ОСНОВНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

В нас бег планет, в нас мысль Земли!
М.Волошин

Первые геологические сведения и идеи начали зарождаться еще в глубокой древности: египтяне и древнегреческие философы предполагали, что Земля изменяется медленно под действием воды и огня, до ХVΙΙΙ в. геологию считали частью минералогии или географии, к числу первых трудов относились работв Агриколы «Оприроде ископаемых», «О горном деле и металлургии» и др. (ХVΙ в.), позже – в ХVΙΙΙ в. – появилась работа Ч.Лайеля «Принципы геологии». В том же ХVΙΙΙ в. П.Лаплас предложил гипотезу, согласно которой Земля была изначально холодной, образовавшись из газопылевого облака в результате сжатия, в конце ХΙХ в. от этой идеи отказались, т.к. выяснилось, что недра планеты имеют огромную температуру, Дж.Джинс предложил планетезимальную теорию (Земля образовалась из звездного вещества, которое затем остывало и уплотнялось). Сегодня большинство геологов придерживаются концепции О.Ю.Шмидта об образовании из газопылевого облака с последующим сжатием и разогревом недр. геологическая форма первична, поскольку химические, физические, механические, а позднее, частично и биологические процессы были лишь частными случаями глобального геологического развития, геологической формы движения. Геологическое развитие представляет собой формирование и изменение тесно связанных между собой баросферы, литосферы, гидросферы и атмосферы.

Земля, как и другие планеты, возникла из солнечного вещества, об этом свидетельствуют соотношения изотопов, радиоактивность химических элементов, из которых состоят Земля и метеориты. Исходным материалом для образования планет был так называемый звездный газ — разобщенные ионизированные атомы. Абсолютный возраст вещества Земли 4,7 млрд. лет. Земля как небесное тело образовалось при температурах ниже плавления составляющих ее материалов. Затем начался ее разогрев вследствие распада радиоактивных элементов. Кроме того, она нагревалась за счет кинетической энергии соударения с метео­потоками. В результате произошла дифференциация химических веществ планеты на оболочки разного строения и состава. выделяют три структурные составляющие: земную кору, мантию и ядро (рис. 21).

земная кора представляет собой тонкую пленку на поверхности планеты, состав­ившую менее 1% ее общей массы и примерно 1,5% ее объема, она содержит различные химические элементы и их соединения – от легких до самых тяжелых..

Мантия - самая мощная из геосфер Земли, она распространяется до глубины 2900 км, занимает более 82% объема и содержит 68% массы планеты. Оболочка формировалась подобно образованию льда при замерзании воды, при этом тяжелые вещества уходили к центру планеты, в ядро, а легкие – перемещались в лито-, атмо- и гидросферу. В результате мантия состоит, в основном, из оксидов кремния (SiO₂) и магния (MgO) - около 83% состава. На границе с земной корой вещество мантии находится в твердом состоянии. Поэтому земную кору вместе с самой верхней частью мантии называют литосферой.Она состоит из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот. Вещество мантии находится в особом высокоплотном состоянии (не кристаллическом).

Ядро занимает около 16% объема Земли, но содержит более трети всей ее массы. Предполагается, что периферия ядра находится в жидком состоянии. Поскольку в ядре чрезвычайно высокое давление - несколько миллионов атмосфер, то в этих условиях происходит полное или частичное разрушение электронных оболочек атомов и вещество приобретает свойства, характерные для металлов, в том числе, высокую электропроводность. Считается, что магнетизм является результатом электрических токов, возникающих в ядре в связи с вращением Земли вокруг своей оси.

Между литосферой и земным ядром поднимаются и опускаются потоки магмы, сквозь щели в коре они прорываются наверх, образуют вулканические поля, а та часть магмы, которая пробивает земную кору – изливается наружу в процессе вулканической деятельности. Обломки океанической коры опускаются вплоть до самого ядра, а затем всплывают, образуя новые острова. Литосферные плиты сталкиваются, вызывая землетрясения, в результате их наползания друг на друга поднимаются горные массивы, там , где плиты расходятся - образуются новые сегменты литосферы. Процесс дифференциации земного вещества происходит постоянно, он преобразует все геологические оболочки Земли.

К классическим концепциям геологии относят следующие: нептунизм (все горные породы осаждены из воды, А.Г.Вернер), плутонизм (ведущая роль в образовании пород отводится внутренним силам Земли – землетрясениям, вулканизму, Дж.Геттон), униформизм (неизменность геологических факторов во времени, Ч.Лайель), эволюционизм (изменения облика Земли происходят медленно под действием множества факторов, неодинаковость условий во времени и пространстве приводит к чередованию разных геологических слоев, А.Грессли, Дж.Холл, Э.Зюсс), мобилизм (основная роль в развитии земной коры отведена горизонтальному смещению литосферных плит – дрейфу континентов, А.Вегенер). последняя, вместе с эволюционизмом, была развита и составила основу современной концепции глобальной эволюции Земли.

Концепция глобальной геологической эволюции Земли описывает развитие геосферных оболочек (баросферы, литосферы, гидросферы, атмосферы) от возникновения и до гибели. В ней выделено 6 этапов: образование, рост тектонической активности, период стабильности, спад тектонической активности (и в наше время), остывание недр, опаление планеты перед угасанием Солнца. Важно отметить, что данная концепция исходит из идей однородности первичной Земли, разогрева планеты с последующей дифференциацией вещества вследствие конвективных течений и образованием геосферных оболочек, эволюции оболочек вследствие продолжающихся подвижек земной коры. «Живая» с геологической точки зрения планета продолжает эволюционировать. Энергию она получает для этого из собственных недр (более 80%) и от взаимодействия с др. космическими телами (около 4%) - это энергия гравитации, а также в результате радиоактивных превращений (12%). Лишь биосферная оболочка живет, в основном, за счет Солнца. Концепция глобальной эволюции Земли в объяснении динамических истоков развития геосферных оболочек решающее значение придает:

• однородности химического состава первичной Земли;

• изменению ее термодинамических состояний под воздействием энергетических потоков;

• приобретению расплавленным веществом Земли текуче-подвижных состояний, приводящих к его химико-плоскостной дифференциации;

• образованию в результате дифференциации вещества Земли ее геосферных оболочек;

• эволюции геосферных оболочек в процессе непрекращающих­ся изменений динамических характеристик Земли.

Сегодня в геологической оболочке происходят вращение квазижидкого ядра, конвекции вещества мантии, перемещение литосферных плит, вулканизм, землетрясения, радиоактивный распад, химические реакции, выветривание, перенос веществ, осадки и др. возможность зарождения жизни обеспечило появление гидросферы и атмосферы, обе оболочки образовались вследствие вулканической деятельности и выброса на поверхность паров воды (из расплавов мантийных пород), которые затем конденсировались, и газов – водорода, азота, метана, углекислого и др. (так называемая дегазация). Существование водной и газовой оболочек обусловили возникновение на Земле жизни. Жизнь «обитает» в верхнем слое литосферы, гидросфере и атмосфере.

Сегодня литосфера выполняет четыре экологические функции – ресурсную (содержит материальные ресурсы, необходимые человеку), геодинамическую (изменяет рельеф), геохимическую (выброс химических соединений, в том числе - человеком), геофизическую (протекание различных физических процессов – радиация, тепловые процессы и т.п.)