Земля и земная кора

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Тема: Земля и земная кора

Содержание

Введение

Земля в мировом пространстве. Положение Земли в Солнечной системе

Форма, размеры и строение Земли. Физические свойства и химический состав Земли

3емная кора и ее строение. Тепловой режим Земли

Представление о происхождении Земли

Литература

Введение

Для проектирования оросительных, осушительных и увлажнительно-осушительных систем с комплексом ГТС, необходимы знания геологического строения, гидрогеологических условий территории. Эти условия определяют принципиальную схему и методы орошения и осушения земель и в определенной мере конструкцию ГТС. Помимо этого, подземные воды являются ценнейшим источником водоснабжения, орошения и обводнения. Поэтому от полноты изучения и учета геологического строения, гидрогеологических условий при проектировании, строительстве и эксплуатации ГМС зависит успех мелиорации.

Рассмотрим содержание геологии, гидрогеологии, инженерной геологии и их отраслей.

Геология - наука о строении и развитии Земли, о геологических процессах, в результате которых формируется земная кора, о развитии жизни на Земле (- наука о земле).

Земная кора является источником минерального сырья, вместилищем подземных вод и средой для различных сооружений.

Поэтому начало накопления знаний о строении земной коры восходит к истокам истории человечества. На самой ранней стадии развития человек использовал каменные материалы, различные руды, соль, подземную воду и т.д.

В настоящее время геология располагает достоверными знаниями о строении земной коры на глубину до 10 км, пройденную буровыми скважинами.

Для развития геологии большое значение имели труды М.В. Ломоносова - одного из основоположников материалистических представлений о строении и развитии Земли.

Геология имеет ряд отраслей, сформировавшиеся в различные самостоятельные дисциплины.

I Гидрогеология - наука о подземных водах, изучающая их происхождение, условия залегания и распространения, законы движения, взаимодействия с водовмещающими породами, формирование химсостава и др.

Основная область исследований гидрологии - водный режим и водный баланс (гидрологический цикл), изучение круговорота воды в природе, пространственно-временнымх колебаний и изменений его элементов под влиянием природных и антропогенных факторов. В практическом приложении гидрология тесно связана с водным хозяйством и проблемами рационального использования и охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения, с разработкой методов гидрологических расчётов и прогнозов. В последние годы всё большее развитие получает экологическое направление в гидрологии.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских -- от названия провинции Артуа (древнее название -- Артезия) во Франции.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Для развития гидрогеологии большое значение имели труды Н.Ф. Погребова, Ф.П. Саваренского, О.К. Ланге, А.Н.Симихатова, Г.Н. Каменского, А.М. Овчинникова и др. самостоятельными разделами гидрогеологии являются:

1. Общая гидрогеология - изучает происхождение подземных вод, условие их залегания, движения, физические свойства и химсостав;

2. Региональная гидрогеология - изучает закономерности распространения подземных вод в различных физикогеографических условиях;

3. Учение о режиме и балансе поземных вод - рассматривает закономерности изменений во времени уровня, температеры, химсоставва воды, приходных и расходных элементов баланса подземных вод под воздействием природных хозяйственных факторов.

4. Динамика подземных вод - изучает закономерности движения подземных вод в естественных условиях и под воздействием различных инженерных сооружений.

5. Учение о местонахождении подземных вод - рассматривает условия формирования месторождения пресных, минеральных подземных вод в связи с использованием их для различных целей.

6. Гидрогеохимия - изучает состав и взаимодействие самой воды и растворенных в ней веществ с горными породами, миграцию и историю химических элементов в подземных водах, а также формирование химсостава подземных вод.

7. Методика гидрогеологических исследований - рассматривает методы изучения гидрогеологических условий для решения различных народнохозяйственных задач и в связи с требованиями охраны геологической среды.

8. Мелиоративная гидрогеология - занимается гидрогеологическим обоснованием сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций. В ее задачи входит изучение и оценка гидролого-мелиоративных условий, объектов мелиорации, прогноз изменения этих условий, объектов мелиорации, прогноз изменения этих условий под влиянием орошения и осушения этих земель.

В зависимости от направленности гидрологических исследований иногда выделяют более частные разделы, такие, как гидрология почв, гидрология леса, с.-х. гидрология и др. В результате тесного взаимодействия гидрологии с геофизикой и геохимией появились новые науки - гидрофизика и гидрохимия.

Инженерная геология - изучает земную кору как среду жизни и деятельности человека. В инженерной геологии выделяют 3 дисциплины:

1) Грунтоведение

2) Инженерная геодинамика

3) Региональная инженерная геология.

Грунтоведение - изучает горные породы, используемые в качестве оснований, строительных материалов и среды для инженерных сооружений.

Инженерная геодинамика - исследует природные геологические явления, возникающие под влиянием инженерной деятельности человека.

Региональная - инженерная геология выявляет закономерности пространственно-временной изменчивости инженерно-геологических условий в зависимости от истории развития земной коры и современных физико-географических условий.

Земля в мировом пространстве. Положение Земли в Солнечной системе

земля геологический земная кора

Земля - это одна из планет Солнечной системы (Рис. 1)., в которую входят девять больших планет с их спутниками, свыше 1000 малых планет и около 100 периодических комет. Солнечная система, к которой принадлежит Земля, состоит из центрального тела - Солнца, вокруг которого движутся 9 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), свыше 100 малых и около 100 периодических комет. По положению в Солнечной системе, размерам и особенностям строения планеты делятся на две группы: "земного" типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планеты первой группы имеют сравнительно высокую плотность, небольшие размеры, мало спутников. Планеты-гиганты, напротив, имеют малую плотность, близкую к 1, огромные размеры, много спутников.

Рисунок 1. Планеты солнечной системы

Масса Солнца в 33240 раз превосходит массу Земли и в 700 раз массу всех планет. В то же время средняя плотность Солнца составляет 0,256 плотности Земли. Все планеты умещаются в Солнце 475 раз, Земля - 1301200 раз. Расстояние от Земли до Солнца 149,5 млн.км. Из 105 элементов таблицы Менделеева на Солнце обнаружено 75, преобладающее место среди них занимает водород. Диаметр Солнечной системы - 11 световых часов (световой час - расстояние, которое проходит световой луч при скорости равной 300 тыс.км/ч)

При сопоставлении приведенных данных становится очевидным, что Земля занимает довольно скромное место в системе мироздания. Солнечная система перемещается в пределах Галактики со скоростью 19,5 км/с и одновременно вращается вокруг центра галактики со скоростью 250 км/с.

Галактика - один из островов в системе мироздания. В центре галактики находится ее ядро, где происходят активные процессы.

Истинное положение Земли как одной из планет Солнечной системы было доказано в XVI веке польским астрономом Николаем Коперником (1473-1543). Его открытие послужило толчком для развития астрономии на научной основе.

Солнце - центральное тело Солнечной системы, оказывающее на Землю наибольшее влияние. Масса Солнца в 332400 раз больше земной. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли и равен 1391 тыс. км. Температура поверхности солнца 6000^о, а в недрах 20000000^о. Энергия Солнца обусловливает большинство физических и химических процессов на Земле, является источником жизни. В то же время Солнце - рядовая звезда Вселенной. Земля получает лишь 1/2200000000 долю энергии Солнца, но и ее хватает для создания благоприятных жизненных условий.

Форма, размеры и строение Земли. Физические свойства и химический состав Земли

Форма Земли, близкая к эллипсоиду вращения, представляет собой двухостный эллипсоид, малая ось которого является осью вращения. Большая ось эллипсоида составляет 12756 км, малая - 12714 км. Сечение эллипсоида по экватору представляет собой круг диаметром, равным большой оси. Сравнительно малая разница (42 км) между длинами обеих осей эллипсоида делает его близким к шару, что определяет обычное употребление «земной шар». Земной шар имеет следующие размеры:

длина меридиана - 40009 км;

длина экватора - 40076 км;

площадь поверхности Земли - 510 млн.км²

Объем Земли - 1080000 км³

Непосредственному изучению подвергнута только часть земного шара в пределах 10 км от поверхности земли.

Земля состоит из ряда концентрических оболочек, называемых геосферами.

К пушферическим геосферам относятся атмосфера и гидросфера, а к геосферам тела Земли - 1) земная кора, иначе называемая метосферой, 2)мантия и 3) ядро.

В центре находится ядро (радиус 3400 км), вокруг которого располагается мантия в интервале глубин от 50 до 2900 км. Внутренняя часть ядра предполагается твёрдой, железо -- никелевого состава. Мантия находится в расплавленном состоянии, в верхней части которой располагаются магматические очаги.

На глубине 120 - 250 км под материками и 60 - 400 км под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде.

Выше мантии находится земная кора, мощность которой резко изменяется на материках и в океанах. Подошва коры (поверхность Мохоровичича) под континентами находится на глубине в среднем 40 км, а под океанами -- на глубине 11 -- 12 км. Поэтому, средняя мощность коры под океанами (за вычетом толщи воды) составляет около 7 км.

Масса Земли равна 5, 975*10²⁷т, объемная масса - 5,52 г/см³, плотность ядра от 9 до 12 г/см³. Земля создает огромное гравитационное поле. Ускорение свободного падения на поверхности земли на уровне моря равно: на экваторе 9,78 см/с², на полюсе - 9,83 см/сек². (Фильм «Слои Земли).

Из химических элементов таблицы Менделеева лишь не многие имеют широкое распространение в земной коре - это кислород, кремний, железо, алюминий, магний. Содержание остальных элементов составляет всего лишь 3 массовых процента.

3емная кора и ее строение

Как мы уже сказали. В строении земли выделяют 3 основных геосферы: 1) наружную земную кору 2) мантию и 3) ядро. Рассмотрели строение земной коры.

При прохождении сейсмических (продольных и поперечных волн) волн в горных породах (под материками на глубине 50-70 км, под океанами - на глубине 3-10 км) отчетливо выделяют 2 слоя, на границе которых происходит резкое изменение скорости распространения волн. Этот раздел, где скорость продольных упругих колебаний резко возрастает от 6,9 - 7,4 до 8,0 - 8,6 км/с, получил наименование поверхности Мохоровичича (или Мохо), по фамилии югославского ученого, впервые установившего это явление. Резкое изменение скорости прохождения волн на определенных глубинах указывает на границы перехода между какими-то (еще не установленными) уплотненными породами. В связи с этим в коре выделяют 3 основных слоя (Рис. 2):

1. осадочный чехол, состоящий из мягких слоистых пород, со скоростью прохождения сейсмических волн 5,5 км/с;

2. гранитный слой (гранито-гнейсовый)- скорость равна 5,5 - 6,5 км/с;

3. базальтовый слой со скоростью равной 6,9 - 7,4 км/с.

Рисунок 2. Слои земной коры

Первые два слоя имеют прерывистые залегания и достаточно хорошо изучены, третий еще хорошо не исследован. Граница между осадочным чехлом и гранитным слоем отбивается четко, между гранитным и базальтовым - плохо.

Выделяют кору 2 типов:

1) материковую или континентальную; 2) океаническую.

Кора материкового типа состоит из гранитного слоя мощностью до 30 км, прикрытого в отдельных участках осадочным чехлом мощностью до 15 - 20 км и более, на котором залегает слой почвы. В океанической коре гранитный слой отсутствует, кора здесь состоит из базальтового слоя прикрытого тонким слоем (менее 1км) донных осадков. Под материками на высоте 50 - 70 км залегает верхняя мантия. Далее с высоты 290м скорость сейсмических волн вновь возрастает - начинается земное ядро.

Представление о происхождении Земли и Солнечной системы

Проблема происхождения Земли и Солнечной системы интересовала человечество еще в глубокой древности. Уже в средние века по этому вопросу существовало два принципиально различных представления. Одни ученые утверждали, что в центре мироздания располагается неподвижная Земля, а все остальные планеты, Солнце и другие звезды обращаются вокруг нее, другие -- что в центре мироздания находится Солнце. В середине XVI века великий польский астроном Николай Коперник (1473 - 1543) математически развил гелиоцентрическую гипотезу. Открытие Кеплером (1571 - 1630) закона движения планет, а Ньютоном (1643 - 1727) закона всемирного тяготения имело огромное значение для объяснения происхождения Солнечной системы. Начало научной космогонии связано с именами Иммануила Канта (1729 - 1804) и Пьера-Симона Лапласа (1749 -1827). Ими впервые был провозглашен принцип развития Солнечной системы под воздействием природных сил. Оба они придерживались мнения, что исходный материал, из которого формируются планеты, находится в разреженном состоянии в виде газа (Лаплас) или в виде определенных частиц (Кант).

В основу гипотезы Канта положены реальные физические силы -- притяжение и отталкивание. По его представлениям Солнечная система образовалась из первичной пылеобразной материи, находившейся в хаотическом состоянии. По закону всемирного тяготения зти разнообразные по величине частицы приходят в движение. В результате возникают разнообразные звездные сгущения, которые в свою очередь начинают притягивать более мелкие. Таким образом, образовались отдельные крупные сгустки звездного вещества -- звезды. Лапласом за прообраз Солнечной системы принимается распаленная газовая туманность, обладавшая изначальным вращением, во время которого она сплющивалась так, что полярный диаметр ее стал в 1,5 раза короче экваториального. Вся туманность по мере охлаждения сжималась все быстрее и быстрее, сплющиваясь по экватору, и, наконец, под влиянием центробежной силы наступил момент отрыва частиц внешней экваториальной части по кольцу газовой туманности («Отрыв колец»). Оторванные частицы образовали «уплотнения», которые продолжают вращаться вокруг оси. В дальнейшем эти «кольца» разрывались, и вещество их свертывалось в планеты, а центральный сгусток туманности превратился в Солнце. По Лапласу Солнечная система -- раскаленная, но постепенно остывающая масса.

Гипотеза Лапласа приобрела большую популярность и оказала огромное влияние на развитие астрономии конца XIX века. Однако вскоре было установлено, что превращение газового кольца в планету невозможно; газ должен «рассеяться», раздробиться на ряд больших тел, кроме того, эта гипотеза не учитывала одно из основных положений механики -- момент вращения: она не объяснила, почему почти вся энергия (98%) оказалась захваченной столь малой частью всей системы - планетами, тогда как основная масса материи (99,87%) сосредоточена на Солнце, на которое приходится 2% момента количества движения.

Согласно теории О.Ю. Шмидта (1891 - 1956) Солнце старше планет, в том числе и Земли. Земля и другие планеты образовались из межзвездной метеоритной пыли, захваченной Солнцем путем «сбора» твердых частиц -метеоритов. Шмидт полагал, что поверхность земли не была в раскаленном состоянии, а имела температуру около 44° и с момента своего возникновения получила тепло от Солнца.

По мнению В.Г. Фесенкова, Земля образовалась сразу во всей массе, а не «собиралась» из отдельных частиц. Солнце, Земля и окружающие их планеты образовались одновременно, это единый процесс происхождения звездной системы из одной и той же исходной среды -- некоторой газово-пылевой туманности. Внутренние части этого уплотнения послужили материалом для образования Солнца, внешние -- других планет и Земли.

Несколько миллиардов лет назад Солнце выделилось, подобно другим звездам, из местного уплотнения в некоторой газово-пылевой среде, находящейся в неустойчивом состоянии. Вначале оно представляло собой довольно массивное тело с массой в 8 -- 10 раз больше современной, с быстрым вращением вокруг своей оси, значительно уплотненное, окруженное газово-пылевой туманностью, сосредоточенной преимущественно экваториальной плоскости. Это газовое облако обладало неправильной структурой, имело вихреобразное движение, стремящееся выравнивать разности скоростей вращения вокруг центрального вращения. Из вещества, оставленного Солнцем, должны были образоваться различные планетные сгущения планеты и Земля. Обладая достаточной плотностью, эти соединения оказались устойчивыми против разлагающего приливного действия Солнца и могли продолжать самостоятельное существование, двигаясь в более разреженной окружающей среде и присоединяя ее части к своей массе.

Согласно Библии Землю создал Бог. Все на Земле Бог устроил за шесть дней.

В первый день создал Бог свет и светило, светло сделалось на Земле, сразу наступил ясный светлый день.

Во второй день создал Бог твердь, по сову Божию открылся обширный небесный свод, который мы видим под собою.

В третий день Господь Бог повелел, чтобы вода на земле собралась в особенные места и вдруг образовались ручейки, реки, озера, где же воды не было, там выдалась сухая земля, на которой видим большие и малые горы. В этот день Господь Бог сказал: «Пусть произростит земля травы, овощи и цветы. Пусть на земле растут деревья и приносят плоды».

В четвертый день Бог сказал: «Пусть явятся на тверди небесной светила, которые освещали бы землю и по которым люди могли бы отличать день от ночи, считать месяцы и годы, и замечать весну, лето, осень и зиму». И на небесном своде заблистали бесчисленные светила, между которыми два кажутся больше всех. Творец повелел, чтобы одно из них светило днем, а другое ночью. Это - светлое Солнце и бледная Луна.

В пятый день Бог сказал: «Пусть в воде живут рыбы, а по воздуху летают птицы».

В шестой день Бог сотворил Животных и зверей.

В седьмой день Бог ничего не творил, заповедал и людям седьмой день недели посвящать Богу: ходить в церковь и дома молиться посещать больных, читать священные книги.

Литература

*Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2002, 2005.

*Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Инженерная геология. Ростов-на-Дону: изд-во Феникс, 2006.

*Сергеев Е.М. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1982.

*Потапов И.И. Геология и экология сегодня. Ростов-на-Дону: изд-во МП «Книга», 1999.

*Белый Л.Д. Инженерная геология / Учебник. М.: Высшая школа, 1985.

*Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика./ Учебник - СПб.: Наука, 2001.

*Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы. / Ред. Е.М. Сергеев. М.: Недра, 1985.

*Учебное пособие по инженерной геологии / Ред.Г.С.Золотарев. - М.: МГУ, 1989.

*Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Инженерная геология и экологическая геология: теоретико-методические основы и взаимоотношение. М.: МГУ, 1999.

*Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001.

*Аренс В.Ж. и др. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. М.: изд-во «Интербук», 1999.

*Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984.

*Королев В.А. Инженерная и экологическая геодинамика /Электронный учебник на СD. М.: 2004.

Размещено на Allbest.ru