Лекции по геологии

Лекция 9

Геодинамические процессы

1. Процессы внутренней динамики Земли.

2. Магматизм.

3. Вулканизм.

Процессы внутренней динамики Земли.

Земная кора (наружный слой Земли, мощностью 20-70 км на континентах и 5-15 км в океанах, ограниченный снизу поверхностью Мохоровичича) находится в постоянном и непрерывном движении: землетрясения, складчатые и разрывные нарушения, блоково-купольные поднятия, опускания и т.д. Эти движения и изменения лика земной коры происходят под действием внутренних (эндогенных), так называемых, тектонических сил Земли. Геологические тела (структурные формы), возникающие при тектонических движениях, несмотря на их значительное разнообразие, довольно приемлемо отражают главные движения земной коры:

· горизонтальные перемещения блоков земной коры;

· вертикальные колебательные движения в виде сопряженных во времени и пространстве поднятий и опусканий участков земной коры;

· складчатые деформации, поражающие практически все слоистые толщи земной коры (пликативные деформации);

· разрывные нарушения, расчленяющие земную кору на блоки различных размеров, включая мелкую трещиноватость (дизъюнктивные дислокации);

· магматические и вулканические перемещения расплавленного материала, взрывных газов, водных и грязевых смесей (инъективные дислокации);

· метаморфизм горных пород, возникающий в результате подъема глубинных флюидов и термических аномалий, что обусловлено тектоническими дислокациями и внедрением изверженных пород;

· сейсмические движения земной коры, землетрясения.

Перечисленные типы движений земной коры обычно взаимосвязаны между собой, нередко взаимообусловлены. Общим для них является изменение первоначальных условий залегания горных пород.

Процессы внутренней динамики Земли -- это процессы, происходящие в недрах Земли за счет распада радиоактивных элементов, в результате вращения Земли и ее силы тяжести. Эти процессы могут быть обусловлены также изменением скорости вращения Земли и угла наклона оси вращения. Выявляется существенная роль космических факторов на активизацию внутренней динамики Земли.

К числу важных процессов внутренней динамики следует отнести тектонические явления, изменяющие первоначальные условия залегания горных пород,

Тектонические процессы в зависимости от формы проявления делятся на три типа: колебательные; складчатые; разрывные. По времени проявления они подразделяются на: 1) современные; 2)1 новейшие, связанные с четвертичным периодом и 3) прошедших геологических периодов.

Схема нарушения форм залегания пород.

в) г)

Рис. Разрывные дислокации: а -- сброс; б -- взброс; в -- грабен; г -- горст.

Выделяются следующие, часто встречающиеся: сброс, взброс, грабен, горст, а также: ступенчатые сброс и взброс, сдвиг и надвиг.

Сброс -- это тектонический разрыв, при котором лежачее крыло поднято, а висячее - опущено. Сместитель падает в сторону опущенного крыла. В случае, если висячее крыло оказалось поднятым относительно лежачего, разрыв именуется взбросом. Аналогичный разрыв, но с плоскостью смещения, наклоненной под углом менее 45°, называется надвигом. Депрессии, ограниченные сбросами, падающими один навстречу другому, называются грабенами (от нем. Graben -- канава). Впадина оз. Байкал представляет собой грабен. Дно его лежит на глубине 1731 м ниже его уровня.

Горст (нем. Horst -- возвышенность, холм) -- поднятый участок земной коры, ограниченный с двух сторон падающими от него сбросами.

Зависимость силы землетрясения от состава пород.

Скорость распространения сейсмических волн определяется составом и физическим состоянием пород. В общем случае эту зависимость можно сформулировать следующим образом:

1. В плотных горных породах сейсмические волны распространяются быстрее и захватывают большие пространства; при этом разрушения зданий на этих горных породах менее значительны, чем на рыхлых.

2. В рыхлых горных породах волны распространяются слабее, но в то же время они являются наиболее разрушительными, вследствие неравномерного уплотнения пород и неравномерной осадки сооружений. Они разрушительны и в тех случаях, когда рыхлые породы незначительной мощности лежат на кристаллических породах и заболоченных землях. Разрушительная сила землетрясений зависит от их интенсивности (т.е. от количества освобождаемой энергии) и от глубины распространения очага -- гипоцентра.

В соответствии с этим все землетрясения по глубине очагов подразделяются на:

поверхностные от 1 до 10 км

коровыедо 50 км

глубокие до 700 км.

Чаще землетрясения возникают на глубине 20-50 км. Вертикальная проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром.

Сначала сейсмические волны достигают эпицентра, где удар направлен по вертикали. Затем сейсмические волны выносят колебания частиц в другие места земной поверхности, где удары направлены как бы сбоку. Чем меньше угол выхода удара а, тем слабее будут осуществляться удары.

Различают два типа волн: Р -- продольные и S -- поперечные.

Продольные волны вызывают колебания частиц горных пород вдоль направления сейсмических волн и они проявляются в виде переменного сжатия и расширения вещества в направлении их распространения. Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии и распространяются с максимальной скоростью в твердых, жидких и газообразных средах. Скорость распространения продольных волн в гранитах и аналогичных породах составляет 5000-7000 м/с, в известняках 2000-5000 м/с, винах -- 1500-2000 м/с, песках -- 500-1000 м/с.

Поперечные волны вызывают колебания частиц среды в направлении, перпендикулярном к направлению луча продольной волны, Поперечные волны распространяются только в твердой среде и несут меньший запас энергии. Скорость распространения меньше в 1,7 раза, чем продольных волн.

На поверхности земли от эпицентра во все стороны расходятся волны особого рода -- поверхностные (L-волны), являющиеся по своей природе волнами тяжести. Скорость их распространения ниже, чем у поперечных, но они оказывают на сооружения неблагоприятные воздействия. L-волны подразделяются на волны Лява и волны Рэлея.

Магматизм — это внедрение магмы в верхние слои земной коры. Магматизм как учение о магме включает все явления, связанные с процессом образования горных пород из остывающей расплавленной огненно-жидкой магмы. При магматизме магма не достигает земной поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом различной формы, строения и состава глубинные (интрузивные) горные породы (см. параграф 2.4).

Движущаяся к земной поверхности магма частично расплавляет и растворяет встречающиеся на пути горные породы, в результате чего ее химический состав изменяется.

Для внедряющейся в толщу земной коры магмы характерно медленное и постепенное охлаждение, способствующее наиболее полной кристаллизации образующихся из нее горных пород. Поэтому глубинные горные породы имеют полнокристаллическую структуру, когда все слагающие горную породу минералы имеют хорошо выраженное кристаллическое строение и плотную массивную текстуру (гранит, габбро и др.), так как раскристаллизация горной породы происходила в условиях высоких давлений, способствующих плотному прилеганию выпадающих из расплава кристаллов.

Вулканизм — это излияние магмы (лавы), газов, минеральных обломков на земную поверхность. Лава, газы и минеральные обломки попадают на нее либо по образовавшимся трещинам в земной коре, либо по каналам, пробитым газами и лавой в пределах ослабленных зон земной коры.

Магма, поднявшаяся до земной поверхности, образует эффузивные горные породы. Различают вулканы трещинного и центрального типов, последние в настоящее время наиболее развиты. Они представляют собой конусообразные или куполообразные возвышенности, сложенные продуктами вулканического извержения. Из недр Земли к вершине вулканического конуса поднимается жерло, представляющее собой канал округлой формы, заканчивающийся у вершины расширением — кратером (рис. 5.4).

По характеру деятельности вулканы подразделяются на действующие и потухшие, однако это условное деление, так как известны случаи, когда вулканы, считавшиеся потухшими, неожиданно проявляли большую активность. В настоящее время насчитывают свыше 550 действующих и более 4 тыс. потухших вулканов. Вулканизм характерен для областей молодых складчатых гор и зон разломов в земной коре.

Продукты, которые извергают действующие вулканы, подразделяются на газообразные, жидкие и твердые.

К жидким продуктам вулканических извержений относят лаву различного состава (от кислых, содержащих Si0₂  65% до ультраосновных, содержащих Si0₂ 

Рис. 5.4. Строение вулкана:

• 1 — первичный магматический очаг; 2 — тектонические трещины;

• 3 — вторичный магматический очаг; 4 — побочный вулкан; 5 — жерло;

• 6 — кратер; 7 — конус вулкана

В зависимости от способа излияния лавы из недр Земли выделяют две группы вулканов: трещинные и центральные. В трещинных лава изливается по трещинам в земной коре, и такие вулканы характерны для далекого геологического прошлого нашей планеты. В ряде стран огромные территории заняты продуктами излияний таких трещинных вулканов, так называемыми траппами, залегающими в виде мощных покровов в Сибири, Армении, Индии и др. В настоящее время вулканы такого типа известны в Исландии, на Гавайских островах. Вулканы трещинного типа показаны на рис. 5.5.

Твердые продукты вулканизма подразделяются по величине обломков на следующие типы: вулканический пепел (от долей до миллиметра), вулканический песок (от 1—5 мм до горошины), вулканические камешки (от 1 до нескольких сантиметров), вулканические бомбы и вулканические глыбы (рис. 5.6). Обломки вместе с вулканическим песком и пеплом скапливаются на склонах вулкана и у его подножия. При осаждении, уплотнении и затвердевании этого обломочного материала образуются вулканические породы.

Рис. 5.5. Лавовый поток ночью

Рис. 5.6. Столб пепла и дыма при извержении вулкана

Газообразные продукты представлены водяными парами и различными газами: водородом, хлором, азотом, кислородом, двуокисью углерода, метаном, сероводородом, аммиаком и др. Основная масса выбрасываемых газообразных продуктов состоит из паров воды (более 70%). Газообразные продукты играют большую роль при вулканических извержениях, так как они прокладывают путь поднимающейся из недр Земли магме, уменьшают ее плотность и увеличивают ее подвижность.

К поствулканическим явлениям относят периодические извержения грязи (грязевые вулканы), пара и горячих вод (гейзеры), выход термальных вод (горячие источники) и различных газов (рис. 5.7).

Вулканические процессы, наряду с катастрофическими последствиями, приносят человечеству и несомненную пользу. Продукты вулканических извержений (различные горные породы) находят широкое применение в строительстве.

Широко используются эффузивные горные породы: базальт, вулканические туфы, обсидиан, пемза и др. Изучение эффузивных пород имеет практическое значение при выявлении многих полезных ископаемых, генетически связанных с излившимися породами: золота, алмазов, урановых руд и др.

Рис. 5.7. Поствулканические явления

Горячие вулканические воды широко используются в парниковом хозяйстве ряда стран, особенно в Исландии. Горячие вулканические воды богаты различными солями и химическими элементами, поэтому они находят применение при лечении разнообразных заболеваний.