Передмова
Перше знайомство майбутніх фахівців геологічних спеціальностей з теоретичними основами геології відбувається через вивчення курсу “Загальної геології“. Його метою є засвоєння студентами основних відомостей про будову, склад, історію розвитку Землі та процеси, які їх обумовлюють. Враховуючи, що знання зазначених положень є фундаментом, на якому побудовані всі інші геологічні дисципліни, в підручнику зроблено спробу з максимальною повнотою і доступністю відобразити сучасні уявлення про походження та розвиток Землі і земної кори, їх будову і склад, про внутрішні та зовнішні процеси і явища, які сприяли формуванню мінералів, гірських порід, корисних копалин, а також вплив діяльності людини на хід геологічних процесів.
При підготовці підручника були використані апробовані впродовж багатьох десятиліть у вищих навчальних закладах країн СНД підручники, які укладали відомі вчені в галузі геології і педагоги Г.П.Горшков, В.В.Єршов, М.М.Жуков, М.В.Короновський, В.С.Мільнічук, І.В.Мушкетов, Д.І.Мушкетов, В.О.Обручев, В.І.Славін, В.Є.Хаїн, О.Ф.Якушова та інші.
Текстова частина проілюстрована рисунками та фотографіями геологічних об’єктів, при виборі яких пріоритет надавався розташованим на території України. Приклади поширення гірських порід, корисних копалин, знахідок мінералів та сучасного прояву геологічних процесів і явищ також наведені з урахуванням геологічних особливостей України.
Автори щиро вдячні доценту кафедри загальної геології та розвідки родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету Є.В.Євтєхову за значну роботу по підготовці електронної версії підручника, а також доценту кафедри загальної геології Львівського національного університету Ю.С.Матковському за допомогу в редагуванні тексту.
Зауваження та відгуки на підручник просимо надсилати за адресами: 50027, м.Кривий Ріг, вул. 22-го партз’їзду, Криворізький технічний університет, геолого-збагачувальний факультет, кафедра загальної геології та розвідки родовищ корисних копалин; 79005. м. Львів, вул. Грушевського, 4, Львівський національний університет, геологічний факультет, кафедра загальної та регіональної геології. Всі пропозиції стосовно покращення змісту та структури підручника будуть з вдячністю прийняті авторами.
Розділ 1. загальні відомості про геологію як науку
Термін “ геологія ” в перекладі з грецької мови означає “вчення про Землю” (від лат. “гео” – земля, “логос” – вчення”). В сучасному розумінні геологія – це наука про склад, будову, розвиток Землі та процеси, які відбуваються в її надрах і на поверхні, включаючи водну і повітряну оболонки; про утворення мінералів і гірських порід, їх хімічний склад та фізичні властивості; про закони формування і закономірності поширення корисних копалин, а також економічну доцільність їх використання; про формування земної поверхні та вплив діяльності людини на стан навколишнього середовища.
1.1. Короткий нарис з історії становлення геології
Геологія як наука була започаткована у другій половині XVIII століття, проте її корені беруть свій початок з часів, коли у первісної людини виникла потреба в мінеральних утвореннях. Вже з перших кроків людство накопичувало досвід у пошуках певного каміння, необхідного для виготовлення зброї та знарядь праці. Значно розширились знання людини про мінеральні багатства Землі протягом “бронзового” та “залізного” віків, коли основною сировиною для виготовлення знарядь праці та зброї були мідь, олово та залізо. Потреби у металах не тільки спонукали до видобутку руд і створення первісних гірничих промислів, але й поклали початок набуттю людством практичних навичок у пошуку корисних копалин.
Фундаторами наукової геології слід вважати видатних вчених XVII століття М.В.Ломоносова, Дж.Геттона, А.Г.Вернера. Російський вчений Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765) уперше теоретично узагальнив нагромаджені людством впродовж багатьох віків практичні знання про гірські породи та корисні копалини і систематизував їх у першій науковій праці з геології під назвою “Про верстви земні”, написаній впродовж 1757-59 років і опублікованій у 1763 р. Викладені в ній міркування про причини утворення гір і вулканів, руйнівну та творчу роботу поверхневих і підземних вод, походження верствуватих гірських порід, утворення рудних жил, кам’яного вугілля, нафти та бурштину, про природу сил, під впливом яких змінюється вигляд Землі, та багато інших питань лежать в основі сучасних геологічних теорій і гіпотез. Цей дослідник вперше наголосив, що зміну загального вигляду Землі викликають дві групи сил – зовнішні та внутрішні. До перших він відносив сильні вітри, дощі, течії рік, морські хвилі, льодовики, пожежі в лісах і повені, а до других – землетруси, які на його думку спричиняють піднімання та опускання окремих ділянок земної поверхні, переміщення берегів, появу і зникнення гір. Він також сформулював важливий принцип геології, суть якого полягає в тому, що спостереження за сучасними природними процесами дають можливість робити висновки про хід ідентичних процесів в геологічному минулому. Ломоносов справедливо зазначав, що Земля не просто змінює свій вигляд впродовж тривалого часу, а закономірно розвивається. Ці ідеї еволюційної геології пізніше були успішно розвинені англійським вченим Ч.Лайєлем.
Через 15 років після опублікування трактату М.В.Ломоносова побачила світ праця шотландського геолога Джеймса Геттона (1726-1797) “Теорія Землі”, в якій були викладені погляди на основні сили, що спричиняють зміни загального вигляду Землі. Цей дослідник пов’язував всі процеси, які проходять на планеті, у тому числі і утворення гірських порід, з дією “підземного жару”. Цим було започатковано так званий плутонічний напрямок в геології, згідно з яким всі геологічні явища і процеси, а також мінерали, гірські породи і корисні копалини є продуктом діяльності вулканів та підземних магматичних осередків.
На відміну від М.В.Ломоносова та Дж.Геттона, які провідну роль в еволюції Землі відводили внутрішнім процесам, професор Фрейбергської гірничої академії в Саксонії німецький геолог і мінералог Абраам Готлоб Вернер (1750-1817) вважав, що всі гірські породи утворилися з води світового океану. Цим твердженням А.Г.Вернер започаткував нептунічний напрямок в геології, основні положення якого виклав у першому академічному курсі геогнозії (так тоді називали геологію). Цей дослідник виділяв групу «первинних» порід, до яких відносив граніти, сієніти, гнейси та інші магматичні і метаморфічні породи, вважаючи, що вони утворилися чисто хімічним шляхом і складають ядра гірських споруд. Усі верствуваті (осадові) гірські породи він вважав більш молодими, які огортають “первинні”, і їх накопичення пов’язував зі світовим потопом. Вернер також вважав, що після потопу припинилися будь-які геологічні процеси, а порушення залягання гірських порід пояснював обтіканням молодими осадками масивів “первинних” порід або утворенням провалів над підземними порожнинами, відкидаючи роль внутрішньої енергії та внутрішніх процесів в розвитку Землі.
Розглядаючи послідовність становлення геології як науки, слід також згадати ще один напрямок у поглядах на розвиток Землі – катастрофізм,– який знайшов своє відображення в роботах французького дослідника Жоржа Кюв’є (1769-1832). Ігноруючи еволюційний розвиток, він вважав, що всі зміни у будові Землі, а також у рослинному і тваринному світі обумовлені періодичними глобальними катастрофами. Хибність таких уявлень була доведена в першій половині ХІX століття англійським геологом Чарлзом Лайєлем (1797-1875), який обгрунтував і впровадив у геологію поняття принципу актуалізму. Суть його полягає у ствердженні, що всі явища сьогодні відбуваються так як і в минулому. В своїй фундаментальній праці “Основи геології” цей дослідник показав, що зміни на земній поверхні відбуваються завдяки діяльності вітру, річок, морів, вулканів, льодовиків та інших природних процесів, які проходять безпосередньо на очах у людини. Ці ж явища та процеси, на його думку, діяли і впродовж усієї геологічної історії Землі та відігравали основну роль у зміні вигляду її поверхні. Як і М.В.Ломоносов Ч.Лайєль вважав, що для правильного розуміння геологічного минулого необхідно всебічно вивчати сучасні процеси. Саме цей принцип покладений в основу розробленого ним методу актуалізму, який не втратив своєї актуальності і в наші дні.
На початку XIX століття англійський вчений Вільям Сміт (1769-1839) звернув увагу на те, що територіально відокремлені верстви гірських порід містять однакові скам’янілі органічні залишки, а верстви, які залягають одна на другій – залишки, які різко відрізняються між собою. Це дозволило йому зробити висновок, що шляхом вивчення скам’янілої фауни можна встановлювати послідовність розташування верств, а також відносний вік гірських порід. Пізніше, в другій половині цього ж століття, російський палеонтолог Володимир Онуфрійович Ковалевський (1842-1883) не тільки встановив еволюційний зв’язок між окремими видами викопних організмів, але й виявив причини змін зовнішнього вигляду фауни, наголошуючи на провідній ролі при цьому змін фізико-географічних і фізико-хімічних умов середовища. Це був також значний крок вперед на шляху пізнання історії розвитку Землі.
Надзвичайно цікавим є зроблене у 1935 році Іваном Васильовичем і Дмитром Івановичем Мушкетовими зауваження, що першим, хто зрозумів важливе значення “керівних скам’янілостей”, був видатний німецький поет і мислитель Іоганн Вольфганг Гете (1749-1832), який написав про це в своєму листі до Мерка від 27 жовтня 1782 року, коли Вальтер ще продовжував вважати їх (скам’янілості) “грою природи”, а В.Сміту у цей час було лише 13 років. Не менш цікавим також є те, що І.В.Гете першим подав ідею застосувати при складанні геологічної карти Німеччини кольори, при цьому для зображення топографічної основи він використав коричневі барви. І.В.Гете у свій час правильно зрозумів значення екзотичних валунів на узбережжі Женевського озера, а також співставив північне та альпійське зледеніння. Нарешті, погляди Гете на граніт і його місце в земній корі принципово не відрізняються від сучасних, хоча й були висловлені понад 200 років тому (1784 р.) і, що найдивовижніше, за часів панування в науці нептунізму А.Г.Вернера.
В пошуку пояснення процесу виникнення гір у другій половині XIX століття французький вчений Л. Елі де Бомон розробив так звану контракційну гіпотезу, яка базувалась на поглядах І.Канта і П.С.Лапласа про походження Сонячної системи. Згідно з останніми, Земля в минулому являла собою вогненно-рідку кулю, яка при охолодженні зазнала стиснення, що спричинило утворення складок на її поверхні у вигляді гірських областей. Ці погляди були узагальнені в фундаментальній праці австрійського геолога Едуарда Зюсса (1831-1914) “Вигляд Землі”, в якій також були наведені уявлення про будову та розвиток земної кори. В цей же час американський геолог Джеймс Дана (1813-1895), автор теорії геосинкліналей зробив припущення, що на місці сучасних гірських систем спочатку існували великі прогини, в яких накопичувалися потужні товщі осадових утворень. Під впливом сил стиснення земної кори породи, що формувалися в цих прогинах зминались у складки і піднімались на поверхню Землі у вигляді гір. Наприкінці XIX століття російський геолог Олександр Петрович Карпінський (1846-1936)започаткував вчення про платформи (рівнинні ділянки земної поверхні), в основі якого також лежали уявлення про характер різноманітних рухів земної кори.
Таким чином, починаючи з середини XVIII і до кінця ХІХ століття, завдяки зусиллям багатьох дослідників, які намагалися знайти обґрунтовані відповіді на питання стосовно утворення Землі, мінералів, гірських порід і руд, а також щодо природи сил, які впливали та впливають на вигляд земної поверхні, геологія набула всіх ознак науки в повному розумінні цього слова.
