Тихоненко Д.Г. Геологія з основами мінералогії

Подождите немного. Документ загружается.

Гранітний шар

переважно складений магматичними і метамор-

фічними породами, у складі яких переважають алюміній і силіцій.

Середній вміст кремнезему в цих породах перевищує 60 %, тому во-

ни належать до кислих. Щільність цих порід від 2,65 до 2,80 г/см

Потужність гранітного шару неоднакова. Найбільша його потужність

(50 – 70 км) під сучасними гірськими хребтами (Памір, Альпи). Під

океанічними западинами, наприклад на дні Атлантичного та Індій-

ського океанів, цей шар або зовсім відсутній, або його потужність

дуже незначна.

Базальтовий шар —

залягає безпосередньо під гранітним. По-

тужність його коливається від 5 до 30 км. За хімічним складом і

фізичними властивостями речовина цього шару наближається до

базальтів, тобто до оснóвних порід, в яких кремнезему міститься

значно менше, ніж у гранітах. Щільність речовини базальтового

шару зростає до 3,32 г/cм

. Нижню межу його вважають межею

земної кори, яку інколи називають

межею Мохоровичича

(за

йменням югославського вченого, який вперше встановив її).

Земна кора під

деякими океанами

складається з мало-

потужного осадового

шару, під яким за-

лягає базальтовий

шар потужністю 5 –

15 км. Континенти

зазвичай складені

усіма трьома шара-

ми: осадовим, грані-

тним і базальтовим,

а потужність земної

кори 40 км і більше.

Мантія — насту-

пна за земною корою

геосфера. Іноді її

називають підкоро-

вим субстратом або

проміжною геосфе-

рою. Потужність ман-

тії велика — 8 –

2900 км. На основі

вимірювання швид-

кості поширення по-

здовжніх сейсмічних

Рис. 1.8. Схема внутрішньої будови Землі

хвиль в її товщі виділяють три шари (рис. 1.8): верхній

(на глиби-

ні від 8 до 400 км), перехідний

(на глибині від 400 до 900 км) і

нижній

(на глибині від 900 до 2900 км).

Шар В,

або

верхня мантія

, складається в основному із залізисто-

магнезіальних силікатів типу оливіну і піроксену. Лужна базальто-

ва лава, яка підіймається зі значних глибин, іноді захоплює і вино-

сить на поверхню окремі уламки речовини мантії, які за складом

відповідають ультраоснóвним породам. Із верхньою мантією

пов’язані явища вулканізму, більшість землетрусів та тектонічні

процеси.

перехідному шарі С

тиск досягає 24,6 ГПа. Тому речовина, яка

входить до його складу, перебуває у твердому стані і має щільність

4,68 г/см

Нижній шар D,

на думку вчених, має однорідний склад і містить

речовини, багаті на оксиди заліза, магнію і меншою мірою на алю-

міній і титан. Щільність речовини в ньому коливається від 5,69 до

9,40 г/см

Межа між мантією і ядром проходить на глибині 2900 км, де за-

ломлюються і частково відбиваються поздовжні сейсмічні хвилі.

Ядро. За розрахунками вчених, щільність ядра Землі має

відповідати щільності заліза за відповідного тиску. Тому значно-

го поширення набула гіпотеза про залізисто-нікелевий склад

ядра, який виявляє магнітні властивості. Такий склад ядра пояс-

нюють первинною диференціацією речовини за щільністю. Поряд

із цією гіпотезою визнається гіпотеза про ідентичність речовини

ядра, яке знаходиться в особливому, начебто «металізованому»

стані, і речовини мантії. Надвисокий тиск всередині ядра галь-

мує плавлення його речовини, надаючи їй властивостей важких

металів.

Ядро Землі поділяють на внутрішню і зовнішню частини (див.

рис. 1.8). У зовнішньому ядрі тиск досягає 150 ГПа, а щільність ре-

човини — 12 г/см

. Поздовжні сейсмічні хвилі проходять ядро зі

швидкістю від 8,1 до 10,4 км/с, всередині його — зі швидкістю до

9,5 км/с.

У внутрішньому ядрі тиск досягає 350 ГПа, а щільність речови-

ни — 17,3 – 17,9 г/см

. Можливо, підвищення щільності речовини

тут пов’язане з руйнуванням під впливом високого тиску електрон-

них оболонок у деякої частини атомів та їх зближенням.

Запитання для самоконтролю:

Коротко схарактеризуйте

положення Землі і Сонячної системи у Світовому просторі.

Які

планети належать до планет земного типу? Дайте їх характеристи-

ку.

В чому полягає суть космогонічних гіпотез Канта, Лапласа,

Шмідта, Фесенкова?

Дайте загальну характеристику планети

Земля (форма, розміри, будова).

Назвіть і схарактеризуйте зовнішні сфе-

ри Землі.

Що ви знаєте про внутрішні сфери Землі?

Розділ 2

ГЕОЛОГІЧНІ

ПРОЦЕСИ

2.1. ПОНЯТТЯ ПРО ЕНДОГЕННІ

ТА ЕКЗОГЕННІ ПРОЦЕСИ

Земна кора упродовж усього існування планети неодноразово

змінювала свій зовнішній вигляд. При цьому змінювалися як її бу-

дова, так і склад гірських порід.

Зміна зовнішнього вигляду відбувалась і відбувається досі вна-

слідок перебігу геологічних процесів, які виявляються по-різному.

Деякі йдуть повільно, мільйони років, інші бурхливо (землетруси,

виверження вулканів тощо).

Джерелом енергії геологічних процесів є тепло Сонця та розпаду

радіоактивних елементів, обертання Землі навколо власної осі, гра-

вітаційна диференціація речовин Землі тощо.

Залежно від джерела енергії всі геологічні процеси поділяють на

ендо- та екзогенні. Джерелом енергії

ендогенних

процесів є внут-

рішня енергія Землі, а джерелом

екзогенних

— зовнішня, що над-

ходить із-за меж Землі.

За рахунок ендогенних процесів у середині земної кори перемі-

щується і виливається на поверхню Землі магма; розриваються гір-

ські породи або утворюються складки (деякі ділянки підвищуються,

інші — знижуються) — виникають гірські хребти та западини.

Екзогенні процеси, навпаки, вирівнюють форми рельєфу, утво-

рені ендогенними силами. Споконвічно на гірські породи на по-

верхні Землі діють: коливання температури, гази та пара, що є в

повітрі; організми, які в процесі своєї життєдіяльності виділяють

ферменти, утворюють слабкі і сильні (органічні і мінеральні) кисло-

ти, луги. Внаслідок дії цих агентів гірські породи руйнуються (ви-

вітрюються) й утворюють на поверхні літосфери стійку в умовах зем-

ної поверхні

кору вивітрювання

. На цю кору діють інші екзогенні

чинники: вода, що тече, лід, вітер тощо. Вони переміщують продук-

ти вивітрювання, виконують акумулятивну та руйнівну роботу, від-

кривають нові горизонти літосфери для вивітрювання.

Сучасна лінія океанів і материків, весь сучасний рельєф земної

кулі склався внаслідок одночасної дії внутрішніх та зовнішніх сил.

2.2. ПРОЦЕСИ ВНУТРІШНЬОЇ ДИНАМІКИ

До процесів внутрішньої динаміки належать:

рухи земної кори

(тектонічні рухи), які виявляються як у пові-

льних коливаннях, так і в зміні положення шарів гірських порід та

суцільності їх маси; розривні рухи супроводжуються різними стру-

сами окремих ділянок земної кори;

магматизм

(проникнення в земну кору та вихід на її поверхню

розплавленої маси магми чи лави);

метаморфізм

2.2.1. Тектонічні рухи земної кори

Переміщення речовини Землі, яке призводить до зміни форми за-

лягання гірських порід, зумовлене дією внутрішніх сил і частково

силою тяжіння, називають

тектонічними рухами

. До цих рухів не на-

лежать переміщення поверхневих гірських порід, зумовлені зсувами,

завалами, підземними та проточними водами, дією льодовиків.

Тектонічні рухи земної кори поділяють на

коливальні

, або

епей-

рогенічні

, та

складчасті

розривні

, або

орогенічні

. Всі тектонічні

рухи взаємозв’язані.

Коливальні рухи

земної кори є найпоширенішими. Земна кора, з

першого погляду, дуже міцна. Проте в багатьох місцях вона руха-

ється і зазнає вікових коливань, які складаються з дуже повільних

підіймань і знижень. Зміна положення берегової лінії морів та оке-

анів, яка викликається коливальними рухами, призводить до зни-

ження материка (

трансгресія

). При цьому море затоплює великі ді-

лянки суходолу, річкові долини (

інгресія

У разі підіймання материка розміри континентів збільшуються

(

регресія

). Саме через це американський геолог Джильберт (1890)

назвав ці рухи

епейрогенічними

(від грец. ήπείρος — суходіл, γένος —

походження; рухи, які утворюють континенти).

Про підіймання тієї чи іншої ділянки свідчать стародавні тераси

на узбережжях морів та океанів. Вони мають форму уступів, що

утворилися в берегах під дією морського прибою. На цих терасах

можна знайти гальку і рештки морської фауни, які означають ви-

щий рівень моря в стародавні часи. Так, на узбережжі Кавказу на

різних ділянках налічується 4 – 5 терас.

Вікові коливання земної кори йдуть постійно, відбуваються вони

і в наші часи. Встановлено, що значні частини територій Естонії,

Латвії, Литви, Білорусі, західних районів України підіймаються.

Швидкість підіймання у цих районах — 9 – 15 мм на рік. Приблиз-

но з такою самою інтенсивністю підіймається Середньоросійська

височина, Полісся, Донбас, Криворіжжя. Район Донбасу з 1920 по

1948 р. підіймався зі швидкістю 10 мм за рік. Знижується територія

Голландії. Нині 2/5 її площі знаходиться нижче рівня верхньої точ-

ки припливу Північного моря і тільки дамби, дренажні канали та

насосні станції запобігають вторгненню океану.

Знижуються також південний берег Англії, території Каліфорнії,

центральної частини Північної Америки, частина західного узбе-

режжя Африки, територія Південного Китаю, береги Австралії. Ни-

ні берег Неаполітанської затоки в районі міста Поццуолі знижуєть-

ся приблизно на 2 см за рік.

Вікові коливання вимірюються сантиметрами або дециметрами

за століття. Проте за величезні періоди часу вони призводять до пе-

реміщення цілих материків та океанів. Таке переміщення конти-

нентів повторювалось багато разів упродовж історії Землі, сучасні

материки неодноразово підіймались і опускались, на тривалий час

вкривалися водою і ставали дном океану.

Вікові коливання мають велике значення для господарської дія-

льності людини. Підіймання викликають посилення ерозії, перебу-

дову гідрографічної мережі, з’являються нові форми рельєфу. Такі

підіймання та зниження потрібно враховувати при будівництві гід-

ротехнічних та іригаційних споруд, морських портів, каналів, гідро-

станцій, металургійних заводів тощо. Спорудження цих об’єктів без

урахування коливальних рухів може призвести до непередбачува-

них ускладнень.

Коливальні рухи слід враховувати також під час пошуку корисних

копалин, бо вони мають велике значення для утворення потужних

осадових відкладів та формування корисних копалин, зокрема наф-

ти, вугілля, солей, коштовного каміння, благородних металів.

Орогенез

. Вікові коливання літосфери не змінюють будову земної

кори та її поверхні. Інший характер мають процеси, які розривають

та зминають земну кору. Внаслідок цих процесів на поверхні Землі

з’являються гори і западини.

Для осадових гірських порід, які становлять більшість поверхні

земної кори, нормальним є горизонтальне залягання пластів. Таке

положення зумовлене тим, що осади, які формуються в основному в

морських басейнах, відкладаються на рівну поверхню. Потужність

шарів може бути від кількох міліметрів до кількох метрів (найчас-

тіше 2 – 3 м). У горизонтальному напрямку шар може простягатись

на багато кілометрів. Шари в осадовій товщі за літологічним скла-

дом можуть бути однорідними або різнорідними.

Первісні форми залягання гірських порід не залишаються не-

змінними, а порушуються під впливом тих чи інших геологічних

чинників. Порушення можуть виникати під дією як ендогенних, так

і екзогенних сил.

Дислокації

(від

дис

... лат. locus — зміщення),

пов’язані з ендогенними процесами, зумовлені тектонічними та ма-

гматичними процесами. Залежно від характеру тектонічні пору-

шення поділяють на

складчасті

розривні

Головним видом складчастого порушення є

зминання

— вигин

шару пластичних порід. Викликається воно складними рухами, які

призводять до деформації порід. Складки засвідчують дуже інтен-

сивні рухи земної кори, які й утворюють гірські кряжі. Такі рухи

могли здійснюватись за умови величезних напружень на цих діля-

нках Землі за рахунок бічного тиску, який діє по дотичній до земної

поверхні.

Так утворилася більшість гір. Це Кавказ, Гімалаї, Анди, Піренеї

та ін. Всі вони є складчастими. Утворювались ці гори в різні епохи.

Рис. 2.1. Форми тектонічних дислокацій гірських порід:

а —

похиле (моноклінальне) залягання пластів;

— складка;

— скид;

— зсув;

—

грабен;

— горст;

— насуви;

— неузгоджене залягання пластів;

–

— поверхня

породи (штриховою лінією зображено уявне положення пластів до їх руйнування);

—

синкліналь;

— антикліналь;

— осьова поверхня складок;

— поверхня скиду;

—

амплітуда скиду;

— відповідно складчастий

та бриловий насуви;

–

— межа

неузгодження;

— верхня непорушена світа;

— нижня дислокована світа пластів

До стародавніх належать Скандинавські, Шотландські гори. Пізні-

ше утворилися Урал, Алтай, Тянь-Шань. Добре видно складки ли-

ше у молодих хребтах Кавказу, Альп, Гімалаїв. У давніх горах

складки знищені подальшими геологічними процесами.

Ступінь зминання гірських порід різний: від слабко вигнутих

до сильно зміщених або розірваних. Це залежить від гірських по-

рід. Розміри складок, їх форма дуже різні. Складки, вигнуті дого-

ри, називають

антиклінальними

, а ввігнуті —

синклінальними

Кожна складка має

замок

— місце перегину шарів гірських порід,

вісь

— лінію перетину осьової поверхні складки з поверхнею Зем-

лі,

крила

— частини пласта, які утворюють перегин і йдуть вниз

або вгору.

Поверхня, яку можна провести через замок і вісь складки, є

осьо-

вою

. За положенням осьової поверхні розрізняють

плоскі

(симетрич-

ні),

округлі

(асиметричні) та

лежачі складки

Різні форми залягання порід утворюють у корі структури, в яких

розміщуються родовища корисних копалин (газ, нафта) та басейни

артезіанських вод.

Складчасті рухи відбуваються відносно швидко і викликають

різкі зміни залягання гірських порід, утворення гір. Цьому проце-

су сприяють повільне зминання пласта порід та їх пластичність —

здатність зберігати форму після того, як сили, що викликали

деформацію, перестають діяти, тобто пластичні деформації необо-

ротні.

Усі деформації, які викликають зминання шарів, залежно від

напрямку дії сил можна поділити на дві групи:

вертикальні

бічні

Сили, які діють вертикально вгору або вниз, викликають розтягу-

вання шарів, при цьому виникають флексури, тріщини. Бічні сили

спричинюють стиснення шарів, внаслідок чого у пласти проникає

магма.

Гірські породи деформуються в глибоких шарах, де через високі

температури та тиск вони пластичніші. Розрізняють два типи де-

формацій: плікативні та розривні.

Плікативні

деформації

найчас-

тіше відбуваються в галоїдних глинистих породах, коли діючі сили

недостатні для розриву пластів. У цьому разі виникає складка з

розтягненням шарів порід (флексура).

Розривні

деформації

можуть

бути без переміщення або з переміщенням шарів.

Зміщення гірських порід по вертикалі з опусканням одного плас-

та відносно іншого називають

скидом

. Скидові тріщини інколи

є шляхами, по яких із глибин підіймаються гази, нафта, підземні

води.

Амплітуда скидів змінюється від кількох сантиметрів до кількох

сотень метрів. Простягаються вони від одиниць до десятків і сотень

кілометрів. Блоки, які знаходяться між розривами, можуть перемі-

щуватись в одному напрямку (часом із різною швидкістю) або одні

блоки можуть підійматись, а інші — опускатись. Опущені блоки на-

зивають

грабенами

, підняті —

горстами

Грабен

(від нім. Graben — рів, канава) — це витягнута западина

часто великих розмірів. У грабені лежить озеро Байкал, чимало рі-

чкових долин Тянь-Шаню. Система великих грабенів є в Східній

Африці, Ісландії, на Камчатці. Грабени на дні океанів— це підводні

долини.

Горсти

(від нім. Horst — гніздо) — підвищені ділянки земної по-

верхні, обмежені скидами. Горсти значно поширені на Тянь-Шані,

де вони утворюють хребти. Багато горстів у Забайкаллі.

Гори, що виникли внаслідок скидів, можуть мати великі розміри.

До таких гір належать Жигулі в Росії, Шваргувальд у Німеччині,

Вогези у Франції.

Глибинні розломи.

Крім розривів та скидів у земній корі трап-

ляються величезні розломи, які сталися на початку її розвитку і на-

лічують мільярди років. Ці розломи сягають глибини близько

800 км, тому і названі глибинними. Вони можуть бути завдовжки

кілька тисяч кілометрів. Вся земна кора поділена ними на величез-

ні (приблизно прямокутні) блоки. Деякі з них дуже повільно піді-

ймаються або опускаються один відносно одного. За рахунок такого

переміщення на одних ділянках складаються умови для накопи-

чення потужних пластів осадових порід, на інших — для інтенсив-

ного їх знесення. За рельєфом глибинні розломи виражені різкою

зміною гір і западин (низин). З глибинними розломами пов’язані

пояси оснóвних та ультраоснóвних інтрузій і ефузій, часто багаті

ділянки мінералізації та накопичення руд.

Глибинні розломи виявлено у багатьох місцях на всіх континен-

тах: на Уралі, Тянь-Шані в Казахстані, Українському щиті, островах

Японії, Нової Зеландії, у Східній Африці, Східному Сибіру тощо.

Рис. 2.2. Складні горст (

) і грабен (

)

Глибинні розломи простягаються і по дну океанів: поблизу Ку-

рило-Камчатської западини, в Тихому й Атлантичному океанах.

Однак ще й досі не з’ясовано питання, як саме і за рахунок яких сил

утворилися ці розломи. Їх виникнення пов’язують або з розширен-

ням надр земної кулі під впливом радіоактивного розігрівання, а в

зв’язку з цим — розтягненням та розтріскуванням верхніх шарів

Землі, або з напруженнями, які виникають внаслідок нерівномірно-

го обертання Землі навколо власної осі.

2.2.2. Землетруси

Поряд із повільними рухами земної кори в природі трапляються

сильні різкі рухи, названі землетрусами.

Під землетрусами, або сейсмічними явищами, розуміють різкі

струси земної кори, зумовлені дією підземних сил.

Земна кора постійно зазнає струсів, але людина відчуває лише

частину з них. Слабкі землетруси відбуваються безперервно (пере-

січно один землетрус кожні 5 хв).

Для вивчення і реєстрації землетрусів в усіх країнах запрова-

джено сейсмічну службу. Сейсмічні станції обладнані сучасною, ду-

же точною апаратурою. Прилад, який реєструє землетруси, назива-

ють

сейсмографом.

Серед декількох мільйонів землетрусів, які фіксують сейсмічні

станції за рік, у середньому понад 100 руйнівних і один — катаст-

рофічний. Останній призводить до миттєвих руйнувань (Ашгабад,

Хаїт, Ташкент, Японія, Вірменія, Сахалін та ін.).

Рис. 2.3. Обвальний землетрус