Глава 1. Основные сведения о геологии

Геология – одна из древнейших наук цивилизации, названная в честь древнегреческой богини Земли Геи, которая возникла из хаоса и дала жизнь всему, что живёт и растёт на ней. В современном представлении геология – комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли. В узком смысле слова – наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры. Инженерная геология тесно связана с поиском местных и грунтовых строительных материалов, используемых в качестве сырья для промышленности и материала грунтовых сооружений, с изысканиями для проектирования и устройства оснований и фундаментов строительных объектов, в т.ч. для строительства заглубленных помещений при освоении подземного пространства, а также с устройством природоохранных и защитных сооружений.

1.1. Планета Земля

Земля – это одна из девяти планет Солнечной системы. Об этом впервые в 16 в. заявил Н. Коперник, создатель гелиоцентрической системы мира.

Земля – планета замечательная и уникальная во многих отношениях. Падение астероидов на безжизненную некогда планету привело к появлению веществ, из которых образовались аминокислоты – стартовые вещества жизни на Земле. Вода и средняя температура +4 ºС создали комфорт для существования всех представителей земной флоры и фауны (параметры планеты Земля перечислены в прилож. А.).

Другие планеты земной группы: Меркурий, Венера, Марс – внешне схожи с Землёй. Подробные карты Утренней звезды показывают, что их рельеф сильно расчленён, на поверхности имеются впадины, холмы, вулканы. Но они полностью безжизненны. На них нет ни воды, ни кислорода. Средняя температура на Венере, например, +467 ºС, а венерианские облака состоят из серной кислоты и углекислого газа.

Земля имеет естественный спутник – Луну, с которой тесно связана электрическими полями. Земля обладает магнитным и гравитационным полями. Последнее обуславливает её сферическую форму и существование атмосферы.

В составе Земли преобладают железо (34,6 %), кислород (29,5 %), кремний (15,2 %), магний (12,7 %). Давление, плотность и температура возрастают от поверхности Земли к центру до «неземных» значений, которые названы ниже (гл. 1.1.3).

Высокий темп роста населения Земли (275 млн. ч. в 1000 г., 6,6 млрд. ч. в 2008 г., ожидается 9,3 млрд.ч. в 2050 г.) и перманентное усиление влияния антропогенного фактора на окружающую среду выдвинули проблемы рационального использования всех природных ресурсов и охраны природы, а также привели к появлению в 70-х гг. 20 в. социальной экологии.

1.1.1. Происхождение планеты Земля

Человек всегда интересовался историей возникновения Земли: по мере развития общества и углубления познаний в окружающем мире догадки сменялись гипотезами, гипотезы – научными учениями.

Так, во второй половине 18 в. шотландский геолог Джеймс Геттон впервые опубликовал книгу «Теория Земли», в которой изложил систему взглядов под названием плутонизм ¹. Он утверждал, что ведущая роль в происхождении горных пород принадлежит внутренним силам (вулканизму), осадконакоплению с последующим уплотнением и кристаллизацией. При этом история Земли рассматривалась как бесконечное повторение циклов с периодической сменой разрушения одних континентов и возникновением других. М.В. Ломоносов был сторонником плутонизма, но о последующих гипотезах он не успел узнать: судьба отмерила ему слишком короткий срок земного пребывания.

На стыке 18 и 19 вв. появилось альтернативное учение о происхождении горных пород – нептунизм ¹, в котором движущая сила отводилась воде. Нептунисты считали, что нижние слои горных пород возникли путём химической кристаллизации из вод «первозданного всемирного океана» (потопа), а верхние – рассматривались как «механические» отложения библейского потопа. Основоположником нептунизма был немецкий минералог Абраам Вернер. Взгляды Вернера разделял его друг, великий поэт И.В. Гёте, известный учёный-минералог, естествоиспытатель, директор Управления дорожного строительства в Тюрингии (герцогство «Саксония-Веймар-Эйзенах», 1779-1786 гг.). Он воспел гимн нептунистам в своей поэме «Фауст», а «огненный» плутонизм отверг.

Научную оценку этой дискуссии как неизбежного этапа в развитии естествознания дал выдающийся геохимик акад. В.И. Вернадский: «Мы видим теперь, что тот спор о нептунизме и плутонизме, который занимал десятилетия мысли геологов, особенно немецких, казался современникам важным, но в действительности им не был».

Дальнейшее развитие науки показало несостоятельность этих гипотез. В конце 18 в. (в 1796 г.) в планетной космогонии (греч. kosmogonia – зарождение планет) утвердилась новая гипотеза немецкого философа И. Канта и французского астронома, математика П.С. Лапласа о происхождении Солнца и планет из единого газопылевого облака, развитая в 40-х гг. 20 в. акад. АН СССР О.Ю. Шмидтом, Ф. Хойлом и А. Камероном (США), Э. Шацманом (Франция) и др. Согласно этой гипотезе, Солнце на своём пути пересекло и захватило одно из пылевых скоплений Галактики, поэтому планеты образовались не из раскалённых газов, а из пылевидных частиц, вращающихся вокруг Солнца. В этом скоплении со временем возникли уплотнённые сгустки материи, которые и дали начало планетам.

Земля, по Шмидту, первоначально была холодной. Разогревание её недр началось, когда она достигла больших размеров. Это произошло за счёт выделения теплоты в результате распада имеющихся в ней радиоактивных веществ. Недра Земли приобрели пластическое состояние, более плотные вещества сосредоточились ближе к центру планеты, более лёгкие – у её периферии. Произошло расслоение Земли на внешние и внутренние сферы (оболочки). По гипотезе Шмидта, расслоение это продолжается до настоящего времени. По мнению ряда учёных, именно оно является основной причиной тектонических процессов в земной коре.

4,6 млрд. лет назад Земля сформировалась как планета с нынешними геометрическими параметрами, с характерным составом и строением. Признаки жизни на Земле появились 0,7 – 0,8 млрд. лет назад, а первые скелетные организмы – 570 млн. лет назад благодаря возникновению рибонуклеиновой кислоты (РНК), обладающей способностью воспроизводить живые организмы. Это явилось прорывом в биологии и расцветом разнообразных форм живых существ на Земле.

Планета Земля образовалась на таком расстоянии от Солнца, которое обеспечило бы ей наличие такой субстанции как вода, привело к возникновению РНК и, как следствие, жизни на Земле. Что касается тепла, Солнце без перебоев будет излучать его ещё 5…7 млрд. лет. Лишь потом светило подаст признаки остывания. А пока всплески активности, наблюдаемые каждые 11 лет на поверхности Солнца, оборачиваются для Земли магнитными явлениями, колебаниями погоды и климата.