ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Напрямки та розділи геології

12 3

Передмова

Перше знайомство майбутніх фахівців геологічних спеціальностей з теоретичними основами геології відбувається через вивчення курсу “Загальної геології“. Його метою є засвоєння студентами основних відомостей про будову, склад, історію розвитку Землі та процеси, які їх обумовлюють. Враховуючи, що знання зазначених положень є фундаментом, на якому побудовані всі інші геологічні дисципліни, в підручнику зроблено спробу з максимальною повнотою і доступністю відобразити сучасні уявлення про походження та розвиток Землі і земної кори, їх будову і склад, про внутрішні та зовнішні процеси і явища, які сприяли формуванню мінералів, гірських порід, корисних копалин, а також вплив діяльності людини на хід геологічних процесів.

При підготовці підручника були використані апробовані впродовж багатьох десятиліть у вищих навчальних закладах країн СНД підручники, які укладали відомі вчені в галузі геології і педагоги Г.П.Горшков, В.В.Єршов, М.М.Жуков, М.В.Короновський, В.С.Мільнічук, І.В.Мушкетов, Д.І.Мушкетов, В.О.Обручев, В.І.Славін, В.Є.Хаїн, О.Ф.Якушова та інші.

Текстова частина проілюстрована рисунками та фотографіями геологічних об’єктів, при виборі яких пріоритет надавався розташованим на території України. Приклади поширення гірських порід, корисних копалин, знахідок мінералів та сучасного прояву геологічних процесів і явищ також наведені з урахуванням геологічних особливостей України.

Автори щиро вдячні доценту кафедри загальної геології та розвідки родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету Є.В.Євтєхову за значну роботу по підготовці електронної версії підручника, а також доценту кафедри загальної геології Львівського національного університету Ю.С.Матковському за допомогу в редагуванні тексту.

Зауваження та відгуки на підручник просимо надсилати за адресами: 50027, м.Кривий Ріг, вул. 22-го партз’їзду, Криворізький технічний університет, геолого-збагачувальний факультет, кафедра загальної геології та розвідки родовищ корисних копалин; 79005. м. Львів, вул. Грушевського, 4, Львівський національний університет, геологічний факультет, кафедра загальної та регіональної геології. Всі пропозиції стосовно покращення змісту та структури підручника будуть з вдячністю прийняті авторами.

Розділ 1. загальні відомості про геологію як науку

Термін “геологія”в перекладі з грецької мови означає “вчення про Землю” (від лат. “гео” – земля, “логос” – вчення”). В сучасному розумінні геологія – це наука про склад, будову, розвиток Землі та процеси, які відбуваються в її надрах і на поверхні, включаючи водну і повітряну оболонки; про утворення мінералів і гірських порід, їх хімічний склад та фізичні властивості; про закони формування і закономірності поширення корисних копалин, а також економічну доцільність їх використання; про формування земної поверхні та вплив діяльності людини на стан навколишнього середовища.

1.1. Короткий нарис з історії становлення геології

Геологія як наука була започаткована у другій половині XVIII століття, проте її корені беруть свій початок з часів, коли у первісної людини виникла потреба в мінеральних утвореннях. Вже з перших кроків людство накопичувало досвід у пошуках певного каміння, необхідного для виготовлення зброї та знарядь праці. Значно розширились знання людини про мінеральні багатства Землі протягом “бронзового” та “залізного” віків, коли основною сировиною для виготовлення знарядь праці та зброї були мідь, олово та залізо. Потреби у металах не тільки спонукали до видобутку руд і створення первісних гірничих промислів, але й поклали початок набуттю людством практичних навичок у пошуку корисних копалин.

Фундаторами наукової геології слід вважати видатних вчених XVII століття М.В.Ломоносова, Дж.Геттона, А.Г.Вернера. Російський вчений Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765) уперше теоретично узагальнив нагромаджені людством впродовж багатьох віків практичні знання про гірські породи та корисні копалини і систематизував їх у першій науковій праці з геології під назвою “Про верстви земні”, написаній впродовж 1757-59 років і опублікованій у 1763 р. Викладені в ній міркування про причини утворення гір і вулканів, руйнівну та творчу роботу поверхневих і підземних вод, походження верствуватих гірських порід, утворення рудних жил, кам’яного вугілля, нафти та бурштину, про природу сил, під впливом яких змінюється вигляд Землі, та багато інших питань лежать в основі сучасних геологічних теорій і гіпотез. Цей дослідник вперше наголосив, що зміну загального вигляду Землі викликають дві групи сил – зовнішні та внутрішні. До перших він відносив сильні вітри, дощі, течії рік, морські хвилі, льодовики, пожежі в лісах і повені, а до других – землетруси, які на його думку спричиняють піднімання та опускання окремих ділянок земної поверхні, переміщення берегів, появу і зникнення гір. Він також сформулював важливий принцип геології, суть якого полягає в тому, що спостереження за сучасними природними процесами дають можливість робити висновки про хід ідентичних процесів в геологічному минулому. Ломоносов справедливо зазначав, що Земля не просто змінює свій вигляд впродовж тривалого часу, а закономірно розвивається. Ці ідеї еволюційної геології пізніше були успішно розвинені англійським вченим Ч.Лайєлем.

Через 15 років після опублікування трактату М.В.Ломоносова побачила світ праця шотландського геолога Джеймса Геттона (1726-1797) “Теорія Землі”, в якій були викладені погляди на основні сили, що спричиняють зміни загального вигляду Землі. Цей дослідник пов’язував всі процеси, які проходять на планеті, у тому числі і утворення гірських порід, з дією “підземного жару”. Цим було започатковано так званий плутонічний напрямок в геології, згідно з яким всі геологічні явища і процеси, а також мінерали, гірські породи і корисні копалини є продуктом діяльності вулканів та підземних магматичних осередків.

На відміну від М.В.Ломоносова та Дж.Геттона, які провідну роль в еволюції Землі відводили внутрішнім процесам, професор Фрейбергської гірничої академії в Саксонії німецький геолог і мінералог Абраам Готлоб Вернер (1750-1817) вважав, що всі гірські породи утворилися з води світового океану. Цим твердженням А.Г.Вернер започаткував нептунічний напрямок в геології, основні положення якого виклав у першому академічному курсі геогнозії (так тоді називали геологію). Цей дослідник виділяв групу «первинних» порід, до яких відносив граніти, сієніти, гнейси та інші магматичні і метаморфічні породи, вважаючи, що вони утворилися чисто хімічним шляхом і складають ядра гірських споруд. Усі верствуваті (осадові) гірські породи він вважав більш молодими, які огортають “первинні”, і їх накопичення пов’язував зі світовим потопом. Вернер також вважав, що після потопу припинилися будь-які геологічні процеси, а порушення залягання гірських порід пояснював обтіканням молодими осадками масивів “первинних” порід або утворенням провалів над підземними порожнинами, відкидаючи роль внутрішньої енергії та внутрішніх процесів в розвитку Землі.

Розглядаючи послідовність становлення геології як науки, слід також згадати ще один напрямок у поглядах на розвиток Землі –катастрофізм,– який знайшов своє відображення в роботах французького дослідника Жоржа Кюв’є(1769-1832). Ігноруючи еволюційний розвиток, він вважав, що всі зміни у будові Землі, а також у рослинному і тваринному світі обумовлені періодичними глобальними катастрофами. Хибність таких уявлень була доведена в першій половині ХІX століття англійським геологом Чарлзом Лайєлем(1797-1875), який обгрунтував і впровадив у геологію поняття принципу актуалізму. Суть його полягає у ствердженні, що всі явища сьогодні відбуваються так як і в минулому. В своїй фундаментальній праці “Основи геології” цей дослідник показав, що зміни на земній поверхні відбуваються завдяки діяльності вітру, річок, морів, вулканів, льодовиків та інших природних процесів, які проходять безпосередньо на очах у людини. Ці ж явища та процеси, на його думку, діяли і впродовж усієї геологічної історії Землі та відігравали основну роль у зміні вигляду її поверхні. Як і М.В.Ломоносов Ч.Лайєль вважав, що для правильного розуміння геологічного минулого необхідно всебічно вивчати сучасні процеси. Саме цей принцип покладений в основу розробленого ним методу актуалізму, який не втратив своєї актуальності і в наші дні.

На початку XIX століття англійський вчений Вільям Сміт(1769-1839) звернув увагу на те, що територіально відокремлені верстви гірських порід містять однакові скам’янілі органічні залишки, а верстви, які залягають одна на другій – залишки, які різко відрізняються між собою. Це дозволило йому зробити висновок, що шляхом вивчення скам’янілої фауни можна встановлювати послідовність розташування верств, а також відносний вік гірських порід. Пізніше, в другій половині цього ж століття, російський палеонтолог Володимир Онуфрійович Ковалевський(1842-1883) не тільки встановив еволюційний зв’язок між окремими видами викопних організмів, але й виявив причини змін зовнішнього вигляду фауни, наголошуючи на провідній ролі при цьому змін фізико-географічних і фізико-хімічних умов середовища. Це був також значний крок вперед на шляху пізнання історії розвитку Землі.

Надзвичайно цікавим є зроблене у 1935 році Іваном Васильовичем і Дмитром Івановичем Мушкетовими зауваження, що першим, хто зрозумів важливе значення “керівних скам’янілостей”, був видатний німецький поет і мислитель Іоганн Вольфганг Гете(1749-1832), який написав про це в своєму листі до Мерка від 27 жовтня 1782 року, коли Вальтер ще продовжував вважати їх (скам’янілості) “грою природи”, а В.Сміту у цей час було лише 13 років. Не менш цікавим також є те, що І.В.Гете першим подав ідею застосувати при складанні геологічної карти Німеччини кольори, при цьому для зображення топографічної основи він використав коричневі барви. І.В.Гете у свій час правильно зрозумів значення екзотичних валунів на узбережжі Женевського озера, а також співставив північне та альпійське зледеніння. Нарешті, погляди Гете на граніт і його місце в земній корі принципово не відрізняються від сучасних, хоча й були висловлені понад 200 років тому (1784 р.) і, що найдивовижніше, за часів панування в науці нептунізму А.Г.Вернера.

В пошуку пояснення процесу виникнення гір у другій половині XIX століття французький вчений Л. Елі де Бомонрозробив так звану контракційну гіпотезу, яка базувалась на поглядах І.Канта і П.С.Лапласа про походження Сонячної системи. Згідно з останніми, Земля в минулому являла собою вогненно-рідку кулю, яка при охолодженні зазнала стиснення, що спричинило утворення складок на її поверхні у вигляді гірських областей. Ці погляди були узагальнені в фундаментальній праці австрійського геологаЕдуарда Зюсса(1831-1914) “Вигляд Землі”, в якій також були наведені уявлення про будову та розвиток земної кори. В цей же час американський геолог Джеймс Дана(1813-1895), автор теорії геосинкліналей зробив припущення, що на місці сучасних гірських систем спочатку існували великі прогини, в яких накопичувалися потужні товщі осадових утворень. Під впливом сил стиснення земної кори породи, що формувалися в цих прогинах зминались у складки і піднімались на поверхню Землі у вигляді гір. Наприкінці XIX століття російський геолог Олександр Петрович Карпінський(1846-1936)започаткував вчення про платформи (рівнинні ділянки земної поверхні), в основі якого також лежали уявлення про характер різноманітних рухів земної кори.

Таким чином, починаючи з середини XVIII і до кінця ХІХ століття, завдяки зусиллям багатьох дослідників, які намагалися знайти обґрунтовані відповіді на питання стосовно утворення Землі, мінералів, гірських порід і руд, а також щодо природи сил, які впливали та впливають на вигляд земної поверхні, геологія набула всіх ознак науки в повному розумінні цього слова.

Напрямки та розділи геології

Основним об’єктом вивчення геології є зовнішня кам’яна оболонка Землі або, як її ще називають,– земна кора. Для пізнання її складу, будови, історії розвитку, сутності процесів, що відбуваються на поверхні і в надрах планети необхідне вивчення всіх рівнів організації речовини літосфери: атомарного або рівня хімічних елементів; рівня мінералів, які складені атомами; гірських порід, які є сукупністю мінералів; верств і пачок, що складені асоціаціями порід; породних комплексів і земної кори в цілому. Складність процесу дослідження складу, будови і розвитку земної кори і Землі в цілому обумовила розгалуження геології на декілька наукових напрямків, основними з яких є:

· речовинна геологія, яка об’єднує науки, що вивчають хімічний, мінеральний, породний склад Землі;

· динамічна геологія, до складу якої входять науки про процеси на поверхні Землі та в її надрах;

· історична геологія яка, представлена низкою наук про історію Землі;

· прикладна геологія, в яку поєднані науки, спрямовані на практичне використання надр Землі.

До циклу наук речовинної геології відносяться мінералогічна кристалографія, мінералогія, петрографія, літологія та геохімія.

Мінералогічна кристалографія— це наука про кристалічний стан мінеральної речовини, зовнішню форму, внутрішню будову і властивості мінералів. Як самостійна наука існує з середини XVIII століття і до початку XX століття розвивалась спільно з мінералогією. Значний внесок у розвиток мінералогічної кристалографії зробили Н.Стено, Р.Ж.Аюї, М.І.Кокшаров, А.В.Гадолін, Є.С.Федоров, У.Г.Брегг, Л.Полінг, М.В.Бєлов. Враховуючи те, що мінерали, здебільшого, є кристалічними тілами, вивчення останніх має велике значення для всебічного дослідження мінералів, а через них – гірських порід і корисних копалин.

Метою мінералогії є вивчення мінералів – природних хімічно і структурно однорідних тіл, які мають певні фізичні властивості і утворились внаслідок тих або інших геологічних процесів. Це одна з найдревніших галузей геологічної науки. Перші описи і спроби класифікації мінералів знаходимо в роботах Арістотеля, Теофраста, Плінія Старшого, Біруні, Авіценни, Агріколи. Як самостійна галузь геологічної науки мінералогія сформувалась на межі XVIII і XIX століть. Значна роль у її розвитку належить А.Кронстедту, В.М.Севергіну, Й.Берцеліусу, А.Брейтгаупту, Е.Мітчерліху, Д.І.Соколову, П.В.Єрємєєву, Дж.Д.Дена, А.Є.Ферсману, українським мінералогам ХХ століття О.С.Поваренних і Є.К.Лазаренку.

Мінералами складені гірські породи, які мають певний мінеральний і хімічний склад, будову, походження, розподіл в земній корі. Вивчення гірських порід є задачею петрографії, яка відокремилась від мінералогії в якості самостійної галузі геологічної науки наприкінці XIX століття. Розвитку петрографії сприяли дослідження К.Г.Розенбуша, О.Мішель-Леві, П.Нігглі, Ф.Ю.Левінсона-Лесінга, Н.Л.Боуена, О.М.Заварицького, П.Есколи, Д.С.Коржинського, Ю.О.Кузнєцова та інших геологів. Основними напрямками петрографічних досліджень є вивчення магматичних і метаморфічних порід, фізико-хімічне і експериментальне моделювання процесів утворення гірських порід, визначення їх технічних і технологічних властивостей, які забезпечують можливість їх використання. Відносну самостійність має літологія – петрографія осадових порід.

Мінерали і гірські породи складені певними хімічними елементами. Закони їх розподілу, міграції в літосфері вивчає геохімія, яка виділилась з мінералогії на початку ХХ століття. Термін “геохімія” запровадив у 1838 році швейцарський хімік К.Ф.Шьонбейн, проте фундатором геохімії як самостійної галузі науки став український вчений, перший президент Академії наук України В.І.Вернадський. Значний внесок у розвиток геохімії зробили Ф.У.Кларк, В.М.Гольдшмідт, О.П.Виноградов, Д.І.Щербаков, М.М.Страхов, О.О.Сауков, О.І.Перельман. Геохімія певною мірою є синтезуючою наукою по відношенню до мінералогії і петрографії, об’єкти вивчення яких – мінерали і гірські породи – відображають певні етапи “життя” хімічних елементів. Крім того геохімічні дані використовуються для вирішення багатьох прикладних проблем, пов’язаних з прогнозом, пошуком і розвідкою родовищ корисних копалин та ін.

Динамічна геологія об’єднує науки про процеси, які відбуваються на поверхні Землі та в її надрах і які спричиняють утворення і руйнування мінералів, руд, гірських порід, викликають зміни форм і умов їх залягання, породжують землетруси і вулканічні виверження, а також формують і знищують мікро- та макроформи рельєфу, тобто визначають загальний вигляд поверхні земної кори і її внутрішню будову. В залежності від джерел енергії, всі геологічні процеси поділяють на внутрішні або ендогенні і зовнішні – екзогенні.

До ендогенних процесів відносяться рухи земної кори, магматизм і метаморфізм. Рухи земної кори та спричинені ними деформації гірських порід вивчає геотектоніка, фундаторами якої можна вважати згаданих вище Елі де Бомона, Е.Зюсса, Джемса Дона та О.П.Карпінського. Магма, її склад, продукти магматичної діяльності є об’єктами вчення промагматизм. Вивчення змін гірських порід в надрах Землі під впливом високої температури і тиску належить до задач вчення прометаморфізм.

Пряме відношення до динамічної геології має і вчення провнутрішню будову земної кулі, яке займається пізнанням складу, фізичних властивостей та агрегатного стану ядра Землі і його оболонок. Основним джерелом відомостей про них є результати вивчення земної кулі в цілому та гірських порід за допомогою фізичних методів, чим займається геофізика. В залежності від вивчення того чи іншого фізичного параметру Землі геофізика поділяється на гравіметрію, яка вивчає природу та величину сили земного тяжіння; магнітометрію – вчення про земний магнетизм; електрометрію – науку про електричні властивості гірських порід, геотермію – вчення про тепловий режим земної кулі та сейсмометрію – науку про розповсюдження пружних коливань в різних оболонках Землі.

З екзогенними процесами, тобто процесами, які протікають на поверхні землі під дією сонячної енергії, пов’язано формування осадових порід, певних типів родовищ корисних копалин і навіть еволюція тваринного та рослинного світу. Екзогенна динамічна геологія підрозділяється на вчення провивітрювання, тобто про процеси які обумовлюють руйнування та розкладення мінералів і гірських порід на поверхні Землі під впливом фізичних, хімічних та органічних агентів; гідрогеологію – вчення про геологічну діяльність підземних вод; океанологію – науку, яка займається вивченням “життя” океанів і морів в цілому та їх геологічної діяльності зокрема; гляціологію – вчення про геологічну діяльність льодовиків; геокріологію – вчення про геологічні процеси в зоні вічної мерзлоти.

Екзогенні процеси відіграють суттєву роль у формуванні форм рельєфу земної поверхні, проблемами виникненням яких, їх розвитком та закономірностями поширення займається така наука як геоморфологія.

Напрямок історичної геології об’єднує власне історичну геологію, яка вивчає історію розвитку земної кори, а також встановлює закономірності, що керують цим розвитком і послідовностю геологічних подій, які відбувалися на Землі протягом її існування; стратиграфію – вчення про верстви осадових порід і послідовність їх формування; палеонтологію – науку про викопні рештки тваринних та рослинних організмів; палеогеографію, яка займається реконструкцією фізико-географічних обстановок минулого, та палеокліматологію – науку про кліматичні умови формування осадових гірських порід. Фундаторами напрямку історичної геології слід вважати голандця Ніколаса Стено і англійця Вільяма Сміта, які заклали основи стратиграфії, а також французьких вчених Жоржа Кюв’є та Олександра Броньяра, котрі вперше реконструювали історію геологічного минулого Паризького басейну та склали перші палеогеографічні карти.

До прикладнихгалузей геології відносяться ті напрямки, які займаються вивченням надр Землі з практичною метою. Пріоритет тут належить вченню прокорисні копалини. Це наука, яка займається вивченням мінерального і хімічного складу корисних копалин, встановленням умов їх формування і залягання в земній корі, а також закономірностями їх поширення та напрямками використання. Одним з розділів вчення про корисні копалини є металогенія – наука, яка вивчає закономірності розподілу рудних корисних копалин в просторі та часі.

Прогнозування та пошуки родовищ корисних копалин базуються на результатах аналізу геологічної будови території, які отримують в процесі проведення геологозйомочних робіт кінцевим продуктом яких є різноманітні карти геологічного змісту. Ця робота вимагає узагальнення значної кількості фактичного матеріалу з мінералогії, петрографії, стратиграфії, тектоніки, палеонтології тощо і таке узагальнення є прерогативою регіональної геології.

На сьогоднішньому етапі розвитку геології частина функцій регіональної геології поступово переходить до формаційної геології, або як раніше її називали – вчення про формації.

Формаціологія – це відносно молода галузь серед геологічних наук. Її фундатор – Микола Сергійович Шатський, який не безпідставно зазначав, що в майбутньому наука буде використовувати не тільки індекси віку, але і індекси формацій і це буде надзвичайно цікава геологія. Основна мета формаціології полягає у встановленні законів та закономірностей формування порід, їхніх історико-геологічних асоціацій в земній корі в цілому, а також у науковому обґрунтуванні на цій основі пошуків родовищ корисних копалин.

Безпосередньо пошуками та розвідкою родовищ корисних копалин, оцінкою якісних і кількісних особливостей самих родовищ та економічної доцільності їх розробки займається така галузь геології як вчення про пошуки і розвідку родовищ корисних копалин.

Серед прикладних наук особливе значення належить інженерній геології, мета якої полягає у вивченні геологічних умов будівництва інженерних споруд. Сьогодні ця наука також вирішує цілу низку важливих проблем пов’язаних з впливом діяльності людини на літосферу та навколишнє середовище.

Освоєння океанських і морських глибин привело до виникнення морської геології, значення якої швидко зростає в зв’язку з тим, що на сьогоднішній час більше третини нафти видобувається з дна морів та океанів.

Завдяки інтенсивному вивченню космічного простору виникла космічна геологія, або порівняльна планетологія, яка займається дослідженням не тільки інших планет, але й впливом останніх на процеси, що відбуваються на Землі. Космічна геологія допомагає також пізнати і саму Землю, а фотознімки земної поверхні, отримані з космосу, широко використовуються при складанні регіональних геологічних карт і прогнозуванні пошуків родовищ корисних копалин.

Сьогодні людство стоїть на порозі екологічної катастрофи, відвернути яку можливо лише кардинальними змінами впливу людини на навколишнє середовище в усіх його аспектах і, в першу чергу, це стосується збереження природної рівноваги в усіх оболонках Землі, як природних системах. Пошуки шляхів боротьби з порушенням екосистем геологічного середовища породили і новий напрямок в геології – екологічну геологію, яка вивчає вплив життєдіяльності людини на геологічне середовище, небезпечні для існування людини геологічні процеси та розробляє заходи, направлені на боротьбу з негативними явищами. Відповідно, без пізнання усіх закономірностей еволюції Землі, процесів та явищ, що відбуваються на її поверхні та в надрах, без знання законів формування гірських порід і корисних копалин неможливо ефективно використовувати багатства Землі і правильно керувати науково-технічним прогресом з метою запобігання екологічної катастрофи.

12 3