Раздел 1 (мод. 1). ГЕОЛОГИЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

А.Г.Иванов

Геология

Конспект лекций

Издательство

Пермского национального исследовательского

политехнического университета

Раздел 1 (мод. 1). ГЕОЛОГИЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Лекция 1. Введение

Вопросы лекции:

1. Связь геологии и литологии с другими науками.

2. Краткая история геологии и литологии.

Геология –наука о Земле (греч. Ge - Земля, logos –учение). В недалёком прошлом, до конца 19 века, геология представляла единую науку о происхождении Земли и её твердых наружных оболочек, их составе, историческом развитии, внутреннем строении и об органическом мире. Громадный интерес к Земле, связанный с необходимостью поисков сырья для бурно развивающейся промышленности, привёл к быстрому росту геологических знаний. В геологии стали обособляться, а затем превратились в самостоятельные науки разделы о составе Земли, её истории, рельефе, органическом мире и другие. Перечислим эти науки.

Литология – наука о составе, структуре, текстуре и происхождении осадочных пород. Современная литология состоит из трёх частей. Первая – охватывает методы и приёмы полевых и лабораторных исследований. Вторая – в объёме петрографии осадочных горных пород изучает минеральный и химический состав, структуру и текстуру пород. Третья часть, седиментологическая, анализирует общий ход и закономерности осадочного процесса.

Геохимия – наука о химическом составе Земли, законах распространенности и распределения в ней химических элементов и их миграция.

Минералогия –наука о минералах, химических соединениях элементов, образующих основу твёрдой оболочки Земли.

Кристаллография– наука о кристаллической форме минералов. Эта наука неразрывно связана с минералогией.

Петрография – наука, которая изучает горные породы, образовавшиеся в геологических процессах внутри Земли.

Геофизика –наука о физических свойствах Земли и веществ, их которых она состоит.

Инженерная геология –отрасль геологии, изучающая физические свойства горных пород в связи с инженерной деятельностью человека.

Геология полезных ископаемых –раздел геологии, изучающий условия образования и закономерности распространения месторождений полезных ископаемых.

Гидрогеология –наука о подземных водах, их качестве, распространении, передвижениях и местах возможной добычи.

Геотектоника –наука о строении, движениях деформациях и развитии твёрдых наружных оболочек Земли в связи с её развитием в целом.

Структурная геология -наука о формах залегания горных работ, причинах их возникновения и истории развития.

Палеонтология –наука, изучающая по ископаемым остаткам животный и растительный мир прошлых геологических эпох.

Все перечисленные геологические науки теснейшим образом связаны с естественными – химией, физикой, биологией и математикой.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИИ

Многовековая история геологии началась вместе с появление человека.

Первые понятия о геологии возникли в глубокой древности, с тех пор когда человек впервые взял в руки камень, сделал первый каменный топор, наконечник к метательному оружию…

Несмотря на то, что геология была вначале своего пути, уже тогда определились направления во взглядах на развитие Земли.

1. Катастрофизм– система взглядов, по которым развитие Земли представляет ряд катастроф. Это извержение вулканов, землетрясения, падение метеоритов, наводнения – всё это главные события, которые меняют облик Земли.

2. Нептунизм – (Нептун – бог моря древних греков) – учение, по которому всё на Земле образовалось из воды.

3. Плутонизм– (Плутон в греческой мифологии – бог подземного царства) - направление во взглядах на развитие Земли, связанное исключительно с её недрами.

Однако временем возникновения геологии как науки принято считать вторую половину 18 века – период зарождения и бурного развития горнодобывающей промышленности.

В России это выразилось в интенсивном накоплении геологических знаний прикладного значения по месторождениям железных и медных руд, серебро-свинцовых месторождений на Урале, Алтае и в Забайкалье, самородной серы на Украине, цветных камней на Урале.

Основоположником обобщения геологических знаний в России стал М. Ломоносов, а в Западной Европе – Д. Геттон и А.Г. Вернер.

М. Ломоносов, обобщая разрозненные знания по минералогии, горному делу, физики и химии природных явлений выдвинул идеи формирования земной поверхности за счёт взаимодействия внутренних и внешних сил, рассчитал мощность земной коры, объяснил происхождение минералов и горных пород.

Наблюдения за палеонтологическими остатками в коллекциях, поступивших с территории Европейской России позволили заложить основы метода актуализма (все явления прошлого протекали так же, как протекают аналогичные явления сейчас) «О слоях земных». В этой работе он заложил основные идеи эволюционной теории, которые позднее были развиты английским учёным Ч. Лайелем. Великий М.Ломоносов своими трудами заложил фундамент геологического учения, на котором в дальнейшем росло здание геологической науки.

Академические исследования впервые выявили первостепенную роль тщательных полевых исследований. Таким образом, был решён в пользу «плутонистов» спор о первопричине геологических процессов. На отрицании идей «катастрофистов» геологи-эволюционоисты на рубеже 18-19 веков подготовили почву для развития исторической и динамической геологии.

Российский академик П.С. Паллас, саксонец А.Г. Вернер, немецкий учёный Л. Бух, англичанин Р.И. Мурчисон в результате сбора и анализа большого количества материала к 1850 году создали предпосылки для возникновения науки геотектоники.Учение о «мобильных» геосинклиналях и «стабильных» платформах развивалось в то время Дж.Холлом, Дж. Дэном, А.П. Карпинским и др.

В это же время в геологии широкое применение находят методы физики, оптики, математики.

Г.Сорби и Г.Розенбуш применили оптический микроскоп для изучения горных пород. Е.С. Фёдоров изобрёл универсальный столик для измерения оптических свойств минералов. Д. Пратт и Дж. Эри положили начало использованию геофизических данных. Они разработали теорию изостазии (1855), согласно которой земная кора почти повсюду находится в гравитационном равновесии.

Успехи геологического картирования во второй половине 19 века создали предпосылки для геологических обобщений по отдельным районам , странам и континентам. В 1875 году была создана международная организация геологов – Международный геологический конгресс (МГК), где на сессиях обсуждались итоги геологического исследования, разрабатывались принципы международного сотрудничества по унификации геологических карт, номенклатуре горных пород, стратиграфических подразделений и др.

В России 1882 году был создан Геологический комитет, планирующий и руководивший геологическими исследованиями на территории России. Возглавлял этот комитет А.П. Карпинский.

С именем И. Мушкетова связаны исследования Средней Азии. В.А. Обручев изучал Центральную Азию и Восточную Сибирь. Значительное место в изучении геохимии, систематизации минералов занимают такие известные учёные, как А.Е. Ферсман и В.И. Вернадский.

Огромное значение в истории геологии нефти и газа имеют работы И.М. Губкина. Им была дана положительная оценка перспектив нефтегазоносности Северного Кавказа, Урало-Поволжья и Западной Сибири.

Международные геологические конгрессы 1937 и 1984 годов в СССР свидетельствуют о росте авторитета Советской геологической науки.

Большую роль в геологических исследованиях сыграли Виноградов, Хаин, Страхов, Шатский и другие учёные.

Контрольные вопросы:

1. Перечислить основные направления во взглядах на развитие Земли.

2. В каком году была создана международная организация геологов – Международный геологический конгресс (МГК)?

3. В каком году в России был создан Геологический комитет?

Лекция 2. СТРОЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ.

СТРОЕНИЕ НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ

Вопросы к лекции:

1. Образование Вселенной.

2. Химический состав Вселенной.

3. Земля как планета солнечной системы.

4. Форма и размер Земли.

5. Строение Земли. Земная поверхность.

6. Методы изучения внутреннего строения Земли.

7. Внешние и внутренние геосферы Земли.

8. Возникновение земной коры.

Объектом изучения геологии является планета Земля. Для изучения её необходимы знания и о других планетах, звёздах, галактиках, так как все они находятся в определённом взаимодействии начиная с момента их появления во Вселенной. Поэтому наша планета представляет собой лишь частицу космического пространства.

ОБРАЗОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Вселенная возникла около 18-20 млрд. лет назад. До этого времени всё её вещество находилось в условиях больших температур и плотностей, которые современная физика не в состоянии описать. Такое состояние вещества называется «сингулярным». Теория расширяющейся Вселенной, или «Большого Взрыва», впервые была создана в России А.А. Фридманом в 1922 году. Суть теории: вещество, находящееся в сингулярном состоянии, подверглось внезапному расширению, которое в общих чертах можно уподобить взрыву. Вечно возникающий вопрос « А что же было до Большого взрыва», по мнению английского физика С. Хогинса, носит метафизический характер. Предыдущее состояние никак впоследствии не отразилось на нынешней Вселенной.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВСЕЛЕННОЙ

Химический состав Вселенной составляет по массе ¾ водорода и ¼ гелия. Все остальные элементы не превышают в составе Вселенной даже 1%. Тяжёлые элементы возникли во Вселенной гораздо позже, когда в результате термоядерных реакций «зажглись» звёзды, а при взрывах сверхновых звёзд они оказались выброшены в космическое пространство.

Что может ожидать Вселенную в будущем? Ответ на этот вопрос заключается в установлении средней плотности Вселенной. Современное значение плотности равно 10^-29 г/см³ , что составляет 10^-5 атомных единиц массы в 1 см³. Чтобы представить такую плотность, надо 1 г вещества распределить по кубу со стороной 40 тыс.км!

Если средняя плотность будет равна или несколько ниже критической плотности, Вселенная будет только расширяться, если же средняя плотность будет выше критической, то расширение Вселенной со временем прекратиться и она начнёт сжиматься, возвращаясь к сингулярному состоянию.

Спустя примерно 1 млрд. лет после Большого взрыва, в результате сжатия огромных газовых облаков стали формироваться звёзды и галактики – скопления миллионов звёзд. Любая звезда формируются в результате коллапса космического облака газа и пыли. Когда сжатие в центре структуры приведёт к очень высоким температурам, в центре «сгустка» начинаются ядерные реакции, т.е. превращение водорода в гелий с выделением огромной энергии, в результате излучения которой звезда светится. Гелий впоследствии превращается в углерод.

ЗЕМЛЯ КАК ПЛАНЕТА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Земля – часть Вселенной и наша Солнечная система одна их 100 млд. звезд в звездной Галактике, имеющей возраст около 12 млд. лет. Возраст Солнечной системы, к которой принадлежит Земля около 6 млд. лет.

Планет в солнечной системе девять. К планетам земного типа относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, к внешним планетам – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Радиус Солнечной системы 5,917 млрд. км (от Земли до Солнца 149, 509 млн. км).

Планеты земного типа относительно плотные, но обладают сравнительно небольшими размерами и массой. Меркурий лишён атмосферы, на остальных планетах этого типа она есть, причём на Марсе атмосфера близка земной.

Внешние планеты имеют огромные размеры и массу, но отличаются сравнительно небольшой плотностью. Атмосферы этих планет состоят, главным образом, из метана и аммиака.

И так Солнце. Его масса 99.87% от массы системы. Крупнейшая из планет Юпитер имеет массу 0,1% от массы системы. Солнце – плазменный шар (водород 90% и гелий 10%) с температурой поверхности около 5600⁰ . Все тела Системы связаны с Солнцем силой гравитационного притяжения и поэтому оказывают влияние друг на друга. Громадная масса Солнца и лучистая энергия его оказывает большое влияния на многие геологические процессы как на внутреннее ядро, так и на каменную оболочку Земли.

Вопросы происхождения Солнечной системы и Земли в процессе развития геологической мысли оставались в центре внимания ученых. Согласно воззрениям немецкого философа И.Канта образование звезд и Солнца произошло под воздействием сил притяжения. П.Лапласразвил его теорию, обогатив ее вращательным движением частиц материи в разреженной и раскаленной газообразной туманности. По гипотезе Канта – Лапласа сгустки материи образовали зародыши планет. Постепенно охлаждаясь планеты, как и Земля охлаждалась и деформировалась. Эта достаточно прогрессивная идея с развитием астрономических исследований позднее оказалась неудовлетворительной.

Гипотеза О.Ю.Шмидта предполагала образование планетарной системы путем прохождения Солнца через рой метеоров и космической пыли. Радиоактивный распад, гравитационные, магнитные и другие процессы способствовали консолидации, разогреванию и в дальнейшем охлаждению планет – спутников. Однако и эта теория не объясняла эволюцию планетарной системы, это были «приемыши», а не «дети» Солнца.

Советский астроном В.Г. Фесенков предложил, что Солнечная система образовалась в результате уплотнения газо–пылевой материи принципиально похожих на спиральные галактики.

В одном правы все гипотезы: формирование современного оболочечного строения Земли и других планет связывается процессами гравитационной дифференциации первоначально однородного вещества.

Форма и размер Земли.

Под фигурой или формой Земли понимают форму его твердого тела, образованную поверхность материков и дном морей и океанов. Упрощенная форма Земли - это эллипсоид вращения илисфероид, с разницей радиусов 21,4 км. Более сложная форма Земли, полученная мысленным продолжением поверхности Мирового океана под континенты, получила название геоид(рис.1).

Рис.1. Поверхность рельефа, сфероид и геоид.

Поверхность геоида принимается базовой при отсчете высот в топографии, геодезии, маркшейдерии. Расхождение между геоидом и сфероидом достигают ±160 м. Полярный радиус Земли 6356,8 км; экваториальный – 6378,2 км. Такое небольшое отличие формы Земли от шара позволяет считать Землю со средним радиусом 6371 км.

Внешние геосферы

Атмосфера –располагается от поверхности Земли на высоту до 1300 км. Главные компоненты, слагающие атмосферу- азот, кислород, аргон, углекислота и пары воды. В небольшом количестве в атмосфере присутствуют газы и имеют большое значение в её жизни. Так, промышленные газы создают ощутимый парниковый эффект, приводящий к разогреву атмосферы за счёт поглощения значительной части инфракрасного излучения поверхности Земли, нагретой Солнцем. Озон, концентрируясь на высоте 10-15 км образует озоновый слой,предохраняющий всё живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Этот слой может быть разрушен вследствие поступления в атмосферу веществ, которые разрушают озон, и, в частности, техногенного фреона.

Атмосфера состоит из нескольких слоёв:

- тропосфера до высоты8 км над полюсом и 17 км над экватором;

- стратосферы до высоты 55 км;

- ионосферы, в которой разряжённый воздух ионизирован ультрафиолетовым излучением Солнца и способен проводить электрический ток.

Гидросфера, или водная оболочка Земли, включает воду морей и океанов, рек, озёр, болот, а также льды ледников. К гидросфере следует отнести и подземные воды.

Биосфераобразует зону на границе атмосферы и литосферы, которая включает и гидросферу, и характеризуется тем, что в ней есть органическая жизнь. Органическая жизнь в биосфере распространена практически везде, но больше всего её в морях и океанах. Большая роль в изучении биосферы принадлежит В.И. Вернадскому.

Внутренние геосферы.

Земная кора– верхняя каменная оболочка Земли сложена магматическими, метаморфическими и осадочными породами, имеющими от 7 до 70-80 км. Земная кора ограничивается снизу очень чёткой поверхностью скачка скоростей волн Р и S, впервые установленной югославским геофизиком А. Мохоровичичем в 1909 г. и получившей его имя: поверхность Мохоровичича (Мохо или просто М). Это наиболее активный слой твердой Земли. Здесь особенно отчетливо проявляется вертикальная и горизонтальная неоднородность, создаваемая разнообразными осадочными, метаморфическими, интрузивными породами.

Мантия – самая крупная промежуточная оболочка Земли. Масса Земли, заключенной в этом слое около 2/3 массы планеты. Вторая глобальная сейсмическая граница раздела находится на глубине 2900 км, была выделена в 1913 г. немецким геофизиком Б.Гутенбергом и также получила его имя.

Верхняя мантия.Нижняя граница на материках располагается на глубине 80 – 120 км, в океанах - не превышает 50 км. Строение этого слоя под континентальными и океаническими структурами существенно отличается. На континентах это условно гранитный слой, в океанах – базальтовый, со средней плотностью 2,7 г/см³. Поверхность, разделяющая гранитный и базальтовый слои называется границей Конрада. Базальтовые породы содержат по сравнению с гранитами меньше кремня и алюминия и имеют более высокую плотность 2,8 – 2,9 г/см³.

Нижняя мантия в интервале 2900-120 км характеризуется плотностью 5,5 – 6,0 г/см³ , где наряду с кислородом, кремнем, магнием присутствуют такие тяжелые элементы, как железо и никель. Температура – 1000⁰ . Вещество находится в стекловидном (аморфном) состоянии. Такое состояние поддерживается высоким давлением.

Центральная, внутренняя, наиболее плотная часть Земли называется ядром. По геофизическим данным ядро находится в состоянии, приближенном к жидкому с температурой 2500 – 3000⁰С. Плотность вещества достигает 13 г/см³.

На глубине 5120 км снова происходит скачкообразное увеличение скорости продольных волн, а путём применения особого метода показано, что там появляются и поперечные волны, т.е. эта часть ядра твёрдая (рис.3).

Рис.3. Скорости сейсмических волн и плотность внутри Земли. Сейсмические волны: 1 – продольные, 2 – поперечные, 3 –плотность.

Возникновение земной коры

Земная кора возникла в процессе геологической эволюции. В догеологическую историю происходил прогрев ядра и мантии, перемешивание расплава с верхними, более лёгкими компонентами. На поверхности планеты появились первые вулканно-плутонические кольцевые структуры, выполненные базальтами. Метеоритные кратеры дополняли этот «лунный» пейзаж. С дегазацией мантии происходило выделение газов и формирование атмосферы: метана, аммиака, и в меньшей степени, водорода, паров воды и углекислого газа. Таким образом, к концу лунной стадии на Земле формируется базальный слой Земли, первичная атмосфера и гидросфера.

Дальнейшая эволюция Земли связана с формированием гранитного слояЗемли. Атмосферные процессы способствовали разрушению и переработке вулканического горного рельефа. Уплотнение и метаморфизм создали мощный слой метаморфических горных пород (гнейсов, кварцитов и др.). Продолжающаяся переработка, исходящими из недр Земли газовых и жидких растворов щёлочей и кремнезёма, содействовал метасоматической гранитизации осадков. Эти изменения первонально происходили на ограниченных, овальной формы, участках – нуклеоидах. «Нуклеарный» (разрастающий) этап развития земной коры продолжался 3,5-4,0 млрд. лет тому назад. Повсеместное развитие зон гранитизации привело к созданию гранитного слоя Земли.

Примерно 3,5 млрд. лет назад начался и сейчас продолжается этап формирования толщи осадочныхпород. Этот этап связан с эндогенными (внутренние) и экзогенными (внешними) процессами.

Строение земной коры

Строение земной коры, мощность которой изменяется от 0 до 75 км и повсеместно имеет чёткую нижнюю границу – поверхность Мохо, принципиально отличается на континентах и в океанах (рис.4).

Рис.4. Схемы строения земной коры.

I – континентальная кора, слои: 1 – осадочный, 2 – гранитно-метаморфический, 3 – базальтовый, 4 – перидотиты верхней мантии.

II – океаническая кора, слои: 1 – осадочный, 2 – базальтовый, 3 – комплекса параллельных даек, 4 – габбро, 5 – перидотиты верхней мантии

Кора континентовимеет значительную толщину и состоит из слоев – осадочного, гранитно-метаморфического, базальтового и перидотиты верхней мантии.

Океаническаякора, при значительно меньшей толщине, состоит из слоёв – маломощного осадочного, базальтового, комплекса параллельных даек, габбро, перидотиты верхней мантии.

Контрольные вопросы:

1. Дайте принципиальную схему рождения, жизни и гибели звёзд.

2. На каких теоретических представлениях и экспериментальных данных построена теория «Большого взрыва».

3. Сравните океанический и материковый типы земной коры.

4. Перечислить методы изучения внутреннего строения Земли.

5. Назовите внешние и внутренние геосферы Земли.

6. Что такое земная кора?

Лекция 3.

Морфология кристаллов

Форма кристаллов минералов определяется их внутренней структурой и является поэтому важным диагностическим признаком.

У кристаллов выделяют следующие морфологические элементы:

1. Грани, ограничивающие его плоскости.

2. Рёбра – это линии, образуемые пересечение граней.

3. Вершины – это точки пересечения рёбер.

У многих минералов встречаются самые разнообразные кристаллы. Некоторые грани хорошо выражены в одних кристаллах, но плохо в других. Количество и форма граней, их размеры в разных кристаллах могут меняться в зависимости от условий образования. Но характерной особенностью роста кристалла является то, что при этом его грани перемещаются параллельно самим себе. Поэтому углы между соответствующими гранями в кристаллах одного состава остаются неизменными. Это явление, обнаруженное датским учёным Н. Стенсеном (1669 г.) и обобщённое для всех кристаллических веществ французским минералогом Р.де Лиллем (1772 г.). Этот закон получил название первого закона кристаллографии.

Происхождение минералов

По условиям происхождения минералы подразделяются на две крупные группы:

1. Эндогенные(внутренние) минералы, связанные с процессами, происходящими внутри земной коры. К ним относят те, которые возникают:

а) при кристаллизации магмы и лавы (магматические процессы) (гранит, кварц);

б) минералы, которые связаны с газами, выделившиеся из магмы в разные стадии её эволюции (пневматолитовые процессы) (топаз, турмалин);

в) минералы, которые возникли благодаря горячим растворам (гидротермальные процессы) (флюорит, тальк);

г) минералы, возникшие в глубинных условиях под действием высоких температур и давлений (метаморфические процессы) (так гранит превращается в гнейсы).

2. Экзогенные(внешние) минералы, образующие в верхней части земной коры и на её поверхности.

а) осадочного происхождения (гравий, песок);

б) органического происхождения (в результате жизнедеятельности организмов) (различные известняки, торф, угли).

Образование минерального вещества в земной коре следующим путём:

1. Кристаллизацией природных силикатных расплавов.

2. Отложением минерального вещества из истинных и коллоидных растворов.

3. Необходимы определённые Т и Р.

Формы природных соединений

Формы природных кристаллов разнообразны. Различаются отдельные кристаллы, их сростки и минеральные агрегаты. Агрегатаминазываются естественные скопления минералов. Наиболее часто встречаются следующие агрегаты.

Зернистые агрегаты– самая распространённая форма выделения минералов в земной коре (апатит, пирит).

В зависимости от формы кристаллов зернистые агрегаты могут быть призматическими, листовыми, чешуйчатыми, игольчатыми, волокнистыми др.

Игольчатые – кристаллы имеют удлинённую форму (роговая обманка).

Листоватые (или пластинчатые) – слюды.

Чешуйчатые, которые состоят из чешуек (слюда).

Плотные,когда нельзя различить контуры отдельных зёрен (халцедон).

Монокристаллы – хорошо огранённые кристаллы в пустотах, трещинах, полостях.

Закономерные сростки –сростки кристаллов по определённым кристаллографическим направлениям (двойники, тройники).

Незакономерные сростки –друзы, щетки.

Друзы – крупные кристаллы, прикреплённые одним концом к общему основанию (горный хрусталь).

Щётка – мелкие кристаллы, плотно сидящие рядом на каком-либо основании.

Землистые– отдельные минеральные зёрна не видны невооружённым глазом. Масса пачкает руки (каолин).

Округлые агрегаты.

Секреции – это когда идёт заполнение пустот минеральным веществом.

Мелкие секреции (до 10 мм) называются миндалинами, крупные – жеодами.

Конкреции - это округлые формы стяжения, формирующиеся вокруг какого-нибудь центра кристаллизации.

Оолиты – сцементированные агрегаты мелких, концентрического строения, минеральных ассоциаций.

Натечные агрегаты.

Натёчные формы образуются в результате выделения минералов в твёрдом виде из раствора при испарении последнего в пустотах, трещинах, полостях. Натёчные агрегаты имеют различные формы – почковидную, гроздевидную, цилиндрическую, пирамидальную.

Классификация минералов

Современная классификация минералов основана на их химическом составе и кристаллической структуре. Главнейшие породообразующие и рудные минералы, изучение которых входит в программу курса, объединяются в несколько классов.

1. Самородные элементы.В этот класс входят минералы, состоящие из одного элемента. К нему относятся: сера, графит, алмаз и др.

2. Сульфиды. Эти минералы представляют собой соединения различных элементов с серой. К ним относятся: пирит (серный колчедан – FeS₂), халькопирит (медный колчедан - CuFeS₂), галенит (свинцовый блеск – PbS), сфалерит (цинковая обманка – ZnS).

3. Галоиды. Минералы этого класса в химическом отношении представляют собой соли галоидно-водородных кислот. К ним относятся: галит (поваренная соль – NaCl), сильвин KCl, карналлит - MgCl₂KCl*6H₂O, флюорит - CaF_2.

4. Окислы. В этот класс входят минералы, которые соединяются с кислородом и гидроокислами. Это кварц - SiO₂ - самый распространённый минерал в земной коре, корунд – Al₂O₃, гематит (красный железняк, или железный блеск – Fe ₂ O₃), магнетит (магнитный железняк – Fe*Fe₂O₄), лимонит (бурый железняк – Fe₂O₃* nH₂O.

5. Карбонаты. В класс карбонатов входят минералы: кальцит – CaCO₃, доломи - CaMg(CO₃), магнезит - MgCO₃.

6. Сульфаты. К этому классу относятся минералы, представляющие собой соли серной кислоты: гипс – CaSO₄* 2H₂O, ангидрит (безводный сульфат кальция - CaSO₄ , барит – BaSO₄.

7. Фосфаты. Апатит – Ca₅(F,Cl)[PO₄]₃.

8. Силикаты. В этот класс входят наиболее распространённые в земной коре породообразующие минералы. Они сложные по химическому составу и участвуют в строении всех типов горных пород, особенно магматических и метаморфических. К ним относятся: оливин, роговая обманка, авгид, мусковит, биотит, каолин, тальк, серпентин, ортоклаз, лабрадор, нефелин.

Контрольные вопросы:

1.Что следует понимать под минералом?

2.Каковы наиболее существенные признаки минералов?

3.Каковы геологические условия нахождения минералов?

4.Перечислите основные характеристики конституции и свойств главнейших породообразующих минералов.

Лекция

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Вопросы лекции:

1.Структуры и текстуры горных пород.

2.Магматические породы.

3.Осадочные породы.

4.Метаморфические породы.

Горные породы образуются в земной коре или на её поверхности в ходе различных геологических процессов.

Горные породы, слагающие земную кору, в большинстве своём представляют агрегат многих минералов, реже они состоят из зёрен одного минерала. Породы, состоящие из многих минералов, называют полиминеральными (греч. «поли» - много), из одного минерала – мономинеральными (греч. «моно» - один).

Минеральный состав , строение и формы залегания горной породы отражают условия её образования. Строение породы определяется структурой и текстурой.

Под структурой понимается особенность внутреннего строения горной породы, связанная со степенью её кристалличности, абсолютными и относительными размерами зёрен разных минералов, составляющих горную породу, их формой и способом сочетания.

Структурыбывают:

1. Зернистые, когда минералы, слагающие породу представлены зёрнами, ясно различными без помощи лупы (гранит). По крупности зёрна различают:

- крупнозернистые (диаметр частиц 5-20 мм);

- среднезернистые (3-5 мм);

- мелкозернистые (2-3 мм);

- тонкозернистые (около 2 мм).

2. Порфировые,когда на плотном фоне разбросаны вкрапления более или менее крупных зёрен отдельных минералов (порфирит).

3. Обломочные.Горная порода состоит из обломков различной величины, формы и цвета (конгломерат).

4. Оолитовые. В плотной массе встречаются более или менее округлой формы шарики – оолиты (боксит).

Под текстуройпонимается взаимное расположение в пространстве слагающих её частиц.

Текстуры бывают слоистые, сланцеватые, пятнистые и другие.

Все горные породы по происхождениюделятся на три большие группы.

1. Магматические, или изверженные породы, образующиеся из застывшего в различных условиях силикатного расплава – магмы или лавы.

2. Осадочныегорные породы, образующиеся на поверхности Земли в результате деятельности экзогенных процессов (выветривания и др.).

3. Метаморфическиегорные породы, образующиеся в глубоких зонах земной коры путём коренного преобразования магматических и осадочных горных пород под воздействием высоких температур и давлений.

МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

По условиям образования магматические породы делятся на

1) интрузивные (глубинные), образование которых происходило в недрах Земли (рис.5). В силу этого они имеют зернистую структуру;

2) эффузивные (излившиеся), образовавшиеся на земной поверхности и представляющие продукты вулканических извержений. Структуры этих пород порфировые и стекловатые.

По степени вторичных изменений минерала эффузивные породы делятся на

1) кайнотипные, имеющие не изменённый состав и строение;

2) палеотипные – это изменённые породы.

При макроскопическом описании трудно различить кайно – или палеотипные породы. Необходимо обращать внимание на текстуру породы: кайнотипные – пористая, а палеотипные имеют плотную.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Осадочные горные породы образуются на поверхности Земли (в экзогенных условиях) в результате накопления различных минеральных веществ на дне морей, океанов, в озёрах, реках, болотах и на суше.

Текстуры осадочных пород

1. Беспорядочная, при которой слагающий породу материал расположен хаотично.

2. Слоистая, при которой накапливающий материал изменяется в вертикальном разрезе как по минеральному составу (что влечёт за собой изменение окраски породы), так и по величине зёрен.

3. Полосчатая, при которой поверхности слоистости почти параллельно изгибаются и выклиниваются.

Окраска осадочных пород

1. Белый и светло-белый цвет свидетельствует о чистоте породы. В этих подах присутствуют кварц, кальцит, доломит, каолинит.

2. Тёмно-серый и чёрный цвет свидетельствует о примеси красящего углистого вещества и реже солей марганца и сернистого железа.

3. Красный, розовый цветасвязаны с примесью в породе окислов железа.

4. Зелёный цветговорит о примеси глауконита, малахита и хлорита.

5. Жёлтый, бурый цвета связаны с примесью в породе лимонита.

Для уточнения окраски породы приходится прибегать к добавочным определениям, например, зеленовато-серый, тёмно-серый. При этом основной цвет ставим на второе место.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфические породы развиты в земной коре очень широко. Высокие давления и температуры – главные факторы, которые определяют все преобразования горных пород в земной коре. Минеральный состав исходных пород при метаморфизме изменяется из-за того, многие минералы чутко реагируют на изменения давления и температуры. В новых условиях такие минералы из равновесия с окружающей средой и перекристаллизовываются в другие, устойчивые. Изменение минерального состава неизбежно влечёт за собой изменение структуры и текстуры породы.

Породы регионального метаморфизмапо мере увеличения давлении и температуры изменяют свой состав, структуры и текстуры. Приведём ряд метаморфических преобразований глинистых пород:

Лекция

Геохронологическая шкала

В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в г. Болонье была принята Международная геохронологическая шкала, которая является системным обобщением работ многих поколений геологов. В шкале отражены хронологическая последовательность временных подразделений, в течение которых сформировались определённые комплексы отложений и эволюция органического мира. Построена шкала на принципе рангового соподчинения временных и стратиграфических единиц от более крупных к более мелких. Каждому временному подразделению отвечает комплекс отложений, выделенный в соответствии с изменением органического мира и называющийся стратиграфическим подразделением.

Поэтому существуют две шкалы: геохронологическая и стратиграфическая. В этих шкалах вся история Земли разделена на несколько эонов и соответствующих им эонотем. Каждой эре (периоду эпохе и т.д.) свойствен свой комплекс организмов, эволюция которых является одним из критериев построения стратиграфической шкалы.

В 1992 г. Межведомственным стратиграфическим комитетом была опубликована современная геохронологическая шкала, которая рекомендуется для всех геологических организаций нашей страны.

Контрольные вопросы:

1.Объясните основные принципы построения стратиграфической и геохронологической шкал.

2. Назовите эры в истории развития Земли.

3. Перечислите основные методы в стратиграфии.

4. Что такое стратиграфический перерыв?

ЛЕКЦИЯ

ВЫВЕТРИВАНИЕ

Выветривание– это совокупность сложных процессов физического разрушения, химического и биохимического разложения минералов и горных пород. Эти процессы вызываются рядом