Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 1
План
1. Предмет, цель, задачи и значение геологии.
2. Подразделение геологии
3. Строение солнечной системы
4. Общая хар-ка Земли
5. Оболочки Земли
1. Геология- комплекс фундаментальных и прикладных наук о Земле.
Предметом общей геологии явл-ся Земля в целом, ее возникновение как планеты, формирование внутренних и внешних оболочек их функционирование и взаимодействие, т.е. изучение Земли как геологической системы.
Геология тесно связана с др. науками: астрономией, географией, геодезией, химией, биологией, физикой, математикой и др.
Основные задачи – 1.Изучение наружной каменной оболочки планеты (земной коры) и взаимодействующих с ней внешних и внутренних оболочек Земли.
2. Изучение закономерностей распределения ПИ и на этой основе их поиск.
3. Изучение развития жизни на Земле.
Значение геологии:
1. Создание мин-сырьевой базы
2.Инженерно-геологическое обоснование строительства
3. Прогноз землетрясений, извержений, селей
Объект изучения : геологические процессы, горные породы, минералы, органические остатки.
Геология – мировоззренческая дисциплина, относящаяся к числу естественно-исторических наук. Изучать геологию человек начал на заре своей сознательной жизни. Труды ученых древности имеют для нас скорее историческое значение, однако и в них встречаются научные идеи: Аристотель 1У в до н.э – шарообразность Земли, Аристарх Самоский 111 в до н.э. – гелеоцентрическую систему мира. Геродот, Пифагор, бурение при постройке пирамид. На востоке Х-Х1 развитие минералогии Авицена создал первую классификацию минералов, Аль-Бируни – определил длину окружности Земного шара. Большой вклад – Л. Да Винчи, Ломоносов. Временем возникновения геологии как науки принято считать вторую половину ХУ111 века.
Современная геология представляет собой цикл наук о Земле, которые делятся на 5 групп:
1. Науки изучающие вещественный состав Земли:
- минералогия; петрография и литология; кристаллография;- геохимия
2.Науки изучающие геологические процессы:
- внешней динамики: физическая геология, гляциология, лимнология и др.
- внутренней динамики: вулканология, сейсмология, тектоника
3. Науки изучающие историю развития Земли:
- историческая геология, палеонтология, - стратиграфия – о последовательности залегания слоев ГП, геотектоника – о закономерностях строения и движения З.к.
4. Прикладные науки:
- поиск и разведка МПИ, гидрогеология, инженерная геология, геология рудных месторождений
5. Планетология
БСЭ « Вселенная, весь мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечный по тем формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Вселенная существует объективно, независимо от сознания человека. Вселенная содержит гигантское множество небесных тел, многие из которых по размерам превосходят З. иногда во много миллионов раз».
Наши представления о Вселенной отождествляются с доступной для изучения Метагалактикой. Возраст 15 -18х109 млн лет.
Вещество Вселенной на данном этапе эволюции сосредоточено в звездах. Проблема образования звезд еще не решена.
Межзвездная среда не является абсолютно пустым пространством, она заполнена газом, хоть и очень разреженным. Он распределен неравномерно, области с повышенной плотностью – облака. Поэтому межзв. Среда не является вакуумом. По ней могут передаваться волны, она охвачена сложным турбулентным движением, по ней идет «зыбь» и т.д.
Преобладает Н и Не, обнаружены соединения углерода. Помимо газа – м\зв. пыль, также распределенная неравномерно. Частицы представлены графитом, силикатами, загрязненными льдинками , имеют вытянутую форму и ориентированы в одном направлении. Т м\зв. Среды очень низкая, несколько градусов по Кельвину. Современная вселенная имела начало и возникла около 18х109 млн лет , возможно в рез-те «большого взрыва». Она расширяется.
Звезда-газовый шар, находящийся в состоянии равновесия, большинство звезд не меняют своих свойств в течении огромных промежутков времени. Звезда появляется как сгусток сжимающегося под действием гравитационных сил вещ-ва Вселенной. Интенсивное сжатие приводит к разогреву, возникает внутреннее давление, которое постепенно останавливает процесс сжатия. Но температура и плотность уже достигают таких значений, которые вызывают термоядерные реакции.
Звезда разбухает, ядро продолжает сжиматься, внешние слои могут отделиться, образуя, газовую туманность. Когда ядерное горючее заканчивается, звезда начинает остывать, внутреннее давление в ней падает, ядро начинает быстро сжиматься, что может привести к одному из трех состояний: нейтронной звезды, белого карлика или черной дыры.
Общее число звезд в видимой части вселенной 1020
Скопление звезд образует Галактики. Наша звездная система напоминает сильно сжатый диск, четкой границы у нее нет. Наибольшее число звезд – в центральной части галактики. Солнце на переферии. Гал. – должна иметь спиралевидную форму.
В состав Солн. системы входят 9 планет, больше 40 их спутников, многочисленные астероиды, кометы и метеориты.
Все планеты вращаются вокруг С. В одном направлении, по орбитам близким к круговым, кроме Ме и П. Плоскости орбит практически совпадают.
Астероиды – несколько тысяч, большинство в астероидальном кольце между Марсом и Юпитером. Крупнейшие: Церера (770 км), Паллада (490 км) и Веста (385 км).
Во внутренних частях пояса – близки по составу к углистым метеоритам; железокаменные – преобладают во внешней части.
Метеориты – доступны для исследований. Обнаружены до 70 минералов, среди них неизвестные на Земле. Подразделяются на 3 класса: каменные (более 90%), железокаменные и железные.
Кометы – космические тела, происхождение, состав и структура - ?. Состоят из туманного пятна с ярким ядром и одного или нескольких хвостов, в виде серебристой полосы. Ядро из льда и пыли?
Общие сведения о строении Земли
Масса Земли: 5,98 х 1024кг
Плотность вещества Земли 5,5 г/см3
Объем Земли 1,083 х 1012 км3
Средняя плотность Земли 5,52 г/см3, (2,7 г/см3) – плотность земной коры.
Форма и размеры Земли.
Поверхность Земли очень сложна и во всех деталях не может быть описана с помощью математических формул. Например, что значит средняя высота Европы, равная 300 м, или Азии, равная 950 м, или их наибольшие высоты над уровнем моря (гора Монблан 4807 м, гора Джомолунгма 8848 м. Однако если особенности рельефа Земли рассматривать для достаточно обширных территорий, геометризировать поверхность Земли до принципиально упрощенной, можно различные геометрические модели Земли.
Самой простой и самой совершенной формой с точки зрения симметрии является шар. Но чтобы шар сохранял форму при вращении, он должен быть абсолютно твердым телом, чтобы центробежные силы, возникающие при вращении, не нарушали бы его формы и внутреннего строения. Эти допущения приемлемы для задач, связанных с построением географической координатной сетки. По современным оценкам радиус такого шара = 6371,116 км, а плотность р = 5,52 г/см3.
Более сложной моделью является сфероид — фигура, возникающая при вращении вязкопластичного тела с возрастающей к центру плотностью. Эта форма, называемая еще эллипсоидом вращения, имеет два радиуса: полярный Rn и экваториальный Rэ. В СССР в качестве эталона в 1946 г был принят эллипсоид Красовского с радиусом полярным 6356,863 км и экваториальным 6378,245 км. Наряду с эллипсоидом Красовского существует еще стандартный земной эллипсоид Международного астрономического союза, принятый в 1976г.
По характеру орбит искусственных спутников земли была установлена эллиптичность экватора и установлена долгота наибольшего меридиана 15 к востоку от Гринвича. Современные исследования позволили оценить и различие полярных полуосей: #N_#S~ 100 м.
Т.О. форма Земли это уже не сфероид и даже не трехосный эллипсоид, а трехосный кардиоидальный эллипсоид (кардиоид). Однако для всякого рода геофизических вычислений, для построения географической координатной сетки эта модель весьма сложна и неудобна. Поэтому ей обычно предпочитают модели сфероидов. При описании З. часто используют понятие геоида. Однако геоид это не материальная по своей сути поверхность, хотя она и совпадает с поверхностью океана и ее продолжением под континенты. Эта поверхность везде перпендикулярна силе тяжести
Внутренние оболочки Земли
Главнейшими методами изучения внутренних частей нашей планеты являются геофизические, в первую очередь сейсмические наблюдения за распространением сейсмических волн. Сейсмические волны бывают продольными и поперечными. Продольные волны распространяются и в твердом и в жидком веществе, в твердом с большей скоростью, чем поперечные (поперечные в жидком не распространяются). Чем больше плотность вещ-ва тем выше скорость прохождения волн. По скорости прохождения волн твердый объем нашей планеты в настоящее время довольно четко разделяется на 4 сферы: кору, мантию, внешнее и внутреннее ядро. Эти концентрические оболочки носят название геосфер. Геосферы образовались в результате гравитационной дифференциации вещества Земли.
В результате прохождения сейсм. волн через З. обнаружено, что имеется несколько границ скачкообразного изменения скорости прохождения волн.
А З.кора 4-70 км Плотность 2.7-3. До 70
В Верхняя мантия слой Гутенберга Плотность 4.68 400
С Переходная зона Слой Галицина 1000
Д Нижняя мантия Плотность 5.69 2900
Е Внешнее ядро Плотность 11,5 –12 4980
F Промежуточное ядро 5120
G Внутреннее ядро Плотность 12.3 6371
Земная кора – верхняя каменная оболочка З., осадочными, магматическими и метаморфическими породами Нижняя граница зеркально отображает поверхность З. По г/ф данным в З.к. выделяют 3 слоя:
1. Осадочный – сложен осадочными породами, толщина на материке до 20, иногда, более км в океанах 2 км и меньше
2. Гранитно-метаморфический – 50% гранитов 40% гнейсы и др. метаморфические породы амфиболитовой фации метам. (среднетемпер.)
10% метаморфические породы высокотемпер. Мощность до 25-30 км (может отсутствовать полностью).
Раздел Конрада.
3. Базальтовый (гранулито-базитовый) на материках 40 км в океанах 5 км. Нижняя граница – раздел Мохоровичича (граница М).
Базальты — продукты вулканических извержений, образовавшиеся в результате затвердевания лавы с большим количеством Fe, Mg и Ca. В океанах под осадочным слоем небольшой мощности (первый слой) сразу залегает базальтовый, толщиной не более 5 км, Скорость сейсмических волн в базальтовом слое постепенно увеличивается к нижней его границе от 6,6 до 7,4 км/с и скачком возрастает ниже ее. Эта граница называется разделом Мохоровичича, Мохо или просто М. Раздел М является и нижней границей земной коры.
Мантия – самая мощная из геосфер, состоит из 3 слоев В, С, D: литифицированной мантии, слоев Гутенберга и Голицына.
Слой IV — литифицированная мантия, состоящая из оливина, пироксенов и гранатов, достигает 100 км; скорости сейсмических волн в этом слое 8,2—8,6 км/с. Земная кора и литифицированная мантия образуют твердую литосферу Земли. Ниже находится сейсмический раздел I порядка, на котором скорости сейсмических волн резко уменьшаются.
Слой V—слой Гутенберга - астеносфера (Гутенберг — американский геофизик), в котором скорости сейсмических волн значительно уменьшаются, т.е вещество находится частично в расплавленном состоянии. Нижняя граница слоя местами уходит на глубину более 400 км (100-200км). В астеносфере происходят процессы, определяющие тектонические движения вышележащих слоев; здесь фиксируются очаги глубокофокусных землетрясений, вероятно, происходит образование магматических очагов. В связи с этим первые пять слоев часто объединяют в тектоносферу, имея в виду то, что в ней возникают, формируются и развиваются структуры литосферы.
Слой VI — слой Голицына (Б. Б. Голицын — русский геофизик), в котором скорость сейсмических волн вновь начинает возрастать, вплоть до границы верхней и нижней мантии, достигая 11,4 км/с.
О нижней мантия, внешнем и внутреннем ядре имеется очень мало достоверных сведений. В основании нижней мантии находится сейсмический раздел I порядка (раздел Вихерта — Гутенберга), отделяющий ее от ядра. На этом разделе резко уменьшается скорость продольных сейсмических волн, по этой границе в общем вращении Земли мантия как бы «проскальзывает» на ядре. По физическим свойствам и, видимо, агрегатному состоянию внешнее ядро отличается от внутреннего, будучи жидким: через него не проходят поперечные сейсмические волны. Характерной чертой ядра Земли является его большая электропроводность, что дает возможность предположить, что вещество ядра находится в металлизированном или плазменном состоянии. Скорость продольных сейсмических волн в нижней мантии возрастает от 11,4 до 13,6 км/с, во внешнем ядре — от 8,1 до 9,5 км/с и во внутреннем ядре—от 11,2 до 11,3 км/с.
В З.к. встречается 92 элемента табл. Менделеева. Среднее содержание элемента в З.к.(средняя массовая доля) – кларк. Наиболее распространенных элементов 9:
О-49,13%
Si – 26%,
Al – 7,45%,
Fe – 4,2%,
Ca – 3,25%,
Na – 2,4%,
Mg – 2,35%,
K – 2,35%,
H – 1%
Внешние оболочки Земли.
Атмосфера – верхняя граница 700-800 км, начало экзосферы - области рассеяния (бесструктурной). Переход к пространству космоса постепенный поэтому с учетом экзосферы верхнюю границу атмосферы проводят по высоте 2000-3000 км.
Атмосфера неоднородна. По вещ-му составу, t и хар-у воздушных течений в ней выделяют несколько слоев, границы – паузы. Благодаря паузам атмосфера гетерогенна.
Тропосфера – 90,5% массы атмосферы. Содержит газы, пыль, бактерии и радиоактивные в-ва, атмосферную влагу. Преобладают западные ветра, вертикальный перенос и турбулентный хар-р движения.
Стратосфера - t до 40 км < 0, затем ↑ до +15. На высоте около 25 км – озоновый слой, поглощающий жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Восточные ветра. На высоте 30 км начинается расслоение, располагается зона повышенной влажности, с которой связано существование перламутровых облаков.
Мезосфера – азот, кислород, t уменьшается до -75-90. У верхней границы – образование серебристых облаков, представляющих собой скопления мельчайших ледяных кристалликов.
Термосфера – наиболее разреженный слой, температура увеличивается более +360, повышенная ионизация.
Гидросфера – водная оболочка Земли, включает воду морей, океанов, рек, озер и болот, льды ледников. К гидросфере относятся и подземные воды. Некоторые исследователи относят к гидросфере все известные формы природных вод. Возникновение дискуссионно, возможно, продукт дифференциации мантии. Все формы воды постоянно переходят одна в другую и взаимодействуют с вмещающими средами. Прямо или косвенно вода участвует во всех природных процессах, происходящих на Земле. Общее кол-во воды в гидросфере 1,4 млрд. км3. Пресных вод около 3%.
Биосфера – зона на границе атмосферы, литосферы и гидросферы, хар-ся тем, что в ней есть органическая жизнь, практически везде, но больше всего в морях и океанах. Возможно кислород атмосферы – продукт биосферы. Почвы, торф, каменный уголь, нефть и др. образования.
Физические поля Земли
Под полем принято понимать область, которая может быть охарактеризована какой-либо естественной физической величиной, например: силой тяжести, температурой, радиоактивностью и т.д. Если величина постоянна – поле постоянно, если переменна – поле переменно.
Магнитное поле Земли
Земля большой магнит с полюсами не совпадающими с географическими (сев. – расположен к сев. От Гудзонова залива, южный – к югу от Н.Зеландии, в Антарктиде).
Линии соединяющие магнитные полюса – магнитные меридианы.
Магнитное поле окружает Землю на расстоянии до нескольких тыс. км. Это поле напоминает длинный хвост магнитных силовых линий, вытянутыхв сторону противоположную Солнцу.
Магнитное поле имеет небольшую напряженность ↑ к полюсам (величина векторная – на экваторе – горизонтальная, на полюсах угол между вектором напряженности и горизонтом 90°. Наклон этого вектора к соответствующему магнитному меридиану – магнитное наклонение. Напряженность магнитного поля изменяется в пространстве и во времени. Изменение во времени – вариации магнитного поля: быстрые – до нескольких дней – наз возмещениями, мощные, но нерегулярные - магнитные бури (10 раз в год).
Вековые вариации – обнаруживают себя в медленном перемещении магнитных аномалий на Запад.
Инверсии – меняется полярность.
Предполагается, что магнитное поле образовано не общей намагниченностью земного вещества, а связано с системой электрических токов, наведенных в жидкой части ядра, которое вращается медленнее.
Гравитационное поле Земли
Источником гравитационного поля Земли – является ее масса. Гравитационное поле знакомо каждому. Сила тяжести определяет все процессы происходящие на пов-ти Земли и во многом внутри ее. Сила тяжести равнодействующая силя притяжения и центробежной силы, Сила прит. Является функцией массы тел и расстояния между ними. Масса Земли огромна, поэтому вокруг существует мощное гравитационное поле g = 981,274 см/с2.
Сила тяжести зависит:
1. От положения точки относительно ур-ня моря. Чем выше, тем больше центробежная сила и меньше сила тяжести.
2. От широты местности. На полюсах центробежная сила уменьшается до 0, а сила тяжести ув-ся. На полюсах g = 983,235 см/с2, на экваторах g = 978,049 см/с2.
3. От присутствия в З.коре более или менее плотных масс –обуславливающих аномалии. Изучение этих аномалий занимается гравиметрия. Поиски многих п.и. основаны на различиях их плотности с вмещающими породами.
Тепловое поле Земли
Как и поле силы тяжести, тепловое поле Земли формируется под действием внешних и внутренних источников.
Внешнее тепло Земля получает от Солнца. Оно прогревает атмосферу, гидросферу и приповерхностный слой Земли на глубину 8-30 м. Суточные и сезонные колебания температуры от -89 до + 70°. На средней глубине 25 м влияние Солнца на температуру Земли заканчивается и она становится постоянной (и равной среднегодовой температуры данной территории). Это пояс постоянной температуры. Ниже него температура ↑ в среднем на 1° через каждые 33 м.
Температурный режим г.п. в недрах принято выражать геотермической ступенью или геотермическим градиентом.
Геотермическая ступень – интервал глубины в метрах, при котором t° повышается на 1°. Зависит от условий залегания г.п. и их теплопроводности, близости вулканических очагов, от условий циркуляции подземных вод и т.д.
Геотермический градиент – нарастание t° с глубиной в в градусах Цельсия на единицу глубины (обычно на 100 м).
Источники внутреннего тепла:
1. Радиоактивные распад долгоживущих изотопов.
2. Тепло гравитационного сжатия Земли.
3. Тепло химических реакций и процессов кристаллизации
4. Остаточное тепло земного шара.