Реферат Курсовая Конспект
Конспект лекций с презентацией по дисциплине Геология - раздел Геология, Федеральное Агентство По Образованию ...
|
Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Конспект лекций с презентацией по дисциплине
«Геология»
Составители:
Махлаев Михаил Львович
Ямских Галина Юрьевна
Борисова Ирина Викторовна
Шарафутдинов Руслан Аглямович
ОГЛАВЛЕНИЕ
Модуль I стр
1.1. Предмет, задачи и методы геологии 3
1.2. Земля в космическом пространстве 12
1.3. Вещество земной коры 28
1.4. Геологическая хронология 47
1.5.1. Общая характеристика геологических процессов.
Тектонические процессы 56
1.5.2. Магматизм 65
1.5.3. Постмагматические и метаморфические процессы 75
1.6.1. Выветривание 81
1.6.2. Геологическая деятельность ветра 90
1.6.3. Геологическая деятельность поверхностных
текучих вод 96
1.6.4. Подземные воды и их геологическая деятельность 109
1.6.5. Геологическая деятельность озер и болот 115
1.6.6. Ледники и их геологическая деятельность. Криогенные
процессы. Склоновые геологические процессы 121
1.6.7. Геологическая деятельность вод мирового океана
Геологические процессы в береговой зоне моря 138
1.6.8. Экзогенные геологические процессы во внутренних
областях мирового океана. Диагенез 148
1.7. Структурные элементы земной коры континентов и океанов 157
1.8. Основные представления о причинах и закономерностях
развития земной коры 172
Литература 182
Подразделение геологии на отдельные научные дисциплины.
Геология – обширный раздел естествознания, объединяющий множество связанных между собой научных дисциплин. Среди них можно выделить науки, изучающие вещественный состав земной коры, геологические процессы, их историческую последовательность и так далее. В качестве наиболее значимых геологических наук можно назвать следующие.
Минералогия – наука о минералах, их составе, свойствах и происхождении.
Кристаллография – наука о кристаллической структуре минералов, формах и свойствах кристаллов, процессах в кристаллической среде, взаимодействиях между кристаллами и окружающим веществом.
Петрография и литология – науки, изучающие горные породы (первая – кристаллические, вторая – осадочные), их состав и строение. С этими дисциплинами тесно связаны близкие к ним науки, предметом которых является происхождение горных пород. Это петрология, которая занимается вопросами происхождения кристаллических горных пород, и седиментология, изучающая закономерности накопления осадков и их преобразования в осадочные горные породы.
Вулканология – наука о деятельности вулканов, продуктах вулканических извержений, формировании вулканических горных пород. Может рассматриваться, как специфический раздел петрологии.
Стратиграфия изучает пространственные соотношения геологических тел в земной коре и последовательность их формирования во времени.
Историческая геология, используя в первую очередь данные стратиграфии, реконструирует последовательность геологических событий.
Геоморфология – наука об образовании и развитии форм рельефа. Эта дисциплина рассматривается, как принадлежащая одновременно к числу и геологических, и географических наук.
Палеонтология – наука о развитии органического мира Земли в геологическом прошлом.
С исторической геологией и палеонтологией тесно связаны такие дисциплины, как палеогеография (занимается реконструкцией географических обстановок, существовавших в геологическом прошлом) и палеоэкология (реконструирует существовавшие ранее экосистемы).
Структурная геология изучает формы залегания и взаимоотношения горнопородных тел в земной коре.
Тектоника изучает движения и деформации земной коры, общие закономерности строения и развития земной коры и Земли в целом.
Геохимия – наука о формах нахождения и процессах миграции химических элементов в природе; дисциплина занимает пограничное положение между геологическими и химическими науками.
Геофизика – изучает широкий круг вопросов, от физики Земли как планетного тела в целом и её физических полей до физических свойств горных пород и геофизических методов поисков месторождений полезных ископаемых; находится на стыке геологических и физических наук.
Сейсмология – наука о землетрясениях; занимает место на стыке тектоники и геофизики.
Металлогения (минерагения) рассматривает вопросы генезиса полезных ископаемых и закономерности их распределения в земной коре.
Гидрогеология – наука о подземных водах; находится на стыке геологии с гидрологией.
Инженерная геология – прикладная дисциплина, изучающая свойства горных пород и грунтов, имеющих значение для строительства и других видов инженерно-технической деятельности человека.
Новым направлением в геологических науках является сравнительная планетология, которая изучает геологическое строение и геологические процессы на различных планетных телах путём их сравнительного анализа.
ЛЕКЦИЯ 1.2. ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Земля в составе солнечной системы
Земля как планета.
Земля – третья (по удалению от Солнца) планета Солнечной системы. О её размерах, плотности сказано выше.
Фигура Земли – неправильное сфероидальное тело, называемое геоидом. Геоид ограничивается поверхностью уровня моря, мысленно продолжаемой под материками. Внешняя газовая оболочка при определении формы геоида не учитывается, так как не имеет резко выраженной границы с окружающим космическим пространством. Теоретическая геометрическая модель формы Земли как планетного тела – эллипсоид вращения – с реальной формой геоида совпадает лишь приблизительно. Отклонения формы геоида от эллипсоида вращения связаны с проявлениями глубинных тектонических процессов, распределение которых в объёме планеты неравномерно. Вероятно, именно форма эллипсоида вращения является усреднённой идеализированной формой Земли в её геологической истории, а все частные отклонения от этой формы возникают и исчезают в ходе тектонических движений.
ЛЕКЦИЯ 1.3. ВЕЩЕСТВО ЗЕМНОЙ КОРЫ
Химический состав земной коры
Очередная тема нашего курса – вещественный состав земной коры. Из всех геосфер, изучение которых является предметом геологии, первостепенное внимание уделяется именно земной коре, как объекту, непосредственно доступному для наблюдения. И один из основных аспектов изучения земной коры – исследование её вещественного состава. Вещество, слагающее эту оболочку, весьма разнообразно. Но всё оно, в конечном счёте, построено из ограниченного набора «кирпичиков» – химических элементов. Поэтому знакомство с веществом земной коры целесообразно начать с рассмотрения её химического состава. Изучение химизма химического состава земной коры и других геосфер, закономерностей распределения в них химических элементов и их миграции (перемещения) в природе является предметом одной из важнейших геологических наук – геохимии.
Минералы и горные породы
Классификация минералов.
Так как свойства минералов зависят от их химического состава и кристаллической структуры, то классификация минералов основана на этих характеристиках. Классы минералов выделяют по их химическому составу, в соответствии с классами химических соединений. Классы, представленные большим числом минеральных видов с разнообразным кристаллическим строением, подразделяются на подклассы, различаемые по типу структуры кристаллической решётки. Наибольшей распространённостью в природе пользуются минералы следующих классов:
1. Самородные элементы – наиболее простые. К ним относятся минералы, каждый их которых сложен атомами какого-либо одного химического элемента. Примерами являются графит, алмаз (модификации углерода), сера, самородные металлы (золото, медь, серебро, платина и др.).
2. Галогениды – это соединения галогенов (Cl, F, Br, J) со щелочными и щелочноземельными элементами. Наибольшим распространением среди них пользуются хлоридные и фторидные соединения. К их числу относятся галит, сильвин, флюорит.
3. Сульфиды – сернистые соединения металлов и полуметаллов. Химически это соли сероводородной кислоты. Примеры – пирит, халькопирит, галенит, молибденит, антимонит, киноварь.
4. Оксиды и гидрооксиды. Данный тип включает соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксильной группой (ОН)-. К их числу относится кварц и множество его разновидностей (горный хрусталь, аметист, халцедон и т.д.), а также корунд, магнетит, гематит и др.
5. Сульфаты – это соли серной кислоты (Н2SO4). Самые распространённые – гипс, ангидрит, барит.
6. Карбонаты представляют собой соли угольной кислоты (Н2СО3). Самый распространённый минерал этого класса – кальцит; из примеров можно отметить доломит, магнезит, сидерит, малахит, азурит.
7. Фосфаты – соли фосфорной кислоты. Из них самым широким распространением пользуется апатит.
8. Силикаты представляют собой с химической точки зрения природные соли кремниевой кислоты (H4SiO4). Это наиболее распространённый в природе класс минералов. Химический состав силикатов сложный и непостоянный. Строение кристаллической решётки силикатов может быть весьма различным, что обуславливает чрезвычайное разнообразие их свойств. В связи с этим практикуется разделение класса силикатов на подклассы, различающиеся типом кристаллической структуры. К числу силикатов относятся такие группы минералов, как полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, гранаты, глинистые минералы и многие другие.
Кроме этого, в природе встречаются минералы, являющиеся представителями иных классов. К ним относятся нитраты, бораты, хроматы, вольфраматы, арсенаты, ванадаты и т.д.
Классификации горных пород.
Основные структурно-текстурные характеристики горной породы зависят от способа и от условий её образования. Во многих случаях этим же определяется и минеральный состав горных пород. Поэтому в основу классификации горных пород положен генетический принцип (подразделение их по происхождению).
По происхождению горные породы можно разделить на 3 основные группы:
1. осадочные, образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов;
2. магматические, образующиеся в результате застывания магматических расплавов или накопления твёрдых продуктов вулканической деятельности;
3. метаморфические, образующиеся в результате преобразования ранее существовавших осадочных и магматических пород (в результате воздействия температуры, давления, химически активных веществ).
Более детальное подразделение осуществляется в каждой из этих групп по различным признакам. При этом на разных иерархических уровнях классификаций могут учитываться конкретный механизм и условия образования породы, их химический и минеральный состав, структурные и текстурные характеристики.
Геохронологические шкалы.
На основе данных изотопной геохронологии могут быть количественно определены возраста границ подразделений общей стратиграфической шкалы и иных шкал, рассчитана продолжительность хронологических подразделений (акронов, эонов, эр, периодов и т.д.). Такая стратиграфическая шкала, дополненная изотопно-геохронологическими данными, называется геохронологической шкалой. Датировки основных рубежей общей геохронологической шкалы приведены в таблице ???.
ЛЕКЦИЯ 1.5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Импактные процессы.
Особую категорию экзогенных геологических процессов представляют импактные (ударные) процессы. Они вызываются падением на поверхность Земли космических тел относительно крупных размеров (крупных метеоритов, астероидов, возможно ядер комет). Результатом этих процессов является образование специфических геологических структур и форм рельефа – метеоритных кратеров, а также своеобразных горных пород – импактитов. Самой характерной чертой импактитов является наличие минералов, образующихся в условиях сверхвысоких давлений, развивающихся в момент ударного воздействия. Проявления импактных процессов исключительно редки и их подробное рассмотрение в программу курса не входит.
Тектонические процессы.
Тектонические процессы – это разнообразные движения твёрдых масс литосферы и мантии Земли, протекающие благодаря действию внутренней энергии Земли. Эти процессы не могут наблюдаться в полном объёме, так как протекают в среднем с очень низкими скоростями (порядок – не более сантиметров в год) и растягиваются на огромные промежутки времени. Поэтому прямому наблюдению доступны лишь отдельные эпизоды тектонических движений, а судить об общем ходе такого процесса можно лишь по его результатам.
Подразделение магматических процессов.
В зависимости от условий, в которых протекает магматический процесс, магма может либо достичь земной поверхности, либо застыть на глубине. В результате обстановка, в которой проявляется магматическая деятельность, существенно различается рядом условий. Главное различие – в скорости охлаждения расплавов. На поверхности Земли этот процесс идёт значительно быстрее. Второе важное отличие – в поведении флюидной фазы. На глубине флюиды удерживаются в магме давлением, а в поверхностных условиях они практически мгновенно отделяются от расплава. Соответственно, магматические процессы на глубине и на поверхности протекают различным образом. В связи с этим магматические процессы подразделяются на:
- вулканические, протекающие на поверхности Земли или в непосредственной близости от неё;
- плутонические, связанные с кристаллизацией магмы в недрах Земли.
ЛЕКЦИЯ 1.5.3. ПОСТМАГМАТИЧЕСКИЕ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ЛЕКЦИЯ 1.6.1. ВЫВЕТРИВАНИЕ
ЛЕКЦИЯ 1.6.3. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД
В условиях географической оболочки Земли ведущая роль среди всех агентов, обеспечивающих денудацию, транспортировку и седиментацию, принадлежит воде в различных формах. На поверхности суши ведущая роль в рассматриваемых процессах принадлежит поверхностным водотокам, в первую очередь водотокам постоянным. Главное место среди постоянных поверхностных водотоков занимают реки.
Геологическая деятельность рек.
Река определяется как поверхностный водоток значительных размеров, питающийся преимущественно атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий чётко выраженное русло, сформированное самим потоком. К рекам обычно относят водотоки с площадью бассейна не менее 50 км2. Водотоки меньшего размера называют ручьями. Гидрологический режим и геологическая деятельность рек и ручьёв качественно аналогичны, и принципиально различаются лишь масштабами.
Строение и развитие речных долин.
Формирование и развитие речных долин как специфической формы рельефа является результатом сочетания действия эрозионных и аккумулятивных процессов. При этом первичными являются процессы эрозии, но по мере развития долины всё более существенным становится значение аккумулятивной деятельности.
Водопроницаемость горных пород и грунтов.
Распространение вод в толще земной коры в очень большой мере зависит от водопроницаемости горных пород и грунтов. Этим термином обозначается способность их пропускать воду. Горные породы и грунты делятся на водопроницаемые (например, пески, галечники, сильно трещиноватые и кавернозные горные породы), полупроницаемые (глинистые пески, лёссы) и водонепроницаемые (глины, кристаллические породы вне зон дробления и трещиноватости). Водопроницаемость зависит от наличия, характера и размеров пустот. Эти характеристики с течением времени могут изменяться, что оказывает влияние на ход гидрологических процессов.
Происхождение подземных вод.
Источники поступления вод в толщу земной коры бывают различны. В зависимости от конкретной природной ситуации ведущая роль может принадлежать одному из следующих процессов:
1. Инфильтрация (просачивание на глубину) атмосферных осадков и поверхностных вод.
2. Конденсация водяных паров.
3. Накопление воды в донных осадках поверхностных водоёмов. Если водоём заполняется осадками и прекращает своё существование, а потом перекрывается более молодыми отложениями, содержащиеся в его донных осадках воды становятся подземными.
4. Поступление глубинных (ювенильных) вод, происхождение которых связано с магматическими и метаморфическими процессами.
Геологическая деятельность подземных вод.
Геологическая деятельность подземных вод заключается главным образом в процессах растворения ими вещества минералов и горных пород, его переноса в растворённой форме и переотложения. Кроме того, подземными водами могут переноситься и мелкие взвешенные частицы (глинистые, алевритовые). Отложение минеральных веществ, переносимых в растворённой форме, происходит преимущественно на геохимических барьерах (участках, где резко изменяются химические, термодинамические или иные условия, влияющие на растворимость тех или иных веществ). Такие барьеры могут возникать и на путях движения подземных вод внутри земной коры, и в местах их выхода на поверхность. В последнем случае в местах функционирования источников может наблюдаться отложение известковых туфов и иных минеральных образований. Но в целом при деятельности подземных вод процессы растворения минеральных веществ существенно преобладают над их осаждением.
ЛЕКЦИЯ 1.6.5. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОЗЕР И БОЛОТ
Озёра – это естественные водоёмы суши с замедленным водообменном. Морфологически они представляют собой замкнутые впадины на поверхности суши, заполненные водой. Образование озера происходит при двух условиях. Во-первых, при наличии на поверхности суши естественной котловины, то есть замкнутого понижения. Во-вторых, возможности накопления в нём воды, для чего суммарный приток воды должен превышать её потери на сток и испарение.
Классификация озёр.
Озёра подразделяются по размеру, степени постоянства, происхождению озёрных котловин, характеру водообмена, минерализации вод, условиям питания водных организмов и другим признакам.
По размеру озёра подразделяют на очень большие (площадью более 1000 км2), большие (100-1000 км2), средние (10-100 км2) и малые (менее 10 км2).
По степени постоянства выделяют озёра постоянные и временные (заполняемые водой лишь во влажное время года).
По происхождению озёрные котловины подразделяются на:
1. Тектонические, формирование которых обусловлено опусканием крупных блоков земной коры при тектонических движениях. Наиболее типичные озёрные котловины тектонического происхождения, приуроченные к зонам рифтов – узких протяжённых расколов земной коры. Для них характерны большая глубина и удлинённая в плане форма.
2. Вулканические, приуроченные к кратерам потухших вулканов или кальдерам (провалам, образовавшимся в результате крупных взрывных вулканических извержений).
3. Метеоритные, образовавшиеся в импактных кратерах, на месте падения крупных метеоритов.
4. Ледниковые, среди которых встречаются две разновидности: котловины выпахивания или впадины между аккумулятивными холмами ледникового происхождения – моренными холмами, камами.
5. Эоловые, представляющие собой котловины выдувания.
6. Карстовые и суффозионные котловины образуются в местах провалов и просадок, вызванных деятельностью подземных вод.
7. Термокарстовые – образуются в результате протаивания и просадок многолетнемёрзлых грунтов.
8. Водноэрозионные – образуются в результате деятельности рек. К ним относятся старицы и небольшие замкнутые понижения на поймах.
9. Подпрудные озёра формируются в тех случаях, когда русло какого-либо постоянного водотока перегораживается обвалом, конусом выноса, продуктами вулканической деятельности и т.д. Такие озёра обычно являются проточными, представляя собой расширения в русле реки или ручья с очень замедленным течением.
10. Органогенные или болотные котловины образуются в пределах болот в результате неравномерной аккумуляции органогенного материала на различных участках болота.
По характеру водообмена озёра подразделяют на сточные (сбрасывающие часть воды в вытекающую реку) и бессточные. Особой разновидностью сточных озёр являются проточные, сформированные по течению одной реки.
Минерализация озёрных вод изменяется в очень широком диапазоне. В зависимости от величины минерализации озёра подразделяются на пресные (до 1 г/л, по некоторым классификациям – до 3 или даже 5 г/л), солоноватые (до 10 или до 25 г/л) и солёные. Пресные озёра типичны для зон влажного климата, где обеспечивается приток больших объёмов слабо минерализованных вод за счёт атмосферных осадков. Повышенная минерализация свойственна озёрам аридных (засушливых) областей и обычно обусловлена преобладанием процессов испарения, что и приводит к повышению концентрации солей. Солёность озёрных вод дополнительно возрастает в тех случаях, когда озёрная котловина сформирована в области развития соляных горных пород (озеро Тус в Хакасии) или же в неё осуществляется приток ювенильных подземных вод с высокой минерализацией (Мёртвое Море на Ближнем Востоке).
По анионному составу растворённых солей различаются озёра хлоридные (Cl-), сульфатные (SO42-) и гидрокарбонатные (НСО3-). Озёра разных природных зон характеризуются различным солевым составом. Для тундровых и лесных озёр характерно преобладание гидрокарбонат-иона; для степной зоны наиболее типичны сульфатно-гидрокарбонатные озёра, а для самых сухих степей и пустынь – хлоридные. Ведущими анионами озёрных вод, как и в других водах суши, являются Ca, Mg и Na.
Кроме растворённых солей, озёрные воды могут содержать разнообразные вещества биогенного происхождения, а также газы. Биогенные вещества поступают в озёра со стоком поверхностных и подземных вод, а также образуются непосредственно в них в результате жизнедеятельности водных организмов и их разложения. Из газов ведущим обычно является кислород, поступающий из атмосферы и являющийся продуктом фотосинтеза водных растений. Он используется водными организмами для дыхания, а избыток его может выделяться в атмосферу. Углекислый газ (СО2) поступает в озёрные воды как продукт жизнедеятельности водных организмов. В наибольшей мере его концентрация увеличивается зимой, когда поступление кислорода ограничено, а на глубине – в любые периоды, когда процессы вертикального перемешивания не проявлены. Сероводород может формироваться в придонных частях озёр в результате разложения органических веществ серобактериями при отсутствии свободного кислорода. Обязательное условие для образования сероводорода – наличие источника серы, роль которого играют сульфат-ионы, имеющиеся в составе озёрных вод. Поэтому развитие процессов сероводородного заражения наиболее типично для донных илов сульфатных или сульфатно-карбонатных озёр степной зоны.
Обработка и сортировка обломочного материала.
Обломочный материал, поступающий в озеро в результате абразии и приносимый впадающими в него водотоками, подвергается обработке и сортировке в прибрежной зоне озера. Агентом этих процессов является та же волноприбойная деятельность. При волнении обломки у берега подвергаются постоянному перекатыванию по дну: нагонная волна смещает их к берегу, возвратный ток воды – обратно вглубь озера. Трение обломков друг о друга приводит к их окатыванию и постепенному истиранию.
Одновременно происходит и сортировка обломков. Обратный (от берега) сток воды при волнении осуществляется в придонной части водоёма. Энергия этого возвратного течения максимальна у берегов и постепенно снижается по мере движения воды вглубь озера. В результате происходит разделение обломков по размеру: более тонкий материал уносится вглубь озера, а относительно грубый остаётся ближе к берегу.
ЛЕКЦИЯ 1.6.6. ЛЕДНИКИ И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.
КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ.
Мерзлотные геологические процессы.
ЛЕКЦИЯ 1.6.7. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВОД МИРОВОГО ОКЕАНА.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ МОРЯ
Мировой океан занимает более 70% поверхности Земли. Его общая площадь – 361 млн. км2. Поэтому океан играет огромную роль и в водном режиме географической оболочки нашей планеты, и в протекающих в ней экзогенных геологических процессах. Важнейшими факторами, определяющими характер геологической деятельности океанических вод, являются их состав, физические параметры и динамика.
Геологические процессы в береговой зоне моря.
Зоны морских берегов относятся к числу природных обстановок, характеризующихся наиболее активной динамикой экзогенных геологических процессов. Взаимодействие между сушей и омывающими её водами Мирового океана проявляется в разрушении берегов, обработке и переотложении продуктов разрушения, а также разнообразного материала, поставляемого сюда текучими водами из внутренних частей континентов.
ЛЕКЦИЯ 1.6.8. ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВО ВНУТРЕННИХ ОБЛАСТЯХ МИРОВОГО ОКЕАНА. ДИАГЕНЕЗ
Накопление вулканогенно-обломочного материала на дне океана.
Ещё один компонент, который может играть важную роль в составе донных океанических осадков – это пирокластический (вулканогенно-обломочный) материал. Он представлен вулканическим пеплом и другими продуктами эксплозивных (взрывных) извержений надводных или подводных вулканов. Вблизи от центров вулканических извержений пирокластический материал может слагать основную часть объёма донных осадков. На удалении он в различных пропорциях смешивается с осадочным материалом иного происхождения.
ЛЕКЦИЯ 1.7. СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ КОНТИНЕНТОВ И ОКЕАНОВ
Общие сведения о тектоническом строении и развитии материков.
Исторически сложилось так, что геологическое строение континентов стало изучаться значительно раньше, чем геология дна океанов (просто потому, что последнее долго оставалось мало доступным для геологов). В результате первые тектонические закономерности были выявлены и наиболее детально разработаны на основе изучения геологии континентов. На этих же материалах базировались и первые тектонические теории. Поэтому и мы, следуя за ходом исторического развития научной мысли, первоначально рассмотрим закономерности строения и развития земной коры континентального типа.
Геологическое строение континентов резко неоднородно в различных их частях. В одних областях породы самого верхнего (осадочного) слоя земной коры залегают почти или совсем горизонтально, а в других они смяты в разнообразные, в том числе очень сложные складки, разбиты многочисленными разломами. К первым обычно приурочены равнины и плоскогорья, для вторых характерен горный рельеф. Первые были названы платформами, вторые – складчатыми областями.
Было установлено, что складчатые области сложены, главным образом, мощными толщами осадочных и вулканогенных образований морского происхождения. На этом основании американский геолог второй половины XIX в. Дж. Дэна высказал предположение, что накопление их должно было происходить в пределах узких и протяжённых участков земной коры, имевших на протяжении десятков миллионов лет тенденцию к устойчивому опусканию. Такие гипотетические прогибы он назвал геосинклиналями.
Учение о геосинклиналях сыграло очень важную роль в развитии представлений о формировании земной коры. Его активно развивали такие крупнейшие тектонисты, как Э. Ог, Э. Арган, Г. Штилле, Н.С. Шатский, Р.У. Ван Беммелен, Ж. Обуэн и другие. Правда, двое последних в дальнейшем отошли от «классических» представлений о развитии геосинклиналей, и даже отказались от использования термина «геосинклиналь», но их вклад в развитие теории данный факт не умаляет. Изучая складчатые области в разных районах земли, геологи установили, что в них всегда закономерно повторяются одни и те же особенности возрастных и структурных взаимоотношений горных пород различного состава и происхождения. В результате было сформировано представление, что, любая геосинклиналь проходит в своем развитии определенные стадии, каждая из которых характеризуется свойственными только для нее особенностями процессов осадконакопления, магматизма, метаморфизма, а также формирования складчатых и разрывных структур.
Начальная стадия характеризуется накоплением большого объема вулканогенных пород базальтоидного состава, большей частью зеленокаменно измененных, а также кремнистых пород, глинистых сланцев и реже – известняков (в основном слагающих рифовые постройки). С нею же связано формирование крупных тел плутонических пород ультраосновного и основного состава, которые слагают в структуре складчатых областей протяженные пояса, названные офиолитовыми.
Вторая стадия развития геосинклинали называется также инверсионной, так как в это время происходит частичное обращение (инверсия) тектонического режима: на фоне прогиба начинают формироваться отдельные поднятия. Формируются эти поднятия, главным образом, в результате активной вулканической деятельности. Однако состав вулканических пород отличается в сравнении с первой стадией большей кислотностью и отвечает преимущественно андезитовому. Вокруг поднятий идёт накопление очень своеобразных мощных толщ терригенных пород, которые отличаются характерной ритмичной (однообразно повторяемой) слоистостью. В основании каждого ритма залегают грубозернистые породы (грубозернистые песчаники, гравелиты, иногда конгломераты), а вверх по напластованию наблюдается постепенный переход к более тонкозернистым породам, вплоть до глинистых, иногда до карбонатных. Сверху такой ритм опять перекрывается грубозернистой подошвой следующего, причём с очень резкой границей, и такая картина многократно повторяется по разрезу всей толщи. Слоистость такого типа получила название градационной. В других частях геосинклинали одновременно может происходить накопление мощных толщ карбонатных пород, в том числе рифовых известняков. С этой же стадией связано внедрение разнообразных сложных по составу интрузий (габбро-плагиогранитных, диорит-гранодиоритовых, габбро-сиенитовых). На данной стадии отмечается частичная складчатая деформация осадочных и вулканогенных пород, во время которой они могут быть слабо метаморфизованы.
В дальнейшем наступает третья стадия развития геосинклинали, характеризующаяся общей инверсией (поднятием всей территории) и общей складчатостью, в результате чего и образуется складчатая область. Этот процесс сопровождается глубоким метаморфизмом значительной части осадочных и магматических пород, накопившихся на предшествующих стадиях. Там, где при этом повышение температуры оказывается достаточно значительным, начинается частичное плавление метаморфизованных пород, то есть метаморфический процесс переходит в ультраметаморфический. В результате выплавляются большие объёмы гранитной магмы, которая внедряется в вышележащие слои и формирует многочисленные гранитные интрузии. В результате складчатости земная кора на соответствующем участке резко утолщается, а в результате метаморфизма и образования гранитных расплавов формируется гранитно-метаморфический слой.
Заключительная стадия геосинклинального развития, иногда выделяемая в самостоятельный – орогенный (горообразовательный) этап, отличается нарастающими восходящими тектоническими движениями, в результате которых формируются горные поднятия и разделяющие их прогибы. В прогибах и по периферии складчатой области в целом накапливаются мощные континентальные (в меньшей мере лагунные и прибрежно-морские) толщи грубообломочных терригенных пород, образованных из продуктов разрушения горных поднятий.
Установление стадийности геосинклинального развития позволило геологам сделать важный вывод: формирование складчатой области начинается в океанических условиях на коре океанического типа, и лишь затем, в результате сложного многостадийного процесса на её территории формируется континентальная кора и она становится частью континента. Это говорит о направленном, эволюционном характере развития земной коры, сопровождающемся усложнением ее строения (континентальная кора в целом устроена сложнее океанической). Правда, некоторые геологи из числа сторонников геосинклинальной теории, выдвигали идею о возможности обратного процесса – превращения континентальной коры в океаническую. Но какими-либо достаточно достоверными геологическими наблюдениями эта идея не подкрепляется, да и с физико-химической точки зрения возможность такого процесса оспаривается специалистами.
Платформы отличаются от складчатых областей не только залеганием пород в верхних частях их разреза, но и глубинным строением, в котором выделяются два структурных этажа. Верхний этаж – чехол – образован горизонтально или полого залегающими осадочными породами (редко с участием вулканических). Нижний – фундамент – породами, находящимися в складчатом залегании, обычно метаморфизованными. Из этого можно сделать вывод, что платформы образовались на месте бывших складчатых областей. Представить этот процесс можно следующим образом. После завершения орогенной стадии развития складчатой области наступает тектоническая стабилизация. Образовавшиеся горы разрушаются, на их месте формируется равнина. При этом многокилометровые толщи смятых в складки осадочных и магматических пород эродируются, и на поверхность могут быть выведены породы, залегавшие первоначально на большой глубине и подвергшиеся значительному метаморфизму. Так образуется поверхность платформенного фундамента. Далее на ней начинают накапливаться сносимые с сопредельных более возвышенных территорий внутриконтинентальные осадки. Периодически образовавшаяся платформа может частично заливаться водами мелкого эпиконтинентального моря, где также идут процессы осадконакопления. В результате формируется полого залегающий на складчатом и метаморфизованном основании осадочный чехол. Такая преемственность в развитии складчатых областей и платформ подтверждается наблюдающимися случаями прямого перехода структур складчатых областей в структуры фундамента сопредельных более молодых платформ. Так, палеозойские складчатые структуры Алтае-Саянской области на своем северо-западном продолжении погружаются под более молодой (мезозойско-кайнозойский) чехол Западно-Сибирской молодой платформы.
Часть платформы может остаться не перекрытой осадочным чехлом, или же он оказывается размыт в более поздние эпохи. Такие участки древних платформ, где фундамент непосредственно выходит на поверхность, называются щитами.
Как складчатые области, так и платформы могут подвергаться повторной тектонической активизации. Так как мощная и жесткая континентальная кора уже не способна подвергаться значительным пластическим деформациям, то обычно такая активизация выражается в глыбовых поднятиях отдельных территорий по системам субвертикальных разломов. В результате формируются активизированные или «возрожденные» глыбовые горы – такие, как современные горные системы Центральной Азии. Этот процесс так же, как и первичный орогенез в складчатых областях, сопровождается накоплением больших объёмов грубообломочных продуктов разрушения поднимающихся гор. К числу вторичных структур, которые могут накладываться и на платформы, и на складчатые области, относятся рифты. Это узкие протяженные зоны растяжения, ограниченные глубокими (уходящими в мантию) разломами. В платформенном чехле такие структуры обычно выражаются в виде сложно построенных грабенов, центральные части которых испытывают погружение и заполняются большими (в сравнении с окружающими территориями) объемами осадочного материала. По уходящим в мантию разломам в толщу земной коры и на поверхность проникают магматические расплавы мантийного происхождения – основные, ультраосновные, а также совсем экзотические (карбонатитовые, фосфатные и другие). Если подъем глубинного вещества сопровождается взрывными процессами, образуются трубки взрыва – залегающие в осадочном чехле и уходящие на большую глубину трубообразные тела, сложенные обломками пород глубинного происхождения.
Систематическое изучение земной коры различных частей континентов позволило установить периодическую повторяемость комплекса тектонических процессов, которыми обусловлено развитие геосинклиналей и платформ. Описанный выше цикл геосинклинального развития, завершившись на одной территории, в дальнейшем повторяется на сопредельной. Это наилучшим образом выражается в периодичности проявлений общей складчатости. К тому же, эта стадия имеет особо важное значение, так как она фиксирует завершение процесса формирования складчатой области и перехода слагающей ее земной коры в качественно новое состояние – кору континентального типа. Наиболее полно изучена периодичность проявления процессов складчатости в фанерозое, где выделяются следующие эпохи складчатости: байкальская (завершение к концу протерозоя – началу фанерозоя), каледонская (конец силура – начало девона), герцинская (конец палеозоя), мезозойская или киммерийская (конец мезозоя) и альпийская (кайнозой, остается незавершенной). Каждая эпоха подразделяется на фазы. Еще в середине XX в. подавляющее большинство тектонистов было убеждено, что как эпохи, так и фазы складчатости проявлялись по всей Земле одновременно. Но теперь в отношении фаз складчатости это мнение не является столь однозначным – возможно, что время их проявления в пределах каждой складчатой области было индивидуальным. Но это не ставит под сомнение саму периодическую повторяемость процесса.
Таким образом, формирование земной коры континентального типа осуществляется за счет вещества океанической коры в результате продолжительного процесса, в котором выделяются определенные, закономерно сменяющие друг друга стадии. В разных частях современных материков этот процесс протекал не одновременно, а путем последовательного наращивания континентальной коры от более древних эпох складчатости к более молодым. В результате площади континентов и общий объем континентальной коры, а соответственно и сложность ее геологического строения, должны были на протяжении геологической истории неуклонно увеличиваться. Установление этих закономерностей имеет важнейшее научное значение, и это является огромной и непреходящей исторической заслугой геосинклинальной теории ученых, которые ее создали и развивали.
Однако имелся ряд объективных факторов, обусловивших неизбежную ограниченность самой этой теории рамками определенного этапа в развитии научного познания. И, главным образом, это связано с тем, что теория создавалась только на базе данных, полученных в результате изучения геологии континентов. Знания о строении океанической коры к тому времени были еще слишком незначительными и отрывочными, чтобы на них можно было всерьез опираться при разработке какой-либо тектонической теории. Видимо, именно поэтому все закономерности, установленные в рамках геосинклинальной теории, остались чисто эмпирическими, т.е. выведенными из обобщения совокупности множества наблюденных фактов. Лучшие ученые эпохи понимали, что этого недостаточно, и нужно дать выявленным закономерностям теоретическое объяснение, вскрыть механизм и движущие силы тектонических процессов. Но дать удовлетворительное объяснение причин направленного развития геосинклиналей так никому из них и не удалось.
По этой же причине при создании геосинклинальной теории не был и не мог быть в должной мере использован основной метод геологической науки – метод актуализма, заключающийся в опоре на сравнение процессов геологического прошлого с современными. Если геологическая история любой складчатой области на континенте уходит своими корнями в геологию океана, значит именно на дне океана надо искать современные аналоги обстановок, отвечающих ранним стадиям развития геосинклинали. И только отыскав, можно их изучить и понять, действительно ли все протекает в соответствии с изложенным в теории или какие-то факты истолкованы не вполне правильно. А главное – попытаться найти новые данные, проливающие свет на причины закономерного хода процесса. Но вплоть до второй половины XX в. эти области океана оставались недоступными для изучения.
Забегая вперед, отметим, что современные аналоги обстановок, отвечающих различным стадиям развития складчатых областей, к настоящему времени найдены. Но закономерности их размещения на поверхности Земли оказались совсем не соответствующими представлениям о гипотетических «узких и протяженных прогибах». И поэтому сейчас большинство геологов в мире отказалось от использования термина «геосинклиналь», хотя все основные достижения геосинклинальной теории сохраняют свое значение. Только переосмыслены они уже по-новому.
Общие сведения о тектоническом строении дна Мирового океана.
Дно мирового океана в тектоническом отношении построено проще континентов. Но оно также в структурном и морфологическом отношении не вполне однородно. Крупнейшей геологической структурой в пределах океана является мировая система срединно-океанических хребтов. Это крупные протяженные поднятия, шириной 800-2000 км и возвышающиеся над дном окружающих океанических котловин на 3,5-4 км. В большинстве океанов они действительно занимают срединное положение, на равных расстояниях между противолежащими континентами, и лишь в Тихом океане такой хребет расположен значительно ближе к берегам одного из материков – Южной Америки. Вдоль осей срединно-океанических хребтов развиты рифтовые долины – глубокие ущелья, ограниченные крутыми подводными уступами. Там, где эти хребты подходят к континентам, рифтовые структуры продолжаются на материках. Так, Срединно-Индоокеанский хребет заканчивается в Аденском заливе, от которого далее в различные стороны расходятся два продолжения: рифт Красного моря и Восточно-Африканский рифт (к которому приурочены Великие Африканские озера). Для срединно-океанических хребтов характерна высокая сейсмическая активность и интенсивный базальтовый вулканизм. Он сопровождается выходом из глубин земной коры на дно океана многочисленных высокоминерализованных горячих источников, обогащающих осадки осевой зоны хребтов различными металлами.
По обе стороны от срединных хребтов располагаются океанические котловины – относительно глубокие (порядка 4-5 км ниже уровня океана) участки океанического ложа с преимущественно равнинным рельефом (абиссальные равнины), осложняемым отдельными поднятиями вулканического происхождения. Некоторые тектонисты называют их океаническими платформами, по аналогии с одноименными структурами на континентах: для них также характерно наличие верхнего слоя горизонтально залегающих осадков и относительная слабость проявлений тектонической активности. Но есть важное отличие: в основании океанических «платформ» нет складчатого фундамента, они не сформировались на месте бывших складчатых областей – т.е., это структуры совсем иного происхождения. И вряд ли стоит называть эти столь разные тектонические структуры аналогичными названиями. Отложения осадочного слоя океанических котловин представлены большей частью органогенными (карбонатными и кремнистыми) илами. Ниже залегают магматические породы базальтового слоя океанической коры, а они, в свою очередь, подстилаются ультраосновными породами верхней мантии.
Особое тектоническое строение имеют области перехода между океанами и континентами. Выделяются два типа таких областей, которые называют пассивными и активными континентальными окраинами.
Пассивные континентальные окраиныхарактеризуются отсутствием проявлений сейсмической активности и имеют относительно простое строение. Здесь в направлении от континента вглубь океана выделяется шельф, сложенный корой континентального типа (в геологическом отношении это просто краевая часть континента, залитая океаническими водами), который далее ограничивается континентальным склоном. В пределах последнего на протяжении около 200 км мощность земной коры уменьшается с 30-40 до 10-12 км. Мощность океанической коры вблизи от подножья континентального склона несколько увеличена за счет накопления больших объемов осадочного (преимущественно терригенного) материала, сносимого с прилегающего континента. Далее следует ложе Мирового океана.
Активные окраины более сложны и разнообразны. В большинстве случаев для них характерны системы сопряженных глубоководных желобов и островных дуг вулканического происхождения (Японская, Курильская, Антильская и др.). Краевые части таких дуг, сопрягаясь с континентом, могут образовывать вулканические полуострова (такие, как Камчатка). Островные дуги ограничивают отделяемые ими от основной части океана окраинные моря. Иногда встречаются системы из пары островных дуг, между которыми заключен междуговой морской бассейн. Для описываемых окраин характерна очень высокая сейсмическая активность и интенсивный вулканизм, сосредоточенный в островных дугах. На склонах островных дуг и в окраинных морях накапливаются большие объемы осадочных отложений. В результате здесь сформирована земная кора переходного типа. От океанической коры она отличается резко увеличенной мощностью (в результате накопления больших объемов вулканических и осадочных пород). А в отличие от коры континентальной в ней нет полностью сформированного гранитно-метаморфического слоя. Дно котловин окраинных морей тектонически неоднородно. Обычно внутренняя часть такой котловины сложена корой океанического типа; для части, прилегающей к материку, характерно наличие погруженных блоков континентальной коры, а противоположная сторона является склоном вулканического поднятия островной дуги.
Иногда в зоне активной континентальной окраины вулканическая дуга и окраинное море не образуются. В таком случае глубоководный желоб непосредственно примыкает к подножью континента, на окраине которого формируется крупное горное сооружение. Сейсмическая активность здесь также высока, но вулканизм менее интенсивен и проявляется локально.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Ананьев, В.П. Основы геологии, минералогии и петрографии: Учеб. для вузов [текст] / В.П.Ананьев, А.Д. Потапов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 398 с.
2. Карлович, И.А. Геология: Учебное пособие для вузов [текст] / И.А. Карлович. – М.: Академический проект, 2004. – 704 с.
3. Короновский, Н.В. Геология: учебник [текст] / Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: ACADEMIA, 2006. – 448 с.
4. Милютин, Г.А. Геология: Учебник [текст] /А.Г. Милютин. – М.: Высшая школа, 2004. – 413 с.
5. Чистяков, А.А. Четвертичная геология [текст] / А.А. Чистяков, Н.В. Макаров, В.И. Макаров. – М.: ГЕОС, 2000. – 302 с.
– Конец работы –
Используемые теги: Конспект, лекций, презентацией, дисциплине, геология0.088
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Конспект лекций с презентацией по дисциплине Геология
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов