1.2. Основные разделы геологии: минералогия, петрография, литология, геохимия, динамическая геология, стратиграфия, палеонтология, инженерная геология, космическая геология

Геологические науки – это комплекс наук о земле, изучающих состав, строение, происхождение, развитие Земли и слагающих ее геосфер, в первую очередь земную кору, процессы, происходящие в ней, закономерности образования и размещения месторождений полезных ископаемых.

Изучением вещественного состава литосферы занимается комплекс геологических наук, объединяющихся часто под названием геохимического цикла: кристаллография и кристаллохимия, минералогия, петрография, учение о полезных ископаемых, геохимия.

Кристаллография – наука о кристаллах и кристаллическом веществе, изучает формы, геометрические законы построения пространственных решеток кристаллических тел, физические свойства и химическое строение в связи с их структурой. Кристаллохимия исследует связи между элементарным составом, характером химического взаимодействия и пространственным расположением атомов, ионов, молекул в кристаллах. К задачам, решаемым кристаллографией, следует отнести:

Изучение кристаллической структуры, строения природных и синтетических кристаллов.

Изучение оптических, физико-химических свойств кристаллов, их химические связи, полиморфные превращения, изоморфные замещения, условия зарождения и рост.

Изучение теоретических основ для синтеза кристаллов с заранее заданными свойствами, производства синтетических кристаллов.

Расшифровка структур сложных органических соединений (белков, витаминов, вирусов).

Оценка свойств материалов и целенаправленное их изменение на основе знания законов кристаллографии: например, изменение свойств металлов и сплавов с помощью малых добавок (легирование сплавов).

Создание новых материалов, например, полупроводников, пиро- и пьезокристаллов, ферромагнитных полупроводников (ферритов).

Промышленное производство специальных монокристаллов и синтетических драгоценных камней.

Исследование дефектов кристаллов, в т.ч. вызванных облучением.

Индустрия «малого кристалла» (порошковая металлургия, взрывные методы прессования порошков, промышленность нитевидных кристаллов и т.д.).

Продуктами природных процессов химического и физического характера, получившими химическую индивидуализацию в виде простых тел, соединений или смесей в геологии называют минералами. Наука, о минералах, изучающая состав, свойства, морфологию, особенности структуры, процессы образования и изменения минералов, закономерности их совместного нахождения в природе, а также условия и методы их искусственного получения и практического использования называется минералогия. Современная минералогия решает задачи:

Разработка научной классификации минералов, выявление связей между их составом, строением, свойствами и условиями образования и нахождения.

Создание научных основ для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых, совершенствование технологии его переработки, вовлечение новых видов минерального сырья в промышленное использование

Разработка методов искусственного выращивания и облагораживания кристаллов ценных минералов.

В земной коре естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов, образуют самостоятельные тела, которые называются горными породами. Петрографияилитология– изучают закономерности минерального состава и строения рыхлых и твердых горных пород (первая – кристаллических, вторая – осадочных), слагающих земную кору, формы их залегания, их геологическое и географическое распространение. С этими дисциплинами тесно связаны близкие к ним науки, предметом которых является происхождение горных пород. Этопетрология, которая занимается вопросами происхождения кристаллических горных пород, иседиментология, изучающая закономерности накопления осадков и их преобразования в осадочные горные породы. К числу задач, решаемых этими науками, относятся:

Проведение работы по созданию классификации и номенклатуры горных пород по различным признакам (исследование новых пород, космических объектов, метеоритов).

Детальное изучение минерального состава, текстур и структур, химического состава горных пород с целью использования их в промышленности, разработки схем обогащения месторождений полезных ископаемых.

Изучение физико-химических свойств горных пород с целью использования их в строительном деле.

Учение о полезных ископаемых- исследует промышленное минеральное сырье:рудное(из которого извлекаются металлы) инерудное(добываемое для получения других видов минеральной продукции – строительных материалов, горючих ископаемых и др.).

Геохимияизучает распространенность, миграцию и сочетание химических элементов в земной коре, их поведение при различных термодинамических и физико-химических процессах. Дисциплина занимает пограничное положение между геологическими и химическими науками.

Следующим направлением геологической науки является динамическая геология, изучающая разнообразные геологические процессы, формы рельефа земной поверхности, взаимоотношения различных по генезису горных пород, характер их залегания и деформаций. Известно, что в ходе геологического развития происходили многократные изменения состава, состояния вещества, облика поверхности Земли и строения земной коры. Эти преобразования связаны с различными геологическими процессами и их взаимодействием. Среди них выделяются две группы: 1) эндогенные (греч. «эндро» - внутри), или внутренние, связанные с тепловым воздействием Земли, напряжениями, возникающими в ее недрах, с гравитационной энергией и ее неравномерным распределением; 2) экзогенные (греч. «экзос» - снаружи, внешний), или внешние, вызывающие существенные изменения в поверхностной и приповерхностной частях земной коры. Эти изменения связаны с лучистой энергией Солнца, силой тяжести, непрерывным перемещением водных и воздушных масс, циркуляцией воды на поверхности и внутри земной коры, с жизнедеятельностью организмов и другими факторами. Все экзогенные процессы тесно связаны с эндогенными, что отражает сложность и единство сил, действующих внутри Земли и на ее поверхности.

В область динамической геологии входит геотектоника (греч. «тектос» — строитель, структура, строение) – наука, изучающая структуру земной коры и литосферы и их эволюцию во времени и пространстве. Она решает задачи:

Изучение строения земной коры, распределение в пространстве структурных форм в пределах разных регионов, континентов и океанов (региональная геотектоника).

Исследование истории формирования современной структуры земной коры, основных этапов ее развития (историческая геотектоника).

Изучение происхождения основных типов структурных форм континентов и океанов, факторов, определяющих движения, деформации и общее развитие земной коры (генетическая геотектоника).

Установление связей размещения различных типов месторождений полезных ископаемых с определенными типами структур земной коры (прикладная тектоника).

Изучение тектонических условий возникновения землетрясений (сейсмотектоника).

Частные ветви геотектоники составляют: структурная геология, занимающаяся формами залегания и взаимоотношения горнопородных тел в земной коре; тектонофизика, изучающая физические основы деформации горных пород; региональная геотектоника, предметом изучения которой служит структура и ее развитие в пределах отдельных крупных регионов земной коры. Важными разделами динамической геологии являются сейсмология (греч. «сейсмос» - сотрясение) – наука о землетрясениях и вулканология, занимающаяся современными вулканическими процессами.

История геологического развития земной коры и Земли в целом является предметом изучения исторической геологии, в состав которой входит стратиграфия (греч. «стратум» — слой), занимающаяся последовательностью формирования толщ горных пород и расчленением их на различные подразделения, а также палеогеография (греч. «паляйос — древний), изучающая физико-географические обрисовки из поверхности Земли в геологическом прошлом, и палеотектоника, реконструирующая древние структурные элементы земной коры. Расчленение толщ горных пород и установление относительного геологического возраста слоев невозможны без изучения ископаемых органических остатков, которым занимается палеонтология, тесно связанная как с биологией, так и с геологией. Следует подчеркнуть, что важной геологической задачей является изучение геологического строения и развития определенных участков земной коры, именуемых регионами и обладающих какими-то общими чертами структуры и эволюции. Этим занимается обычно региональная геология, которая практически использует все перечисленные ветви геологической науки, а последние, взаимодействуя между собой, дополняют друг друга, что демонстрирует их тесную связь и неразрывность. При региональных исследованиях широко используются дистанционные методы, когда наблюдения осуществляются с вертолетов, самолетов и с искусственных спутников Земли. Четвертичная геологиязанимается изучением самых молодых, формирующихся в настоящее время горных пород.

Косвенные методы познания, в основном глубинного строения земной коры и Земли в целом, широко используются геофизикой — наукой, основанной на физических методах исследования. Благодаря различным физическим полям, применяемым в подобных исследованиях, выделяются магнитометрические, гравиметрические, электрометрические, сейсмометрические и ряд других методов изучения геологической структуры. Геофизика тесно связана с физикой, математикой и геологией.

Одна из важнейших задач геологии – прогнозирование залежей минерального сырья, составляющего основу экономической мощи государства. Учение о полезных ископаемых- исследует промышленное минеральное сырье:рудное(из которого извлекаются металлы) инерудное(добываемое для получения других видов минеральной продукции – строительных материалов, горючих ископаемых и др.).

Не менее важным полезным ископаемым в наши дни является вода, особенно подземная, происхождением, условиями залегания, составом и закономерностями движений которой занимается наука гидрогеология (греч. «гидер» — вода), связанная как с химией, так и с физикой и, конечно, с геологией.

Важное значение имеет инженерная геология - наука, исследующая земную кору в качестве среды жизни и разнообразной деятельности человека, занимающаяся изучением геологических условий строительства инженерных сооружений. Возникнув как прикладная ветвь геологии, она в наши дни решает важные проблемы, связанные с воздействием человека на литосферу и окружающую среду, такие как: 1) исследование современной морфологии и закономерностей формирования инженерно-геологических условий; 2) прогнозирование их изменений в процессе инженерно-хозяйственной деятельности; 3) инженерно-геологическое обоснование защитных мероприятий, обеспечивающих рациональное освоение территорий, недр и охрану окружающей среды.

Для решения этих задач используются полевые наблюдения, лабораторные эксперименты, моделирование, аналитические расчеты, режимные стационарные наблюдения. Инженерная геология включает грунтоведение,региональную инженерную геологиюиинженерную геодинамику.

За последнее время оформилась как самостоятельная наука геокриология (греч. «криос – холод, лед), изучающая закономерности развития, распространения, особенности строения и состав промерзающих, мерзлых и протаивающих почв и горных пород и происходящие в них физические процессы и явления под влиянием промерзания и протаивания.

С начала освоения космического пространства возникла космическая геология, или геология планет. Освоение океанских и морских глубин привело к появлению морской геологии, значение которой быстро возрастает в связи с тем, что уже сейчас почти треть добываемой в мире нефти приходится на дно акваторий морей и океанов.

Разработка теоретических проблем геологии сочетается с решением ряда народнохозяйственных задач: 1) поиск и открытия новых месторождений различных полезных ископаемых, являющихся основной базой промышленности и сельского хозяйства; 2) изучение и определение ресурсов подземных вод, необходимых для питьевого и промышленного водоснабжения, а также мелиорации земель; 3) инженерно-геологическое обоснование проектов возводимых крупных сооружений и научный прогноз изменения условий после окончания их строительства; 4) охрана и рациональное использование недр Земли.

Познание всех закономерностей эволюции Земли, ее происхождения и развития исключительно важно в контексте общего материалистического понимания природы, в тех философских построениях, которые отражают единство мира. В этом заключается общенаучное значение геологии.