Тема 1. Лекція 1. Вступ до дисципліни

Історія географічних відкриттів веде свій відлік з тих далеких часів, коли люди створили засоби пересування, передусім по воді, і почали підкоряти нові землі. Вирушати в путь їх спонукало прагнення знайти кращі землі, потреба в розширенні торгівлі, жага збагачення і вічний потяг до пізнання невідомого. Але справжня епоха Великих географічних відкриттів настала в XV ст., коли європейські мореплавці перетнули океани і виявили далекі континенти. Відтоді освоєння світу велося дедалі інтенсивніше.

Будова Землі

Тіло планети складається з ряду шарів, що сформувалися на ранніх стадіях її розвитку. Це, зокрема, ядро, мантія і земна кора (рис.1).

Рис. 1. Будова Землі

У середині Землі міститься щільне ядро, що складається із заліза, нікелю і незначної кількості інших елементів. У ядрі виділяються внутрішня і зовнішня його частини. Зовнішнє ядро знаходиться в рідкому або розплавленому стані при температурі близько 4 000 °С. Температура у внутрішньому ядрі досягає 10 000 °С, і вважається, що субстанція там знаходиться, або поводиться як тверда речовина, через дію гігантського тиску. За оцінками вчених тиск у центральній частині досягає 3 млн. атмосфер. Разом на внутрішнє і зовнішнє ядро припадає 32% всієї маси планети. Над зовнішнім ядром розміщена мантія – шар, що становить 66% всієї маси Землі. Породи там перебувають переважно в твердому стані при температурі понад 1300 °С.

Верхній шар – земна кора – «дрейфує» по поверхні мантії: він значно тонший за інші. Виділяють три типи земної кори: конти-нентальна, що залягає під континентами (завтовшки 30…50 км; міс-цями тоншає до 20 км, а під молодими горами потовщується до 70…80 км); земна кора перехідного типу (завтовшки 15…30 км) й океанічна, що залягає під океанами (найтонша, в середньому 7…10 км).

Шари Землі залягають один над одним. Найважчий шар – ядро, розміщене в центральній частині, а найлегший – земна кора, що знаходиться на поверхні. На частку земної кори припадає всього 0,5% усієї маси планети. Складається вона з крихких гірських порід і може розтріскуватися при землетрусі.

Породи і мінерали

Гірські породи – природні сполуки одного або кількох мінералів. За умовами утворення вони діляться на три групи: магматичні, метаморфічні й осадові.

Гірські породи – природні сполуки одного або кількох мінералів, природних тіл, однорідних за хімічним складом і фізичними властивостями.

Мінерали, яких налічується кілька тисяч, можуть (як золото і мідь) складатися з одного елемента або бути (як силікати) сполу-ками кількох хімічних елементів.

Магматичні породи. Магматичні породи утворюються в резуль-таті затвердіння магми. Тип магматичної породи визначається хімі-чним складом початкової магми та швидкістю її остигання і твердіння. Багато магматичних порід, зокрема граніт, сформувалося при застиганні магми в товщі земної кори.

Такі породи застигають повільно і в результаті стають крупно-кристалічними. Інші магматичні породи, як базальт і обсидіан, утворюються при виливанні магми на денну поверхню і швидкому її затвердінні. Швидке охолодження не дає можливості цим породам повністю викристалізуватися і надає їм тонкозернистого або склуватого вигляду.

На рис. 2 зображена виверже-на з вулканічного жерла базаль-това лава яка при остиганні стис-кається і тріскається, утворюючи призматичні стовпи. «Частокіл Диявола» в горах Сьєрра-Невада (США) представлений чотири- і семигранними базальтовими сто-впами.

Метаморфічні породи.

Метаморфічні гірські породи – породи, що утворилися в резуль-таті перетворення осадових і маг-матичних порід у земній корі та мантії під впливом високої тем-ператури, тиску і хімічно актив-них розчинів.

Процес метаморфізму протікає в двох основних напрямах. Роз-жарені магматичні породи можуть проникати в товщу інших порід і за рахунок теплової та хімічної дії змінювати геологічне середо-вище, що їх містить. Наприклад, вапняк під дією високих темпе-ратур перетворюється на мармур. Так само пісковик, осадова порода, трансформується в метаморфічну породу – кварцит.

Другий вид метаморфізму проявляється на великих просторах і пов’язаний з величезним тиском, що виникає в процесі складко-утворення й ортогенезу. Такі породи, як сланці й аргіліти, під впливом високого тиску можуть перетворитися на гнейси.

На рис. 3 зображено, як теплова дія магматичної інтрузії пере-творила вміщаючі пласти вапняку на мармур (справа). Тиск, що виникає у процесі складкоутворення (зліва), може перетворити глини й аргіліти на глинисті сланці.

Рис. 3. Геотермальні зміни корисних копалин

Осадові породи. Хоча осадові породи складають незначну час-тину земної кори, ними представлені три чверті всіх поверхневих утворень. Осадові породи ділять на біогенні, хемогенні і теригенні.

Біогенні породи складаються зі скелетних решток відмерлих організмів, які, поступово ущільнившись, утворили таку породу, як Крейда.

Хемогенні породи, як-от гіпс, утворюються при відкладенні на дні водойми за рахунок випаровування і зміни температури води.

А в осадових породах можна часто побачити чітку шаруватість. Такими породами складена частина Долини Смерті в Каліфорнії (США).

Теригенні породи, що становлять 75% усіх осадових порід, скла-даються з уламків різних порід і утворюються при денудаційних процесах.

До них відноситься дія води, вітру, льоду і низьких температур, а також хімічні зміни і робота кореневої системи рослин. Зруйнований матеріал внаслідок дії гравітації, вітру, води і льоду переноситься і відкладається у вигляді шару. У міру того, як над цим шаром накопичуються нові осади, він під дією тиску ущільнюється. Врешті-решт крихкі частинки цементуються, утво-рюючи щільну осадову породу, схожу на пісковик.

Коштовне каміння та руди. Безцінні й красиво забарвлені міне-рали з яскравим блиском, прозорістю, твердістю, здатністю роз-різатися і поліруватися, називаються дорогоцінним камінням. Особливо цінні серед них – алмаз, сапфір і рубін. Маса коштовного каміння вимірюється в каратах. Один карат дорівнює 0,2 г. Найзнаменитішим каменям, зокрема алмазам, надають іще й власні назви. Так, найкрупніший у світі алмаз масою 3106 карат, був названий «Куллінаном». У результаті невдалих спроб огранення з «Куллінана» було виготовлено 9 великих і 96 менших діамантів. Маса найбільшого з них – «Великої Зорі Африки» – становить 530 карат. Другий за величиною діамант – «Мала Зоря Африки» – масою 317 карат – нині прикрашає корону Британської імперії. Природні сполуки, що містять метали в такій кількості та вигляді, при яких їх видобуток стає рентабельним, називаються рудами. Наприклад, основною алюмінієвою рудою є боксити, а мідною – малахіт. Руди видобуваються, а цінні компоненти відділяють з них шляхом спеціальної обробки.

Мінерали найчастіше утворюються в надрах Землі, де високі температура і тиск трансформують одну породу в іншу рис. 4. Мінерали можуть, крім того, утворюватися при випаровуванні й охолодженні води, а також розплавів.

Рис. 4. Процес утворення мінералів

Кругообіг гірських порід

Кругообіг гірських порід – один зі способів схематизації пере-ходу гірських порід від одного типу до іншого (рис. 5). Вчені вико-ристовують з цією метою геохронологію.

Гірські породи постійно змінюються. Вміщуючи їх мінерали постійно переміщуються під впливом навколишнього середовища. Мантія і земна кора при цьому відіграють роль замкнутої системи. Гірські породи переносяться і перетворюються з одного, типу в інший. Кругообіг гірських порід вказує на зв'язок між магма тич- ними, метаморфічними й осадо-вими породами, а також способи їх утворення і переробки. Поня-ття про кругообіг порід введене шотландським геологом Джейм-сом Хеттоном (1726-1797 рр.). Процес починається з охолодже-ння магми й утворення магматич-них порід. Денудаційні процеси руйнують ці утворення, а части-нки порід, перенесені водами, вітром або льодом відкладаються деінде у вигляді осадів.

Потім осади під масою вище розміщених відкладень ущільню-ються, цементуються й утворю-ють осадові породи.

Осадові породи, що сформува-лися за невисоких тиску і тем-ператур, найбільш сприйнятливі, із зростанням тиску і температур, до подальших змін. Відкладення, що залягають на великих гли-бинах або залучені в процес горотворення, часто перетворюються на метаморфічні утворення.

І ще більша температура необхідна для переходу метамор-фічних порід у розплавлений стан, магму, з якої утворюються магматичні породи.

Кругообіг – не завжди послідовна зміна по ланцюжку: маг-матичні, осадові, метаморфічні породи. Наприклад, мета морфічні породи можуть, зазнавши ерозії, перевідкластись у формі осадових порід, а осадові породи, при нагріванні до екстремальних темпе-ратур, здатні перейти в розплав і при охолодженні утворити нові магматичні породи. Всі три типи гірських порід до того ж можуть руйнуватись і перевідкладатись у формі нових осадових утворень.

Скам’янілості. Скам’янілості – рештки відмерлих рослин і тва-рин, похованих у розсипчастих осадових породах, що ущільню-валися протягом мільйонів років. Скам’яніли лише тверді частини тіл живих організмів, зокрема кістки, зуби і мушлі. Тому знахо-дження решток м’якотілих істот – велика рідкість. Систематизація окам’янілостей надала цінну інформацію про життя на Землі впродовж мільйонів років. Оскільки вивчення викопних решток показує, що схожі форми життя існували на Землі в один і той самий час, то така систематизація дозволяє використовувати її як метод датування віку гірських порід, названий методом керівних викопних організмів. Крім того, існує ще ряд методів визначення віку порід. Один із них – радіо-метричний метод – ґрунтується на тому, що швидкість радіоак-тивного розпаду деяких елементів і перетворення їх на стабільні ізотопи є сталою.

Геохронологічна шкала.

Сучасні вчені оцінюють вік Землі приблизно в 4,6 млрд. ро-ків. Геохронологічна шкала є од-ним зі способів конкретизації віку цього величезного проміжку часу. Шкала поділяється на чотири ери, що охоплюють усю понад 4-мільярдну історію Землі. Докемб-рійська ера, частка якої в часі існування планети становить 80%, є най біднішою щодо вико-пних знахідок етапом її розвитку. На початку палеозойської ери на суші з'явилися перші рослини, а пізніше – і перші ліси, відмира-ння і поховання яких призвело до утворення найбільших родовищ кам'яного вугілля. У мезозойську еру на Землі з'явилися, а потім і вимерли динозаври.

Геохронологічна шкала (рис. 6) поділяється на чотири ери (права колонка), три з яких розбиті на періоди. Кожен період охарактери-зований певними викопними видами.

Гороутворення

Протягом мільйонів років гори, завдяки рухам земної кори, вивітрюванню та вулканізму, зароджувалися, піднімалися і зникали з лиця Землі.

Гори – ділянки суші, що різко піднімаються над навколишньою територією – формуються здебільшого за рахунок руху земної кори. Тверді гірські породи, що складають земну кору, під впливом високого тиску можуть зминатись у складки.

Складки перекидаються, «пірнають» і наповзають одна на одну ніби зібгана ковдра. Гори можуть бути утворені цілою серією складок, що громадяться одна на одній. Пласти гірських порід під дією колосальних навантажень можуть розриватися, утворюючи тріщини та розлами. Блоки порід, обмежені розламами, здатні підніматися або опускатися, утворюючи брилові гори з крутими схилами і глибокі та протяжні рифові долини.

Зіткнення плит. Дрейф континентів призводить до зіткнення літосферних плит. Земна кора по їх краях деформується, Туво-рюючи розлами і складки. Контактуючі ділянки суші здіймаються, утворюючи гірські пасма. Найбільш вражаючий приклад різноспря-мованого руху плит і утворення гір можна спостерігати в Гімалаях.

На рис. 7 зображено, як багато років тому літосферна плита, на якій розміщена сучасна Індія, зіткнулася з Євразійською плитою (зліва). Відкладення океанічного дна, затиснені між двох плит, були видавлені вгору, утворивши Гімалаї.

Рис. 7. Євразійська та Індонезійська

Понад 60 млн. років тому Індостанська плита почала рухатися на північ, скорочуючи водний простір океану Тетіс. Рух тривав близь-ко 45 млн. років і океанічна кора, що виявилася наче в гігантських лещатах, видавлювалася в різні сторони. З часом океан еніс зник, залишивши про себе спогад у вигляді високого гірського хребта, складеного породами його ложа.

Виверження та ерозія. Деякі гори утворюються не тільки за рахунок руху літосферних плит. При виверженні вулканів можуть формуватися конусоподібні, з крутими схилами гори, зокрема такі, як італійський Везувій, американська Сент-Хеленс і японська Фудзіяма.

Щитовидні вулкани з плоскішою поверхнею дали життя га-вайським вершинам Мауна-Лоа і Мауна-Кеа.

Моноантиклінальні гори утворюються при проникненні магма-тичних порід у земну кору і підніманні вище розміщених пластів у вигляді куполоподібних підняттів. Прикладом таких гір є гори Блек-Хіллс, що простяглися по американських штатах Північна Дакота і Вайомінг.

Гори можуть утворюватися не тільки за рахунок підняття суші, а й у процесі ерозійного розчленування платоподібних поверхонь і винесення слабких порід. Так сформувалося плато Озарк в аме-риканських штатах Арканзас і Міссурі.

Іноді гори формуються як за рахунок вулканізму, так і ерозії. Масив інтрузивних порід може бути експонований ерозійними процесами, вивищуючись як гори над довкіллям. Гранітні гори Керн-Горм у Шотландії – типовий приклад.

Підняття і опускання. Гори – не завжди довговічні утворення. Впродовж мільйонів років вони безперервно виникають, ростуть і руйнуються.

Руйнівна дія води, вітру і льоду знижує висоту гір, а річки і льодовики переносять і перевідкладають зруйнований матеріал. У результаті старі гори руйнуються, тоді як десь починають рости молоді гори.

До молодих гірських систем світу належать зокрема Альпи й наші Карпати та Кримські гори. До старих гір належать Уральські гори в Російській Федерації.

Брилові гори утворюються диференційованим рухом окремих брил земної кори вгору і вниз по тріщинах або розламах. Ці гори розташовані вздовж лінійного розламу Моаб в американському штаті.

Дрейф континентів

Континенти постійно рухаються, повільно переміщуючись разом із дрейфуючими блоками земної кори. Цей процес називається дрейфом континентів.

Земна кора – не єдине ціле, а система блоків, що повільно пере-міщуються по поверхні планети. Ці блоки, названі літосферними плитами, переміщуються конвективними течіями в мантії. Ці течії створює витікаючи з ядра Землі тепло. Здіймаючись і опускаючись, мантійні потоки змушують також рухатись і плити.

Гіпотеза і докази

Геологів і любителів-палеонтологів спантеличило те, як одні й ті самі формації порід і викопні рештки могли знаходитися в місцях, віддалених одне від одного на тисячі кілометрів. У 1912 р. німецький дослідник Альфред Вегенер висунув гіпотезу дрей-фуючих континентів (рис. 8, 9, 10). Він стверджував, що відомі нам сьогодні континенти з’явилися близько 100 млн. років тому в результаті розпаду єдиного надконтиненту Пангея. Ідея Вегенера не мала широкого визнання аж до 1960-х рр. Лише поява прогресивних технологій, зокрема систем лазерного вимірювання і космозйомки, підтвердили його гіпотезу. Континенти постійно переміщуються зі швидкістю від 1 до 10 см на рік. За мільйони років дрейф конти-нентів сформував сучасні обриси материків і багато характерних особливостей.

Тектоніка плит. Тектоніка плит – нау-ка, що вивчає походження плит, їх рух і вплив на географію планети. З часом пли-ти розходяться в різні сторони, проков-зуючи одна відносно одної або енергійно наштовхуються одна на одну. Межі між плитами називаються розламами або зо-нами розламів. Саме вздовж цих ослаб-лених зон відбуваються землетруси і виве-рження вулканів.

Усього на земній кулі є сім великих і дев’ять менших плит. На карті рис. 11. показано положення семи великих літо-сферних плит: Євразійської, Африкансь-кої, Антарктичної, Південноамерикансь-кої, Північноамериканської, Тихоокеансь-кої та Індо-Австралійської. Стрілками позначено напрям руху плит.

Рис. 11. Карта положення літосферних плит