Основы общей и инженерной геологии. Лекции

  Наибольшая глубина океанического дна - Мариинская впадина (Н=11 км). Самая высокая горная вершина Эверест имеет высоту Н=8882 м над уровнем моря.

  Оболочки  Земли:  1. Атмосфера - газовая оболочка состоит из 3-х оболочек:

  1) Тропосфера распространена до высоты Н=18 км, содержит ¾ массы воздуха: азот N=76%, кислород О=23%, аргон Аr =1,3%. СО₂=0,04%, другие газы составляют 0,01% (Н, Не) и водяной пар. Выше увеличивается содержание водорода Н. Вес 1м³ воздуха над у.м. - 1,3 кг. Выше по барометрическому закону происходит быстрое уменьшение плотности воздуха.

    2) Стратосфера достигает высоты Н = 80 км, в ней много озона О₃, который сильно поглощает солнечную радиацию, ультрафиолетовые лучи и защищает жизнь (3О₂ 2О₃). Озоновые дыры.

    3) Ионосфера - слой весьма разреженных ионизированных газов, распространена до высоты 1000-1300 км. С ионизацией связаны полярные сияния, распространение радиоволн и другие атмосферные

    2. Гидросфера - совокупность всех вод Земли, прерывистая водная оболочка, состоящая из океанов и морей - 1370 млн. км³, подземных вод - 400 млн. км³, ледников - 30 млн. км³, организмов (Дюбуа: "жизнь - одушевленная вода") - 6 тыс. км³, реки 1,25 тыс. км³. Средняя соленость мирового океана - 3,5 %, т.е. в 1 л - 35 г соли; в Средиземном море - 3,9%, в Черном - 1,8%, в Балтийском - 5%.  Состав солей:

    1) хлориды NaCl=78%, MgCl₂=10%, KCl=2%, всего - 90%; 2 - сульфаты: MgSO₌6%, K₂SO₄=4%, СаСO₃=0,3%. Есть другие химические элементы: Fe, Si, Al, F, P и даже золото Au. В воде океанов растворено около 22 млн. км³ солей. Этот слой покрыл бы земной шар оболочкой толщиной Н=42 м.

      3. Литосфера - "земная кора" толщиной от 7 км (в океанах) до 70 км (горы), состоит из 3-х слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Толща осадочных пород (стратисфера) достигает 15-20 км.                                    

      Химический  состав поверхностных  пород: кислород - О=47,2%, кремний - Si=27,6%, алюминий - Al=8,8%, железо - Fe=5,1%, кальций - Ca=3,6%, натрий - Na=2,64%, калий - K=2,60%, магний - Mg=2,1%, водород - H=0,15%,  остальные - 0,15%.

    4. Биосфера - особая прерывистая зона распространения живых организмов в литосфере, гидросфере и атмосфере. По В.И.Вернадскому, "зона жизни" распространена в верхней части литосферы, гидросфере и нижней части атмосферы. Жизнь на суше проникает на глубину до 5 км, а в океане - до дна. На глубине более 500 м в литосфере могут существовать только анаэробные организмы. В атмосферу организмы забираются не высоко. В.И.Вернадский: "На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом". Зеленые растения способны аккумулировать солнечную энергию и на основе простых веществ неживой природы (СО₂, Н₂О и др.) создавать сложные органические соединения. Этот процесс идет в огромном масштабе. Ежегодно растения Земли образуют 380 млрд. тонн биомассы (сухое вещество). При этом усваивается 650 млрд. т СО₂, а из почвы - 5 млрд. т азота, 1 млрд. т фосфора и 10-15 млрд. т других элементов. Выделяется 350 млрд. т свободного кислорода. 

      Тепловой  режим Земли обеспечивают два источника: Солнце (внешний, дает 99,5% энергии) и внутренний источник (распад радиоактивных элементов в недрах планеты). Солнце дает на 1 см² земной поверхности в минуту 1,94 кал. Эта величина названа "солнечной постоянной".

      В верхней части земной коры выделяют три температурных зоны: 1) сезонных колебаний (до глубины 20-25 м), 2) постоянных температур (25-50 м), 3) нарастания температур (в среднем 3 градуса на 100 м, геотермический градиент), или 1 градус на 33 м (геотермическая ступень). Таким образом, на глубине 3,3 км будет 100ºС, на 12 км – 374,6ºС (критическая температур воды), 33 км – 1000ºС, 50 км – 1500ºС,  66 км - 2000ºС. В Москве  на глубине 1630 м – 41ºС, Симплтонский тоннель  в Альпах (2,7 км) – 50ºС, в Ставрополе (завод Люминофоров, в скважине глубиной 1800 м) – 90ºС, т.е. геотермическая ступень менее 30 м. В Кольской сверхглубокой скважине на глубине 12 км температура - 180ºС. Образцы, выбуренные с этих глубин, как бы взрываются, разрушаясь на отдельности. Температура вулканов  примерно 1500ºС. Лава Везувия в Помпее расплавила медные сосуды (температура плавления меди 1083ºС).

   Ниже  гранитной (SiAl) оболочки рост температур резко замедляется. В центре Земли возможна температура 3000-4000ºС. В гранитной оболочке находится основная часть урана и тория, которые изнутри разогревают Землю. Скорость их распада не зависит от изменений температуры и давления, а количество убывает с глубиной.  

      Земной  магнетизм и палеомагнетизм. Земля – гигантский магнит, имеющий два полюса (С и Ю), которые не совпадают с географическими С и Ю полюсами. Отсюда возникло магнитное отклонение. Природу земного магнетизма объясняют перемещением расплавленной магмы, обладающей электропроводностью  и движением электрического тока в ионосфере. Местные магнитные аномалии (КМА, Тургайское месторождение) связаны с залежами магнитного железняка.

      Палеомагнетизм и плавание магнитных полюсов в течение истории Земли.

      Происхождение Земли – проблема в естествознании наравне с происхождением жизни на Земле и происхождением человека. Крупнейший астроном и географ древности Клавдий Птолемей – автор «Географии» считал, что Солнце, звезды и планеты вращаются вокруг Земли, которая является центром Вселенной. Эту геоцентрическую гипотезу очень долго поддерживали религии всего мира. Лишь в 16 веке великий польский астроном Николай Коперник (1473-1543) математически развил гелиоцентрическую систему. Его последователями стали Джордано Бруно, Галилей, Кеплер, Ньютон. По учению Дж. Бруно, Вселенная бесконечна, у нее нет центра. Солнце, звезды и планеты вращаются по своим орбитам и вокруг своих осей, а жизнь может быть и на других планетах. Это учение католическая церковь назвала «ересью». Дж. Бруно был сожжен как еретик на костре в Риме в 1600 г. Галилея инквизиция заставила отказаться от этих взглядов. Галилей впервые посмотрел на небо через зрительную трубу с увеличением 35 крат, На Луне увидел глубокие впадины, горы и равнины, на Солнце обнаружил пятна и убедился, что оно вращается, открыл 4 спутника Юпитера, установил, что Млечный путь на небе состоит из бесконечного множества звезд, т.е. показал безграничность Вселенной.  Кеплер установил, что орбиты планет не окружности, а эллипсы (Коперник ранее считал их круговыми). Ньютон открыл закон всемирного тяготения, объясняющий движение небесных тел, т.е. основной закон небесной механики. Но он считал Солнце …обитаемым.

 В 1755 году нем. философ  Эммануил Кант и  затем в конце 18 века независимо от него фр. ученый Лаплас предположили, что Земля и Солнце возникли из раскаленной газовой туманности. До них, в начале 18 века наш великий Ломоносов – зачинатель многих наук, в т. ч. и геологии, стал утверждать, что не только Солнце, но и Земля была раньше раскаленным телом, а землетрясения и горообразование – результат внутреннего жара Земли.

       Гипотеза  Лапласа не смогла объяснить многие явления в Солнечной системе и была оставлена.  В 1901 г. Мультон и Чемберлен объяснили происхождение планет за счет вещества Солнца, вытянутого из него проходящей близко звездой. Солнечный протуберанец распался на отдельные сгустки-планеты. В 30-г.г. эту гипотезу попытался улучшить англ. ученый Джинс, но был раскритикован советским ученым  Парийским. 

      Сейчас  наиболее обоснованной научной гипотезой, по крайней мере у нас, считается гипотеза акад. О.Ю.Шмидта (1944). Его «Четыре лекции о происхождении Земли» (1957)… По О.Ю.Шмидту, планеты образовались из межзвездной метеоритной пыли, через которую прошло Солнце. Рой пыли в космосе не редкость. Эта гипотеза впервые объяснила, почему  момент вращения на 98 % сосредоточен в планетах, а масса на 99 % в Солнце. Гипотеза хорошо обоснована математически (см. В.С.Сафронов. Происхождение Земли, М.: Знание,1987). Земля, По Шмидту, сначала не была раскалена, а получила тепло от Солнца и от ударов метеоритов. Сейчас основным источником  внутреннего тепла Земли считается распад радиоактивных урана, радия и тория и переход их в свинец и гелий.  Краткий обзор гипотез происхождения Солнечной системы, звезд и планет показывает, что этот вопрос еще далек от полного разрешения.

      Проблема  происхождения и развития Земли  тесно соприкасается с проблемой возникновения и развития жизни на Земле. Начиная с буддийской, все религии и большинство ученых поддерживают миф о множественности миров. Фалес (древнегреческий философ) учил, что звезды и Земля состоят из одного и того же вещества. Анаксимандр (философ) утверждал: миры возникают и разрушаются. Анаксагор  был один из первых приверженцев гелиоцентрической гипотезы и считал, что Луна обитаема и повсюду рассеяны невидимые «зародыши» жизни, являющиеся причиной возникновения всего живого. Извечность жизни (панспермия) многократно высказывалась многими учеными и философами. Римский философ Лукреций Кар в своей знаменитой книге «О природе вещей» писал: «Весь этот видимый мир вовсе не единственный в природе, и мы должны верить, что в других областях пространства имеются другие земли с другими людьми и другими животными».  Джордано Бруно: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как наши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца… На этих мирах обитают живые существа». Эту же идею поддерживали Гюйгенс, Вольтер, Ломоносов, Кант, Лаплас, а в начале 20 века Аррениус и наш Циолковский: «Вероятно ли, чтобы Европа была населена, а другая часть света нет? … Все фазы развития живых существ можно видеть на разных планетах. Чем было человечество несколько тысяч лет тому назад и чем оно будет по истечении миллионов лет – все можно отыскать в планетном мире». Древний романтичный миф о множественности миров сильно разрушил наш ученый Шкловский Иосиф Иммануилович. В его книге «Вселенная, жизнь, разум», изд. 3-е, 1973, проводится мысль об уникальности и неповторимости жизни на планете Земля, что должно повысить ответственность человечества за сохранение жизни в духе учения о ноосфере  В.И.Вернадского … А.Д.Сахарова.

       О посещении Земли инопланетянами…  Истоки этой идеи – события в  Библии и пока непонятные творения древних на Земле. Но все находит  свое объяснение. Стальная нержавеющая  колонна в Индии оказалась чудом порошковой металлургии. Библейские легенды имеют вавилонские корни… Периодические сенсации вокруг непонятных явлений – «реникса – чепуха», пока их природу не объяснит наука.