Шпаргалка по "Геологии"

5. Методы изучения и внутреннее  строение Земли.

Основную информацию о  внутреннем строении Земли дают геофизические

методы:

• сейсмические, основанные на регистрации упругих колебаний,

вызванных землетрясениями или искусственными взрывами;

• гравиметрические, основанные на изучении поля силы тяжести;

• магнитометрические —  изучающие магнитное поле Земли;

• геотермические, изучающие  тепловое поле планеты и плотность

теплового потока на ее поверхности;

• электрометрические методы, изучающие электропроводность земных

недр.

Важнейшим из таких методов  является сейсмический, использующий

кратковременно возникающее  при землетрясениях поле упругих сейсмических

волн, в течение 10-20 минут пронизывающих практически всю

нашу планету. Возникнув  в очаге землетрясения (см. параграф 9.2), сейсмические

волны распространяются с  определенной скоростью по всем

направлениям путем упругих  перемещений частиц среды. По характеру

распространения волны делятся  на продольные и поперечные.

Продольные волны характеризуются упругим объемным типом передачи

возмущения, при котором  перемещение частиц среды соответствует

направлению распространения  волны. Поперечные волны обладают

сдвиговым упругим механизмом передачи возмущения,

обеспечивающим распространение волны в направлении, перпендикулярном

к перемещению частиц. Продольные волны имеют большую скорость, чем поперечные. При этом последние не распространяются

в жидкой среде, где упругое  сопротивление сдвигу отсутствует.

В целом сейсмические волны  подчиняются законам оптики — на

границах раздела сред с различными скоростями распространения упругие

волны отражаются и преломляются. В результате наряду с прямыми

волнами регистрируются отраженные и преломленные волны.

Отражение и преломление  волн на границах раздела являются довольно

надежным источником информации о положении этих границ и

широко используются для  изучения внутреннего строения Земли. Повторная

регистрация волн, которые  ранее были зарегистрированы как

прямые, свидетельствует о наличии четких границ раздела в недрах

Земли и позволяет, используя  время движения и скорость распространения

воли, установить глубину  их залегания.

6. СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ

В первые годы изучения земной коры пашей планеты было принято

выделять два основных типа земной коры — континентальный

и океанский. По мере поступления  нового материала появилась возможность

выделить еще два подтипа: субконтинентальный и субокеанский,

сопровождающие соответственно переходные зоны от континентов

к океанам и окраинные (а также внутренние) моря

континентов.

В пределах континентов обосабливаются равнины и горные сооружения.

В океанах выделяются:

• подводные окраины континентов, включающие шельф (глубина

до 200 м), континентальный  склон и континентальное подножие

(до 2,5-3 км);

• ложе с глубиной 4-6 км и  глубоководные желоба (до 11 км);

• средипио-океанские хребты (см. параграфы 12 и 13).

Континентальная земная кора в районах равнин имеет мощность

до 40 км, под горными сооружениями — 60-70 км, причем максимальные

значения выявлены иод Андами и Гималаями (до 75 км).

Выделяют в строении континентальной  коры две части: верхнюю осадочную — и нижнюю, сложенную магматическими и метаморфическими

породами. Нижняя часть условно  делится на так называемые

гранитный и базальтовый  слои. Граница между ними носит  имя

Конрада, прослеживается не повсеместно и не везде четко. Из-за

этой неопределенности геофизики  па своем конгрессе в Париже еще

в 1965 г. решили не учитывать  это понятие и не употреблять  этот

термин, однако он все еще продолжает встречаться в геологической

литературе.

9. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Земля обладает магнитным  полем и представляет собой гигантский

шар, намагниченный по оси, отклоняющейся от оси вращения примерно

на 11,5 градуса.

Относительно природы магнитного поля Земли (геомагнитного поля)

существует несколько  точек зрения.

Наиболее вероятной причиной его возникновения являются электрические

токи в ядре Земли. По сейсмологическим данным, внешнее

ядро Земли обладает свойствами жидкого тела и в значительной степени

состоит из железа с примесью других элементов (вероятнее всего,

никеля или серы). Вращение Земли, наряду с другими

причинами, приводит к возникновению  во внешнем ядре турбулентных

течений вещества с характеристиками плазмы. Этим явлением

обусловлены электрические  токи индукционной природы, которые

в конечном итоге и создают  магнитное поле на поверхности Земли  и

в околоземном космическом  пространстве.

Магнитное поле Земли —  объект для изучения многих наук: геофизики,

физики атмосферы, астрофизики, таких на первый взгляд далеких

от этой области дисциплин, как биология, медицина и др.

Геология и геофизика  используют геомагнитное поле для изучения

геологического строения отдельных участков земной коры (различные

виды магнитометрических съемок), глубинного геологического строения

(магпитотеллурическое зондирование), поисков и разведки месторождений

полезных ископаемых, значительно  отличающихся от окружающих

пород по своим магнитным  свойствам.

10. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Верхняя каменная оболочка Земли — земная кора — сложена  различными

по составу и происхождению  горными породами. Любая горная

порода представляет собой  определенное сочетание минералов,

являющихся, в свою очередь, химическими элементами или их природными

соединениями.

Таким образом, вещество земной коры в порядке усложнения степени

его организации образует иерархический ряд: химический элемент

— минерал — горная порода. Именно в такой последовательности

и рассматривается ниже вещественный состав земной коры.

Наиболее достоверные  сведения о химическом составе земной коры

относятся к ее верхней  части (до глубины 16-20 км), доступной  для

непосредственного изучения. Проблемами химического состава, закономерностями

его изменения в пространстве и во времени занимается

сравнительно молодая  еще наука геохимия.

По данным современной  геохимии, в земной коре установлено

93 химических элемента. Большинство из них являются сложными, то

есть представлены смесью различных изотопов. Лишь 22 химических

элемента (например, натрий, марганец, фтор, фосфор, золото) не имеют

изотопов и поэтому  называются простыми.

Распределены химические элементы в земной коре крайне неравномерно.

Первые серьезные исследования, касающиеся распространенности

химических элементов, принадлежат  американскому геохимику Ф. Кларку.

Путем математической обработки  имевшихся в его распоряжении

результатов 6000 химических анализов различных горных пород

Ф. Кларк установил средние  содержания в земной коре 50 наиболее

распространенных химических элементов. Данные Ф. Кларка, опубли-

кованные впервые в 1889 г., впоследствии уточнялись многими отечественными

и зарубежными исследователями: Г. Вашингтоном, В. Голь-

дшмидтом, Г. Хевеши, В. Мейсоном, В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом,

А. П. Виноградовым, А. А. Ярошевским и др.

В знак особой заслуги Ф. Кларка перед геохимической наукой средние

содержания химических элементов  в земной коре называют Кларками

и выражают в весовых, атомных  или объемных процентах. Наиболее

часто используют весовые кларки элементов.

Распространенность химических элементов связана с их положением

в периодической системе. Как отмечал еще Д. И. Менделеев, наиболее

распространенные элементы земной коры располагаются в начале

периодической системы. С  увеличением порядкового номера распространенность

элементов неравномерно убывает.

Так, среди первых 30 элементов  кларкн редко опускаются ниже

сотых долей процента и  чаще выражаются в десятых долях  или даже в

целых процентах. У остальных  элементов преобладают малые  кларки,

которые лишь очень редко поднимаются до тысячных долей процента.

Таким образом, в земной коре явно преобладают легкие элементы,

что отличает ее от других внутренних геосфер, более бедных этими

элементами и обогащенных тяжелыми металлами.

Взаимосвязь между кларками химических элементов и их положением

в периодической системе  позволяет предположить, что одной  из

основных причин различной  распространенности химических элементов

в земной коре являются строение и энергетическая устойчивость

ядер их атомов.

Химический состав земной коры изменяется в течение геологического

времени, причем эта эволюция продолжается по сей день. Основными

причинами изменения химического  состава являются:

• процессы радиоактивного распада, приводящие к самопроизвольному

превращению одних химических элементов в другие,

более устойчивые в условиях земной коры. Согласно расчетам

В. И. Вернадского, в современную  эпоху только за счет ядерных

превращений ежегодно обновляют  свой химический состав 10в -

101Н т вещества земной коры;

• поступление метеорного вещества в виде метеоритов и космической

пыли (16 тыс. т. ежегодно);

• продолжающиеся процессы дифференциации вещества Земли,

приводящие к миграции химических элементов из одной геосферы

в другую.

Атомы химических элементов  в земной коре образуют разнообразные

сочетания друг с другом, главным образом химические сосдинения. Формы их нахождения достаточно многообразны, однако основной

формой существования  химических элементов в земной коре является

минеральная. При этом в  одних случаях они образуют самостоятельные

минеральные виды, в других — входят в кристаллические

решетки других минералов  в виде примесей.

 

11. Понятие о минералах, их  образование, строение, классификации.

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.

Минералы образуются в  земной коре, входят в состав мантии и более глубоких слоев планеты, рассеяны в гидросфере и атмосфере. Минералы слагают также Луну, многие планеты и их спутники, астероиды, входят в состав метеоритов и мельчайших частиц космической пыли, падающих на поверхность Земли. Они также  образуются при столкновении с Землей крупных космических тел.

К минералам относят и  кристаллические продукты жизнедеятельности  различных организмов, например сульфит  редуцирующих бактерий, благодаря которым  самородная сера и карбонат кальция  образуются за счет гипса. Минералы входят в состав тканей животных и растений. Минералы, образуя органоминеральные  агрегаты, например, в виде апатита  в костях, флюорита в зубах, тридимита в скелете радиолярий и т.д. После отмирания организмов, некоторые из этих минералов образуют скопления ценного минерального сырья, например, фосфоритов, трепека и т.д.

Земная кора сложена в  основном полевыми шпатами и кварцем, на их долю приходится 55 и 10 % соответственно, широко распространены также пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые  минералы, карбонаты и др.

Классификация минералов.

В основу современной классификации  минералов положены принципы, учитывающие  наиболее существенные признаки минеральных  видов – химический состав и кристаллическую  структуру. В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:

1 класс – самородные элементы или простые вещества. Кроме самородных металлов (Au, Ag, Pt, Hg, Cu), полуметаллов (As, Sb, Bi) и неметаллов (C, S), сюда условно относятся малораспространенные нитриды, карбиды, фосфиды, силициды.

2 класс- сульфиды и их аналоги – арсениды, антимониты, висмутиды, теллуриды, селениды. (S^-)

3 класс – галоиды (галогениды), кроме хлоридов, фторидов, бромидов и иодидов относятся также окси- и гидрогалоиды (Cl^-, Br^-, I^-, F^-).

4 класс – окислы и гидроокислы (О^2-, ОН^-).

5 класс- силикаты, алюмосиликаты и их аналоги – боросиликаты, титаносиликаты, цирконосиликаты, бериллосиликаты (SiO₄^{4 -}).

6 класс – бораты (ВО₂)^-, борацит, примеры бура (водный борат).

7 класс – карбонаты [CO₃]^2-.

8 класс – нитраты [NO₃]^-.

9 класс – фосфаты и их аналоги – арсенаты и ванадаты [РО₄]^3-.

10 класс – сульфиты и их аналоги – техлураты и селенаты.

11 класс – молибдаты и вольфраматы [МоО₄]^2- повелит, [WO₄]^2- вольфрамит.

Классы подразделяются на подклассы, классификационным признаком  которых служит структурный тип  минералов. В большинстве классов  выделяются подклассы минералов  с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурами.

Наряду с кристаллохимической  существуют и другие классификации  минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.

 

 

12. Физические свойства минералов. Формы нахождения их в природе

 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.