Что такое геология

Геология – это такая обширная наука, совокупность нескольких научных течений, которая занимается изучением строения земной коры, а также физическими и биохимическими процессам, происходящими в её структуре в результате различных механических воздействий, совокупности природных факторов, либо с течением определённого временного промежутка. Многочисленные гипотезы учёных-геологов дают полное понимание о развитии поверхности земли, закономерностях её развития на протяжении всей истории.

Роль геологии в жизни

Многие неосведомлённые люди задают вопрос, геология – что это? Геология является одной из основополагающих естественных наук, которая играет важнейшую роль в развитии современных технологий, в частности:

  • Благодаря геологии, учёные могут с точностью спрогнозировать подвижки литосферных плит, которые вызывают землетрясения, цунами или оползни с последующим влиянием на климатические условия местности. Это позволяет вовремя предоставить негативные последствия от стихийных бедствий.
  • Развитие горнодобывающей промышленности за счёт точного определения мест залегания всех типов полезных ископаемых в ходе геологоразведочных мероприятий.
  • Возможность строительства высотных зданий на различных типах грунтовых оснований. Анализ глубинных слоёв почвы с испытанием выборочных образцов в лабораторных условиях позволяет инженерам разработать комплекс мероприятий по усилению основания и выбрать нужный тип надёжного фундамента для любого сооружения.
  • Вне зависимости от большого количества современных полимерных или других синтетических изделий, данные предметы изготавливаются только из природного минерального сырья. В связи с этим, химическая промышленность последнего поколения не могла бы существовать без геологии, так как данная наука позволяет точно определить все химические и механические свойства любого элемента в составе земной коры.

Без точных знаний о строении земной коры и физических процессах, которые в ней происходят, невозможно развитие современного строительства, а безопасность человечества, с учётом стремительного роста населения на планете последние 100 лет и освоение людьми новых территорий для проживания, была бы под угрозой.

Что изучает геология?

Геология является многогранной наукой, которая классифицируется на множество направлений, в зависимости от предмета исследований, технологии анализа, предметов изучения, теоретических выкладок или сферы применения полученных в ходе сложных исследований знаний. Ниже подробно описываются самые распространённые аспекты геологии, как науки, их практическое или прикладное применение и польза для человечества в современной жизни.

Минералы

Раздел геологии, который занимается изучением природных минералов, называется минералогией, с развитием которой расширяется спектр знаний человека о следующих объектах исследований:

  • Химический состав добываемых и исследуемых материалов. Известно, что все минералы является твёрдыми материалами природного происхождения и имеют неорганический состав. В связи с этим, чаще всего, данные структуры отличаются жёсткой кристаллической решёткой, стабильностью агрегатного состояния и свойств, постоянным набором химических элементов в своём структурном составе.
  • Открытие новых минералов или их модификаций. Для этого требуется постоянный анализ земной коры, добыча различных образцов с их последующим анализом. По состоянию на начало нового тысячелетия, в мире существует более 5 тыс. разновидностей минералов, большая часть из которых являются кремнийсодержащими элементами, залегающими в непосредственной близости от поверхности земной коры.
  • Данный раздел геологии изучает физические свойства каждого минерала, когда учёные подвергают новые образцы испытуемых материалов ударным воздействиям, температурным перепадам, увлажнению под давлением и другим опытам. По результатам таких эмпирических исследований, определяется механическая прочность минерала, твёрдость его структуры, огнестойкие свойства, водонепроницаемости, морозостойкость и другие важные параметры, что позволяет применять минерал в строительном производстве или в различных отраслях промышленности.

Помимо перечисленных видов анализа, минералогия занимается описанием внешних морфологических признаков исследуемых минералов, таких, как блеск, наличие пор, объёмный вес, равномерность структуры и видимой части поверхности. Это позволяет учёным классифицировать все природные минералы на драгоценные, полудрагоценные и другие типы камней, составить подробный перечень инструкций, рекомендаций по их обработке для улучшения свойств, расширения применения на практике.

Горные породы

Геология и минералогия изучают свойства, строение и физико-механические характеристики горных пород, то есть, комбинаций различных минералов, залегающих в массиве твёрдого грунтового основания части земной коры в определённой местности. Минералогия неотъемлемо связана с изучением горных пород, и данные исследования позволяют получить следующие важные сведения:

  • Состав горной породы, определение количества, типа и процентного содержания минералов в структуре исследуемого материала.
  • Анализ количества, типа пластов в горной породе, мощности слоя в исследуемой зоне, структуры кристаллической решётки.
  • Обоснование возможности применения горной породы для добычи минералов и для использования в других целях.
  • Определение происхождения горной породы. В геологии разделяют три категории данных минеральных смесей и структур – магматические, метаморфические и осадочные.

Магматические горные породы формируются при извержении вулканов, когда остывшая лава кристаллизуется в плотную или пористую структуру, в зависимости от количества газов и химических процессов в расплавленном веществе.

Осадочные горные породы формируются на протяжении длительного времени под постепенным воздействием окружающей среды – температурных перепадов, органических отложений с их последующим прессованием в твёрдые структуры.

  • Метаморфические горные породы являются результатом химических и физических процессов, которые вызывают качественное изменение структуры и модифицирующие процессы в магматических или осадочных структурах.
  • Анализ горных пород позволяет определить такие важные геологические сведения, как возраст данного участка земной коры, сделать вывод о наиболее значимых биологических процессах и древних формах жизни, спрогнозировать дальнейшее развитие земной коры, появление новых модификаций минералов.

Анализ горных пород позволяет освоить добывающие предприятия для извлечения из земной коры каменного угля, как одного из важнейших энергоносителей на планете, а также добычу строительного гранитного щебня, песков и других материалов, активно и широко испытуемых в различных сферах промышленности.

Окаменелости

Окаменелости являются твёрдыми горными породами, которые сформировались при отмирании, высыхании и изменении кристаллической решётки органических веществ. Прежде всего, к таким веществам относятся отмершие живые организмы, кальциевые скелеты которых со временем прессуются в плотные структуры – известняки, доломиты и другие горные породы.

Главная польза от исследования структуры, глубины залегания, физико-механических свойств и других параметров окаменелостей заключается в идентификации и открытии новых видов живых организмов, существовавших на Земле много миллионов лет назад. Таким образом, раздел геологии, изучающий окаменелости, неразрывно связан с биологией и историей.

Поимо описанной выше пользы, изучение окаменелостей также имеет важное практическое значение. Органические материи на протяжении многих лет полностью изменяют свои физические свойства, а кристаллическая решётка существенно укрепляется с течением времени из-за модифицирующих процессов. Многие виды окаменелостей, широко распространённых в земной коре, часто используются в качестве экологически чистых строительных материалов, являются базовыми ингредиентами многих современных элементов отделки жилых или общественных помещений.

Формы рельефа, геологические структуры и карты

Одним из основных направлений деятельности геологии является изучение формы рельефа земной коры. Большинство изменений в земной коре обуславливается эрозионными процессами, климатическими изменениями, движением литосферных плит с формированием вулканов.

Изучение рельефа позволяет точно обнаружить стыки литосферных плит, временной период их последних перемещений, силу столкновения, в результате которой образовался горный хребет или впадина на дне океана. Именно при изучении рельефа земной коры, учёные сделали точные выводы о начале, продолжительности существования и окончании ледникового периода на Земле.

Практическое применение анализа формы рельефа земной коры позволяет точно определить уровень залегания грунтовых пластов и водоносного горизонта, что является чрезвычайно важными сведениями при оценке подтопляемости территории, а также для строительства систем централизованного водоснабжения целых агломераций.

Результатом изучения рельефа, особенностей его изменения, являются геологические карты, которые наглядно информируют о структуре земной коры на рассматриваемой территории, что позволяет точно определить эффективность освоения конкретной местности с перспективой развития территорий и экономическими обоснованием.

Геологические процессы и угрозы

На текущий момент времени геологи давно доказали теорию круговорота горных пород в природе на протяжении истории формирования земной коры. Данная цикличность обуславливается особенностью геологических процессов, а именно, эрозионных явлений, формированием окаменелостей, прессованием органических или минеральных отложений под собственным весом, изменения морфологических признаков горных пород под влиянием климатических особенностей рассматриваемой местности.

Получение, сбор и классификация базовых знаний о цикличности геологических – пород или процессов позволяют человечеству избежать губительных последствий многих природных угроз. К таким негативным факторам относятся вулканы, землетрясения, вызывающие цунами, оползни, лавины, климатические изменения, являющиеся причинами наводнений или ледниковых периодов, а также периодического временного повышения климата на Земле. Таким образом, современная геология позволяет с точностью до минут предупредить угрозу, вовремя эвакуировать население, разработать комплекс мер по снижению негативного влияния стихийных бедствий на планете. 

Тектоника и история земли

Именно с изучения тектоники, геология стала самостоятельной наукой. Данная сфера научной деятельности изучает строение земной коры в широком смысле – историю формирования горных пород, хребтов и впадин, разлив рек, озёр, океанов. Тектоника также позволяет понять возраст и жизненный цикл горной породы, примерную дату формирования минералов, спрогнозировать ежегодное перемещение литосферных плит, дать оценку угрозы их столкновения с определением даты этого события.

Тектоника является базовой естественной наукой, которая позволяет определить состав нашей планеты, расположение и размер ядра, мантии, минимальную и максимальную толщину земной коры, историю эволюции нашего земного шара. При анализе тектонического строения планеты и благодаря геологии, сегодня историки выделяют различные периоды формирования древнего мира, а, в некоторых случаях, появляется возможность даже составить карты расположения континентов и океанов в их первоначальном положении миллиарды лет назад.

Геологические процессы

С течением времени, под влиянием агрессивных атмосферных воздействий, при изменении климатических условий, либо по результатам техногенных преобразований при участии человека, в структуре земной коры происходят различные необратимые изменения, которые называются геологическими процессами. Данные явления классифицируются на несколько категорий, каждая из которых подробно описывается далее с указанием основных признаков.

Эрозия

Эрозия грунтов – это естественный процесс постепенного разрушения почвы, горных пород и органических окаменелостей под влиянием движения водных потоков. В процессе эрозии, энергия воды постепенно воздействует на кристаллическую структуру минералов или горных пород, увеличивает или вызывает микротрещины, которые постепенно расширяются под непрекращающимся давлением. В результате эрозии, частицы грунтового основания и горных пород отслаиваются и перемещаются с водным потоком на небольшие расстояния. Вследствие эрозии образуются провалы в грунте, глубокие овраги, а также каньоны и долины, прорезанные рекой.

Эрозия может быть нормальной, которая происходит исключительно при воздействии природных сил, либо ускоренной, когда в природные процессы вмешивается техногенный фактор.

Эрозия классифицируется на 3 базовых категории – дождевая, когда частички основания вымываются под воздействием падающих капель, плоскостная, если верхние пласты грунта постепенно сползают вниз с насыпей или гор, склоны которых имеют уклон, а также линейной, или локальной, когда имеет место вымыв основания от движущихся водных потоков.

Выветривание

Выветривание – это изменение структуры горных пород, под влиянием атмосферных воздействии, например, движения воздушных потоков, дождей, ураганов, смерчей или других природных катаклизмов.

Причиной выветривания могут быть как внутренние, так и различные механические воздействия – формирование газов внутри молекул твёрдых горных пород, подводные эрозионные эффекты, гравитационные воздействия под массой вышележащих материалов и другие факторы.

В результате выветривания материала в составе земной коры, горные породы могут как терять свои физико-механические свойства, структуру, разрушаться и приходить в негодность, так и, наоборот, укрепляться, обретать определённую форму, что позволяет их использовать в промышленности, либо в строительном производстве.

Выветривание мотет быть как природным, которое сопровождается естественным состариванием материалов и их компонентов, а также искусственным, когда все физико-механические и морфологические изменения происходят под воздействием направленных внешних сил.

Тектоника плит

Тектоника плит является одним из основных геологических процессов, который подразумевает движение литосферных плит по поверхности магмы. В результате данных геологических процессов, каждая литосферная плита ежегодно перемещается на определённые расстояния.

В процессе перемещения плит, в зависимости от их удаления или сближения относительно друг друга, образуется разлом, впадина, либо горный хребет. В случае, если плиты слишком сильно сближаются, магма может выходить на поверхность, что называется вулканизацией. В результате извержения вулканов, частично меняется климат на местности, формируется новый рельеф обследуемой территории с появлением различных растительных или животных видов.

В результате досконального изучения тектоники плит, учёные всегда могут предупредить стихийные бедствия, вовремя заняться сооружением капитальных сооружений для укрепления почвы или выполнить экстренные меры по защите населения, проживающего на подверженной тектонике плит территории от опасности.

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли – это отдельная гипотетическая наука, которая подразумевает описание развития нашей планеты, биохимических, природных и физических воздействий на земную кору, изменение климатических условий и, как следствие, флоры и фауны нашего мира.

Геологическая история Земли описывает изменения рельефа, движение тектонических плит, формирование океанов и континентов, а также такие периоды в эволюции, которые сопровождаются развитием растительного или животного мира.

Геологическая история Земли описывает примерные периоды возникновения или исчезновения новых видов животных, формирование приемлемых условий для развития переходных форм из обезьяны к человеку, а также такие глобальные катаклизмы, как падение метеоритов ледниковые периоды, глобальные потепления или извержения мега вулканов. Геологическая история нашей планеты делится не геохронологические отрезки, заранее разработанной профильными учёными шкалы.

Геологические науки

Геология является обширным научным понятием, в состав которого входит множество подразделов, различающихся по сфере прикладного применения, категории теоретических выкладок, типу объектов исследования, подробно описанных далее.

Геотектоника

Геотектоника является основной геологии, и эта наука предполагает глобальное изучение недр заменой коры, закономерности и траекторию движения литосферных плит.

Именно благодаря геотектонике, составляются достоверные геологические карты, а методы ультразвукового исследования позволяют точно определить, что находится в глубине горных массивов или толщину земной коры, изменение данного морфологического параметра с течением лет.

Геотектоника уходит корнями глубоко в историю, и сегодня учёные стремятся определить характер изменения земной коры, в зависимости от различных механических воздействий. Данная наука позволяет предсказать приблизительный возраст нашей планеты, а также временной период на протяжении которого она будет оставаться пригодной для жизни людей.

Вулканология

Из названия данного раздела геологии понятно, что наука изучает причину формирования вулканов, их внутреннее строение, а также прогнозирует риск извержения и примерно рассчитывает возможные последствия данного явления для жизни человечества, климата и морфологических изменений земной коры.

Необходимость в отделении вулканологии в самостоятельную науку возникла ещё много лет назад, после серии разрушительных извержений вулканов, которые унесли жизни сотен тысяч людей.

Вулканология неразрывно связана с геотектоникой, так как расплавленная магма выходит на поверхность земной коры именно из-за изменения расположения литосферных плит, либо вследствие их столкновения.

Учёные давно составили карту действующих и спящих вулканов для всего земного шара и осуществляет мониторинг потенциально опасных зон. Данные территории, как правило, распложены в местах тектонических расколов, а также в тех зонах, где толщина земной коры имеет минимальное значение.

Сейсмология

Данная наука, как самостоятельная часть геологии, возникла сравнительно недавно. Одним из основоположников данной науки был сейсмолог Чарлз Рихтер, которые создал шкалу численных значений магнитуды колебаний земной коры.

Когда литосферные плиты приводятся в повышенную активность из-за совокупности внешних или внутренних факторов, они начинают вибрировать. Сейсмические лаборатории по всему миру регистрируют данные импульсы задолго до землетрясения и передают важную информацию в спасательные службы, что позволяет вовремя принять меры по спасению населения.

Современная сейсмология подразумевает использование сложного метрологического электромагнитного и навигационного оборудованием, которое обеспечивает моментальную автоматическую регистрацию импульсов с больших расстояний, в том числе, на океаническом дне, предупреждая цунами.

Геокриология

Данный раздел геологии изучает мёрзлые грунты, расположенные в особых климатических зонах, которые характеризуются низкими температурами, продолжительными зимами и минимальным количеством осадков.

Как правило, данный раздел геологии изучает пучение грунтового основания, развитие вечной мерзлоты по территориальному признаку, а также химический состав и физико-механические характеристики данных грунтовых оснований.

Учитывая, что большая часть добывающей промышленности распложена именно в районах с суровым климатом, в северных регионах нашей страны, перед началом разработки и строительства добывающих предприятий, в данных зонах проводятся геокриологические исследования.

Великие открытия геологии

На протяжении всей истории существования геологии, как науки, учёные сделали много интересных открытий, сформировали важные гипотезы, которые легли в основу других направлений исследования земной коры. Ниже приводятся наиболее известные геологические открытия, которые изменили представления людей о строении недр, а также теоретические догадки о возрасте нашей планеты.

Геологическое время

Геологическое время описывается геохронологической шкалой, которая разделяется на временные промежутки, длящиеcя сотни тыcяч лет. Данное великое геологическое открытие сегодня лежит в основе истории Земли до существования на ней человека. Каждый заинтересованный человек может воспользоваться данной шкалой, чтобы получить достоверную информацию по каждому периоду становления планеты, а также наиболее значимых природных явлений, происходивших на ней.

Геологический возраст земли

Согласно гипотезам учёных, возраст нашей планеты оценивается в 4,5 – 4,7 млрд лет, на протяжении которых происходило движение литосферных плит, появлялись и вымирали различные виды живых существ. На поверхность земной коры падали метеориты, а также в атмосфере периодически менялся климат, взывающий глобальное потепление или ледниковый период. Сегодняшнее строение земли является следствием данных необратимых изменений и истории развития планеты Земля.

Для определения геологического возраста Земли учёные затратили много лет, на протяжении которых проводили большие археологические раскопки, лабораторные исследования, теоретические расчёты наблюдали за звёздами, забирали пробы образов и выполняли многие другие виды сложных аналитических работ. Тем не менее, данная гипотеза, несмотря на её точность, является только теоретической, и доказать её окончательного пока не смог ни один учёный в мире.

Где применяются знания из геологии?

Геология является не только теоретической, но также и прикладной наукой. Знания в данной области способствуют быстрому развитию промышленности, строительства и других градообразующих индустрий, которые постоянно развиваются по всему миру. Ниже приводятся наиболее часто используемые случаи применения знаний геологических терминов, а также характеристик материалов, минералов и горных пород на практике.

Строительство

Перед возведением любого объекта капитального строительства, необходимы знания геологии, что подразумевает оформление официального отчёта по результатам инженерно-геологических изысканий, который позволит определить следующие характеристики грунтового основания:

  • Количество и мощность слоёв грунтового основания в скважине.
  • Физико-механические характеристики каждого слоя грунтового основания.
  • Реальный и прогнозируемый уровень подъёма грунтовых вод.
  • Оценка потенциальной подтопляемости территории.
  • Определение химического состава и фракций грунтового основания.
  • Оценка толщины сжимаемой толщи грунта под давлением от проектируемого здания.

По результатам инженерно-геологических изысканий, эксперт также делает выводы об общей пригодности грунтового основания для возведения объекта. Если общие прочностные и деформативные характеристики грунта не позволяют построить объект недвижимости без подготовки, эксперт выдаёт ряд важных рекомендаций по типу фундамента, а также по методике усиление верхних слоёв в пределах сжимаемой толщи и необходимости устройства кольцевого дренажа, в случае, если уровень грунтовых вод залегает слишком высоко.

Добыча полезных ископаемых

Знания геологии также позволяют точно опередить количество, места залегания и примерное процентное содержание полезных ископаемых в грунтовом основании. Забор проб опытных образов даёт возможность понять, в каких именно отраслях промышленности может использоваться определённая категория минералов или образцов горных пород.

Перед организацией каменоломни, песчаного карьера или горно-обогатительного промышленного предприятия, геологи первоначально выполняют изыскания, по результатам которых определяется площадь и глубина выработки, свойства извлекаемых горных пород, общий объём и экономическая эффективность данного мероприятия.

Таким образом, отвечая на вопрос, что такое геология, можно сказать, что эта наука является важнейшей отраслью в современной промышленности, которая точно позволяет определить состав грунтов, их возраст, физика-механические свойства, а также приготовить бизнес-план и определить экономическую целесообразность будущей деятельности предприятия.