Шпаргалка по "Геологии"

1 Геология как наука

Объектами, которые изучает геология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:

 изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

 изучение внутреннего строения Земли;

 изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

 изучение истории развития жизни на Земле и др.

Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.

1. Методы полевой геологической съемки  изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы  используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы, основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы, изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и, следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности  Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма  протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

10 метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы - результат преобразования пород разного генезиса, приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального состава в соответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами (агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее (петростатическое) давление, химическое воздействие газов и флюидов. Постепенность нарастания интенсивности факторов метаморфизма позволяет наблюдать все переходы от первично осадочных или магматических пород к образующимся по ним метаморфическим породам. Метаморфические породы обладают полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма. Для метаморфических пород наиболее типичны ориентированные текстуры. К ним относятся, например, сланцеватая текстура, обусловленная взаимно параллельным расположением минеральных зерен призматической или пластинчатой форм; гнейсовая, или гнейсовидная текстура, характеризующаяся чередованием полосок различного минерального состава; в случае чередования полос, состоящих из зерен светлых и цветных минералов, текстура называется полосчатой. Внешне эти текстуры напоминают слоистость осадочных пород, но их происхождение связано не с процессом накопления осадков, а с перекристаллизацией и переориентировкой минеральных зерен в условиях ориентированного давления. Если метаморфическая порода мономинеральна и слагающий ее минерал имеет более или менее изометричные формы (кварц, кальцит), то в этом случае порода имеет неупорядоченную массивную текстуру. Все метаморфические породы имеют плотную текстуру.Поскольку сходные по составу, структурам и текстурам метаморфические породы могут образоваться за счет изменения как магматических, так и осадочных пород, к названиям метаморфических пород, возникших по магматическим породам, прибавляется приставка "орто" (например, ортогнейсы), а к названиям метаморфических, первично-осадочных пород - приставка "пара" (например, парагнейсы).Процессы метаморфизма могут быть развиты на огромных площадях в десятки и даже сотни тысяч квадратных километров (региональный метаморфизм), но могут проявляться и на очень небольших площадях (локальный метаморфизм).

2 Форма и размеры Земли

Земля – двухосный эллипсоид. Радиус земли 6370км.Выделяют 3 оболочки Земли: ядро, мантию и земную кору. Ядро – наиболее плотная оболочка Земли. Полагают, что внешнее ядро находится в состоянии, приближающемся к жидкому. Температура вещества достигает 2500 – 3000 0С, а давление ~ 300Гпа. Внутреннее ядро, предположительно находится в твердом состоянии. Состав внешнего и внутреннего ~ одинаков – Fe – Ni, близкий к составу метеоритов. Мантия – самая крупная оболочка Земли. Масса – 2/3 массы планеты. Верхняя мантия характеризуется вертикальной и горизонтальной неоднородностью. Под континентами и океанами ее строение существенно отличается. В океанах на глубине ~ 50 км., а материках – 80 – 120 км. начинается слой пониженных сейсмических скоростей, который носит название сейсмического волновода или астеносферы ( т.е. геосфера «без прочности») и отличается повышенной пластичностью. (Волновод распространяется под океанами до 300 – 400 км., под материками - 100- 150 км. ) К ней приурочено большинство очагов землетрясений. Полагают, что в ней возникают магматические очаги, а также зона подкорковых конвекционных течений и зарождение важнейших эндогенных процессов. В. В. Белоусов объединяет земную кору, верхнюю мантию, включая астеносферу в тектоносферу.Промежуточный слой и нижняя мантия отличаются более однородной средой, чем верхняя мантия. Верхняя мантия сложена преимущественно ферро-магнезиальными силикатами (оливин, пироксены, гранаты), что соответствует перидотитовому составу пород. В переходном слое С основной минерал – оливин. Химический состав: оксиды Si, Al? Fe (2+, 3+), Ti, Ca, Mg, Na, K, Mn. Преобладают Si и Mg.  Земная кора.Земная кора – это верхняя оболочка Земли, сложенная магматическими, метаморфическими и осадочными породами, мощностью от 7 до 70 – 80 км. Это наиболее активный слой Земли. Для нее характерен магматизм и проявления тектонических процессов. Нижняя граница земной коры симметрична поверхности Земли. Под материками она глубоко опускается в мантию, и под океанами приближается к поверхности. Земная кора с верхней мантией до верхней границы астеносферы ( т.е. без астеносферы) образует литосферу. В вертикальном строении земной коры выделяют три слоя, сложенных различными по составу, свойствам и происхождению породам. 1 слой – верхний или осадочный (стратосфера) сложен осадочными и вулканогенно-осадочными породами, глинами, глиняными сланцами, песчаными, вулканогенными и карбонатными породами. Слой покрывает почти всю поверхность Земли. Мощность в глубоких впадинах достигает 20 – 25 км., в среднем – 3 км. Для пород осадочного чехла характерна слабая дислоцированность, сравнительно низкие плотности и небольшие изменения, соответствующие диагенетическим. 2 слой – средний или гранитный ( гранито – гнейсовый), породы имеют сходство со свойствами гранитов. Сложена: гнейсами, гранодиоритами, диоритами, окализами, а так же габбро, мраморами, силинитами и др. Породы этого слоя разнообразны по сотаву и степени их дислоцированности. Они могут быть неизменными и метаморфированными. Нижняя граница гранитного слоя называется сейсмический раздел Конрада. Мощность слоя – от 6 до 40 км. На отдельных участках Земли этот слой отсутствует. 3 слой – нижний, базальтовый состоит из более тяжелых пород, которые по свойствам близки к магматическим породам, базальтам. В отдельных местах между базальтовым слоем и мантией залегает так называемый эклогитовый слой с более высокой плотностью, чем базальтовый. Средняя мощность слоя в континентальной части ~ 20 км. Под горными хребтами достигает 30 – 40 км., а под впадинами снижается до 12 – 13 и 5-7 км.

7 горные породы

Горная порода - это природный минеральный агрегат более или менее определенного состава и строения, являющийся продуктом геологических процессов и образующий в земной коре самостоятельные тела. Горные породы являются главным источником для получения строительных материалов, их используют в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики стекла, теплоизоляционных и других материалов, а также для производства неорганических вяжущих веществ цемента, извести и строительного гипса. Сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бетонов и растворов.Широко используют природные изменённые материалы и изделия, получаемые механической обработкой горных пород (раскалыванием, распиливанием, шлифованием, полированием, дроблением и т.п.). Это плиты из гранита, мрамора, известняка и других горных пород для декоративной облицовки и защиты строительных конструкций от коррозии.Россия по запасам и разнообразию горных пород не имеет себе равных. Изыскания, проведенные в больших масштабах дают полное представление о запасах и географическом размещении минерального сырья. В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы (классификация горных пород по условиям их образования (генетическому признаку): магматические породы, образовавшиеся в процессе кристаллизации сложного природного силикатного расплава - магмы; осадочные, возникшие в поверхностных условиях из продуктов разрушения любых других пород; метаморфические, являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления пород к изменившимся в пределах земной коры физико-химическим условиям.

3 общие понятия о минералах

Минерал – природное вещество, состоящее из одного элемента или из закономерного сочетания элементов, образующееся в результате природных процессов, протекающих в глуби земной коры или на поверхности. Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущими ему физическими и химическими характеристиками.

В зависимости от агрегатного состояния, минералы подразделяются на твердые (кварц), жидкие (ртуть), газообразные (метан). Наибольшим распространением пользуются твердые минералы, среди которых, в свою очередь, преобладают кристаллическими (атомы в них расположены упорядоченно), и гораздо реже встречаются аморфные (с хаотичным расположением атомов).

В зависимости от пространственного расположения элементарных частиц, составляющих кристаллическую решетку, все многообразие форм кристаллов можно свести к нескольким группам симметрий, или сингоний. Выделяют семь сингоний: моноклинную, триклинную, ромбическую, тригональную, тетрагональную, гексагональную, кубическую. Огромное влияние на структуру кристаллической решетки оказывают физико-химические условия минералообразования: кристаллы одного и того же минерала, возникшие в разных условиях, будут отличаться сингонией.

От внутреннего строения напрямую зависят физические свойства минералов. Так, обладающие кубической сингонией октаэдрические кристаллы алмаза – модификации углерода – характеризуются наивысшей твердостью. Другая же модификация углерода – графит – кристаллизуется в гексагональной сингонии и отличается минимальной твердостью. Кристаллическим минералам свойственна анизотропность – физические свойства в них отличаются по разным направлениям в кристалле. Наоборот, аморфным минералам характерна изотропность – сохранение физических характеристик, независимо от направления. К числу важнейших физических свойств, позволяющих производить макроскопическое определение минералов, относят следующие: твердость, блеск, цвет в куске, цвет в порошке (цвет черты), спайность, излом, прозрачность, удельный вес.

По занимаемому в составе горных пород объему минералы делятся на породообразующие и акцессорные. Породообразующими (их около 50) являются минералы, играющие первостепенную роль в составе горных пород. Состав породообразующих минералов служит одним из критериев, по которым определяют название горной породы. Акцессорные минералы встречаются в виде незначительных примесей (не более 5 % от объема породы) и их наличие не влияет на название породы. Кроме того, выделяют обширную группу рудообразующих минералов, использующихся человеком для производства металлов.

По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные – возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные – образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов. Последовательность формирования минералов от эндогенных до экзогенных можно представить следующим образом.

1. Магматический тип минералообразования имеет место в пределах магматического очага, возникающего в глуби земной коры. По мере остывания и гравитационного разделения магмы, из нее последовательно кристаллизуются вначале тугоплавкие, а затем все более легкоплавкие минералы.

2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700 С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. В этих условиях формируются своеобразные породы – пегматиты, сложенные крупными и гигантскими кристаллами кварца, ортоклаза, слюд. На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.

3. Пневматолитовый  тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др. Когда температура понижается до 500 С, пневматолитовый тип начинает сопровождаться гидротермальными процессами, ведущими к накоплению рудообразующих минералов: галенита, сфалерита, киновари, халькопирита, пирита, золота, а также кальцита и др.

4. Гидротермальный тип начинается при охлаждении газов и растворов до 375 С, что обуславливает образование как самородных минералов, так и хлоридных, сульфатных и других соединений: серы, галита, сильвина и др.

5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются

6. Метаморфический тип обусловлен воздействием на горные породы высоких температур, давления, а также магматических газов и растворов. При этом возникает обширный перечень минералов, как хлорит, тальк, графит, магнетит и др.

4 Физические свойства минералов и способы их определения

Цвет.  Для большинства минералов цвет изменяется в зависимости от различных примесей. Например, кварц бесцветный,  но может быть дымчатого, черного цвета, фиолетового, желтого. Значительно меньшее число минералов имеет постоянный цвет, обусловленный его собственной окраской. Например, малахит зеленый, сера желтая, лазурит синий, халькопирит медно-желтый и др. У медьсодержащих минералов в результате различных химических реакций на поверхности часто возникает пестро окрашенная пленка. Это явление связано с интерференцией света и называется побежалостью.

Цвет  черты. Это цвет минерала в порошке. Дело  в том, что не все минералы в куске и в порошке имеют одинаковый цвет. Для того чтобы получить порошок, достаточно провести минералом по неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Цвет черты дают только те минералы, твердость которых ниже твердости фарфоровой пластинки. Например, красный, бурый и магнитный железняки в куске могут иметь почти одинаковый цвет, а цвет черты соответственно различный; вишнево-красный, бурый и черный. Медно-желтый халькопирит дает черную черту, черный в штуфе сфалерит имеет коричневую черту и  т. д.

  Прозрачность. По степени прозрачности,  минералы делятся на группы: (прозрачные гипс пластинчатый, мусковит, галит), через которые ясно просматриваются предметы; полупрозрачные (халцедон, опал, киноварь), через которые видны лишь контуры предметов; просвечивающие (полевые шпаты), которые пропускают свет, а контуры предметов неразличимы; непрозрачные (пирит, магнетит, графит), через которые свет не проходит.