Земля в космическом пространстве

Вопрос №1. Введение в геологию. Структура геологии, содержание основных разделов и научные методы изучения строения Земли.

Введение

VI. Текст лекции

V. Учебно-материальное обеспечение

 

Материально-техническими средствами обучения дисциплины являются:

1. Технические средства обучения (мультимедийный проектор, видеомагнитофон, графопроектор, ПЭВМ, видеофильмы, слайды, демонстрационные компьютерные стерео модели, интерактивная доска).

2. Лабораторное оборудование.

3. Коллекции минералов и пород.

4. Наглядные пособия, иллюстрированные стенды, плакаты, геологические карты.

5. Автоматизированный учебный курс (АУК) профессиональной подготовки специалистов военизированных горноспасательных частей, состоящий из электронного учебника - «Автоматизированный учебный курс для подготовки горноспасателей», действующего макета угольной шахты и демонстрационной виртуальной стерео 3D-модели угольной шахты.

 

(5 минут)

 

Учебный курс ≪Общая геология≫ является первым фундаментальным курсом по геологии, который изучают студенты всех вузов геологических специальностей. Этот предмет даёт широкие представления о происхождении и строении Земли, о геологических эндогенных и экзогенных процессах, об основных минералах, элементах земной коры, о взаимоотношениях слоистых толщ и т.п.

Важная составляющая названного курса — практические лабораторные занятия, на которых студенты знакомятся с начальными сведениями о свойствах минералов, их формах нахождения в природе, методах определения, их классификации, также о свойствах наиболее распространённых магматических, осадочных и метаморфических пород.

В курсе также излагаются сведения о слоях и характере их взаимоотношений в геологических разрезах; рассматриваются методы и способы определения относительного и абсолютного возраста горных пород; стратиграфическая и геохронологическая шкалы.

В краткой форме даётся представление о деформированных слоях: складках, разрывных нарушениях и их сочетаниях. Кроме того, приводится обзор главных типов несогласий, рассматриваются наиболее важные типы геологических карт, элементы залегания горных пород, излагаются общие сведения об основах геологического картирования и построения профилей по геологическим картам.

Таким образом, курс по общей геологии помогает студентам овладеть на практике определением минералов, горных пород, чтением геологических карт и составлением профилей.

 

Геология как наука, её значение и место среди других наук

 

Развитие «геологических» знаний сопутствовало развитию человечества на всех этапах его истории. Достаточно вспомнить, что общая периодизация истории основана на характере используемых для производства орудий труда материалов: каменный, бронзовый и железный век. Добыча и совершенствование технологии обработки полезных ископаемых неизбежно связаны с увеличением знаний о свойствах минералов и горных пород, выработкой критериев поиска месторождений и совершенствованием способов их разработки.

Умение искать и находить руды чрезвычайно высоко ценилось в древности, как, впрочем, и в последующие времена. Но все же следует признать, что большинство месторождений в глубокой древности было открыто не с помощью целенаправленных поисков, а случайно. Но постепенно накапливались определённые признаки, сопутствующие разным рудам. Зачатки геологических знаний развивались, благодаря существовавшим горным разработкам, прежде всего у египтян, греков, китайцев, индийцев и других народов. Во многих местах найдены остатки древних горных промыслов – в Армении, на Урале, в Забайкалье, на Алтае, в Узбекистане, Таджикистане, Казахстане. Во втором тысячелетии до нашей эры на Урале плавили медь, в Северном Казахстане добывали золото, в горах Средней Азии получали свинец и серебро, а в Азербайджане (в Нахичевани) разрабатывали каменную соль.

Геологические знания постепенно набирали силу, но при рабовладельческом строе трудно было успешно развивать производство, а с ним и горные промыслы. Появление феодализма, установление новых производственных отношений дали толчок развитию и горного дела. В средние века в Центральной и Восточной Европе было много рудников, да и в Киевской Руси, в окрестностях Великого Новгорода добывали железо, строительный камень, а на Белом море – слюду, которая в прошлом веке была названа мусковитом. В эпоху Возрождения появились первые зачатки научной геологии. Когда начали формироваться капиталистические отношения в сфере производства, геология сделала резкий шаг вперёд. Учёные стали задумываться над тем, откуда взялись высоко в горах древние морские раковины. Наверное, когда-то там плескалось море, а гор не было. Следовательно, суша не была чем-то постоянным, её очертания менялись. Стали обращать внимание не только на горные породы – известняк, гранит, песчаник, глинистый сланец, мел, но и на то, как они располагаются, залегают в природе.

Геология – наука о строении Земли, о её происхождении, возрасте, развитии и образовании полезных ископаемых. «Гео» греч. земля, «логос» – знание. Термин «геология» впервые был применён лишь в 1657 году норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом, а как самостоятельная ветвь естествознания геология начала развиваться только во второй половине 18 века. В это время были разработаны элементарные приёмы наблюдения и описания геологических объектов и процессов, первые методы их изучения, проведена систематизация разрозненных знаний, возникли первые гипотезы. Этот период связан с именами выдающихся учёных А. Броньяра, А. Вернера, Ж. Кювье, Ч. Лайеля, М. Ломоносова, У. Смита и многих других. Геология становится наукой – выработанной в результате деятельности человека, взаимосвязанной, развивающейся системой знаний о законах мира.

Объектами изучения геологии являются:

- состав и строение природных тел и Земли в целом;

- процессы на поверхности и в глубинах Земли;

- история развития планеты;

- размещение полезных ископаемых.

Геологические формации - закономерное сочетание определённых генетических типов горных пород, связанных общностью условий образования. Геологические формации рассматриваются во многих разделах геологии (петрографии, литологии, геотектонике и др., даже выделяется особое направление - учение о формациях). Учитывая, что выявление формаций, как объектов высокого ранга, возможно лишь при изучении крупных участков земной коры, важная роль в их исследовании отводится региональной геологии.

Региональная геология - раздел геологии, занимающийся изучением геологического строения и развития определённых участков земной коры.

Геосферы - концентрические слои (оболочки), образованные веществом Земли. В направлении от периферии к центру Земли расположены атмосфера, гидросфера (образующие внешние геосферы), земная кора, мантия и ядро Земли (внутренние геосферы). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой.

 

Важнейшая роль в изучении геосфер, их состава, протекающих в них процессов и их взаимосвязи, отводится геофизики и геохимии.

Геофизика - комплекс наук, изучающих физические свойства Земли в целом и физические процессы, происходящие в её твёрдых сферах, а также в жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках.

Геохимия - наука, изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на её поверхности.

Наука, исследующая глубинные процессы, изменяющие состав и строение твердых оболочек Земли, называется геодинамика.

Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие в земной коре и на её поверхности, разнообразные процессы: вулканизм, образование рельефа, возникновение землетрясений, деятельность рек, морей и океанов, образование складок в земных пластах, движение земной коры.

Минералы и горные породы залегают в виде определённых геологических тел. Важными направлением геологии является науки, изучающие формы залегания пород, механизм и причины образования этих форм. Наука, изучающая формы залегания горных пород в земной коре и механизм образования этих форм называется структурная геология (обычно рассматривается как раздел тектоники).

Тектоника - наука о строении, движениях и деформациях литосферы и её развитии в связи с развитием Земли в целом.

Геологами приходится иметь дело с толщами горных пород, накопившимися на миллиарды лет. Поэтому ещё одним важнейшее направление включает науки, восстанавливающие по следам, сохранившимся в толщах горных пород, события геологической истории и их последовательность. Геохронология - учение о последовательности формирования и возрасте горных пород.

Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности образования и расчленением толщ осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических пород, пластов слагающих земную кору и установлением их возраста. Обобщающей дисциплиной этого направления является историческая геология - наука, изучающая геологическое развитие планеты, отдельных геосфер и эволюцию органического мира. Все названные геологические науки тесно связаны с палеонтологией, возникшей и развивающейся на стыке геологии и биологии.

Палеонтология – наука о древнем животном и растительном мире, изучающая по ископаемым остаткам организмов и следам их жизнедеятельности историю развития растительного и животного мира прошлых геологических эпох.

Одной из важнейших задач геологии служит открытие месторождений новых полезных ископаемых - минеральных образований земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Скопления полезных ископаемых образуют месторождения. Наука о закономерностях образования и размещения месторождений полезных ископаемых называется металлогения.

К полезным ископаемым принадлежат и подземные воды, их изучением занимается гидрогеология.

Важная прикладная задача связана с изучением геологических условий строительства различных сооружений, что обусловило формирование ещё одного направления геологии - инженерной геологии.

Минерало́гия — наука о минералах — природных химических соединениях. Минералы - однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов. Минералогия изучает состав, свойства, структуры и условия образования минералов. Минералогия — одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия.

Петрография -изучает горные породы, которые состоят из минералов, а петрология – способы образования горных пород, условия происхождения горных пород и экспериментальное воспроизведение этих условий.

Кристаллография рассматривает внутреннюю структуру минералов, их кристаллическую решетку

Геохимия изучает распределение химических элементов в земной коре, горных породах, воде и породах других планет (космохимия);

Геокриология наука, проникающая в тайны вечной мерзлоты, которой у нас в стране заняты огромные пространства;

Учением о полезных ископаемых (рудных, пластовых, жидких и газообразных) месторождениях занимается геология полезных ископаемых,

Изучением слоёв Земли для строительства – занимается инженерная геология и грунтоведение,

Проникновением в глубины Земли с помощью физических методов занимается геофизика, которая сама подразделяется на много дисциплин, в зависимости от используемого метода.

Добыча полезных ископаемых развивается так быстро и захватывает такие большие участки Земли, что на повестку дня встал вопрос об охране окружающей среды и земных недр, чем занимается экологическая геология.

Каждая отдельная дисциплина включает в себя три части: описательную (изучающую свойства объекта, его классификацию и пр.), динамическую (рассматривающую процессы их образования и изменения) и историческую (рассматривающую эволюцию объектов во времени).

По области использования результатов научные исследования делятся на фундаментальные и прикладные. Цель фундаментальных исследований - открытие новых основополагающих законов природы или способов и средств познания. Цель прикладных - создание новых технологий, технических средств, предметов потребления. Применительно к геологии необходимо отметить следующие практические задачи:

открытие новых месторождений полезных ископаемых и новых способов их разработки;

изучение ресурсов подземных вод (также являющихся полезным ископаемым);

инженерно-геологические задачи, связанные с изучением геологические условия строительства различных сооружений;

охрана и рациональное использование недр.

В геологии очень тесно связаны теоретические и эмпирические методы. Важнейшим методом геологических исследований является геологическая съёмка - комплекс полевых геологических исследований, производимых с целью составления геологических карт и выявления перспектив территорий в отношении наличия полезных ископаемых. Геологическая съёмка заключается в изучении естественных и искусственных обнажений (выходов на поверхность) горных пород (определение их состава, происхождения, возраста, форм залегания); затем на топографическую карту наносятся границы распространения этих пород с указанием характера их залегания. Анализ полученной геологической карты даёт возможность создания модели строения территории и данных о размещении на ней различных полезных ископаемых

Объектами изучения геологии являются: минерал - горная порода - геологическая формация - геосфера - планета в целом.

Основные понятия о горных породах

Горные породы - (а. rocks) естественные минеральные агрегаты, образующиеся в глубинах Земли или на её поверхности в ходе различных геологических процессов. Горные породы слагают литосферу Земли в виде самостоятельного геологического тела. Традиционно под горной породой подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к горным породам относят также воду, нефть и природные газы. Согласно современным представлениям, горные породы сложены верхней оболочкой планет земной группы, а также Луной и астероидами. По способу образования (генетически) все горные породы подразделяются на следующие типы:

- магматические, возникшие за счёт глубинного вещества, находившегося в расплавленном состоянии; иначе говоря, образующиеся в результате кристаллизации огненно-жидкого природного расплава, называемого магмой и лавой;

- осадочные, формирующиеся на поверхности Земли в результате физического и химического разрушения существующих пород, осаждения минералов из водных растворов или в результате жизнедеятельности живых организмов;

- метаморфические, возникшие за счёт преобразования магматических, осадочных или других горных пород под воздействием высоких температур и давлений и сохранившие в процессе преобразования твёрдое состояние и свой химический состав;

- метасоматические, возникшие за счёт преобразования магматических, осадочных или других горных пород, сохранивших в ходе преобразования твёрдое состояние, но утратившие частично или полностью свой исходный минеральный и химический состав. Метасоматические горные породы часто являются рудовмещающей средой или представляют собой полезные ископаемые (флогопитовые, магнетитовые и другие руды). Некоторые метасоматические горные породы используются как облицовочный, поделочный или строительный камень;

- мигматитовые, состоящие из метаморфического вмещающего вещества с жилками гранита; являются полигенной породой: одна из её составляющих представляет собой реликт метаморфический породы, другая - новообразованная в ходе магматического или метасоматического процесса;

- импактные (или коптогенные), возникшие в следствии импактных событий – падений космических тел; образование импактных пород может быть связано с высоким давлением в ходе удара, частичным или полным правлением вещества.

В общем виде все горные породы могут быть разделены на возникшие в поверхностных условиях, со свойственным этим условием сочетанием изменений температур, активности кислорода, воды, органических веществ и иных факторов – это осадочные породы, и породы, образованные под воздействием глубинных процессов, с присущими этим условиям повышенными температурами и давлением, иным химическим составом среды - магматические, метаморфические, метасоматические, мигматитовые. Импактные породы, образованные в ходе преобразования существующих пород в условиях высоких давлений и возникающих в ходе взрыва температур, в целом близки ко второй названной группе. Такое разделение определило развитие двух научных направлений, изучающих горные породы. Изучению осадочных пород и современных осадков, их состава, строения, происхождения и закономерностей размещения посвящена наука литология. Изучению, описанию и классификации магматических, метаморфических, метасоматических, мигматитовых и импактных породы и образованных ими геологических тел посвящена петрография.

Вопрос №2 – «Современные представления о Вселенной, планетах Солнечной системы и их спутниках, а также других космических объектах»

 

Наша Земля - одна из девяти планет Солнечной системы, а Солнце это рядовая звезда, находящаяся в Галактике Млечного Пути, одной из сотен миллионов Галактик в наблюдаемой части Вселенной. Несмотря на то, что непосредственным объектом изучения геологии является планета Земля, нам необходимы знания и о других планетах, звездах, галактиках, т.к. все они находятся в определенном взаимодействии, начиная с момента их появления во Вселенной. Поэтому наша планета представляет собой лишь частицу космического пространства и необходимо изучение возникновение и эволюционирование Вселенной.