За редаêцією аêадеміêа МАНЕБ, д-ра с.-ã. наóê, проф. Д.Г. Тихоненêа

Допущено

Міністерством аграрної політики України як навчальний посібник для підготовки фахівців агрономічних спеціальностей в аграрних вищих навчальних закладах

ІІ – IV рівнів акредитації

Київ «Вища освіта»

2003

Р е ц е н з е н т и: д-р геол.-мінерал. наук, проф. Г.О. Білявський (На- ціональний аграрний університет); д-р с.-г. наук, проф. А.Д. Балаєв (Національний аграрний універ- ситет); акад. МАНЕБ, д-р с.-г. наук, проф. Т.О. Грін- ченко (Харківський педагогічний університет)

Редактор Н.А. Серебрякова

Геологія з основами мінералогії: Навч. посібник / Д.Г. Ти- Г36 хоненко, В.В. Дегтярьов, М.А. Щуковський та ін.; За ред. д-ра с.-г. наук, проф. Д.Г. Тихоненка.— К.: Вища освіта, 2003. —

287 с.: іл.

ISBN 966-8081-09-9

Наведено основні відомості про геологію як науку про Землю, особ- ливості перебігу ендогенних і екзогенних геологічних процесів, про мінерали, гірські породи та їх ґрунтотворне значення, про агроно- мічні руди та їх використання в сільськогосподарському виробництві.

В окремому розділі висвітлено питання геологічної історії розвит- ку Землі, наведено характеристику основних ґрунтотворних порід, розглянуто основні питання геоморфології.

Для підготовки фахівців агрономічних спеціальностей в аграрних вищих навчальних закладах ІІ – IV рівнів акредитації.

ВСТУП

Геологія (від грец. γη̃— земля, λόγος — вчення) — одна з най- важливіших наук про Землю. Вона вивчає склад, будову, історію розвитку Землі і процеси, які відбуваються в її надрах і на поверх- ні. Геологія тісно пов’язана з багатьма природничо-історичними науками. Сучасна геологія використовує новітні досягнення і ме- тоди таких прикладних наук, як математика, фізика, хімія, біоло- гія, географія.

Значний прогрес у геології розпочався з появою суміжних наук. Це геофізика, геохімія, біогеохімія, кристалохімія, палеогеографія, які містять дані про склад, стан і властивості речовин глибоких шарів земної кори та оболонок Землі, розташованих нижче. Особ- ливо слід підкреслити різнобічний зв’язок геології з географією (ландшафтознавством, кліматологією, гідрологією, гляціологією, океанографією) у пізнанні різних геологічних процесів, які відбу- ваються на поверхні Землі. Взаємозв’язок геології і географії особ- ливо проявляється у вивченні рельєфу земної поверхні і закономі- рностей його розвитку. Геологія у процесі вивчення рельєфу вико- ристовує дані географії, а географія спирається на історію геологі- чного розвитку і взаємодії різних геологічних процесів.

Сучасне генетичне ґрунтознавство розвинулося із геології і до- тепер методично і методологічно пов’язане з нею. Засновник гене- тичного ґрунтознавства В.В. Докучаєв у визначенні поняття «ґрунт» зазначав, що це «денні», або зовнішні, горизонти гірських порід, істотно змінені під впливом води, повітря, живих та відмер- лих організмів. Одним із п’яти природних чинників ґрунтотворен- ня, за В.В. Докучаєвим, є ґрунтотворна, або материнська, порода, від якої ґрунт успадковує низку найважливіших властивостей, що певною мірою визначають його родючість.

Вивчення геологічної будови і геологічної історії земної поверх- ні загалом або окремої місцевості дає змогу правильно зрозуміти генезис ґрунтів і ґрунтового покриву, просторову диференціацію ґрунтів. Петрографія, мінералогія, кристалографія дають ґрунто-

3

знавцям методичні основи дослідження мінерального складу ґрун- тів та закономірностей його формування і функціонування. Гідро- геологія допомагає вирішувати питання формування і функціону- вання водного режиму ґрунтів. Для пізнання генезису та еволюції ґрунтів потрібні дані і методи динамічної геології, особливо таких розділів, як тектоніка, вулканологія, сейсмологія. Геоморфологія допомагає зрозуміти й оцінити рельєф у ґрунтотворенні і географії ґрунтів. Якщо класифікувати всі природні тіла Землі на живі (жи- ві організми) і неживі (косні: гірські породи і мінерали, магма), то ґрунт серед них займає особливе проміжне положення, і є, за вира-

зом В.І. Вернадського, біокосним тілом природи.

За геофізичними даними в будові Землі виділяють кілька оболо- нок: земну кору, мантію та ядро. Предметом безпосереднього ви- вчення геології є земна кора і підстилаючий її твердий шар верхньої мантії — літосфера (від грец. λίθος — камінь).

Одним з основних напрямів у геології є вивчення речовинного складу літосфери: гірських порід, мінералів, хімічних елементів. Деякі гірські породи утворюються з магматичного силікатного роз- плаву, їх називають магматичними; інші — шляхом осадження і накопичення в морських і континентальних умовах, їх називають осадовими; ще інші — внаслідок зміни різних гірських порід під впливом температури і тиску, рідких і газоподібних флюїдів, їх на-

зивають метаморфічними.

Речовинний склад літосфери вивчають геологічні науки, які час- то об’єднують під назвою науки геохімічного циклу. До них нале- жать: петрографія (від грец. πέτρος — камінь, скеля, γράφω — пишу, описую), або петрологія — наука про магматичні і метаморфічні гір- ські породи, їх склад, структуру, умови утворення, ступінь зміни під впливом різних чинників і закономірності розподілу в земній корі. Літологія — наука, що вивчає осадові гірські породи. Мінералогія — наука про мінерали гірських порід. Кристалографія і кристалохімія займаються вивченням кристалів і кристалічного стану мінералів. Історична геологія вивчає історію розвитку земної кори, послідов- ність утворення в часі різних гірських порід, які складають земну кору. Четвертинна геологія — наука про відклади найпізнішого че- твертинного періоду, який триває і досі. Гідрогеологія — наука про підземні води, їх утворення, залягання, рух, властивості та умови, які визначають використання їх у народному господарстві. Геомор- фологія вивчає рельєф, його форми, походження і закони розвитку земної поверхні. Геохімія — узагальнююча, синтезуюча наука про речовинний склад літосфери, яка спирається на досягнення перелі-

4

чених вище наук і вивчає історію хімічних елементів, закони їх роз- поділу і міграції в надрах Землі і на її поверхні.

Перші спроби систематизації питань вивчення земель для сільсь- кого господарства і пошуку «каміння» датуються ХVI ст. Цар Іван IV для вивчення кордонів Московської держави звелів «землю виміря- ти і креслення держави зробити». Накопиченню геологічних знань на Русі сприяв гірський промисел. У різних районах країни видобу- вали залізні руди, слюду, сіль. Перша карта Русі «Книга, глаголе- мая Большой чертеж» була складена наприкінці ХVI ст. Вона міс- тила чимало відомостей про родовища корисних копалин. Виявлен- ня численних родовищ корисних копалин і накопичення відомостей про властивості різних руд дали змогу узагальнити одержані знан- ня. Виникла наука про Землю — геологія.

Допетрівську епоху освоєння земних багатств один із дослідни- ків початку ХIХ ст. назвав «Младенчество горного промысла в Рос- сии». 1700 р. ознаменувався низкою перетворень Петра Великого: затверджено новий календар, проведено монетну реформу, органі- зовано «Приказ рудних дел», згодом (1716 р.) перетворений на Берг-колегію. В указі про Берг-колегію йшлося про організацію пошуків металів. У 1716 р. в Петербурзі було відкрито музей — Кунсткамеру, що з часом перетворилася на Мінералогічний музей, а в 1725 р. — організовано Академію наук, яка сприяла розвитку наук і освіти, вивченню природних, у тім числі і мінеральних, ба- гатств Русі.

Одним із перших членів Академії наук був великий учений- енциклопедист М.В. Ломоносов (1711 – 1765). Він класифікував гірські породи за походженням, висловив думку про коливальні рухи земної кори, геологічний вік порід, походження рудних і не- рудних мінералів, пояснив причини виникнення землетрусів. М.В. Ломоносов створив школу дослідників, які наприкінці XVIII — на початку XIX ст. провели енциклопедичну роботу з вивчення природно-історичних умов великих просторів Русі. За матеріалами академічних експедицій мінералог М.І. Кошкарьов і геолог Г.П. Гельмерсон склали карти північної та європейської частин Росії. Основи мінералогії як науки сформулював В.М. Севергін

(1765 – 1826).

У другій половині XVIII ст. закладаються основи теоретичної геології, порушуються питання походження гірських порід, відбу- ваються дискусії між нептуністами (А.Вернер, 1750 – 1817) — при- бічниками водного походження базальтів і плутоністами (Д. Геттон, 1726 – 1797) — прибічниками теорії утворення усіх по- рід із магми. Завдяки працям І. Канта (1724 – 1804) та

5

П.С. Лапласа (1749 – 1827) виникає наукова космогонія. Розвива- ються природничі науки. Праці Ж. Ламарка (1744 – 1829), Ч. Лайєля (1797 – 1875) та Ч. Дарвіна (1809 – 1882) спростовують теорію катастроф Ж.Кюв’є (1769 – 1832). Утверджується еволюцій- ний розвиток Землі.

У 1882 р. в Росії було створено Геологічний комітет, головним завданням якого стали систематична геологічна зйомка території країни і складання геологічної карти. Проте через малочисель- ність штату геологів і вкрай малі капіталовкладення за 35 років існування було виконано зйомку всього лише 10,5 % території кра- їни.

Після революції 1917 р. великий внесок у розвиток геологічних

(1880 – 1967), Б.Б. Полинов (1877 – 1952).

Буріння глибоких (4 – 6 км) і надглибоких свердловин на су- ходолі, в континентальному шельфі і в морі, велике поширення геофізики, здебільшого сейсмічних методів, привели в 1950 – 1980 рр. до революції в геології. Передові методи природничих наук кінця ХХ ст. у поєднанні зі старим методом актуалізму Ч. Лайєля — «теперішнє — ключ до вивчення минулого» — дали змогу геологам зробити широкі наукові узагальнення, перейти від якісного розшифрування явищ і процесів до кількісних ви- значень властивостей речовин нашої планети, до кращого розу- міння багатьох процесів, які відбуваються на інших планетах Сонячної системи. Освоєння космосу, дані геофізики, геохімії і сейсмології забезпечили формування нових поглядів на структу- ру Землі, її оболонкову будову.

Все це дало змогу вченим перейти від вивчення Землі як плане- ти у Всесвіті до дослідження властивостей самої «твердої» Землі, привернуло посилену увагу до її планетарних чинників. В останні 25 років ХХ ст., в епоху науково-технічного прогресу, різко розши- рилася сфера досліджень Землі у висоту — вивчення космічного простору, в глибину — вивчення процесів, які відбуваються у глибо- ких шарах земної кори і верхній мантії, в ширину — залучення в геологічну будову морського дна, й особливо в часі — вивчення ран- ніх періодів історії розвитку Землі. За допомогою засобів космонав- тики і внаслідок розвитку усієї галузі космології — порівняльної планетології за останні роки зроблено багато: людина побувала на Місяці, відібрала зразки його ґрунту, на основі методів прямих без- посередніх спостережень із використанням автоматичних приладів

6

розпочалися дослідження за межами нашої планети. На основі ав- томатичних фотознімків планет Венери, Юпітера і Сатурна та ана- лізу структур сьогодні можна зазирнути в ранні періоди історії Зем- лі, уточнити її «обличчя».

До останнього десятиліття ХХ ст. досягнення людини у сфері технічних і природних наук значно зросли. Триває освоєння космо- су, розвивається космологія, космохімія і фізика, сонячна енергети- ка, розкриваються таємниці біології. Географи і геологи досліджу- ють високі шари атмосфери і дно Світового океану. За геохімією ізо- топів уточнено склад ґрунтів, земної кори, метеоритів і близьких планет, розробляються нові методи визначення абсолютного віку геологічних формацій — руд і ґрунтів. У технології й економіці ви- користання мінеральної сировини застосовують нові методи мало- відходної і безвідходної технологій. У картографії складено серії

Євразії О.Л. Яншина (1 : 5 000 000).

Сьогодні перед геологічними науками стоять такі завдання: 1) з’ясувати процеси, які зумовлюють утворення багатьох видів ґру- нтів, гірських порід, корисних копалин; 2) підвищити точність про- гнозів стихійних явищ — землетрусів, пилових бур, ураганів, схо- дження снігових лав; 3) розробити наукові методи запобігання не- гативним явищам — підтопленню, спустеленню і засоленню земель, забрудненню ландшафтів, ерозії тощо; 4) брати участь у розробці програми екологічної безпеки країни.

Геологія має велике загальноосвітнє значення. Російський гео- лог В.П. Обручев у 1939 р. писав: «Людина, яка не знає основ гео- логії, подібна до сліпого. Блукаючи навколо міста чи села, вона не розуміє всього, що постає перед її очима. Вона сприйматиме тільки зовнішні форми, а не суть явищ. Буде бачити, але не розуміти. Важливо, щоб кожен освічений громадянин був ознайомлений з основами геології і розумів її роль і значення в культурному роз- витку країни».

Забезпеченість ріллею в розрахунку на душу населення як у на- шій країні, так і за кордоном з року в рік знижується. А це означає, що кожен гектар ріллі має давати все більше і більше продукції. Підвищити урожайність полів можна тільки організацією науково обґрунтованого землеробства з використанням досягнень сучасної науки, в тім числі геології, знань суті ґрунтотворних процесів. Тому вивчення основ геології для спеціалістів агропромислового компле- ксу, особливо агрономів, екологів, агрохіміків та ґрунтознавців, є необхідним.

7

Запитання для самоконтролю: 1. Чому геологію вважають од-

нією з найважливіших наук про Землю? 2. Назвіть науки геохіміч-

ного циклу. 3. Дайте коротку характеристику основним періодам

розвитку геології як науки. 4. Яке загальноосвітнє значення має гео- логія?

8

Розділ 1

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗЕМЛЮ

1.1.ПОЛОЖЕННЯ ЗЕМЛІ І СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

УСВІТОВОМУ ПРОСТОРІ

Земля як небесне тіло не є предметом вивчення геології. Проте щоб зрозуміти курс геології, потрібно мати загальне уявлення про її положення у світовому просторі, оскільки на більшість процесів, які відбуваються на Землі та в її надрах, впливає зовнішнє середовище, що оточує нашу планету.

Досить образний опис небесних тіл, які нас оточують, навів академік В.Г. Фесенков у книзі «Космогонія Сонячної системи». Він запропонував уявити в просторі квадрат зі стороною 15•103 км (рис. 1.1). На його думку, в такий квадрат можна помістити нашу Землю, яка має середній діаметр 12 756 км. Далі слід поступово збільшити сторону квадрата у 100 разів. У другому квадраті зі сто- роною 15•105 км мають поміститися Земля та її природний супут- ник Місяць, оскільки відстань від Землі до Місяця дорівнює 384 400 км. Місяць має порівняно невеликі розміри: його діаметр вчетверо менший за діаметр Землі. Об’єм Місяця менший за об’єм Землі майже в 50 разів. Щільність речовини Місяця дорівнює 3,3 г/см3, а маса — 1/82 маси Землі. Сила місячного притягання вшестеро менша за силу земного, тому Місяць нездатний утримувати швидкі газові молекули і тому на ньому немає атмосфери. У тре- тьому квадраті зі стороною 15•107 км розмістяться Сонце і три най- ближчі до нього планети: Меркурій, Венера і Земля, відстані яких від Сонця дорівнюють відповідно 57,94; 108,26 і 149,509 млн км. Четвертий квадрат зі стороною 15•109 км вмістить майже всю Со- нячну систему: Сонце, Меркурій, Венеру, Землю, Марс, астероїди, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон та деякі орбіти комет. Від- стань від Сонця до найвіддаленішої з планет — Плутона стано-

вить 5,917•109 км.

Сонце — це величезна розпечена газова куля діаметром 1 341 тис. км, що в 109 разів перевищує діаметр Землі. Температура його поверхні дорівнює 6000 °С, а надр, за розрахунками астрофізи-

ків, сягає 20 000 000 °С.

9

Рис. 1.1. Схема будови Всесвіту

10

За результатами спектрального аналізу, в атмосфері Сонця міс- титься більшість відомих на Землі хімічних елементів. З них за об’ємом на частку водню припадає понад 80 %, на частку ге- лію ~ 18 %, а на решту 64 елементи — 2 %. Сонце випромінює у сві- товий простір величезну кількість енергії — (1,4 – 1,6) • 1021 Дж/с. Внаслідок випромінювання воно щосекунди втрачає 4 млн т своєї маси. За 2 млрд років Сонце втратило всього 1/7500 частину своєї маси. З усієї кількості випроміненої Сонцем енергії Земля одержує тільки 1/2 200 000 000 частку.

Такий незначний відсоток енергії створює сприятливі для життя на нашій планеті кліматичні умови.

За фізико-хімічними властивостями всі планети Сонячної систе- ми можна розділити на дві групи: внутрішні, близькі до Сонця і ві- домі як планети земного типу (Меркурій, Венера, Земля і Марс) і зовнішні, віддалені від Сонця (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон). Характерні особливості планет земного типу — незначні розміри, відносно повільне обертання і велика щільність, а зовніш- ніх — великі розміри, що в десятки разів перевищують розміри планет земного типу (рис. 1.2), швидке обе- ртання навколо влас- ної осі (наприклад, період обертання Юпі- тера 9 год 50 хв) і ма- ла щільність.

У п’ятому квадраті зі стороною 15•1011 км (див. рис. 1.1) у межах його величезного про- стору крім Сонячної системи більше нічого немає: на відстані, яка в 10 тис. разів пере- вищує розміри Соняч- ної системи, не знай-

1 Світловий рік — це відстань, яку долає світло за рік (~ 9,4605•1015 м). Швид- кість поширення світла у вакуумі близько 300 000 км/с.

11