Геология (от древнегреческого γῆ ( gê ) «земля» и λoγία ( -logía ) «изучение, рассуждение») [1] [2] — раздел естествознания , изучающий Землю и другие астрономические объекты , горные породы из чего они состоят, а также процессы, посредством которых они изменяются с течением времени. [3] Современная геология существенно перекрывает все другие науки о Земле , включая гидрологию . Он интегрирован с наукой о системе Земли и планетарной наукой .
Геология описывает структуру Земли на ее поверхности и под ней, а также процессы, которые сформировали эту структуру. Геологи изучают минералогический состав горных пород, чтобы понять историю их формирования. Геология определяет относительный возраст горных пород, найденных в данном месте; геохимия (раздел геологии) определяет их абсолютный возраст . [4] Объединив различные петрологические, кристаллографические и палеонтологические инструменты, геологи могут вести хронику геологической истории Земли в целом. Одним из аспектов является демонстрация возраста Земли . Геология предоставляет доказательства тектоники плит , эволюционной истории жизни и климата Земли в прошлом .
Геологи широко изучают свойства и процессы на Земле и других планетах земной группы. Геологи используют широкий спектр методов для понимания структуры и эволюции Земли, включая полевые исследования , описание горных пород , геофизические методы , химический анализ , физические эксперименты и численное моделирование . В практическом плане геология важна для разведки и эксплуатации полезных ископаемых и углеводородов , оценки водных ресурсов , понимания природных опасностей , устранения экологических проблем и предоставления информации о прошлых изменениях климата . Геология является основной академической дисциплиной , занимает центральное место в геологической инженерии и играет важную роль в геотехнической инженерии .
Большая часть геологических данных получена в результате исследований твердых материалов Земли. Геологическими методами изучаются также метеориты и другие внеземные природные материалы.
Минералы – это встречающиеся в природе элементы и соединения с определенным однородным химическим составом и упорядоченным атомным составом.
Каждый минерал имеет различные физические свойства, и существует множество тестов для определения каждого из них. Минералы часто идентифицируются с помощью этих тестов. Образцы могут быть испытаны на: [5]
Порода – это любая естественная твердая масса или совокупность минералов или минералоидов . Большинство исследований в геологии связано с изучением горных пород, поскольку они обеспечивают первичную запись большей части геологической истории Земли. Существует три основных типа горных пород: магматические , осадочные и метаморфические . Цикл горных пород иллюстрирует взаимосвязь между ними (см. Диаграмму).
Когда горная порода затвердевает или кристаллизуется из расплава ( магмы или лавы ), это магматическая порода . Эта порода может подвергаться выветриванию и эрозии , а затем переотлагаться и литифицироваться в осадочную породу. Затем его можно превратить в метаморфическую породу под действием тепла и давления, которые изменяют его минеральный состав, в результате чего образуется характерная ткань . Все три типа могут снова расплавиться, и когда это произойдет, образуется новая магма, из которой магматическая порода может вновь затвердеть. Органические вещества, такие как уголь, битум, нефть и природный газ, связаны главным образом с осадочными породами, богатыми органическими веществами.
Чтобы изучить все три типа горных пород, геологи оценивают минералы, из которых они состоят, и другие их физические свойства, такие как текстура и ткань .
Геологи также изучают нелитифицированные материалы (называемые поверхностными отложениями ), которые залегают над коренной породой . [6] Это исследование часто называют четвертичной геологией , в честь четвертичного периода геологической истории, который является самым последним периодом геологического времени.
Магма — первоначальный нелитифицированный источник всех магматических пород . Активный поток расплавленной породы тщательно изучается в вулканологии , а магматическая петрология направлена на определение истории магматических пород от их первоначального расплавленного источника до их окончательной кристаллизации.
В 1960-х годах было обнаружено, что литосфера Земли , включающая земную кору и самую твердую верхнюю часть верхней мантии , разделена на тектонические плиты , которые движутся поперек пластически деформирующейся твердой верхней мантии, называемой астеносферой . Эта теория подтверждается несколькими типами наблюдений, включая распространение морского дна [8] [9] и глобальное распределение горного рельефа и сейсмичности.
Существует тесная связь между движением плит по поверхности и конвекцией мантии (т. е. переносом тепла , вызванным медленным движением пластичных мантийных пород). Таким образом, океанические плиты и прилегающие к ним мантийные конвекционные потоки всегда движутся в одном и том же направлении – поскольку океаническая литосфера фактически является жестким верхним тепловым пограничным слоем конвектирующей мантии. Это взаимодействие между твердыми плитами, движущимися по поверхности Земли, и конвектирующей мантией называется тектоникой плит .
Развитие тектоники плит дало физическую основу для многих наблюдений за твердой Землей . Длинные линейные области геологических объектов объясняются границами плит. [10]
Например:
Трансформированные границы , такие как система разломов Сан-Андреас , привели к широкомасштабным мощным землетрясениям. Тектоника плит также послужила механизмом теории дрейфа континентов Альфреда Вегенера , [11] согласно которой континенты движутся по поверхности Земли в течение геологического времени. Они также послужили движущей силой деформации земной коры и новой возможностью для наблюдений структурной геологии. Сила теории тектоники плит заключается в ее способности объединить все эти наблюдения в единую теорию движения литосферы над конвективной мантией.
Достижения в сейсмологии , компьютерном моделировании , минералогии и кристаллографии при высоких температурах и давлениях дают представление о внутреннем составе и структуре Земли.
Сейсмологи могут использовать время прибытия сейсмических волн для получения изображений недр Земли. Ранние достижения в этой области показали существование жидкого внешнего ядра (где поперечные волны не могли распространяться) и плотного твердого внутреннего ядра . Эти достижения привели к разработке слоистой модели Земли с корой и литосферой наверху , мантией внизу (разделенной внутри себя сейсмическими разрывами на высоте 410 и 660 километров), а также внешним ядром и внутренним ядром ниже. Совсем недавно сейсмологи смогли создавать подробные изображения скорости волн внутри Земли точно так же, как врач отображает тело при компьютерной томографии . Эти изображения позволили получить гораздо более детальное представление о недрах Земли и заменили упрощенную многослойную модель гораздо более динамичной моделью.
Минералоги смогли использовать данные о давлении и температуре, полученные в результате сейсмических и модельных исследований, а также знания об элементном составе Земли, чтобы воспроизвести эти условия в экспериментальных условиях и измерить изменения в кристаллической структуре. Эти исследования объясняют химические изменения, связанные с крупными сейсмическими неоднородностями в мантии, и показывают кристаллографические структуры, ожидаемые во внутреннем ядре Земли.
Геологическая шкала времени охватывает историю Земли. [12] Самое раннее, что он заключен в скобки, — это даты появления первого материала Солнечной системы — 4,567 млрд лет назад [13] (или 4,567 миллиарда лет назад) и образования Земли — 4,54 млрд лет назад [14] [15] (4,54 миллиарда лет назад ). ), что является началом неофициально признанного гадейского эона – подразделения геологического времени. На более позднем конце шкалы отмечено настоящее время (эпоха голоцена ) .
Следующие пять временных шкал показывают геологическую шкалу времени в масштабе. Первый показывает все время от образования Земли до настоящего времени, но он оставляет мало места для самого последнего эона. Вторая временная шкала показывает расширенное представление о последнем эоне. Аналогичным образом самая последняя эпоха расширяется на третьей временной шкале, самый последний период расширяется на четвертой временной шкале, а самая последняя эпоха расширяется на пятой временной шкале.
Методы относительного датирования были разработаны, когда геология впервые стала естественной наукой . Геологи до сих пор используют следующие принципы как средство предоставления информации о геологической истории и времени геологических событий.
Принцип униформизма утверждает, что геологические процессы, наблюдаемые в настоящее время и изменяющие земную кору, действуют во многом одинаково в течение геологического времени. [16] Фундаментальный принцип геологии, выдвинутый шотландским врачом и геологом XVIII века Джеймсом Хаттоном, заключается в том, что «настоящее является ключом к прошлому». По словам Хаттона: «Прошлая история нашего земного шара должна объясняться тем, что, как мы видим, происходит сейчас». [17]
Принцип навязчивых отношений касается сквозных вторжений. В геологии, когда магматическая интрузия прорезает пласт осадочной породы , можно определить, что магматическая интрузия моложе осадочной породы. К различным типам интрузий относятся штоки, лакколиты , батолиты , силлы и дайки .
Принцип сквозных связей относится к образованию разломов и возрасту последовательностей, через которые они прорезаются. Разломы моложе пород, которые они разрезают; соответственно, если обнаружен разлом, пронизывающий некоторые пласты, но не надлежащие ему, то вскрытые пласты старше разлома, а не вскрытые должны быть моложе разлома. Обнаружение ключевого ложа в таких ситуациях может помочь определить, является ли неисправность нормальной неисправностью или напорной неисправностью . [18]
Принцип включений и компонентов гласит, что в случае осадочных пород, если включения (или обломки ) обнаруживаются в формации, то включения должны быть старше, чем формация, которая их содержит. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации обычно разрывается и попадает в новый слой. Аналогичная ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов . Эти инородные тела подхватываются в виде потоков магмы или лавы и включаются в матрицу, чтобы позже остыть. В результате ксенолиты старше породы, которая их содержит.
Принцип первоначальной горизонтальности гласит, что отложение осадков происходит по существу в виде горизонтальных пластов. Наблюдения за современными морскими и неморскими отложениями в самых разных средах подтверждают это обобщение (хотя перекосы наклонены, общая ориентация косослоев горизонтальна). [18]
Принцип суперпозиции гласит, что слой осадочных пород в тектонически ненарушенной толще моложе слоя под ним и старше слоя над ним. Логично, что более молодой слой не может проскользнуть под ранее отложенный слой. Этот принцип позволяет рассматривать слои осадочных пород как форму вертикальной временной шкалы, частичной или полной записи времени, прошедшего от отложения самого нижнего слоя до отложения самого высокого слоя. [18]
Принцип фаунистической преемственности основан на появлении ископаемых в осадочных породах. Поскольку организмы существуют в один и тот же период во всем мире, их присутствие или (иногда) отсутствие позволяет определить относительный возраст образований, в которых они появляются. Основанные на принципах, которые Уильям Смит изложил почти за сто лет до публикации теории эволюции Чарльза Дарвина , принципы преемственности развивались независимо от эволюционной мысли. Однако этот принцип становится довольно сложным, учитывая неопределенность окаменелости, локализацию типов окаменелостей из-за латеральных изменений среды обитания ( фациальные изменения в осадочных слоях), а также то, что не все окаменелости образовались глобально в одно и то же время. [19]
Геологи также используют методы для определения абсолютного возраста образцов горных пород и геологических событий. Эти даты полезны сами по себе, а также могут использоваться в сочетании с методами относительного датирования или для калибровки относительных методов. [20]
В начале 20 века развитию геологической науки способствовала возможность получения точных абсолютных дат геологических событий с использованием радиоактивных изотопов и других методов. Это изменило понимание геологического времени. Раньше геологи могли использовать только окаменелости и стратиграфическую корреляцию, чтобы датировать части горных пород относительно друг друга. С помощью изотопных дат стало возможным приписывать абсолютный возраст горным породам, и эти абсолютные даты можно было применять к последовательностям окаменелостей, в которых был датируемый материал, преобразуя старый относительный возраст в новый абсолютный возраст.
Для многих геологических применений соотношения изотопов радиоактивных элементов измеряются в минералах, которые определяют количество времени, прошедшее с тех пор, как порода прошла определенную температуру закрытия — точку, в которой различные радиометрические изотопы перестают диффундировать в кристаллическую решетку и из нее . [21] [22] Они используются в геохронологических и термохронологических исследованиях. Общие методы включают датирование уран-свинец , датирование калием-аргоном , датирование аргоном-аргоном и датирование уран-тория . Эти методы используются для различных приложений. Датирование слоев лавы и вулканического пепла , обнаруженных в стратиграфической последовательности, может предоставить абсолютные данные о возрасте единиц осадочных пород, которые не содержат радиоактивных изотопов, и откалибровать методы относительного датирования. Эти методы также можно использовать для определения возраста размещения плутона . Термохимические методы можно использовать для определения профилей температуры в земной коре, поднятия горных хребтов и палеотопографии.
Фракционирование элементов ряда лантаноидов используется для расчета возраста с момента удаления горных пород из мантии.
Другие методы используются для более поздних событий. Оптически стимулированная люминесценция и датирование космогенных радионуклидов используются для датирования поверхностей и/или скорости эрозии. Дендрохронологию можно использовать и для датировки ландшафтов. Радиоуглеродное датирование используется для геологически молодых материалов, содержащих органический углерод .
Геология территории меняется со временем по мере того, как горные породы откладываются и внедряются, а деформационные процессы изменяют их форму и расположение.
Породные породы сначала внедряются либо путем отложения на поверхность, либо путем внедрения в вышележащую породу . Отложение может происходить, когда отложения оседают на поверхности Земли и позже превращаются в осадочную породу, или когда вулканический материал , такой как вулканический пепел или потоки лавы, покрывает поверхность. Магматические интрузии, такие как батолиты , лакколиты , дайки и силлы , продвигаются вверх в вышележащие породы и кристаллизуются по мере их внедрения.
После того, как первоначальная последовательность горных пород отложилась, горные породы могут быть деформированы и/или метаморфизованы . Деформация обычно возникает в результате горизонтального сокращения, горизонтального растяжения или движения из стороны в сторону ( сдвига ). Эти структурные режимы в целом относятся к сходящимся границам , расходящимся границам и трансформирующим границам соответственно между тектоническими плитами.
Когда горные породы подвергаются горизонтальному сжатию , они укорачиваются и становятся толще. Поскольку горные породы, за исключением ила, существенно не изменяются в объеме , это достигается двумя основными способами: за счет разломов и складок . В неглубокой коре, где может произойти хрупкая деформация , образуются надвиги, которые заставляют более глубокую породу двигаться поверх более мелкой. Поскольку более глубокие породы часто старше, как отмечается в принципе суперпозиции , это может привести к тому, что более старые породы будут перемещаться поверх более молодых. Движение по разломам может привести к образованию складок либо потому, что разломы не плоские, либо потому, что слои горных пород тянутся вперед, образуя складки сопротивления, когда происходит скольжение вдоль разлома. Глубже под землей породы ведут себя пластично и складывают, а не разрушают. Эти складки могут быть либо такими, в которых материал в центре складки изгибается вверх, создавая « антиформы », либо там, где он изгибается вниз, создавая « синформы ». Если вершины горных пород внутри складок остаются направленными вверх, их называют антиклиналями и синклиналями соответственно. Если некоторые пачки в складке обращены вниз, то структура называется опрокинутой антиклиналью или синклиналью, а если все пачки горных пород опрокинуты или правильное направление вверх неизвестно, их называют просто в самых общих терминах: антиформы и синформы.
.png/1280px-Antecline_(PSF).png)
Еще более высокие давления и температуры при горизонтальном сокращении могут вызвать как складчатость, так и метаморфизм пород. Этот метаморфизм вызывает изменения минерального состава пород; создает слоение или плоскую поверхность, связанную с ростом минералов под напряжением. Это может удалить признаки исходной текстуры горных пород, такие как напластования в осадочных породах, особенности течения лавы и кристаллические узоры в кристаллических породах .
Расширение приводит к тому, что горные породы в целом становятся длиннее и тоньше. В первую очередь это достигается за счет нормальных разломов , а также пластического растяжения и утонения. Обычные разломы опускают горные породы, расположенные выше, ниже тех, которые находятся ниже. Обычно это приводит к тому, что более молодые единицы оказываются ниже старых. Растяжение агрегатов может привести к их истончению. Фактически, в одном месте внутри складчатого и надвигового пояса Марии вся осадочная толща Большого Каньона появляется на длине менее метра. Породы на глубине пластического растяжения часто также метаморфизованы. Эти вытянутые камни также могут сжиматься в линзы, известные как будины , от французского слова «колбаска», из-за их визуального сходства.
Там, где пласты горных пород скользят друг мимо друга, на неглубоких участках развиваются сдвиговые разломы , а на более глубоких глубинах они становятся зонами сдвига , где породы пластично деформируются.
Присоединение новых пород, как осадконакопительным, так и интрузивным, часто происходит в процессе деформации. Разломы и другие деформационные процессы приводят к созданию топографических градиентов, в результате чего материал на участке горной породы, который увеличивается по высоте, подвергается эрозии склонами холмов и каналами. Эти отложения откладываются на опускающейся толще горных пород. Постоянное движение вдоль разлома сохраняет топографический градиент, несмотря на движение отложений, и продолжает создавать пространство для отложения материала. Деформационные события часто также связаны с вулканизмом и изверженной деятельностью. На поверхности скапливаются вулканический пепел и лава, а снизу проникают магматические интрузии. Дайки — длинные плоские магматические интрузии, проникают по трещинам и поэтому часто образуются в большом количестве на активно деформируемых участках. Это может привести к образованию роев даек , таких как те, которые можно наблюдать на Канадском щите, или колец даек вокруг лавовой трубки вулкана.
Все эти процессы не обязательно происходят в одной среде и не обязательно происходят в одном порядке. Гавайские острова , например, почти полностью состоят из слоистых потоков базальтовой лавы. Осадочные толщи в средней части континентальной части Соединенных Штатов и Гранд-Каньон на юго-западе Соединенных Штатов содержат почти недеформированные стопки осадочных пород, которые остались на месте с кембрийского времени. Другие районы гораздо более сложны с геологической точки зрения. На юго-западе США осадочные, вулканические и интрузивные породы метаморфизованы, разломаны, рассланцованы и складчаты. Даже более древние породы, такие как гнейс Акаста кратона Слейв на северо-западе Канады , самая старая известная порода в мире , подверглись метаморфизации до такой степени, что их происхождение невозможно определить без лабораторного анализа. Кроме того, эти процессы могут происходить поэтапно. Во многих местах, очень ярким примером является Гранд-Каньон на юго-западе США, нижние горные породы метаморфизировались и деформировались, а затем деформация заканчивалась и откладывались верхние, недеформированные породы. Хотя может произойти любое количество внедрений и деформаций горных пород, и они могут происходить любое количество раз, эти концепции служат руководством для понимания геологической истории территории.
Геологи используют ряд полевых, лабораторных и численных методов моделирования, чтобы расшифровать историю Земли и понять процессы, происходящие на Земле и внутри нее. В типичных геологических исследованиях геологи используют первичную информацию, связанную с петрологией (изучение горных пород), стратиграфией (изучение осадочных слоев) и структурной геологией (изучение положения единиц горных пород и их деформаций). Во многих случаях геологи изучают также современные почвы, реки , ландшафты и ледники ; исследовать прошлую и текущую жизнь и биогеохимические пути, а также использовать геофизические методы для исследования недр. В разделах геологии можно выделить эндогенную и экзогенную геологию. [23]
Геологические полевые работы варьируются в зависимости от поставленной задачи. Типичная полевая работа может состоять из:
Помимо идентификации горных пород в полевых условиях ( литология ), петрологи идентифицируют образцы горных пород в лаборатории. Двумя основными методами идентификации горных пород в лаборатории являются оптическая микроскопия и использование электронного микрозонда . При оптическом минералогическом анализе петрологи анализируют тонкие срезы образцов горных пород с помощью петрографического микроскопа , где минералы можно идентифицировать по их различным свойствам в плоскополяризованном и кросс-поляризованном свете, включая их двойное лучепреломление , плеохроизм , двойникование и интерференционные свойства с коноскопическая линза . [30] В электронном микрозонде отдельные участки анализируются на предмет их точного химического состава и изменений состава внутри отдельных кристаллов. [31] Исследования стабильных [32] и радиоактивных изотопов [33] дают представление о геохимической эволюции горных пород.
Петрологи также могут использовать данные о флюидных включениях [34] и проводить физические эксперименты при высоких температурах и давлениях [35] , чтобы понять, при каких температурах и давлениях появляются различные минеральные фазы, и как они изменяются в результате магматических [36] и метаморфических процессов. Эти исследования можно экстраполировать на полевые исследования, чтобы понять метаморфические процессы и условия кристаллизации магматических пород. [37] Эта работа также может помочь объяснить процессы, происходящие внутри Земли, такие как субдукция и эволюция магматических камер . [38]
Структурные геологи используют микроскопический анализ ориентированных тонких срезов геологических образцов для наблюдения за структурой горных пород, что дает информацию о напряжениях в кристаллической структуре горных пород. Они также строят и объединяют измерения геологических структур, чтобы лучше понять ориентацию разломов и складок и восстановить историю деформации горных пород в этом районе. Кроме того, они проводят аналоговые и численные эксперименты по деформации горных пород в больших и малых условиях.
Анализ структур часто выполняется путем нанесения ориентаций различных объектов на стереосети . Стереосеть — это стереографическая проекция сферы на плоскость, в которой плоскости проецируются как линии, а линии — как точки. Их можно использовать для определения местоположения осей складок, взаимосвязей между разломами и взаимосвязей между другими геологическими структурами.
Среди наиболее известных экспериментов в структурной геологии — эксперименты с орогенными клиньями — зонами, в которых горы построены вдоль сходящихся границ тектонических плит. [39] В аналоговых версиях этих экспериментов горизонтальные слои песка вытягиваются вдоль нижней поверхности до упора, что приводит к реалистично выглядящим картинам разломов и росту критически сужающейся (все углы остаются прежними) орогенных образований. клин. [40] Численные модели работают так же, как и аналоговые модели, хотя они зачастую более сложны и могут включать в себя закономерности эрозии и поднятия горного пояса. [41] Это помогает показать связь между эрозией и формой горного хребта. Эти исследования также могут дать полезную информацию о путях метаморфизма через давление, температуру, пространство и время. [42]
В лаборатории стратиграфы анализируют образцы стратиграфических разрезов, которые могут быть возвращены с месторождения, например, из керна бурения . [43] Стратиграфы также анализируют данные геофизических исследований, которые показывают расположение стратиграфических единиц в недрах. [44] Геофизические данные и каротажные диаграммы могут быть объединены для получения лучшего обзора недр, и стратиграфы часто используют компьютерные программы, чтобы сделать это в трех измерениях. [45] Стратиграфы могут затем использовать эти данные для реконструкции древних процессов, происходящих на поверхности Земли, [46] интерпретировать прошлую среду и определять места добычи воды, угля и углеводородов.
В лаборатории биостратиграфы анализируют образцы горных пород из обнажений и бурят керны на предмет обнаруженных в них окаменелостей. [43] Эти окаменелости помогают ученым датировать ядро и понять среду осадконакопления , в которой формировались горные породы. Геохронологи точно датируют породы в пределах стратиграфического разреза, чтобы обеспечить более точные абсолютные оценки времени и скорости отложения. [47] Магнитные стратиграфы ищут признаки инверсии магнитного поля в пластах магматических пород внутри кернов буровых скважин. [43] Другие ученые проводят исследования стабильных изотопов на камнях, чтобы получить информацию о климате прошлого. [43]
С началом освоения космоса в двадцатом веке геологи начали смотреть на другие планетные тела теми же способами, которые были разработаны для изучения Земли . Эта новая область исследований называется планетарной геологией (иногда известной как астрогеология) и опирается на известные геологические принципы для изучения других тел Солнечной системы. Это основной аспект планетологии , и он в основном фокусируется на планетах земной группы , ледяных лунах , астероидах , кометах и метеоритах . Однако некоторые планетарные геофизики изучают планеты-гиганты и экзопланеты . [48]
Хотя префикс гео греческого происхождения относится к Земле, слово «геология» часто используется в сочетании с названиями других планетных тел при описании их состава и внутренних процессов: примерами являются «геология Марса » и « Лунная геология ». Используются также специальные термины, такие как селенология (изучение Луны), ареология (Марса) и т. д.
Хотя планетарные геологи заинтересованы в изучении всех аспектов других планет, основное внимание уделяется поиску свидетельств прошлой или настоящей жизни в других мирах. Это привело к появлению множества миссий, основной или вспомогательной целью которых является исследование планетарных тел на предмет наличия жизни. Одним из них является посадочный модуль «Феникс» , который проанализировал марсианскую полярную почву на наличие воды, химических и минералогических компонентов, связанных с биологическими процессами.
Экономическая геология — это раздел геологии, который занимается аспектами полезных ископаемых, которые человечество использует для удовлетворения различных потребностей. Экономические полезные ископаемые – это те, которые с прибылью добываются для различных практических целей. Экономические геологи помогают находить и управлять природными ресурсами Земли , такими как нефть и уголь, а также минеральными ресурсами, которые включают такие металлы, как железо, медь и уран.
Горная геология состоит из добычи полезных ископаемых из Земли. Некоторые ресурсы, представляющие экономический интерес, включают драгоценные камни , металлы, такие как золото и медь , и многие минералы, такие как асбест , перлит , слюда , фосфаты , цеолиты , глина , пемза , кварц и кремнезем , а также такие элементы, как сера , хлор и гелий .
Геологи-нефтяники изучают участки недр Земли, которые могут содержать извлекаемые углеводороды, особенно нефть и природный газ . Поскольку многие из этих резервуаров находятся в осадочных бассейнах , [49] они изучают формирование этих бассейнов, а также их осадочную и тектоническую эволюцию и современное положение горных пород.
Инженерная геология — это применение геологических принципов в инженерной практике с целью обеспечения надлежащего учета геологических факторов, влияющих на расположение, проектирование, строительство, эксплуатацию и обслуживание инженерных сооружений. Инженерная геология отличается от геологической инженерии , особенно в Северной Америке.
В области гражданского строительства геологические принципы и анализ используются для установления механических принципов материала, из которого построены конструкции. Это позволяет строить туннели без разрушения, строить мосты и небоскребы на прочном фундаменте, а также строить здания, которые не оседают в глине и грязи. [50]
Геология и геологические принципы могут быть применены к различным экологическим проблемам, таким как восстановление ручьев , восстановление заброшенных месторождений и понимание взаимодействия между естественной средой обитания и геологической средой. Гидрология подземных вод, или гидрогеология , используется для определения местоположения грунтовых вод, [51] которые часто могут обеспечить готовый источник незагрязненной воды и особенно важны в засушливых регионах, [52] , а также для мониторинга распространения загрязняющих веществ в колодцах с подземными водами. [51] [53]
Геологи также получают данные с помощью стратиграфии, скважин , образцов керна и кернов льда . Ледяные керны [54] и керны отложений [55] используются для реконструкций палеоклимата, которые рассказывают геологам о прошлой и настоящей температуре, осадках и уровне моря по всему земному шару. Эти наборы данных являются нашим основным источником информации о глобальном изменении климата, помимо инструментальных данных. [56]
Геологи и геофизики изучают стихийные бедствия, чтобы принять безопасные строительные нормы и системы предупреждения, которые используются для предотвращения потери имущества и жизни. [57] Примерами важных стихийных бедствий, имеющих отношение к геологии (в отличие от тех, которые в основном или только имеют отношение к метеорологии):
Изучение физического материала Земли восходит, по крайней мере, к Древней Греции , когда Теофраст (372–287 до н.э.) написал труд «Пери Литон» ( «О камнях »). В римский период Плиний Старший подробно описал множество минералов и металлов, которые затем нашли практическое применение – даже правильно отметив происхождение янтаря . Кроме того, в 4 веке до нашей эры Аристотель сделал критические наблюдения о медленной скорости геологических изменений. Он наблюдал за составом суши и сформулировал теорию, согласно которой Земля меняется медленно и что эти изменения невозможно наблюдать в течение жизни одного человека. Аристотель разработал одну из первых научно обоснованных концепций, связанных с геологической сферой, относительно скорости физических изменений Земли. [59] [60]
Абу ар-Райхан аль-Бируни (973–1048 гг. н. э.) был одним из первых персидских геологов, чьи работы включали самые ранние работы по геологии Индии , в которых выдвигалась гипотеза о том, что Индийский субконтинент когда-то был морем. [61] Опираясь на греческую и индийскую научную литературу, не уничтоженную мусульманскими завоеваниями , персидский учёный Ибн Сина (Авиценна, 981–1037) предложил подробные объяснения образования гор, происхождения землетрясений и других центральных тем. современная геология, давшая существенную основу для дальнейшего развития науки. [62] [63] В Китае эрудит Шэнь Го (1031–1095) сформулировал гипотезу процесса формирования суши: на основе своих наблюдений за ископаемыми панцирями животных в геологическом слое горы в сотнях миль от океана, он сделал вывод , что земля образовалась в результате эрозии гор и отложения ила . [64]
Георгиус Агрикола (1494–1555) опубликовал свою новаторскую работу De Natura Fossilium в 1546 году и считается основателем геологии как научной дисциплины. [65]
Николя Стено (1638–1686) приписывают закон суперпозиции , принцип исходной горизонтальности и принцип латеральной непрерывности : три определяющих принципа стратиграфии .
Слово геология было впервые использовано Улиссом Альдрованди в 1603 году, [66] [67], затем Жаном-Андре Делюком в 1778 году [68] и введено в качестве фиксированного термина Горацием-Бенедиктом де Соссюром в 1779 году. [69] [70] Это слово происходит от греческого γῆ, gê , что означает «земля» и λόγος, logos , что означает «речь». [71] Но согласно другому источнику, слово «геология» происходит от норвежца Миккеля Педерсона Эшольта (1600–1669), который был священником и ученым. Эшольт впервые использовал это определение в своей книге Geologia Norvegica (1657 г.). [72] [73]
Уильям Смит (1769–1839) нарисовал некоторые из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания слоев (слоев) горных пород, исследуя содержащиеся в них окаменелости. [58]
В 1763 году Михаил Ломоносов опубликовал трактат «О слоях Земли» . [74] Его работа была первым повествованием современной геологии, основанным на единстве процессов во времени и объяснении прошлого Земли из настоящего. [75]
Джеймса Хаттона (1726–1797) часто называют первым современным геологом. [76] В 1785 году он представил доклад под названием « Теория Земли» Королевскому обществу Эдинбурга . В своей статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем предполагалось ранее, чтобы дать достаточно времени для эрозии гор и образования отложений на дне моря новых пород, которые, в свою очередь, поднялись на стать сушей. Хаттон опубликовал двухтомную версию своих идей в 1795 году. [77]
Последователи Хаттона были известны как плутонисты , потому что они считали, что некоторые породы образовались в результате вулканизма , то есть отложения лавы из вулканов, в отличие от нептунистов во главе с Авраамом Вернером , которые считали, что все породы образовались из большого океана. уровень которого постепенно снижался с течением времени.
Первая геологическая карта США была составлена в 1809 году Уильямом Маклюром . [78] В 1807 году Маклур приступил к добровольной задаче по геологическому исследованию Соединенных Штатов. Он объездил и нанес на карту почти каждый штат Союза, а горы Аллегейни пересекал и пересекал около 50 раз. [79] Результаты его самостоятельной работы были представлены Американскому философскому обществу в мемуарах, озаглавленных « Наблюдения за геологией Соединенных Штатов, пояснительные к геологической карте» , и опубликованы в журнале « Society's Transactions » вместе с первой геологической картой страны. [80] Это на шесть лет старше геологической карты Англии Уильяма Смита , хотя она была построена с использованием другой классификации горных пород.
Сэр Чарльз Лайель (1797–1875) впервые опубликовал свою знаменитую книгу « Принципы геологии » [81] в 1830 году. Эта книга, оказавшая влияние на мысль Чарльза Дарвина , успешно продвигала доктрину униформизма . Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы происходили на протяжении всей истории Земли и происходят до сих пор. Напротив, катастрофизм — это теория, согласно которой особенности Земли сформировались в результате единичных катастрофических событий и впоследствии остались неизменными. Хотя Хаттон верил в униформизм, в то время эта идея не получила широкого признания.
Большая часть геологии XIX века вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли . Оценки варьировались от нескольких сотен тысяч до миллиардов лет. [82] К началу 20 века радиометрическое датирование позволило оценить возраст Земли в два миллиарда лет. Осознание этого огромного количества времени открыло дверь новым теориям о процессах, которые сформировали планету.
Одними из наиболее значительных достижений в геологии 20-го века стали развитие теории тектоники плит в 1960-х годах и уточнение оценок возраста планеты. Теория тектоники плит возникла на основе двух отдельных геологических наблюдений: расширения морского дна и дрейфа континентов . Эта теория произвела революцию в науках о Земле . Сегодня известно, что Земле около 4,5 миллиардов лет. [15]
[...] историческая дихотомия между геологами «твёрдых пород» и «мягких пород», т.е. учёными, работающими в основном с эндогенными и экзогенными процессами, соответственно [...] эндогенными силами, главным образом определяющими развитие под земной корой, и экзогенными силами, главным образом, определение событий на вершине и над земной корой.
.jpg/1280px-M.V._Lomonosov_by_L.Miropolskiy_after_G.C.Prenner_(1787,_RAN).jpg)
.jpg/1280px-MSH80_david_johnston_at_camp_05-17-80_med_(cropped).jpg)
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
