4 years назад
Нету коментариев

ГЕОЛОГИЯ И ЧЕЛОВЕК

Человек, впервые попавший в горы или на берег моря, бывает поражен красотой и могуществом дикой приро­ды. Восхищение сменяется преклонением перед грозны­ми силами, таящимися внутри планеты и действующими на ее поверхности. Неизбежно возникает вопрос, а что было здесь в прошлом? Могла ли, допустим, река «про­пилить» толщу твердых пород и углубиться на сотни метров? В горах, на обрывистых берегах морей и в реч­ных долинах обнажаются слои горных пород. Они часто залегают горизонтально, иногда образуют как бы застыв­шие волны различной крутизны или бывают перемяты странным и непонятным образом. Непосвященному чело­веку эти породы мало что могут рассказать. Он может только любоваться ими.

Геологу, умеющему расшифровывать язык застывших пород, они расскажут об условиях своего образования, о господствовавших в этих районах физико-географичес­ких обстановках, о тех изменениях, которые происходили в течение очень длительного времени.

По сути дела, напластования горных пород представ­ляют собой каменную книгу, повествующую об истории нашей планеты. На каждом слое или группе слоев осо­быми условными, часто непонятными знаками написана эта история. Геолог, разгадывающий запись, сделанную самой природой, и с увлечением прочитывающий страни­цы этой удивительной каменной летописи, может восста­новить картины прошлого. А так ли это важно для совре­менного геолога? Допустим, все это, вне всякого сомне­ния, познавательно и интересно, а дальше? Оказывается, познавая прошлое, геологи глубже и обстоятельнее изу­чают процессы, протекающие на нашей планете, и, следо­вательно, со значительной долей вероятности могут предсказать будущее. Однако не в этом заключается их глав­ная задача. Геология сегодняшнего дня — это фундамен­тальное сообщество родственных наук о строении, ве­щественном составе и истории формирования Земли. В не­го входят динамическая (общая) геология, тектоника, историческая геология, минералогия, петрография, кри­сталлография, палеонтология, геофизика, геохимия, ге­ология месторождений полезных ископаемых, инженер­ная геология, морская геология, космическая геология и т. д. Знания геологии позволили выяснить закономер­ности развития нашей планеты, обнаружить и эксплуа­тировать месторождения многих полезных ископаемых.

Знание геологии способствует глубокому пониманию процессов, протекающих на земной поверхности, выясне­нию закономерностей образования горных пород и руд, морей и океанов, гор и равнин и т. д. Изучение катастро­фических явлений позволяет людям преодолеть страх перед грозными и разрушительными силами природы. Ведь страх возникает только тогда, когда неизвестны причины и масштабы бедствия. Все на Земле подверже­но воздействию геологических сил — внутренних (эндо­генных) и внешних (экзогенных). Скорости этих преоб­разований различны. Так, облик, казалось бы, «вечных» горных хребтов, вулканов, ущелий, рек и морей на самом деле с течением времени меняется, но скорость видоиз­менения настолько мала, что даже на протяжении жизни нескольких поколений людей нельзя заметить каких-либо существенных перемен. Однако некоторые геологические процессы нередко оборачиваются бедой для человечест­ва, так как они бывают очень скоротечны и приводят к крупнейшим катастрофам. В разных районах Земли происходят сильные землетрясения и наводнения, про­носятся смерчи, вызывающие разрушения зданий и тран­спортных коммуникаций, гибель людей и животных.

Так, например, дороги и пляжи, дома и сады, распо­ложенные вдоль побережья Атлантического океана и Мексиканского залива, Японских островов и Тихооке­анского побережья Азии, периодически подвергаются опустошительным разрушениям штормовыми волнами высотой до нескольких десятков метров. Они рождаются тропическими ураганами, тайфунами или землетрясе­ниями, происходящими на дне океана.

Очень величественным и грозным примером сил при­роды служит деятельность вулканов. Известны достаточ­но подробно документированные описания извержений вулканов Везувия и Этны в Италии, Кракатау в Индо­незии и Катмая в США. В 70—80-е годы неоднократно пробуждались вулканы в Мексике, Колумбии и Ислан­дии, на Камчатке и Гавайских островах. Обычно извер­жения вулканов несут смерть и разрушение. Однако их можно рассматривать и как благоприятный фактор, по­скольку они сопровождаются выпадением вулканическо­го пепла, улучшающего плодородие почв. Так, после из­вержения вулкана Безымянного в 1956 г. в местах, где выпал пепел, резко возросли урожаи как естественной, так и культурной растительности.

Огромное значение в жизнеобеспечении общества имеют минеральные ресурсы. За свою историю челове­чество разработало множество способов добычи, перера­ботки и использования полезных ископаемых. Металлы, топливо, удобрения, строительные материалы, абразивы, сырье для химической промышленности — все это дает нам Земля. Но, для того чтобы обнаружить их и поста­вить на службу человечеству, необходимы глубокое зна­ние геологии и проведение специальных изысканий.

Полезные ископаемые добывают в шахтах, карьерах и с помощью буровых скважин. Благодаря применению высокопроизводительных механизмов, из земных недр извлекают в больших количествах ценные компоненты, образование которых в далеком прошлом проходило в течение многих десятков миллионов лет. Длительная и интенсивная добыча отдельных видов минерального сырья привела к их истощению. И это было в какой-то степени результатом расточительного отношения чело­века к богатствам недр. Однако добычу полезных иско­паемых не то чтобы прекратить, но даже уменьшить не­возможно, поскольку мы не можем пойти на сокращение выпуска промышленной и сельскохозяйственной продук­ции. Поэтому перед человечеством встают по крайней мере две наиважнейшие проблемы, связанные с более ра­чительным отношением к минеральному сырью: во-пер­вых, необходимо разработать эффективные способы из­влечения ценных компонентов из недр и, во-вторых — на­чать использование бедных руд.

Примером актуальной проблемы взаимоотношений человека с природой служит охрана окружающей среды от вредных последствий горнодобывающей промышлен­ности, при этом с помощью природоохранных мер необ­ходимо не только искоренить, но и предупредить возмож­ности проявления этих последствий.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Геологи изучает нашу планету, ее состав и строение, за­кономерности формирования земной коры, устанавли­вают возникновение и строение земных недр, расшифро­вывают историю развития жизни и природных ландшаф­тов на Земле. Объектами изучений являются разнооб­разные природные тела, залегающие на поверхности Зем­ли и в ее недрах, а также действие разнообразных геоло­гических процессов. Благодаря последним формирова­лись горные породы, рельеф земной поверхности, проис­ходило развитие нашей планеты.

Геологическим процессам, за малым исключением, свойственны большая масштабность и исключительная длительность. Их действие простирается от микромира до континентов и планеты в целом и растягивается на сот­ни миллионов лет. По сравнению с этим человеческая жизнь, даже существование всего человечества, является мгновенным эпизодом в жизни Земли. Поэтому преобла­дающее большинство геологических факторов непосред­ственно недоступно для наблюдения. Судить о них можно лишь по результатам их воздействия на те или иные ге­ологические объекты — горные породы (расположение в них минеральных агрегатов), геологические структуры, различные типы рельефа континентов и дна морей и оке­анов. Понять эти процессы можно, лишь шаг за шагом восстанавливая их развитие, после чего геологам удается реконструировать историю той или иной территории, то­го или иного участка земной коры.

Геологические процессы действуют на Земле с момен­та ее возникновения и не прекращаются в настоящее время. Одни из них совершаются благодаря действию сил. возникающих в глубинах Земли, — это эндогенные процессы; другие же приводятся в действие энергией, получаемой нашей планетой извне, главным образом от Солнца, — экзогенные процессы. К эндогенным процес­сам относятся вулканические извержения, землетрясения, горообразование, горизонтальные и вертикальные дви­жения земной коры; к экзогенным — деятельность поверх­ностных и подземных вод, ветра, ледников, организ­мов и т. п.

Экзогенные процессы приводят к выравниванию не­ровностей земной коры, созданных эндогенными силами. В результате выветривания, т. е. разрушения горной поро­ды путем воздействия на нее гравитации, ветра, воды и организмов, образуется обломочный материал, который в конечном итоге накапливается во впадинах.

Горы старятся и медленно разрушаются под дейст­вием экзогенных сил. Они превращаются в плоскогорья и равнины, которые затем под влиянием эндогенных сил вновь воздымаются и нередко опять становятся высоко­горными областями.

На нашей планете идет никогда не прекращающееся противоборство двух начал — эндогенных и экзогенных процессов. Они непрерывно и бесконечно меняют лик Зем­ли. Так было в далеком геологическом прошлом, так бу­дет и в будущем.

Для суждения о геологической деятельности различ­ных факторов недостаточно представления об их возра­сте, масштабности и длительности проявления. Необхо­димо понять их сущность, содержание и направленность. Поэтому огромное значение для дальнейшего развития геологии имели разработка и широкое применение срав­нительно-исторического метода, известного под назва­нием метода актуализма. В чем заключается его особен­ность?

Актуалистическое учение возникло стихийно в борь­бе против религиозных представлений в середине XIX в., и впервые этот метод был предложен английским геоло­гом Ч. Лайелем. Сущность его заключается в том, что силы, изменяющие облик Земли в настоящее время, дей­ствуют в основном так же, как и в далеком прошлом.

Ветры, дожди, ливни, наводнения, ледники, морские волны, вулканы, землетрясения и другие геологические силы непрерывно изменяют поверхность Земли. Гранит­ные горы — олицетворение прочности и незыблемости — под действием геологических процессов медленно разру­шаются и постепенно превращаются в песок и глину. Об­ломки горных пород, поступившие в речные русла и на пляжи, на протяжении долгого времени истираются и становятся галькой и валунами. Встречаемые среди на­пластований гальки и валуны в прошлом были образо­ваны точно так же. Знаки ряби на поверхности пустын­ных песков или барханы, встречаемые в ископаемом со­стоянии, образовались, так же как и в настоящее время, под действием ветра в пустынных и полупустынных рай­онах.

Геологические силы, проявляющие себя в течение миллионов и даже сотен миллионов лет, способны про­делать гигантскую работу. Например, река может пропи­лить гигантский каньон глубиной в несколько сот метров, подобный современному американскому Большому кань­ону в штате Колорадо, или сделать абсолютно ровной территорию, где некогда располагались горные массивы. Так, Южный Урал и Мугоджары, переходящие в южном направлении в равнины, некогда были высокими горами.

Тщательное изучение современных геологических про­цессов указывает правильный путь для понимания их деятельности в далеком прошлом Земли. Однако геологи всегда имеют в виду, что эволюция Земли необратима, и нельзя представить, что одни и те же геологические про­цессы, действовавшие в прошлом и настоящем, могли привести к абсолютно одинаковым результатам. С тече­нием времени изменились состав атмосферы Земли, объ­ем и состав океанических вод, а это не могло не отразить­ся на ходе и интенсивности геологических процессов.

В настоящее время сравнение образований прошлых геологических эпох с современными выполняется не ме­ханически, а с учетом изменений физико-географических условий и процессов, которые происходили на протяже­нии эволюции Земли.

ГЕОЛОГИЯ И ГОРОДА

На первый взгляд название подзаголовка может вызвать недоумение. Ведь все привыкли, что геологи работают вдали от населенных пунктов и только в зимний, каме­ральный период они обрабатывают свои полевые мате­риалы в городах. Однако в планировании городов, стро­ительстве зданий и инженерных коммуникаций немало­важная роль отводится инженерной геологии. Это срав­нительно молодое направление геологии решает важные и актуальные задачи, связанные с жизнедеятельностью человека. Инженерная геология имеет большое народно­хозяйственное значение, так как без инженерно-геологи­ческих изысканий и обоснований не сооружаются атом­ные и гидроэлектростанции, транспортные магистрали и трубопроводы, не ведется промышленное и гражданское строительство и освоение сельскохозяйственных угодий. При планировании городов, помимо правильного вы­бора местности для строительства, большое значение име­ет использование и, главное, сохранение природных ланд­шафтов, выяснение характера грунта и вопросов гидрогеологии, поскольку, кроме проблемы прочности зданий, необходимо решить проблему снабжения населения и промышленных предприятий чистой и технической водой.

Издавна идеальными местами для строительства го­родов считали широкие поймы рек. Периодического за­тапливания можно было избежать путем возведения за­щитных дамб. Но строительство на поймах сопряжено с решением сложных задач. В частности, к ним относятся закладка фундамента на пойменных грунтах, где уровень грунтовых вод довольно высок, строительство вспомога­тельных гидротехнических сооружений и т. п.

При заложении фундамента зданий в пределах окра­ин гор и возвышенностей необходимо учитывать устой­чивость склонов. Довольно часто на первый взгляд мно­гие склоны кажутся устойчивыми, однако если они под­стилаются глинистыми породами, то последние обладают способностью растекаться под нагрузкой. При обиль­ных дождях склоны нередко оползают, что приводит к разрушению зданий.

При проектировании городов обращается внимание на присутствие крутых склонов, сложенных коренными (скальными) породами. С одной стороны, строительство зданий на этих породах увеличивает устойчивость скло­на, а с другой — возникают дополнительные трудности и затраты в связи с разбивкой городских улиц и город­ских гидротехнических сооружений — водопроводов и канализационной сети.

Очень большое значение для развития города имеет состав коренных пород. Если это изверженные или креп­ко сцементированные песчано-гравийные породы, то дело ограничится удорожанием земляных работ. В случае, когда коренные породы слагаются глинистыми сланцами, залегающими под различными углами, возможно про­скальзывание отдельных блоков с последующими разру­шениями. Однако максимальную опасность представля­ет строительство зданий над коренными карбонатными породами. При длительном воздействии вод известняки и доломиты выщелачиваются с образованием пустот и ка­налов. Иногда эти пустоты проявляются на поверхности, но чаще скрыты от глаз наблюдателя. Чтобы фундамен­ты проектируемых зданий не оказались непосредственно под угрозой, требуется проведение детальных геологи­ческих работ с бурением скважин. В ряде случаев для придания устойчивости через пробуренные скважины в пористые и кавернозные карбонатные породы, в толщи песков, гравийников и галечников под давлением закачи­вается цементный раствор. Растекаясь по пустотам и за­стывая, он создает как бы твердое бетонное основание под фундаментом.

Большую помощь при планировании населенных пунктов оказывает анализ аэрофотоснимков; они позво­ляют получить общее представление о геологическом стро­ении района и проверить результаты выборочными назем­ными наблюдениями. Таким образом осуществляется вы­бор места строительства в удаленных и малолюдных районах, при проектировании аэропортов и других со­оружений. Особенно значительный эффект дает анализ аэрофотоснимков для уточнения строительства в районах многолетней мерзлоты, с детальными наземными провер­ками во время летних полевых работ.

При изыскательских работах важную роль приобре­тают инженерно-геологические карты. В отличие от гео­логических на них показаны тип и специфический ха­рактер широко распространенных песков и галечников, легко разбухающих глин, тип грунта, а также глубина залегания и состав коренных пород, предполагаемое место оползания, источники воды, зеркало грунтовых вод и многое другое. Без таких карт нельзя строить населен­ные пункты.

Планируя развитие существующих и будущих горо­дов и стремясь сохранить окружающую среду в значи­тельной степени нетронутой, мы опираемся на многие научные дисциплины. Сложность городского и регио­нального планирования обусловливает участие в этом важном деле специалистов разного профиля, в том числе и геологов. Работа инженеров-геологов проходит в тесном контакте с архитекторами и строителями. Но все-таки главная задача геологии заключается в изучении строе­ния и развития Земли, на чем мы и остановимся ниже.