Тема 1: Основы геологии

Л Е К Ц И Я 1

План лекции:

1. Геология как наука, ее главнейшие отрасли, связь с другими науками.

2. Гипотезы происхождения Земли.

3. Величина и формы Земли, физическое состояние.

Геология (греч. "гео" - Земля, "логос" - учение) - наука о Земле, ее составе, строении и развитии, о процессах, протекающих на ней, в ее воздушной, водной и каменной оболочках. Земля состоит из нескольких оболочек, химический состав, физическое состояние и свойства которых различны. Геология изучает главным образом наружную оболочку - земную кору или литосферу (греч. "литос" - камень) в тесном сотрудничестве с другими науками - биологией, почвоведением,, геофизикой, географией и т.д. При геологических исследованиях изучаются прежде всего верхние горизонты земной коры в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных - горных выработках (канавах, шурфах, шахтах, скважинах) Для исследования глубинных частей земной коры используются геофизические методы. В настоящее время геология представляет собой совокупность многих геологических дисциплин, выделившихся из нее в результате углублённой разработки отдельных отраслей геологических знаний.

Геологическому исследованию подвергаются в основном каменные массы, слагающие земную кору, называемые горными породами. Непосредственным изучением горных пород занимается особая отрасль геологии, выделившаяся в самостоятельную дисциплину и называемая петрографией (греч. "петрос" - камень). Петрография описывает состав горных пород, их строение, условия залегания, а также их происхождение и изменения, вызываемые различными факторами. Горные породы являются либо рыхлыми скоплениями, либо (гораздо чаще) прочно спаянными агрегатами отдельных твердых частиц (зерен), каждая из которых в отдельности представляет собой химически и физически однородное тело. Эти составные части горных пород, нередко резко отличающиеся друг от друга и являющиеся очень сложными химическими соединениями, называются минералами. Химический состав, свойства и происхождение их изучает минералогия. Физические особенности внутреннего строения вещества минералов, находящегося в твердом кристаллическом состоянии, изучает кристаллография. Данные кристаллографии, минералогии, петрографии в сочетании с выводами других геологических наук служат базой геохимии. Она устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов и их изотопов в недрах Земли и на ее поверхности. У перечисленных выше дисциплин, изучающих материальный состав Земли, есть родственная наука - почвоведение, которая рассматривает самый поверхностный слой земной коры, обладающий плодородием и называемый почвой.

К наукам, рассматривающим вещественный состав Земли, относится и учение о полезных ископаемых. Это отрасль геологии, изучающая условия образования, распространение и изменение месторождений полезных ископаемых в земной коре. Из них выделяются рудные (металлы) и нерудные (минеральные удобрения, строительные материалы, горючие ископаемые и др.). Эта отрасль имеет особенно большое практическое значение.

Под воздействием внутренних (эндогенных) сил, связанных с источниками энергии внутри Земли и внешних (экзогенных) сил, обусловленных получаемой земной поверхностью солнечной энергией, земная кора и Земля в целом непрерывно изменяются, проходя ряд последовательных стадий развития. Комплекс наук, изучающих геологические процессы, изменяющие лик Земли, объединяет динамическая геология. Она рассматривает процессы, вызывающие изменение земной коры, формирование рельефа земной поверхности и обусловливающих развитие Земли в целом. Большое разнообразие объектов исследования привело к выделению из динамической геологии таких самостоятельных дисциплин, как вулканология, сейсмогеология и геотектоника. Вулканология изучает процессы вулканических извержений, строение, развитие и причины образования вулканов и состав продуктов, ими выбрасываемых. Сейсмогеология - наука о геологических условиях возникновения и проявления землетрясений. Геотектоника (тектоника) - наука, изучающая движения и деформации земной коры и особенности ее строения, возникающие в результате этих движений и деформаций.

Раздел геологии, рассматривающий закономерности размещения и сочетания различных горных пород в литосфере, определяющие ее структуру, называется структурной геологией.

Науки, изучающие внешние (экзогенные) геологические явления, происходящие в поверхностных частях земной коры в результате взаимодействия с атмосферой и гидросферой, относятся к физической географии, хотя они и связаны с динамической геологией. К числу таких наук относятся: 1 - геоморфология - наука, которая изучает образование и развитие форм рельефа; 2 - гидрология суши, исследующая водные пространства континентов Земли (реки, озера).

Земля имеет очень длительную и сложную историю развития, которая запечатлена в горных породах, последовательно возникавших в недрах Земли и на ее поверхности. Восстановление истории Земли и объяснение причин ее развития составляет предмет исторической геологии. Эта наука устанавливает связь развития органического мира с развитием всей земной коры. Специальными ее дисциплинами являются стратиграфия, палеонтология, палеогеография.

Стратиграфия устанавливает хронологическую последовательность образования горных пород земной коры, служащих главными документами прошлого. Для этой науки особое значение представляет палеонтология, которая изучает окаменелости, заключенные в горных породах и являющиеся остатками некогда существовавших животных и растений. По ним палеонтологи восстанавливают растительный и животный мир, существовавший на Земле в прошлые геологические эпохи. Палеонтология на основе изучения остатков вымерших животных и растений устанавливает возраст горных пород и делает возможным сопоставление разнородных толщ осадочных образований, возникших одновременно. Геологическое летоисчисление и периодизация геологической истории основаны на данных этой науки. Она имеет также большое значение для выяснения физико-географических условий, обстановки прошлых геологических эпох, что является задачей палеогеографии. Средством для этого выяснения служат горные породы и содержащиеся в них окаменелости.

Раздел исторической геологии, изучающий историю развития Земли в последний, так называемый четвертичный период, выделяется в особую область - четвертичную геологию. Отложения, образующиеся в четвертичном периоде, как самые молодые и поверхностные, служат непосредственной основой для сельскохозяйственной и инженерной деятельности человека.

В ХХ веке особенно интенсивно стала развиваться новая наука - геофизика, применяющая физические методы изучения земной коры и земного шара в целом. Применение физических методов позволило уточнить строение глубинных недр Земли.

К важнейшим геологическим наукам, занимающимся изучением практических вопросов, относятся учение о полезных ископаемых (см. выше), гидрогеология и инженерная геология. Гидрогеология - наука о происхождении, физических и химических свойствах, динамике и условиях залегания подземных вод, их проявлений на земной поверхности. Инженерная геология - учение о свойствах горных пород, тех геологических явлениях, которые возникают в результате строительства и могут оказать на него влияние.

В отличие от большинства естественных наук, широко использующих в качестве основного метода исследования лабораторный опыт, геология является наукой, в которой экспериментальный метод исследований имеет ограниченное применение. Основная трудность применения эксперимента в геологии заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Геологические процессы, протекающие в природных условиях, длятся сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет. Поэтому для изучения геологических процессов применяется метод актуализма (фр. "актюэль" - современный). Сущность его заключается в понимании прошлого посредством настоящего, т.е. наблюдения над современными геологическими процессами. Однако, применяя этот метод, необходимо помнить, что сама Земля, физико-географические условия на ее поверхности, а также условия в недрах, климат, состав атмосферы, соленость морей и океанов, органический мир непрерывно менялись и развивались, поэтому чем дальше от нас прошлая геологическая эпоха, тем менее полно применим для познания ее геологических условий метод актуализма.

Применение геологических знаний не ограничивается задачей поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, хотя эта задача и является первоочередной. Большое значение геология имеет и в других отраслях народного хозяйства: в строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении и др. Теоретическое значение геологии - в познании строения Земли и Вселенной, развития органического мира. Геология имеет мировоззренческое, философское значение, отвечая с научных позиций на такие животрепещущие вопросы, как происхождение жизни на Земле, ход геологической истории нашей планеты не только в прошлом, но и в будущем, куда позволяет заглянуть знание закономерностей развития земной коры.