.jpg/1280px-Cheshire_Cat_(5121607167).jpg)
Геология (от др.-греч. γῆ ( gê ) «земля» и λoγία ( -logía ) «изучение, рассуждение») [1] [2] — раздел естественных наук, изучающий Землю и другие астрономические объекты , породы, из которых они состоят, и процессы, посредством которых они изменяются с течением времени. [3] Современная геология в значительной степени пересекается со всеми другими науками о Земле , включая гидрологию . Она интегрирована с наукой о системе Земли и планетологией .
Геология описывает структуру Земли на ее поверхности и под ней, а также процессы, которые сформировали эту структуру. Геологи изучают минералогический состав горных пород, чтобы получить представление об истории их формирования. Геология определяет относительный возраст горных пород, обнаруженных в данном месте; геохимия (раздел геологии) определяет их абсолютный возраст . [4] Объединяя различные петрологические, кристаллографические и палеонтологические инструменты, геологи способны вести хронику геологической истории Земли в целом. Одним из аспектов является демонстрация возраста Земли . Геология предоставляет доказательства тектоники плит , эволюционной истории жизни и прошлых климатов Земли .
Геологи широко изучают свойства и процессы Земли и других планет земной группы. Геологи используют широкий спектр методов для понимания структуры и эволюции Земли, включая полевые работы , описание горных пород , геофизические методы , химический анализ , физические эксперименты и численное моделирование . С практической точки зрения геология важна для разведки и эксплуатации полезных ископаемых и углеводородов , оценки водных ресурсов , понимания стихийных бедствий , устранения экологических проблем и предоставления информации об изменении климата в прошлом . Геология является основной академической дисциплиной , и она занимает центральное место в геологической инженерии и играет важную роль в геотехнической инженерии .
Большинство геологических данных поступает из исследований твердых земных материалов. Метеориты и другие внеземные природные материалы также изучаются геологическими методами.
Минералы — это встречающиеся в природе элементы и соединения с определенным однородным химическим составом и упорядоченным расположением атомов.
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 проверены на: [5]
Горная порода — это любая природная твердая масса или агрегат минералов или минералоидов . Большинство исследований в области 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 взаимоотношения между ними (см. диаграмму).
Когда порода затвердевает или кристаллизуется из расплава ( магмы или лавы ), она является магматической породой . Эта порода может выветриваться и эродироваться , а затем переоткладываться и литифицироваться в осадочную породу. Осадочные породы в основном делятся на четыре категории: песчаник, сланец, карбонат и эвапорит. Эта группа классификаций фокусируется частично на размере осадочных частиц (песчаник и сланец), а частично на минералогии и процессах формирования (карбонатизация и испарение). [6] Магматические и осадочные породы затем могут быть превращены в метаморфические породы под воздействием тепла и давления, которые изменяют ее минеральный состав, в результате чего образуется характерная структура . Все три типа могут снова расплавиться, и когда это происходит, образуется новая магма, из которой магматическая порода может снова затвердеть. Органическое вещество, такое как уголь, битум, нефть и природный газ, связано в основном с богатыми органикой осадочными породами.
Для изучения всех трех типов горных пород геологи оценивают минералы, из которых они состоят, а также их другие физические свойства, такие как текстура и строение .
Геологи также изучают нелитифицированные материалы (называемые поверхностными отложениями ), которые залегают над коренной породой . [7] Это исследование часто называют четвертичной геологией , по названию четвертичного периода геологической истории, который является самым последним периодом геологического времени.
Магма является исходным нелитифицированным источником всех магматических пород . Активный поток расплавленной породы тщательно изучается в вулканологии , а магматическая петрология стремится определить историю магматических пород от их исходного расплавленного источника до их окончательной кристаллизации.
В 1960-х годах было обнаружено, что литосфера Земли , включающая в себя кору и жесткую верхнюю часть верхней мантии , разделена на тектонические плиты , которые движутся по пластически деформирующейся, твердой верхней мантии, называемой астеносферой . Эта теория подтверждается несколькими типами наблюдений, включая спрединг морского дна [9] [10] и глобальное распределение горного рельефа и сейсмичности.
Существует тесная связь между движением плит на поверхности и конвекцией мантии (то есть переносом тепла , вызванным медленным движением пластичных пород мантии). Таким образом, океанические части плит и прилегающие к ним конвекционные потоки мантии всегда движутся в одном направлении – потому что океаническая литосфера на самом деле является жестким верхним термическим пограничным слоем конвектирующей мантии. Эта связь между жесткими плитами, движущимися по поверхности Земли, и конвектирующей мантией называется тектоникой плит .
Развитие тектоники плит обеспечило физическую основу для многих наблюдений за твердой Землей . Длинные линейные области геологических особенностей объясняются как границы плит: [11]
Тектоника плит предоставила механизм для теории континентального дрейфа Альфреда Вегенера [ 12] , в которой континенты движутся по поверхности Земли в течение геологического времени. Они также предоставили движущую силу для деформации земной коры и новую обстановку для наблюдений структурной геологии. Сила теории тектоники плит заключается в ее способности объединить все эти наблюдения в единую теорию того, как литосфера движется по конвектирующей мантии.
Достижения в области сейсмологии , компьютерного моделирования , 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 внутренней части Земли. Ранние достижения в этой области показали существование жидкого внешнего ядра (где сдвиговые волны не могли распространяться) и плотного твердого внутреннего ядра . Эти достижения привели к разработке слоистой модели Земли с литосферой ( включая кору) наверху, мантией внизу (разделенной внутри себя сейсмическими разрывами на 410 и 660 километров), а также внешним ядром и внутренним ядром под ней. Совсем недавно сейсмологи смогли создать подробные изображения скоростей волн внутри Земли таким же образом, как врач получает изображение тела при КТ-сканировании . Эти изображения привели к гораздо более подробному представлению внутренней части Земли и заменили упрощенную слоистую модель на гораздо более динамичную модель.
Минералоги смогли использовать данные о давлении и температуре из сейсмических и модельных исследований вместе со знанием элементного состава Земли, чтобы воспроизвести эти условия в экспериментальных условиях и измерить изменения в кристаллической структуре. Эти исследования объясняют химические изменения, связанные с крупными сейсмическими разрывами в мантии, и показывают кристаллографические структуры, ожидаемые во внутреннем ядре Земли.
Геологическая шкала времени охватывает историю Земли. [13] Она ограничена датами первого материала Солнечной системы 4,567 млрд лет назад [14] (или 4,567 млрд лет назад) и образованием Земли 4,54 млрд лет назад [15] [16] (4,54 млрд лет), что является началом хадейского эона — подразделения геологического времени. На более позднем конце шкалы она отмечена сегодняшним днем (в эпоху голоцена ).
Следующие пять временных шкал показывают геологическую шкалу времени в масштабе. Первая показывает все время от образования Земли до настоящего времени, но это дает мало места для самого последнего эона. Вторая временная шкала показывает расширенный вид самого последнего эона. Аналогичным образом самая последняя эра расширена в третьей временной шкале, самый последний период расширен в четвертой временной шкале, а самая последняя эпоха расширена в пятой временной шкале.
Горизонтальная шкала: миллионы лет (над шкалой времени) / тысячи лет (под шкалой времени)
Эпохи:
Методы относительного датирования были разработаны, когда геология впервые возникла как естественная наука . Геологи до сих пор используют следующие принципы в качестве средств для предоставления информации о геологической истории и времени геологических событий.
Принцип униформизма гласит, что геологические процессы, наблюдаемые в действии, которые изменяют земную кору в настоящее время, работали примерно таким же образом на протяжении геологического времени. [17] Фундаментальный принцип геологии, выдвинутый шотландским врачом и геологом 18-го века Джеймсом Хаттоном , заключается в том, что «настоящее является ключом к прошлому». По словам Хаттона: «прошлая история нашего земного шара должна быть объяснена тем, что можно увидеть происходящим сейчас». [18]
Принцип интрузивных отношений касается пересекающих интрузий. В геологии, когда магматическая интрузия пересекает формацию осадочных пород , можно определить, что магматическая интрузия моложе осадочных пород. Различные типы интрузий включают штоки, лакколиты , батолиты , силлы и дайки .
Принцип сквозных связей относится к образованию разломов и возрасту последовательностей, которые они пересекают. Разломы моложе, чем породы, которые они пересекают; соответственно, если обнаружен разлом, который проникает в некоторые формации, но не те, которые находятся на его вершине, то формации, которые были прорезаны, старше разлома, а те, которые не прорезаны, должны быть моложе разлома. Нахождение ключевого пласта в этих ситуациях может помочь определить, является ли разлом нормальным разломом или надвигом . [19]
Принцип включений и компонентов гласит, что в случае с осадочными породами, если в формации обнаружены включения (или обломки ), то эти включения должны быть старше формации, которая их содержит. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации часто вырывается и включается в более новый слой. Похожая ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов . Эти инородные тела подхватываются потоками магмы или лавы и включаются, а затем охлаждаются в матрице. В результате ксенолиты старше породы, которая их содержит.
Принцип изначальной горизонтальности гласит, что отложение осадков происходит в виде по существу горизонтальных слоев. Наблюдение за современными морскими и неморскими осадками в самых разных условиях подтверждает это обобщение (хотя косая слоистость наклонная, общая ориентация косослойных единиц горизонтальная). [19]
Принцип суперпозиции гласит, что слой осадочных пород в тектонически ненарушенной последовательности моложе, чем тот, что под ним, и старше, чем тот, что над ним. Логично, что более молодой слой не может проскользнуть под слой, отложенный ранее. Этот принцип позволяет рассматривать осадочные слои как форму вертикальной временной шкалы, частичную или полную запись времени, прошедшего от отложения самого нижнего слоя до отложения самого верхнего слоя. [19]
Принцип фаунистического преемственности основан на появлении ископаемых в осадочных породах. Поскольку организмы существуют в течение одного и того же периода по всему миру, их присутствие или (иногда) отсутствие обеспечивает относительный возраст формаций, в которых они появляются. Основываясь на принципах, которые Уильям Смит изложил почти за сто лет до публикации теории эволюции Чарльза Дарвина , принципы преемственности развивались независимо от эволюционной мысли. Однако принцип становится довольно сложным, учитывая неопределенности окаменелости, локализацию типов ископаемых из-за латеральных изменений в среде обитания ( изменение фаций в осадочных слоях), и то, что не все ископаемые образовались глобально в одно и то же время. [20]
Геологи также используют методы определения абсолютного возраста образцов горных пород и геологических событий. Эти даты полезны сами по себе и могут также использоваться в сочетании с относительными методами датирования или для калибровки относительных методов. [21]
В начале 20-го века прогресс в геологической науке был облегчен возможностью получения точных абсолютных дат геологических событий с использованием радиоактивных изотопов и других методов. Это изменило понимание геологического времени. Ранее геологи могли использовать только ископаемые останки и стратиграфическую корреляцию для датирования участков горных пород относительно друг друга. С изотопными датами стало возможным назначать абсолютный возраст горным породам, и эти абсолютные даты можно было применять к ископаемым последовательностям, в которых был датируемый материал, преобразуя старые относительные возрасты в новые абсолютные возрасты.
Для многих геологических приложений изотопные отношения радиоактивных элементов измеряются в минералах, что дает количество времени, прошедшее с тех пор, как порода прошла через свою определенную температуру закрытия , точку, в которой различные радиометрические изотопы прекращают диффундировать в кристаллическую решетку и из нее . [22] [23] Они используются в геохронологических и термохронологических исследованиях. Обычные методы включают датирование ураном-свинцом , датирование калием-аргоном , датирование аргоном-аргоном и датирование ураном-торием . Эти методы используются для различных приложений. Датирование слоев лавы и вулканического пепла , обнаруженных в стратиграфической последовательности, может предоставить абсолютные данные о возрасте для единиц осадочных пород, которые не содержат радиоактивных изотопов, и откалибровать методы относительного датирования. Эти методы также могут быть использованы для определения возраста размещения плутона . Термохимические методы могут быть использованы для определения температурных профилей в земной коре, поднятия горных хребтов и палеотопографии.
Фракционирование элементов ряда лантаноидов используется для вычисления возраста с момента извлечения пород из мантии.
Другие методы используются для более поздних событий. Оптически стимулированная люминесценция и космогенное радионуклидное датирование используются для датирования поверхностей и/или скоростей эрозии. Дендрохронология также может использоваться для датирования ландшафтов. Радиоуглеродное датирование используется для геологически молодых материалов, содержащих органический углерод .
Геология территории меняется со временем, поскольку откладываются и внедряются горные породы, а деформационные процессы изменяют их форму и местоположение.
Скальные единицы сначала размещаются либо путем осаждения на поверхность, либо путем внедрения в вышележащую породу . Осадконакопление может происходить, когда осадки оседают на поверхности Земли и позже литифицируются 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 , проталкиваются вверх в вышележащую породу и кристаллизуются по мере внедрения.
После того, как начальная последовательность пород была отложена, скальные единицы могут быть деформированы и/или метаморфизованы . Деформация обычно происходит в результате горизонтального сокращения, горизонтального расширения или бокового ( сдвигового ) движения. Эти структурные режимы в целом относятся к конвергентным границам , дивергентным границам и трансформным границам, соответственно, между тектоническими плитами.
Когда скальные блоки подвергаются горизонтальному сжатию , они укорачиваются и становятся толще. Поскольку скальные блоки, за исключением грязи, существенно не изменяются в объеме , это достигается двумя основными способами: посредством сброса и складкообразования . В неглубокой коре, где может возникнуть хрупкая деформация , образуются сбросы, которые заставляют более глубокую породу перемещаться поверх более мелкой породы. Поскольку более глубокая порода часто старше, как отмечено в принципе суперпозиции , это может привести к перемещению более старых пород поверх более молодых. Движение вдоль разломов может привести к складкообразованию, либо потому, что разломы не являются плоскими, либо потому, что слои породы тянутся вперед, образуя складки волочения, поскольку скольжение происходит вдоль разлома. Глубже в Земле породы ведут себя пластично и складываются вместо сброса. Эти складки могут быть либо такими, где материал в центре складки прогибается вверх, создавая « антиформы », либо там, где он прогибается вниз, создавая « синформы ». Если верхние части скальных единиц в складках остаются направленными вверх, они называются антиклиналями и синклиналями соответственно. Если некоторые из единиц в складке направлены вниз, структура называется опрокинутой антиклиналью или синклиналью, а если все скальные единицы опрокинуты или точное направление вверх неизвестно, они называются просто самыми общими терминами: антиформы и синформы.
.png/1280px-Antecline_(PSF).png)
Даже более высокие давления и температуры во время горизонтального сокращения могут вызвать как складчатость, так и метаморфизм пород. Этот метаморфизм вызывает изменения в минеральном составе пород; создает фолиацию или плоскую поверхность, которая связана с ростом минералов под напряжением. Это может удалить признаки исходных текстур пород, такие как слоистость в осадочных породах, особенности течения лав и кристаллические узоры в кристаллических породах .
Расширение приводит к тому, что скальные блоки в целом становятся длиннее и тоньше. Это достигается в первую очередь за счет нормального сброса и пластичного растяжения и истончения. Нормальные сбросы опускают скальные блоки, которые находятся выше, под те, которые находятся ниже. Обычно это приводит к тому, что более молодые блоки оказываются ниже более старых. Растяжение блоков может привести к их истончению. Фактически, в одном месте в пределах складчато-надвигового пояса Мария вся осадочная последовательность Большого каньона появляется на длине менее метра. Скалы на глубине, подлежащей пластичному растяжению, часто также метаморфизованы. Эти растянутые скалы также могут выщипываться в линзы, известные как будины , от французского слова «колбаса» из-за их визуального сходства.
Там, где скальные блоки скользят друг относительно друга, в неглубоких областях развиваются сдвиговые разломы , которые на больших глубинах становятся зонами сдвига , где породы пластично деформируются.
Добавление новых единиц горных пород, как осадочных, так и интрузивных, часто происходит во время деформации. Разломы и другие деформационные процессы приводят к созданию топографических градиентов, в результате чего материал на единице горной породы, которая увеличивается по высоте, размывается склонами холмов и каналами. Эти отложения откладываются на единице горной породы, которая опускается. Постоянное движение вдоль разлома поддерживает топографический градиент, несмотря на движение осадка, и продолжает создавать пространство для размещения материала для отложения. Деформационные события часто также связаны с вулканизмом и магматической активностью. Вулканический пепел и лавы накапливаются на поверхности, а магматические интрузии проникают снизу. Дайки , длинные, плоские магматические интрузии, проникают вдоль трещин и поэтому часто образуются в большом количестве в областях, которые активно деформируются. Это может привести к размещению роев даек , таких как те, которые наблюдаются по всему Канадскому щиту, 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 базальтовых лавовых потоков. Осадочные последовательности среднеконтинентальных Соединенных Штатов и Гранд-Каньона на юго-западе Соединенных Штатов содержат почти недеформированные стопки осадочных пород, которые остались на месте со времен кембрия . Другие области гораздо более сложны в геологическом отношении. На юго-западе Соединенных Штатов осадочные, вулканические и интрузивные породы были метаморфизованы, разломлены, расслоены и сложены. Даже более старые породы, такие как гнейс Акаста кратона Слейв на северо-западе Канады , старейшая известная порода в мире, были метаморфизованы до такой степени, что их происхождение невозможно определить без лабораторного анализа. Кроме того, эти процессы могут происходить поэтапно. Во многих местах, Гранд-Каньон на юго-западе США является очень наглядным примером, нижние скальные единицы были метаморфизованы и деформированы, а затем деформация закончилась, и верхние, недеформированные единицы были отложены. Хотя может произойти любое количество внедрения и деформации горных пород, и они могут произойти любое количество раз, эти концепции дают руководство для понимания геологической истории области.
Геологи используют ряд методов полевых, лабораторных и численных моделей для расшифровки истории Земли и понимания процессов, происходящих 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 горных пород и их деформации). Во многих случаях геологи также изучают современные почвы, реки , ландшафты и ледники ; исследуют прошлую и настоящую жизнь и биогеохимические пути и используют геофизические методы для исследования недр. Подразделения геологии могут различать эндогенную и экзогенную геологию. [24]
Геологические полевые работы различаются в зависимости от поставленной задачи. Типичные полевые работы могут включать:
В дополнение к идентификации горных пород в полевых условиях ( литология ), петрологи идентифицируют образцы горных пород в лаборатории. Два основных метода идентификации горных пород в лаборатории — это оптическая микроскопия и использование электронного микрозонда . При оптическом минералогическом анализе петрологи анализируют тонкие срезы образцов горных пород с помощью петрографического микроскопа , где минералы могут быть идентифицированы по их различным свойствам в плоскополяризованном и кросс-поляризованном свете, включая их двупреломление , плеохроизм , двойникование и интерференционные свойства с помощью коноскопической линзы . [31] В электронном микрозонде отдельные места анализируются на предмет их точного химического состава и изменения состава внутри отдельных кристаллов. [32] Исследования стабильных [33] и радиоактивных изотопов [34] дают представление о геохимической эволюции единиц горных пород.
Петрологи также могут использовать данные о включении флюидов [35] и проводить физические эксперименты при высоких температурах и давлении [36], чтобы понять температуры и давления, при которых появляются различные минеральные фазы, и как они изменяются в ходе магматических [37] и метаморфических процессов. Это исследование можно экстраполировать на поле, чтобы понять метаморфические процессы и условия кристаллизации магматических пород. [38] Эта работа также может помочь объяснить процессы, происходящие внутри Земли, такие как субдукция и эволюция магматического очага . [39]
Структурные геологи используют микроскопический анализ ориентированных тонких сечений геологических образцов для наблюдения за строением внутри горных пород, что дает информацию о деформации внутри кристаллической структуры горных пород. Они также строят графики и объединяют измерения геологических структур для лучшего понимания ориентации разломов и складок, чтобы реконструировать 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 . Стереосетка представляет собой стереографическую проекцию сферы на плоскость, в которой плоскости проецируются как линии, а линии проецируются как точки. Их можно использовать для поиска местоположений осей складок, взаимосвязей между разломами и взаимосвязей между другими геологическими структурами.
Среди наиболее известных экспериментов в структурной геологии есть эксперименты с орогенными клиньями , которые представляют собой зоны, в которых горы построены вдоль сходящихся границ тектонических плит. [40] В аналоговых версиях этих экспериментов горизонтальные слои песка тянутся вдоль нижней поверхности в обратный упор, что приводит к реалистично выглядящим моделям разломов и росту критически сужающегося (все углы остаются прежними) орогенного клина. [41] Численные модели работают так же, как эти аналоговые модели, хотя они часто более сложны и могут включать модели эрозии и подъема в горном поясе. [42] 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. [43]
.jpg/1280px-Linze,_Zhangye,_Gansu,_China_-_panoramio_(4).jpg)
В лаборатории стратиграфы анализируют образцы стратиграфических разрезов, которые могут быть возвращены с поля, например, из кернов бурения . [44] Стратиграфы также анализируют данные геофизических исследований, которые показывают расположение стратиграфических единиц в недрах. [45] Геофизические данные и каротажные диаграммы можно объединить для получения лучшего представления о недрах, и стратиграфы часто используют компьютерные программы, чтобы сделать это в трех измерениях. [46] Затем стратиграфы могут использовать эти данные для реконструкции древних процессов, происходящих на поверхности Земли, [47] интерпретировать прошлые среды и определять области добычи воды, угля и углеводородов.
В лаборатории биостратиграфы анализируют образцы горных пород из обнажений и кернов бурения на предмет найденных в них окаменелостей. [44] Эти окаменелости помогают ученым датировать керн и понимать среду осадконакопления , в которой формировались горные породы. Геохронологи точно датируют породы в стратиграфическом разрезе, чтобы обеспечить лучшие абсолютные границы по времени и скорости осадконакопления. [48] Магнитные стратиграфы ищут признаки магнитных инверсий в магматических породах в кернах бурения. [44] Другие ученые проводят исследования стабильных изотопов в породах, чтобы получить информацию о климате прошлого. [44]
С появлением космических исследований в двадцатом веке геологи начали изучать другие планетные тела теми же способами, которые были разработаны для изучения Земли . Эта новая область исследований называется планетарной геологией (иногда ее называют астрогеологией) и опирается на известные геологические принципы для изучения других тел Солнечной системы. Это важный аспект планетарной науки , и в основном он фокусируется на планетах земной группы , ледяных лунах , астероидах , кометах и метеоритах . Однако некоторые планетарные геофизики изучают планеты-гиганты и экзопланеты . [49]
Хотя префикс geo греческого происхождения относится к Земле, «geology» часто используется в сочетании с названиями других планетных тел при описании их состава и внутренних процессов: примерами являются « geology of Mars » и « Lunar geology ». Также используются специальные термины, такие как селенология (изучение Луны), ареология (Марса) и т. д.
Хотя планетарные геологи заинтересованы в изучении всех аспектов других планет, значительный акцент делается на поиске доказательств прошлой или настоящей жизни на других мирах. Это привело к появлению многих миссий, чьей основной или вспомогательной целью является исследование планетарных тел на предмет наличия жизни. Одной из них является посадочный модуль Phoenix , который проанализировал марсианскую полярную почву на наличие воды, химических и минералогических компонентов, связанных с биологическими процессами.
Экономическая геология — это раздел геологии, который занимается аспектами экономических минералов, которые человечество использует для удовлетворения различных потребностей. Экономические минералы — это те, которые добываются с выгодой для различных практических целей. Экономические геологи помогают находить и управлять природными ресурсами Земли , такими как нефть и уголь, а также минеральными ресурсами, которые включают металлы, такие как железо, медь и уран.
Горная геология состоит из добычи минеральных и рудных ресурсов из Земли. Некоторые ресурсы экономического интереса включают драгоценные камни , металлы, такие как золото и медь , и многие минералы, такие как асбест , магнезит , перлит , слюда , фосфаты , цеолиты , глина , пемза , кварц и кремний , а также такие элементы, как сера , хлор и гелий .
Геологи-нефтяники изучают места недр Земли, которые могут содержать извлекаемые углеводороды, особенно нефть и природный газ . Поскольку многие из этих резервуаров находятся в осадочных бассейнах , [50] они изучают формирование этих бассейнов, а также их осадочную и тектоническую эволюцию и современное положение скальных образований.
Инженерная геология — это применение геологических принципов к инженерной практике с целью обеспечения того, чтобы геологические факторы, влияющие на местоположение, проектирование, строительство, эксплуатацию и обслуживание инженерных сооружений, были надлежащим образом учтены. Инженерная геология отличается от геологической инженерии , особенно в Северной Америке.
В области гражданского строительства геологические принципы и анализы используются для определения механических принципов материала, на котором строятся конструкции. Это позволяет строить туннели без обрушений, строить мосты и небоскребы с прочными фундаментами и строить здания, которые не будут оседать в глине и грязи. [51]
Геология и геологические принципы могут применяться 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 подземных вод, [52] которые часто могут обеспечить готовый запас незагрязненной воды и особенно важны в засушливых регионах, [53] а также для мониторинга распространения загрязняющих веществ в скважинах подземных вод. [52] [54]
Геологи также получают данные через стратиграфию, скважины , образцы керна и ледяные керны . Ледяные керны [55] и осадочные керны [56] используются для палеоклиматических реконструкций, которые сообщают геологам о прошлой и настоящей температуре, осадках и уровне моря по всему миру. Эти наборы данных являются нашим основным источником информации о глобальном изменении климата за пределами инструментальных данных. [57]
Геологи и геофизики изучают природные опасности, чтобы принять безопасные строительные нормы и системы оповещения, которые используются для предотвращения потери имущества и жизни. [58] Примерами важных природных опасностей, которые имеют отношение к геологии (в отличие от тех, которые имеют отношение в основном или только к метеорологии), являются:
Изучение физического материала Земли восходит, по крайней мере, к Древней Греции , когда Теофраст (372–287 гг. до н. э.) написал работу Peri Lithon ( О камнях ). В римский период Плиний Старший подробно описал множество минералов и металлов, которые тогда использовались на практике, — даже правильно отметив происхождение янтаря . Кроме того, в 4 веке до н. э. Аристотель сделал критические наблюдения о медленной скорости геологических изменений. Он наблюдал за составом земли и сформулировал теорию, согласно которой Земля изменяется медленно, и что эти изменения не могут наблюдаться в течение жизни одного человека. Аристотель разработал одну из первых основанных на доказательствах концепций, связанных с геологической сферой, относительно скорости, с которой Земля физически изменяется. [60] [61]
Абу ар-Райхан аль-Бируни (973–1048 гг. н. э.) был одним из самых ранних персидских геологов, чьи работы включали самые ранние сочинения по геологии Индии , выдвигая гипотезу о том, что Индийский субконтинент когда-то был морем. [62] Опираясь на греческую и индийскую научную литературу, которая не была уничтожена мусульманскими завоеваниями , персидский ученый Ибн Сина (Авиценна, 981–1037) предложил подробные объяснения образования гор, происхождения землетрясений и других тем, имеющих центральное значение для современной геологии, что обеспечило существенную основу для последующего развития науки. [63] [64] В Китае полимат Шэнь Куо (1031–1095) сформулировал гипотезу о процессе формирования суши: основываясь на своих наблюдениях за ископаемыми раковинами животных в геологическом слое в горах в сотнях миль от океана, он сделал вывод , что земля образовалась в результате эрозии гор и отложения ила . [65]
Георгиус Агрикола (1494–1555) опубликовал свой новаторский труд «De Natura Fossilium» в 1546 году и считается основателем геологии как научной дисциплины. [66]
Николасу Стено (1638–1686) приписывают открытие закона суперпозиции , принципа изначальной горизонтальности и принципа латеральной непрерывности : трех определяющих принципов стратиграфии .
Слово «геология» впервые использовал Улисс Альдрованди в 1603 году [67] [68] , затем Жан-Андре Делюк в 1778 году [69] и ввел в качестве фиксированного термина Орас-Бенедикт де Соссюр в 1779 году. [70] [71] Слово происходит от греческого γῆ, gê , что означает «земля» и λόγος, logos , что означает «речь». [72] Но согласно другому источнику, слово «геология» происходит от норвежца Миккеля Педерсона Эшолта (1600–1669), который был священником и ученым. Эшолт впервые использовал это определение в своей книге под названием Geologia Norvegica (1657). [73] [74]
Уильям Смит (1769–1839) нарисовал некоторые из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания пластов горных пород (слоев), изучая содержащиеся в них окаменелости. [59]
В 1763 году Михаил Ломоносов опубликовал свой трактат «О слоях земных» . [75] Его труд стал первым изложением современной геологии, основанным на единстве процессов во времени и объяснении прошлого Земли из настоящего. [76]
Джеймса Хаттона (1726–1797) часто считают первым современным геологом. [77] В 1785 году он представил доклад под названием «Теория Земли» Королевскому обществу Эдинбурга . В своем докладе он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем предполагалось ранее, чтобы было достаточно времени для эрозии гор и для образования осадочных пород на дне моря, которые, в свою очередь, поднялись и стали сушей. Хаттон опубликовал двухтомную версию своих идей в 1795 году. [78]
Последователи Хаттона были известны как плутонисты , поскольку они считали, что некоторые породы образовались в результате вулканизма , то есть отложения лавы из вулканов, в отличие от нептунистов во главе с Абрахамом Вернером , которые считали, что все породы образовались из большого океана, уровень которого постепенно понижался с течением времени.
Первая геологическая карта США была составлена в 1809 году Уильямом Маклуром . [79] В 1807 году Маклур приступил к выполнению поставленной перед собой задачи по проведению геологического обследования Соединенных Штатов. Он объездил и нанес на карту почти каждый штат Союза, а Аллегейские горы были пересечены и пересечены около 50 раз. [80] Результаты его самостоятельных трудов были представлены Американскому философскому обществу в мемуарах под названием «Наблюдения за геологией Соединенных Штатов , пояснительные к геологической карте» и опубликованы в « Трудах общества» вместе с первой геологической картой страны. [81] Это предшествует геологической карте Англии Уильяма Смита на шесть лет, хотя она была составлена с использованием другой классификации горных пород.
Сэр Чарльз Лайелл (1797–1875) впервые опубликовал свою знаменитую книгу « Принципы геологии » [82] в 1830 году. Эта книга, повлиявшая на мысли Чарльза Дарвина , успешно продвигала доктрину униформизма . Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы происходили на протяжении всей истории Земли и продолжают происходить сегодня. Напротив, катастрофизм — это теория, согласно которой особенности Земли сформировались в результате единичных катастрофических событий и с тех пор оставались неизменными. Хотя Хаттон верил в униформизм, в то время эта идея не получила широкого признания.
Геология 19-го века в основном вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли . Оценки варьировались от нескольких сотен тысяч до миллиардов лет. [83] К началу 20-го 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.
Некоторые из наиболее значительных достижений в геологии 20-го века были связаны с разработкой теории тектоники плит в 1960-х годах и уточнением оценок возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: расширения морского дна и дрейфа континентов . Теория произвела революцию в науках о Земле . Сегодня известно, что возраст Земли составляет приблизительно 4,5 миллиарда лет. [16]
[...] историческая дихотомия между геологами «твердых пород» и «мягких пород», т. е. учеными, работающими в основном с эндогенными и экзогенными процессами, соответственно [...] эндогенные силы, в основном определяющие развитие событий под земной корой, и экзогенные силы, в основном определяющие развитие событий на поверхности 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=проигнорировано ( помощь )
