія. інженерна геологія. ГЕОКРІОЛОГІЇ.
В останні десятиліття з'явилися і набувають все більшого значення науки, пов'язані з дослідженням космосу (космічна геологія), дна морів і океанів (морська геологія).
Поряд з цим є геологічні науки, що знаходяться на стику з іншими природничими науками: геофізика. біогеохімія. кристаллохимия. палеоботаніка. До таких належать також геохімія і палеогеографія. Найбільш близька і різнобічна зв'язок геології з географією. Для географічних наук, таких як ландшафтознавство. кліматологія. гідрологія. океанографії. найбільше важливі геологічні науки, які вивчають процеси, що впливають на формування рельєфу земної поверхні і історію утворення земної кори всій Землі.
Внутрішня будова і історія геологічного розвитку Землі
Відповідно до сучасних космологічних уявлень 3емля утворилася разом з іншими планетами близько 4,6 млрд років тому з шматків і уламків, що оберталися навколо молодого Сонця. Вона розросталася, захоплюючи речовина, що знаходилося навколо, поки не досягла свого нинішнього розміру.
У будову Землі виділяють три основних шару:
Земна кора - тверда шарувата зовнішня оболонка Землі. Потужність земної кори в планетарному масштабі надзвичайно мала (в середньому близько 35 км). Потужність її сильно змінюється від 5 км під океанами до 70 км під гірськими спорудами. На 90% земна кора складається з восьми хімічних елементів. кисню, кремнію, алюмінію, заліза, кальцію, калію, натрію, магнію.
Існують два різновиди земної кори:
1) континентальна (більш потужна, складна, що має три шари - осадовий, гранітний і базальтовий);
2) океанічна (важча і переважно базальтова з відсутністю гранітного шару).
Ядро знаходиться на глибинах від 2900 до 6371 км, т. Е. Радіус ядра займає більше половини радіуса Землі і має потужність приблизно 3500 км. Ядро складається з зовнішнього і внутрішнього шарів. Припускають, що в зовнішній частині ядра речовина знаходиться в розплавленому рухомому стані і в ньому через обертання планети виникають електричні струми, які створюють магнітне поле Землі; внутрішня частина ядра тверда. Земне ядро складається з заліза з домішкою більш легких елементів. З глибиною наростають тиск і температура, яка становить в ядрі близько 5000 ° С.
Абсолютний вік Землі приблизно дорівнює 4,6 млрд років. Вік найдавніших порід Землі - гранітогнейси. виявлених на суші, - дорівнює 3,8-4,0 млрд років. Про події геологічного минулого дає уявлення єдина міжнародна геохронологическая шкала. Її основними тимчасовими підрозділами є архейської, протерозойская, палеозойська, мезозойська і кайнозойская ери (рис. 9.4
Найдавніший інтервал геологічного часу, що включає архей і протерозой, називають докембрієм (90% всієї геологічної історії Землі). Далі виділена палеозойська ера - «древня життя» - від 570 до 230 млн років тому, мезозойська ера - «середнє життя» - від 230 до 65-67 млн років тому і кайнозойської ера - «нове життя» - від 65-67 млн років до наших днів. Усередині ер виділяються менші часові відрізки - періоди.
Сучасні концепції розвитку геосферно оболонок
Літосфера - верхня тверда оболонка Землі, яка включає земну кору і верхню частину мантії. Товщина літосфери за різними даними становить 30-70 км (за деякими даними до 200 км).
Останнім часом визнання отримала концепція тектонічних плит літосфери. згідно з якою протягом усього мезозою і кайнозою материки переміщалися по поверхні планети.
Гідросфера (водна оболонка) покриває 71% поверхні планети і включає в себе Світовий океан, моря, озера, річки, і підземні води. Значна частина води міститься в кріосфері - льодах Арктики і Антарктики, що займає величезні простори. Загальні запаси води на Земній кулі складають 1,5 млрд км 3. Солона вода становить близько 97% цього обсягу. Протягом року з поверхні нашої планети випаровується близько 355 тис. Км 3 води. Більша її частина (близько 90%) випадає потім у вигляді опадів над поверхнею морів і океанів, що залишилася волога осідає на суші, а потім річками виноситься в океан, йде під землю або замерзає в льодовиках.
Безперервний кругообіг води має великий вплив на клімат і обмін речовин на всій планеті.
Атмосфера - газова оболонка Землі, істотно відрізняється від атмосфер інших планет Сонячної системи. Спочатку вона складалася з водню, водяної пари, вуглекислого газу, метану, аміаку і невеликих кількостей гелію і неону. На Землі вуглекислота була видалена хімічними реакціями з гірськими породами за участю рідкої води, а згодом і фотосинтезом рослин. Сучасна атмосфера складається з азоту (близько 78%) і кисню (близько 20%). Крім цього, в невеликих кількостях в атмосфері містяться діоксид вуглецю, аргон, гелій, водень і озон. Атмосфера поділяється на кілька рівнів: приземную тропосферу з інтенсивним вертикальних і горизонтальних рухом повітря, стратосферу з озоновим шаром, мезосферу. іоносферу і екзосферу (рис. 9.5
Сукупність рухів повітря тропосфери утворює атмосферну циркуляцію. Спостерігається широтне чергування сезонно смещающихся зон високого і низького тиску, і відриваються від них атмосферні вихори, пов'язані з областями низького і високого тиску, називаються циклонами і антициклонами.
Складна взаємодія трьох геосфер - атмосфери, літосфери і гідросфери (можливо, і при деяких додаткових зовнішніх впливах) - призвело до глибокої давнини до формування нової геосфери - біосфери. сфери життя.
Літосфера як абиотическая основа життя. Екологічні функції літосфери
Як вже було сказано вище, літосфера - верхня тверда оболонка Землі, що включає земну кору і верхню частину мантії і переходить без різкого розмежування в нижележащую астеносферу. Потужність літосфери становить за різними даними від 50 до 200 км.
Породи земної кори діляться на три класи. мають різне походження:
1) магматичні породи (граніт, базальт, габро, туф);
2) осадові породи (крейда, вапняк, доломіт, пісок);
3) метаморфічні породи.
Відомо більше ста хімічних елементів, проте основу живих систем складають тільки шість, названі органогенами. вуглець, водень, кисень, азот, фосфор і сірка. Їх загальна вагова частка в організмах - 97,4%. Далі йдуть 12 елементів, що беруть участь в фізіологічно важливих компонентах біосистем: натрій, калій, кальцій, магній, залізо, кремній, алюміній, хлор, мідь, цинк, кобальт (вагова частка в організмах - 1,6%). Ще 20 елементів беруть участь в роботі окремих біосистем, участь інших елементів в побудові біосистем практично не зафіксовано.
На Землі найбільш поширені кисень, кремній, алюміній, залізо, магній, кальцій, натрій, калій, нікель, а вуглець займає лише 16-е місце. З органогенов найбільш поширені лише кисень і водень. Отже, геохімія не відіграє суттєвої ролі у відборі хімічних елементів при формуванні органічних систем, а тим більше біосистем.
Екологічні функції літосфери. ресурсна, геодинамическая, геофізики-геохімічна.
Природні ресурси - це тіла і сили природи, які на даному рівні розвитку продуктивних сил і вивченості можуть бути використані для задоволення потреб людського суспільства у формі безпосередньої участі в матеріальній діяльності.
Під корисними копалинами розуміються мінеральні утворення земної кори, які можуть ефективно використовуватися в господарській діяльності людини. Поширення корисних копалин у земній корі підкоряється геологічним закономірностям. До ресурсів літосфери належать паливні, рудні та нерудні корисні копалини, а також енергія внутрішнього тепла Землі.
Таким чином, літосфера виконує одну з найважливіших для людства функцій - ресурсну - постачання людини майже всіма видами відомих ресурсів.
Крім ресурсної функції, літосфера виконує і ще одну важливу функцію - геодинамічних. На Землі безперервно проходять геологічні процеси. В основі всіх геологічних процесів лежать різні джерела енергії. Джерелом внутрішніх процесів є тепло, що утворюється при радіоактивному розпаді і гравітаційної диференціації речовин усередині Землі.
У розмаїтті хімічного складу і фізико-хімічних властивостей земної кори і полягає наступна функція літосфери - геофізик-геохімічна. За геологічними і геохімічним даними до глибини 16 км підрахований усереднений хімічний склад порід земної кори: кисень - 47%, кремній - 27,5%, алюміній - 8,6%, залізо - 5%, кальцій, натрій, магній і калій - 10 , 5%, на всі інші елементи припадає близько 1,5%, в тому числі на титан - 0,6%, вуглець - 0,1%, мідь - 0,01%, свинець - 0,0016%, золото - 0 , 0000005%. Очевидно, що перші вісім елементів становлять майже 99% земної кори. Виконання літосферою даної, не менш важливою, ніж попередні, функції призводить до найбільш ефективного господарського використання практично всіх верств літосфери. Зокрема, найбільш цінним за своїм складом і фізико-хімічними властивостями є верхній тонкий шар земної кори, що володіє природною родючістю і іменований грунтом.
Що вивчає геологія?
Коли утворилася Земля?
Які три основних шару виділяють в будові Землі?
Які основні тимчасові ери виділяють в історії розвитку Землі?