Леции по общей геологии

Леции по общей геологии

Тема: «Задачи и методы геологии»

       Геология – ( от латинского Geo - земля logos – слово, наука, учение) изучает строение Земли, ее происхождение, формирование и размещение месторождений полезных ископаемых.

Этот термин был введен в 1657 г. ученым Эмольтом.

Геология связана со многими другими дисциплинами: геофизика, география, астрономия.

Дисциплины:

1) петрография (от слов: петро – камень, графа – пишу) – это наука о горных пародах, рассматривает минералы как основную часть горных парод, их происхождение, формы залегания, связь с пародами месторождений полезных ископаемых.

Горные пароды:

- рыхлые

- сцементированные - плотно спаянные агрегаты из отдельных твердых частиц, каждая из которых представляет собой физически и химически однородное тело, то есть минерал.

2) минералогия – изучает минералы, их состав, строение, свойства, условия образования.

3) геохимия – наука о распространении химических элементов в Земной коре.

4) кристаллография – наука о внутреннем строении вещества, о его свойствах, кристаллографических формах.

5) тектоника – изучает отдельные структуры земли, их формирование и развитие в пространстве и времени.

6) геодезия – наука о более точных изменениях на Земной поверхности.

7) стратиграфия – наука, устанавливает хронологическую последовательность образования горных парод в Земной коре.

8) полионтология – наука, изучает ископаемые останки прошлого.

9) ришенальная геология – изучает геологическое строение и историческое развитие отдельных регионов Земного шара.

10) геологическое картирование – изучает методы составления геологических карт.

11) гидрогеология – наука о подземных водах, их происхождении и циркуляции.

12) разведочное дело

13) учение о подземных ископаемых

14) инженерная геология

15) военная геология

16) экологическая геология

17) геология нефти и газа

18) геоморфология (рельеф)

Для того чтобы изучить геологическое развитие Земли существует несколько методов:

- стратиграфический

- поле антологический

- метод актуализма (сущность которого заключается в понимании прошлого по средствам настоящего)

Тема: «История развития геологических знаний»

Первые упоминания о геологии можно найти в древних памятниках Месопотамии и Египта (второе-третье тысячелетие до нашей эры). В Китае сохранились рукописи 7-4 тысячелетия до нашей эры, где даны первые описания минералов и горных парод. В 11-13 веке до нашей эры многие восточные ученые занимались описанием минералов: таджикский философ-врачеватель Абу-Ибн-Син (Авирцека), узбек Аль-Бируни, азербайджанский ученый Мухамед Насеридин (Туси). В 1021-1023 годах в «Книге Исцеления» Алицена пытается объяснить процессы пародо образования и предложил первую классификацию минералов и горных парод. В 1048 Альберти в своей «Книге Сводок для познавания драгоценностей» описал более 100 минералов и горных парод. Польский астролог Н. Коперник доказал гелиоцентрическое строение солнечной системы.

В 18 веке появилось два направления:

- нептунизм.

- плутонизм

   Нептунисты: все живое возникло из воды (Фалес)

   Плутонисты: все возникло от огня (Аристотель)

   Дарвин занимался изучением эволюции органического мира.

   Лайель – выделил два процесса (экзогенный и эндогенный)

 При Петре I был создан «Приказ Рудовых дел», который в 1719-ом был переименован в «Берг коллегию».

В 1725 году в Петербурге была основана Академия Наук.

Стали широко известны труды Ломоносова:

- «основание металлургии или рудных дел» (1741)

- «слово о рождении минералов от трясения Земли» (1757)

- «о слоях Земляных» (1763)

С конца 18 века началась геологическая съемка.

В России в 20-е, 30-е годы 19 века начали проводиться исследования по стратиграфии и поле антологии.

В 1882 году был создан «геологический комитет».

В настоящее время геологическими исследованиями занимается Академия Наук.

Тема: «Форма, физические свойства и химический состав Земли»

Еще в 50-ые годы до нашей эры Пифагор пришел к выводу о шарообразности Земли. В 17 веке Ньютон открыл «закон всемирного тяготения».

Следовательно стало очевидным, что планета, которая находится во вращении должна получить сжатие у полюсов и растяжение у экватора, то есть приобрести форму близкая к эллипсоиду.

Эллипсоид = сфероид= эллипсоид вращения = сфероид Красовского.

   Геоид – тело ограниченное основной уровневой поверхностью.

   Сфероид, ориентированный в теле геоида будет называться – референец эллипсоид (используется в геодезии).

В 1924 году были приняты постоянные величины Земли:

Радиус полярный – 6,356 км.

Радиус экваториальный – 3,378 км.

Радиус средний – 6,371 км.

Рельеф.

Под рельефом Земли понимают все неровности каменной оболочки. На картах рельеф изображается изогипсами. Отметки могут быть относительными и абсолютными. Абсолютная отметка отличается от нулевого уровня океана. Относительные отметки отсчитываются от любой другой горизонтальной поверхности плоскости по отношению к нулевой. Крупные выпуклости обычно располагаются по краям континента, а низкие расположены в центре.

Гравитационное поле Земли.

Сила тяжести, обусловливающая вес тел, всегда направлена перпендикулярно к поверхности геоида. Над океанами сила тяжести всегда больше, чем над континентом. Над континентом, на фоне пологого убывания силы тяжести, присутствуют участки оптимального возрастания и убывания силы тяжести. Они называются положительными и отрицательными гравитационными аномалиями.

Положительная аномалия – свидетельствует о более плотных горных пародах, связанных с рудообразованием.

Отрицательная аномалия – свидетельствует о более легких пародах (часто указывает на нефть и газ).

Температура Земли.

У поверхности Земли температурный режим определяется двумя факторами: солнечным теплом и собственным теплом планеты.

Солнечные лучи проникают на глубину 8 – 30 метров. Ниже этой границы расположен пояс постоянной температуры.

Геотермическая ступень - количество метров, на которое нудно погрузится ниже пояса постоянной температуры, чтобы получить прирост в 1 градус. Среднее ее значение – 33 метра.

Геотермический градиент – это величина возрастания температуры при погружении в Землю на каждые 100 метров (измеряется в градусах).

Магнетическое поле Земли.

Земля представляет собой магнит, полюса которого не совпадают с географическими полюсами. Северный магнитный полюс расположен на полуострове Беотия (Сев. Канада). Южный на меридиане Новой Зеландии у северо-восточной оконечности Земли Виктории. Линия, вдоль которой становится магнитная стрелка – магнитный меридиан.

Плотность Земли.

Очень просто определить плотность горных парод, которые находятся на поверхности Земли.

Нефть – 0,7 гр./см3

Торф – 1,5 гр./см3

Вода морская – 1,8 гр./см3

Антрацит – 1,4 гр./см3

Каменная соль – 2,3 гр./см3

Глина – 2,4 гр./см3

Пещаник – 2,6 гр./см3

Гранит – 2,6 гр./см3

Базальт – 2,9 гр./см3

Габбро - 3 гр./см3

Средняя плотность Земли 5,52 гр./см3.

Плотность ядра – 11 гр./см3.

Химический состав Земли.

Изучен до глубины 15 – 20 км. Впервые изучением химического состава Земли занялся Клерк Ферсман. Число Клерка показывает процентное распространение элементов в Земной коре.

Кислород – 50%

Кремний – 25%

Алюминий – 7%

Железо – 4%

Кальций – 2%

Натрий – 2%

Калий – 2%

Магний – 2,5%

Прочее – 2,76%

На первые восемь элементов приходится 97,24%.

С глубиной химический состав Земли меняется и возрастает роль тяжелых металлов (Fe, Mg, Ni, Hg).

Строение Земли.

Внутренние сферы Земли:

1)       Ядро  

-           внутреннее ядро

-           внешняя

1)          Мантия

-           D

-           C

-           B

2)          Земная кора.

-           базальт

-           гранит

-           осадочные пароды

Внешние сферы Земли:

1)          гидросфера

2)          биосфера

3)          атмосфера

-           тропосфера

-           стратосфера

-           мезосфера

-           ионосфера

-                экзосфера

Внутренние сферы Земли

Земная кора.

Осадочный слой сложен из рыхлых горных парод с небольшой плотностью, мощность осадочного слоя – 10-15  километров.

Гранитный слой сложен магматическими и метаморфическими горными пародами. Богатые алюминием и кремнеземом, местами гранитный слой может отсутствовать (на дне Тихого океана его нет). Мощность – 40-60 км. Температура у нижней границы слоя 1000 С. Давление 10000 атмосфер. Сейсмические волны проходят через данный слой со скоростью 6 км/с.

Базальтовый слой присутствует везде в основе Земной коры. Мощность 5-30 км. Вещество, слагающее данный слой менее богато кремнеземом, чем гранитный. Плотность 3,3 гр./см3. Скорость прохождения сейсмических волн 7 км/с.

Граница, отделяющая базальтовый слой от гранитного называется границей Мохоровича, граница Мохо, граница М.

Мантия.

Очень мощная геосфера, занимающая пространство от 8-80 км до 2900 км. По своему составу мантия неоднородна:

В (верхняя мантия) слагается в основном из магнезиальных силикатов (алев ин).

С (средняя мантия) в этом слое вещество находится в твердом состоянии, плотность 4,6 гр./см3. Давление 246000 атмосфер.

D (нижняя мантия) примерно однородна по составу (оксиды железа, магния, в меньшей степени алюминия и титана), граница между мантией и ядром отбивается довольно четко на глубине 2900 км.

Ядро.

Все сведенья о составе ядра основывается на предположениях. Ученые Молодецкий и Соверенский – советские географы, занимались изучением ядра.

Внешние сферы Земли.

Гидросфера.

Гидросфера объединяет всю совокупность форм проявления воды в природе (включая воду, которая входит в состав горных парод, минералов).

Рассмотрим: океаносферу, на которую приходится 71% всей гидросферы, что по площади составляет 361 млн. км^2. На материки же приходится 29%, что составляет 149 млн. км^2.

   Осадки, накапливающиеся на дне морей и океанов постепенно образуют осадочный материал и осадочные горные пароды.

   На скорость накопления осадков влияет рельеф дна, размеры морских бассейнов и течение.

   Рельеф дна схематически (гипсографическая кривая).

Литораль  это часть суши, которая во время приливов заполняется водой. Тут проживают амфибии.

Неритовая зона до глубины 200 метров в этой области наблюдается все разнообразие жизни.

Химический состав морской воды.

В водах морей и океанов растворено 48 квадролионов тонн химических элементов. Основными химическими элементами являются: CL, Na, O, H на их долю приходится 95,5%.

Средняя соленость воды – 65% (на 1 литр – 35 грамм солей), кислорода – 35%. Общее количество газов зависит от температуры и давления, при понижении температуры и повышении давления, количество газов увеличивается.

В морской воде еще есть – сероводород и углерод. Углекислота образуется в результате дыхания живых организмов и может быть как в свободном состоянии, так и в химических соединениях (карбонаты и бикарбонаты) Ca C O3 – кальцит, Ca Mg (C O3)2 – доломит. Сероводород является сильным восстановителем. Там где есть сероводород, нет кислорода – нет жизни.

В Черном море с глубины 200 метров начинается зона сероводородного заражения.

Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц и от примесей глинистой мути.

Температура до 200-300 метров глубины меняется посезонно. А до глубины 10-20 метров – в течение суток.

Среднегодовая температура океанов убывает от экватора к полюсам. От +25 до 0,-2,-3 градусов.

Динамика океана сферы.

Важной стороной геологической деятельности вод морей и океанов являются действие движущейся воды, которая проявляется в разрушении берегов и дна.

Все движения вод можно подразделить на три группы

1.                 Волнения

2.                 Течения

3.                 Приливы и отливы

Волнения, возникают в результате действий ветра на поверхность воды.

Волнения могут быть: местными (в области шторма) и свободными (за пределами области шторма).

Все волнения относятся к типу колебательных движений. Их особенностью является выдвижение частиц, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, волнения производят разрушительную работу, которая называется абразия.

Течения и их типы.

1.                 Дрейфовые течения, возникают в результате действий ветра, который длительно дует в одном направлении.

2.                 Конфекционные течения – это вертикальное движение водных масс, возникающие в результате выравнивания плотности воды.

3.                 Бароградиентные течения возникают в результате изменения атмосферного давления и направленные из области пониженного давления в область повышенного давления. Биологическая роль течений заключается в переносах и сортировки обломочного материала.

Более легкие частицы транспортируются на десятки и сотни километров. Тяжелые частицы и обломки г.п. образуют терригенный материал. В результате притяжения луны и солнца на земле возникает явление приливов и отливов, которые сменяются за сутки четыре раза. Геологическая роль приливно-обливных движений ила намного меньше чем волнения течений.

Биосфера.

Биосфера – это области нашей планеты заселенная живыми организмами. В зависимости от физика географической обстановки и от глубинны, выделяются несколько биономических зон, которые разделяются по условиям существования организмов. Живые организмы играют большую роль в  образовании осадочных пород и в росте океанического слоя земли. Микроскопические одноклеточные водоросли диатомеи  способны накапливать кремнезем, в последствии они образуют кремнистые осадки. Одноклеточные растения кокколитофориды накапливают углекислый кальцит и образуют залежи мела и некоторых известняков. Из кремнистых раковин радиолярий образуется осадочная порода радиолярит. В результате отмирания растительности образуют горючие ископаемые (каустобиолиты) т.е. каменный и бурый уголь, сапропей, горючие сланцы.

Атмосфера.

Атмосфера представляет собой воздушную оболочку земли. Общая масса атмосферы 5,19*1021г, что составляет 1\1000000 массы земли. Атмосфера в основном состоит из Азота=78% и кислорода=21%, на долю остальных газов приходится меньше одного %. Также в состав атмосферы входят инертные газы: аргон, неон, кретон, ксенон.

По данным, полученным со спутника, атмосфера на высоте 250км состоит из азота и кислорода с преобладанием кислорода. Атмосфера состоит из пяти сфер, между которыми переходные слои тропопаузы и т.д.

Для геологии наибольший интерес представляет тропосфера. Тропосфера отличается от всех других сфер: плотностью, постоянным наличием водного пара угле кислоты, пыли, вулканических и эоловых частиц, постепенным понижением температуры. Температурные режим тропосферы обусловлен теплом планеты. На каждые 100м температура понижается на 0,5 градусов по Цельсии. При возникновении разности в давлении воздух начинает перемещаться из области повышенного давления, в область пониженного давления – это перемещение называется ветром. Существуют: посады, антипосады, циклоны, антициклоны и муссоны.

Влажность воздуха и осадки.

Присутствие в тропосфере водяного пара определяет ее влажность.

Абсолютная влажность – это количество водяных паров содержащемся в одном кубическом метре воздуха.

Относительная влажность – это выраженная в процентах отношение содержащегося в воздухе влаги к ее количеству достаточного для полного насыщения воздуха водяным паром (при данной температуре). При относительной влажности 100%, водяные пары начинают выделяться в туман, снег и дождь.

Выветривание.

Выветривание – процесс разрушения горных пород под действием температуры, давления, воды, CL.

Процессы выветривания делятся на: физические (механические), химические и биологические.

1.Физическое (механическое) выветривание – это разрушение г.п. без изменения их химического состава, (рассмотреть на примере граната).

Важным фактором для этого выветривания является инсоляция (процесс нагревания и остывания земли под действием температуры).

При инсоляции появляются первичные трещины, образование которых зависит от слоистости, сланцеватости, наличие различных по составу минералов, от спайности составляющих минералов. 

При физическом выветривании образуются различные по размерам г.п., размерность обломков г.п. влияет на скорость и дальность их переноса. Интенсивность физического выветривания зависит от теплоемкости, теплопроводности породы, от состава (однородный или полиминеральный), наличие пустотного пространства.

Механическое разрушение г.п. особенно интенсивно в тех местах, где суточные температуры отрицательные или положительные, т.е. колеблются около нуля. При отрицательных температурах проявляется процесс морозного выветривания (водаÞлёдÞтрещина).

В результате физического выветривания образуются слабые формы ландшафтов (элювиальные (рассыпчатые) и каменистые).

2. Химическое выветривание – разрушение г.п. с изменением химического состава (основными факторами являются О2 , CL2 , H2O).

Химическое выветривание включает в себя следующие процессы:

2.1. Растворение – это процесс происходит под действием воды стекающей по поверхности выхода г.п. Растворы могут быть:

2.1.1. Истинными (кристолизоционные) растворами – растворы образуются при распадении вещества на ионы и молекулы, особенностью данного раствора является выпадение твердого вещества (т.е. минерала) – данный процесс происходит при перенасыщении раствора каким-либо химическим компонентом.

2.1.2.Коллойдные растворы – вещество распадается до частиц, которые превышают размеры молекул. И могут быть: а)жидкие, б)вязкие, в)прозрачные и г)ярко окрашенные.

Особенностью данных растворов является процесс коагуляции (свертывания). Например: глицерин, образуются хлопья (гель)

2.2. Процесс гидролиза интенсивно проявляется при выветривании силикатов. (Гидролиз – это процесс распадения кристаллической решетки под действием воды, на отдельные комплексы ионов и радикалов). Например: в полевом шпате водород замещается на кальций и натрий. При гидролизе происходит вынос элементов из кристаллической решетки или замещение одних элементов на другие.

K2O* AL2O *6SIO2+CO2 +3H2OÞK2CO3 +AL2O32SIO2*2H2O+4SIO2*nH2O

        ß                                                    ß                   ß                            ß

Ортоклаз                                          поташ          каолин           водный кремнезем

При воздействии углекислого газа и воды образуется легкий поташ, который переносится на большие расстояния, каолин который остается на месте и слагает каолиновые коры выветривания водный кремнезем пере отлагается в виде опала.

По степени растворимости г.п. и минералы могут быть легко растворимыми (хлориды: NaCl, CaCl, CaMgCl), хорошо растворимыми (сульфаты соединения с SO4), растворимые (карбонаты CaCO3, CaMg).

2.3. Окисление – в первую очередь окислению подвергаются минералы которые содержат: Fe, S, V, Ni, Mg, Ca. При окислении сульфиды переходят в сульфаты, закиси металлов в окиси металлов (гимотит). Если металлы содержат большое количество железа, при процессах окисления данные породы могут образовывать латеритные коры выветривания.

2.4. Карбонаттизация – процесс присоединения угле кислоты к продуктам изменения г.п. – это способствует образованию карбонатов (Ca, Mg, Fe) и бикарбонатов (Ca, Mg, Fe). При образовании каолина образуется поташ. Много карбонатов образуется при геологической работе подземных вод. Наличие карбонатов обуславливает жесткость воды.

2.5. Восстановление – процесс обратный окислению, т.е. отнятие кислорода.

3. Органическое выветривание – это процесс разрушения г.п. под действием живых организмов. Экзогенные процессы делятся на процессы выветривания: денудация (разрушение) и аккумуляция.

Геологическая работа ветра.

Наиболее активно геологическая работа ветра проявляется в областях сухого климата, т.е. там, где имеются резкие суточные колебания температуры. Наиболее интенсивная работа ветра происходит в тех местах, где ветер непосредственно соприкасается с земной поверхностью, т.е. поверхностью выхода г.п.

Все геологические явления, связанные с ветром называются эоловые процессы. Разрушающая работа ветра проявляется в двух процессах: дефляции и корразии.

1. Дефляция (развеевание, выдувание) – наиболее интенсивно проявляется в районах, не защищенных растительностью. Может быть: плоскостная и бороздовая.

1.1.     Плоскостная дефляция – срыв первых сантиметров земли с обширных территорий.

1.2.     Бороздовая дефляция – заключается в разрушение г.п. в борозде. Сила ветра в борозде больше Þ ,что рыхлые породы или менее плотные г.п. интенсивно разрушаются борозда углубляется, образуются рытвинные выдувания.

2.Корразия – ветер несет мелкие различные частицы и обтачивает выступ горы или стену. Может быть: точечная, царапающая и сверлящая.

Максимальное насыщение ветра происходит в нескольких сантиметрах от земли, поэтому на небольшой высоте в г.п. выдуваются ниши. В пустынях при обтачивании камней, камни приобретают трехгранную форму – дрейкантеры. В слоистых г.п. истираются и выдуваются в первую очередь более мягкие породы, в результате образуются карнизы. Коррозия способствуют расширению трещин.

2.1.     Сверлящая корразия способствует образованию сотовых ячеистых форм выветривания. В плоскостях со скрыто концентрической текстурой, при выдувании образуются шарообразные формы выветривания. Эоловый процесс происходит, путем волочения по земле г.п. или переноса г.п. во взвешенном состоянии. Состояние переносимых ветром частиц может быть разнообразным, но преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые и известняковые частицы (присутствуют элементы органического происхождения), большое количество песка и пыли имеет земное происхождение и являются продуктами разрушения г.п. Часто пыли имеют вулканическое происхождение (вулканическая пыль, пепел, песок). И небольшая часть имеет космическое происхождение (метеоритная пыль).

Среди эоловых отложений по составу выделяется: глинистые, пылевые, песчаные.

Эоловые отложения преимущественно рыхлые. Процесс цементации и уплотнения происходит менее интенсивно, чем у водных осадков. Сортировка эоловых отложений хуже, чем у речных и морских, в месте с песчаными фракциями почти всегда обнаруживается примесь глинистого матерела.

В эоловых песчаниках среди хорошо окатанных зерен, встречаются угловатые частицы. Цвет эоловых отложений различный но преобладает желтая, серая и белая краска. Эоловые отложения имеются параллельные и косо направленные.

Основными формами аккумуляции являются холмы, дюны, барханы и гряда образные валы.

Дюна – это удлиненный осиметричный холм с округлой вершиной склон, обращенный к ветру имеет угол наклона 5-12 градусов,  а противоположный склон угол 30-35 градусов. Высота дюн от 5 до30м (в Тунисе обнаружена дюна 200м, в Сахаре 500м).

Бархан - это характерно эоловый формы. В пустыне представляет собой холм который в плане имеет форму полу месяца. На ветреной стороне склон пологий 10-15 градусов, противоположный более крутой до 35 градусов.

Гряда образные валы – это длинные симметричные валы с пологими склонами вытянутые в направлении движения ветра. Гряда образные валы параллельны друг другу.

Пустыни.

Геологическая работа ветра наиболее активна в пустыне по преобладанию различных типов эоловой работы пустыни можно подразделить на: дефляционные и аккумулятивные.

Дефляционные пустыни называются Гоммады – это каменистые пустыни в которых чередуются участки остроугольных скал с участками, заваленными цельными глыбами и с пещаными участками.

Аккумулятивные пустыни – по типу слагающего материала делятся на: пещаные, глинистые, лессовые и т.д.

Пещаные пустыни занимают площадь 800 тыс. км2 в пещаных пустынях хорошо выражены все формы эоловой аккумуляции.

Глинистые пустыни  (такыры) – располагаются по краям или внутри пещанных пустынь. Глинистые слои могут быть сильно трещиноватыми, трещины заполнены песком. 

Салон чековые пустыни (Шоры) – это наиболее безжизненный вид пустынь. Поверхность такой пустыни покрыто корочкой соли или постепенно высыхающим сольеносным озером, роль ветра сводится к выдуванию солей в поле с поверхности шоры.

Лессовые пустыни (Адыры)  - пустыни покрытые лессом или суглинками которые выдуваются с поверхности каменистых пустынь.

Геологическая работа подземных вод.

По происхождению воды делятся на: инфильтрационные (образуются путем просачивания осадков в верхние горизонты земли). Долгое время всем подземным вода приписывали инфильтрационное происхождение, такая гипотеза не могла объяснить наличие сухого слоя между водными горизонтами. В 1877г. Фоле Гер выдвинул гипотезу подземной росы или конденсатную гипотезу. Ее суть заключалась в том, что при проникновении паров в верхние горизонты земной коры, они конденсируются и образуют конденсатную воду. Конденсатную гипотезу продолжал Лебедев. Он доказал, что перемещение воды происходит в результате разности упругости  пород.

Эрнс-Зюсс объяснил происхождение водных горизонтов в близи магматических очагов. Он доказал, что водные пары которые поступают от магматического очага на некотором расстоянии от него могут конденсироваться. Вода образованная таким способом получила название –ювелирная.

Физический состав подземных вод.

Вода может быть: химически связанной и свободным составляющем. Химически связанная вода входит в состав минералов и г.п. Кристаллизационная вода участвует в образовании кристаллической решетки. Конституционная вода входит в в состав г.п. Гедратная и циолитная.

Физический состав подземных вод  в г.п. определяется различными факторами, главная из них температура и давление. Вода входящая в состав г.п. может быть:

1.                 гигроскопическая вода;

2.                 пленочная вода;

3.                 капиллярная вода;

4.                 гравитационная вода.

Гигроскопическая вода. Содержится в более влажных породах образуется из-за поров воды, которые проникают в поры и трещины породы. Данная вода осаждается на зерне породы или может быть отсорбирована зерном породы.

Пленочная вода. Образуется при увеличении капель на поверхности частицы, образует вокруг частицы пленку. Пленка удерживается силами молекулярного притяжения, как и в гигроскопической воде.

Капиллярная вода. Возникает при условии полного заполнения пор в породе, если диаметр пор не превышает одного миллиметра, то вода будет находится, под влиянием МКТ и сил поверхностного напряжения. Столбики воды, заполняющие капилляр ограничен сверху и снизу вогнутыми поверхностями (менисками). Каждый из менисков притягивает воду к себе, поэтому вода находится в неподвижном состоянии. Если отсутствует нижний мениск, вода поднимается вверх по капилляру и изливается на поверхность в виде источника. Если отсутствует верхний мениск, то вода уходит вниз по капилляру в более глубокие зоны литосферы.

Гравитационная вода. Содержится в крупно пористых г.п. При наличии пара в порах диаметром до одного миллиметра. В таких порах вода начинает перемещаться под влиянием силы тяжести. При полном заполнении пор вода течет в сторону уклона, только гравитационные воды считаются истинно свободными (когда говорят о подземных водах имеют в виду воды гравитационного происхождения). 

Гидрогеологические свойства породю

К гидрогеологическим свойствам относятся:

1.                             Водопроницаемость

2.                             влагоемкость

3.                             пористость

Водопроницаемость ГП связана с пористостью и определяется в основном средними размерами пор. Если порода имеет полнокристаллическое строение то водопроницаемость ее может быть определена только опытным путем. Степень водопроницаемости принято характеризовать коэффициентом водопроницаемости или коэффициентом фильтрации (этот коэффициент указывает скорость с которой гравитационные воды просачиваются через породу с углом наклона в 45º                  литр/сутки). Порода степени водопроницаемости породы делятся на 5 групп:

1.                       хорошо водопроницаемые (галечник, крупнозернистые пески, сильно трещиноватые породы)

2.                       водопроницаемые (пески крупно-, средне-, мелкозернистые, трещеноватые породы)

3.                       слабоводопроницаемые (песчанник, супесь)

4.                       весьма слабоводопроницаемые или полупроницаемые (глинистый песчанник, суглинки, некоторые супеси)

5.                       непроницаемые (скальные породы)

   Влагоемкостью  называют способность вмещать и удерживать определенное кол-во воды при данных температуре и давлении. Различают:

1.                    максимальную или полную влагоемкость, которая определяется кол-вом всех видов воды содержащихся в породе при условии полного заполнения пор.

2.                    молекулярную, которая определяется кол-вом воды удерживаемой в породе силами молекулярного притяжения.

     Разница между полной и молекулярной влагоемкостью называется водоотдачей.

Типы подземных вод и их динамика.

Порода условиям залегания, движения среди подземных вод можно выделить следующие типы:

1.        Почвенные

2.        Верховодка

3.        Грунтовые

4.        межпластовые

Почвенные воды располагаются в поверхностной зоне (до глубины проникновения дождевых осадков). Ниже зоны почвенных вод как правило сухие пласты горных пород.  В толще этих пород могут присутствовать линзы образованные инфильтрационными водами – такие линзы называются верховодкой. В областях с влажным климатом над первым сверху водоупорным слоем обычно располагается постоянный водоносный горизонт) т.е. горизонт грунтовых вод). Грунтовые воды питаются за счет проникновения атмосферных осадков. Горизонт грунтовых вод сверху ограничен зеркалом грунтовых вод. Выше зеркала грунтовых вод располагается зона капиллярного поднятия. Межпластовые воды расположены между двумя водоупорными пластами (сложены сухими горными породами). Межпластовые воды с большим региональным напором называются артезианскими (залегают в виде дугообразного горизонта).

Источники

В местах пересечения водного горизонта с оврагами или речными долинами происходит вскрытие подземных вод. Подземные воды выходят на поверхность в виде родников, ключей, небольших речек. Они по способу истечения делятся на два типа 1. Нисходящие 2. Восходящие.

В нисходящих источниках вода льется и изливается на поверхность земли в безнапорном режиме (т.е. спокойно). В восходящих источниках вода изливается из источников под напором (бьет ключом). 

Температура подземных вод.

Не глубоко залегающие грунтовые воды меняют свою температуру по сезонам года. Воды залегающие в полосе постоянной температуры  сохраняют свою температуру постоянной в течении года. Их температура равна средне годовой температуре данной местности. Если средне годовая температура местности отрицательная то вода находится в твердом состоянии (в зонах многолетней мерзлоты). Зная величину геотермичной ступени и глубину залегания подземных вод можно подсчитать (по температуре источника) глубину с которой             поднимаются подземные воды.

Пример: Температура источника = 150С, средне годовая температура местности = 50С, глубина пояса постоянной температуры = 10 м., а геотермическая ступень = 30м. Глубина восхождения = (температура источника + температура местности)* геотермическую ступень – глубина пояса постоянной температуры. (15-5)*30-10=290.

Тепловые источники до 300С называются термы. Горячие источники +600С гидра термы. Гидра термы расположены в близи магматического очага  на большой глубине. По происхождению гидра термы определяются как ювелирные воды. 

Химический состав подземных вод

Подземные воды содержат растворенные газы и соли, образуясь за счет атмосферных осадков, они заносят с поверхности земли растворимый кислород, азот углекислоту. Проходя через почву, обороченную органическим веществом, воды насыщаются метаном и др. углеводородами. Грунтовые воды по своему составу сильно зависят от климата. В областях с влажным климатом – это пресные или слабоминерализованные воды. В областях с засушливым климатом – это сильноминерализованные, соленые, карбонатные, обогащенные сульфидами (Na, Ca, Mg, K), обогащенные хлоридами. Характер минерализации сильно влияет на лечебные свойства воды (бальнеологическая вода).

Геологическая работа подземных вод.

Геологическая работа подземных вод проявляется в трех процессах:

1.Карст

2.Суфозии

3.Грязевые вулканы.

Карст. На своем пути подземные воды встречают растворимые породы: каменную соль, ангидриды, известняки, доломиты, мрамора. При это происходит процесс высщейлачивания, выноса химических элементов. Протекая по трещинам г.п. вода размывает г.п. и образует полости и пустоты. Совокупность процесса выноса химических элементов и образования пустот называется карста образование. Более всего процесс карста распространяется в карбонатных породах. Соляной и гипсовый карст является редким явлением. Подземные карстовые ходы начинаются с поверхности воды и по своей форме могут быть различными. Процесс карста образования включает образование карстовых воронок. Карстовые воронки образуются в местах пересечения двух наклонных трещин. Карст развивается сотни миллионы лет, для областей карста характерны степные долины. Карстовые ходы могут быть вертикальными (карстовые колодцы) и наклонными (карстовые шахты). Эти ходы образуют сложную систему связанных между собой туннелей (галерей). 

Суффозии - это перенос, происходящий в определенных условиях твердых частиц и г.п. Суффозия проявляется на выходах источников. Вынос глины и песка уменьшает объем породы, способствует ее обрушению. Обрушившаяся г.п. переносится водой. Суффозия является основой для массового и глинистого карста.

   Грязевые вулканы – это извержение растворенных г.п. (редкие явления). Для возникновения грязевого вулкана необходимо наличие следующих условий:

1.Наличее напорных подземных вод

2.Скопление нафтеновых газов

3.Наличие глинистых пород – дислоцированных в складки.

4.Наличее тектонических нарушений (трещин, разломов).

Сущность грязевого вулканизма заключается в следующем: Горючие газы, которые выделяются из нефтяных залежей, поднимаются вверх по тектоническому разлому. Встречают растворные напорными водами глинистые брички и выносят их на поверхность. Таким образом, давление газов является главной причиной грязевого вулканизма.

Гравитационные явления.

Под гравитационными явлениями подразумевается перемещение г.п. под действием силы тяжести и воды. Происходит разрушение г.п. и накопление рыхлого материала (терригенный). Породы разрушаются, накапливаются на склонах гор и у подножья. Накопившийся материал называется каллювий. Обязательным условием для развития гравитационных явлений является наличие подземных пустот, обрывов или крутых склонов. В зависимости от силы тяжести и воды, гравитационные явления можно подразделить на четыре основные группы:

1.Собственно или полно гравитационные явления.

2.Гравитационно-аквальные явления

3.Аквально-гравитационные явления

4.Гравитационно-субаквальные явления.

Собственно г.я. обусловлены полностью силой тяжести. Происходят в горах имеющие обрывистые склоны (чем плотнее г.п. тем больше будут обломки их разрушения). В том случае если обломки разрушения сильно трещиноватые, то породы образуют осыпи. К категории Собственных г.я. относятся снежные лавины.

Гравитационно-аквальные явления. Эти явления имеют наиболее широкое распространение. Главным фактором является сила тяжести и вода (оползни). Оползни, которые развиваются в долинах рек, называются эрозионными. Оползни, которые развиваются на побережье морей, называются абразии. Оползни, которые происходят в результате деятельности человека, называются искусственными. 

Аквально-гравитационные явления. Происходят под действием воды и силы тяжести. И делятся на явления:

1.Оплывины

2.Сели (селевые потоки)

3.Оползневые потоки

Сели (селевые потоки). Образуются под действием небольших водных потоков, стекающих по поверхности склона. Селевые потоки насыщены глинистым, песчаным материалом, щебнем и в редких случаях глыбами.

Оплывины имеют небольшие размеры. Происхождение данного вида в Аквально-гравитационных явлениях, характеризуется процессом солифлюкции (данный процесс происходит в полярных и высокогорных областях, где грунт, насыщенный водой сильно промерзает). В случаи оттаивания начинает «скользить» по склону, под действием силы тяжести.

Оползневые потоки образуется, когда вода пропитывает г.п. и нарушает связь между отдельными частицами породы. В оползневом потоке г.п. существенно меняет свою структуру.

Гравитационно-субаквальные явления. Происходит в подводных условиях, главным фактором является сила тяжести.

Геологическая деятельность текучих вод.

Под текучими водами подразумевают всю воду стекающею с поверхности суши. Текучие воды являются самым мощным экзогенным фактором преобразующий поверхность земли. Существует две формы проявления геологической работы:

1.Линейный размыв. Под этим процессом понимается разрушительная работа русловые, водных потоков.

2.Площядный смыв. Т.е. работа воды стекающей по склонам. Наиболее интенсивно под действием тающих снегов и прохождения дождей.

Динамика русловых водных потоков.

Простейшим случаем движения воды в русле является ламинарное движение. При котором вода движется строго параллельными струями. Ламинарное движение при скорости от 0,1 до 0,7 будет называться турбулентным. Интенсивность работы текучих вод зависят от степени многоводности (т.е. от массы воды), протекающем через поперечное сечение в единицу времени. Различают: нежен (min) и паводки (расход воды max).

Классификация рак по их режиму.

1.Реки преимущественно снегового питания (Высокие паводки и низкие летние и зимние межень).

2.Реки залежей питания, горных снегов и ледников.

3.Реки с дождевым летним питанием в условиях муссонного и экваториального климата. Для них характерны длительные летние паводки, которые совпадают с сезоном дождей.

4.Реки со смешенным питанием. За счет талых вод и летних и осенних дождей.

Эрозионные долины.

Эрозия – это процесс разрушения г.п. под действием текучих вод. Эрозия может быть:

1. Донная

2. Боковая

В результате прохождений процессов эрозий, образуются различные по форме речные долины. Долины, которые пересекают высокогорные местности  и достигают, глубинны нескольких сотен метров (максимальная глубина 1 – 2км.). По форме речные долины могут быть  V образными или представляют собой каньоны (Колорадо, глубинна 600-900м.). 

Речные долины.

Антецедентные долины – долина древнее чем, пересекающий ее хребет.

Долины прорыва – это поперечные долины, которые моложе горных хребтов.

Водопады, водоскаты, пороги.

При прохождении боковой эрозии развиваются процессы мерондрирование. Образование: элювия, пролювия и делювия.

Олювий – это обломочный материал, который переносится текучими водами и отлагается на дне реки или в ее русле.

Терраса.

Террасы могут быть аккумулятивные, цокольные, смежные и эрозионные. Террасой называется более или менее плоская поверхность, которая может целиком или частично заполнятся речными водами. Олювий – который отлагается в русле реки называется русловый олювий. В медленно текучих равнинных реках олювий состоит из чистого песка. Отложения олювия в разных частях русла не одинакова (от мелкого к крупному). В качестве разновидностей олювия можно рассмотреть самостоятельный генетический тип. В континентальных отложениях пролювий и делювий. Делювий – это отложения накапливающееся у основания склонов, в итоге работы небольшой струи воды. Пролювий обломочный материал накапливается у основания склона, в итоге работы сильных речных потоков. Пролювий и делювий существенно отличаются друг от драга. Пролювий представляет собой крупные обломочные породы, делювий мелкие. Пролювий и делювий отличаются по климатическим областям образования. Делювий характерен длю равнинных областей с влажным климатом.

Образец: Для пролювия характерны горные высоко горные области с сухим, полупустынным или пустынным климатом. Пролювиальные отложения образуют конусы выноса.

Делювиальные – шельф.

Вода, заключенная в их порах находится в твердом состоянии, и образуют грунтовый или подземный лед (области многолетней мерзлоты). Слой сезонной мерзлоты, который за лето оттаивает, а зимой снова замерзает, называется деятельный слой. Напорные воды, которые изливаются на поверхность и замерзают, образуют наледи (до нескольких километров). Районы многолетней мерзлоты составляют 50% от всей площади России. Почвенный лед сам по себе не является активным. Геологическая деятельность на много мерзлотные породы необходимо изучать т.к. многолетняя мерзлота создает особую обстановку в которой геологические процессы происходят своеобразно. Существенную геологическую роль играет речной лед. Речной лед участвует в преобразовании русел (на территории Сибири).   

      Одним из важных факторов денудации является глетчерный лед. Он накапливается в высоко горных областях, выше снеговой линии (снеговая линия – это линия выше которой выпавший в горах снег не тает в течение лета и образует снеговую шапку).

Фирн – образуется при оттаивание, и замерзание снеговой массы представляют собой рыхлую рассыпчатую массу (прозрачный, белый, бурый), большие скопление фирнов образуют фирновые поля. Глетчерный лед состоит из, шестоватых кристаллов имеет зернистое строение, слоистую текстуру, движение ледников является подобным движением воды. Оно обусловлено пластичностью льда и ее массой на плоскости и внутри ледника расположены многочисленные системы трещин. Среди них различают

1.Поперечные трещины – образуются у краев ледника и направлена вниз по течению.

2.Продольные трещины возникают в местах расширения долины или в местах растекания ледника.

3.При движении ледника часто образуется ледопады (распадение льда на глыбы которые при движении нагромождаются друг на друга).

Типы ледников и оледенение.

В зависимости от размеров, морфологии, питания. Стадии развития различают несколько морфологических типов ледников. В зависимости от морфологических типов различают типы оледенения. Которые можно разделить на две группы: 1.Горные и 2. Материковые

Горные оледенения развиваются в горах, вершины которых поднимаются выше силовой линии. Среди горных различают: 1. Долины ледников обладают хорошо выраженными ледниковыми языками и занимают практически все дно долины. 2. Весячии ледники имеют небольшой ледниковый язык, который выходит за пределы фирнного бассейна. 3. Панирский тип образуется в высоких горах с глубокими и узкими долинами (здесь нет условий для образования фирновых полей). 4. Скандинавский тип характерен для высокогорных плата или плоскостей, на вершинах этих ледников образуются обмерные фирновые поля.

Материковые оледенения возникают в субполярных и полярных странах, где снеговая линия проходит на уровне моря или немного выше его. Лед и фирн формируется даже на поверхности низменных равнин (Гренландский лед, Антарктический лед).

Перенос обломочного материала. Ледниковые отложения.

Движущейся лед переносит обломочный материал, образующейся в результате выпихивания ложа ледника. Рыхлый обломочный материал, который переносится льдом, называется моренной. В зависимости от расположения морены в толще льда выделяют.

Донные марены образуются у дна в нижней толще льда.

Поверхностные марены состоят из обломков скатывающихся по склонам горных ущелий.

Боковые марены скапливаются у боковой части ледника.

Срединные марены образуются при слиянии боковых морен, двух первоначальных ледников.

Внутреннее марены образуются в результате включения в массу льда обломков г.п. провалившихся в трещины ледника

Конечные марены представляют сабо валы или глыбы, которые ледник толкает перед собой.

Геологическая роль болот и озер.

Озерные впадины могут быть экзогенного и эндогенного происхождения, которые делятся на плотинные и континентальные. Широко развиты платинные впадины экзогенного происхождения. Котловинные впадины экзогенного происхождения разнообразны по своему происхождению (из них наиболее распространены котловины связанные с ледниковой деятельностью).

Котловинные озерные впадины экзогенного происхождения связаны с движением литосферы (Байкальская впадина (1620 – 1741м.)).

Платинные впадины эндогенного происхождения образуются редко (прикаспийские низменности).

Озера различают по своему гидрологическому режиму, который обусловлен климатическими факторами. Среди озер гумидроного климата выделяют: проточные, периодически проточные или не проточные. Озера орудного климата подразделяются на: периодически сточные и без сточные.

Озерные отложения.

Озерные отложения образуются за счет сноса с континента механически разрушенного материала, химически преобразованного или за счет жизнедеятельности живых организмов.

Механические осадки (терегеные), накапливаются интенсивно в пределах горных озерах. Химические осадки возникают в различных климатических условиях. Пример: В солевых озерах засушливых областей происходит накопление галоидных соединений, сульфатов углекислой извести. Осаждение осадков происходит в основном в летнее время. Зимой за счет понижения температуры воды и ее растворяющей способности, карбонат натрия выпадает в некоторых озерах в холодное время года. Углекислая известь (кальцит) может выпадать в осадок из толщи воды и образовывать скопление известняков и мегрелий. Если в осадках имеется примесь глины, то это способствует образованию доломита в перстных озерах умеренного пояса. Химическим и биохимическим путем могут  осаждаться оксиды железа, которые выносятся грунтовыми и почвенными  водами. В озерах тропического климата в результате химического выветривания образуются, залижи алюминиевых руд. Железо может осаждаться не только в озерах, но и в болотах и образуют дерновые руды. Осаждения железа в форме лимонита образует небольшие включения. Органогенные осадки подразделяются на минеральные и органические. Органогенные минеральные отложения образуют в озерах, в результате накопления моллюсков, известняк ракушечник. Широко распространены кремнистые отложения (диатонические водоросли диатомит). В перстных озерах распространены глинистые породы, которые называются сапропелей.

Болота.

Большое значение, как горючие полезные ископаемые имеют органические отложения, образующиеся в болотах. По происхождению болота можно подразделить на:

1.Внутриконтинентальные

1.1.Низменные болота грунтового питания

1.2.Верховные болота атмосферного питания

2.Приморские болота

Если болота имеют признаки внутриконтинентальное и приморское происхождение, то их выделяют в самостоятельный тип – промежуточный.

Низинные болота часто образуются на месте открытых озерных впадин в результате заполнения их осадками или данной растительностью. Разрез отложений слагающих болота в основном минеральные озерные слои (пески, глины, диатомиты). Выше сапропели, самый верхний слой, торф (лесной, моховой, камышовый, ассоковый). Верховные болота располагаются на возвышенностях и образуются путем заболачивания лугов, лесов. Эти болота характерны для, областей с умерено прохладным климатом и образуются там, где грунтовые воды залегают близко к поверхности. Их питание происходит за счет атмосферных осадков. Приморские болота расположены на низменных морских побережьях с влажным климатом. В тропиках и субтропиках такие болота покрыты мангровой растительностью.

Образование торфа и угля.

Органические осадки в болотах постепенно превращаются в торф, бурый уголь, каменный уголь и наконец в антрацит. Главным источником накопления торфа и угля служит растительная клетчатка. Возникающая за счет крахмала, который синтезируется растениями. Эти растения поглощают углекислоту и разлагают ее углерод и кислород. В условиях медленного окисления и при свободном доступе кислорода, происходит процесс разложения органического вещества с выделением тепловой энергии (тление). Когда перегнивающая растительность попадает в условия отсутствия кислорода, процесс ее изменения сводится к обугливанию, т.е. к постепенному выделению свободного углерода и образование бурого угля.

Геологическая деятельность моря.

Море занимает 71% поверхности земли и является главным экзогенным процессом. Море производит определенную геологическую работу, разрушает г.п. переносит и пере отлагает их, создает новые г.п. В результате обработки берега образуются абразионные уступы, абразионные террасы (абразия разрушительная деятельность моря). Большое значение на ход абразии оказывает характер залегания г.п. Наклонные залегания способствуют усилению абразии. Интенсивность абразии или ослаблению абразии в значительной степени зависят от морфологии берегов (строения берега). Интенсивнее процессы абразии у крутых берегов.

Морские осадки их происхождение и распределение на дне моря.

В зависимости от способа образования среди морских осадков различают.

1.Терригенные осадки. Образуются в результате сноса и пере отложения обломочного материала.

2.Химические осадки. Осаждаются из морской воды химическим путем.

3.Органогенные осадки. Образуются за счет скопления осадков живых организмов

4.Хемогенные осадки. Образуются путем выпадения (кристаллизации) из истинных или колойдных растворов.

Распределение осадков зависит от физика – химической обстановки, от скорости накопления осадков, от географического расположения, от удаленности от берега, рельефа, температуры, соленость, прозрачности. Соответственно терригенные осадки приурочены к нефритовой зоне в некоторых бассейнах в батиальной зоне. В близи Берегов терригенные осадки представляют грубообломочные породы глыбы, валуны, галечники, органические осадки в чистом виде, образуются в основном в открытых частях водоема (на большом удалении от берега). Химические осадки возникают в основном в лагунах.

1.Осадки прибрежной зоны (литоральной зоны). На образованных террасах накапливается галечник, форма которых зависит от текстуры породы. Химические осадки в литорали возникают очень редко, а если возникают, то в областях жаркого сухого климата или в прибрежной полосе морей, где содержится множество глинистого материала.

2.Осадки шельфа. Терригенные осадки представляют собой песчаный или илистый материал (…      встречаются грубо обломочный встречается очень редко). В морях четко выделяется граница между терригенными материалами (песчаный и илистый материал). В черном море граница расположена 25 - 50м, а в мировом океане 100 – 150м. Органогенные осадки представляют собой рифы, которые подразделяются на береговые, расположены в вдоль берега и образуют как бы его подводные продолжения. Барьерные рифы, располагаются на некотором удалении от берега, отделяются от него лагунами. Атошы – это кольцевые рифы внутри, которых может располагаться лагуна. Образование рифов связано с жизнедеятельностью живых организмов, с ростом кораллов располагающихся глубины 45 – 50м. Рифы могут возвышаться над поверхностью  вод. Химические осадки расположены в области шельфа, имеют большое значение. За счет их возникают полезные ископаемые, марганцевые, железистые, алюминиевые руды. Марганец, железо, алюминий переносится речной водой в виде колойдных соединений. При слиянии морской и речной воды, происходит вхождение в осадок марганца, железа, алюминия. Образуются железистые, марганцевые, алюминиевые минералы. Выпадение железа способствует образованию бурых железняков. Марганцевые минералы образуются в щелочной среде. Фосфориты выпадают в осадок в зоне шельфа на глубине 50 – 150м.

3.Осадки материкового склона (батиальной зоны). Осадки батиальной зоны представляют собой ил.

4.Осадки абиссальной зоны.

Среди органических илов образующихся на дне океана глубже 3000м различают: известняковые и кремнистые илы. Кроме океанических илов широко распространена красная океаническая глина.

Диагенез осадков.

Диагенез – это процесс преобразования осадков в г.п. При диагенезе первоначальные осадок под действием химической цементации и давления, уплотняется. Уплотнение осадков происходит в результате:

1.Перекристаллизация. Ей подвергаются мелко зернистые, однородные осадки или осадки состоящие из легко растворимых минералов.

2.Вымещение воды из нижних пластов в верхние (обусловлены давлением)

3.Цементация, связана с выпадением в осадок химических соединений цементирующих частицы породы. Выпадение цементирующего вещества может быть сингенетическим (одновременно с выпадением осадка) и эпигенетическим (после).

Фация, объединяет особенности позволяющие выяснить условие образования г.п. (т.е. структуру текстуру минеральный состав). Иногда под фацией понимают участок поверхности с одинаковыми условиями физико-географическими условиями, одинаковой флорой и фауной. Изучением фации занимается поциальный анализ.