Тихоненко Д.Г. Геологія з основами мінералогії

Подождите немного. Документ загружается.

За редаêцією аêадеміêа МАНЕБ,

д-ра с.-ã. наóê, проф. Д.Г. Тихоненêа

Допущено

Міністерством аграрної політики України

як навчальний посібник для підготовки фахівців

агрономічних спеціальностей в аграрних

вищих навчальних закладах

ІІ – IV рівнів акредитації

Київ

«Вища освіта»

2003

УДК 55:549(075.8)

ББК 26.3:26.31я73

Г36

Рецензенти: д-р геол.-мінерал. наук, проф.

Г.О. Білявський

(На-

ціональний аграрний університет); д-р с.-г. наук,

проф.

А.Д. Балаєв

(Національний аграрний універ-

ситет); акад. МАНЕБ, д-р с.-г. наук, проф.

Т.О. Грін-

ченко

(Харківський педагогічний університет)

Редактор

Н.А. Серебрякова

Геологія з основами мінералогії: Навч. посібник / Д.Г. Ти-

хоненко, В.В. Дегтярьов, М.А. Щуковський та ін.; За ред. д-ра

с.-г. наук, проф. Д.Г. Тихоненка.— К.: Вища освіта, 2003. —

287 с.: іл.

ISBN 966-8081-09-9

Наведено основні відомості про геологію як науку про Землю, особ-

ливості перебігу ендогенних і екзогенних геологічних процесів, про

мінерали, гірські породи та їх ґрунтотворне значення, про агроно-

мічні руди та їх використання в сільськогосподарському виробництві.

В окремому розділі висвітлено питання геологічної історії розвит-

ку Землі, наведено характеристику основних ґрунтотворних порід,

розглянуто основні питання геоморфології.

Для підготовки фахівців агрономічних спеціальностей в аграрних

вищих навчальних закладах ІІ – IV рівнів акредитації.

ББК 26.3:26.31я73

ISBN 966-8081-09-9 © Д.Г. Тихоненко, В.В. Дегтярьов,

М.А. Щуковський, А.Г. Язикова,

Л.Л. Величко, В.С. Тарара, 2003

Г36

Гриф надано Міністерством агр

ної

політики України (лист № 18-2-1-13/868

від 13.11.2001 р.)

ВСТУП

Геологія (від грец. γη̃ — земля, λόγος — вчення) — одна з най-

важливіших наук про Землю. Вона вивчає склад, будову, історію

розвитку Землі і процеси, які відбуваються в її надрах і на поверх-

ні. Геологія тісно пов’язана з багатьма природничо-історичними

науками. Сучасна геологія використовує новітні досягнення і ме-

тоди таких прикладних наук, як математика, фізика, хімія, біоло-

гія, географія.

Значний прогрес у геології розпочався з появою суміжних наук.

Це геофізика, геохімія, біогеохімія, кристалохімія, палеогеографія,

які містять дані про склад, стан і властивості речовин глибоких

шарів земної кори та оболонок Землі, розташованих нижче. Особ-

ливо слід підкреслити різнобічний зв’язок геології з географією

(ландшафтознавством, кліматологією, гідрологією, гляціологією,

океанографією) у пізнанні різних геологічних процесів, які відбу-

ваються на поверхні Землі. Взаємозв’язок геології і географії особ-

ливо проявляється у вивченні рельєфу земної поверхні і закономі-

рностей його розвитку. Геологія у процесі вивчення рельєфу вико-

ристовує дані географії, а географія спирається на історію геологі-

чного розвитку і взаємодії різних геологічних процесів.

Сучасне генетичне ґрунтознавство розвинулося із геології і до-

тепер методично і методологічно пов’язане з нею. Засновник гене-

тичного ґрунтознавства В.В. Докучаєв у визначенні поняття

«ґрунт» зазначав, що це «денні», або зовнішні, горизонти гірських

порід, істотно змінені під впливом води, повітря, живих та відмер-

лих організмів. Одним із п’яти природних чинників ґрунтотворен-

ня, за В.В. Докучаєвим, є ґрунтотворна, або материнська, порода,

від якої ґрунт успадковує низку найважливіших властивостей, що

певною мірою визначають його родючість.

Вивчення геологічної будови і геологічної історії земної поверх-

ні загалом або окремої місцевості дає змогу правильно зрозуміти

генезис ґрунтів і ґрунтового покриву, просторову диференціацію

ґрунтів. Петрографія, мінералогія, кристалографія дають ґрунто-

знавцям методичні основи дослідження мінерального складу ґрун-

тів та закономірностей його формування і функціонування. Гідро-

геологія допомагає вирішувати питання формування і функціону-

вання водного режиму ґрунтів. Для пізнання генезису та еволюції

ґрунтів потрібні дані і методи динамічної геології, особливо таких

розділів, як тектоніка, вулканологія, сейсмологія. Геоморфологія

допомагає зрозуміти й оцінити рельєф у ґрунтотворенні і географії

ґрунтів. Якщо класифікувати всі природні тіла Землі на живі (жи-

ві організми) і неживі (косні: гірські породи і мінерали, магма), то

ґрунт серед них займає особливе проміжне положення, і є, за вира-

зом В.І. Вернадського,

біокосним тілом природи.

За геофізичними даними в будові Землі виділяють кілька оболо-

нок:

земну кору, мантію

та

ядро.

Предметом безпосереднього ви-

вчення геології є земна кора і підстилаючий її твердий шар верхньої

мантії —

літосфера

(від грец. λίθος — камінь).

Одним з основних напрямів у геології є вивчення речовинного

складу літосфери: гірських порід, мінералів, хімічних елементів.

Деякі гірські породи утворюються з магматичного силікатного роз-

плаву, їх називають

магматичними

; інші — шляхом осадження і

накопичення в морських і континентальних умовах, їх називають

осадовими;

ще інші — внаслідок зміни різних гірських порід під

впливом температури і тиску, рідких і газоподібних флюїдів, їх на-

зивають

метаморфічними.

Речовинний склад літосфери вивчають геологічні науки, які час-

то об’єднують під назвою

науки геохімічного циклу.

До них нале-

жать:

петрографія

(від грец. πέτρος — камінь, скеля, γράφω — пишу,

описую), або

петрологія —

наука про магматичні і метаморфічні гір-

ські породи, їх склад, структуру, умови утворення, ступінь зміни під

впливом різних чинників і закономірності розподілу в земній корі.

Літологія

— наука, що вивчає осадові гірські породи.

Мінералогія

—

наука про мінерали гірських порід.

Кристалографія

кристалохімія

займаються вивченням кристалів і кристалічного стану мінералів.

Історична геологія

вивчає історію розвитку земної кори, послідов-

ність утворення в часі різних гірських порід, які складають земну

кору.

Четвертинна геологія —

наука про відклади найпізнішого че-

твертинного періоду, який триває і досі.

Гідрогеологія

— наука про

підземні води, їх утворення, залягання, рух, властивості та умови,

які визначають використання їх у народному господарстві.

Геомор-

фологія

вивчає рельєф, його форми, походження і закони розвитку

земної поверхні.

Геохімія

— узагальнююча, синтезуюча наука про

речовинний склад літосфери, яка спирається на досягнення перелі-

чених вище наук і вивчає історію хімічних елементів, закони їх роз-

поділу і міграції в надрах Землі і на її поверхні.

Перші спроби систематизації питань вивчення земель для сільсь-

кого господарства і пошуку «каміння» датуються ХVI ст. Цар Іван IV

для вивчення кордонів Московської держави звелів «землю виміря-

ти і креслення держави зробити». Накопиченню геологічних знань

на Русі сприяв гірський промисел. У різних районах країни видобу-

вали залізні руди, слюду, сіль. Перша карта Русі «Книга, глаголе-

мая Большой чертеж» була складена наприкінці ХVI ст. Вона міс-

тила чимало відомостей про родовища корисних копалин. Виявлен-

ня численних родовищ корисних копалин і накопичення відомостей

про властивості різних руд дали змогу узагальнити одержані знан-

ня. Виникла наука про Землю — геологія.

Допетрівську епоху освоєння земних багатств один із дослідни-

ків початку ХIХ ст. назвав «Младенчество горного промысла в Рос-

сии». 1700 р. ознаменувався низкою перетворень Петра Великого:

затверджено новий календар, проведено монетну реформу, органі-

зовано «Приказ рудних дел», згодом (1716 р.) перетворений на

Берг-колегію. В указі про Берг-колегію йшлося про організацію

пошуків металів. У 1716 р. в Петербурзі було відкрито музей —

Кунсткамеру, що з часом перетворилася на Мінералогічний музей,

а в 1725 р. — організовано Академію наук, яка сприяла розвитку

наук і освіти, вивченню природних, у тім числі і мінеральних, ба-

гатств Русі.

Одним із перших членів Академії наук був великий учений-

енциклопедист М.В. Ломоносов (1711 – 1765). Він класифікував

гірські породи за походженням, висловив думку про коливальні

рухи земної кори, геологічний вік порід, походження рудних і не-

рудних мінералів, пояснив причини виникнення землетрусів.

М.В. Ломоносов створив школу дослідників, які наприкінці XVIII —

на початку XIX ст. провели енциклопедичну роботу з вивчення

природно-історичних умов великих просторів Русі. За матеріалами

академічних експедицій мінералог М.І. Кошкарьов і геолог

Г.П. Гельмерсон склали карти північної та європейської частин

Росії. Основи мінералогії як науки сформулював В.М. Севергін

(1765 – 1826).

У другій половині XVIII ст. закладаються основи теоретичної

геології, порушуються питання походження гірських порід, відбу-

ваються дискусії між нептуністами (А.Вернер, 1750 – 1817) — при-

бічниками водного походження базальтів і плутоністами

(Д. Геттон, 1726 – 1797) — прибічниками теорії утворення усіх по-

рід із магми. Завдяки працям І. Канта (1724 – 1804) та

П.С. Лапласа (1749 – 1827) виникає наукова космогонія. Розвива-

ються природничі науки. Праці Ж. Ламарка (1744 – 1829),

Ч. Лайєля (1797 – 1875) та Ч. Дарвіна (1809 – 1882) спростовують

теорію катастроф Ж.Кюв’є (1769 – 1832). Утверджується еволюцій-

ний розвиток Землі.

У 1882 р. в Росії було створено Геологічний комітет, головним

завданням якого стали систематична геологічна зйомка території

країни і складання геологічної карти. Проте через малочисель-

ність штату геологів і вкрай малі капіталовкладення за 35 років

існування було виконано зйомку всього лише 10,5 % території кра-

їни.

Після революції 1917 р. великий внесок у розвиток геологічних

наук зробили О.П. Карпинський (1846 – 1936), А.Д. Архангель-

ський (1879 – 1940), М.М. Страхов (1900 – 1952), В.М. Сукачов

(1880 – 1967), Б.Б. Полинов (1877 – 1952).

Буріння глибоких (4 – 6 км) і надглибоких свердловин на су-

ходолі, в континентальному шельфі і в морі, велике поширення

геофізики, здебільшого сейсмічних методів, привели в 1950 –

1980 рр. до революції в геології. Передові методи природничих

наук кінця ХХ ст. у поєднанні зі старим методом актуалізму

Ч. Лайєля — «теперішнє — ключ до вивчення минулого» — дали

змогу геологам зробити широкі наукові узагальнення, перейти

від якісного розшифрування явищ і процесів до кількісних ви-

значень властивостей речовин нашої планети, до кращого розу-

міння багатьох процесів, які відбуваються на інших планетах

Сонячної системи. Освоєння космосу, дані геофізики, геохімії і

сейсмології забезпечили формування нових поглядів на структу-

ру Землі, її оболонкову будову.

Все це дало змогу вченим перейти від вивчення Землі як плане-

ти у Всесвіті до дослідження властивостей самої «твердої» Землі,

привернуло посилену увагу до її планетарних чинників. В останні

25 років ХХ ст., в епоху науково-технічного прогресу, різко розши-

рилася сфера досліджень Землі у висоту — вивчення космічного

простору, в глибину — вивчення процесів, які відбуваються у глибо-

ких шарах земної кори і верхній мантії, в ширину — залучення в

геологічну будову морського дна, й особливо в часі — вивчення ран-

ніх періодів історії розвитку Землі. За допомогою засобів космонав-

тики і внаслідок розвитку усієї галузі космології — порівняльної

планетології за останні роки зроблено багато: людина побувала на

Місяці, відібрала зразки його ґрунту, на основі методів прямих без-

посередніх спостережень із використанням автоматичних приладів

розпочалися дослідження за межами нашої планети. На основі ав-

томатичних фотознімків планет Венери, Юпітера і Сатурна та ана-

лізу структур сьогодні можна зазирнути в ранні періоди історії Зем-

лі, уточнити її «обличчя».

До останнього десятиліття ХХ ст. досягнення людини у сфері

технічних і природних наук значно зросли. Триває освоєння космо-

су, розвивається космологія, космохімія і фізика, сонячна енергети-

ка, розкриваються таємниці біології. Географи і геологи досліджу-

ють високі шари атмосфери і дно Світового океану. За геохімією ізо-

топів уточнено склад ґрунтів, земної кори, метеоритів і близьких

планет, розробляються нові методи визначення абсолютного віку

геологічних формацій — руд і ґрунтів. У технології й економіці ви-

користання мінеральної сировини застосовують нові методи мало-

відходної і безвідходної технологій. У картографії складено серії

різних карт, у тім числі і глобальних: ґрунтова карта світу

В.В. Добровольського (масштаб 1 : 60 000 000), тектонічна карта

Євразії О.Л. Яншина (1 : 5 000 000).

Сьогодні перед геологічними науками стоять такі завдання:

1) з’ясувати процеси, які зумовлюють утворення багатьох видів ґру-

нтів, гірських порід, корисних копалин; 2) підвищити точність про-

гнозів стихійних явищ — землетрусів, пилових бур, ураганів, схо-

дження снігових лав; 3) розробити наукові методи запобігання не-

гативним явищам — підтопленню, спустеленню і засоленню земель,

забрудненню ландшафтів, ерозії тощо; 4) брати участь у розробці

програми екологічної безпеки країни.

Геологія має велике загальноосвітнє значення. Російський гео-

лог В.П. Обручев у 1939 р. писав: «Людина, яка не знає основ гео-

логії, подібна до сліпого. Блукаючи навколо міста чи села, вона не

розуміє всього, що постає перед її очима. Вона сприйматиме тільки

зовнішні форми, а не суть явищ. Буде бачити, але не розуміти.

Важливо, щоб кожен освічений громадянин був ознайомлений з

основами геології і розумів її роль і значення в культурному роз-

витку країни».

Забезпеченість ріллею в розрахунку на душу населення як у на-

шій країні, так і за кордоном з року в рік знижується. А це означає,

що кожен гектар ріллі має давати все більше і більше продукції.

Підвищити урожайність полів можна тільки організацією науково

обґрунтованого землеробства з використанням досягнень сучасної

науки, в тім числі геології, знань суті ґрунтотворних процесів. Тому

вивчення основ геології для спеціалістів агропромислового компле-

ксу, особливо агрономів, екологів, агрохіміків та ґрунтознавців, є

необхідним.

Запитання для самоконтролю:

Чому геологію вважають од-

нією з найважливіших наук про Землю?

Назвіть науки геохіміч-

ного циклу.

Дайте коротку характеристику основним періодам

розвитку геології як науки.

Яке загальноосвітнє значення має гео-

логія?

Розділ 1

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

ПРО ЗЕМЛЮ

1.1. ПОЛОЖЕННЯ ЗЕМЛІ І СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

У СВІТОВОМУ ПРОСТОРІ

Земля як небесне тіло не є предметом вивчення геології. Проте

щоб зрозуміти курс геології, потрібно мати загальне уявлення про її

положення у світовому просторі, оскільки на більшість процесів, які

відбуваються на Землі та в її надрах, впливає зовнішнє середовище,

що оточує нашу планету.

Досить образний опис небесних тіл, які нас оточують, навів

академік В.Г. Фесенков у книзі «Космогонія Сонячної системи».

Він запропонував уявити в просторі квадрат зі стороною 15

•10

км

(рис. 1.1). На його думку, в такий квадрат можна помістити нашу

Землю, яка має середній діаметр 12 756 км. Далі слід поступово

збільшити сторону квадрата у 100 разів. У другому квадраті зі сто-

роною 15

•10

км мають поміститися Земля та її природний супут-

ник Місяць, оскільки відстань від Землі до Місяця дорівнює

384 400 км. Місяць має порівняно невеликі розміри: його діаметр

вчетверо менший за діаметр Землі. Об’єм Місяця менший за об’єм

Землі майже в 50 разів. Щільність речовини Місяця дорівнює

3,3 г/см

, а маса — 1/82 маси Землі. Сила місячного притягання

вшестеро менша за силу земного, тому Місяць нездатний утримувати

швидкі газові молекули і тому на ньому немає атмосфери. У тре-

тьому квадраті зі стороною 15

•10

км розмістяться Сонце і три най-

ближчі до нього планети: Меркурій, Венера і Земля, відстані яких

від Сонця дорівнюють відповідно 57,94; 108,26 і 149,509 млн км.

Четвертий квадрат зі стороною 15

•10

км вмістить майже всю Со-

нячну систему: Сонце, Меркурій, Венеру, Землю, Марс, астероїди,

Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон та деякі орбіти комет. Від-

стань від Сонця до найвіддаленішої з планет — Плутона стано-

вить 5,917

•10

км.

Сонце — це величезна розпечена газова куля діаметром

1 341 тис. км, що в 109 разів перевищує діаметр Землі. Температура

його поверхні дорівнює 6000 °С, а надр, за розрахунками астрофізи-

ків, сягає 20 000 000 °С.