2. Географическая оболочка Земли

2.1 Геохронология. Морфометрия. Основные понятия и теория инженерно-геологических исследований

Определение времени образования горных пород и минера­лов - важный момент исследования при изучении геологических явлений и истории Земли. Правильность определения последо­вательности образования слоев является иногда решающей для понимания структур земной коры, а следовательно и рацио­нального направления поисков полезных ископаемых.

В геологии существует естественное стремление к созда­нию абсолютного летоисчисления, т.е. исчисления возраста горных пород и длительности процессов их образования в аб­солютных (физических) единицах времени: в годах, тысяче­летиях или миллионах лет. Однако эта задача очень трудна для решения. Чаще геологу приходится довольствоваться оп­ределением относительного возраста слоев и различных материалов, т.е. установлением, какие из них образовались раньше, а какие позже, без точной оценки того, на сколько лет раньше или позже они возникли или какова была абсолют­ная длительность процесса их образования в годах. На этой основе строится система относительного геологического ле­тоисчисления, применяемая в геологической науке.

Геохронологическая шкала включает в себя подразделения времени в истории Земли, а именно: эры, периоды, эпохи-века. Выделяются группы – системы – отделы - ярусы. Отложе­ния, образовавшиеся в течение эры, представляют собой группу, в течение периода - систему, в течение эпохи - от­дел, в течение века - ярус. По степени развития органиче­ского мира в истории Земли было выделено пять эр (и соот­ветственно пять групп отложений), которые были названы архейской (первоначальной), протерозойской (ранний), палеозойской (древний), мезозойской (средний) и кайно­зойской (новая жизнь).

Первоначально считалось, что в течение архейской эры жизнь на Земле полностью отсутствовала, и зарождение ее произошло только в протерозое. Сейчас благодаря находкам в протерозойских отложениях остатков водорослей и различных беспозвоночных (червей, кишечнополостных и др.) считают, что жизнь в самой простейшей своей форме возникла на Земле ещё в архее.

Таблица 1 Геохронологическая шкала.

Эра (груп­па)	Период (система)		Индекс		Краткая характеристи­ка органического мира			Нача­ло пе­риода (млн. лет на­зад)		Продолжи­тельность (млн. лет)
Кайнозойская	Антропогеновый (четвер­тичный)		Q		Органический мир со­временного облика. Появление человека.			1,5-2		1,5-2
	Неогено­вый		N		Появление современных или близких к ним ви­дов наземных и мор­ских животных и рас­тений.			26		2 4
	Палеоге­новый		Рg		Расцвет покрытосемян­ных растений. Прими­тивные млекопитающие. Морская фауна, близ­кая к современной.			67		41
Мезозойская	Меловой		Сr		Возникновение покры­тосемянных растений. Гигантские пресмыкаю­щиеся. В морях- гос­подство головоногих молюсков.			137		7 0
	Юрский		J		Расцвет голосемянных растений. На суше господство гигантских пресмыкающихся, в мо­рях - моллюсков.			195		58
	Триасовый		T		Флора голосемянных растений. Наземная фауна пресмыкающихся. В морях появление многих новых групп среди беспозвоночных животных.			240		45
Палеозойская		Пермский		Р		Появление голосемянных растений. На суше - первые пресмыкающиеся. В морях постепенное вымирание многих групп беспозвоночных, характерных для палеозоя.			285		45
		Каменно- угольный (карбон)		С		Расцвет плауновых хвощей, папоротников. На суше - крупные земноводные. В морях - разнообразная фауна беспозвоночных; появление хрящевых и костистых рыб.			360		55
	Девонский		D				Расцвет псилофитов, появление папоротников. Появление насекомых и земноводных. В морях разнообразная фауна беспозвоночных. В лагунах- панцирные рыбы и гигантские раки.	410		50
	Силурий- ский		S				Примитивные споровые растения. Разнообразная морская фауна беспозвоночных. Первое появление панцирных рыб и гигантских раков.	440		30
	Ордовик- ский		0				Примитивные споровые растения. Начало жизни многих групп беспозвоночных морских животных.	500		60
	Кембрий- ский		Cm				Появление примитивных споровых растений; в морях – примитивных беспозвоночных: кольчатых червей, трилобитов и др.	570		70
Протерозойcкая	Поздний (верхний) протерозой или рифей Средний протерозой Ранний (нижний) протерозой		Pt1 Pt2 Pt3				Возникновение в морях примитивных беспозвоночных (губок, червей, кишечнополостных). Широкое распространение водорослей.	1600 1900 2600		1030 300 700
Архейская	Деление на периоды (системы)не установлено		А				Предполагаемое зарождение жизни на Земле в примитивнейшей форме белковых соединений.	3500		900

Однако находки органических остатков в проте­розое настолько редки, что на основании их нельзя расчле­нить эти отложения на системы, как это сделано по данным палеонтологии для отложения всех последующих групп (па­леозойской, мезозойской и кайнозойской). Стратиграфия протерозоя, как и архея, строится на иной основе с исполь­зованием методов абсолютного летоисчисления.

В таблице приведены индексы систем, принятые повсемест­но для сокращенного их обозначения на геологических картах и профилях. Как правило индексы систем образуются из на­чальной буквы их латинского названия, или из двух соглас­ных, если названия начинаются с одной и той же буквы (как, например названия каменноугольной - С (Carbon), кем­брийской - Cm и меловой Cr (Cretaceus) систем, или па­леогена - Рg и перми - Р). Четвертичная система обозначает­ся индексом Q (Quartar) - начальной буквой ее названия по латыни.

В последней графе таблицы приведены цифры начала каждо­го периода и его длительности в миллионах лет, полученные при помощи методов определения абсолютного возраста. В таблице 1 приведена геохронологическая шкала по группам.

Выделенные в геохронологической шкале этапы развития истории Земли и жизни на ней позволяют судить о последовательности событий.

Для целей картографии и топографии большое значение имеет классификация форм рельефа по их количественным ха­рактеристикам (размерам, высоте и пр.). Такая классифи­кация называется морфометрической. Согласно этой классифи­кации все формы рельефа земной поверхности можно разделить на следующие группы:

1. Величайшие (планетарные) формы характеризуются площадями, исчисляемыми сотнями и даже миллиона­ми квадратных километров. Разница в абсолютных отметках между относительно близко расположенны­ми положительными и отрицательными формами рель­ефа достигает 2500-6500 метров, но иногда и больше. Положительными формами рельефа здесь бу­дут материки, а отрицательными - впадины океанов. Эти формы рельефа полностью или крупными частями могут быть переданы на глобусах или на картах мелкого масштаба.

2. Крупнейшие (мега) формы рельефа характеризуют­ся площадями в десятки и сотни тысяч квадратных километров. Разница в абсолютных отметках близко расположенных положительных и отрицательных форм рельефа колеблется в пределах 500-4 000 метров, но может достигать иногда и 11000 метров. Поло­жительными формами являются горные страны (Урал, Кавказ и т.п.), подводные хребты (Атлантический хребет, хребет Ломоносова и т.п.).

Отрицательными будут обширные равнины и впадины материков (Западно-Сибирская, Прикаспийская низменности и т.п.). Данные формы рельефа передаются на картах обычно более крупного масштаба, чем масштаб 1:10 000 000, а их существенные детали отображаются уже на обзорно-топографических картах масштаба 1:1 000 000.

3. Крупные (макро) формы определяются площадями в сотни и тысячи квадратных километров. Разница в абсолютных отметках положительных и отрицательных форм рельефа достигает 200-2000 метров. По­ложительными формами, относящимися к этой груп­пе, будут горные хребты, горные узлы, отдельные крупные плато и др. К числу отрицательных форм рельефа этой группы можно отнести крупные речные долины, впадины (например, впадина озера Байкал), глубоководные желоба и др. Формы рельефа этой группы достаточно наглядно изображаются на об­зорно- топографической карте масштаба 1:1000000, а для передачи отдельных деталей этих форм необходимо использование топографических карт масштабов 1:200000, 1:100000 и даже 1:50000.

4. Средние (мезо) формы рельефа занимают площади, исчисляемые сотнями и тысячами (реже сотнями тысяч) квадратных метров. Разность абсолютных отметок положительных и отрицательных форм рель­ефа достигает 200-300 метров, но чаще она измеряется метрами и десятками метров. Положительны­ ми формами рельефа этой группы будут террасы в долинах значительных рек, озы, друмлины, ком­плексные барханы и т.д. Отрицательные формы, крупные карстовые воронки, балки, овраги и т.д. Такие формы рельефа составляют основное содержа­ние топографических карт масштабов 1:50 000 и 1:25 000.

5. Мелкие (микро) формы рельефа характеризуются площадями, которые определяются единицами, десятками и реже сотнями квадратных метров. Раз­ность абсолютных высот положительных и отрица­тельных форм рельефа этой группы измеряется мет­рами и реже десятками метров. Положительными формами рельефа этой группы будут прирусловые валы, мелкие барханы, конусы выноса оврагов и балок и т.д. В числе отрицательных форм рельефа можно отметить промоины, большинство карстовых воронок, суффозионные впадины, крупные трещины полигональных поверхностей и т.д. Микроформы рельефа составляют основное содержание топогра­фических карт масштаба 1:10 000 и крупнее.

6. Очень мелкие (нано) формы рельефа занимают площади, исчисляемые квадратными дециметрами и метрами, а их относительные высоты определяются дециметрами и редко достигают 1-2 метров. К числу форм рельефа этой группы можно отнести болотные кочки, каменные многоугольники, водомоины и т.д. Большинство форм рельефа этой группы изображаются условными знаками даже на топографических картах крупного масштаба.

Рис. 1 Типовые формы рельефа земной поверхности

7. Мельчайшие (топографическая шероховатость) формы рельефа, занимающие площади, исчисляемые квадратными сантиметрами и дециметрами. Сантиметрами и дециметрами измеряются превышения положительных форм рельефа относительно друг друга и отрицательных форм. В качестве примера мельчайшей формы рельефа можно указать на песчаную рябь. Отмеченные выше формы рельефа на картах любого масштаба не изображаются, но учёт этих форм необходим при проведе­нии точных геодезических работ.

И об истории и теории инженерно-геологических исследований. Предъистория инженерной геологии подразделяется на три этапа.

Первый этап - самый длительный. Результат его: египетские и буддийские пирамиды, храмы, римские мосты в Европе, собор Кремля в Москве, постройка города Санкт-Петербурга на болотах. В результате первого этапа появились книги, где обобщается опыт строительства на различных грун­тах, влияние природных процессов на инженерные сооружения, и наоборот, инженерных сооружений на природные процессы.

Начало XIX века- 70 годы XIX века. Появились первые монографии, посвященные строительству фабрик, заводов, плотин. Вода - одна из главных энергетических ресурсов для промышленных предприятии. Появились труды русских ученых: Д.Лачинова в 1816 году «Рассуждение об устрое­нии и уплотнении плотин», где высказывается мысль о строительстве инженерных сооружений для нужд человека; П.Усова «Строительное искусство» в 1859 году; М.Герсеванова «Лекции о морских сооружениях» в 1861 году; В.Карловича «Основа­ния и фундаменты» в 1869 году и др. Авторами книг были не геологи, но работы, которые они из­дали характеризовали грунты и геологические про­цессы в связи со строительством.

Привлечение геологов в России к изысканиям же­лезных дорог начало третьего этапа становления инженерной геологии в России. Впервые тогда поя­вился термин «инженер-геолог». Вышла книга «инженерная геология» под редакцией Х.Риса, в 1911 году в Нью-Йорке вышла книга Т.Ватсона, в Лондоне вышла книга Р.Сорсли «Геология для ин­женеров».

Становление инженерной геологии в отдельную науку про изошло несколько позже (20-30 годы 20 столетия). Разви­тие инженерной геологии в XX веке можно разделить также на три этапа:

1925-1950 годы, когда инженерная геология развивалась и обособлялась в два теоретических раздела: грунтоведение и инженерная геодинамика.

1950-1980 годы - возникла региональная инженерная геология, которая подразделялась на: изучение горных пород (грунтоведение), изучение геологических процессов (инженерная геодинамика), территориальная геология (региональная инженер­ная геология).

1980 - по настоящее время - инженерная геология на современном этапе должна обеспечить инженерно-строительный процесс, а также производить анализ влияния на окружающую среду. Т.е. другими словами, инженерная геология ответственна за изучение окружающей среды.

Воздействие человека на литосферу определяется двумя факторами:

- ростом населения,

- научно-техническим прогрессом.

К началу новой эры население Земли составляло около 180-200 млн. человек. В дальнейшем происходил быстрый прирост населения. Так:

- 1850 году - 1 млрд. человек;

- 1976 году - 4 млрд. человек;

- 1999 году - 5 млрд. человек;

- 2010 году составляет около 10 млрд. человек.

Рост населения будет способствовать воздействию на ли­тосферу. Так около 8% суши занимают сооружения (здания, дороги, шахты, водохранилища и др.), а к 2005 году это воздействие будет составлять 15-20% (около 1/6 суши).

Происходят изменения в научно-техническом прогрессе: увеличиваются число железных дорог, автомобильных дорог, площадей орошаемых земель (более 200 млн. га.). Увеличива­ется глубина проникновения человека в недра литосферы (около 12 тысяч метров).

Окружающая среда охватывает четыре основные сферы (ат­мосферу, литосферу, биосферу, гидросферу). Воздействие на природную среду приводит к изменению техногенных геологи­ческих процессов, изменяя инженерно-геологическую структу­ру определенной территории.

Вывод: Инженерная геология изучает геологические про­цессы, протекающие в приповерхностных и поверхностной час­ти геологической среды.

В целом знание этого вопроса дает определенные навыки в познании происхождения и развития основных процессов, про­исходящих в Земле, на поверхности Земли, в приземном слое, чтобы лучше понять процессы рельефообразования.