Современные географические исследования. Методы изучения фигуры земли

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.

Давайте совершим воображаемое путешествие к центру Земли. Представим, что мы движемся вглубь, «проходя» толщу Земли в каком-нибудь фантастическом снаряде, вместе с героями книги Жюля Верна «Путешествие к центру Земли».

Самый верхний покров Земли - земная кора. Если сравнить Землю с яблоком, то земная кора будет только его тонкой кожицей. Но именно эта «кожица» интенсивно используется человеком. На ее поверхности построены города, заводы и фабрики, из ее недр добывают различные полезные ископаемые, она дает человеку воду, энергию, одежду и многое-многое другое. Поскольку земная кора самый верхний слой Земли, то и изучена лучше всех. В её недрах залегают очень ценные для человека горные породы и минералы, который он научился использовать в хозяйстве.

Верхний слой земной коры состоит из достаточно мягких горных пород. Они образованы в результате разрушения твёрдых пород (например, песок), отложения остатков животных (мел) или растений (уголь), осаждения на дно морей и океанов разных веществ (поваренная соль).
Следующий слой земной коры – гранитный. Гранит называют магматической породой. Он образовался из магмы в толще земной коры в условиях высоких температур и давления. «Магма» в переводе с греческого означает «густая мазь». Она представляет собой расплавленное вещество земных недр, которое заполняет трещины в земной коре. При ее застывании образуется гранит. Химический анализ гранита показывает, что он содержит большое количество самых разных минералов - кремнезема, алюминия, кальция, калия, натрия.

После «гранитного» слоя, находится слой, сложенный преимущественно из базальта - горной породы глубинного происхождения. Базальт тяжелее гранита, он содержит больше железа, магния и кальция. Эти три слоя земной коры - осадочный, «гранитный» и «базальтовый» - хранят все полезные ископаемые, используемые человеком. Толщина земной коры не везде одинакова: от 5 км под океанами до 75 км под материками. Под океанами, как правило, отсутствует «гранитный» слой.

За земной корой, если двигаться к центру Земли следует, самый толстый слой Земли – мантия (учёные говорят «самый мощный»). Никто никогда не видел ее. Ученые предполагают, что состоит она из магния, железа и свинца. Температура здесь около +2000° С!

От низлежащей мантии земную кору отделяет во вмогом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны сдесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

Ученые установили, что температура горных пород с глубиной возрастает: в среднем на каждые 30 м глубины Земли становится теплее на 1 С. Мантия получает огромное количество тепла от ядра Земли, которое ещё горячее.

При огромной температуре породы мантии должны быть в жидком, расплавленном виде. Но этого не происходит, потому что вышележащие горные породы давят на мантию, и давление на такой глубине в 13 тысяч раз больше, чем на поверхности. Иначе говоря, на каждый 1 см 2 горной породы давят 13т. Столько весит КАМАЗ, груженый асфальтом. Поэтому, по-видимому, породы мантии и ядра находятся в твердом состоянии. Выделяют нижнюю и верхнюю мантию.

Состав мантии:
алюминий, магний, кремний, кальций

Люди давно заметили, что на дне глубоких шахт температура горных пород выше, чем на поверхности. Некоторые шахты даже приходилось забрасывать, потому что там становилось невозможно работать, так как температура достигала +50° С.

Ядро Земли - пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить лишь о его радиусе - примерно 3500 км и температуре - около 4000 °С. Это пока все, что известно науке о строении глубин Земли. Некоторые учёные придерживаются мнения о том, что наше ядро состоит из железа, другие допускают возможным существования огромной пустоты в центре нашей планеты. Выделяют внешнее и внутреннее ядро. Но каково ядро Земли на самом деле пока не знает никто.

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО ) и твердую (BHУTPEHHE ), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

Состав ядра:
железо, никель.

Литосфера - это твердая оболочка Земли, состоящая из земной коры и верхней части мантии (от греч. lithos - камень и sphaira - шар). Известно, что существует тесная связь между литосферой и мантией Земли.

Движение литосферных плит.

Многие ученые считают, что литосфера разделена глубинными разломами на блоки, или плиты, разной величины. Эти плиты перемещаются по разжиженному слою мантии относительно друг друга. Литосферные плиты бывают материковые и океанические (мы немного рассказывали чем они отличаются). При взаимодействии материковой и океанической плит одна надвигается на другую. Из-за своей меньшей толщины край океанической плиты как бы "ныряет" под край континентальной плиты. При этом образуются горы, глубоководные желоба, островные дуги. Наиболее яркий пример такого образования - Курильские острова и Анды.

Какая же сила передвигает плиты литосферы?
Движение их ученые связывают с перемещением вещества в мантии. Мантия несет на себе земную кору, как тонкий лист бумаги.
Границы литосферных плит в местах их разрыва и в местах стыковки - это активные участки литосферы, к которым приурочено большинство действующих вулканов и где часты землетрясения. Эти участки образуют сейсмические пояса Земли, протянувшиеся на тысячи километров. Повторим, что термин "сейсмический" происходит от греческого слова seismos - колебание.

Тепло ядра Земли заставляет мантийное вещество подниматься (как вода при кипении), образуя вертикальные потоки мантии, раздвигающие литосферные плиты. При остывании возникают нисходящие потоки. Тогда литосферные плиты сдвигаются, сталкиваются и образуются горы.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Объектами , которые изучаетгеология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:

Изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

Изучение внутреннего строения Земли;

Изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

Изучение истории развития жизни на Земле и др.

Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.

1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и,следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Согласно современным космологическим представлениям 3емля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно, и чем крупнее были падающие тела, тем сильнее разогревали они Землю. Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство. Хотя первоначальная смесь веществ могла быть однородной в большом масштабе, разогрев земной массы вследствие гравитационного сжатия и бомбардировки ее обломками привел к расплавлению смеси и возникшие жидкости под действием тяготения отделялись от оставшихся твердых частей. Постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью должно было привести к его расслоению на отдельные оболочки. Более легкие вещества, богатые кремнием, отделялись от более плотных, содержащих железо и никель, и образовывали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда 3емля существенно охладилась, земная кора затвердела, превратившись в прочную внешнюю оболочку планеты. Остывая, 3емля выбрасывала из своего ядра множество различных газов (обычно это происходило при извержении вулканов) - легкие, такие как водород и гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство, но так как сила притяжения 3емли была уже достаточно велика, то удерживала у своей поверхности более тяжелые. Они как раз и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на 3емле возникли океаны.

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.

Толщина Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

На рисунке видно, что под океанами земная кора более тонкая, т.к. состоит из двух слоёв (верхнего осадочного и нижнего базальтового).
Далеко не везде, углубляясь в Землю, мы будем наблюдать строгую последовательность, при которой за более молодым слоем располагается более древний. Пласты горных пород по праву называют страницами истории Земли, но они могут быть перепутаны, измяты, изорваны. В основном это происходит в результате горизонтальных сдвигов происходящих в земной коре.
Смещение горных пород показано рисунке справа.

Состав мантии:
алюминий, магний, кремний, кальций

Состав ядра:
железо, никель.

Движение литосферных плит.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Объектами , которые изучает геология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:

 изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

 изучение внутреннего строения Земли;

 изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

 изучение истории развития жизни на Земле и др.

1. Методы полевой геологической съемки  изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы  используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и, следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности  Матуяма.

5. Метод актуализма  протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗЕМЛИ.

ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ

Какие выводы можно сделать, сравнивая предметы? (Жизненный опыт)

Сравнивая предметы, можно сделать вывод об их сходстве и различии.

В каких случаях пользуются сравнением? (Жизненный опыт)

Сравнением пользуются в случае необходимости описания предмета, выбора между несколькими объектами.

Сравните число потомков, которое может дать за всю жизнь пара лягушек и пара обезьян. Значит ли это, что число лягушек постоянно растёт?

Число потомства, которое может дать пара лягушек значительно больше, чем может дать потомства пара обезьян. Это не значит, что число лягушек постоянно растет. У лягушек значительно меньше продолжительность жизни, намного выше смертность молодых особей (лягушат).

Какую урожайность этих посевов можно было предвидеть?

Посевы кукурузы в нашей стране в 60-х годах находились значительно севернее ее распространения на родине. Поэтому высоких урожаев ожидать не стоило. Урожайность растения в более прохладном климате, с меньшим вегетационным периодам конечно будет ниже.

Попробуйте объяснить, почему подводные лодки похожи на дельфина, кальмара и ската, но не похожи на медузу.

Обтекаемая форма тела дельфина, кальмара, ската, которая помогает уменьшать сопротивление и развивать высокую скорость под водой, в большей степени подходит на роль образца при создании подводных лодок.

Всякое ли сходство важно?

Не всякое сходство имеет значение.

С кем «сравнивает» эту бабочку птица? Какую ошибку она совершает?

Птица сравнивает эту бабочку с совой. Ошибка в том, что птица обращает внимание на окраску бабочки, а существенным признаком является строение ее тела.

В чём сходство между китом и подводной лодкой? Можно ли на основании этого сходства делать вывод о внутреннем строении кита?

Сходство между подводной лодкой и китом в их форме. На основании этого факта нельзя сделать вывод о внутреннем строении.

В чём сходство между скорпеной и окунем? Можно ли на основании этого сходства делать вывод о внутреннем строении скорпены?

Сходство между скорпеной и окунем только в общем плане строения. Их цвет, форма и величина плавников разные. Однако эти признаки не дают возможность сделать вывод о внутреннем строении организмов. Поскольку оба организма – представители рыб, их внутреннее строение будет сходным.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ

1. Каковы важнейшие задачи науки?

Задачи науки – прогнозирование на основе обобщения прежнего опыта, создание и совершенствование научного мировоззрения.

2. Как учёным удаётся предсказывать неизвестные свойства?

Предсказывать неизвестные свойства ученым позволяет прогнозирование.

3. В чём заключается сравнительный метод?

Суть сравнительного метода заключается в сопоставлении двух и более объектов по различным параметрам. Сравнение позволяет найти общие, устойчивые, существенные свойства объектов, отнести их к классу объектов с известными свойствами.

4. Может ли наука объяснить чудо?

Не все явления, но большинство из них наука может объяснить. Если научные знания на данном этапе развития человечества не могут дать пояснение некоторым фактам, то, как показывает история, со временем всему находится свое объяснение.

5. Попытайтесь определить цель и задачи науки биологии.

Цель – изучение живых организмов. Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни.

6. Как сравнительный метод помогает изучать историю Земли?

Сравнение напластований разного возраста позволяют восстановить историю развития земли.

7. Назовите существенные признаки автомобилей.

Жесткий кузов, четыре колеса, движение с помощью двигателя, топливо.

8. Поработайте в паре: пусть один находит соответственные признаки автомобиля и паровоза, а другой их оспаривает.

9. Как лично вам помогла наука в жизни?

Наука нам помогает каждый день в обыденной жизни. Именно она нам дает понимание того, почему день сменяется ночью, выпадают осадки, сменяются поры года. Научные знания нам помогают определить время, понимать важность приема пищи и т.п.

10. Как вы считаете, можно ли требовать от учёного ответственности за все дальнейшие способы использования его научных открытий?

Нельзя требовать от ученого ответственности за дальнейшие способы использования его научных открытий. История Нобеля и изобретения динамита доказывает, что иногда ученый, делая открытие, даже не предполагает о возможных путях его использования.

Исследование планеты Земля в Солнечной системе: история, описание поверхности, запуск космических аппаратов, вращение, орбита, достижения, знаменательные даты.

Речь идет о родной планете, поэтому давайте посмотрим, как проходило исследование Земли. Большую часть земной поверхности успели изучить к началу 20-го века, включая внутреннее строение и географию. Загадочными оставались Арктика и Антарктика. Сегодня практически все участки удалось запечатлеть и нанести на карту благодаря фотографическому картированию и радиолокаторам. Одной из последних исследованных областей был полуостров Дариен, расположенный между Панамским Каналом и Колумбией. Ранее выполнить обзор было сложно из-за постоянных дождей, густой растительности и плотного облачного покрова.

Изучение глубинных особенностей планеты долгое время не проводили. До этого занимались исследованием поверхностных формирований. Но после Второй мировой войны принялись за геофизические исследования. Для этого использовали специальные датчики. Но так можно было рассмотреть ограниченную часть подповерхностного слоя. Получалось пробраться лишь под верхнюю кору. Максимальная глубина скважины – 10 км.

Основные цели и достижения при исследовании Земли

В исследовании Земли учеными движет научное любопытство, а также экономическая выгода. Население увеличивается, поэтому растет спрос на ископаемые, а также воду и прочие важные материалы. Многие подземные операции проводят для поиска:

нефти, угля и природного газа;
коммерческих (железо, медь, уран) и строительных (песок, гравий) материалов;
подземных вод;
пород для инженерного планирования;
геотермальных запасов для электричества и отопления;
археологии;

Также возникла необходимость в создании безопасности через туннели, хранилища, ядерные реакции и плотины. А это приводит к необходимости уметь предсказать силу и время землетрясения или уровень подповерхностной воды. Активнее всего землетрясениями и вулканами занимается Япония и США, потому что эти страны чаще всего переносят подобные бедствия. Периодически скважины бурят для профилактики.

Методология и инструменты исследовании Земли

Следует знать, какие существуют методы исследования планеты Земля. В геофизике используют магнетизм, гравитацию, отражательные способности, упругие или акустические волны, тепловой поток, электромагнетизм и радиоактивность. Большая часть замеров осуществляется на поверхности, но есть спутниковые и подземные.

Важно понимать, что находится внизу. Иногда не удается добыть нефть только из-за блока другим материалом. Выбор метода основывается на физических свойствах.

Сравнительная планетология

Астроном Дмитрий Титов о типах планет Солнечной системы, динамике атмосфер и парниковом эффекте на Марсе и Венере:

Дистанционное зондирование

Используется ЭМ-излучение от земли и отраженная энергия в разнообразных спектральных диапазонах, добытых самолетами и спутниками. Методы основываются на использовании комбинаций изображений. Для этого участки фиксируют с разных траекторий и создают трехмерные модели. Их также выполняют с интервалами, что позволяет проследить изменение (рост урожая за сезон или перемены от шторма и ливня).

Радарные лучи пробиваются сквозь облака. Боковой видимый радиолокатор отличается чувствительностью к перемене поверхностного наклона и шероховатости. Оптико-механический сканер регистрирует теплую ИК-энергию.

Чаще всего используют технику Landsat. Эти сведения добываются мультиспектральными сканерами, размещенными на некоторых американских спутниках, расположенных на высоте в 900 км. Кадры охватывают площадь 185 км. Используется видимый, ИК, спектральный, зеленый и красный диапазоны.

В геологии эту технику применяют для вычисления рельефа, обнажения горных порог и литологии. Также удается фиксировать перемены в растительности, породах, находить подземные воды и распределение микроэлементов.

Магнитные методы

Не будем забывать о том, что исследования Земли проводят из космоса, предоставляя не только фото планеты, но и важные научные данные. Можно вычислить полное земное магнитное поле или же конкретных компонентов. Наиболее старый метод – магнитный компас. Сейчас используют магнитные балансы и магнитометры. Протонный магнитометр вычисляет радиочастотное напряжение, а оптико-накачивающий отслеживает наименьшие магнитные флуктуации.

Магнитные съемки проводят магнитометрами, летающими на параллельных линиях с удаленностью в 2-4 км и на высоте в 500 м. Наземные исследования рассматривают магнитные аномалии, произошедшие в воздухе. Могут размещаться на специальных станциях или перемещающихся кораблях.

Магнитные эффекты формируются из-за намагниченности, созданной осадочными породами. Скалы не способны удерживать магнетизм, если температура превышает 500°C, а это ограничение для глубины в 40 км. Источник должен располагаться глубже и ученые полагают, что именно конвекционные токи генерируют поле.

Методы гравитации

Космические исследования Земли включают различные направления. Гравитационное поле можно определить через падение любого объекта в условиях вакуума, вычисление периода маятника или другими способами. Ученые используют гравиметры – вес на пружине, способной растягиваться и сжиматься. Они действуют с точностью до 0.01 миллиграмма.

Отличия в гравитации происходят из-за локальной плоскости. На определение данных уходит несколько минут, но вычисление позиции и высоты занимает больше времени. Чаще всего, плотность осадочных пород возрастает с глубиной, потому что давление повышается и теряется пористость. Когда подъемники переносят скалы ближе к поверхности, то формируют аномальные тяжести. Отрицательные аномалии вызывают и полезные ископаемые, поэтому понимание гравитации может указать на источник нефти, а также на расположение пещер и прочих подземных полостей.

Методы сейсмической рефракции

Научный метод исследования Земли основывается на вычислении временного интервала между началом волны и ее прибытием. Волна может создаться взрывом, упавшим весом, воздушным пузырьком и т.д. Для ее поиска используют геофон (суша) и гидрофон (вода).

Сейсмическая энергия прибывает к детектору различными путями. Сначала, пока волна близка к источнику, она выбирает самые короткие дорожки, но с увеличением дистанции начинает вилять. Сквозь тело могут проходить две разновидности волн: Р (первичные) и S (вторичные). Первые выступают волнами сжатия и перемещаются на максимальном ускорении. Вторые – сдвиговые, движущиеся с небольшой скоростью и не способны пройти сквозь жидкости.

Главная разновидность поверхностного типа – волны Рэлея, где частичка перемещается по эллиптическому пути в вертикальной плоскости от источника. Горизонтальная часть выступает главной причиной землетрясений.

Большая часть информации о земной структуре основывается на анализе землетрясений, так как они генерируют сразу несколько волновых режимов. Все они отличаются по компонентам движения и направлению. В инженерных исследованиях задействуют мелкую сейсмическую рефракцию. Иногда достаточно простого удара кувалдой. Также их применяют для обнаружения неисправностей.

Электрические и ЭМ-методы

При поиске полезных ископаемых методы зависят от электрохимической активности, изменения удельного сопротивления и эффектов диэлектрической проницаемости. Сам потенциал основывается на окислении верхней поверхности металлических сульфидных минералов.

Резистивность использует передачу тока от генератора к другому источнику и определяет разность потенциалов. Удельное сопротивление породы зависит от пористости, солености и прочих факторов. Скалы с глиной наделены низким удельным сопротивлением. Этим методом можно изучать подводные воды.

Зондирование точно вычисляет, как удельное сопротивление меняется с глубиной. Токи с диапазоном в 500-5000 Гц проникают глубоко. Частота помогает определить уровень глубины. Естественные токи индуцируются из-за возмущений в атмосфере или атаке верхнего слоя солнечным ветром. Они охватывают широкий диапазон, поэтому позволяют исследовать различные глубины эффективнее.

Но электрические методы не способны проникнуть слишком глубоко, поэтому не дают полноценных сведений о нижних слоях. Но с их помощью можно изучить металлические руды.

Радиоактивные методы

Этим способом можно выявить руды или горные породы. Наиболее естественная радиоактивность поступает от урана, тория и радиоизотопа калия. Сцинтиллометр помогает обнаружить гамма-лучи. Главный эмиттер – калий-40. Иногда скалу специально облучают, чтобы измерить воздействие и ответную реакцию.

Геотермические методы

Вычисление температурного градиента приводит к определению аномалии теплового потока. Земля наполнена различными жидкостями, химический состав и перемещение которых определяются чувствительными детекторами. Элементы трассировки иногда связаны с углеводородами. Геохимические карты помогают отыскать промышленные отходы и загрязненные участки.

Раскопки и выборка

Чтобы идентифицировать различные виды топлива, нужно добыть образец. Многие скважины создаются вращательным способ, где жидкость циркулирует через долото для смазки и охлаждение. Иногда используют перкуссию, где тяжелое сверло опускают и поднимают, чтобы срезать куски скал.

Выводы о земных глубинах

О форме узнали в 1742-1743 гг., а среднюю плотность и массу вычислил Генри Кавендиш в 1797 году. Позже выяснили, что плотность горных пород на поверхности ниже показателя средней плотности, а значит данные внутри планеты должны быть выше.

В конце 1500-х гг. Уильям Гилберт изучил магнитное поле. С того момента узнали о дипольном характере и перемене геомагнитного поля. Волны землетрясений наблюдали в 1900-х гг. Черта между корой и мантией характеризуется крупным ростом скорости на разрыве Мохоровича с глубиной в 24-40 км. Граница мантии и ядра – разрыв Гутенберга (глубина – 2800 км). Внешнее ядро жидкое, потому что не пропускает поперечные волны.

В 1950-х гг. случилась революция в понимании нашей планеты. Теории континентального дрейфа перешли в тектонику плит, то есть литосфера плавает на астеносфере. Пластины смещаются и формируется новая океаническая кора. Также литосферы могут сближаться, удаляться и врезаться. Многие землетрясения возникают на местах субдукции.

Об океанической коре узнали благодаря серии буровых скважин. В рифтовых участках материал из мантийных колодцев охлаждается и затвердевает. Постепенно осадки накапливаются и создается базальтовый фундамент. Кора тонкая (5-8 км в толщину) и практически вся молодая (меньше 200 000 000 лет). Но реликты достигают возраста в 3.8 млрд. лет.

Континентальная кора намного старше и формировалась сложнее, поэтому ее тяжелее изучать. В 1975 году команда ученых использовала сейсмические методы, чтобы найти залежи нефти. В итоге им удалось обнаружить несколько низкоугловых тяговых листов под горами Аппалачи. Это сильно отразилось на теории формирования континентов.

Изложение предлагаемого материала базируется на структуре различных методов и принципов изучения стратиграфии и палеогеографии, предлагаемой исследователями в разных вариантах (Евдокимов, 1991; Гурский, 1979; Гурский и др., 1982, 1985; и др., таблица 1), в которой они группируются в соответствии с решаемыми задачами.

Основным методом является естественно-исторический, представляющий собой совокупность имеющихся современных методов, с помощью которых проводятся всесторонние исследования Земли, позволяющие выявлять состояние и процессы изменения географической оболочки во времени и пространстве для объяснения их сходства и различия, однотипные связи между компонентами природы, осуществлять сопоставления природных условий и создавать прогнозы их развития. В основе решения обозначенных проблем лежат три основные задачи:

1) изучение природной обстановки прошлого во времени и пространстве;

2) оценка состояния геосистем нынешнего этапа как результата пространственно-временного развития;

3) прогнозирование тенденций развития природной среды на основе их анализа в прошлом и настоящем.

Решение данных задач находит свое практическое применение в нескольких аспектах: геохронологии (установление возраста событий геологического прошлого), стратиграфии (расчленение толщ), палеогеографии (воссоздание условий накопления отложений и развития природных компонентов среды во времени и пространстве) и корреляции (сопоставление природных геологических событий как в пределах отдельных регионов, так и значительно удаленных друг от друга - дальние корреляции) и базируется ныне на принципах актуализма и историзма, возникших после зарождения униформизма и катастрофизма. При этом используются такие научные подходы, как статистический, руководящих форм, реликтов и экзотов, палеонтологических комплексов и эволюционный. Общими методами или методами синтеза научных исследований являются палеонтологические (биостратиграфические: флористические и фаунистические), непалеонтологические (геолого-стратиграфические или литогенетические) и физические. Получение фактического материала проводится на основе совокупного применения ряда частных методов и аналитических приемов. Частные методы дают первичную информацию, фактический материал, а общие методы - позволяют на их основе обрабатывать уже имеющуюся информацию.

Сбор и первичное изучение фактического материала осуществляется в полевых условиях на основе аэрофото- и геологической съемок, бурения скважин, описаний геологических объектов (естественных обнажений, выходов древних пород, продуктов вулканической деятельности, а также искусственных выработок - керна скважин, шурфов, шахт, карьеров), по записям и определениям каротажными станциями физических свойств горных пород в скважинах, отборам проб и органических остатков.

Последующая обработка пород проводится в лабораторных условиях и включает: техническую обработку образцов различными видами анализов и последующую микроскопию (в т.ч. фотографирование объектов), дешифрирование аэрофотоснимков и материалов каротажа.

Обобщение и анализ полученных данных проводится в камеральных условиях с использованием общенаучных методов (моделирования, системного, логического, сравнения и аналогов) и приемов (математического, компьютерного, табличного, а также графического в виде диаграмм, карт, профилей, перфокарт, схем, сейсмограмм и проч.) обработки полученной информации. Самая глубокая в мире Кольская скважина была заложена в 1970 г. и имеет проектную глубину 15 км. Начиная с 1961 г., американские геологи, используя специальное судно “Челенджер”, пробурили в разных частях ложа Мирового океана 600 скважин глубиной до 500-600 м. Советская автоматическая станция произвела бурение на Венере, а в 1976 г. буровое устройство АМС “Луна-24” прошло по лунным породам до глубины около 2 м, отобрало образцы, которые были доставлены на Землю и впоследствии изучены.

Любое историческое исследование, в том числе и историко-геологическое, направлено на рассмотрение событий во времени, что требует установления хронологии этих событий. Хронология - необходимая и неотъемлемая часть любых геологических и палеогеографических исследований. Она дает возможность расположить события прошлого в их естественной последовательности и установить их формальные хронологические отношения. Без хронологии не может быть истории (в т.ч. и геологической истории). Но хронология это еще не история. По утверждению И.Вальтера (1911), “только тогда хронология превращается в историю, когда единство великих событий от их начала до их конца находит себе выражение в их изложении”.

Чтобы ориентироваться в бесконечном множестве отдельных событий прошлого, необходимо установить не только их формальные хронологические отношения, но и их внутренние связи (хронологические и пространственные) друг с другом. Тем самым могут быть выявлены их естественные группировки, позволяющие наметить отвечающие последним этапы и рубежи геологического развития, составляющие основу естественной геологической периодизации.

Историческая последовательность геологических событий запечатлена в последовательности образования слагающих земную кору геологических единиц (пластов), изучением которых занимается стратиграфия.

Между геохронологией и стратиграфией существует тесная связь. Задача геохронологии заключается в установлении хронологии событий геологического прошлого Земли: ее возраста (изначального времени ее возникновения как планеты Солнечной системы - Протоземли; возраста горных пород, сформировавшихся в процессе эволюции Протоземли и слагающих земную кору; хронологической последовательности отрезков времени, в течение которых формировались толщи горных пород. Поскольку ни в одной точке Земли абсолютно полных геологических разрезов за всю историю планеты не существует в силу того, что периоды накопления (аккумуляции) осадков сменялись периодами разрушения и сноса (денудации) горных пород, многие страницы каменной летописи Земли оказываются вырванными и уничтоженными. Неполнота геологической летописи требует для восстановления истории Земли сопоставления геологических данных по большим территориям.

Все эти задачи решаются на основе рассматриваемых ниже методов относительной геохронологии. В результате разработаны геохронологическая (последовательный ряд геохронологических подразделений в их таксономической соподчиненности) и стратиграфическая (совокупность общих стратиграфических подразделений, расположенных в порядке их последовательности и таксономической подчиненности) шкалы с целым рядом соответствующих подразделений, основанных на эволюции органического мира. Стратиграфические подразделения применяются для обозначения комплексов слоев горных пород, а соответствующие им геохронологические подразделения - для обозначения времени, за которое эти комплексы отложились.

Говоря об относительном времени, используются геохронологические единицы, а говоря об отложениях, которые сформировались в определенное время, - стратиграфические единицы.

Расчленение и корреляцию разрезов производят на основе критериев, обусловленных минералого-петрографическими особенностями слоев, их взаимоотношениями и условиями накопления, или же составом остатков животных и растительных организмов, заключенных в породах. В соответствии с этим принято выделять методы, основанные на изучении состава слоев и их взаимоотношений (геолого-стратиграфические методы) и основанные на палеонтологической характеристике пород (биостратиграфические методы). Эти методы позволяют определить относительный возраст слоев горных пород и последовательность событий геологического прошлого (одни моложе или раньше, другие древнее или позже) и коррелировать одновозрастные слои и события.

Подобное определение относительного возраста горных пород не дает реального представления о геологическом возрасте Земли, о продолжительности событий геологического прошлого и продолжительности геохронологических подразделений. Относительная геохронология позволяет судить лишь о последовательности во времени отдельных геохронологических единиц и событий, но их истинную продолжительность (в тысячах и миллионах лет) можно установить геохронологическими методами, часто называемыми методами определения абсолютного возраста.

Таким образом, в географии и геологии существуют два летоисчисления: относительное и абсолютное. Относительное летоисчисление определяет возраст геологических объектов и событий относительно друг друга, последовательность их образования и протекания при помощи геолого-стратиграфических и биостратиграфических методов. Абсолютное летоисчисление устанавливает время возникновения горных пород, проявления геологических процессов и их продолжительность в астрономических единицах (годах) радиометрическими методами.

В связи с поставленными задачами частные географические и геологические методы объединяются в две крупные группы: абсолютной и относительной геохронологии.

Методами абсолютной (радиометрической, ядерной) геохронологии определяется количественно абсолютный (истинный) возраст геологических тел (пластов, слоев) со времени их образования. Эти методы имеют важное значение для датирования древнейших (включая докембрийские) толщ Земли, содержащие весьма скудные органические остатки.

Методами относительной (сравнительной) геохронологии можно получать представление об относительном возрасте горных пород, т.е. определять последовательность формирования геологических тел, соответствующих определенным геологическим событиям в истории Земли. Методы относительной геохронологии и стратиграфии позволяют ответить на вопрос, какие из сравниваемых отложений являются более древними и какие более молодыми без оценки длительности времени их образования и к какому временному интервалу относятся изучаемые отложения, соответствующие им геологические процессы, изменения климата, находки фауны, флоры и т.д.

Категории

Популярное