- •Т.Н. Чорная
- •Глава 3. Сведения о минералах…………………………………………..29
- •Глава 4. Общие сведения и классификация горных пород…………….39
- •Глава 5. Гидрогеология……………………………………………… …65
- •Глава 6. Природные геологические и
- •Введение
- •Глава 1. Программа курса геология.
- •Глава 2. Общая характеристика и вещественный состав земли
- •2.1. Форма и размеры земли
- •2.2. Оболочки земного шара
- •2.3. Физические свойства земли
- •2.4. Химический состав земли
- •2.5.Оценка воздействия окружающей среды на литосферу
- •Глава 3. Сведения о минералах
- •3.1. Минералы и их происхождение
- •3.2. Строение и свойства минералов
- •3.3. Физические свойства минералов
- •3.4. Классификация минералов.
- •Глава 4. Общие сведения и классификация горных пород
- •4.1. Условия образования горных пород
- •4.2. Классификация горных пород
- •4.3. Магматические горные породы
- •4.4.Осадочные горные породы
- •4.5. Метаморфические горные породы
- •4.6. Макроскопический метод определения горных пород
- •Глава 5. Гидрогеология.
- •5.1. Происхождение подземных вод.
- •5.2. Классификация подземных вод.
- •5.3. Физические свойства подземных вод.
- •5.4. Геологическая работа подземных выд.
- •Глава 6. Природные геологические и инженерно-геологические процессы
- •6.1. Виды выветривания.
- •6.2. Геологическая деятельность текучих вод.
- •6.3. Типы ледников и оледенения.
- •6.4. Геологическая роль болот и озер.
- •6.5. Геологическая деятельность моря.
- •6.6 Оценка воздействия окружающей среды на поверхностные воды
- •6.7. Оценка и прогноз антропоэкологических аспектов
Глава 2. Общая характеристика и вещественный состав земли
2.1. Форма и размеры земли
Современные представления о форме и размерах Земли появились не сразу. Так, древние индийцы представляли Землю в виде плоскости, лежащей на спинах слонов. А вавилоняне изображали Землю в виде круглой горы, окруженной морем, на которое, как опрокинутая чаша, опирается твердое небо. Древние греки, судя по поэмам Гомера «Одиссея» и «Илиада», представляли Землю в виде слегка выпуклого диска, обтекаемого со всех сторон рекой — Океаном. А над Землей, по их представлениям, находится медный небосвод, по которому движется Солнце, поднимаясь ежедневно из вод Океана на востоке и погружаясь в них на западе.
Впервые к выводу о шарообразности Земли пришел древнегреческий ученый Пифагор (ок. 580—500 до н. э.) в 530 г. до н. э. А научно доказал это Аристотель (384—322 до н. э.) в IV в. до н. э. Он говорил, что если бы Земля не имела форму шара, то тень, которую она отбрасывает на Луну при ее затмении, не была бы ограничена дугой окружности. Во II в. до н. э. древнегреческий ученый Эратосфен Киренский (ок. 276—«194 до н. э.) впервые сравнительно точно определил средний радиус земного шара.
На рубеже XVII—XVIII вв. английский ученый И. Ньютон (1643—1727) доказал, что Земля не может иметь форму точного шара. По расчетам Ньютона Земля вследствие вращения вокруг своей оси и преобладания в связи с этим у экватора действия центробежной силы над силой тяжести должна принять форму эллипсоида вращения, сжатого у полюсов. Это подтвердилось впоследствии. Но в действительности, поверхность Земли существенно отличается от поверхности идеального эллипсоида вращения. Она имеет крупные неровности, амплитуда которых достигает 20 км. Например, вершина Гималаев — гора Джомолунгма — имеет высоту 8848 м над уровнем моря, а глубина Марианской впадины в Тихом океане равна 11 034 м. По сравнению с размером всей Земли эти неровности являются очень незначительными. Поэтому обычно ими пренебрегают и ограничивают геометрическую фигуру Земли поверхностью океана, мысленно распространенной на всю Землю.
Такая фигура называется геоидом. Она характеризуется двумя размерами: большой, или экваториальной, полуосью (6378246 м) и малой, или полярной, полуосью (6356863 м). Отношение разности между большой и малой полуосями к большой полуоси называется полярным сжатием, или сплющенностью Земли. Оно равно 1 : 298,3.
Площадь поверхности Земли составляет около 510 млн. км2, а объем — 1083 млрд. км3. Длина земного меридиана равна 40 008,6 км, длина экватора — 40 075,7 км.
2.2. Оболочки земного шара
Земной шар состоит из воздушной (атмосфера), водной (гидросфера), каменной (литосфера, или земная кора) и промежуточной (мантия) оболочек. В центре Земли выделяется земное ядро. Каждая из оболочек характеризуется определенным химическим составом и физическим состоянием. Нижней границей атмосферы (греч. атмэ — воздух и сфера— шар) является поверхность суши и воды, а верхняя ее граница условно проводится на высоте 2000 км. Атмосфера состоит из механической смеси в основном азота (78,03%) и кислорода (20,99%) с небольшим количеством аргона (0,94%), углекислого газа (0,03%) и ничтожного количества паров воды, инертных газов, озона, аммиака и других газов, а также пылевидных частиц.
Гидросфера (греч. гидор — вода) представляет собой совокупность всех природных вод — морей, океанов, рек и озер, покрывающих 70,8% земной поверхности, а также подземных вод, насыщающих горные породы.
Земная кора, промежуточная оболочка и ядро Земли выделены в основном по результатам изучения распространения внутри Земли упругих колебаний. При естественных землетрясениях или искусственных сотрясениях Земли (путем взрыва) частицы горных пород испытывают упругие колебания. Эти колебания, называемые сейсмическими волнами, возникают в очаге землетрясения или взрыва и передаются затем с определенной скоростью во все стороны. Различают продольные, поперечные и поверхностные сейсмические волны.
Продольные волны возникают в жидкой и газообразной средах как следствие их реакции на внезапное изменение объема. Частицы вещества в них колеблются в плоскости, совпадающей с направлением движения волны. Скорость распространения продольных волн достигает 5—8 км/сек. Поперечные колебания частиц возникают в результате изменения формы среды. Они происходят в плоскости, перпендикулярной направлению движения упругой волны. Жидкости и газы формы не сопротивляются. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердом веществе. Скорость распространения их обычно 3—5 км/сек. Поверхностные волны могут возникнуть, например, у поверхности раздела двух таких различных по упругим свойствам сред, как земля и воздух или вода. По мере удаления от этой поверхности они быстро затухают. Скорость распространения поверхностных волн 3—4 км/сек.
Если бы Земля состояла до самого ядра из однородного вещества, то скорость распространения упругих колебаний с глубиной не изменялась бы и была всюду одинаковой. В действительности сейсмические (Волны, распространяясь от пункта взрыва в глубь Земли, встречают на различной глубине границы раздела неоднородных по составу сред. Частично отражаясь от них, как от экрана, одни волны возвращаются на поверхность Земли. Такие сейсмические волны называются отраженными. Другие сейсмические волны, преломляясь на поверхности раздела сред с различными упругими свойствами, проходят затем далее в глубь Земли. Такие волны называются преломленными. Они могут, в свою очередь, отразиться затем от более глубокой границы.
Возвратившиеся к земной поверхности отраженные и преломленные волны записываются в виде графиков—сейсмограмм на специальных сейсмических станциях. Обработка этих сейсмограмм позволяет определить глубину залегания границ, отражающих и преломляющих сейсмические волны. В некоторых случаях можно получить также данные о свойствах горных пород, через которые проходили сейсмические волны.
Неравномерная скорость прохождения сейсмических волн по разрезу Земли привела ученых к мысли о неоднородном, слоистом строении земного шара. Предполагается, что это обусловлено различной плотностью глубинного вещества Земли. На этом основании, в частности, проводится граница между земной корой и мантией.
Земная кора, или литосфера (греч. литос — камень), — это твердая каменная оболочка Земли. Толщина ее составляет менее 1% земного радиуса и колеблется от 5—10 км в океанах до 70—80 км на материках. По скоростям распространения сейсмических волн в земной коре выделяют три слоя — осадочный, «гранитный» и «базальтовый», различающиеся химическим составом и физическими свойствами слагающих их горных пород.
Верхний, осадочный слой сложен продуктами разрушения пород среднего слоя, условно названного «гранитным». Он покрывает почти всю поверхность Земли. В наиболее погруженных прогибах земной коры толщина осадочного слоя достигает 20—30 км, а в пунктах выхода на поверхность Земли гранитных пород уменьшается до нуля.
Средний слой земной коры назван «гранитным» потому, что скорость прохождения через него сейсмических волн совладает со скоростью упругих колебаний, полученных в лабораториях для образцов гранитных пород. В действительности этот слой, кроме гранита, содержит и другие породы, физические свойства которых близки к свойствам гранита. К ним относятся, например, гнейсы и кристаллические сланцы. Нижняя граница «гранитного» слоя на континентах расположена на глубине 15—30 км. На дне Тихого океана и в глубоких впадинах Атлантического и Индийского океанов «гранитный» слой отсутствует.
Нижний, «базальтовый» слой земной коры покрывает весь земной шар. «Базальтовым» слой назван потому, что скорости прохождения через него сейсмических волн соответствуют скоростям упругих колебаний, полученным экспериментальным путем для базальтов. Но, по-видимому, в состав «базальтового» слоя входят также и другие породы. Толщина слоя на континентах достигает 10—20 км, а под океанами — 3—7 км.
Мантия является промежуточной оболочкой между твердой земной корой и, по-видимому, размягченным ядром. У нижней границы земной коры при переходе в мантию наблюдается скачкообразное изменение скорости продольных сейсмических волн от 6,5—7,0 до 7,7—8,2 км/сек. Эта граница получила название поверхности Мохоровичича (сокращенно Мохо) по имени югославского ученого, впервые установившего этот раздел. Граница мантии с ядром проводится на глубине 2900 км. Область мантии до глубины 900 км называется верхней мантией.
В последние годы в верхней мантии на глубинах 100— 200 км под континентами и 50—400 км под океанами обнаружена зона, в пределах которой отмечается понижение скорости прохождения сейсмических волн на 3—5%. Эта зона получила название астеносферы, или волновода. Ниже волновода скорость продольных сейсмических волн вновь резко возрастает. Полагают, что в золе волновода вещество обладает меньшей плотностью и вязкостью, чем в остальной части верхней мантии.
Ядро Земли. На границе мантии и ядра происходит скачкообразное понижение скорости продольных сейсмических волн с 13,2—13,7 до 8,1—8,5 км/сек. При этом к центру Земли проходят только продольные волны, а поперечные волны не проходят. Это означает, что вещество, слагающее внешнюю часть ядра, не является твердым телом. Предполагают, что оно находится в расплавленном состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость распространения продольных сейсмических волн затем вновь постепенно нарастает до 10,2 км/сек, а на глубине 5080 км скорость скачкообразно возрастает до 11 км/сек и потом до центра Земли почти не .изменяется. Это послужило основанием для выделения твердого внутреннего «ядрышка» с радиусом 1290 км.