Геологические процессы

Геологические процессы делятся на эндогенные и экзогенные.

Эндогенные геологические процессы

Эндогенные геологические процессы включают магматизм, метаморфизм, землетрясения, тектонические нарушения.

Магматизм

Магматические горные породы, образовавшиеся из жидкого расплава - магмы, играют огромную роль в строении земной коры. Эти породы сформировались разными путями. Крупные их объемы застывали на различной глубине, не дойдя до поверхности, и оказывали сильное воздействие на вмещающие породы высокой температурой, горячими растворами и газами. Так образовались интрузивные тела. Если магматические расплавы вырывались на поверхность, то происходили извержения вулканов, носившие в зависимости от состава магмы спокойный либо катастрофический характер. Такой тип магматизма называют эффузивным, что не совсем точно. Нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонко раздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла - раплава. Подобные извержения называются эксплозивными. Поэтому говоря о магматизме, следует различать интрузивные процессы, связанные с образованием и движением магмы ниже поверхности земли, и вулканические процессы, обусловленные выходом магмы на земную поверхность. Оба эти процесса неразрывно связаны между собой, а проявление того или другого из них зависит от глубины и способа образования магмы, ее температуры, количества растворенных газов, геологического строения района, характера и скорости движений земной коры и т.д.

Как интрузивные, так и вулканические горные породы содержат залежи полезных ископаемых и, кроме того, они являются надежными индикаторами тектонических и палеогеографических условий геологического прошлого, что позволяет нам их реконструировать.

Метаморфизм

Горные породы после формирования могут попасть в такую геологическую обстановку, которая будет существенно отличаться от обстановки образования породы и на нее будут оказывать влияние различные эндогенные силы: тепло, давление (нагрузка) вышележащих толщ, глубинные флюиды, растворы и газы, воды, водород, углекислота и др. Изменение магматических и осадочных пород в твердом состоянии состоянии под воздействием эндогенных факторов и называется метаморфизмом.

Все метаморфические процессы можно разделить на две группы. В одной из них химический состав метаморфизуемых пород не изменяется, т.е. преобразование происходит изохимически. Во второй группе наблюдается изменение состава пород за счет привноса или выноса компонентов. Такой процесс называется аллохимическим. Под воздействием процессов метаморфизма происходит перекристаллизация исходных пород, изменение минерального, а нередко и химического состава. Метаморфические процессы могут быть разной интенсивности, поэтому в природе наблюдаются все постеренные переходы от практически неизмененных или слабо измененных пород, первичная текстура, структура и состав которых сохранились, до пород, измененных настолько сильно, что восстановить их первичную природу невозможно. Усиление степени метаморфизма, т.е. увеличение температуры, давления и концентрации флюидов, приводит к изменению или распаду неустойчивых минералов на более устойчивые ассоциации. При изучении метаморфических пород необходимо восстановить их первичную природу и условия образования, а также дать реконструкцию обстановки метаморфизма - давление, температуру и роль летучих компонентов. Это позволяет разобраться в мощнейших толщах хедских, архейских и протерозойских пород, слагающих главным образом фундамент древних платформ и отвечающих по возрастному интервалу большей части истории Земли - 2,5-4,6 млрд. лет. С этими же породами связаны очень важные в практическом отношении метаморфогенные месторождения, содержащие железные руды, графит, золото, уран, медь, кварциты, мраморы и др.

Землетрясения

Ежегодно на Земле регистрируется более 100 000 землетрясений. Большинство из них мы вообще не ощущаем, некоторые отзываются лишь дребезжанием посуды в шкафах и раскачиванием люстр, зато другие, к счастью гораздо более редкие, в мгновение ока превращают города в груды дымящихся обломков. На побережьях море отступает, обнажая дно, а затем на берег обрушивается гигантская волна, сметая все на своем пути, унося остатки строений в море. Крупные землетрясения сопровождаются многочисленными жертвами среди населения, которое гибнет под развалинами зданий, от пожаров, наконец, просто от возникающей паники. Землетрясения - это бедствие, катастрофа, поэтому огромные усилия затрачиваются на предсказания возможных сейсмических толчков, на выделение сейсмоопасных районов, на мероприятия, которые призваны сделать промышленные и гражданские здания сейсмостойкими.

За последнее время катастрофические землетрясения произошли в Чили (1960), на Аляске (1969), в Гватемале (1976), в Китае (1976), когда погибло 100 000 человек. На территории СССР не раз отмечались очень сильные землетрясения: Андижанское (1902), Кеминское (1911), Хаитское (1949), Ашхабадское (1929 и 1948), Ташкентское (1966), Газлийские (1970, 1976, 1984) и, наконец, страшное Спитакское землетрясение в Армении (1988).

Любое землетрясение - это тектонические деформации земной коры или верхней мантии, происходящие вследствие того, что накопившиеся напряжения в какой-то момент превысили прочность горных пород в данном месте. Разрядка этих напряжений и вызывает сейсмические колебания в виде волн, которые, достигнув земной поверхности, производят разрушения.

Очагом, или гипоцентром землетрясения является определенный объём горных пород, внутри которого осуществляются неупругие деформации и происходит разрушение пород. Эпицентр - проекция гипоцентра на земную поверхность. На карте распространения эпицентров современных землетрясений отчетливо видна их связь с периферией Тихого океана, Средиземноморским подвижным поясом (Альпы, Карпаты, Кавказ, Гималаи), а также со срединно-океаническими хребтами во всех океанах.

Тектонические нарушения

В большинстве случаев осадки, формирующиеся в озерах, морях и океанах, обладают первично горизонтальным залеганием, которое нередко нарушается тектоническими движениями, что приводит к образованию складок, с одной стороны, и разрывных нарушений, с другой.

Складки

Складка - это изгиб слоев. Различают ядро складки и ее крылья. Складки бывают антиклинальные и синклинальные. Ядра антиклинальных складок сложены породами более древними слоями, ядра синклинальных - более молодыми. Перегибы слоев образуют замки складок.

Чаще всего складки образуются при содвиге континентальных плит, когда происходит раздавливание неконсолидированных горизонтально залегающих слоев между сдвигающимися кратонами. При этом образуются линейные складки с примерно одинаковыми замками антиклинальных и синклинальных разновидностей. Под воздействием преимущественно вертикальных движений в подвижных поясах образуются брахискладки, где форма замков антиклинальных и синклинальтных складок различная. На платформах формируются куполовидные складки изометричной формы с очень пологими крыльями.

Разрывные нарушения

Разрывным нарушением называется деформация пластов горных пород с нарушением их сплошности, возникающая в случае превышения предела прочности пород тектоническими напряжениями. В любом разрывном нарушении всегда выделяется плоскость разрыва или сместителя и крылья разрыва, т.е. два блока пород по обе стороны сместителя, которые подверглись перемещению. Крыло или блок, находящийся выше сместителя, называется висячим, а ниже - лежачим. Важным параметром разрыва является его амплитуда. Расстояние от пластав лежачем крыле до того же пласта в висячем крыле называется амплитудой по сместителю. Кроме того различают стратиграфическую амплитуду, которая измеряется по нормали к плоскости напластования в любом крыле разрыва до проекции пласта; вертикальную амплитуду - проекцию амплитуды по сместителю на вертикальную плоскость; горизонтальную амплитуду - проекцию амплитуды по сместителю на горизонтальную плоскость. Положение сместителя в пространстве определяется, как и ориентировка любой другой плоскости, с помощью линий падения, простирания и угла падения.

Основные типы разрывных нарушений: сброс (сместитель наклонен в сторону опущенного крыла, угол наклона сместителя больше 45⁰), взброс (сместитель наклонен в сторону поднятого крыла), надвиг (взброс с углом наклона сместителя менее 45⁰), сдвиг (перемещение крыльев по простиранию сместителя), шарьяж (надвиг с почти горизонтальным положением сместителя), раздвиг (горизонтальное смещение блоков разрывного нарушения в противоположные стороны), содвиг (горизонтальное смещение блоков разрывного нарушения навстречу друг другу).

Амплитуды смещения достигают 4000 км - при раздвиге (спрединге) континентальных плит. Примерно такие же амплитуды были при содвигах континентальных плит, в результате чего формировались шарьяжи с амплитудой перемещения в сотни километров.

Экзогенные процессы

К экзогенным процессам относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра, поверхностных текучих вод, подземных вод, ледников, геологические процессы в областях распространения многолетнемерзлых горныхъ пород, геологическая деятельность океанов и морей.

Выветривание

Под выветриванеием понимается совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры. Это преобразование зависит от многих факторов: колебания температуры, химического воздействия воды и газов - углекислоты и кислорода, воздействия органических веществ, образующихся при жизни растений и животных и при их отмирании и разложении. Сказанное свидетельствует о том, что процессы выветривания тесно связаны с взаимодействием приповерхностной части земной коры с атмосферой, гидросферой и биосферой. Часть земной коры, где происходит преобразование минерального вещества, называется зоной выветривания или зоной гипергенеза. Условно выделяются два взаимосвязанных фактора: физическое и химическое выветривание.

Геологическая деятельность ветра

Геологическая деятельность ветра состоит из следующих видов: дефляции (выдувания и развевания), коррозии (обтачивания, соскабливания), переноса и аккумуляции. Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые ими формы рельефа и отложения называют эоловыми.

Наиболее ярко деятельность ветра проявляется в пустынях, занимающих около 20 % поверхности континентов, где сильные ветры сочетаются с малым количеством выпадающих атмосферных осадков, резкими колебаниями температуры, отсутствием растительного покрова в связи с аридным климатом.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Под текучими водами понимаются все виды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Все воды, стекающие по поверхности Земли, производят различного вида работу. Хорошо известно, что поверхностная текучая вода - один из важнейших факторов денудации суши и преобразования лика Земли.

Как и в других экзогенных процессах, в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: разрушение, перенос и отложение, или аккумуляция, переносимого материала в конечном итоге на первом (у подножия гор) и втором (в дельтах рек) уровнях аккумуляции. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловой склоновый сток, сток временных русловых потоков и сток постоянных водотоков - рек.

Разрушение горных пород происходит главным образом в горах. На равнинах преобладает перенос и аккумуляция. Ежегодно реками выносится в их устью около 20 км³ песчано-глинистого материала. Крупнейшим местом временной аккумуляции обломочного материала, выносимого реками является устье рек Ганга и Брахмапутры, около 2 км³, или 10 % всего перенесенного и отложенного материала. Это связано с денудацией высочайшей горной системы - Гималаев.

Геологическая деятельность подземных вод

К подземным водам относятся все природные воды, находящиеся под поверхностью Земли в подвижном состоянии. Вопросы происхождения, движения, развития и распространенности подземных вод являются предметом изучения специальной отрасли геологической науки - гидрогеологии. Подземные воды тесно связаны с водой атмосферы и наземной гидросферы - океанами, морями, озерами, реками. В природных условиях происходит непрерывное взаимодействие этих вод, так называемый гидрологический круговорот.

Одним из важнейших факторов, определяющих условное начало круговорота, является испарение воды с поверхности океанов, морей и поступление влаги в атмосферу. При благоприятных условиях вода атмосферы конденсируется и выпадает в виде атмосферных осадков. Распределение последних может быть представлено следующей схемой: испарение, поверхностный сток, инфильтрация, или просачивание, подземный сток.

Водноколлекторские свойства горных пород определяются их пористостью и трещиноватостью. Наибольшая водопроницаемость наблюдается в галечниках, гравии, в крупных песках, сильно закарстованных известняках и сильно трещиноватых породах различного генезиса. Относительно слабая проницаемость отмечается в тонкозернистых песках, супесях, еще меньшая в лёссах, легких суглинках, слаботрещиноватых породах. Почти непроницаемыми (водоупорными) являются глины, тяжелые суглинки, сцементированные и другие массивные породы с ничтожной трещиноватостью.

Горные породы содержат различные виды воды:

1. Вода в виде пара.

2. Физически связанная вода, гигроскопическая и пленочная.

3. Свободная вода, капиллярная и гравитационная.

4. Вода в твердом состоянии.

5. Кристаллизационная и химически связанная вода.

В современной гидрогеологической литературе выделяют принадлежность разных видов подземных вод к конкретным зонам: зоне аэрации и зоне насыщения.

Почвенные воды и верховодка образуются в зоне аэрации. В зоне насыщения выделяют воды: грунтовые, межпластовые безнапорные и межпластовые напорные, или артезианские.

Геологическая деятельность ледников

Ледники - это естественные массы кристаллического льда, находящиеся на поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега). Необходимым условием образования ледников является сочетание низких температур с большим количеством твердых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор.

Выделяются три основных типа ледников: 1) материковые, или покровные, 2) горные, 3) промежуточные, или смешанные. Классическими примерами ныне существующих материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии. Антарктида занимает площадь около 15 млн км², из них около 13,2 млн км² покрыто льдом. Ледяной покров образует огромное плато высотой до 4 км..

В четвертичном периоде значительная часть Европы и Северной Америки также были покрыты материковым ледяным покровом.

При своем движении ледники производят разрушение горных пород, перенос обломков и их аккумуляцию в виде морен. Одна из таких конечных морен расположена около МГОУ за рекой Яузой на территории Лосиного острова.

Геологические процессы в областях распространения многолетнемерзлых горных пород

Хорошо известно, что поверхностные слои почв и грунтов подвергаются сезонному промерзанию зимой и оттаиванию в весенне-летнее время. Наибольшая глубина промерзания в северном полушарии наблюдается в северных приполярных районах, наименьшая - в южных. Этот верхний слой периодического промерзания и оттаивания отличается большой динамичностью и называется деятельным слоем. Ниже него на обширных пространствах Северной Евразии и Северной Америки развиты многолетнемерзлые горные породы (ММП). В России они занимают больше половины площади.

Зону распространения ММП называют мерзлой зоной земной коры или криолитозоной. Соответственно и наука, изучающая криолитозону и процессы, связанные с ней, называется геокриологией или мерзлотоведением.

В зоне ММП наблюдается целый ряд геологических процессов. Повторно-жильные льды формируются в северной геокриологической зоне. Их развитие связано с морозобойными трещинами, образующими системы полигонов. Морозное пучение характерно для различных районов криолитозоны. Инъекционные бугры пучения образуются в условиях закрытой системы. К склоновым процессам относятся солифлюкция и курумы.

Геологическая деятельность океанов и морей

Вся совокупность водных пространств океанов и морей, занимающих 70,8 % поверхности Земли, называется Мировым океаном, или океаносферой. Мировой океан включает четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый, все окраинные (Берингово, Охотское, Японское и др.) и внутриконтинентальные моря (Средиземное, Черное, Балтийское и др.).

В рельефе дна океанов и морей выделяются шельф, материковый склон, ложе Мирового океана с поднятиями (срединно-океаническими хребтами, валами, вулканическими островами и гайотами) и глубоководными впадинами (Тонга-Кермадекской, Курило-Камчатской, Идзу-Бонинской и др.).

В Мировом океане у подножия материкового склона формируется на третьем уровне седиментации основная часть обломочного материала, образующегося при денудации, часть последнего разносится геострофическими течениями по дну Мирового океана. На глубинах менее 4 км чаще во внутренних частях Мирового океана образуются карбонатные илы, впоследствии превращающиеся в известняки. В глубоководных частях океанов формируются диатомовые и радиоляритовые илы, а также красные глубоководные глины с криоконитом. В пределах срединноокеанических хребтов под действием черных ведьм (черных курильщиков) образуются месторождения меди, полиметаллов и золота.