что такое наука о земле

Науки о Земле

Науки о Земле (геонауки) охватывают науки, занимающиеся изучением планеты Земля (литосферы, гидросферы и атмосферы), а также космического пространства вокруг Земли. Изучение земли служит моделью для исследования других планет земной группы. После появления космических зондов, позволявших исследовать объекты солнечной системы, в науки о Земле была также включена планетология. Планетология занимается изучением Луны, планет и их спутников, астероидов, метеоритов и комет. Часто, говоря о науках о Земле, употребляют более общий термин: науки о Земле и о Вселенной.

Содержание

Основные направления

Геология — это наука, занимающаяся описанием верхних слоёв земной коры и традиционно интересующаяся их составом, структурой и эволюцией. С середины 1960-х годов с появлением теории о тектонике плит, подтверждавшей старинную теорию дрейфа континентов Альфреда Вегенера, расширилась сфера геологических исследований: теперь геологи заинтересовались более глубокими слоями земной коры и мантией, что до 1965 года являлось сферой исследования геофизиков. Однако стоит отметить, что геологи не могут исходить из моделей геологических исследований геофизики, поскольку они основаны на относительно упрощённых физических моделях. Геологии свойственен более сложный и детальный анализ, нацеленный на качественный результат.

Геологические науки включают в себя множество перекликающихся дисциплин, не способных существовать по отдельности:

Источник

Геология

Геоло́гия (от др.-греч. γῆ — «Земля» и от λόγος — «учение») — наука о составе, строении и закономерностях развития Земли, других планет Солнечной системы и их естественных спутников.

Содержание

История геологии

Изучение физических материалов (минералов) Земли восходит по крайней мере к древней Греции, когда Теофраст (372—287 до н. э.) написал работу «Peri Lithon» («О камнях»). В римский период Плиний Старший подробно описал многие минералы и металлы, и их практическое использование, а также правильно определил происхождение янтаря.

Некоторые современные ученые, такие как Филдинг Х. Гаррисон, считают, что современная геология началась в средневековом исламском мире. [1] Аль-Бируни (973—1048 н. э.) был одним из первых мусульманских геологов, чьи работы содержат раннее описание геологии Индии. Он предполагал, что индийский субконтинент был когда-то морем. [2] Исламский ученый Ибн Сина (Авиценна, 981—1037) предложил подробное объяснение формирования гор, происхождение землетрясений и другие темы, которые являются центральными в современной геологии, и в котором содержится необходимый фундамент для дальнейшего развития науки. [3] [4] В Китае энциклопедист Shen Kuo (1031—1095) сформулировал гипотезу о процессе формирования земли: на основе наблюдений над ископаемыми раковин животных в геологическом слое в горах в сотнях километров от океана он сделал вывод, что суша была сформирована в результате эрозии гор и осаждения ила. [5]

Нильсу Стенсену (1638—1686) приписывают три определяющих принципа стратиграфии: принцип суперпозиции (англ.), принцип первичной горизонтальности слоёв (англ.), и принцип последовательности образования геологических тел (англ.).

Слово «геология» было впервые использовано Улиссе Альдрованди в 1603 году, [6] затем Жан Андре Делюк в 1778 году, и представлен как закреплённый термин Орасом Бенедиктом де Соссюром в 1779 году. Слово происходит от греческого γῆ, означающее «Земля» и λόγος, означающее «учение». [7] Однако согласно другому источнику, слово «Геология» впервые использовал норвежский священник и ученый Миккель Педерсон Эсхолт (Mikkel Pedersøn Escholt, 1600—1699). Эсхолт впервые использовал этот термин в своей книге под названием Geologica Norvegica (1657). [8]

Уильям Смит (1769—1839) нарисовал одни из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания горных пластов, изучая содержащиеся в них окаменелости. [10]

Джеймс Хаттон часто рассматривается как первый современный геолог. [11] В 1785 году он представил для Королевского Общества Эдинбурга документ, озаглавленный «Теория Земли». В этой статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем ранее предполагалось, для того, чтобы обеспечить достаточное время для эрозии гор, и чтобы седименты (отложения) образовали новые породы на дне моря, которые, в свою очередь, были подняты чтобы стать сушей. В 1795 Хаттон опубликовал двухтомный труд, описывающий эти идеи (Vol. 1, Vol. 2).

Последователи Хаттона были известны как плутонисты, из-за того что они считали, что некоторые породы были сформированы в результате вулканической деятельности и является результатом осаждение лавы из вулкана, в отличие от нептунистов, во главе с Авраамом Вернером, который считал, что все породы осели из большого океана, уровень которого с течением времени постепенно снизился.

Чарлз Лайель впервые опубликовал свою знаменитую книгу «Основы геологии» [12] в 1830 году. Книга, которая повлияла на идеи Чарльза Дарвина, успешно способствовала распространению актуализма. Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы имели место на протяжении истории Земли и все еще происходят сегодня, в отличие от катастрофизма, теории утверждающей, что особенности Земли формируются в одном, катастрофическом событии и остаются неизменными в дальнейшем. Хотя Хаттона верил в актуализм, идея не была широко принята в то время.

Большую часть XIX века геология вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли. Оценки варьировались от 100 000 до нескольких миллиардов лет. [13] В начале XX века радиометрическое датирование позволило определить возраст Земли, оценка составила два миллиарда лет. Осознание этого огромного промежутка времени открыло двери для новых теорий о процессах, которые сформировали планету.

Самым значительным достижением геологии в XX веке было развитие теории тектоники плит в 1960 году и уточнение возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: спрединга морского дна и континентального дрейфа. Теория революционизировала науки о Земле. В настоящее время известно, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет. [14]

С целью пробудить интерес к геологии Организацией Объединённых Наций 2008 год провозглашён «Международным годом планеты Земля».

Разделы геологии

В процессе развития и углубления специализации в геологии сформировался ряд научных направлений (разделов).

Внизу перечислены разделы геологии.

Основные принципы геологии

Геология — наука историческая, и важнейшей её задачей является определение последовательности геологических событий. Для выполнения этой задачи с давних времён разработан ряд простых и интуитивно очевидных признаков временных соотношений пород.

Интрузивные взаимоотношения представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.

Секущие взаимоотношения также позволяют определить относительный возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже, чем они.

Ксенолиты и обломки попадают в породы в результате разрушения своего источника, соответственно они образовались раньше вмещающих их пород, и могут быть использованы для определения относительного возраста.

Принцип актуализма постулирует, что геологические силы, действующие в наше время, аналогично работали и в прежние времена. Джеймс Хаттон сформулировал принцип актуализма фразой «Настоящее — ключ к прошлому».

Утверждение не совсем точное. Понятие «сила» — понятие не геологическое, а физическое, к геологии имеющее опосредованное отношение. Правильнее говорить о геологических процессах. Выявление сил, сопровождающих эти процессы, могло бы стать главной задачей геологии, чего, к сожалению, нет.
«Принцип актуализма» (или метод актуализма) являются синонимом метода «аналогии». Но метод аналогии не является методом доказательства, он является методом формулирования гипотез и, следовательно, все закономерности, полученные методом актуализма, должны были бы пройти процедуру доказательства их объективности.
В настоящее время принцип актуализма стал тормозом в развитии представлений о геологических процессах.

Принцип первичной горизонтальности утверждает, что морские осадки при образовании залегают горизонтально.

Принцип суперпозиции заключается в том, что породы находящиеся в не нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют в порядке их образования, породы залегающие выше моложе, а те которые находятся ниже по разрезу — древнее.

Принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане распространены одни и те же организмы. Из этого следует, что палеонтолог, определив набор ископаемых остатков в породе, может найти одновременно образовавшиеся породы.

Источник

Геология – наука о Земле

Геология – это естественная наука, которая изучает Землю, ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, геоморфологию, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.

Что делают геологи?

Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:

Что изучает геология?

Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:

Минералы

Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.

Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.

Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.

Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.

Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.

Горные породы

Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.

Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь – это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.

Окаменелости

Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.

Ископаемые останки имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.

Формы рельефа, геологические структуры и карты

Формы рельефа во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.

Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого – сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.

Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.

Геологические процессы и угрозы

Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.

Геологические опасные явления – мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.

Тектоника и история Земли

Тектоника – геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике – жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня Мирового океана, и о том, какие процессы происходят в ядре и мантии Земли. Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.

Геологическая история Земли – это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. Фанерозойский эон (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия фауны и флоры и акцентирован массовыми вымираниями. Предыдущие четыре миллиарда лет, докембрийское время, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.

Роль геологии

Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. – геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.

Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. Водные ресурсы являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.

Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология – раздел геологии – хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.

Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.

На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.

Источник

Что изучают науки о Земле

Науки о земле изучают историю нашей планеты, из чего состоит и как устроена Земля. Такого рода знания все более активно участвуют в улучшении нашего понимания факторов управления глобальной окружающей средой и в разработке более эффективных способов поиска и оценки природных ресурсов, энергии и воды.

Эти науки пересекающиеся и многие не могут существовать друг без друга, но тем не менее все они изучают нашу матушку-Землю:

Благодаря наукам о земле были значительно усовершенствованы методы прогнозирования природных явлений, таких, как землетрясения, извержения вулканов, оползни, наводнения или Эль-Ниньо (колебания температуры воды у поверхности). Кроме того, важная информация в истории климата земли была получена путем анализа льда около Гренландии. С помощью таких знаний отделены глобальные изменения вызванные людьми от естественно происходящих изменений в глобальной климатической системе.

События в области наук о земле

Другое важное событие в области естественных наук о земле состоялось, когда эмпирически подтвердилась теория тектоники. Хотя более ранняя версия этой теории уже была сформулирована в начале XX века, никто не мог представить себе вид этой силы, которая толкала континенты и гигантские тектонические плиты из которых состоит земная кора. Как стало ясно, твердая поверхность земли является сравнительно тонкой, идея, что кора состоит из нескольких довольно хорошо разделенных частей в относительном движения стала правдоподобной.

Расплавленная магма от земной мантии может сочиться вверх сжимая друг друга.

Явление спрединга (растягивания) морского дна было проверено в Атлантическом океане. Множество эмпирических фактов, касающихся геологических особенностей земли может быть объяснено. К ним относятся распространение вулканов и землетрясений, а также распространение животных и растений на разных континентах.

Науки о земле будут продолжать играть важную роль в диагностике и решении некоторых из наиболее насущных проблем, как изменение климата и определение устойчивых ресурсов с которыми сталкивается мировое сообщество.

Связь наук о Земле с другими областями человеческой деятельности

Неспециалисты обычно считают, что единственным способом изучения Земли, ее внутреннего строения является бурение. Однако этот способ очень дорог, сложен, технически ограничен, требует много времени. Кроме того, совершенно очевидно, что даже самая глубокая скважина, скажем двенадцатикилометровая, ничтожна в сравнении с радиусом земного шара.

Изучение нашей планеты методом сравнительной планетологии

В геологических исследованиях и при геолого-разведочных работах бурение на глубину нескольких десятков, сотен или тысяч метров сложно. Ясно, что структуру Земли как небесного тела нельзя изучать, не зная другие тела, и вот сравнительная планетология — новая, очень молодая дисциплина — показывает, как построены и устроены другие планеты. Такие исследования основаны на отличном знании физических свойств тел.
Поэтому, прежде чем рассказать о том, как человек изучает Землю посредством бурения глубоких скважин, посмотрим, что предшествует бурению и какими другими методами человек получает информацию о своей планете.
Изучение недр Земли приносит бесчисленное множество проблем. Одной из них, хотя на первый взгляд это кажется парадоксальным, является само определение положения Земли в Космосе.

Естественно, геолог встречается с астрономами и астрофизиками, чтобы понять, где Земля находится, какая судьба ожидает ее тяжести, тепловой поток, исследуются эластические свойства горных пород и минералов, включая те, которые человек никогда не видел собственными глазами, ибо они скрыты в глубине сотен и тысяч километров под поверхностью Земли.

Связь с физикой

Связь науки о Земле с физикой весьма тесная: основные данные о слоистом строении Земли, ее внутреннем устройстве, о давлении и температурах внутри, о земном магнетизме получены из физики, точнее, геофизики. При изучении состава земных горных пород (но здесь нужно начать с состава Солнца) мы подходим к химическим или космохимическим данным, а если ограничимся только Землей — то геохимическим.

Метеорология, гидрология, палеонтология изучает Землю

Изучение самого верхнего слоя Земли — почвы и горных пород — тоже не только лишь геологическое дело, поскольку выветривание происходит при участии гидросферы и атмосферы, в нем принимают участие организмы и т.п.

Наука о Земле включает метеорологию, гидрологию, а там, где она пытается расшифровать вопросы прошлой жизни, опирается на биологию (палеонтологию). Биология же, наоборот, получает от геологии доказательства о развитии отдельных форм жизни.
Белых мест на Земле осталось уже немного, поэтому геологи среди нас были бы редким явлением, если бы изучали только их. Однако человечеству нужно сырье для промышленности, источники энергии и вообще земной шар, пригодный для жизни.

Для всего этого необходимы самые разнообразные геологические профессии: геолог как химик, в другом случае — как физик, в следующем — как палеонтолог, а иногда и как геолог-планетолог.

Конечная цель науки о Земле — познать нашу планету так, чтобы мы могли разумно, не нарушая равновесия естественных условий использовать ее источники и обеспечивать сырьем человеческую цивилизацию.

Над проблемой, какой является, например, открытие нового месторождения руды или нефти, необходимо сотрудничество многих специалистов — от геологов, составляющих карту, минералогов, петрографов до горных инженеров и экономистов.

Политика также играет роль

И, естественно, изучение Земли зависит от международного сотрудничества. А поскольку геологические границы, то есть границы между отдельными геологическими образованиями, нигде в мире не совпадают с границами государств, очень важно политическое сотрудничество всех, кто изучает Землю.

Источник