Новая глобальная тектоника плит. Сейсмические явления, вулканизм
Вопрос 1. Новая глобальная тектоника плит. Сейсмические явления, вулканизм.
“Вулканизм – это явление, благодаря которому в течение геологической истории сформировались внешние оболочки Земли — кора, гидросфера и атмосфера, т. е. среда обитания живых организмов – биосфера”. Такое мнение выражает большинство вулканологов, однако это далеко не единственное представление о развитии географической оболочки. Вулканизм охватывает все явления связанные с извержением магмы на поверхность. Когда магма находится в глубине земной коры под большим давлением, все ее газовые компоненты остаются в растворенном состоянии. По мере продвижения магмы к поверхности давление уменьшается, газы начинают выделяться, в результате изливающаяся на поверхность магма существенно отличается от изначальной. Чтобы подчеркнуть это отличие, магму излившуюся на поверхность, называют лавой. Процесс извержения называется эруптивной деятельностью.
Извержения вулканов протекают неодинаково, в зависимости от состава продуктов извержения. В одних случаях извержения протекают спокойно, газы выделяются без крупных взрывов и жидкая лава свободно изливается на поверхность. В других случаях извержения бывают очень бурные, сопровождаются мощными газовыми взрывами и выжиманием или излиянием относительно вязкой лавы.
По современным представлениям, вулканизм является внешней, так называемой эффузивной формой магматизма - процесса, связанного с движением магмы из недр Земли к ее поверхности. На глубине от 50 до 350 км, в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества – магмы. По участкам дробления и разломов земной коры, магма поднимается и изливается на поверхность в виде лавы (отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу).
Классификация вулканов основывается главным образом на характере их извержений и на строении вулканических аппаратов. А характер извержения, в свою очередь, определяется составом лавы, степенью ее вязкости и подвижности, температурой, количеством содержащихся в ней газов. В вулканических извержениях проявляются три процесса : 1) эффузивный — излияние лавы и растекание ее по земной поверхности; 2) эксплозивный (взрывной) — взрыв и выброс большого количества пирокластического материала (твердых продуктов извержения); 3) экструзивный — выжимание, или выдавливание, магматического вещества на поверхность в жидком или твердом состоянии.
Современные действующие вулканы представляют собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению, сыгравшее огромную роль в развитии географической науки. Однако изучение вулканизма имеет не только познавательное значение. Действующие вулканы наряду с землетрясениями представляют собой грозную опасность для близко расположенных населенных пунктов. Моменты их извержений приносят часто непоправимые стихийные бедствия, выражающиеся не только в огромном материальном ущербе, но иногда и в массовой гибели населения.
Так современные действующие вулканы, характеризующиеся интенсивными циклами энергичной эруптивной деятельности и представляющие собой, в отличие от своих древних и потухших собратьев, объекты для научно-исследовательских вулканических наблюдений, наиболее благоприятные, хотя далеко не безопасные.
Изучение современной вулканической деятельности имеет важное теоретическое значение, так как помогает понять процессы и явления, происходившие на Земле в давние времена.
Вопрос 2. Формы нахождения минералов в природе и методы их изучения. Минералы - фосфаты, карбонаты, нитраты, сульфаты, их краткая характеристика значение в народном и лесном хозяйстве.
Минералы — это природные химические соединения преимущественно кристаллической структуры, образовавшиеся на Земле как результат геологических и геохимических процессов. На сегодняшний день науке известно около 3800 минеральных видов и разновидностей, 98% которых имеют кристаллическое строение. Изучением минералов занимается наука минералогия.
Рис. 1.1. Кристаллические решётки. A - алмаз, B - графит, C - каменная соль
Минералы в природе встречаются как в виде отдельных кристаллов, так и в виде сростков и агрегатов. При диагностике минералов их внешний облик является одним из характерных признаков.
Диагностику минералов осуществляют по ряду свойств, наиболее важными из которых являются: цвет, цвет черты, блеск, прозрачность, спайность, излом, твердость, плотность, хрупкость, вязкость, ковкость, магнитность, вкус, запах.
Формы нахождения минералов в природе разнообразны и зависят главным образом от условий образования. Это либо отдельные кристаллы или их закономерные сростки (двойники), либо четко обособленные минеральные скопления, либо, чаще, скопления минеральных зерен.
Отдельные изолированные кристаллы и кристаллические двойники, т.е. закономерные сростки кристаллов, возникают в благоприятных для роста условиях. Форма кристаллов разнообразна и отражает как состав и внутреннюю структуру минерала, так и условия образования.
Секреции – результат постепенного заполнения пустот в горных породах минеральным веществом, отлагающимся на их стенках. Накопление вещества в этом случае идет от периферии к центру, в связи с чем секреции имеют обычно концентрическое строение, отражающее стадийность образования. Мелкие секреции называются миндалинами, крупные (более 10 мм) – жеодами.
Конкреции – более или менее округлые образования, возникшие путем осаждения минерального вещества вокруг какого-нибудь центра кристаллизации. В этом случае отложение минерального вещества происходит от центра к периферии, с чем связано концентрическое или радиально-лучистое строение конкреций. Мелкие округлые образования обычно концентрического строения (размером от просяного зернышка до горошины) называются оолитами. Они бывают сцементированы плотной массой или находятся в рыхлом состоянии.
Наиболее широко развиты минеральные агрегаты кристаллического, аморфного или скрытокристаллического строения, слагающие толщи пород. Они образуются при более или менее одновременном выпадении из растворов или расплавов множества минеральных частиц. В кристаллических агрегатах минералы находятся в кристаллическом состоянии, но зерна их имеют неправильную форму. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и изменяется от крупных до землистых.
По форме зерен минеральные агрегаты делятся на:
а) зернистые (кварц, кальцит, галенит), имеющие изометричную форму зерен;
б) волокнистые (асбест), столбчатые (селенит), шестоватые (роговая обманка), имеющие вытянутую форму;
в) чешуйчатые (графит, тальк), пластинчатые (гипс, слюда), имеющие плоскую форму.
По величине зерен различаются минеральные агрегаты:
а) крупнозернистые – размеры зерен более 5 мм,
б) среднезернистые – размеры зерен 2 – 5 мм,
в) мелкозернистые – размеры зерен 0,5 – 2 мм
г) скрытокристаллические, образующие плотные либо землисто-рыхлые массы.
Основные классы минералов.
Класс карбонатов (80 минералов, соли угольной кислоты, 1.5% от массы земной коры) – твердость средняя, блеск неметаллический, окраска светлая, хорошо растворяются в воде, богатой свободной углекислотой Пример - кальцит, арагонит, малахит, доломит.
Класс фосфатов (более 300минералов, около 1% от массы земной коры, соли ортофосфорной кислоты. Ценные агрономические руды).
Класс сульфатов (260минералов, 0.1% от массы земной коры) - обычно это химические осадки, залегающие совместно с галоидами. Гипс и ангидрит – агрономические руды, используемые для гипсования солонцов.
Класс нитратов (крайне редко встречаются в природе) – производные солей азотной кислоты. За минералами этого класса утвердилось название «селитра», установлено, что источником N в них является азот воздуха. Образование селитр имеет биогенное происхождение, селитры - ценное минеральное удобрение.
Вопрос 3. Краткая характеристика глинистых горных пород и их представителей.
Глинистые породы сложены более чем на 50% частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25% из лих имеют размеры меньше 0,001 мм. Основная масса этих частиц — глинистые минералы. В качестве примеси в глинах обычно присутствует различный материал обломочного и химического происхождения.
Собственно глины состоят из тончайших чешуйчатых кристаллов минералов, образующихся при выветривании полевых шпатов и других разрушающихся минералов. Эти породы существенно отличаются по составу и свойствам от более крупнозернистых осадков.
Выделяют две генетические группы глин: элювиальные и водно-осадочные глины.
Элювиальные (остаточные) глины являются продуктами химического разложения материнских пород, залегающими на месте их образования в корах выветривания. Для элювиальных глин характерна плащеобразная, карманообразиая или гнездообразная форма залегания с постепенными переходами вниз по разрезу в неизмененные материнские породы.
Водно-осадочные глины пользуются наибольшим распространением. Подавляющее количество глинистых минералов, образовавшихся в результате разложения первичных алюмосиликатов, выносится с места разрушения материнских пород текучими водами в виде суспензий, коллоидных растворов или механических взвесей и осаждается в различных водных бассейнах — морях, озерах и реках. Они отличаются от элювиальных глин ясно выраженной слоистостью, нередко наличием морских фаунистических остатков и обычно меньшей однородностью своего состава. Кварцевый песок, количество которого может достигать в глинах по массе
60%, ухудшает пластичность, связующую
способность глин и повышает
трещинообразование на стадии
охлаждения в процессе обжига,
что, в свою очередь, приводит
к снижению прочности и
Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов железа, лимонит, пирит, сидерит) придает обжигаемым изделиям в зависимости от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого.
Глина — тонкодисперсная порода, состоящая из частиц размером менее 0,01 мм и содержащая около 30 % частиц размером меньше 0,002 мм. Вещественный состав: глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда), кварц, слюды, оксиды и гидроксиды железа, алюминия, карбонаты, сульфаты, фосфаты, органическое вещество. Большинство глин имеет полиминеральный состав, встречаются также мономинеральные (каолиновые, монтмориллонитовые, бентонитовые) глины. Окраска зависит от примесей: белая, желтая, красная, бурая, серая, черная. В сухом состоянии имеет пелитовую структуру, землистую (порошковатую) текстуру. Во влажном состоянии обладает свойствами липкости, пластичности, набухания, размокания.
Аргиллит — плотная, твердая, камнеподобная порода, образующаяся в результате диагенеза глин. Состоит из частиц размером менее 0,01 мм, Вещественный состав смешанный и ли гидрослюдистый. Окраска разнообразная - темных тонов черная. Структура пелитовая. Текстура слоистая. Для аргиллитов характерна остроугольная, тонкоплитчатая отдельность, часто с раковистым изломом. В отличие от алевролитов — мылкие на ощупь при смачивании водой, не имеют шероховатой поверхности.
Практическое значение — сырье для изготовления огнеупорных изделий.
Вопрос 4. Характеристика разрывных смещений земной коры (сброс, взброс, горст, грабена) и их роль в формировании рельефа.
Существует несколько главных типов разрывов — это сброс, взброс (надвиг), покров (шарьяж), сдвиг (раздвиг)(рис. 2.7).
При сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону опущенного блока или крыла, а слои пород по смесителю опущены относительно друг друга; при взбросе — слои пород смещены снизу вверх, а смеситель наклонен в сторону приподнятых пород, как и при надвиге, только в последнем случае поверхность разрыва более пологая. У покрова поверхность разрыва близка к горизонтальной. Различают элементы покрова: автохтон - породы, по которым перемещается тело покрова, иаллохтон, собственно покров. Переднюю часть покрова называют фронтом покрова, а обнажающийся автохтон из-под аллохтона в результате эрозии — тектоническим окном. Расчлененные участки фронтальной части аллохтона называют тектоническими останцами. При значительной расчлененности фронтальной части покрова на отдельные разномасштабные глыбы образуется так называемая олистострома, а крупные обособленные части пластов называются олистоплаками.
Рис. 2.7. Различные виды тектонических разрывов: А – аллохтон, Б –
автохтон, В – тектонический
останец, Г – тектоническое окно, Д – корень
покров.Разрывные нарушения могут встречаться
поодиночке, а могут образовывать сложные
системы, например, многоступенчатые грабены и гор
Грабен — это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым ее центральная часть опущена (рис. 2.8). Если сбросов с двух сторон много и они параллельны друг другу, то образуется сложный многоступенчатый грабен. Системы крупных многоступенчатых грабенов, которые протянулись на тысячи километров, образуя сложные кулисообразные цепочки, называют рифтами или рифтовыми зонами.
Горстом называют структуру, обладающую формой, противоположной грабену, т. е. центральная ее часть поднята. Это связано с тем, что грабен — это провал, связанный с растягивающими усилиями, тогда как образование горста обусловлено сжатием.
Покровы и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и чтобы добраться до нее, надо пробурить 3-4-километровую толщу совсем других пород — аллохтона, что было сделано в Аппалачах и в Предкарпатье, да и во многих других местах.
Разрывные нарушения связаны с тектоническими процессами, происходящими в земной коре, а иногда и в верхних слоях мантии. Глубокие разломы разделяют земную кору на отдельные блоки или глыбы. По глубинным разломам блоки (плиты) поднимаются вверх, опускаются вниз или надвигаются на другие блоки (плиты), образуя сложную систему надвигов.
Таким образом, тектоническими движениями нарушается первоначальное залегание пород с образованием складок – при пластическом деформировании пород, и разрывов – при их хрупком деформировании. Закономерное сочетание складок и разрывов образует складчатые пояса.
Вопрос 5. Ледниковые эпохи в четвертичный период. Характеристика геологической деятельности ледников. Сущность процесса. Типичные формы рельефа. Характеристика отложений, их состав и свойства.
Всего за 1-2 млн. лет в четвертичном периоде произошло множество событий, приведших к существенным изменениям природной обстановки. По крайней мере, два события заставляют особо выделить четвертичный период среди остальных: во-первых, появление и развитие человека, и, во-вторых, периодически повторяющиеся оледенения обширных территорий.
В течение четвертичного периода наиболее ярко выразилась ритмичность изменений климата, которые носили глобальный характер. Они приводили к периодическому смещению климатических поясов, и их миграции даже за сравнительно короткий промежуток времени составляла 1000-2000 км.
Ледниковые покровы,
существовавшие в полярных
Бурый железняк –
минеральное образование, считавшееся
до последнего времени
2Fe2O3. 3H2O с определенными физическими
свойствами (твердость 5-5,5; удельный
вес 3,5-3,96; окраска от тёмно-коричневой
до светло-желтой). Большая часть
Б. ж. не имеет яснокристаллического
строения, обнаруживая только зачаточную
кристаллизацию твердых
Значение Б.ж. для металлургической промышленности очень велико. Большой промышленный интерес представляют Б.ж. с примесями никеля и хрома, служащие сырьем для выплавки природно-легированного металла (Халиловское, Елизаветинское, Малкинское, Маяри-Куба и др. месторождения), а также отличающиеся особой чистотой от вредных примесей (напр. байкальские Б.ж.).
Опал (драгоценный камень) – аморфный минерал, твердый природный гидрогель состава SiO2 . nH2O. Содержание воды в большинстве О. составляет 3-9 , иногда доходит до 34 . обычные примеси: MgO, CaO, Al2O3, Fe2O3 и др. Образует натечные, слоистые, пористые агрегаты. Твердость 5-5,5; уд. вес 1,9-2,5. Окраска, благодаря различным примесям, особенно содержащим железо и другие окрашивающие элементы (хромофоры), бывает различной – белой, желтой, бурой и др.; нередко бесцветен. Для полупрозрачных разновидностей характерна опалесценция. Разновидности: гиалит (бесцветный и прозрачный), благородный О. (с красивой игрой цветов), гидрофан (пористый, мутный О.) и др.
Кварц- минерал, одна из кристаллических модификаций кремнезема- двуокиси кремния (SiO2). В зависимости от температуры, давления и состава среды кремнезём кристаллизуется в виде кристобалита, тридимита или К. Существует две модификации К.: гексагональный, устойчивый в пределах 8700-5750, и тригональный, устойчивый ниже 5750. К. кристаллизуется в классе тригонального трапецоэдра (L33L2). Удельный вес 2,65. Твёрдость 7. Хрупок. Излом раковистый. Блеск стеклянный. Плавится в стекло при 17000.
Полевые шпаты - группа наиболее распространенных породообразующих минералов- алюмосиликатов натрия, кальция, калия, бария и др.; составляют около 50 процентов (по весу) земной коры. П.ш. относятся к структурному типу каркасных силикатов, в которых кремнекислородные тетраэдры (SiO4) связаны друг с другом в непрерывные трехмерные каркасы. В каждом каркасе два атома кислорода приходятся на один атом кремния, а именно одна четверть или половина, замещается алюминием. Главными катионами П.ш. являются калий, натрий и кальций, реже - барий. Другие элементы- стронций, рубидий, литий, цезий, отчасти железо - входят в их состав только в качестве незначительной изоморфной примеси.
Вопрос 6. Что такое почвенные воды и верховодка, их характеристика.
Почвенные воды содержаться целиком в почвенной толще, и очень тесно связаны с атмосферой, поверхностными водами, растительными и животными организмами. Вода в почве может находиться во всех трех состояниях: твердом (лед), жидком и парообразном. Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды. Твердая вода – лед – потенциальный источник жидкой и парообразной воды, она служит резервом доступной влаги. Формы нахождения этих временных вод в порах почвы многообразны: гигроскопическая влага, пленочная и капиллярная и др. Гигроскопическая вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2 – 3 ориентированных слоев молекул воды. Она недоступна растениям, обладает повышенной плотностью, низкой электропроводностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при низкой температуре. Рыхлосвязанная вода для растений доступна лишь частично. Сорбционные силы поверхности почвенных частиц не насыщаются полностью за счет парообразной воды, при соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой образуется дополнительная пленка из слабоориентированных молекул воды. Дополнительно сорбированная вода называется рыхлосвязанной.
Свободная вода не связана силами притяжения с почвенными частицами, доступна растениям, различают две формы: капиллярная и гравитационная. Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, передвигается в них под влиянием капиллярных сил. Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, легко передвигается по профилю почвы под действием гравитационных сил.
Геологическая деятельность почвенных вод незначительна, однако агрономическая роль этих вод огромна, так как почвенная влага – один из элементов плодородия почв.
Под верховодкой понимают небольшие скопления вод временного, сезонного характера, залегающие на невыдержанных слабопроницаемых и водопроницаемых слоях вблизи самой поверхности земли и находящиеся в гидравлической связи с почвенными водами. Эти воды называют также почвенно-грунтовыми. Области питания и распространения этих вод совпадают, напор отсутствует. Летом колодцы с верховодкой часто пересыхают, зимой промерзают. Воды содержаться в порах песчаных слоев в виде прерывистых, а иногда и более мощных линз. Эта группа вод широко распространена на водораздельных пространствах в степях; в этих областях верховодка часто является единственной подземной водой, пригодной для питья, так как нижележащие водоносные горизонты соленые. Верховодка может служить источником колодезного водоснабжения в тех районах, где грунтовые и артезианские воды либо засолены, либо залегают очень глубоко и в экономическом отношении невыгодны для эксплуатации. Верховодка имеет большое значение для питания древесных культур. Большая часть растений использует воду при уровне залегания не более 4 м. При избытке верховодки в верхних горизонтах горных пород заболачивается местность, в почве преобладают восстановительные процессы, приводящие к вредным явлениям.
Вопрос 7. Характеристика эоловых отложений как почвенных пород, их генезис, особенности и свойства.
Накапливающиеся под действием ветра пески получили название эоловых по имени древнегреческого бога ветра Эола. Эоловые пески - это преимущественно мелкозернистые пески, размер зерен которых составляет 0,25 - 0,1 мм. Они хорошо отсортированы и окатаны. По составу в них преобладают кварц и полевые шпаты.
Характерной формой эоловых отложений являются дюны — скопления песка, образуемого ветром на берегу морей и рек. Так, где есть песчаные пляжи, при наличии ветра может сформироваться дюна. Малейшее препятствие для ветра в виде кустарника, камня, неровности в рельефе может стать местом зарождения дюны. Дюны формируются как одиночные, так и в виде гряды песчаных холмов, ориентированных перпендикулярно господствующему направлению ветра. Дюны бывают древние и современные. Древние дюны отличаются от современных сложностью холмистого рельефа, прерывистостью по длине распространения. Высота дюн разная: от 1 м до 10 м и более. В Сахаре встречаются дюны высотой в сотню метров, а на восточном побережье Ю.Америки вдоль Атлантического океана высота дюн достигает 80 — 90 м, и протягиваются они более 400 км.
Основные виды дюн — это подветренные дюны и песчаные наносы. Подветренные дюны в плане представляют продольные, узкие песчаные гребни. Внутренняя текстура (сложение) дюн характеризуется косой слоистостью: различно ориентированные тонкие слойки крупного и тонкого песка в клиновидных или изогнутых пластах. По направлению и количеству косых слойков можно судить о направлении и силе ветра. Сложное и несимметричное строение косой слоистости указывает на изменение направления ветра.
Эоловые пески отличаются наличием знаков ряби, которая имеет несимметричное строение. На гребнях ряби сконцентрирован грубый песок, а в ложбинках тонкий и мелкий.
Перемещение дюн происходит в результате переноса песка ветром с наветренной стороны к гребню дюны, где он скатывается в подветренную сторону. Угол наклона наветренной стороны обычно меньше 10°, а подветренной от 25 до 34°. Перемещаются дюны со скоростью 1 – 2 мм в год и более. Например, дюны побережья Балтийского моря переместились за 70 лет на 13 км.
Дюны и барханы под действием ветра перемещаются и наносят ущерб человеку. Известны примеры, когда наступающие пески засыпали целые города. В настоящее время пески движутся в Африке, Азии, Прибалтике и в других местах. Наряду с эоловыми песками ветер формирует накопления лессов. Лессы — это континентальные образования, которые отлагаются ветром на краю пустынь и в горных условиях. К лессам относятся пылеватые частицы размером от 0,05 до 0,005 мм. Минеральный состав лессов представлен кварцем, полевыми шпатами, слюдой. В них присутствует значительная доля карбонатов кальция, и подчиненное положение занимают глины. Цвет лессов обычно светло-желтый.
Лессы обладают повышенной пористостью (50 — 60%) и хорошей вертикальной столбчатой отдельностью в естественных обнажениях. Мощность лессов достигает 100 и более метров. Лессы широко распространены на Украине, в Средней Азии, в Китае.
Лессы — хороший строительный материал, из него изготовляют кирпичи, он используется для получения керамики. На лессах можно строить здания и различные сооружения, но ввиду своей большой пористости и карбонатности лессы боятся воды. Вода, попавшая в лессы, разрушит любое здание и сооружение.
Список использованной литературы:
- Бондарев, В.П. Геология: Учебное пособие.- М.: Изд-во Инфра,2005.-224 с.
- Карлович, И.А. Геология: Учебное пособие для вузов.- М.: Изд-во Норма, 2005.- 704 с.
- Короновский, Н.В. Геология : Учебник для экологических специальностей вызов.- М. : Изд-во Издательский центр «Академия», 2005. – 448 с.
- Короновский, Н.В. . Основы геологии.- М. : Высшая школа, 2004- 427с.
- Самойлова, Е.М. Почвообразующие породы- М. : Изд-во Высшая школа, 2006. – 135 с.
