Особенности минералогического состава четвертичных отложений и значение их изучения для почвоведения

1. Геология

Геология (от «гео»  и  «логия»), комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли; в узком смысле слова — наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых Г., связано с верхней частью земной коры, доступной непосредственному наблюдению.

На прямых полевых  наблюдениях основаны главным образом  и геологические методы. Геологические  исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления  горных пород, наблюдаемых на поверхности  Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных  выработках (шурфах, карьерах, шахтах и  др.). Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём  отбора образцов, подвергаемых затем  лабораторному исследованию.

Обязательным  элементом полевых работ геолога  является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты  и геологических профилей. На карте  изображается распространение горных пород, указывается их генезис и  возраст, а по мере надобности также  состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых  разрезах. Геологические карты и  профили служат одним из основных документов, на основании которых  делаются эмпирические обобщения и  выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия  при возведении инженерных сооружений. Для уточнения данных геологической  съёмки иногда прибегают к бурению  скважин, которые позволяют извлечь  на поверхность горные породы, залегающие на достаточной глубине. В СССР, кроме  того, проводится т. н. опорное бурение (с 1947), при котором обширные территории покрываются более или менее  равномерной сетью глубоких скважин, что даёт возможность составить  общую схему геологического строения страны, полнее использовать данные съёмки. С середины 20 в. в СССР и США осуществляется бурение скважин глубиной до 7 км и более. Успешно проводится бурение морского дна в местах относительно малых глубин. С конца 60-х гг. 20 в. американские геологи ведут бурение в океане со специально оборудованных кораблей.

Методы непосредственного  изучения недр не дают возможности  познать строение Земли глубже, чем  на несколько км (иногда до 20) от её поверхности. Поэтому даже для изучения земной коры, а тем более нижележащих  геосфер, Г. не обходится без помощи косвенных методов, разработанных  др. науками, особенно без геохимических  и геофизических методов. Очень  часто применяется комплекс геологических, геофизических и геохимических  методов. 
 
 

2. Процессы  минералообразования

Процессы минералообразования - физико-химические процессы, протекающие в земной коре, вызывающие образование, изменение и разрушение минералов. Классификация процессов минералообразования основана, с одной стороны, на источнике вещества и энергии, а с другой - на характере среды, в которой протекает данный процесс и типах химических реакций. По первому признаку различают :

• эндогенные, связанные с привносом из глубоких частей земной коры вещества, в виде магмы или происходящих из неё растворов и газов, и энергии;
• метаморфические или автигенные, без существенного привноса вещества, идущие за счёт энергии, связанной с глубокими частями земной коры, обычно с той же магмой;
• экзогенные, порождаемые факторами, связанными с земной поверхностью - гидросферой, атмосферой и биосферой.

Эндогенные процессы минералообразования подразделяют на:

 Собственно  магматический или магматогенный (кристаллизация из магмы)

Пневматолитический или пиевматогенный (кристаллизация из газообразной среды)

Гидротермальный (кристаллизация из растворов, отделившихся от магмы)

 Метасоматический (взаимодействие растворов с ранее  существовавшими породами и минералами - процесс переходный)

Пегматитовый (конечная стадия магматической кристаллизации и метасоматоз).

 Метаморфические  или автигенные процессы минералообразования: контактово-метаморфический, связанный с непосредственным местным действием интрузии, и регионально-метаморфический, охватывающий большие области, причём связь поднятия температуры с магматической деятельностью устанавливается лишь при исследованиях большого масштаба, а иногда вообще кажется сомнительной.

Экзогенные процессы минералообразования: экзогидратогенный, связанный с действием поверхностных растворов, пегнитогенный - осаждение в водных бассейнах, биогенный - образование в связи с жизнедеятельностью организмов и др.

Как в классификации, так и в терминологии П. м. существуют значительные расхождения, и попытки  объединения их (напр., классифихация Болдырева) пока не дали желательных результатов.

3. Диагенез

Переход осадков  в горные породы — длительный и  сложный процесс, который носит  название диагенеза, что в переводе с греческого означает «перерождение». Процесс изменения осадка и превращения  его в горную породу начинается еще  в морском бассейне и длится многие десятки и даже сотни тысяч  лет.

     В  процессе диагенеза первоначальный  осадок подвергается различным  химическим изменениям, зависящим  от условий среды и уплотнения. В окислительной среде происходит окисление находящихся в осадке закисных соединений, что особенно заметно отражается на изменении железистых минералов. В восстановительной среде, наоборот, окисные соединения переводятся в закисные. Значительную роль в этих процессах играют различные бактерии. Некоторые из них разлагают органическое вещество, вызывая появление углекислоты и сероводорода, и тем способствуют изменению химизма среды; другие непосредственно участвуют в окислительных или восстановительных процессах.

     Большое  значение в процессах химического  преобразования осадков имеют  процессы растворения малоустойчивых  минералов, например карбонатов. В глубоких придонных водах,  насыщенных углекислотой, происходит  растворение СаСО3, с чем связано  отсутствие известковых илов  на больших глубинах (глубже 4000 м).

     Уплотнение  осадка происходит в результате  перекристаллизации, цементации и  обезвоживания.

     Перекристаллизации  подвергаются главным образом  однородные мелкозернистые осадки, состоящие из легкорастворимых  минералов. Яркий пример перекристаллизации  представляет диагенез рифовых  образований, первоначально состоящих  из известковых скелетов кораллов, мшанок, водорослей и др. Под действием  углекислоты, освобождающейся при  разложении органического вещества, СаСО3 скелетов частично растворяется  и после выделения углекислоты  выпадает заново уже в кристаллической  форме.

     Цементация  связана с выпадением в осадок  различных химических соединений, связывающих (цементирующих) между  собой отдельные зерна осадка. Такими цементирующими веществами  чаще всего являются: кремнезем  в различных модификациях (кварц,  опал, халцедон), окислы железа, карбонаты,  фосфаты и др. Выпадение цементирующего  вещества может происходить одновременно, или, как говорят, сингенетически, с образованием самого осадка, или же в последующие стадии его преобразования — эпигенетическим путем. Цементирующее вещество заполняет поры и пустоты, скрепляя частицы породы. Происходит также заполнение трещин.

     В  результате неравномерной цементации  в осадке возникают более плотные  участки. Иногда вследствие крайней  неравномерности выпадения цементирующего  вещества в осадке происходит  образование конкреций, т. е.  стяжений минеральных новообразований,  отличных по своему составу  от самого осадка. Форма и размеры  подобных конкреций очень разнообразны, что зависит от текстуры осадка  и физико-химических условий среды.

     Нередко  конкреции образуются в результате  повторного выпадения вещества  вокруг каких-нибудь скелетных  остатков, играющих роль центров  стяжения и своей формой определяющих  форму конкреции. Сингенетические  конкреции, образующиеся одновременно  с самим осадком в тех же  физико-химических условиях среды,  имеют состав, близко отвечающий  составу цемента. Наиболее часто  встречаются кремневые, железистые, карбонатные, фосфатные конкреции. Последние часто служат объектом промышленного использования, образуя выдержанные прослои так называемых желваковых фосфоритов.

     Обезвоживание  осадка происходит в результате  выжимания воды из нижних пластов  в верхние, обусловливаемое давлением вышенакопляющихся толщ осадка. При этом происходит также процесс дегидратации минералов, богатых водой, и их перекристаллизация.

     В  конечном итоге все процессы, совершающиеся во время диагенеза  осадка (растворение, химические  преобразования, перекристаллизация, цементация, дегидратация), приводят  к потере осадками рыхлости  и пластичности, превращению его  в горную породу.

4. Сила землетрясений

     Для  борьбы с вредными последствиями  землетрясения очень важно определить  его силу. Первые попытки классифицировать  землетрясения по силе были  сделаны еще в XVI в. До изобретения приборов, оценивающих интенсивность землетрясений, сила землетрясений определялась по характеру разрушений, главным образом в населенных пунктах, и по ощущениям, испытываемым человеком. Землетрясения подразделялись различными исследователями на 10 или 12 групп.

     Сила  землетрясения в каждой группе  оценивалась баллом. Одной из  широко известных классификаций  землетрясений была 10-балльная шкала  Росси-Фореля, предложенная в 1883 г. Согласно этой шкале, основанной главным образом на ощущениях человека, землетрясения подразделялись следующим образом:

1 -балльные толчки  людьми не ощущаются, а отмечаются  только приборами;

2-балльные сотрясения  ощущаются немногими людьми, наводящимися  в состоянии покоя;

3-балльные сотрясения  ощущаются многими лицами, находящимися  в состоянии покоя;

4-балльные землетрясения  ощущаются людьми, занятыми обычной  деятельностью, дребезжат оконные  стекла, скрипят полы, раскачиваются  предметы, подвешенные к потолку;

5-балльные сотрясения  ощущаются всеми; движется мебель, звенят колокола;

при 6-балльных —  пробуждаются спящие, останавливаются  маятники часов, начинают раскачиваться  деревья, многие жители в испуге покидают дома;

 при 7-балльных  — опрокидываются отдельные предметы, падает штукатурка, общий ужас  охватывает население;

при 8-балльных —  падают дымовые трубы, образуются трещины  в стенах зданий;

при 9-балльных —  частично или полностью разрушаются  некоторые здания;

при 10-балльных — происходит всеобщее разрушение, образование трещин в земле, горные обвалы.

     Подобное  разделение, конечно, весьма субъективно.  Более объективной является классификация,  основанная на изменениях ускорения  колебаний почвы. Выяснено, что сотрясение с ускорением колебаний менее 2,5 мм/сек людьми не ощущаются. При наиболее сильных землетрясениях колебания почвы превышают 5000 мм/сек.

     Ограничиваться  в классификации землетрясений  только показаниями приборов  невозможно; многие данные, характеризующие  силу землетрясений, можно получить  только от очевидцев. Поэтому  современная шкала землетрясений  должна учитывать как показания  приборов, так и данные непосредственных  наблюдений над разрушениями, вызываемыми  сотрясениями.

     С  1952 г. в СССР принята новая  сейсмическая шкала. Эта шкала  построена, с одной стороны,  на основе показаний сейсмометра  с периодом собственных колебаний  25 секунд, с другой стороны, на  основании ощущений людей и  наблюдаемых явлений (степень  повреждения зданий, построенных  без антисейсмических мероприятий). Все здания разделены на группы: а) одноэтажные дома со стенами  из камня, кирпича-сырца, самана  и т. п.; б) кирпичные и каменные  здания; в) деревянные дома.

     В  шкале учитываются также нарушения  в грунтах и изменение режима  грунтовых вод.

     Запись  на сейсмометре производится  механически на сферически-вогнутом  стекле. Смещение сферического упругого  маятника в сейсмометре обозначается  Х0 и выражается в миллиметрах.

     Как  указывалось выше, в пределах  одной изосейсмальной зоны сила землетрясения повсеместно одинакова. Однако в той же изосейсмальной зоне даже в одном городе некоторые дома подвергаются разрушению, а соседние с ними — сохраняются. Эти местные колебания силы землетрясений в пределах одной изосейсмальной зоны объясняются тем, что местами подходят две или три сейсмические волны сразу. Они интерферируют между собой, увеличивая или уменьшая силу сотрясения. При увеличении силы сотрясения создаются своего рода узлы, где землетрясение является наиболее разрушительным.