Контрольная работа по "Геологии"

ВАРИАНТ № 1

Задания

1. Земля в космическом пространстве, форма, размеры, физические характеристики Земли, геофизические поля.

2. Осадочные горные породы: систематика, структуры, текстуры, минеральный состав, основные представители.

3. Задачи:

а) опишите химический состав, диагностические признаки и происхождение следующих минералов: пирит, гипс, роговая обманка;

б) определите истинную мощность пласта (Ми), если вертикальная мощность пласта (Мв) – 28 м; угол падения пласта – 23о;

в) изобразите наклонный пласт на геологической карте масштаба 1:500, если азимут падения пласта 22о на СВ; угол падения 60о; Ми – 12 м. Рельеф земной поверхности принять условно плоским;

г) изобразите на геологической карте произвольного масштаба прямую брахисинклинальную складку;

д) изобразите на геологическом разрезе произвольного масштаба согласный сброс;

е) в лабораторных условиях для каменного угля получены следующие показатели: R0 = 0,52%, ΣОК = 8 %, Vdaf = 33,5 %, у = 7 мм. Используя классификацию по генетическим и технологическим параметрам ГОСТ 25543-88, определите класс, категорию, тип и подтип угля. По составленному кодовому числу определите технологическую марку, группу и подгруппу. Выберите направления использования данного угля.

1. Земля в космическом пространстве, форма, размеры, физические характеристики Земли, геофизические поля

Земля – типичная внутренняя планета Солнечной системы. Характеризуется наличием хорошо развитых атмосферы, гидросферы и внутренних оболочек. Она имеет спутник – Луну, притяжение которой вызывает приливы и отливы на поверхности Земли.

Характер движения Земли в Солнечной системе влияет на количество солнечного тепла, получаемого различными участками планеты, а, следовательно, отражается на течение геологических процессов.

Эллиптическая орбита Земли близка к круговой. В наиболее удаленной точке орбиты – афелии - Земля на 5 млн км дальше от Солнца, чем в перигелии (ближайшей точке). Это небольшое сжатие орбиты определяет сезонные колебания температуры с периодом в 200 тыс. лет. Эксцентриситет (величина сжатия) орбиты меняется. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66°33'22", и этот наклон периодически, в 19 лет, меняется. Такое раскачивание называется нутацией. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение - смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.

Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115∙10-5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе - около 465 м/с. Скорость вращения Земли меняется в течение года и периодически в многолетнем цикле.

Форма Земли, близкая к эллипсоиду вращения, представляет собой двухосный 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 термина «земной шар».

Земной шар имеет следующие размеры:

• длина меридиана — 40 009 км,
• длина экватора — 40 076 км,
• площадь поверхности — 510 млн. км2,
• объем — 1 080 000 км3.

Земля состоит из ряда концентрических оболочек, называемых геосферами. К периферическим геосферам относятся атмосфера и гидросфера, а к геосферам тела Земли — земная кора, иначе называемая литосферой, мантия и ядро.

Мощность земной коры до 50 - 80 км; под океаническими впадинами она меньше, под горными массивами больше. Земная кора включает три концентрические зоны: осадочную, гранитную и базальтовую. Осадочная зона сложена главным образом осадочными породами с плотностью до 2,5 г/см3, которые покрывают поверхность материков прерывистым слоем средней мощности 1,5 км. Гранитная зона, сложенная преимущественно кислыми магматическими породами с плотностью 2,6 - 2,7 г/см3, имеет мощность 10 - 50 км, наибольшую — под горными массивами. Под океаническими впадинами она отсутствует. Базальтовая зона, представленная основными и ультраосновными магматическими породами плотностью 2,8 - 2,9 г/см3, имеет мощность до 30 км. Местами она выходит на поверхность дна океанических впадин.

Под земной корой залегает так называемая мантия мощностью 2900 км. В ней преобладают ультраосновные магматические породы.

Центральную часть земного шара составляет ядро (внешнее и внутреннее) радиусом около 3500 км, сложенное предположительно железом и никелем.

Масса Земли равна 5,975∙1027 т, объемная масса 5,52 г/см3, плотность ядра от 9 - 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/с2. Внутреннее давление Земли составляет: в подошве земной коры около 1,3 тыс. МПа; на поверхности ядра около 0,14 млн. МПа; в центре Земли более 0,3 млн. МПа.

Температура Земли на поверхности зависит от тепла, получаемого от Солнца и притока внутреннего тепла. Солнце обеспечивает температурный режим поверхности Земли на 99,5% и лишь 0,5% приходится на внутренние источники. Температура внутренних частей Земли не зависит от энергии Солнца, и с глубиной она не возрастает. Глубина положения пояса постоянных температур довольно сложное и в каждом регионе отличается. Мерой повышения температуры с глубиной является геотермическая ступень. В среднем для верхних слоев Земли температура увеличивается на 1ºС через каждые 32 м. Данные бурения глубоких скважин показали, что теоретические расчеты не всегда совпадают с практическими замерами. Так, в скважине на Кольском полуострове на глубине 12 км. предполагали температуру 150ºС, а она оказалась 220ºС. В скважине, пробуренной в Северном Прикаспии на глубине 3000 м., вместо 150ºС встретили температуру 108ºС. Для верхних 100 км. найдены геотермы, основанные на предположении, что температура на глубине 100 км близка к 1000ºС, но не выше 1300 – 1500ºС. По этой геотерме температуру можно с долей условности определить на любой искомой глубине от поверхности Земли до 100 км.

О температуре более глубоких зон Земли можно судить по температуре лав, извергаемых вулканами, достигающей 1250ºС (вулкан Ключевой), 1200ºС (гавайский вулкан Килауэа) и 1300ºС (вулкан Этна). Лабораторные исследования фазового перехода минерала оливина и шпинель, выполненные геологом В. Жарковым, показали температуру перехода около 1600ºС. Эта температура соответствует состоянию оливина в верхней мантии на глубине 400 км., т.е. процесс перехода оливина в шпинель.

Выделяют несколько источников тепловой энергии Земли. Главные – это радиогенное тепло, химико-плотностная дифференциация вещества Земли и приливное трение. Важным источником тепла является энергия распада радиоактивных элементов. Вторым источником тепла выступает процесс химико-плотностной дифференциации – тяжелые химические элементы и соединения протекают в ядро, а легкие всплывают в мантию, литосферу и дегазируют в гидросферу и атмосферу. При этом происходит высвобождение некоторого количества тепловой энергии. Малое количество тепла появляется в процессе замедления вращения земли из-за приливного взаимодействия с Луной и, вероятно, с Солнцем – приливное трение.

Суммарный тепловой поток, проходящий через поверхность Земли, равен 4,2-4,5*1020 эрг/с. Значительная часть теплового потока теряется в окружающем космическом пространстве через континенты и океаны. Через континенты теряется 1,2*1020 эрг/с, а через океанское дно 3,1*1020 эрг/с.

Гравитационное поле Земли выражается в распределении силы тяжести в Земле и на ее поверхности. По закону Ньютона все тела во Вселенной взаимно притягиваются, независимо от состава и расстояния между ними. Сила притяжения (сила тяжести) измеряется ускорением свободно падающего тела и обозначается в единицах, получивших название гал=0,01 м/с2, миллигал – тысячная доля гала. Средняя величина силы тяжести на земной поверхности исчисляется в 982 гала, или (при 983 м/с2 на полюсе и 978 м/с2 на экваторе).

Сила тяжести на земле зависит от многих причин. На практике получено, что на распределение силы тяжести влияют форма земной поверхности, состав пород, залегающих в недрах Земли, превышение точки наблюдения над уровнем моря и др. Так, на полюсах ускорение силы тяжести больше, чем на экваторе на 3,7 гала. На каждый метр высоты сила тяжести уменьшается на 0,308 миллигала. В направлении от поверхности в глубь Земли сила тяжести возрастает в среднем на один миллигал на каждые 12 метров. Центробежное ускорение силы тяжести на экваторе достигает 3,392 гал. Максимальная величина ускорения силы тяжести, полученная расчетным путем, составляет 10,3 м/с2, или 1037 гал на глубине 2900 м. Далее с глубиной сила тяжести резко уменьшается и в центре Земли она равна нулю. На характер изменения силы тяжести на поверхности Земли оказывают влияние различия в плотностях горных пород. Выше было показано, что плотность горных пород разная, и она меняется быстро, как по поверхности Земли, так  и в глубину. Поэтому на поверхности Земли фиксируются участки, отличные от средней величины силы тяжести, строят карты равного значения силы тяжести для различных участков поверхности Земли. Такие карты, на которых изображении аномалии силы тяжести, называются гравиметрическими. Изучение аномалий силы тяжести помогает при поисках рудных полезных ископаемых.

Электрическое поле Земли. Его сравнивают со сферическим конденсатором, отрицательный заряд которого находится в верхних слоях Земли, а положительный – в верхних слоях атмосферы. Нижние слои атмосферы выступают в качестве изолятора. Напряженность электрического поля Земли изменяется от 130В/м в средних широтах до 70 – 80В/м – у полюсов. Оно непостоянно по времени года, в течение суток и зависит от активности Солнца, различных атмосферных явлений, от изменения магнитного поля Земли. В то же время электрическое поле Земли, электрические точки обязаны своим происхождением вращению оболочек Земли и конвекционному перемещению внутреннего вещества Земли, т.е. Земля работает как обычная динамо-машина, в которой механическая энергия перемещающегося вещества системы накапливает возникающие электрические точки и связанный с ними магнетизм.

Магнитное поле Земли. Свыше 4000 лет назад человечество познакомилось со свойством природы, которое заставляет магнитную стрелку занимать ориентированное положение север – юг. Но прошло много времени, прежде чем в средние века английский ученый Уильям Гильберт (1544 – 1603) в книге «О магнетите, магнитных телах и большом магните – Земле», вышедшей в свет в 1600 г., сделал вывод, что Земля обладает магнитным полем. Магнитность Земли (максимальное напряжение) колеблется от 0,6-0,7 эрстед у магнитных полюсов, до 0,25-0,42 эрстед у экватора. Магнитное поле Земли продолжается в атмосфере, но сила его убывает пропорционально расстоянию в кубе. Магнитное поле Земли имеет полюса: северный и южный. Ученые установили, что северный магнитный полюс располагается в настоящее время вблизи Южного географического полюса (Земля Виктория в Антарктиде), а южный магнитный полюс – вблизи Северного географического полюса (Северная Гренландия).

Магнитное поле Земли со временем меняет свое положение. Оно как бы «блуждает» по Земле. Можно восстановить положение магнитного поля Земли, которое оно занимало в древние геологические эпохи. Для этого используют палеомагнитный метод. По этому методу определяют намагниченность горных пород, приобретенную ими в момент образования (так называется остаточная намагниченность). Оказалось, что все горные породы обладают остаточной намагниченностью. Так, магматические породы, кристаллизуясь из магмы, становятся магнитными и приобретают магнитное поле, которое существовало в этот момент. А осадочные породы намагничиваются в момент накопления осадка. В осадочных породах почти всегда присутствуют частички гематита, магнетита, титаномагнетита и др. (ферромагнитные материалы). Они-то и намагничиваются. По данным палеомагнитного метода установлено, что магнитное поле Земли меняет свое положение через каждые 1200 – 1500 лет, т.е. северный магнитный полюс становится южным, а южный – северным. Магнитные полюсы Земли и географические полюса не совпадают. Между магнитным полюсом и географическим присутствует некоторый угол, равный около 11,5º, называемый магнитным склонением. Ось магнитного диполя сейчас наклонена к оси вращения Земли под углом 10,5º.

На Земле регистрируются три самые крупные магнитные аномалии: одна – между Енисеем и Леной, вторая – в Антарктиде и третья в Канаде. Магнитными аномалии совершают полный оборот вокруг Земли, а само магнитное поле Земли уменьшается приблизительно на 0,15% за 100 лет.

Магнитное поле Земли и окружающего пространства в жизни планеты имеет важное значение. Оно предохраняет землю от магнитных солнечных бурь. Пространство, в котором проявляется напряженность магнитного поля, называется магнитосферой. Со стороны, обращенной к Солнцу, магнитосфера сжата межпланетным полем и магнитным давлением солнечного ветра. Под действием солнечного ветра магнитосфера приобретает резко асимметричную форму. Магнитосфера вместе с радиационными поясами служит щитом от уничтожающего действия корпускулярного излучения Солнца и межпланетного магнитного поля.

2. Осадочные горные породы: систематика, структуры, текстуры, минеральный состав, основные представители

Осадочные породы образуются на поверхности Земли за счет физического, химического разрушения любых других пород, а также в результате жизнедеятельности организмов при осаждении из воздушной или водной среды материала любого происхождения, залегающего в форме геологических тел. На поверхности земли осадочные породы являются самыми распространенными, но в глубину земной коры они простираются очень незначительно - на несколько сот метров. Только в прогибах земном коры осадочные породы скапливаются в более мощные массы, достигающие мощности 10-15 км.