Реферат: геокриологические процессы центральной якутии

Что изучает геология?

Геология — наука, которая изучает твердую Землю, окаменелости и горные породы, из которых она состоит, а также все процессы, влияющие на ее формирование и изменения с течением времени. Но геология не ограничивается лишь Землей — анализ горных пород других планет, спутников или иных небесных тел также входит в ее компетенцию.

На современном этапе развития геология охватывает многие географические науки — гидрологию, метеорологию, климатологию и другие — поэтому она считается одной из основных дисциплин, изучающих планету.

Геология пытается познать то, что находится на поверхности Земли, но еще и то, что скрыто под ней, а также все процессы, влияющие на эту сложную систему. Наука разрабатывает методы, с помощью которых можно определять возраст найденных пород и их историю. Комбинируя эти инструменты, геологи могут вести хронологию геологической истории Земли в целом, а также определять возраст нашей планеты и все глобальные изменения, которые в нем происходили.

Что изучает геология?

Благодаря геологии нам известны основные движения тектонических плит, происходивших в процессе эволюции планеты, основные ступени развития жизни и прошлые климатические зоны, царившие на Земле.

Геологи используют широкий спектр методов для понимания структуры и эволюции планеты, включая:

• полевые работы;
• описание пород;
• геофизические методы;
• химический анализ;
• физические эксперименты;
• математическое моделирование.

С практической точки зрения геология важна для разведки и эксплуатации минеральных и углеводородных ресурсов, оценки водных ресурсов, понимания природных опасностей, устранения экологических проблем и предоставления информации о прошлых изменениях климата. Геология является основной академической дисциплиной.

Перерывы эрозионных циклов.

Отмеченная последовательность эрозионных процессов справедлива в отношении материков и океанических бассейнов, находящихся в статических условиях, однако на самом деле они подвержены многим динамическим процессам. Эрозионный цикл может быть прерван под влиянием изменений уровня моря (например, в связи с таянием ледниковых покровов) и высоты материков (например, в результате горообразования, разломной тектоники и вулканической деятельности). В Иллинойсе (США) морены перекрыли зрелый доледниковый рельеф, придав ему типичный молодой облик. В Большом каньоне Колорадо перерыв эрозионного цикла был обусловлен поднятием суши до отметки 2400 м. По мере поднятия территории р.Колорадо постепенно врезалась в свою пойму и оказалась ограниченной бортами долины. В результате этого перерыва образовались наложенные меандры, свойственные древним долинам рек, существующих в условиях молодого рельефа (рис. 5). В пределах плато Колорадо меандры врезаны на глубину 1200 м. Глубокие меандры р.Саскуэханна, которые прорезают горы Аппалачи, также свидетельствуют о том, что этот район некогда представлял собой низменность, которую пересекала «дряхлая» река.

Рельеф

Рельеф

Рельеф это особенность земной поверхности, которая является частью местности. Горы, холмы, плато и равнины — это четыре основные формы рельефа. Незначительные же типы включают в себя долины, каньоны, долины и бассейны.

Движение тектонических плит под Землей может влиять и создавать новые формы рельефа местности, поднимая горы и создавая холмы. Эрозия, вызванная водой и ветром, может изнашивать землю и создавать такие рельефы, как долины и каньоны. Оба процесса происходят в течение длительного периода времени, иногда такие явления могут занимать миллионы лет.

Фактически, реке Колорадо потребовалось 6 миллионов лет, чтобы создать Большой Каньон в американском штате Аризона. Длина Большого каньона составляет 446 километров.

Самым высоким рельефом на Земле является гора: гора Эверест, которая находится в Непале. Она имеет высоту 8 850 метров над уровнем моря. Это часть Гималаев, которые находятся на территории несколько стран Азии.

Рельеф также проявляется и под водой в виде горных цепей и бассейнов на морском дне. Марианская впадина, самая глубокая форма рельфа на Земле, она находится в южной части Тихого океана.

Физико-геологический процесс

Физико-геологические процессы и явления, связанные с сезонным промерзанием грунтов, а также с островной многолетней мерзлотой, широко развиты в пределах низменностей, приуроченных к впадинам и наиболее широким участкам речных долин.
 

Развитие современных физико-геологических процессов обусловлено составом слагающих пород, климатическими условиями и структурно-тектоническими особенностями региона.
 

Характер пустот горных пород зависит от минералогического состава последних и физико-геологических процессов, определяющих природу сцеплений между частицами, формирование свойств горных пород и их дальнейшее изменение.
 

Инженерно-геологическая съемка по трассе газопровода начинается с изучения геоморфологии и физико-геологических процессов в полосе шириной 0 5 км, а затем уже производится более детальное выявление характера грунтов и их напластования с закладыванием шурфов и скважин.
 

Устойчивость различного рода сооружений в карстовых районах зависит от постоянно происходящих в пластах горных пород физико-геологических процессов, вызывающих изменение условий равновесия и устойчивости сооружений.
 

Снежно-каменные лавины приносят значительный ущерб народному хозяйству и способствуют усилению паводковой и селевой деятельности и некоторых других физико-геологических процессов.
 

Неблагоприятными в сейсмическом отношении условиями площадки являются местности с обрывистыми берегами и оврагами, ущелья, сильная нарушенность пород физико-геологическими процессами, близкое расположение линий тектонических разрывов.
 

К неблагоприятным условиям следует также отнести следующее: сильно расчлененный рельеф трассы ( обрывистые берега, овраги и др.); выветренность и нарушенность слагающих пород физико-геологическими процессами; близкое расположение тектонических разрывов, насыпные грунты и участки с оползневыми явлениями, горными выработками, опасные в отношении карстовых явлений, осыпей, обвалов и селевых потоков.
 

Изучают состав, мощность и условия залегания донных отложений ( мощность слабых илистых и рыхлых несвязных грунтов, глубину залегания плотных грунтов и скальных пород), физико-геологические процессы и явления.
 

В результате инженерно-геологических изысканий получают данные, характеризующие геоморфологию участка, геологическое строение, литологический состав грунтов и их физико-механические свойства, гидрогеологические условия, характер и интенсивность физико-геологических процессов.
 

В то же время в практике строительства имеется много примеров качественного строительства довольно сложных инженерных сооружений в очень неблагоприятных инженерно-геологических условиях, обусловленных как распространением засоленных, водонасыщенных грунтов, так и развитием тех или иных физико-геологических процессов.
 

В отчетных материалах кроме детальной инженерно-геокриологической и гидрогеологической характеристик участков трассы на базе прогнозирования температурного режима грунтов должны быть даны окончательные рекомендации по наиболее приемлемым с геокриологической точки зрения способам прокладки магистрального трубопровода и заключение о возможности возникновения мерзлотных физико-геологических процессов, опасных для нормальной эксплуатации трубопровода в зоне мерзлоты.
 

Специфические изменения окружающей среды происходят при хозяйственном освоении северных районов. Нарушение условий теплообмена приводит к развитию криогенных физико-геологических процессов, таких, как термокарст, криогенное пучение, термоэрозия и другие.
 

Настоящий том является составной частью многотомной монографии Инженерная геология СССР. Они различаются историей своего развития, геологическим строением и своеобразием физико-геологических процессов и явлений.
 

ЛЬДОВ ОСТРОВА КОТЕЛЬНЫЙ

Палеогеокриологические позднеплейстоценовые и голоценовые реконструкции острова Котельный основаны на изотопно-кислородном анализе сингенетических повторно-жильных льдов. Показано, что значения 18О позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов изменяются существенно, вариации 18О превышают 8‰ (от –30‰ до –22.9‰), а в голоценовых – не более 1.5‰ (от –23.1‰ до –21,6‰). Значения среднеянварских температур менялись более чем на 10-12оС. Среднегодовая температура мерзлых грунтов в позднем плейстоцене составляла около –19, –20 оС, а в голоцене около –13, –15оС, при современной около –14оС.

ГЛАВА 10ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МЕРЗЛОЙ ЗОНЕ ЛИТОСФЕРЫ

§1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ДАННЫЕ О МЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Мерзлыми горными породами называются такие, характерными признаками которых являются нулевая или отрицательная температура и присутствие в них льда, заключающегося в порах и трещинах («Основы геокриологии», 1959). Почти на всей территории Советского Союза в зимний период самый верхний слой земной коры охлаждается до отрицательных температур, а подземная вода, содержащаяся в нем, полностью или частично превращается в лед, цементируя частицы горной породы и почвы. В весенне-летнее время горные породы и почвы оттаивают, принимают положительную температуру, а лед переходит вновь в жидкое состояние. Такой процесс повторяется ежегодно. Глубина сезонного промерзания горных пород в зимнее время и длительность этого явления на территории Советского Союза различны и тесным образом связаны с особенностями климата. На наибольшую глубину (до 2 – 3 м, редко до 4 м) отрицательные температуры проникают в северной части Восточной Сибири, где они сохраняются значительную часть года, а в южных районах они захватывают лишь несколько верхних сантиметров почвы и удерживаются очень короткое время. Этот верхний слой сезонного промерзания является наиболее динамичным и составляет так называемый деятельный слой.

Но издавна известно, что на огромных пространствах Сибири и Северной Америки на некоторой глубине от поверхности, ниже сезонномерзлсго слоя (или слоя сезонного промерзания), находятся мерзлые горные породы, никогда не оттаивающие летом и достигающие местами значительной мощности. Эта мерзлота существует десятки тысячелетий и, по-видимому, формировалась в иных, значительно более суровых климатических условиях, существовавших в четвертичный период. Доказательством древности мерзлоты в Сибири является нахождение в мерзлых горных породах трупов вымерших животных – остатков мамонтов, шерстистого носорога и других, у которых сохранился не только скелет, но и неразложившиеся мягкие части тела. Удовлетворительная сохранность тел вымерших млекопитающих свидетельствует о том, что мерзлота существовала еще тогда, когда эти животные населяли Сибирь, и удерживается до наших дней.

В отличие от сезонной мерзлоты, это явление получило условное название «вечной мерзлоты», достаточно широко распространенное в литературе. Однако, исходя из диалектического понятия об изменчивости природных процессов во времени, многие исследователи считают термин «вечная» малоприемлемым.

В обобщающей работе «Основы геокриологии», составленной большим коллективом авторов и опубликованной Институтом мерзлотоведения АН СССР в 1959 г., этот тип мерзлых горных пород предлагается называть многолетнемерзлыми горными породами, а зону распространения их – мерзлой зоной литосферы, или криолитозоной (греч. κρυος – холод; σφαιρα – сфера, шар), что указывает на связь отрицательной температуры горных пород и твердого состояния воды, заключенной в них.

Наука о закономерностях формирования, распространения многолетней мерзлоты и о процессах, происходящих в этой зоне, называется мерзлотоведением, или геокриологией.

§2 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И МОЩНОСТЬ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Многолетнемерзлые горные породы имеют широкое развитие, и площадь их распространения составляет около 25% всей суши земного шара и около 47 – 48% площади СССР, или около 10 – 10,7 млн.км2.

Отложения, связанные с деятельностью подземных вод

Фильтрующиеся подземные воды приводят к изменению пород, слагающих водоносные горизонты. Палеоводоносные горизонты после отмирания представляют собой относительно маломощные пласты (метры – первые десятки метров), несущие отчётливые следы интенсивных преобразований под действием подземных вод. Наиболее характерны проявления палеоводоносных горизонтов в виде ожелезнёных, омарганцованных, окремнённых, сульфатных пород, осветлённых полос в красноцветных толщах, реже обогащённых баритом или целестином горизонтов, расположенных среди водоупорных толщ иного состава. Специфичные породы, свойственные палеоводоносным горизонтам – это кольматолиты (франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), образующиеся путём вмывания глинистых и коллоидных частиц в водопроницаемые породы (обычно кольматации подвергаются пески).

Большая группа отложений связана с отложением вещества, поступающего с инфильтрующимися (просачивающимися) в зоне поверхностного гипергенеза подземными водами. Продукты поверхностного замещения субстрата веществом, привнесённым извне, объединяют понятием иллювий. Сложенные иллювием геологические тела образуют инфильтрационные коры. Наиболее широко распространены карбонатные, кремнистые  и сульфатные (существенно гипосвые) коры. К группе инфильтрационных кор относятся также солонцы и солончаки.

Карбонатная кора (каличе, калькрет) предсталяет собой пласт карбонатных пород, образованных в ходе капиллярного поднятия и последующего испарения грунтовых вод. Такие образования характерны для аридных и субаридных районов, особенно для пустынных областей, подстилаемых карбонатными породами. Мощность таких образований обычно составляет десятки сантиметров – первые метры.

Кремнистая кора (силькрет) – пласт кремнистых (преимущественно халцедон-кварцевых) пород, образующихся в аридных условиях путём поступления к поверхности щелочных вод, богатых кремнезёмом. Мощностью силькрета достигает нескольких метров.

Сульфатная кора – пласт существенно глинистых обычно рыхлых пород, содержащих значительное количество комковатого гипса, а также известь и водорастворимые соли магния, натрия, калия. Образуется при испарении капиллярных вод, связанных с грунтовыми водами, насыщенными сульфатом кальция. Сульфатные коры мощностью до нескольких метров характерны для глинистых пустынь.

С выходами подземных вод на поверхность связно образование травертинов, обязанных своим происхождением осаждению карбоната кальция из воды углекислых источников. К выходам термальных вод с высокими концентрациями кремнезема приурочены гейзериты, состоящие из опала. Выносимые водами микроэлементы (бор, йод, мышьяк, литий, и др.) могут накапливаться в промышленных концентрациях, образуя месторождения.

Земной магнетизм.

Обычно считается, что магнитное поле создается внутри Земли, однако механизм его возникновения недостаточно ясен. Магнитное поле не может быть результатом постоянной намагниченности железного ядра Земли, поскольку температура уже на глубине нескольких десятков километров значительно ниже точки Кюри – температуры, при которой вещество утрачивает свои магнитные свойства. Кроме того, гипотеза постоянного магнита в фиксированном положении противоречит отмечаемым изменениям магнитного поля в настоящее время и в прошлом.

Остаточная намагниченность сохраняется в осадочных и вулканических породах. Частички магнетита, осаждающиеся в спокойных водоемах, а также магнитные минералы в лавовых потоках при температуре ниже точки Кюри остывают и ориентируются по направлению силовых линий локального магнитного поля, существовавшего во время образования пород. Палеомагнитные исследования горных пород позволяют установить положение магнитных полюсов, которые существовали во время осадконакопления и оказывали воздействие на ориентировку магнитных частиц. Полученные результаты свидетельствуют о том, что либо магнитные полюса, либо участки земной коры со временем существенно меняли свое положение по отношению к оси вращения Земли (первое представляется маловероятным). Имеются также веские доказательства того, что материки перемещались относительно друг друга. Например, положения магнитного полюса, определенные по палеомагнитным данным для пород одного и того же возраста в Северной Америке, Европе и Австралии, пространственно не совпадают. Эти факты подтверждают гипотезу, согласно которой материки образовались из единого праматерика в результате его деления на отдельные части и последующего их раздвижения. См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ.

Стратиграфическая шкала.

Стандартная шкала геологического времени (или геологическая колонка) – результат систематического изучения осадочных пород в разных районах земного шара. Поскольку большинство ранних работ проводилось в Европе, стратиграфическая последовательность отложений этого региона была принята в качестве эталона и для других районов. Однако в силу различных причин эта шкала имеет недостатки и пробелы, поэтому она постоянно уточняется. Шкала очень подробна для более молодых геологических периодов, но ее детальность существенно снижается для более древних. Это неизбежно, поскольку геологическая летопись наиболее полна для событий недавнего прошлого и становится более фрагментарной с увеличением возраста отложений. Стратиграфическая шкала основана на учете ископаемых организмов, которые служат единственным надежным критерием для межрегиональных корреляций (особенно дальних). Установлено, что некоторые ископаемые соответствуют строго определенному времени и поэтому считаются руководящими. Породы, содержащие эти руководящие формы и их комплексы, занимают строго определенное стратиграфическое положение.

Значительно труднее проводить корреляции для палеонтологически немых пород, не содержащих ископаемых организмов. Поскольку хорошо сохранившиеся раковины встречаются только начиная с кембрийского периода (примерно 570 млн. лет назад), докембрийское время, охватывающее ок. 85% геологической истории, нельзя изучить и подразделить столь же детально, как более молодые эпохи. Для межрегиональных корреляций палеонтологически немых пород используются геохимические методы датирования.

В случае необходимости в стандартную стратиграфическую шкалу вводились изменения, отражающие региональную специфику. Например, в Европе выделяется каменноугольный период, а в США ему соответствуют два – миссисипский и пенсильванский. Повсеместно возникают трудности при корреляции местных стратиграфических схем с международной геохронологической шкалой. Международная комиссия по стратиграфии помогает решать эти проблемы и устанавливает нормативы для стратиграфической номенклатуры. Она настоятельно рекомендует использовать при геологической съемке местные стратиграфические подразделения, а для сравнения сопоставлять их с международной геохронологической шкалой. Некоторые ископаемые имеют очень широкое, почти глобальное распространение, а другие – узко региональное.

Эры – самые крупные подразделения истории Земли. Каждая из них объединяет несколько периодов, характеризующихся развитием определенных классов древних организмов. Массовое вымирание различных групп организмов происходило в конце каждой эры. Например, трилобиты исчезли в конце палеозоя, а динозавры – в конце мезозоя. Причины этих катастроф еще не выяснены. Это могли быть критические стадии генетической эволюции, пики космического излучения, выбросы вулканических газов и пепла, а также очень резкие изменения климата. Имеются доводы в поддержку каждой из этих гипотез. Однако постепенное исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры все еще остается одной из загадок геологии. Не увенчались успехом попытки связать массовую гибель животных на завершающих этапах палеозоя и мезозоя с глобальными циклами горообразования.

ОРГКОМИТЕТ КОНФЕРЕНЦИИ

Брушков Ученые секретари: Р.Г. Мотенко, Е.М.Чувилин Члены оргкомитета: Алексеев А.Г., Ашпиз Е.С., Ананьев В.В., Баулин В.В., Васильчук Ю.К., Гальченко В.Ф., Гребенец В.И., Дроздов Д.С., Дубровин В.А., Комаров И.А., Кондратьев В.Г., Конищев В.Н., Кроник Я.А., Круподеров В.С., Кондратьев В.Г., Кошурников А.В., Лурье И.К., Максимяк Р.В., Минкин М.А., Осипов В.И., Осокин А.Б., Оспенников Е.Н., Разбегин В.Н., Ривкин Ф.М., Роман Л.Т., Сергеев Д.О., Смолов Г.К., Станиловская Ю.В., Трофимов В.Т., Хилимонюк В.З., Цернант А.А., Чеверев В.Г., Шаманова И.И., Шестернев Д.М., Якушев В.С.

Секция 5. Региональная и историческая геокриология руководители М.

Н. Железняк, Е.Н. Оспенников Секция 6. Динамическая геокриология. Геокриологические процессы и явления руководители Д.С. Дроздов, В.А. Дубровин, Д.О.Сергеев Секция 7. Литогенетическая геокриология (криолитогенез) руководители В.Н. Конищев, Ю.К. Васильчук

Происхождение лавы.

В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.

Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, некоторые геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы. См. также ВУЛКАНЫ.

Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других – только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (т.е. обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора поддвигается под островные дуги и на определенной глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав.

Земля как гигантский метеорит.

Предполагают, что метеориты представляют собой обломки ранее существовавших планет, по своему составу и строению имевших сходство с Землей. Существует несколько типов метеоритов. Наиболее известны и довольно часто встречаются железные метеориты, состоящие из металлического железа и железо-никелевых сплавов, которые, как полагают, составляли ядра существовавших планет и по аналогии должны быть идентичны земному ядру по плотности, составу и магнитным свойствам.

Второй тип – каменные метеориты, состоящие преимущественно из железо-магнезиальных силикатных минералов. Они более распространены по сравнению с железными метеоритами и по своей плотности соответствуют породам, слагающим мантию. По составу каменные метеориты очень близки к ультраосновным породам Земли.

Третий тип – смешанные метеориты, имеющие в своем составе металлы и силикаты, что указывает на их генезис из переходного (от мантии к ядру) слоя ранее существовавшей планеты.

Роль геологии

Как и любая другая наука, геология создана, чтобы делать новые открытия и узнавать намного больше об окружающем нас мире. Эта дисциплина рассматривает наиболее важные проблемы современного человечества — в том числе и поиски новых источников энергии, ее рациональное использование, изменение климата, опасные природные явления, влияние человека на окружающую среду, изменения окружающей среды на человека, управление водными и минеральными ресурсами.

Изучая эти вопросы, геологи вместе с другими учеными могут предвидеть будущее Земли и изучать любые изменения, которые могут произойти. Ключевым примером является анализ изменения климата и того, как общество должно измениться, чтобы улучшить будущее Земли. Переходя от ископаемого топлива к геотермальной энергии и другим возобновляемым источникам, мы можем сократить выбросы углерода и сильно уменьшить последствия глобального потепления.

Взаимодействие

В формировании рельефа Земли огромную роль играет взаимосвязь экзогенных и эндогенных геологических процессов. Природа устроена так, что одни порождают другие. К примеру, внешние экзогенные процессы со временем приводят к появлению трещин в земной коре. Через эти отверстия из недр планеты поступает магма. Она растекается в форме покровов и формирует новые породы.

Магматизм это не единственный пример того, как устроено взаимодействие экзогенных и эндогенных процессов. Ледники способствуют выравниванию рельефа. Это внешний экзогенный процесс. В результате него образуется пенеплен (равнина с небольшими холмами). Затем в результате эндогенных процессов (тектонического движения плит) эта поверхность поднимается. Таким образом, внутренние и внешние факторы могут противоречить друг другу. Взаимосвязь эндогенных и экзогенных процессов сложна и многогранна. Сегодня она подробно изучается в рамках геоморфологии.