Геологія_Підр_СвинкоЙМ

ББК 26.3я73 С24

Розповсюдження й тиражування без офіційного дозволу видавництва заборонено

Р е ц е н з е н т и :

кандидати геолого-мінералогічних наук

П.К. Вовк (Волинський державний університет ім. Лесі Українки),

А.Б. Богуцький (Львівський державний університет ім. І. Франка)

Допущено Міністерством освіти і науки України

(лист № 14/18.2 - 973 від 26.06.2001 р.)

Редакція літератури з природничих і технічних наук Редактори М. А. Васильківська, М. Г. Чумак

Свинко Й. М., Сивий М. Я.

С24 Геологія: Підручник. — К.: Либідь, 2003. — 480 с. ІSВN 966-06-0095-Х.

Розглянуто форму, будову й походження Землі. Описано геодинамічні процеси й характер формування найважливіших мінералів гірських порід, а також структурні елементи земної кори та їх розвиток. Викладено основи історичної геології, закономірності утворення й поширення корисних копалин, зокрема в Україні. Приділено увагу сучасному етапові розвитку геологічного середовища - його охороні та раціональному використанню.

Для студентів географічних спеціальностей виших навчальних закладів.

ББК 26.3я73

Від авторів

У системі підготовки географів широкого профілю геологія посідає особливе місце, тому що вивчає внутрішню будову Землі та процеси, які відбуваються у її надрах, умови утворення мінералів, гірських порід, корисних копалин і закономірності їх розміщення, що важливо для розуміння місця і ролі літосфери у географічній оболонці планети.

Водночас розглядаються і зовнішні зміни планети — формування рельєфу її поверхні внаслідок різноманітних геодинамічних процесів, знання яких теж є вагомою складовою в системі геологічних і фізико-географічних наук. Зазначені теми розкрито в першій частині пропонованого підручника, яка має назву "Загальна геологія ".

Структура підручника побудована так, що після розгляду основних відомостей про Землю викладено уявлення про магматизм як один із провідних ендогенних процесів, потім висвітлено екзогенні процеси. Така послідовність викладу матерілу поліпшує його сприйняття і засвоєння студентами, оскільки роз 'яснює природний зв'язок формування гірських порід і корисних копалин з процесами розвитку земної кори.

У другій частині підручника ("Історична геологія") розкривається історія розвитку мобільних структур Землі

— материків та океанів, показано методи відтворення палеогеографічних умов минулих геологічних епох і схарактеризовано основні етапи розвитку земної кори та органічного світу. Подано також короткі відомості про корисні копалини України та методи їх пошуків і розвідки.

Зважаючи на те, що сьогодні дедалі збільшується антропогенний вплив на геологічне середовище, в останніх

З

главах підручника висвітлено питання його охорони й раціонального використання.

Вступ та глави 6-7, 10-14, 26, ЗО написані

Й.М. Свинком, глави 1-5, 8-9, 16-25, 27-29 —

М.Я. Сивим, главу 15 написано авторами спільно.

Автори щиро вдячні рецензентам — кандидатам геолого-мінералогічних наук, професорові А. Б. Богуцькому (Львівський Національний університет ім. І. Франка) та доцентові П. К. Вовку (Волинський державний університет ім. Л. Українки) за цінні поради та пропозиції.

В С Т У П

лоігія — це комплекс наук про оудову и розвиток Землі. Втім, Землю як об'єкт вивчають астрономія, геодезія, географія, геофізика, геохімія.

Астрономія вивчає Землю як космічне тіло, як планету Сонячної системи; геодезія — форму й розміри Землі; фізична географія — поверхню Землі, її природу; геофізика і геохімія досліджують фізичні властивості й хімічний склад Землі.

Особливість геології полягає в тому, що вона вивчає надра Землі. Основне завдання геології — вивчення будови й складу та історії розвитку Землі, насамперед її верхньої оболонки — літосфери.

З накопиченням відомостей про Землю геологія поклала початок цілій низці споріднених наук: мінералогії, петрографії, динамічній геології, геотектоніці, палеонтології, історичній геології, геоморфології, геохімії, геофізиці тощо.

Геологічні науки висвітлюють певне коло питань, а саме:

•речовинний склад Землі (мінералогія, петрографія);

•будову Землі і процеси, які відбуваються в ній (геотектоніка, динамічна геологія, вулканологія, сейсмологія, геологія моря);

•історію Землі (палеонтологія, історична геологія, палеогеографія);

•дослідження прикладного характеру (вчення про корисні копалини, гідрогеологія, інженерна геологія тощо).

Розглянемо зміст основних геологічних наук: мінералогія — фізичні властивості і хімічна природа

мінералів, тобто природних хімічних сполук, які містяться в земній корі;

петрографія — склад, будова, походження й умови залягання гірських порід;

геотектоніка — рухи й будова земної кори, форми залягання шарів гірських порід;

динамічна геологія — процеси, які змінюють земну кору і вигляд Землі в цілому;

палїеонтологія — наука про давні викопні організми, їхню будову, розвиток, географічне поширення в різні періоди історії Землі; вона щільно пов'язана з зоологією і ботанікою, оскільки з її допомогою вивчають історію розвитку рослинного й тваринного світу;

історична геологія — геологічна історія Землі від найдавніших часів до сучасної епохи, виявляє послідовність змін, які відбувалися протягом існування планети;

палеогеографія — фізико-географічні умови, які існували на поверхні Землі в минулі геологічні епохи;

геоморфологія — форми рельєфу земної поверхні, його виникнення і розвиток;

вчення про корисні копалини — дослідження походження, закономірностей поширення та форм залягання корисних копалин;

гідрогеологія — умови залягання води в земній корі, її склад, походження і властивості;

інженерна геологія — гірські породи земної кори, придатність їх для зведення різних споруд: будинків, мостів, прокладання каналів тощо; для цього вивчають міцність і стійкість порід до температурних змін, навантажень та можливості розвитку в них різноманітних шкідливих геологічних процесів (зсувів, суфозій, карсту, просадок тощо).

Усі геологічні науки тісно пов'язані між собою і дають загальну картину будови й розвитку земної кори і Землі в цілому.

Вивчення речовинного складу земної кори і геологічних процесів, які в ній відбуваються, здійснюють за допомогою різних методів. Насамперед, це метод спостереження

— безпосереднє вивчення гірських порід у природних відслоненнях на берегах річок, озер, морів, у шахтах та інших гірничих виробках. Найбільш повні і всебічні спостереження дістають під час геологічного знімання, або геологічного картування, оскільки воно завжди або супроводжується складанням геологічної карти, або спирається

6

на геологічну карту і додає до неї ті чи інші доповнення й уточнення. Відомості щодо глибоких горизонтів земної кори і верхньої мантії здобувають шляхом вивчення магми, шо опинилась на поверхні. Крім прямих методів вивчення речовини земної кори, використовують оптичні та деякі інші фізичні й хімічні методи дослідження (рентгеноструктурні, спектрографічні тощо) з широким застосуванням математичних методів для обробки даних. В останні десятиріччя в геології використовують експериментальні методи, які дають змогу моделювати геологічні процеси, отримувати в лабораторних умовах штучні мінерали, гірські породи тощо. Під час регіональних досліджень використовують дистанційні методи, коли спостереження здійснюють з вертольотів, літаків і космічних кораблів. Для вивчення глибинної будови земної кори і Землі в цілому також використовують опосередковані методи пізнання (зокрема, геофізичні методи, які базуються на вивченні фізичних властивостей гірських порід).

Геологія тісно пов'язана з географією, хімією, ботанікою, зоологією та іншими науками природничого циклу. Вона є підґрунтям спеціальних географічних дисциплін: фізичної географії, загального землезнавства, геоморфології тощо. Геологія має велике значення у вивченні еволюції географічної оболонки. Дослідження родовищ різних видів корисних копалин є потрібним елементом для глибокого розуміння економічної географії.

Зв'язок геології і хімії полягає у вивченні хімічного складу земної кори, походження, властивостей, використання природних хімічних сполук — мінералів. Дослідження мінералів розкриває суть хімічних процесів, що відбуваються в природі і їх можна відтворити в лабораторних умовах. Крім того, надрові багатства є основним джерелом сировини для хімічної промисловості.

З біологією пов'язаний окремий розділ геології — палеонтологія, що вивчає історію виникнення й розвитку органічного світу за скам'янілими рештками. З іншого боку, дослідження умов життя сучасних рослинних і тваринних організмів допомагає геологам упевненіше відтворювати палеогеографічні умови минулих періодів історії Землі.

Отже, геологія, як писав російський академік В. О. 0бручев, «вчить нас дивитися відкритими очима на довколишню природу і розуміти історію її розвитку», тобто дає наукове пояснення цілій низці природних процесів і явищ.

7

Геологія має тісний зв'язок з практичною діяльністю людини: виявленням родовищ різноманітних корисних копалин, що застосовують у промисловості, сільському господарстві. Тільки після інженерно-геологічного обгрунтування проектів розпочинають будівництво великих житлових будівель і промислових об'єктів, залізничних і шосейних шляхів сполучення, гідроелектростанцій, тунелів, каналів, нафто- й газопроводів тощо. Гірські породи і рельєф є важливими чинниками ґрунтоутворення, які треба завжди враховувати в сільськогосподарській діяльності.

Водночас слід пам'ятати, що надто інтенсивне, нераціональне використання надрових багатств може завдати непоправної шкоди як мінеральним ресурсам (призвести до їх вичерпання), так і довкіллю взагалі. Тому охорона й раціональне використання надр Землі набуває дедалі більшої актуальності.

Основні етапи Накопиченняя відомостейй про Зем-­ розвитку геології лю іівиникнення геології як науки

зумовлене практичною діяльністю

людини, пошуками корисних копалин. З археології відо-­

мо, що людина використовувала деякі види гірських порід для виготовлення знарядь праці ще десятки тисяч років тому, в епоху кам'яного віку. Такі знаряддя часто трапля-­ ються серед молодих відкладів на стоянках, їх можна по-­

бачити в багатьох краєзнавчих музеях України. Першими гірськими породами, що використовували наші далекі предки для своїх потреб, були кремінь, базальт, габро та інші тверді породи, пізніше — самородні метали й руди, пошуки яких були складнішими.

Зростання потреб у корисних копалинах змушувало людей вести їх пошуки. Так поступово люди набували досвіду, збагачувалися геологічними знаннями. Проте як самостійна наука ггеологія виниклаа порівняно недавно, близько 250 років тому.

В історії розвитку геології можна виділити кілька етапів. Перший з них поширюється на античний період (два-три тисячоліття до нашої ери), другий — на І-ХІУст., третій

— XV — XVII ст., четвертий — XVIII — першу половину XIX ст., п'ятий — від другої половини XIX ст. до наших днів.

Перші два етапи часто об''єднують в один — ддонауко-­ вий. Він характеризується поступовим нагромадженням

8

спостережень і фактів, першими спробами їх аналізу та узагальнень.

Так, Арістотель доводив, що Земля має форму кулі, що одні й ті самі місця не лишаються завжди суходолом або морем, що море приходить туди, де раніше був суходіл, і навпаки, ділянки, які були суходолом, вкриваються морем. Він висловив думку, що більшість руд і мінералів виникає внаслідок просочення з глибин Землі різних газів. Піфагор учив, що обличчя Землі невпинно змінюється, що море й суходіл ведуть між собою боротьбу. Страбон стверджував, що Земля зазнає вертикальних рухів: вона то піднімається, то опускається, завдяки чому виникають острови. Ще за кілька сотень років до нашої ери китайці дали назву деяким мінералам і описали їх. У першому столітті нашої ери Пліній Старший написав 36-томну працю під назвою «Природнича історія», в якій підведено підсумок геологічних знань на початок нашої ери. Сам він загинув під час дослідження виверження Везувію у 79 р. н. є. Отже, ще до початку нашої ери було зібрано й частково узагальнено чимало геологічного матеріалу, висловлено багато цікавих і важливих здогадок. Втім протягом наступних майже 15-ти століть, з І до XV, розвиток геології майже повністю був загальмований, а добуті раніше наукові відомості забуто.

Третій етап у розвитку геології починається в епоху Відродження і пов'язаний з іменами видатних учених цієї епохи Леонардо да Вінчі (1452—1529 рр.), Георго Агріколи (1494-1555 рр.). Перший, працюючи на будівництві іригаційних споруд в Італії, дійшов висновку, що ділянки суходолу, на яких ведеться будівництво, в минулому були морським дном, оскільки в гірських породах, з яких вони складені, є чимало решток морських організмів, — тобто на поверхні Землі відбуваються зміни. Агрікола працював у Чехії та Саксонії. Він склав перші посібники з мінералогії, гірничої справи та металургії. Велике значення для розвитку геології мали праці з астрономії М. Коперника (1473—1543 рр.). Він уперше довів геліоцентризм Сонячної системи (тобто, що планети, в тому числі й Земля, обертаються навколо Сонця).

У XVII ст. суттєвий внесок у розвиток геології зробив данський вчений Н. Стено (1638-1686 рр.). На його думку, всі осадові породи відкладалися горизонтальними верствами на широких просторах. Якщо тепер вони залягають похило, то це є наслідком пізніших змін, а також того,

9

шо всі висоти і навіть гори не є сталими. Отже, Н. Стено заклав підвалини стратиграфії (науки про нашарування гірських порід) і тектоніки. Услід за Н. Стено цінні узагальнення дав німецький математик, фізик, філософ Г. В.Лейбніц (1646-1716 рр.). Він першим висловив думку, що кристалічні (магматичні) гірські породи утворилися з розплавленої гарячої маси, з якої колись складалась Земля і яка потім застигла.

Закінчення XVII та початок XVIII ст. є часом швидкого розвитку капіталізму, значного зростання попиту на різні корисні копалини, а, відповідно, і розвитку гірничої справи, нагромадження нових наукових фактів про будову земної кори.

Четвертий етап визначається становленням геології як науки, він охоплює XVIII і першу половину XIX ст. Цей етап у розвитку геології пов'язаний з іменами М. В. Ломоносова (1711-1765 рр.), А. Вернера (1750-1817 рр.), Д. Геттона (1726-1797 рр.), В. Сміта (1769-1839 рр.), Ч.Лайєля (1797-1875 рр.) і ін. Російський природознавець М. В. Ломоносов правильно оцінив геологічні процеси, вказав на їхню тривалість, виділив значення взаємодії ендогенних і екзогенних процесів у розвитку земної кори. Велику роль відіграли його роботи з мінералогії та гірничої справи.

Професор Фрейберзької академії в Саксонії А. Вернер був одним з основоположників сучасної мінералогії. В галузі теоретичної геології він очолював так звану школу нептуністів і стверджував, що основним геологічним чинником у перетворенні Землі є вода; з вод океану, який колись вкривав Землю, послідовно відкладалися всі гірські породи, в тому числі і граніти, гнейси, кристалічні сланці, базальти тощо. Появу вулканів він пов'язував з підземними пожежами.

Шотландський вчений Д. Геттон (засновник школи плутоністів) вважав, що провідна роль у геологічних процесах належить підземним силам (внутрішній теплоті Землі, вогню) і відкидав думку про осадове походження магматичних порід (гранітів, базальтів тощо). Боротьба нептуністів і плутоністів тривала декілька десятиріч і завершилася перемогою останніх.

Вирішальну роль у розвитку геології на цьому етапі відіграла розробка палеонтологічного методу визначення

відносного віку гірських порід англійським вченим В. Смітом. Суть методу полягає в тому, що відносний вік гірських порід визначають за рештками відмерлих організмів, бо з кожним комплексом різних за віком осадових порід пов'язаний комплекс власних організмів. У першій половині XIX ст. почалося систематичне вивчення решток вимерлих організмів з метою розчленування осадових товщ і вироблення єдиної для всіх країн геохронологічної шкали. До цього часу належить також зародження палеонтології та історичної геології як самостійних наук.

У1830—1833 рр. вийшла в світ відома праця англійського вченого Ч. Лайєля «Основи геології», в якій науково обгрунтовано метод актуалізму. В основу методу покладено уявлення про те, що в минулому відбувалися такі самі геологічні процеси, як і нині, тобто, порівнюючи давні осадки з сучасними, можна визначити умови їх виникнення, відтворити давню історію Землі.

У1838 р. швейцарський геолог А. Греслі (1814-1865 рр.) ввів поняття «фація» для визначення фізико-географічних умов, що зумовлюють ті або інші особливості порід.

У1869 р. російський дослідник М. О. Головкінський встановив закономірності у розподілі фацій у просторі і часі та закон кореляції фацій, сформулював основні принципи осадкоутворення і показав залежність формування рельєфу й річкових терас від вертикальних рухів земної кори. З цих досліджень розпочався новий етап у розвитку історичної геології, її завданням стало не тільки вивчення геохронології і стратиграфії порід, а й реконструкція фізи- ко-географічних умов.

Дальший розвиток палеогеографічних досліджень по- в'язаний з іменем російського геолога й палеонтолога

М.І. Андрусова (1861-1924 рр.), який застосував палеогеографічний аналіз і вивчення фацій для детальної розробки стратиграфії неогену півдня Росії та України. Ним розроблено стратиграфічну схему неогенових морських відкладів, яка не втратила свого значення і нині.

П'ятий етап розвитку геології ознаменувався виникненням і розвитком вчення про геосинкліналі і платформи,

яке відіграло суттєву роль у подальшому розвитку геологічної науки. На підставі цього вчення та інших наукових досягнень геологія остаточно формується як наука. З гео-

логії виділяється низка самостійних наук: історична геологія, тектоніка, регіональна геологія тощо; вдосконалюються старі та виникають нові методи досліджень - геохімічні, геофізичні, дистанційні тощо. На цьому етапі великий внесок у розвиток геології зробили такі вчені: Дж. Холл (1811-1898 рр.), Д. Дена (1813-1895 рр.), О. П. Карпінський (1847-1936 рр.), О. П. Павлов (18541929 рр.), В. О. Обручев (1863-1956 рр.), В. І. Вернадський (1863—1945 рр.), О. Є. Ферсман (1883-1945 рр.), С. С. Смирнов (1895-1947 рр.), М. С. Шатський (18951960 рр.) та ін.

Геологічні дослідження в Україні

Професор Київського університету К. М. Феофілактов (1818—1901 рр.) здійснював геологічні дослідження переважно в межах Київської, Полтавської, Волинської, Подільської і Чернігівської губерній. Вивчав кристалічні породи України. Одним з перших у Росії здійснив інженер- но-геологічні дослідження. Засновник Київської школи геологів.

Український вчений Ю. Медвецький (1845—1918 рр.) одним із перших розпочав вивчення геології Карпат, досліджував стратиграфію флішових відкладів. Велике значення мають його дослідження соляних родовищ Калуша, Бохні і Велічки (в Польщі). Він перший учений Галичини, який показав шляхи використання геології і технічної науки в промисловому розвитку краю; був фундатором гео- лого-мінералогічного музею Політехнічної школи у Львові — одного з найкращих в Європі за рівнем систематики та кількістю зразків.

П. А. Тутковський (1858—1930 рр.) — український геолог, палеонтолог, географ, академік АН УРСР, досліджував регіональну геологію України (особливо Полісся), був одним із засновників четвертинної геології в Україні; вперше в нашій країні розробив методику вивчення мікропалеонтологічних решток з кайнозойських відкладів.

Професор Л. 1. Лутугін (1864—1915 рр.) понад 20 років присвятив геологічним дослідженням в Донецькому кам'я- новугільному басейні. Він вперше склав геологічний розріз вугільної товщі, визначивши не лише її загальну потужність, а й кількість вугільних верств і прошарків, розробив методику детального геологічного картування.

В. Д. Ласкарєв (1868—1954 рр.), професор Одеського університету, вивчав неогенові і четвертинні відклади пів-

12

денно-західної зони України, а також геоморфологію, петрографію, тектоніку і корисні копалини цієї території.

Професор О. О. Борисяк (1872—1944 рр.) вивчав стратиграфію, палеогеографію і тектоніку Донбасу. Вперше описав ряд давніх викопних ссавців.

В.Г. Бондарчук (1905-1993 рр.), академік АН УРСР, професор Київського університету, працював у різних галузях геологічної науки (регіональної, загальної і четвертинної геології, тектоніки, геоморфології). Під його керівництвом вперше складено Палеогеографічний атлас УРСР (1960 р.).

В.С. Соболєв (1908-1982 рр.), академік АН СРСР, професор Львівського університету, досліджував магматичні

йметаморфічні породи докембрію України і Сибірської платформи. Передбачив можливість алмазоносності Сибірської платформи.

Є. К. Лазаренко (1912-1979 рр.), академік АН УРСР, професор Львівського університету. Досліджував регіональну мінералогію України та питання загальної мінералогії (систематику і номенклатуру мінералів, теорію їхнього генезису).

М. П. Семененко (1905-1996 рр.), академік АН УРСР, професор Дніпропетровського, а пізніше Київського університетів, віце-президент АН УРСР (1950—1970 рр.). Його наукові дослідження присвячено переважно проблемам петрографії, геології рудних родовищ Байкало-Саянської дуги та Українського щита, різним проблемам докембрію. Створив єдину класифікацію метаморфічних гірських порід, вивчав питання геохронології в абсолютному літочисленні, запропонував стратиграфічне розчленування докембрію України.

Я. М. Бєлєвцев (1912-1993 рр.), академік АН УРСР, професор Київського університету, вивчав геологію і генезис рудних корисних копалин, переважно залізних руд Криворізького залізорудного басейну та загальну металогенію докембрію, розробив теорію рудоутворення. Під його керівництвом складено карти металоносності України.

О. С. Вялов (1904-1988 рр.), академік АН УРСР, професор Львівського університету, розробив тектонічну схему Карпат, схему стратиграфії Карпатського флішу та неогенових молас Передкарпатського й Закарпатського прогинів, склав карту прогнозів нафтоносності західних областей України.

13

РОЗДІЛ І

ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗЕМЛЮ

Глава 1 СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПРО ЗЕМЛЮ

1.1..

Земля — планета Сонячної системи

Сонячна система складається із Сонця і дев'яти планет, однією з яких є Земля. Крім того, складовими системи є супутники планет, пояс астероїдів, комети, пил і газ. Сонячна система у свою чергу входить до складу Галактики і рухається навколо її центра за еліптичною орбітою зі швидкістю 250 км/с, здійснюючи повний оберт за 200...250 млн років. Галактика в плані має форму закрученої спіралі, в середині одного зі спіральних витків розмішується Сонце. Профіль Галактики дископодібний. Діаметр диска становить близько 100 тис. світлових років, максимальна товщина — близько 20 тис. світлових років.

Сонце — типовий «жовтий карлик», тобто невелика зірка (за розміром у два-три рази менша за середню зірку Галактики), має кулеподібну форму, утворена розжареною плазмою. До складу Сонця входять переважно водень (близько 70%) і гелій (27%), на частку інших легких хімічних елементів припадає лише близько 2,5%. За деякими даними, температура в центрі Сонця сягає (14... 16) • 106 К, тиск — 10" МПа. Висока температура підтримується термоядерними процесами в його надрах. Температура на поверхні Сонця становить близько 6000 К. Крім того, воно має потужне магнітне поле. Зовнішній шар сонячної атмосфери — це так звана сонячна корона, з якої вириваються потоки заряджених частинок, — сонячний вітер, який потрапляє у найвіддаленіші куточки системи.

Планети в напрямку від Сонця розташовуються в такій послідовності: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон (рис. 1). Всі планети рухаються навколо Сонця в одному напрямку по орбітах,