О

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова Геологический факультет

Н.В. КОРОНОВСКИИ

ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ

УЧЕБНИК

^ Главная бийпи

f с

^пто,(а

867150

<-> 867150

УНИВЕРСИТЕТ

книжный дом

Москва 2006

Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 020300 (511000) Геология и всем геологическим специальностям

УДК 551(07) ББК 26.3я7 К68

Рецензенты:

Заведующий кафедрой региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, профессор Никишин A. Mr, Заведующий кафедрой общей геологии и геологического картирования РГГУ, профессор, доктор геолого-минералогических наук, академик РАЕН Соколовский А. К.

На обложке — Канадские скалистые горы, Кананаскис. Фото Peter B.Jones

Короновский, Николай Владимирович

К68 Общая геология: учебник / Н. В. Короновский. — М.: КДУ 2006. — 528 с.: табл., ил., [32] е.: цв. ил.

ISBN 5-98227-075-Х

В учебнике отражены современные данные и представления о Земле как плане­те, ее месте в Солнечной системе и во Вселенной; рассмотрены внутреннее строение Земли и методы его изучения, а также геофизические поля; понятие о стратиграфии и геохронологии, строении земной коры и ее вещественном составе. Рассмотрены все геологические процессы внешней и внутренней динамики. В заключении подводит­ся итог нашему современному знанию о Земле и о процессах, изменяющих ее лик, в том числе и техногенного характера. Также имеется раздел о нелинейных процес­сах в геологии. Использование графиков, таблиц и рисунков помогает более легко­му усвоению материала. Для каждой главы дается список рекомендуемой дополни­тельной литературы.

Учебник написан для студентов геологических специальностей и всех, кто инте­ресуется геологией.

Isbn 5-98227-075-худк 551(07) ббк 26.3я7

© Короновский Н. В., 2006 © Издательство «КДУ», 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 7

Введение 9

ЧАСТЬ I

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ, ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

ГЛАВА 1. ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ

ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ 2

Часть! 12

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ, ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 12

. А. > А, А 154

v v V v 154

А А А Л^ V > V V 154

© 237

ПРОЦЕССЫ ВНЕШНЕЙ ДИНАМИКИ 245

„, ® © lib Lin himiimiiii 297

п 100, 297

Глава 10 319

© 383

V 393

С 311

Часть III 412

ПРОЦЕССЫ ВНУТРЕННЕЙ ДИНАМИКИ 412

Глава 15 МАГМАТИЗМ 412

2 470

1. KZb 497

Глава 16 МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 504

Глава 17 516

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД 516

t 548

Часть IV 601

ЗЕМЛЯ И ЧЕЛОВЕК: ДОСТИЖЕНИЯ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ 601

I 516

д 521

щ 524

ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ 31

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий учебник по курсу «Общая геология» соответствует учеб­ной программе. Курс читается всем студентам первого курса геологичес­ких специальностей вузов. Написание подобного учебника, учитывая ог­ромный поток информации, поступающей каждый год, представляет большие трудности, т. к. требует тщательного отбора необходимого и вместе с тем достаточного материала для изложения основ геологичес­кой науки. Поэтому основной целью учебника была задача отразить в нем современные данные и представления о Земле как планете, ее месте в Сол­нечной системе и во Вселенной; рассмотреть внутреннее строение Земли и методы его изучения, а также геофизические поля; дать понятие о стратиграфии и геохронологии, строении земной коры и ее вещественном составе. В пособии рассмотрены все геологические процессы внешней и внутренней динамики. В заключение подводится итог нашему совре­менному знанию о Земле и о процессах, изменяющих ее лик, в том числе техногенного характера. Впервые для учебников такого типа помещен раздел о нелинейных процессах в геологии. Стиль изложения материала таков, что он доступен студентам первого курса и характеризует уро­вень современной геологической науки. Автор стремился дополнить из­ложение значительным количеством графиков, таблиц и рисунков, по­могающих усваивать материал. Для каждой главы дается список рекомендуемой дополнительной литературы. В настоящее, 2-е издание учебника внесены многочисленные дополнения, ряд глав существенно переработан, добавлено большое количество новых иллюстраций, в том числе цветных фотографий. Раздел 3.2 в учебнике написан старшим на­

учным сотрудником М. И. Волобуевым, раздел 21.2. — старшим науч­

ным сотрудником А. А. Наймарком, и раздел о магнетизме частично на­писан ведущим научным сотрудником В. Н. Вадковским, которым автор искренне благодарен.

За обстоятельную рецензию и замечания, способствовавшие улуч­шению работы, автор глубоко признателен профессору В. М. Ненахо- ву (Воронежский государственный университет). Автор благодарит

ведущего научного сотрудника|В. Н. Вадковского[, доцента В. С. Заха­

рова, доцента В. А. Зайцева, заведующего лабораторией М. А. Гонча­рова, профессора М. Г. Ломизе, профессора В. Е. Хаина, старшего ве­дущего научного сотрудника Л. И. Демину, доцента М. А. Романовскую, доцента Н. В. Макарову, научного сотрудника Т. В. Суханову, старшего научного сотрудника В. С. Гарагулю, Г. Н. Гордееву и научного сотруд­ника М. Ю. Никитина за прочтение ряда глав, ценные советы и заме­чания.

Автор также выражает благодарность профессору А. М. Никишину за тщательный анализ рукописи учебника, заведующей библиотекой Н. В. Бакшеевой и сотруднице этой же библиотеки М. Д. Рябухиной за доброжелательную помощь в поисках литературы.

Особую и самую искреннюю благодарность автор выражает свое­му ближайшему помощнику старшему научному сотруднику Г. В. Брян- цевой, без самоотверженной помощи которой подготовка учебника была бы невозможна, и старшему научному сотруднику А. А. Наймар- ку, сделавшему очень много ценных замечаний, написавшему раздел «Концепция нелинейности в геологии» и всегда с большой заинтере­сованностью обсуждавшему разнообразные проблемы.

Автор будет признателен за все советы и рекомендации, направлен­ные на дальнейшее совершенствование учебника. Просьба посылать их по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ им. М. В. Ло­моносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, Н. В. Короновскому.

ВВЕДЕНИЕ

Древние греки, населявшие прекрасную страну Элладу, называли нашу Землю Геей. Уже во втором тысячелетии до нашей эры, в кри- то-микенский период, широкое развитие получила добыча руд, из ко­торых выплавлялись различные металлы. Вообще-то их начали добы­вать еще раньше, в конце нового каменного века — неолита. Уже тогда были известны золото, серебро, медь, олово, железо, свинец и другие металлы. Древние металлурги умели делать из них разные сплавы. Умение искать и находить руды чрезвычайно высоко ценилось, как, впрочем, и в последующие времена. Но все же следует признать, что большинство месторождений в глубокой древности было открыто не с помощью целенаправленных поисков, а случайно. Действительно, не надо было обладать знаниями для того, чтобы поднять с поверхности Земли золотой самородок и искать вокруг другие самородки. Но по­степенно накапливались определенные признаки, сопутствующие раз­ным рудам, о которых писал, например, знаменитый ученый Древнего мира Плиний Старший. Зачатки геологических знаний развивались благодаря существовавшим горным разработкам, прежде всего у егип­тян, греков, китайцев, индийцев и других народов. Во многих местах найдены остатки древних горных промыслов — в Армении, на Урале, в Забайкалье, на Алтае, в Узбекистане, Таджикистане, Казахстане. Во втором тысячелетии до нашей эры на Урале плавили медь, в Север­ном Казахстане добывали золото, в горах Средней Азии получали сви­нец и серебро, а в Азербайджане (в Нахичевани) разрабатывали ка­менную соль.

Геологические знания постепенно набирали силу, но при рабовладель­ческом строе трудно было успешно развивать производство, а с ним и гор­ные промыслы. Появление феодализма, установление новых производ­ственных отношений дали толчок развитию и горного дела. В Средние века в Центральной и Восточной Европе было открыто много рудни­ков, да и в Киевской Руси, в окрестностях Великого Новгорода, добы­вали железо, строительный камень, а на Белом море — слюду, которая в прошлом веке была названа мусковитом (от слова «моска» — Москва). В эпоху Возрождения появились первые зачатки научной геологии. Ког­да начали формироваться капиталистические отношения в сфере произ­водства, геология сделала резкий шаг вперед. Ученые стали задумывать­ся над тем, откуда взялись высоко в горах древние морские раковины.

Наверное, когда-то там плескалось море, а гор не было. Следователь­но, суша не была чем-то постоянным, ее очертания менялись. Стали обращать внимание не только на горные породы — известняк, гранит, песчаник, глинистый сланец, мел, но и на то, как они располагаются, залегают в природе. Выяснилось, что слои могут быть наклонными, иногда даже вертикальными. Какая же сила заставила их так накло­няться и изгибаться в складки? Землетрясения и извержения вулка­нов, приносившие столько бед и несчастий человечеству, тоже стали изучаться.

И вот в XVIII и XIX вв. геология как наука сделала поистине геро­ический рывок вперед. Великий Ломоносов заложил своими трудами фундамент геологического учения, на котором в дальнейшем росло зда­ние геологической науки. Можно только удивляться, как много сделал Ломоносов для развития геологических знаний, как, впрочем, и для других наук.

Стремительно растущая промышленность требовала все новых и но­вых полезных ископаемых и во все возрастающем количестве. Для гео­логии начался золотой век. Изобретение двигателя внутреннего сгора­ния дало повод для поисков нефти. Электростанции, заводы, фабрики требовали угля, сельское хозяйство — удобрений, строительство — камня, песка, глины, воды. Но как же все это дать производству? Где искать новые руды, нефть, газ, алмазы? Как заглянуть поглубже в недра Зем­ли, где подземные клады лежат за семью печатями?

Ответы на все эти и многие другие вопросы дает нам геология — наука о строении Земли, о ее происхождении, возрасте, развитии и об­разовании полезных ископаемых. «Гео» — по-гречески земля, «логос» — знание. Не следует, конечно, думать, что геологи получают все эти знания только с помощью молотка и лупы, как это многие еще до сих пор представляют. Геология сейчас использует данные физики, химии, биологии, математики, астрономии и сама подразделяется на много­численные ветви, которые даже просто перечислить затруднительно.

Так, историей нашей планеты занимается историческая геология,ко­торая использует палеонтологию— науку о древнем животном и расти­тельном мире; динамическая геологияизучает разнообразные процессы: вулк^лизм, образование рельефа, возникновение землетрясений, деятель­ность рек, морей и океанов, образование складок в земных пластах, дви­жение земной коры; стратиграфиязанята изучением последовательнос­ти образования пластов и установлением их возраста; петрографияизучает горные породы, которые состоят из минералов, а петрология— способы образования горных пород; кристаллографиярассматривает внутреннюю структуру минералов, их кристаллическую решетку; геохимияизучает распределение химических элементов в земной коре, горных породах, воде и породах других планет (космохимия); гидрогеологияисследует под­земные воды; геокриологипытаются проникнуть в тайны вечной мерзло­ты, которой у нас в стране заняты огромные пространства; учением о руд­ных месторождениях занимается геология полезных ископаемых,а нефть и каменный уголь исследуют специалисты по горючим полезным иско­паемым; изучение верхних слоев Земли для строительства — это инже­нерная геология и грунтоведение,а проникновением в глубины Земли с помощью физических методов занимается геофизика,которая сама под­разделяется на много дисциплин в зависимости от используемого мето­да. Для поисков полезных ископаемых и научного прогноза нужны раз­нообразные геологические карты. Их составляют специалисты погеологической съемке и поискам месторождений полезных ископаемых. И каждая из названных отраслей и дисциплин геологических наук под­разделяется на ряд еще более узких специализаций, в которых использу­ются новейшие достижения физики, химии, вычислительной математи­ки и техники. Добыча полезных ископаемых развивается так быстро и захватывает такие большие участки Земли, что на повестку дня со всей остротой встал вопрос об охране окружающей среды и земных недр, чем занимается экологическая геология.

Вряд ли стоит еще перечислять то, чем занимается современный гео­лог, да это практически и невозможно сделать, настолько различны те задачи, а также методы и приемы, с помощью которых геолог эти задачи решает. Геолог нашего времени — это высокообразованный специалист, владеющий столь различными знаниями и такой новейшей техникой, что сравнивать его с геологом, скажем, начала и даже середины XX в. вряд ли возможно. Объем информации, знаний удваивается сейчас каж­дые десять лет, а в будущем этот процесс будет еще ускоряться.

Что же мы знаем о нашей планете? Наверное, не так уж мало. Но, как это ни удивительно, в космос человек проник на десятки и сотни миллионов километров, тогда как самая глубокая скважина с огромны­ми трудностями прошла по горным породам чуть больше 12 км. При радиусе Земли около 6371 км это меньше, чем крохотный булавочный укол! И надежд в обозримом будущем проникнуть глубже 20 км с по­мощью буровой установки почти нет. Мы знаем, что возраст Земли 4,6 млрд лет, мы с большой точностью знаем ее размеры, скорость вра­щения вокруг оси, скорость движения по орбите, массу Земли, сред­нюю плотность вещества планеты. Геологи хорошо изучили все те гор­ные породы, которые находятся на суше площадью 150 млн км², но мы только начинаем познавать океанское и морское дно, площадь которого (360 млн км²) более чем в два раза превышает площадь суши. И тем не менее геологи имеют вполне определенное представление о том, что находится внутри Земли вплоть до ее центра.

Методы познания глубоких недр планеты Земля в основном кос­венные, и большая их часть основана на решении так называемых об­ратных задач. Для геолога очень важно не только собирать факты, но и анализировать их, обобщать для того, чтобы установить закономер­ности развития геологических процессов, эволюции крупных структур земной коры и земного шара в целом.

Используя методы экспериментирования и наблюдения, применя­ют также теоретические средства познания. Геолог-исследователь дол­жен уметь выявлять актуальные проблемы своей науки, грамотно ста­вить задачи, корректно выдвигать и проверять гипотезы, четко и компактно формулировать получаемые выводы. Собранный факти­ческий материал нужно уметь целенаправленно преобразовать в моде­ли, без чего невозможно ни ввести его в исследование, ни анализиро­вать, ни обобщать.

На современном этапе развития геологии все возрастающую роль играет компьютерное моделирование, позволяющее проникать глубоко в сущность многих процессов. Сегодня компьютер в руках геолога — это такой же необходимый инструмент, как и молоток, еще не потеряв­ший своего значения.

Учебник «Общая геология» посвящен не только динамической гео­логии, т. е. геологическим процессам. В части I учебника кратко рас­сматривается образование Вселенной, галактик и Солнечной системы. Приводятся сравнительные данные о планетах, содержатся сведения о форме Земли, ее внутреннем строении, геофизических полях, мето­дах определения относительного и абсолютного (изотопного) возраста горных пород. Дается характеристика основных положений современ­ной геологической теории — тектоники литосферных плит, т. к. она прекрасно объясняет многие геологические процессы.

В частях II и III рассматриваются важнейшие геологические про­цессы внешней и внутренней динамики, а в части IV, являющейся зак­лючительной, приводятся основные сведения о главных структурах литосферы, обсуждаются актуальная современная проблема взаимодей­ствия человека с геологической средой, достижения в изучении Земли, нерешенные вопросы.

В последние годы в геологии широко распространились представле­ния о нелинейных неравновесных геодинамических системах, неодно­кратно проходящих в своей эволюции так называемые точки бифурка­ции. Это состояния неустойчивости перед неизбежным, но случайным, непрогнозируемым «выбором» какого-то одного из теоретически равно- возможных путей дальнейшего развития. Большой Взрыв, начало ла­винной аккреции межзвездной ныли, возникновение Земли, зарождение и перестройка режима конвекции в мантии, обращения полярности гео­магнитного поля,расплавление и кристаллизация, разрыво- и складко­образование в земной коре, землетрясения и оползни, переходы режима водного потока от неустойчивого равновесия к эрозии или аккумуля­ции — эти и многие другие примеры подобного непредсказуемого «вы­бора» описаны в последующих разделах учебника. В целом же концеп­ция нелинейности и бифуркаций в связи с проблемой прогнозируемости геологических процессов освещена в заключительном разделе.

Таким образом, учебник вводит студента в круг основных проблем современной геологической науки, которые и необходимо усвоить на первом курсе. Чтобы был сформирован фундамент, позволяющий ус­пешно двигаться вперед.

Часть!

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ, ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ