Геология как наука козлов владислав андреевич
Скачать 412.05 Kb.
|
| Глава 2. Методы исследования. Сейчас я опишу методы, с помощью которых геология изучает Землю. Понять их очень интересно и важно. Хочу также заметить, что названия многих методов совпадают с названиями различных разделов геологии, которые их применяют. 2.1. Определение относительного возраста горных пород. Чтобы изучать прошлое планеты и развитие жизни на ней необходимо уметь определять какие горные породы образовались на Земле раньше, какие – позже. Для этого существуют самые различные способы. Первоначально датчанин Нильс Стено выдвинул принцип: «Слой, лежащий выше, образовался позже слоя, лежащего ниже». Отраслью геологии, изучающей последовательность образования и закономерности размещения горных пород, используя этот и другие принципы, стала стратиграфия. Это одна из основных отраслей геологии. Однако у принципа Стено имеются и свои недостатки. Например, невозможно сопоставить возраст пород, лежащих в разных местах. Позже и эта проблема была решена. Ученые заметили, что живые организмы устроены тем сложнее, чем они моложе. Так, сопоставляя особенности строения их останков в горных породах, определяют какие организмы, а следовательно и породы, более молодые. Теперь даже при перемешивании пластов горных пород можно определить первоначальную последовательность их залегания (см. рис. 2). В настоящее время ученые выбрали для каждого периода в истории Земли наиболее характерные формы жизни. Их останки называют руководящими ископаемыми. По ним точно определяют последовательность накопления горных пород. Благодаря этим открытиям была составлена геохронологическая шкала, в которой история Земли разделена на эоны, эры, периоды и эпохи. Шкала общепринята, используется повсеместно и важна для многих отраслей науки. Однако в ней первоначально указана лишь последовательность периодов. Их длительность, даты начали и конца были установлены при помощи изотопного метода определения абсолютного возраста горных пород [6]. 2.2. Определение абсолютного возраста горных пород. Как определить возраст одних горных пород относительно других, геологи уже поняли. Но еще одна задача была не решена - определить, сколько лет существуют те или иные горные породы. С развитием ядерной физики люди научились при помощи новейших приборов определять абсолютный возраст горных пород. Суть изотопного метода (так называется способ определения абсолютного возраста горных пород) заключается в следующем. Установлено, что нестабильные изотопы химических элементов распадаются и превращаются в более легкие стабильные атомы. Причем скорость этого распада почти не зависит от внешних условий. Так по количеству нестабильного элемента и по количеству продуктов его распада определяют, насколько сильно распался элемент. В некоторых случаях определяют не количество продуктов распада, а количество треков – областей, выжженных в породе осколками ядер нестабильного изотопа. Это позволяет узнать число делений ядер. Зная всегда постоянную скорость распада, определяют, когда он начался, а значит и как давно образовалась порода. Самым точным является радиоуглеродный метод, при котором используется распад нестабильного изотопа углерода с атомной массой 14. Период его полураспада - достаточно короткий промежуток времени - 5768 лет. Но поскольку за время равное десяти периодам полураспада эффективность течения реакции снижается в 1024 раза, то становится затруднительно зарегистрировать такие малые изменения вещества. Поэтому время, измеряемое этим методом, не превышает 60 000 лет. В этом промежутке возраст определяется наиболее точно. При помощи радиоуглеродного метода определяют возраст органических останков, поскольку живые организмы при жизни поглощают углерод из атмосферы. В ней содержание изотопов углерода постоянно, т.к. поддерживается образованием C14 при помощи космической радиации. А после смерти организма нестабильный углерод начинает распадаться [7]. Для определения количества изотопов углерода часто применяют метод масс-спектрометрии (см. рис. 3). В этом случае содержащийся в образце углерод окисляют, превращая его в углекислый газ. Затем молекулы газа превращают в ионы и пропускают через магнитную камеру. В ней CO2 с легким углеродом откланяется сильнее, чем газ с тяжелым изотопом. Регистрируя отклонения от прямолинейной траектории, определяют, сколько в веществе осталось нестабильных тяжелых изотопов. Чем меньше осталось нестабильных атомов, тем древнее образец, возраст которого определяют. В годах это рассчитывают при помощи специальных формул. Период полураспада урана с атомной массой 238 - 4,51 млрд. лет. Поэтому ураново-свинцовый метод (свинец – продукт распада урана) позволяет датировать древнейшие события, хотя при этом и снижается точность измерений. Технология метода заключается в следующем. Среди пород, возраст которых необходимо определить, отбираются те, которые содержат циркон – ураносодержащий минерал. Затем породу измельчают до кристаллов и их просеивают через специальные сетки, что бы отделить кристаллы одного размера. При погружении этих кристаллов в растворы высокой плотности, самый тяжелый из кристаллов - циркон оседает на дно. Его выбирают и слоем в один кристалл наклеивают на специальную пластинку. Затем кристаллы на пластинке шлифуют и опускают в раствор кислоты. При этом вещество внутри треков растворяется, и они становятся видными через микроскоп. Затем количество треков в единице площади подсчитывают. В годах возраст определяют по специальным математическим формулам. При этом учитывают и уменьшение скорости распада со временем. Изотопный метод в настоящее время является наиболее точным, но существуют и другие способы определения абсолютного возраста горных пород. Например, определив скорость накопления осадочных горных пород и зная толщину их слоя, приблизительно оценивают и время образования этих пород. Но ведь скорость накопления пород может меняться, а слой их способен сжиматься и, потому подобные методики недостаточно точны [2, 4, 6]. 2.3. Спектральный анализ. Люди давно заметили, что разные химические элементы, помещенные в пламя, окрашивают его в разные цвета (см. рис. 4). Например, медный купорос – в зеленый, поваренная соль – в ярко-желтый. Однако точно определить химические элементы по цвету огня невозможно, т.к. некоторые из них дают одинаковый цвет. В 1859 г. немецкие ученые химик Роберт Бунзен и физик Гистаф Кирхгоф нашли способ различать оттенки цветов пламени. Они воспользовались своим изобретением -спектроскопом. Он представляет собой стеклянную призму, помещенную перед белым экраном. Призма раскладывает луч света на монохроматические лучи, благодаря чему видны различия между спектрами элементов, которые визуально одинаково окрашивают пламя. Сейчас технически несложный метод спектрального анализа применяют для определения состава горных пород. Но, пожалуй, самым главным его применением стало определение состава космических тел. В этом случае раскладывают свет от звезды, поступающий из телескопа. Так достаточно точно определили, что главными составляющими Вселенной являются водород (75%) и гелий (24%). Интересно, что гелий впервые был открыт и назван при изучении спектрограммы Солнца. Лишь позже этот газ обнаружили на Земле. Вообще, спектральный анализ оказался важен как для геологов, так и для представителей новой науки, им же и порожденной – космохимии [6]. 2.4. Гравиразведка. Вес – это та сила, с которой тело, притягиваясь к Земле, давит на опору или оттягивает подвес. Оказывается, даже притяжение тел к Земле используют в геологии. Любое тело, обладающее массой, обладает притяжением. Мы очень хорошо наблюдаем это, ведь земная гравитация и есть сила притяжения Земли. Но, если все тела притягиваются друг к другу, тогда почему мы не замечаем, например, притяжения между двумя людьми? Дело в том, что эти силы очень малы, но все-таки они существуют. Экспериментальным путем доказано, что отвес отклоняется от вертикального положения вблизи большой горы. Так же установлено, что два больших свинцовых шара на близком расстоянии катятся друг к другу [5]. В соответствии с эти можно сделать вывод, что в зависимости от плотности пород, залегающих под землей, будет меняться и величина силы тяжести (в физике – ускорение свободного падения). Но проблема в том, что эти изменения очень малы, и человек их не замечает. Только при помощи точных приборов можно установить изменения притяжения. Первоначально силу тяжести определяли по периоду качания маятника и его длине. Однако, в связи с неудобством применения маятника, его заменили более удобным прибором – гравиметром. Его принцип действия прост: на пружинку подвешен массивный груз и по степени ее закрученности определяют силу тяжести. Сейчас метод гравиразведки применяется повсеместно для поиска месторождений нефти (над пустотой в земле притяжение меньше) и месторождений очень плотных минералов, например, руд железа. Метод чрезвычайно прост и недорог, а для исключения ошибок его часто применяют вместе с другими методами. Составлены карты гравитационного поля Земли (см. рис. 5). При помощи измерения силы тяжести ученые изучают вопросы, связанные с формой Земли и строением ее недр [6]. 2.5. Применение окаменелостей. Находки палеонтологов, следы прежних форм жизни, могут рассказать не только о развитии живых организмов, их строении, но и еще о многих закономерностях их формирования, об окружающей их среде и ее свойствах. Например, зная, что растительность различных климатических поясов неодинакова, ученые, изучая останки древних растений, делают выводы о климате той или иной местности в прошлом. А зная условия жизни современных сообществ живых организмов (температура, количество потребляемой пищи, грунт) можно определить условия среды обитания подобных им сообществ в прошлом. Так же, изучая ритмичность роста некоторых организмов (кораллов, двухстворчатых и головоногих моллюсков, усоногих раков и др.) определяют скорость вращения Земли, периодичность приливов, наклон земной оси, частоту штормов и многое другое. К примеру, установлено, что 370-390 млн. лет назад в году было примерно 385-410 дней, значит, Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сейчас. На практике для поиска месторождений нефти применяют зависимость цвета останков конодонтов (живых организмов) от температуры недр, где они залегали. Если температура была до 250 °С, то из органических веществ не могла образоваться нефть. Если же температура была больше 800 °С, то нефть которая могла там существовать разрушилась. Но если температура была между этими пределами, то поиск нефти можно продолжить. По особенностям состава останков морских организмов можно определить температуру и состав воды в определенное время. А исходя из всех этих данных, можно дальше выводить закономерности, существующие в мире, и применять их во всех областях науки [6]. 2.6. Биогеохимический метод. Биогеохимический метод основан на изучении особенностей растений, обусловленных присутствием определенных минералов в земной коре. Люди еще до открытия современных методов поиска полезных ископаемых пользовались тем, что у растений, растущих над разными рудами, появляются свои особенности. Например, определенные виды мхов, мяты и гвоздичных, растущие в большем, чем обычно количестве, указывают на наличие в недрах земли меди. А месторождения алюминия, вызывающие повышенное содержание этого металла в почве, приводят к укорачиванию корней и пятнистости листьев. Никель приводит к появлению белых мертвых пятен на листьях. Так, люди, визуально наблюдая растения, успешно открывали месторождения необходимых им горных пород. В XX веке биогеохимический метод стал применяться еще более успешно: появилась возможность выявлять аномалии растительного мира с помощью аэрофотосъемки, начали применять спектроскопию для определения повышенного содержания минералов в растениях, свидетельствующего об их избытке в почве. Преимуществом метода является возможность нахождения руд, залегающих на значительных глубинах. В настоящее время для упрощения биогеохимического метода созданы списки растений индикаторов с известной реакцией на определенные минералы. Более 60 растений из списка проверены и с их помощью можно искать почти все виды ископаемых металлов. Многие месторождения уже открыты с применением данного метода [10]. 2.7. Сейсмометрия. В начале ХХ века один из основоположников сейсмологии Борис Борисович Голицын писал: «Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает внутренность Земли». Действительно, скрытые от нас многокилометровыми толщами горных пород земные недра, поддаются исследованию в основном во время землетрясений. Ведь даже при помощи бурения в земную кору не проникают дальше 12 км. Для изучения недр используют возникающие при землетрясении сейсмические волны. Применяется особенность распространения волн с разной скоростью в веществах с разными свойствами (либо через разные агрегатные состояния одного вещества), а на границе разных веществ волны либо отражаются, либо искажаются. Если источник сейсмических волн расположен вблизи поверхности Земли, то многие волны, отражаясь от нижележащих слоев возвращаются к поверхности, где их фиксируют сейсмоприемниками. Эти приборы во много раз усиливают ничтожно маленькие колебания почвы. Зная время распространения волн и учитывая их свойства делают вывод о расположении отражающих поверхностей, узнают глубину их залегания, угол наклона и структуру. Причем источником сейсмических волн часто используют искусственный взрыв, т.к. тогда точно известно время начала движения волн. В сейсморазведке регистрируют преломленные и отраженные волны. Первые из них более сильные. При этом и методы их исследования различны. Отраженные волны сразу дают подробный разрез изучаемого участка. Впервые при помощи отраженных волн удалось обнаружить нефтяные месторождения в 30-х годах ХХ века. После этого сейсморазведка стала ведущим методом в геофизике. Чтобы составить полное представление о строении недр Земли колебания регистрируют одновременно во многих местах. Метод преломленных волн также успешно совершенствовался. С их помощью стало возможным проводить исследования на больших глубинах. Геологи смогли изучать строение земной коры, особенности формирования материков и океанов, причины тектонических движений. С появлением цифровой обработки сигнала в 60-х годах анализ сейсмологической информации стал более полным и быстрым. Также ученые заменили источник сейсмических волн с взрывчатки на экологически безопасные и позволяющие выбирать частоту колебаний вибраторы. Сейсморазведка имеет огромное значение в геологии. В основном с ее помощь определены геосферы Земли, их толщина, состояние вещества в них [6]. 2.8. Магниторазведка. Земля, подобно гигантскому магниту окружена магнитным полем. Оно простирается в пространстве на 20-25 земных радиусов. О происхождении магнитного поля Земли до сих пор идут споры. Т.к. оно может возникнуть либо под действием электричества, либо намагниченного тела, выдвигают гипотезу, согласно которой поле земли возникает из-за электрических токов, появляющихся в земном ядре при вращении планеты. Но, независимо от происхождения, поле оказывает огромное влияние на обитателей Земли – оно защищает от космической радиации. Также именно благодаря полю стрелка компаса ориентируется на север. Замечено, что северный конец стрелки компаса склоняется вниз по отношению к горизонтальному положению. Это наводит на мысль, что источник магнетизма находится в земных недрах. Изучение явлений, связанных с магнитным полем помогает понять строение нашей планеты, частично узнать ее историю, выяснить связь Земли с космосом. Замечено, что намагниченные горные породы также влияют на ориентацию стрелки компаса. Благодаря этому магнитные аномалии (отклонения от нормального поля Земли) используют при поиске полезных ископаемых, имеющих большую намагниченность (железосодержащие минералы). Уже в XVII веке в России и Швеции для поиска железных руд использовали компас. Позднее был создан более точный прибор, определяющий изменения магнитного поля Земли и его силу – магнитометр (см. рис. 6). Изучая остаточную намагниченность горных пород, которая была ими приобретена под действием магнитного поля Земли в прошлом, ученые определяют положение магнитных полюсов и силу магнитного поля Земли в древнейшие геологические периоды. Например, установлено, что раньше на месте современного северного полюса был южный и наоборот. Предполагают, что во время их смены магнитное поле ослабевает, космическая радиация проникает на Землю, что отрицательно влияет на ее обитателей. Магниторазведка важна для людей не только поиском полезных ископаемых. С ее помощью составляют специальные карты магнитного склонения (отклонение стрелки компаса от северного направления в градусах). Это важно для точного ориентирования на местности [6, 8]. 2.9. Электроразведка. Электроразведка – это раздел геофизики, определяющий состав и строение земной коры с применением естественных или созданных искусственно электрических токов. Этот способ разведки насчитывает, пожалуй, наибольшее число разнообразных методов и их разновидностей – более 50. Вот основные из них: 1. Метод сопротивлений – основан на пропускании через землю постоянного тока при помощи двух электродов. Затем измеряют напряжение, вызванное этим током, другими электродами. Зная силу тока и напряжение рассчитывают сопротивление. По сопротивлению узнают какие породы его вызывают (разные породы имеют различное сопротивление). А учитывая расположение электродов, узнают в каком месте находятся породы, обладающие высоким сопротивлением. При помощи метода сопротивлений рассматривают слои, составляющие исследуемый участок, их распределение. В частности возможен поиск месторождений нефти и газа. 2. Для индукционного метода используют искусственно созданное переменное электрическое или магнитное поле. Под его воздействием в земле возникает электромагнитное поле. Зная параметры созданного поля и фиксируя свойство поля, возникшего в земле, определяют какой по свойствам средой оно испускается и где она расположена. Источник искусственного поля можно перемещать и тогда картина недр становится более подробной. Способы обработки данных, полученных индукционным методом, очень сложны. 3. Отдельно выделяют электроразведку скважин. Для нее применимы как названные выше методы, так и многие другие. Это и радиоволновое просвечивание, и изучение естественного электрического поля, и метод погружных электродов. Электроразведка скважин позволяет определить форму, размер и состав горных пород в пространстве около скважин и в них самих [6, 9]. 2.10. Определение месторождений по космическим снимкам. С появлением возможности получения фотографий обширных участков земной поверхности из космоса, геологи смогли выявить связь между внешним видом, формой различных интрузий и их составом. К примеру, замечено, что горные породы, содержащие апатит, часто выходят на поверхность в форме «колец» и «бус». Эту закономерность можно наблюдать в форме наших Хибинских гор – они представляют собой полукольцо, в котором находятся богатейшие залежи апатит-нефелиновых руд. Меднопорфировые месторождения также связаны со специфичными видами массивов, которым даны специальные названия: «дракон», «пень» и «корень». Изучение космических снимков древних и современных вулканов также позволяет находить месторождения полезных ископаемых. Таким образом, с появлением нового метода исследования существенно расширились возможности геологии. Теперь геологи могут судить о распространенности месторождений в масштабах планеты. А также экономятся время и силы ученых: сначала выясняется местоположение возможного месторождения, затем туда снаряжается экспедиция, в то время как раньше приходилось сложными методами непосредственно изучать всю поверхность земли. Увеличилась и вероятность нахождения месторождений [6]. 2.11. Что можно узнать, изучая гальку. Изучая обычную речную гальку, можно выявить много интересного. Ученые могут определить откуда галька начала свой путь. Если в гальке содержатся полезные ископаемые, она может привести к их месторождениям. При сохранении у гальки первоначального контура можно определить условия ее формирования. Рассчитывая скорость движения гальки, скорость уменьшения ее веса, степень окатанности, определяют и расстояние, пройденное ей. Для этого выведены специальные формулы. По тому, как ориентирована галька, находят направление движения несуществующего ныне водного потока, а по углу наклона гальки определяют скорость его движения [6]. |
Похожие:
 | Рабочая программа дисциплины историческая геология направление ооп:... Пререквизиты: «Общая геология», «Основы палеонтологии, общая стратиграфия», «Кристаллография и минералогия» | | А. В. Козлов Присутствовали Т. Ф., Голованова С. В., Гриднева Е. А., Громов Е. М., Калягин В. А., Клепоносова М. В., Козлов А. В, Козырев О. Р., Красавина Р.... |
| Программа дисциплины геология и геохимия нефти и газа направление... Кореквизиты: «Теоретические основы поисков и разведки нефти и газа», «Нефтепромысловая геология», «Подсчёт запасов и оценка ресурсов... | | Pегиональная геология россии Программа курса «Региональная геология России» составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального... |
 | Козлов. Личностный рост Владимир козлов «Товароведение однородных групп продовольственных товаров» для студентов подготовки 100800. 62 «Товароведение» разработано в соответствии... | | Рабочая программа для студентов специальности 020306. 65 Экологическая... Е. Ю. Ликутов. Историческая геология с основами палеонтологии: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа по дисциплине «Историческая... |
| Программа : геология нефти и газа Пререквизиты: «Математика», Физика», «Химия», «Общая геология», «Кристаллография и минералогия», «Петрография» | | Учебно-методический комплекс по курсу «Психоанализ материнских конфликтов»... Котляров Владислав Львович., Психоанализ материнских конфликтов. – М.: Ноу впо «Институт психоанализа», 7 с |
| Рабочая программа учебной дисциплины геология нефтегазоносных бассейнов... Целями изучения дисциплины «Геология нефтегазоносных бассейнов России и зарубежных стран» являются | | Рабочая программа учебной дисциплины основы палеонтологии, стратиграфия... Специализации: Поиски и разведка подземных вод и инженерно- геологические изыскания |
| Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Н. Ф. Чистякова «Экологическая геология». Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 020306. 65... | | Андреевич Крылов «Лебедь, Щука и Рак» Познакомить учащихся с басней, как литературным жанром, формировать умение находить мораль в произведении |
| Тест по теме «Биология – наука о живой природе». Задания с выбором... Настоящее «Положение о Правлении Общества» (в дальнейшем именуемое Положение) разработано в соответствии с Федеральным законом “Об... | | Терехович Владислав Эрикович «Многомерность пространства как новая... ... |
| Рабочая программа дисциплины б14 буровые станки и бурение скважин... Направление ооп (специальность) 130101 «Прикладная геология» профили подготовки (специализации) 130101. 1 «Геологическая съемка,... | | Вячеслав Андреевич Майер. Чешежопица Вячеслав Андреевич Майер (Некрас Рыжий). Чешежопица |
