Земная кора и геологическая деятельность человека

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Геолого-географический факультет

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему

«Земная кора и геологическая деятельность человека »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2011

 

Содержание

Введение …………………………………………………………………. …… стр.3                                                                                                

Глава 1.Основные знания о земной коре ………………………………..........стр.4

1.1 Состав и строение  земной коры…………………………….........стр.4

1.2 Вещественный состав земной коры …………………………………….....стр.6                                                   

Глава 2.Геологическая деятельность и земная кора. Горная промышленность……………………………………………………….. стр.9

2.1 Разведка месторождений…………………………………….............стр.13

2.1.1Здоровье и безопасность…………………………………………………стр.14

2.1.2 Предотвращение опасностей для здоровья людей………………....стр.15

2.2 Шахтное и подземное строительство………………………………...стр 16

2.3  Добыча нефти………………………………………………………………стр.17

2.3.1 История нефтедобычи……………………………………………...стр.17

2.3.2 Современные методы добычи  флюидов или скважинной жидкости…стр.19

Глава 3. Наука о геологической деятельности человека…………………….стр.19

3.1 Понятие техногенеза……………………………………………………….стр.21

3.2 Методы изучения земной коры…………………………………………...стр.21

3.2.1 Геофизические методы исследования  земной коры…………………..стр.21

3.2.2 Геологические методы  исследования земной коры………..стр.23

Глава 4. Изменения в строении земной коры……………………………….стр.23

4.1 Влияние инженерно-строительной  деятельности………………………стр.24

4.2 Влияние горной деятельности……………………………………………стр.25

4.3 Совместное влияние горной и инженерно-строительной деятельности …………..стр.26

Глава 5. История геологических поисков в России………………………...стр.28

5.1 Богатства земных недр………………………………………….………..стр.28

5.2 Мир истории горного дела………………………………………………..стр31

Заключение…………………………………………………………...……….стр.34

Список использованной литературы…………………………………………стр35

Введение

 

Исследование земной коры и деятельность человека связанная с ней имеет огромное значение в жизнедеятельности человека. С ними связаны образование, размещение, разведка и добыча многих видов полезных ископаемых . Знания о земной коре дают человеку возможность развиваться в научной сфере. А вот геологическая деятельность, имеющая отношение к земной коре позволяет человечеству прогрессировать как экономически, так и политически, также она оказывает влияние на индустриальное и промышленное развитие 
Цель данной работы – подробно рассмотреть строение земной коры, а также ознакомиться с видами геологической деятельности, которые так или иначе связаны с земной корой.  
Для достижения поставленной в курсовой работе цели решались следующие задачи:

 

 

• Изучение общих понятий о строении и составе земной коры, а также краткое описание характеристик каждой из внутренних геосфер
• Подробное рассмотрение разнообразия видов геологической деятельности
• Исследование влияния геологической деятельности на земную кору и о окружающую среду

 
 
Курсовая работа состоит из пяти глав. Первая глава курсовой работы посвящена рассмотрению строения и состава земной коры. Во второй главе описаны типы геологической деятельности человека. В третьей главе речь идет о науке изучающей геологическую деятельность и методах изучения земной коры. . В четвертой главе подробно  рассмотрены изменения в строении земной коры, связанные с деятельностью человека. И наконец, в пятой представлены дополнительные сведения о некоторых природных ресурсах и истории горной промышленности. 
В работе представлено шесть рисунков три таблицы и две схемы.  

 

 

Глава 1. Основные знания о земной коре

1.1 Состав и строение земной коры

 

Земна́я кора́ — внешняя твёрдая оболочка Земли. Ниже коры располагается мантия, отличающаяся своим составом и физическими свойствами. Мантия более плотная, в основном содержит тугоплавкие элементы. Под ней находится ядро Земли, которое предположительно, состоит из железо-никелевого сплава и примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания составляет 2900 км. Средний радиус сферы — 3,5 тыс. км. Ядро разделяется на твердое внутреннее ядро радиус, которого примерно 1300 км и внешнее жидкое ядро радиусом примерно 2200 км, между ними может, выделяется переходная зона.

 

 Благодаря резким сейсмическим границам недра планеты можно разделить на три главные внутренние геосферы:

• земная кора
• мантия
• ядро

Земная кора отделена от мантии резкой сейсмической границей, на которой скачкообразно возрастает скорость  и продольных, и поперечных волн. Так, например скорость поперечных волн резко возрастает с 6,7-7,6 км/с (в нижней части коры) и до 7,9-8,2 км/с (в мантии). Эта граница была открыта выдающимся югославским сейсмологом А.Мохоровичичем в 1909 г., впоследствии она получила название границы Мохоровичича (часто ее кратко называют границей Мохо, или границей М). Средняя глубина границы Мохоровичича - 33 км; однако под континентами глубина раздела Мохоровичича может достигать отметки 60-75 км (что фиксируется под молодыми горными сооружениями – Памиром, Андами), а под океанами – только 10-12 км, включая мощность толщи воды.

 

 

Еще более резкая сейсмическая граница, которая разделяет ядро и мантию, зафиксирована на глубине 2900 км. На этом сейсмическом разделе скорость Р-волн скачкообразно падает с 13,6 км/с (в основании мантии) и до 8,1 км/с (в ядре); скорость S-волны – с 7,3 км/с до 0. Исчезновение поперечных волн можно объяснить тем, что внешняя часть ядра обладает свойствами жидкости. Сейсмическая граница, которая разделяет ядро и мантию, была открыта немецким сейсмологом Б.Гутенбергом в 1914 г., ее часто называют границей Гутенберга, хотя это название не признано официальным.

Резкие изменения скорости и характера прохождения волн можно зафиксировать на глубинах 670 км и 5150 км. Граница 670 км разделяет мантию на верхнюю мантию (33-670 км) и нижнюю мантию (670-2900 км). Граница 5150 км разделяет ядро на внешнее жидкое (2900-5150 км) и внутреннее твердое(5150-6371 км).

Существенные изменения отмечаются и на сейсмическом разделе 410 км, который делит верхнюю мантию на два слоя.

Итак, мы рассмотрели все данные об основных сейсмических границах и теперь можем обратить свое внимание на  современную сейсмическую модель глубинного строения Земли.

Рис.1 Современная сейсмическая модель глубинного строения Земли.

 

 

 

 

Земная кора, ограниченная границей Мохоровичича - это относительно маломощная оболочка, толщина, которой составляет примерно 6-7 км (под океанами) и до 60-70 км (под континентальными горными сооружениями). Существуют два главных типа земной коры – океанская и континентальная. Они достаточно сильно отличаются по составу, строению, происхождению и возрасту.

Континентальная кора обладает средней мощностью, которая примерно равна 33 км, в ее разрезе выделяют 3 слоя (осадочный, гранитный и базальтовый). Осадочный слой, обычно сложен осадочными породами,которые могут включать  небольшое количество магматических и слабометаморфизованных пород. Геофизически, он характеризуются низкой скоростью Р-волн в диапазоне от 2 до 5 км/с. Средняя мощность осадочного слоя равна примерно 2,5 км. Ниже располагается гранитный слой, сложенный метаморфическими и магматическими породами богатыми кремнеземом (в среднем они соответствуют по химическому составу гранодиориту). Скорость прохождения Р-волн в этом слое составляет примерно 5,9-6,5 км/с.  Базальтовый слой (гранулито-базальтовый) обладает более высокой скоростью волн (6,7-7,5 км/с для Р-волн), это обусловлено изменением состава пород при переходе от верхней мантии. Согласно наиболее принятой модели ее состав соответствует гранулиту.

В формировании континентальной коры принимают участие породы различного геологического возраста, вплоть до  древнейших, возраст которых составляет около 4 млрд. лет (это отличает континентальную кору от океанской).

Океанская кора имеет низкую мощность, в среднем она составляет 6-7 км. В ее разрезе в самом общем виде выделяют 2 слоя (осадочный и базальтовый). Верхний слой – осадочный, обладает небольшой мощностью (в среднем около 0,4 км) и низкой скоростью Р-волн (1,6-2,5 км/с). Нижний слой – «базальтовый» - сложенный основными магматическими породами (вверху – базальтами, ниже – основными и ультраосновными интрузивными породами). Скорость продольных волн в «базальтовом» слое находится  в диапазоне от 3,4-6,2 км/с (в базальтах) и до 7-7,7 км/с (в наиболее низких горизонтах коры).

Возраст самых древних пород современной океанской коры равен примерно 160 млн. лет (можно сказать что в этом слое отсутствуют древнейшие горные породы).

 

1.2 Вещественный состав земной коры

Химический состав земной коры отличается от более глубоких геосфер, в первую очередь обогащенностью относительно легкими элементами – кремнием и алюминием.

Достоверные и точные сведения имеются только о химическом составе самой верхней части земной коры. Первые данные о ее составе были опубликованы в 1889 году американским ученым Ф. Кларком, как среднеарифметические из 6000 химических анализов горных пород. Позже, на основании многочисленных анализов минералов и горных пород, эти сведения многократно уточнялись, но и в нынешнее время процентное содержание химического элемента в земной коре называется кларком. Около 99 % в составе земной коры занимают всего 8 элементов, то есть они имеют наибольшие кларки (данные об их содержании приведены в таблице). Кроме того, могут быть названы ещѐ несколько элементов, имеющих относительно высокие кларки: водород (0,15%), титан (0,45%), углерод (0,02%), хлор (0,02%), которые в сумме составляют 0,64%. На все остальные элементы,которые содержатся в земной коре в тысячных и миллионных долях, остается 0,33%. Таким образом, в пересчете на окислы, земная кора в основном состоит из SiO2 и Al2O3 (имеет «сиалический» состав, SIAL), что существенно отличает ее от мантии, обогащенной железом и магнием.

Рис.2 Химический состав земной коры.

 

 

 

Приведенные выше данные о среднем составе земной коры отражают только общую геохимическую специфику этой геосферы. В пределах земной коры по составу существенно различается океанический и континентальный типы коры. Океаническая кора образуется за счет поступающих из мантии магматических расплавов, поэтому в значительно большей степени обогащена железом, магнием и кальцием, чем континентальная.

 

 

Среднее содержание химических элементов в земной коры

(по Виноградову)

 

Химический элемент	Содержание, вес % кларк
Кислород	47,00
Кремний	29,5
Алюминий	8,05
Железо	4,65
Кальций	2,96
Натрий	2,5
Калий	2,5
Магний	1,87

 

 

В сумме приведенные выше числа дают примерно 98%. Значит, на долю всех остальных элементов, которые существуют на Земле, приходится чуть больше 2%.Возникает вопрос: а существует ли возможность оценить состав земного шара в целом, а не только его тонкой поверхностной оболочки? В принципе такая возможность, теоретическая — существует. Но она требует учета большого количества химических и физических данных, в том числе следует выбрать определенную гипотезу о внутреннем строении Земли. Например, можно предположить, что мантия и кора содержат вещество, состав которого, в среднем, близок к составу метеоритов.  
 
Одна из попыток рассчитать средний химический состав земного шара была предпринята американским исследователем Б. Мэйсоном. 
Вот предложенная им последовательность химических элементов (в % от массы): железо — 38,8, кислород — 27,17, кремний — 13,84, магний — 11,25, сера — 2,74, никель — 2,70, алюминий— 1,07, кальций—1,07, натрий — 0,51, кобальт — 0,20. Такова первая десятка наиболее распространенных элементов земного шара. Если выписать величины кларков химических элементов в соответствии с их порядковыми номерами в периодической системе, можно заметить интересные закономерности. Все наиболее распространенные элементы расположены в верхней части менделеевской таблицы: все те, что приведены в табличке, имеют относительно небольшие порядковые номера. Кларки элементов, расположенных за железом, колеблются в диапазоне 10~2 — 10~16%. Можем сделать следующий вывод: среднее содержание элементов изменяется по мере увеличения зарядов ядер их атомов.

 

 

              Химический состав континентальной и океанической коры

 

Окислы	Содержание, вес %
	Континентальная кора		Океанская кора
SiO2	60,02	48,6
TiO2	0,7	1,4
Al2O3	15,2	16,5
Fe2O3	2,5	2,3
FeO	3,8	6,2
Mn	0,1	0,2
Mg	3,1	6,8
CaO	5,5	12,3
Na2O	3,0	2,6
K2O	2,8	0,4