Минералогия - Потёмкин М.П. 1939

Похожие

Минералогия и геология

История минералов земной коры. Том 2. Выпуск 1

Природа, № 7-8 1928

Природа №05 за 1931 год

Текст

МИНЕРАЛОГИЯ и ГЕОЛОГИЯ
УЧЕБНИК ДЛЯ 10-го КЛАССА СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Под редакцией проф. А. А. ЧЕРНОВА
Утверждено Наркомпросом РСФСР
ИЗДАНИЕ ПЯТОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НАРКОМПРОСА РСФСР
МОСКВА * 193d
М. П. Потемкин и В. В. Малинко. Минералогия и геология.
Гисударственное учебно-педагогнчесдое издательство Наркомпроса РСФСР» 1939 г, Издание шестое.
Отв. редактор Л1. В. Щербакова.
Уполномоченный Главлита А-2003.
Техн, редактор rf. И Иванов Корректор А. М. Коган.
Подписано к печати с матриц 26 IV 1939 года Индекс У-2. Учпедгиз М 12128 Тираж 150 000.
Издательских листов И. Учетно-авт. листов • * Фопмаг бумаги 60x92*/!,. бумажных листов 5‘/в.
Тин. знаков в 1 бумажном листе и 1 000. Заказ 378. Бумага № 2 Камской ф ки
Отпечатано с матриц в 17-и тип. нац. книги Огиза РСФСР треста „Полиграфкнцга Москва, Шлюзовая наб., д. 10.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Стр.
Оглавление ..................................................... 3
От редакции...................................................
Введение
Задачи геологии и минералогии.................................. 5
Краткий очерк развития геологических знаний..................... 7
I. Основы минералогии.
1. Общая характеристика минералов............................... И
2. Характеристика кристаллического состояния................... 12
3. Симметрия в кристаллах...................................... 16
4. Физические свойства минералов............................... 20
5. Химические свойства минералов............................... 22
6. Химическое исследование минералов........................... 23
7. Образование (генезис) минералов............................. 25
8. Классификация минералов..................................... 32
9. Элементы.................................................... 33
10. Онислы и водные окислы кремния............................. 35
И. Окислы и водные окислы железа (железные руды).............. 38
12. Двуокись марганца (марганцевая руда)....................... 40
13. Силикаты (соли кремневых кислот)........................... 40
14. Прочие соли кислородных кислот............................. 43
15. Галоидные соединения....................................... 48
16. Сернистые соединения (сульфиды)............................ 49
II. Основы учения о геологических процессах и о породах, ими образуемых.
1. Факторы образования горных пород и классификация последних . 51
2. Вулканизм и магматические горные породы..................... 51
3. Описание магматических горных пород......................... 61
4. Процессы, обусловливающие образование осадочных горных пород 68
Выветривание.............................................. 68
Перенос продуктов разрушения.............................. 71
Отложение осадочных пород................................. 85
5. Описание осадочных горных пород............................. 89
Элювиальные отложения..................................... 90
Обломочные породы......................................... 90
Органогенные горные породы................................ 93
Отложения химического происхождения....................... 98
6. Движения земной коры........................................ 98
7. Метаморфизм горных пород................................... 114
III. Основы истории земной коры.
1. Происхождение Земли........................................ 117
2. Восстановление истории земной коры и геохронология......... 120
3. Архейская и эозойская эры.................................. 127
4. Палеозойская эра (эра древней жизни)....................... 131
5. Мезозойская эра (средняя эра жизни) ....................... 146
6. Кайнозойская эра........................................... 154
7. Абсолютная длительность истории Земли...................... 161
8. Гипотезы об основных причинах историко-геологического процесса 165
9. Геологические карты и профили ............................. 173
ОТ РЕДАКЦИИ.
Пятое издание учебника М. 11. Потемкина и В. В. Малинко «Минералогия и геология» не подверглось коренной переработке и выходит в свет лишь с самыми необходимыми исправлениями, касающимися явно устарелых мест и небольшого числа чисто научных поправок. Кроме того, в ряде мест изменено расположение материала в несколько иной последовательности, а соответ-твенно с этим переставлено несколько рисунков, а также уточнены и исправлены подписи под рядом других рисунков.
Особенно тщательному редактированию подверглись все карты, из которых часть исправлена, а часть заменена другими, более новыми и более точными.
Кроме того, во многих местах учебника введен ряд антирелигиозных дополнений, органически увязанных по ходу текста с основным материалом учебника.
Вместе с тем некоторые разделы учебника в настоящем издании набраны петитом с той целью, чтобы учитель в случае необходимости при том ограниченном времени, которое отводится для прохождения курса («Минералогии и геологии» в X классе, мог бы без ущерба их опустить.
ВВЕДЕН И Е.
Задачи геологии я минералогии.
Гео л о г п я-—слово греческое и в переводе на русский язык значит наука о земле, точнее—о той твердой коре, которой покрыта наша планета.
Земля имеет три оболочки: атмосферу, гидросферу и литосферу (твердую кору). Последняя и составляет предмет и з у че ни я геолога.
Геолог изучает строение литосферы—состав горных пород, из которых она построена, а также процессы, происходящие в недрах земли и на ее поверхности. Кроме того, геолог по различным признакам геологических отложений, а также по находимым в слоях земли окаменелым остаткам животных и растений восстанавливает прошлое Земли, а вместе с тем и ее органического мира.
Для раэреше шя своих задач геология опирается на различные вспомогательные дисципли ты. Из них мы назовем пале онтологию, изучающую вымерший органический мир, минералогию, исследующую природные элементы и химические соединения, входящие в состав литосферы, ипетрографи ю—науку о горных породах, которые состоят из сочетания минералов и в земной коре слагают мощные толщи.
Настоящий учебник представляет собой объединение двух важнейших геологических дисциплин: минералогии и собственно геологии.
Что касается петрографии, то элементарные сведения этой науки даны в учебнике в непосредственной связи с темы геологическими процессами, которые образуют те или иные горные породы. Элементы палеонтологии содержатся в третьей части курса, которая посвящена истории земной коры (исторической геологии).
Геология представляет огромный, как практический, так и теоретический, интерес. На производственные задачи теперь направили свое внимание как геология в целом, так и ее отдельные отрасли.
Геологические знания помогают нам отыскивать в недрах земли всевозможные виды минерального сырья: металлы, топливо, материалы химической промышленности, минеральные удобрения, строительные материалы и пр.
Хозяйственная жизнь всякой страны неразрывно связана с недрами земли как сырьевой базой.
Практический интерес геологии исключительно велик в нашей стране победившего социализма. Наше социалистическое хозяйство особенно много требует и потребует в дальнейшем всевозможных видов минерального сырья.
Отношение нашей партии и советского правительства к геологии было высказано нашими вождями в 1937 г. на XV1J Международном геологическом конгрессе в СССР.
а
Па этом конгрессе товарищ Молотов сказал:
«Правительство и широкие массы трудящихся Советской страны высоко ценят... геологию, как великую науку, особенно тесно связанную с жизненными интересами народа.
В наших условиях, в стране социализма, где недра земли принадлежат самому народу, а не богачам-капиталистам, неисчислимые богатства земли познаются работниками науки в интересах трудящихся и полностью находятся в их распоряжении.
Понятно, что к работам вашего Конгресса был живой интерес в широких слоях трудящихся нашей страны. Поэтому же в нашей стране созданы благоприятные условия для развития паук, в частности для развптпя такой науки, как геология. И могу вас заверить, что в дальнейшем эти условия для развития геологии в Советском Союзе будут еще более благоприятны» С
Каковы были результаты этой заботы в отношении геологии, выявления запасов полезных ископаемых, было высказано академиком Губкиным на том же конгрессе:
«До революции запасы железа в царской России исчислялись в 2 миллиарда тонн. Теперь запасы высоких категорий исчисляются в 10 миллиардов тонн, а если учесть и запасы курской магнитной аномалии, то они исчисляются в 200 миллиардов тонн. Это составляет свыше 50% мировых богатств железа. В 1913 г. на международном конгрессе в Канаде запасы угля в царской России исчислялись в 230 миллиардов тонн; в настоящее время запасы угля в нашем Советском Союзе исчисляются в 1600 миллиардов тонн. Нефтевла-дельцы царской России сидели на четырех нефтяных площадях, ве вели никакой разведывательной работы в стране и на деле не знали о нефтяных богатствах страны. В настоящее время нефтяные богатства Советского Союза составляют 6800 миллионов тонн, то-есть, больше половины мировых богатств нефти. Это означает, что по запасам нефти СССР стоит на первом месте в мире.
— Кому мы обязаны этими огромными достижениями?—спрашивает т. Губкин и отвечает под аплодисменты всего зала:
— Нашему мудрому советскому правительству, руководству великой коммунистической партии! Вот кто организовал науку, кто обеспечил развитие науки до того уровня, который дает нам право сказать: мы гордимся нашими достижениями»1 2.
И эти достижения сделала советская наука, порвавшая до кэнца с идеализмом, с религией, с псливщиной, которые способны лишь тормозить прогресс науки д закабалять трудящихся.
Наряду с этим государственные организации не раз обращались с призывом к краеведам, туристам, в частности же к молодежи, с целью поднять широкое общественное движение, направленное на открытие новых месторождений полезных ископаемых. Этот призыв дал свои результаты—советская исследовательская общественность внесла свою лепту в познание нашей страны.
Участие советской школы в этом движении должно быть исключительно велико, что обусловливает необходимость придать нашему предмету опоеделепную практическую установку.
1 «Правда», за 29 июля 1937 г.
2 Там ?ке.
6
Этот курс, давая основы геологии и минералогии, должен помочь учащимся овладеть на летних экскурсиях азбукой поисков. Такое прохождение курса будет крупным шагом па пути борьбы школы по реализации лозунга товарища Сталина «за овладение техникой».
Теоретическое значение геологических дисциплин также огромно. Оно заключается в том, что, изучая земную кору и сохранившиеся в ней остатки вымерших организмов, упомянутые науки позволяют нам понять историю развития как органической, так и неорганической природы, установить их взаимосвязь.
Таким образом, геология дает огромный материал для построения действительно научного диалектико-материалистического мировоззрения. Совершенно очевидно, что каждый культурный гражданин нашей страны должен хотя бы в общих чертах знать историю планеты, обитателем которой он сам является.
Все факты из области геологии находятся в коренном противоречии с так называемым «священным писанием» и вообще религиозным миросозерцанием. Во всех геологических явлениях, будут ли то процессы, происходящие в жизни минерального мира, или проявление сил, скрытых в глубинах земли, или же факты, установленные па основании изучения окаменелостей, мы на каждом шагу будем убеждаться, что все и всюду находится в движении и развитии, в появлении и уничтожении, в противовес религиозным догмам о неизменности Земли и сотворении ее единым творческим актом. Совершенно естественно, что в нашей социалистической стране, ведущей борьбу против религиозных предрассудков, за действительно научное мировоззрение, идеологическое значение геологических знаний чрезвычайно велико.
В соответствии с задачами геологии ставятся и задачи современной минералогии. Устанавливая те закономерности, знание которых дает нити к отысканию нужных минералов, минералогия перестала быть наукой только описательной и поставила себе более широкие и важные задачи: изучить химизм минералов и их происхождение. В последнее время из минералогии выделена новая наука—геохимия. Геохимия изучает процессы перемещения и взаимодействия химических элементов в связи с распределением их в земной коре, а также с условиями температуры и давления в ее толще. Встав на такой путь, геохимия уже делает интересные попытки предсказать распространение химических элементов и их соединений в том или ином участке земной коры.
Краткий очерк развития геологических знаний.
Все науки родились из практики жизни, и геология своим возникновением обязана горному делу. Нужда в металлах и другом минеральном сырье заставила человека углубиться в недра земли и заняться их изучением. Однако прошли века, прежде чем знание жизни земной коры стало на научное основание.
В течение всего древнего исторического времени и средних веков в человеческом обществе господствуют самые ложные, фантастические и часто нелепые представления о земле и ее жизни. Формы земной поверхности считаются неизменными, не допускается мысль о том, что моря в течение многих тысячелетий могут перемещаться из одних стран в. другие, а находимые в земле окаме

нелые раковины, отпечатки рыб и других ископаемых объясняются самым нелепым образом. Так, одни смотрят на них как на «первые неудачные попытки творения», другие утверждают, что окаменелости возникают под действием звезд, третьи приписывают их влиянию морского ветра на горные породы. Правда, наряду с этим еще греческий историк Геродот (V в. до и. э.) и известный философ и ученый древности Аристотель (IV в. до и. э.) высказывали мысль о существовании медленных колебаний суши и уровня моря, но эти приближающиеся к истине высказывания тонули в фантастичных и произвольных допущениях и не заложили научных оснований знаний о земле. Это научное невежество нашло особенно твердую опору в средние века в христианской церкви, поддерживавшей его в интересах господства феодалов. Естественно, что ученые средневековья всемерно стремятся свои открытия приспособить к вымыслам религии и факты нахождения морских раковин высоко на горах пытаются объяснить библейской сказкой о том, что будто бы разгневанный па людей бог когда-то затопил всю землю водой (библейский потоп). Ученые, терроризированные церковью средневековья, под угрозой смерти на плахе и на костре за свои научные открытия, не рисковали опубликовывать их, а тем более делать выводы, которые всегда неизбежно оказывались в противоречии с религиозными сказками о «миротворепии». Такое положение дел надолго задержало развитие геологических знаний.
Отдельные верные мысли о Земле, иногда высказывавшиеся в древние и средние века, вновь появляются в XVI в., на заре капитализма, когда молодая буржуазия для разрешения своих хозяйственных и политических задач почувствовала нужду в научных представлениях о природе. Так, разносторонний гений и величайший художник Леонардо да Винчи правильно объясняет природу окаменелостей и говорит о возможности восстановления истории Земли на основании изучения горных пород и ископаемых животных и растений. Но все же подавляющее большинство ученых, совершенно пренебрегая исследованием природы, продолжает создавать спекулятивные теория па основании своих кабинетных размышлений, приспособляя их к учению церкви.
С XVIII в. наука о земле вступает в новый этан развития. Появляются сочинения Бюффона, который впервые пытается порвать с вековыми предрассудками в области геологии и развивает мысль об изменении физико-географических условий жизни Земли; в нашей стране Ломоносов пишет «О слоях земных», где высказывает совершенно правильные взгляды как на происхождение окаменелостей, так и на геологические явления. Он указывает, что на основании изучения современных геологических процессов можно познать прошлое Земли, т. е. высказывает те идеи, которые в дальнейшем были выдвинуты Гюттоном, а еще позже прочно утверждены английским геологом Ляйэллем, о чем мы скажем ниже.
В конце XVI11 в. в геологии наметились два резко разграниченных течения—ву л канистов (англичанин Гюттон и др.) и нептунистов1, вдохновителем которых был немецкий ученый Вернер. Первые главную роль в жизни Земли и в образовании горных пород приписывали вулканическим процессам, вторые— воде. И если вулканисты доходили до такой крайности, что самые обыкновенные осадочные породы считали за остывшую лаву вулканов, то нептуиисты впали в другую крайность, утверждая, что почти все горные породы осели из водных растворов. Между этими группами ученых шла долгая и ожесточенная борьба.
1 В у л к а н—бог огня, II е п т у и—бог моря в древиепталийсьой мифологии.
8
В начале XIX в. огромный толчок развитию геологии дали работы выдающегося французское > ученого Кювье. Собрав огромное число окаменелостей, изучив и систематизировав их, ои положил начало палеонтологии и доказал, что в различных слоях земли находятся и различные формы ископаемых организмов, развив и прочно установив мысль, которая еще в 1799 г. была высказана Вильямом Смитом. Отсюда был сделан тот вывод, что по окаменелостям можно сравнивать между собой различные пласты земли по времени их образования.
Причину различия фаун в слоях земли Кювье объяснял геологическими катастрофами, которые в известные периоды земной истории целиком уничтожали животный и растительный мир Эти идеи, определенно тяготевшие к библейской легенде о всемирном потопе, впоследствии были развиты некоторыми учениками Кювье, утверждавшими, что после каждой катастрофы органический мир должен был вновь возникать на Земле благодаря вмешательству сверхъестественной творческой силы. Этот идеалистический, антинаучный взгляд на причину смены фаун в слоях земли был опровергнут в дальнейшем благодаря крупным успехам научного знания эпохи расцвета капитализма.
Быстро развивающийся в Европе капитализм предъявил громадные требования к различным научным дисциплинам, которые должны были обеспечить буржуазии развитие промышленности и сельского хозяйства Благодаря этому в XIX в. мы наблюдаем расцвет буржуазной науки. На базе промышленности, требующей развития горного дела, новый толчок получает и геология. В 1830 г. появляется известная работа Ляйэлля «Основные начала геологии», в которой автоп раскрывает, «насколько древние изменения земной поверхности могут быть отне
сены на счет причин, действующих в настоящее рис Чарльз Ляйэлль время», подводя под геологию научный, материалистический фундамент.
Труд Ляйэлля (рис. 1) вызвал целую революцию в геологической науке, доказав, что на основании изучения современных геологических явлений можно исследовать прошлое Земли, а также и то, что многие геологические процессы 'совершаются чрезвычайно медленно. Из учения Ляйэлля вытекало, что Земля насчитывает многие миллионы лет существования, а это в корне подрывало библейскую и вообще религиозную хронологию. Еще более сокрушительный удар церковному мировоззрению наносит появившаяся в 1859 г. теория Дарвина, прочно установившая эволюцию животного и растительного мира. Обе упомянутые работы дали мощный толчок к развитию исторического взгляда на природу вообще, а в отношении ископаемых они окончательно установили тог взгляд, что именно эволюционное развитие органического мира, связанное с изменениями окружающей среды, обусловливало смену фаун в течение всей истории Земли, поэтому теперь в слоях различной древности мы и обнаруживаем различные окаменелости.
Влияние трудов Ляйэлля и Дарвина на развитие геологической мысли было колоссально. Одяако следует отметить, что односторонность взглядов Ляйэлля, сказавшаяся в упрощенном приравнивании всех событий минувшего к совершающимся в наше время, геологическим процессам а также—
в признании постоянной медлительности всех геологических явлений, уже давно вызывала сомнения геологов. Что же касается современной геологии, то она далеко ушла от ляйэллевских представлений. Если огромное гремя, в течение которого длилась история Земли, не подлежит никакому сомнению, то мы теперь знаем, что Земля переживала не только медлительные периоды эволюции, но что эволюционные периоды перемежались с более энергично протекавшими, так называемыми революционными.
Во второй половине XIX в. был собран и обобщен Зюссом, Огом и другими учеными колоссальный геологический материал. В разрешении многих проблем геологии, изучении строения, истории и распространения ископаемых богатств нашей великой родины принимали участие и многие ученые нашей страны, среди них советские академики: Карпинский, А. П. Павлов. Левинсон-Лессинг, Обручев, Губкин, Архангельский, Ворисяк, Вернадский, Ферсман и др.
Особенно большие достижения в области изучения геологии СССР и выявления богатств его недр были сделаны после Великой Октябрьской социалистической революции. В результате всех этих работ «лик Земли» предстал перед нами в своей беспредельной динамике, т. е. в нескончаемой цепи всевозможных изменений, где строение литосферы, формы земной поверхности, а также различные представители литерального мира постоянно сменяются качественно иными.
На основе установленных современной геологией закономерностей жизни земной коры геолог по слоям горных пород и ископаемым ныне читает «великий дневник Земли», так же как грамотный человек читает полную захватывающего интереса иллюстрированную книгу, написанную на его родном языке. Это он делает несмотря на то, что многие каменные страницы летописи Земли сильно истерты рукой времени, а из некоторых ее глав они вырваны п вовсе уничтожены.
Такое чтение геологической летописи природы немыслимо без знания свойств и происхождения минералов и образуемых ими горных пород. С другой стороны, мы можем направить по верному пути поиски минералов и горных пород, полезных для человеческого общества, лишь тогда, когда их происхождение мы сумеем связать с историей земной коры, с определенными наслоениями, возникшими в процессе ее развития. Иначе говоря, знание геологии предполагает знание минералогии, и обратно.
Настоящий курс .мы начинаем с изучения основ минералогии.
T. О С НОВ Ы 51 И Н Е Р А П О Г И И.

1. Общая характеристика минералов.
Доступная нашему изучению часть твердой оболочки Что такое 5емли, или литосферы, имеет весьма сложный состав, минера I. g пей мы находим каменные породы, образующие горы и нередко выходящие на поверхность равнин—граниты, известняки, песчаники; почти всюду па поверхности земли залегают рыхлые породы—пески и глины. На любой экскурсии можно собрать целую коллекцию материалов, из которых слагается земная кора.
Более внимательное изучение состава этих материалов знакомит нас с рядом природных тел, из которых они слагаются. Рассматривая, например, мрамор, мы убеждаемся, что он состоит из массы мелких блестящих зернышек, которые при ближайшем исследовании оказываются кристалликами, имеющими определенный химический состав, именно представляющими собой углекислый кальций, или кальцит. Гораздо более сложный состав имеет гранит. В нем мы можем различить неправильной формы прозрачные зерна кварца, имеющие сероватый пли дымчатый цвет, розовые, желтоватые пли серые зерна полевого шпата; между ними вкраплены блестящие пластинки слюды—бесцветной или черного цвета.
Эти вещества возникли в природе в результате физико-химических процессов, совершающихся в земной коре.
Всякий продукт природных реакций более или менее определенного химического состава и однородного строения называется минералом.
Большинство минералов существует в природе в виде твердых тел, образующихся в литосфере. К таким минералам относятся уже упомянутые нами кварц, полевой шпат, слюда, кальцит. Однако под данное выше определение подходят и жидкие природные тела, например вода, а также и изредка встречающаяся в природе самородная ртуть. Наконец, минералом можно назвать и всякий природный газ, например выделяющиеся из трещин земной коры в вулканических областях углекислый или сернистый газы и пр. Минералы возникают не только в результате физико-химических процессов неживой природы, но, как мы увидим далее, нередко в их образовании принимают участие и живые существа.
В естественных условиях минералы обыкновенно горная порода, образуют скопления, Значительные минеральные скопления, из которых слагается литосфера, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий и поэтому по своему строению и составу имеющие более или менее однородный характер, называются горными породами.
11
К горным породам относятся и мрамор, и гранит, и песок, п песчаник. Если горная порода состоит из однородных минералов, как, например мрамор, она называется простои горной породой. Наобо-
рот, горная порода, как гранит, состоящая и.з нескольких минералов, называется сложной горной породой.
Человек широко использует в своей хозяйственной деятельности горные породы и минералы. Горные породы и минералы, используемые человеком, называются полезными ископаемыми. Для того чтобы овладеть полезными ископаемыми, необходимо узнать «жизнь» земной коры и слагающих ее горных пород, законы возникновения
и «жизни» минералов, наконец, свойства, их характеризующие.
Кристаллические п аморфные минералы.
Минералы встречаются в природе в двух состояниях. Нередко они имеют более или менее ясно выраженную форму многогранников, так называемых кристаллов. Например, горный хрусталь образует хо-
рошо выраженные шестигранные призмы, увенчанные на основаниях пирамидами; каменная соль образует кристаллы кубической формы (рис. 2) и т. д.
Рис. 2. Кристаллы горного хрусталя и каменной соли.
Другие минералы, например бурый железняк (водная окись железа) или опал (водная окись кремния), никогда кристаллов не образуют и поэтому называются аморфными (бесформенными) минералами.
2. Характеристика кристаллического состояния.
Общая характеристика кристаллического состояния.
Несмотря на то, что природные кристаллы при первоначальном знакомстве с ними производят впечатление прихотливой игры природы, в их свойствах и в процессах их образования открыты строгие за
кономерности, изучением которых занимается специальная наука—кристаллография. Надо отметить, что кристал
лическое состояние минералов характеризуется не только тем, что
4П
минерал приобретает ферму многогранника. Мало того, внешняя форма многогранника отнюдь не является главным признаком кристаллического тела. Минерал может утратить характерные для него внешние формы кристалла, не теряя своих кристаллических свойств. Самое характерное для кристалла за’ клю чается не в его наружной форме, а в его внутренних свойствах. Познакомимся же с внутренними свойствами кристаллических тел.
Возьмем две пластинки—одну из стекла, тела некри-Отвошеии»* сталлического. и другую из гипса, вырезанную по кристаллов "1Г
к теплоте длинной оси кристалла. Покроем пластинки тонким слоем воска и прикоснемся к их поверхности нагретой стеклянной палочкой. Теплота, распространяясь ио пластинкам, растопит воск на некотором расстоянии во все стороны от палочки.
Рис. 3. Опыт с теплопроводностью кристаллических тел; налево — стекло, направо—пшс.
На стекле расплавленный воск будет иметь правильную форму круга, на гипсе же—форму эллипса (рис. 3). Значит, в стеклянной пластинке теплота распространяется совершенно равномерно во все стороны, в то время как в гипсе распространение теплоты идет быстрое вдоль кристалла, чем в поперечном направлении. Таким образом, в к р и-сталлических телах теплопроводность меняется с изменением направления распространения теплоты.
При изучении степени расширения кристаллических тел от нагревания обнаружено, что у них в зависимости от направления м е-няется и коэфициент теплового расширения.
„ .. Это изменение свойств кристаллов в различных
направлениях обнаруживается и в отношении сцепления их частиц. Многие кристаллические минералы легко раскалываются лишь по совершенно определенным плоскостям. Свойство это называется спайностью кристаллических тел. Так, кубические кристаллы каменной соли хорошо раскалываются на кубики (рис. 4). Спайность можно также хорошо наблюдать на кристаллах слюды, очень легко распадающихся на тонкие листочки при слабом надавливании.
У разных минералов спайность выражена в различных степенях совершенства. В то время как кристаллические минералы с совершенной спайностью при расколах в направлении спайности обра
зуют ровные, плоские поверхности, минералы с несовершенной спайностью, а также некристаллические минералы дают неправильный, например «раковистый», излом.
Замечательным свойством кристаллических минера-
Двойпое луче- лов является их двойное лучепреломление, которое преломление. „
можно наолюдать особенно хорошо у разновидности известкового шпата—так называемого исландского шпата. Если кусок исландского шпата, отколотого по спайности, положить
на печатный текст, то сквозь
Рис. 4. Плоскости спайности каменной соли, пересекающиеся под прямым углом.
кристалл мы увидим двоящееся изображение печати (рисунок 5). Это объясняется неодинаковой скоростью распространения в кристаллах в двух различных направлениях световых колебаний, что и обусловливает различную степень преломления света в этих направлениях.
Таким образом, и световые с в о й с т в а к ристал л о в меняются в зависимости от направления.
Все вышеизложенное при-
кристаллическое состояние его свойств.
водит к заключению, что характеризуется вектс реальностью1
Анизотропные и изотропные тела.
Вещества, свойства которых векториальны, называются
анизотропными (неравносвойственными) в отличие от изотропных (равносвойственных) некристаллических веществ.
У изотропных тел свойства во всех направлениях без всякого перерыва сохраняют одно и то же значение, в то время как у анизотропных тел распределение свойств в пространстве носит прерывистый
Рис. 5. Двойное лучепреломление исландского шпата.
характер.
Какую бы часть кристалла
Мы ни подвергли испытанию, она всегда будет обладать свойствами целого кристалла, причем свой
ства в каждой части кристалла будут распределяться так же, как
1 Вектором начинается величина, обладающая не только определенным численным значением, но и определенным направлением.
14
в целом кристалле. Следовательно, каждый кристалл можно рассматривать как совокупность частей, совершенно однородных и закономерно ориентированных в пространстве. Иначе говоря, при своей анизотропности кристаллическое тело однородно. Отсюда можно сделать вывод, что если в разных направлениях свойства кристалла
различны, то в направлениях параллельных они
сохраняю
Закон постоянства трапных углов,
т одно и то же значение.
Как и в каждом многограннике, в многограннике кристаллическом плоскости, ограничивающие его, называются гранями. Линии пересечения граней называются ребрами. Пространство, заключенное
между двумя пересекающимися гранями кристаллического многогранника, будет его двугранным углом. Пространство же, заключающееся между сходящимися в одной точке гранями, будет телесными углами многогранника. Грани, ребра и углы кристалла полу-
Рис. 6. Постоянство гранных углов квасцов-
слева—сросток кристаллов квасцов; справа—отдельные кристаллы, сохраняющие постоянство гранных углов.
чпли наименование элементов ограничения кристаллического многогранника, При изучении свойств кристаллических многогранников выяснилось, что далеко не все элементы ограничения для них одинаково характерны. Чтобы выяснить относительное значение элементов ограничения для характеристики кристаллического многогранника, остановимся на образовании кристаллов, например на кристаллизации поваренной соли. Кристаллизация поваренной соли происходит из ее водного раствора при перенасыщении последнего. При этих условиях поваренная соль выделяется в форме кубических кристалликов. Рост кристаллов происходит путем осаждения частиц соли по граням куба. Этот рост будет равномерным лишь тогда, когда внешние условия по всем направлениям роста кристалла будут одинаковы, а следовательно, будет одинаков и приток вещества ко всем граням. В природе, это бывает далеко не всегда. Допустим, что наибольший приток материала будет к одной грани растущего кристалла соли. Тогда кристалл будет быстрее расти в одном направлении, и вместо куба образуется призма, боковые стороны которой будут уже не квадратами, а прямоугольниками. То же самое легко можно наблюдать в отношении квасцов, образующих кристаллы с гранями различной формы; однако и у них гранные углы всегда неизменны (рис. 6). Таким образом, величина и форма граней в кристалле одного и того же вещества могут меняться^ однако гранные углы кристалла при этом
остаются неизменными (у кристаллов поваренной соли они всегда сохраняются прямыми). В этом
№11Ш1Ш!1ПШП1!11111Ш11111111ииИ1111!!!1’1
Рис. 7. Гониометр.

заключается один из основных законов кристаллообразования—закон постоянства гран-ных углов. Отсюда ясно, какое большое значение имеет измерение двугранных углов кристаллов различных минералов для их определения. ।
И Измерение двугранных углов кристаллов производится при помощи приборов, называемых гониометрами. Самый простой гониометр, употребляемый только для приблизительных измерений, состоит из полукруга, разделенного на градусы (рис. 7). К его диаметру прикреплена линейка, > центр полукруга. Измеряемый
Ератпагощаяся около оси, проходящей чере: двугранный угол кристалла ущемляется между линейкой и диаметром полукруга. Отсчет делений на последнем и даст величину измеряемого угла.
Понятие о кристаллической симметрии.
3. Симметрия в кристаллах.
Изучение кристаллических форм минералов обнаружило, что в громадном большинстве случаев в кристаллах существует правильная повторяемость свойств в некоторых направлениях. Это касается не только углов, граней и ребер кристаллических многогранников, нои остальных их свойств. Эту правильную
повторяемость можно обнаружить, например, в распределении плоскостей спайности в кубических кристаллах каменной соли, в очертаниях эллипсиса теплопроводности на пластинке гипса и т. п.
П равилъная повторяемость элементов ограничения, а также других свойств кристаллов в onределенных направлениях называется кристаллической симметрией.
Наиболее ческой форме.
Плоскость симметрии, веденной через
отчетливо симметрия кристаллов выявляется в их геометри-
Одинановые грани и одинаковые углы кристалла могут повторяться с двух противоположных сторон какой-либо плоскости, мысленно промногогранник.
Плоскость, по ту и другую сторону которой повторяются одинаковые элементы ограничения и другие свойства кристалла, называется плоскостью сим-мет ри и.
Плоскость симметрии имеет свойство зеркалъност и: каждая из частей рассеченного плоскостью симметрии кристалла вполне совмещается с зеркальным изображением другой, т. е. является как бы ее зеркальным изображением.
На рисунке 8 видно, что в кристаллах, имеющих форму куба, можно провести 9 плоскостей симметрии. Впишем теперь в куб многогранник, ограниченный 8 правильными треугольниками (рис 9), тан называемый октаэдр. Сопоставляя вписанный в куб октаэдр с расположением плоскостей симметрии в кубе, мы можем лепю убедиться, что октаэдр ими также рассечется на симметричные половинки. Таким образом, октаэдр имеет те же 9 плоскостей симметрии, чти и куб,
Рис. 8. Плоскости
симметрии куба.
16
В шестигранной (гексагональной) призме (рис. 1П) 3 плоскости симметрии проходят через противоположные ребра, 3—через середины противоположных граней и 1 плоскость под прямым углом пересекает продольную ось кристалла. Таким образом, в гексагональной призме
Рис. 9. Октаэдр, вписанный в куб.
Рис. 10. Оси симметрии в гексагональной призме.
Плоскость симметрии обозначается буквой Р. Коэфпцнепт, поставленный перед этой буквой, показывает число плоскостей симметрии в кристаллическом многограннике. У куба и октаэдра мы имеем 9Р, у гексагональной призмы—77J. Линия, вокруг которой правильно повторяются элементы Ось симметрии. ограничения кристаллического многогранника и его другие свойства, называется осью симметрии. Ось симметрии характеризуется тем, что при повороте вокруг нее на некоторый угол криста л л и ч е с к о г о м п о г о г р а н-и н к а он вполне совмещается во всех своих свойствах с о с в о и м начальным поло ж ен п ем.
Если на протяжении полного оборота (на 360°) многогранник совмещается со своим исходным положением 2 раза (т. е. при повороте на 180°), мы будем иметь ось симметрии второго порядка; при совмещении 3 раза (поворот на 120°)— ось симметрии третьего порядка и т. д. Оси симметрии обозначаются следующим
Рис. 11. Оси симметрии в кубе.
образом: Z2, Z3, Z4, I6 На основании однородности кристаллического состояния, а также исходя из того, что материальные частицы в кристалле не могут сближаться на бесконечно малые расстояния, в кристаллографии доказывается, что в кристаллическом многограннике могут быть только перечисленные выше 4 осп симметрии.
В кубе через противоположные вершины трехгранных углов можно провести 47?, через середины противоположных квадратных граней 37?, наконец, через середины шести пар противоположных ребер 67? (рис. 11).
То же самое количество соответствующих осей симметрии имеет октаэдр.
Что касается гексагональной призмы, то в ней имеется олна 7?, проходящая вдоль кристаллического многогранника; кроме тоги, в ней можно провести 67?—через три пары противоположных ребер и через середины трех пар противоположных граней (рис. 11).
Кроме плоскостей и осей симметрии, в кристаллических Центр многогранниках могут существовать еще центры симметрии.
симметрии. Центром симметрии кристаллического многранника назы-
вается точка, в диаметрально-протиеополомсных направлениях от которой располагаются одинаковые элементы ограничения и другие свойства многогранника.
2 Минералогия и геология
17
Внешним выражением наличия центра симметрии в кристаллическом многограннике является присутствие у него параллельных гранен и ребер. В кристаллическом многограннике нэ может быть больше одного центра симметрии. Обозначается он буквой С. Его легко найти и в кубе, и в октаэдре, и в гексагональной призме, так как он находится в точке пересечения осей и плоскостей симметрии
кристаллов.
Кристаллографические классы и системы.
Плоскость, ось и центр симметрии называются элементами симметрии кристаллических многогранников. В кристалле они находятся во взаимной связи.>
В гексагональной призме не может быть пи больше, ни меньше
шести осей симметрии второго порядка, так как они связаны между собой осью симметрии шестого порядка. Три оси симметрии четвертого порядка в кубе связаны между собой осями симметрии третьего порядка.
Последних же может быть только 4.
так как большее или меньшее их количество шло бы вразрез с существованием осей симметрии четвертого порядка.
Благодаря зависимости одних элементов симметрии от других сочетания их весьма ограничены. Оказывается, что возможны только 32 комбинации различных их группировок, или, как гово-
Рис. 12. Образцы многогранников шести кристаллических систем.
Слов-, направо—верхний ряд: правильная, гексагональная,квадратная; ии.кний ряд: ромбическая, моноклиническая, триклнничеснан.
рят, 32 криеталлограгричееких класса.. Эти классы условно разбиваются по степени сложности на 6 «систем» (сингоний). Приводим наименования этих систем с наиболее типичным для них наличием элементов симметрии:
С — триклиническая,
LPCP — моноклиническая,
Если правильная система имеет симметрии, триклиническая имеет только
3IPC3P — ромбическая, L^eiPC'i'Р — гексагон ‘лъная IP4L-C5P — квадратная, pL^lLPjL-CdP — правильная.
Ознакомимся на рисунке с характерными представителями каждой системы (рис. 12).
наиболее сложную комбинацию элементов центр симметрии, в простейшем же
случае совсем не имеет симметрии. Рассмотренные нами кристаллические многогранники относятся к высшим системам: куб и октаэдр—к правильной, а шестигранная призма—к гексагональной.
ГЗ приведенной таблице для каждой системы показано наиболее полное
возможное сочетание элементов симметрии. Такое сочетание элементов симме.
Рис.13. Образование тетраэдра из октаэдра при исчезновении центра симметрии.
трип, называемое полноп юскостиым, пли голоэдрическим, обусловливает образование наиболее симметричных кристаллических форм, например в правильной системе куба, октаэдра и пр.
Однако в природе встречаются кристаллические многогранники, в которых некоторые элементы симметрии, характерные для голоэдрии, исчезают. Так, если в правильной системе исчезнет центр симметрий, то вместо октаэдра (вись-
мигранннна) разовьется другой многогранник, в котором нет параллельных противоположных граней (рис. 13), именно четырехгранник—тетраэдр, ограничен ный четырьмя правильными треугольниками. Рассматривая тетраэдр, легко убедиться, что выпадение центра симметрии повлекло за собой и исчезание осей симметрии четвертого порядка, количество осей симметрии второго порядка сократилось до трех, количество плоскостей симметрии—до шести. Такие формы называются неиолноплоскостпымп, или гемиодричсо. ими, формами.
При кристаллизации минералов в простейшем случае все гра-Простые формы ни ребра и углы образующегося кристалла неразрывно свя-п комбинации. заны между собой элементами симметрии. Получается простая кристаллическая форма, примером которой могут служить кубические кристаллы каменной солп Но иногда кристаллы последней имеют форму кубов, у которых трехгранные углы срезаны треугольными
Рис. 14. Образцы комбинаций правильной системы.
Комбинация куба и октаэдра с преобладанием куба. Октаэдр, вписанный в куб, объясняющий образование комбинации. Комбинация октаэдра и куба с преобладанием октаэдра.
гранями (рис. 14). Эти грани связаны между собой по законам симметрии, но между ними и элементами куба никакой связи не существует.
Из рисунка 14 ясно видно, что эти поверхности являются гранями недоразвившегося октаэдра. 13 случае их б.,.' ь-шего развития кристалл соли может обратиться в октаэдр с телесными углами, срезанными квадратными гранями недоразвившегося куба. Такое сочетание различных многогранников, обычное у минера
Рис. 15. Сложные кристаллические комбинации. Слега—комбинация шести кристаллических многогранников с го<иодствующсй кубической формой. Справа—комбинация трех кристаллических много-граннлков с господствующим октаэдром.
лов, в отличие от простых кристаллических форм носит название комбинаций. Иногда эти комбинации весьма сложны, представляя сочетания четырех, даже шести кристаллических форм (рис. 15).
Иногда кри-
Двинники. сталлы срастаются между собой по-двое, по-трое и более. Такое срастание нередко происходит по определенным законам между неделимыми одинаковой фирмы и одинаковой величины: сросшиеся кристаллы располагаются по отношению друг н другу под совершенно определенными углами |6()°, 120°, 1Яб°). Такие сросшиеся кристаллы называются двойниками. При
Рис. 16. Двойники гипса.
Слева-—прошел кристалл гипса, следующие.—его двойники.
19
меры двойникового срастания часто дает гипс (рис, 16). Из рисунка мы видим, что в двойниках кристаллы не только срастаются друг с другом, но иногда вполне прорастают один другой. Одним из выражений двойникового срастания является наличие в кристаллическом многограннике входящих углов.
4, Физические свойства минералов.
Кристаллические агрегаты.
редко. Для их
Для определения минералов совершенно недостаточна кристаллическая форма. В природе совершенно правильные кристаллы встречаются сравнительно образования необходимы особо благоприятные усло-
вия, не представляющие препятствий для свободного проявления
Рис. 17. Друза горного хрусталя
кристаллической формы. Гораздо чаще кристаллы возникают в условиях,не допускающих свободного их образования. Обычно не вполне развившиеся кристаллы сидят на какой-либо породе, либо образуют сростки. Когда группа кристаллов, сросшихся одним концом, имеет общее основание, такой сросток называется друзой (рис. 17). Если нарастание минерального вещества идет во все
Рис. 18. Конкреция серного колчедана в разрезе.
стороны от центра (иногда вокруг какого-либо постороннего тела), такое скопление называется конкрецией (рис. 18) Бывают случаи еще более тесного соединения кристаллов, когда в общей массе трудно восстановить без специальных" вспомогательных приемов (химического анализа и пр.) характер слагающих пх минеральных особей; такие сростки называются обычно кристаллическими агрегатами. Примером кристаллических агрегатов являются многие горные породы: гранит, мрамор и т, п. Иногда минеральные неделимые так незначительны, что их можно обнаружить только в микроскоп; такие агрегаты называются скрытокристаллическими. Скрытокристаллическую структуру имеет кремень, состоящий из микроскопически малых кристаллов кварца с примесью амюрф-
V?
встречаются минералы
ни го кварца и глины.
Пеавдоиор- Наконец, в природе иногда
фазы. в совершенно несвойственной им кристаллической
форме. Так., гипс, кристаллизующийся обычно в мало-симметричной моноклинической системе, иногда встречается в виде кубических неделимых. Объясняется это тем, что гипс выкристаллн-
20
зовался и заполнил полость, образовавшуюся путем растворения кристаллов каменной соли, водой, циркулирующей в лктзефоре. Такие «сложные» кристаллы получили название псевдоморфоз (ложнокристаллов), Псевдоморфоза может произойти и путем медле иого изменения химического состава минерала при сохранении его внеш-них очертаний. Конечно, эта внешняя форма совершенно не отвечает внутренним кристаллическим свойствам минерала, давшего псевдоморфозу.
Из всего сказанного ясно, что для распознавания минералов совершенно недостаточно ограничиться изучением их внешней формы, во необходимо определить весь комплекс их физических и химических свойств.
„ t Среди физических свойств минералов большое зна-
чение для опознавания имеет их твердость. Твердость минералов определяется сопротивлением, сказываемым, вли при царапании их определенными испытательными минералами. Минер алы -испытатели располагаются в порядке возрастания ни твердости в специальную так называемую шкалу твердости.
Шкала твердости.
1. Тальк
2. Каменная соль -
3. Известковый шпат
4. Плавиковый шпат
5. Апатит
6. Ортоклаз (полевой шпат)
7. Кварц
8. Топаз
9, Корунд
10. Алмаз
Допустим, что для испытания твердости мы берем магнитный железняк. Этот минерал чертится полевым шпатом, но сам не чертит последнего. Следовательно, полевой шпат тверже магнитного железняка. Но магнитный железняк не чертится нижерасположенным в шкале твердости апатитом. Таким образом, по твердости магнитный железняк лежит между апатитом и полевым шпатом, т. е. твердость его равна (приблизительно) 5,5. В практике полевого исследования нередко употребляют вместо этих минералов «заменители твердости», позволяющие с известным приближением определять твердость минералов. Эти заменители следующие:
Твердость.
Мягкий карандаш .........около 1
Ноготь........................ » 2—21/3
Медная монета.......... » 3—4
Кусочек стекла................ » 5
Перочинный нож................ » 6
Напильник (пли кварц)......... » 7
Этих предметов вполне достаточно для определения твердости самых распространенных минералов.
«, .. Большое значение для определения минералов имеет
минералов. их удельный вес, показывающий, во сколько раз минерал весит больше или меньше равного объема воды. Удельный вес минералов колеблется в больших пределах: так, нефть имеет удельный вес, равный 0,8, в то время как платина 21. Ь же взвешивая минерал па руке, иногда можно его опознать
21
по его удельному весу. Конечно, при точных определениях должен быть применен
Отношение минералов к свету»
прием взвешивания на весах.
Характерно для минералов их отношение к свету. Поверхность минералов отражает свет в большей или меньшей степени. Некоторые минералы имеют тусклую, матовую поверхность; другие, наоборот,
имеют блестящую поверхность. Различают блеск металлический и неметаллический, стеклянный, перламутровый и пр.
Кроме блеска различают еще и цвет минералов. Есть минералы совершенно бесцветные, например чистый горный хрусталь. Другие имеют цвет, присущий веществу, их составляющему, например зеленый малахит (вообще металлические соединения). Наконец, есть минералы, окрашенные посторонними примесями. Так, дымчатый кварц может быть окрашен примесью к нему органического вещества.
Нередко порошок минерала имеет характерную окраску, отличную от окраски его сплошных кусков. С окраской порошка минерала знакомятся, проводя куском минерала черту на какой-либо белой поверхности—обычно на шероховатой, не покрытой глазурью поверхности фарфора. Н апример, в сплошных кусках подчас трудно отличить друг от друга красный, бурый и магнитный железняки; по черте же они легко распознаются: у красного железняка черта вишнево-красная, у бурого—бурая пли желтая, а у магнитного—черная.
5. Химические свойства минералов.
Каждый минерал характеризуется определенным хи-Мипероьпые мическим составом. Однако в природе почти нет совершенно химически чистых минералов.
При своем образовании минералы захватывают частицы посторонних веществ из окружающей среды, которые оказываются как бы взвешенными в веществе минерала. Иногда эта примесь так значительна, что количественно даже преобладает над веществом минерала. Обычно эти примеси различимы только в микроскоп. Однако иногда они имеют характер крупных, видимых простым глазом включений. rJ ак, в каменной соли невооруженным глазом часто можно различить различной формы полости, содержащие болотный газ, воду и. другие жидкие и твердые включения.
Окраска многих минералов, например рубина, аметиста и т. д., обусловливается тем, что в основной массе минерала примешаны окрашивающие вещества.
Частицы примеси, не превышающие 0,1 ц, уже не различимы в самые сильные микроскопы. Если каждая частица при этом представляет собой соединение большего или меньшего количества молекул примеси, то мы имеем перед собой мелкую дисперсию вещества, так называемый твердый коллоидальный раствор. Характерной особенностью коллоидальных рас!норов является то, что растворенное вещество никогда не выделяется из растворителя в виде кристаллов Если же равномерно рассеянные в коллоидальном растворе частицы начинают соединяться, они иногда образуют в растворителе нечто вроде скелета (или губки), в промежутках которого удерживается минерал-растворитель. Тогда типичный коллоидальный раствор—ноль—переходит в новое коллоидальное состояние— так называемый гель, часто имеющий вид студня. Все аморфные твердые минералы, например бурый железняк, опал, являются именно такими гелями, осевшими (коагулировавшими) из водных коллоидальных растворов и в промежутках между основным веществом удерживающими значительное количество воды.
22
Наконеп. высшую степень рассеяния вещества представляют тан называемые истинные растворы.. .Здесь рассеяние вещества aaei уже гак называемую молекулярную дисперсию. При молекулярной дисперсии происходит распадение до молекул и ионов, взаимное проникновение молекул смешивающихся веществ. Это смешение не переходит все же в химическое соединение. В отличие oi химических соединений в твердом растворе смешивающиеся вещества входят в смесь в неопределенных весовых отношениях, причем свойства смеси обычно представляют среднее между свойствами входящих в смесь веществ.
__ Кроме того, в природе встречаются так называемый
1 * ’ ‘ изоморфные смеси.
Есть минералы, имеющие неодинаковый химический состав и кристаллизующиеся в одинаковых строениях.
Это явление называется изоморфизмом.
Ярким примером изоморфных минералов являются разности полевого шпата: альбит (NaAlS.i3O8) и анортит (CaAJ ,Si2O8)- Они могут образовать часто встречающиеся в природе разнообразные изоморфные смеси, так называемые плагиоклазы.
В природе существует и обратное изоморфизму явление, когда два минерала, обладающие совершенно одним и тем же химическим составом, резко отличаются друг от друга своими кристаллическими, физическими и химическими свойствами.
Такое явление называется нолимо] физмом.
Примером полиморфизма могут служить алмаз и графит. Оба эти минерала состоят из углерода, и тем не менее между ними существуют резкие различия. Алмаз кристаллизуется в октаэдрах или других формах правильной системы, графит же—в гексагональных пластинках. Алмаз имеет наивысшую твердость (10), а графит наинпз-шую (1). Удельный вес алмаза 3,5, графита 2,2. Алмаз прозрачен, графит же непрозрачен. Алмаз легче сгорает в кислороде, чем графит, и т. д. В настоящее время чисто опытным путем доказано, что различие свойств этих минералов теснейшим образом связано с различным расположением их атомов в пространстве.
6. Химическое исследование минералов.
Знание химического состава минералов имеет громадное Сухой и мок- практическое и теоретическое значение. Изучая химический рый анализ. состав минералов, мы не только раскрываем возможности его практического применения, но и устанавливаем закономерные связи между его составим и различными его свойствами. Приемы химического анализа минералов те же, что в химии вообще. Обычно минерал измельчается в порошок и переводится в раствор действием на него воды или кислот. Затем в полученном растворе при помощи химических реактивов определяются составляющие его элементы. 'I аким образом, этот анализ ведется «мокрым путем». Но в минералогии особенно широко употребляется «сухой путь», сравнительно редко практикуемый в химии Сущность его заключается в том, что испытуемый минерал подвергают действию сильного жара, окислительным и восстановительным процессам в пламени, и по различным, получающимся при этом явлениям судят о присутствии в минерале тех или других элементов. Этот способ дает возможность производить опыты с ничтожными количествами испытуемого вещества.
Для получения сильного жара при анализе минералов упо-ГГаяльная требляется паяльная трубка (рис. 19). В качестве паяльной трубка. трубки может служить обыкновенная стеклянная трубка, если один конец её, изогнув под углом, яаплавить так, чтобы осталось увкое отверстие, Специально приготовленная паяльная грубка сделана
23
из металла и в колене имеет резервуар, где воздух прп продувании сгущается и дает из узкого бокового отверстия трубки равномерный ток.
С паяльной трубкой работают как на пламени газовой горелки, так п на пламени и рос гой свечи. При этом надо иметь в виду, что в пламени свечи можно различить три слоя. Внешний, слабо светящийся горячий слой благодаря избытку кислорода обладает окислительными свойствами, наоборот, внутренние, менее горячие слои пламени (ярко светящийся средний и внутренний темный) благодаря недостатку кислорода обладают восстановительным свойством. Вообще говоря, пламя свечи имеет недостаточно высокую температуру. Однако прп помощи паяльной трубки ее можно поднять во внешнем слое до '1OOU0.
При помощи пламени свечи и паяльной трубки произво-
Методы дптся испытание на плавкость. Легко плавящийся минерал
анализа, оплавляется уже при внесении щипчиками его осколка во
внешний горячий слой пламени, но на тугоплавкие минералы приходится действовать паялыюй трубкой.
Присутствие тех или иных элементов в минерале можно определить благо-
пламя, они окрашивают его в определенный цвет. Так, например, натрий (входящий в состав каменной соли) окрашивает пламя в желтый цвет, соединения меди, смоченные соляной кислотой,— в зеленый цвет и т. д.
При испытании минерала широко применяется проба на угле. Для этого в куске древесного угля делается углубление (рис. 20), в него помещают небольшой обломок испытуемого минерала. Если на этот кусочек минерала направить пламя паяльной трубки, на угле получаются налеты. Например, висмутовый блеск дает на угле окиси висмута сначала оранжевого цвета, а прп
Рис. 19. Паяльная трубгед.
Рис. 20. Проба на угле.
охлаждении—лимон но-желтого. Соединения мышьяка дают белый налет. Минералы, содержащие в себе тяжелые металлы, дают металлические шарики, так называемые корольки.
Для определения состава минерала производится также «проба на окрашивание стекла». Для этого берется топкая платиновая проволока, на конце которой загибается ушко. В него набирается порошок буры или фосфорной соли, сплавляющийся в прозрачное стеклышко. Затем, покрыв стеклышко порошком минерала, вновь вводят сто в пламя. Тогда стекло окрашивается в определенный цвет, дает перл, служащий характерным признаком для присутствия в минерале тех или иных элементов. Так, медь с фосфорной солью в окислительном пламени дает зеленый перл в горячем состоянии и синий— в охлажденном, железо в восстановительном пламени дает бутылочно-зеленый перл и т. д.
Наконец, испытание минералов может' производиться путем нагревания их в открытых или запаянных с одного конца стеклянных трубках, при этом на стенках трубки образуются возгоны, характерные для испытуемых веществ.
стого мышьяка, лического.
Минерал как звено в химических процессах земной коры.
естественных
Температурные условия земной коры.
колеблется во
Минералы имеющие в своем составе серу и мышьяк, при накаливании в закрытой трубке (т. е. с малым доступом воздуха) дают сначала красный возгон серни-ереходящпй в черный блестящий возгон мышьяка мотал-
7. Образование (генезис) пиперинов»
Мы уже знаем, что минералы являются продуктами природных процессов, происходящих, главным обр i-зом, в литосфере. 13 зависимости от различных естественных условий различных областей земной коры возникают и различные минералы. Изменение этих Уловки влечет за собой и изменение возникших уже
минералов. Таким образом, минерал не представляет собой чего-то совершенно постоянного, неизменного. Наоборот, каждый минерал есть лишь временно существующее звено в тех сложных и многообразных процессах, которые беспрерывно совершаются в земной коре. Поэтому понять происхождение минералов мы можем лишь в связи с теми условиям!, в которых они возникают, существуют и уничтожаются.
Химические превращения, совершающиеся в земной коре, находятся в непосредственной зависимости от температуры ее различных областей.
В поверхностном слое земной коры температура времени на несколько десятков градусов в ту и другую
сторону отточки замерзания воды, в зависимости от смены дня и ночи, теплого нхолодного времени года. Эти колебания по мере углубления затухают, прекращаясь совершенно па глубине 30—40 м. Ниже этих пределов температура литосферы, оставаясь неизменной во времени увеличивается по мере углубления в недра земли. Число метров, на которое надо опуститься внутрь земли, чтобы температура поднялась на 1°, показывает величину так называемой геотермической ступени. В среднем она равна 33 м. Однако наблюдаются довольно значительные колебания около этого значения геотермической ступени в ту и другую сторону. В прилагаемой табличке показаны числовые значения ступени для наиболее глубоких шахт Европы и Америки.
Европа А м о р и к а
... Показатели Название шахты " - Глубина в м Ступень ' . Показатели Название шахты ’ " Глубина В -W Ступень
Пинт Муасон . . Чу хов 1556 2240 31,2 31,8 Бридж ..... Пикнет 2198 2286 38 35,7
Эти данные приводят нас к заключению, что на глубине, примерно 40 км существуют такие температуры, при которых все известные горные породы должны перейти в расплавленное состояние. Извержение вулканам г расплавленных лав, температура которых достигает 1000—15003, с несомненностью подтверждает существование на некоторой глубине температур, достаточных для плавления горных пород.
25
Например, 10 000 ат.
Влияние температуры и давления на ход геохимических процессов.
„ Однако для понимания состояния внутренних ча-
Давление „ '
в литосфере. стен литосферы надо учесть и другое условие, имеющее громадное значение для характера его химических процессов, именно значительное увеличение давления иод влиянием тяжести вышележащих слоев по мере углубления в литосферу.
на глубине 40 хл давление должно приближаться к
Увеличение температуры и давления с глубиной оказывает громадное влияние на химические свойства вещества, а следовательно, и на характер и ход физико-химических процессов, происходящих в глубоких областях, лежащих под литосферой. Так, несмотря на высокие температуры, царящие в этих областях,
благодаря громадному давлению, материя не может перейти в типичное жидкое состояние и находится там в состоянии, среднем между твердым и жидким. Та [toe состояние аналогично (но, конечно, не тождественно) с состоянием железа при белокалильном жаре. Оно полечило название скрыт апластического состояния. В этом состоянии материя при медленно действующем механическом воздействии обладает свойством пластичности и текучести, а следовательно, может передавать гидростатическое давление во все стороны с одинаковой силой; при быстрых же воздействиях, например при сотрясениях, вызываемых землетрясениями, такая масса реагирует как твердое тело. Это раскаленное пластическое и текучее вещество называется магмой.
Наряду с этим вода под громадными давлениями глубин литосферы может сохранить жидкое состояние даже при температурах, достигающих 350—370°. В таком состоянии она приобретает свойства сильнейшей кислоты и способна растворять почти все вещества до золота включительно. Когда такой раствор передвигается по трещинам литосферы, он вызывает глубочайшие химические изменения
Химический состав земной коры.
в составе горных пород, через кот рые проходит.
Совершенно ясно, что наряду с температурой и давлением на ход геохимических процессов громадное влияние оказывает и химический состав литосферы. Химический состав земной коры представляет собой
комбинацию 92 известных нам химических элементов. Сделанные подсчеты показывают крайне неравномерное содержание этих элементов в земной коре. Мы можем все элементы разбить на группы, или декады, по их распространенности в земной коре. К первой декаде относятся элементы, процент которых по весу к земной коре выражается десятками, во второй—этот процент выражается уже единицами, в третьей—десятыми долями единицы, в последней же— одиннадцатой—декаде этот процент меньше одной де сятпмил л ионной (0.0000001).
Приведенная диаграмма (рис. 21) показывает нам приблизительно относительное значение элементов в построении литосферы вместе с гидросферой и атмосферой (по Кларку).
Из этой диаграммы видно, что 97,85% всей земной коры составлено всего из 13 элементов, принадлежащих к первым четырем декадам;
26
из кислорода (О), кремния (Si), составляющих первую декаду; алюминия (А1), железа (Fe), кальция (Са), натрия (Na), калия (К), магния (Mg), составляющих вторую декаду; водорода (И), хлора (CJ), титана (Ti), фосфора (Р), составляющих третью декаду, и относящегося к четвертой декаде углерода (С). Большинство тяжелых элементов (металлов), имеющих такое большое значение в жизни и технике человека, присутствует в литосфере в количествах порядка 0,01 % и ниже.
Ознакомимся подробнее с ролью главнейших элементов, слагающих земную кору, а также с химическими процессами, протекаю
щими в различных условиях, существующих в ней.
К и сл ор од
Кислород и его (0> (атом. главнейшие .
соединения. иыи вес 16) явля-
ется самым распространенным элементом земной коры, составляя почти 50% ее массы. При обычных температуре и давлении кислород, как известно, является довольно устойчивым элементом, в больших массах встречающимся в свободном и химически несвязанном виде.
В соединении с водородом (И) и углеродом (С) он образует в поверхностной зоне весьма распространенные соединения: воду и углекислый газ; оба эти
соединения являются весь- рис. 21. Диаграмма распространенности эдема деятельными агентами ментов в литосфере, гидросфере и атмосфере, образования и разруше-
ния минералов. По мере углубления в литосферу с повышением температуры и давления кислород становится все более и более деятельным. В глубоких слоях литосферы с кислородом не может
сравниться по химической энергии пи один элемент. Поэтому, несмотря на меньшее его содержание в глубоких зонах литосферы, он играет на этих глубинах громадную роль. Благодаря своей актив-
ности он находится в магме, вероятно, только в соединении с другими элементами. Почти все минералы, входящие в состав горных пород, образующихся при остывании магмы, являются кислородными соединениями натрия (Na), магния (Mg), кремния (Si) и алюминия (А1).
Расплавленная магма содержит в себе большое количество кислорода и водорода. При остывании магмы из нее выделяются в громадном количестве эти газы, немедленно вступающие в соединение и образующие воду. Вода же, как уже было выяснено, в глубине лито-
27
Г'Ьортл является чрезвычайно деятельным агентом, растворяющим в себе массу металлов. Эти выделившиеся из магмы «девственные» (ювенильные) воды, поднимаясь кверху по трещинам, постепенно утрачивают свою активность и выделяют из раствора тяжелые металлы. Заполняя трещины, эти рудные минералы образуют так называемые жильные месторождения.
Вода, выделившаяся на поверхности земли и заполнившая океанические впадины, в своем поверхностном круговороте дает холодные растворы углекислых, сернокислых и других солен. Эти растворенные соли действуют на минеральный состав верхних слоев литосферы. Поверхностные воды-растворители, пропитывающие верхние горизонты литосферы, называются вадозными, или метеорными, водами.
Кремпий к его главнейшие соединения.
Кремний (Si) (атомный вес 28,06) составляет около 26% земной коры. При обычной температуре это химически инертное твердое тело. Однако при высоких температурах магматической среды в прпс\ т-
ствии кислорода и паров воды кремний образует ряд минералов, которые входят в состав наиболее распространенных пород земной коры. Соединения кремния с кислородом, водородом, алюминием, щелочными и щелочно-земельными металлами—калием (К), натрием (Na), кальцием (Са) (так называемые силикаты) — составляют 8/з массы земной коры. Наиболее химически устойчивое соединение кремния—двуокись кремния (SiO2), или кремнезем; при разложении сложных горных пород, содержащих кремнезем, последний образует пески и песчаники, играющие громадную роль в строении верхних горизонтов литосферы.
В верхних слоях литосферы кремний играет очень активную роль в виде малоустойчивого растворимого кремнезема (SiO4H 4). Скопляясь в морях, он усваивается морскими растениями и животными, главным образом простейшими; они превращают его в водную окись кремния, идущую па построение их раковинок л скелетов. Эти раковинки и скелеты образуют большие скопления кремнезема на дне океанов.
Алюминий (А1) (атомный вес 27) составляет 7,5% Алюминий массы литосферы. При обыкновенной температуре это
15 ОГО главнейшие соединения.
серебристый, очень устойчивый металл. Но при высоких температурах глубинных областей литосферы он жадно притягивает кислород и образует окись
алюминия (ALO3) в виде твердого минерала корунда, а также вместе с кремнием входит в состав полевых шпатов, слюд и других силикатов (сложных соединений кремневых кислот). В верхних горизонтах литосферы при разложении силикатов алюминий принимает участие в образовании глин, являющихся одной из наиболее распространенных горных пород.
Проследив роль главнейших элементов в образования литосферы, мы можем сделать вывод, что между химическими соединениями земной коры и внешними
Общие выводы.
условиями их образования существует теснейшая связь, дающая основание рассматривать совокупность тех и других как ф и-з и к о-х и м и ч е с к и е системы, и о д ч и няющиеся с в о и м в и у т р е н н и м законе мер и остям.
2S
Фактора ни, определяющими эти системы, являются температура, давление, состав и концентрация образующих земную кору веществ (компонентов). Минерал является определенной стадией, или, как говорят, фазой, в развитии системы.
Каждая фаза минералообразования может существовать лишь в определенных рамках температуры, давления и концентрации компонентов. Как только система выходит за эти рамки, ее устойчивость нарушается, возникает новая фаза, образуется новый минерал. Примером возникновения неустойчивости системы минералообразования в зависимости от изменения температуры может служить охлаждение вод горячих источников, содержащих в себе в растворенном виде окись кремния, которая выделяется в виде натеков кремнистого туфа, состоящего из опала (SiO3 иН2О). Другим примером той же неустойчивости может служить выделение из морских вод (например в заливе Каспийского моря Кара-Богаз-Гол) глауберовой соли (Na2SO4.10H2O) при охлаждении воды ниже -|-5о и обратное ее растворение при повышении температуры.
Возникновение новой фазы в зависимости от изменения давления происходит, напрпмер, при переходе аморфных известняков под влиянием больших давлений (а также температур) в кристаллическую форму мрамора. Каолин под большим давлением может обратиться в полевой шпат (ортоклаз).
Роль концентрации компонентов с полной отчетливостью выявляется в разрушении полевых шпатов в верхних слоях литосферы под влиянием воды и углекислоты. Реакция разрушения полевого шпата (ортоклаза) идет по следующей схеме:
K2Al2Si6Ol6 + СО2 + 2НаО = HaAlaSisO8-H2O + К2СО8 + 4SiC\ полс-eoii шпат каолин поташ кремнезем
Таким образом, фаза полевого шпата переходит здесь в фазы каолина, поташа и кремнезема. Состав компонентов играет громадную роль вообще в процессах разрушения минералов (химического выветривания) в верхних зонах земной коры.
Из изложенного ясно, что существование системы Зоны минера- минералообразования связано с определенными го-3” ризонтами литосферы. На этом основании мы можем разделить последнюю па следующие зоны (по Ван Хейсу), характеризующиеся своеобразием геохимических процессов, протекающих в них, и мм присущими закономерностями (рис. 22).
На глубине 30—40 км под поверхностью земли располагается магматическая зона высоких температур (порядка 1000") и высоких давлений (порядка 10 000 ат). Соединения этой зоны нам неизвестны. Несомненно, они совершенно иной природы, «ем соединения, образующиеся в поверхностных горизонтах литосферы. Даже наиболее инертные элементы, как азот (N) и кремний (Si), обнаруживают здесь большую химическую активность. С другой стороны, в этой зоне не может существовать большинство химических соединений поверхностных горизонтов литосферы. Попадая сюда в связи с перемещениями земной коры, они здесь распадаются.
29
Над этой зоной располагается так называемая зона анаморфизма. Верхняя ее граница находится примерно на 10 км глубины. Эта зона находятся также под высоким давлением (свыше 2500 ат) и имеет высокую температуру (выше 300°). Здесь—царство кремния и его соединений. Для интенсивных процессов окисления в этой зоне недостаточно кислорода. Поэтому, если в нее проникают соединения вышележащих зон, они подвергаются реакции восстановления. Точно так же здесь недостаточно воды. Поэтому почти все соединения
КИЛОМЕТРЫ
5
О
5
в
:о 20
(исключая слюды) безводны. Здесь происходит массовое уплотнение пород, образовавшихся в верхних горизонтах литосферы, что сопровождается уменьшением их объема, изменением состава при значительном выделении теплоты. Это область образования кристаллических сланцев.
Выше располагается так называемая зона капгамор-физма, пояс умеренных температур п давлений. В нижнем горизонте этой зоны глубинные растворы выделяют растворенные в них вещества, которые цементируют рыхлые породы; здесь образование карбонатов и гидратов преобладает над окислением. Под дном океанов находится зона диагенеза—зона преобразования рыхлых осадков морского дна в более пли менее
АТМОСФЕРА
ПОЯС БЫВЕТРИСАЧИЯ
Рис. 22. Схема зон минералообраздвапия по Ван Хейсу.
связные горные породы.
В верхних же горизонтах зоны катаморфпзма преобладают про-
Йессы окисления и разрушения горных пород с выделением тепла. Здесь образуются минералы с большим молекулярным объемом. Благодаря избытку кислорода и воды здесь происходит окисление
и образование кр емпе.кисло ту.
Участие организмов в мшю-ралообразова-шш.
гидратэв; углекислота вытесняет из соединений Это зона энергичного выветривания.
Заканчивая общую характеристику процессов ми-нералообразования, надо остановиться па громадной роли в этом процессе организмов. Их роль в жизни земного шара настолько велика, что нередко в современной науке животный и растительный мир наряду
с атмосферой, гидросферой и литосферой выделяется как самост >я-тельный мощный геологический фактор под названием биосферы. Мы знаем, какое большое участие принимают зеленые растения
в круговороте углерода, разлагая углекислый газ и выделяя ки
слород.
зо
Круговорот азота в природе совершается также при участии растений. Перевод азотистых органических соединений в азотнокислые соли, с одной стороны; перевод свободного азота в органические соединения—с другой, происходит главным образом, при участии бактер й. Бактерии принимают участие в круговороте серы п железа и т. д.
Громадное значение в процессе минералообразования принимают также животные. Они не только производят в результате обмена веществ громадные массы углекислого газа. Морские животные, как и морские водоросли, принимают участие в образовании известковых и кремнистых отложений, слагающихся из раковин и скелетов обмерших организмов. Многие животные, как, например, земляные черни, разрыхляют поверхностные слои литосферы, усиливая тем самым в ней процессы распада минеральных веществ и т. п. Особо надо выделить роль человека, в результате своей хозяйственной деятельности нри сжигании топлива производящего массы углекислого газа, восстанавливающего из руд металлы, вводящего в почву различные минеральные соли, одним словом, совершенно изменяющего лик земли. Таким образом, без учета деятельности организмов нельзя составить себе полную картину процессов минералообразования.
Цнклпчиоеть процессии мипсралообра-зовапия.
Разделив земную кору на зоны, было бы неправильно рэс-
сматривать их совершенно изолированно Друг от друга. Процессы, созидающие и разрушающие минералы, благодаря неразрывной связи между ними, а также благодаря движениям земной коры приводят к круговороту веществ, образующих земную кору. Один из основателей геохимии
советский академик Вернадский так говорит об этом круговороте: «Все хими-
ческие реакции земной коры, насколько их можно проследить, до сих пир пред-
ставляют определенные циклы, определенные круговые системы химических изменений, которые постоянно в ней повторяются».
Однако не надо эту цикличность понимать как замкнутый круг, в пределах котопого, вечно возвращаясь к исходному положению, происходят физико-химические процессы земной коры. Земная кора вместе с земным шарим в целом находится в процессе непрерывного развития, проходя в нем все новые и новые этапы. Цикличность минералообразования не есть простое возвращение к старому исходному положению, а поступательное движение, как бы по спирали приводящее к изменению форм существования земной коры и слагающих ее минералов, к новым взаимоотношениям между минеральными образованиями на каждом новом этане развития земной коры.
Процессы минерало образования могут быть раз-Парагепсз гаданы только путем изучения совместного суще-минералов. ствования различных минералов, находящихся в генетической связи между собой. Так, превращение пирита (FeSa) в верхних горизонтах литосферы в лимонит (2Fe2O3.3H2O) находит свое подтверждение в том, что нередко в лимоните находятся неразрушенные остатки пирита. С другой стороны, ряд минералов, возникая при одинаковых условиях в пределах одной физико-химической системы, обычно сопутствует друг другу. Это совместное нахождение минералов, связанных общностью условий возникновения или гене-: тической последовательностью их возникновения, получило название парагенеза. Явление парагенеза не только помогает разгадать происхождение минералов, но широко используется и при поисках полезных ископаемых. Так, коренное месторождение золота ищут обыкновенно в жилах, заполненных кварцем (нередко золото сопровождается пиритом). Одним из опознавательных признаков корен-
31
ных месторождений многих рул является так называемая «железная шляпа». Железная шляпа представляет собой скопление лимонита (2FeaO3.3H2O), образовавшегося путем разрушения пирита (FeS2) п медного колчедана (Cu2Fe2Sj) в верхних частях рудоносных жил.
Таким образом, явление парагенеза имеет громадное и теоретическое и практическое значение.
Так наука, изучая закономерности явлении природы, помогает человеческому обществу в его трудном деле—борьбе за недра.
В средние века, если нужно было искать полезные ископаемые, прибегали но к научным наблюдениям и исследованиям, а к «прорицаниям» колдунов. Различные колдуны при помощи «волшебного жезла» указывали, где надо искать металлы, драгоценные камни, воду. Так религиозный туман веками тормозил науку и напрасно отнимал у человека его труд и время.
Количество минералов и их роль у образовании торных ’пород.
8. Классификация минералов.
Из 92 известных нам элементов искусственным путем в лабораторных условиях можно создать практически неизмеримое количество химических соединений. Гораздо более ограничены возможности образования из этого же количества элементов минералов в естествен
ных условиях литосферы. Мы уже знаем, что земная кора может быть разделена на несколько зон, характеризующихся сравнительным однообразием факторов минералообразования,—температуры, давления, состава и концентрации химических компонентов. Этим объясняется то, что в природных условиях обнаружено в настоящее время всего до 3000 минералов. Из этого количества минералов до 2500 встречаются очень редко. Однако из 500 более илп менее часто встречающихся минералов лишь немногие принимают участие в образовании горных пород, слагающих земную кору. До 99,9% всей массы горных пород земного шара сложено приблизительно из 20 или 25 наиболее часто встречающихся так называемых породообразую-щих минералов. Однако надо иметь в виду, что в жизни человека большое значение имеют не только эти весьма распространенные минералы, но и минералы редкие, которые в наше время приобретают чрезвычайно важное значение в производстве.
В основу классификации минералов был положен их химический состав. В рудном деле, вызвавшем к жизни минералогию как науку, именно химический состав полезных ископаемых имеет особенное значение, классификация минералов делит их на 12 классов.
Основы классификации минералов.
Химическая
Важнейшие из этих классов следующие:
Элементы—золото (Au), серебро (А т) и т. д.
Сульфиды (сернистые соединения)—киноварь (HgS), пирит (FeS2) и т. д.
О кислы—вода (Н3О), кремний (SiO2) и т. д.
Водные окисли—бурый железняк,пли лимонит(2Ке2О3.ЗН2О), ипр. Соли кислородных кислот (самая обширная группа). К ним относятся:
32
Силикаты (соли кремневой кислоты), например ортоклаз (KAISi3Og) и т. д.
Карбонаты (соли угольной кислоты), например кальцит (СаСО3) п т. д.
Сульфаты (соли серной кислоты), например гипс (CaSO4.2II2O) и т д.
Нитраты (соли азотной кислоты), например натровая селитра (NaNO3).
Фосфаты (соли фосфорной кислоты), например апатит [(CaF2). .Са3(РО4)8] и т. д.
Галоидные соединения (соли соляной фтористо-водородпой и Других галоидных кислот), например каменная соль (NaCl) и т. д.
Минералы органического происхождения—нефть, каменный уголь п другие.
Серьезным недостатком такой классификации минералов является то, что опа совершенно не отражает способа происхождения минералов и не отвечает представлению о минералах как об отдельных звеньях мпнералообразованпя, происходящего в земной коре. Мы, например, соединяем в одну группу «элементов» (самородных минералов) и алмаз, возникший в недрах литосферы в условиях очень больших температур и давлений, и самородную серу, главная масса которой образуется в совершенно иных условиях, путем распада сернокислых соединений, главным образом гипса, в самых верхних горизонтах литосферы. Химическая классификация минералов, таким образом, не отражает природных связей и путей возникновения минералов. Следовательно, она не соответствует и той системе представлений, которая должна быть положена в основу поисков полезных для человека минералов. Вот почему в настоящее время делаются попытки классифицировать минералы по условиям их образования (генетическая классификация).
Ври ознакомлении с представителями различных минеральных классов мы в дальнейшем не ограничимся только их физико-химической характеристикой, но должны будем выяснить и их генезис.
9. Элементы.
В настоящее время в природе известно в свободном состоянии до 35 «самородных» элементов. Они относятся как к металлам, так и к металлоидам. Самородными металлами являются, например, золото и платина, а металлоидами—алмаз и графит, представляющие полиморфные разности самородного углерода.
Зотото Самородное золото редко встречается в совершенно беспримесном виде. Обычной примесью его является серебро, содержание которого в золоте доходит до 50%. Золото, богатое примесью серебра, получило название электрума. Являясь очень устойчивым элементом, золото во всех зонах земной коры существует как самородный минерал.
Оно имеет яркожелтый цвет, очень мягко (твердость 2,5) и ковко, Сдельный вес его весьма значителен (19,5).
В кристаллическом виде золото встречается редко. Кристаллизуется оно в правильной системе в виде кубов, октаэдров и пр.
3 Минералогии и геологии,
33
Обычно же золото имеет форму зерен, пластинок пли ветвистых образований наподобие дерева и проволочных сплетений. Если зерна самородного золота достигают более пли менее значительных размеров, они называются самородками- Наиболее крупный русский самородок, найденный на Урале, весил более 36 кг.
Первичной формой образования золота является выделение его в глубинных областях литосферы из магмы в форме мельчайших вкраплений в магматические горные породы. Такой способ образования минералов получил название магматического. ('тсюда золото выносится ювенильными водами в виде раствора вместе со значительным количеством кремнезема и сернистых соединений других металлов в средние горизонты литосферы. Здесь оно выделяется вместе с кремнеземом по трещинам земной коры. Гак образуются золотоносные кварцевые жилы. Такой способ мипералообразования
Рис. 23. Схема образования золотоносных песков из золотоносной жилы.
Рис. 24. Кристалл алмаза.
называется гидротермальным. При разрушении жил путем выветривания крупинки золота уносятся текучими водами и благодаря своему значительному удельному весу скопляются в русле потоков, образуя таким образом вторичные месторождения золота—россыпи (рис. 23). Промышленное значение имеют лишь те россыпи, в которых золото содержится в количестве не менее 5 г на 1 т породы. Наиболее богатые россыпи на тонну содержат до 15 г золотого песка. В СССР многочисленные месторождения золота находятся на Урале и в горных областях Сибири.
Золото употребляется в виде монет, всевозможных украшений, при приготовлении точных приборов, в фотографии; золоченье
предохраняет металлические предметы от ржавления; наконец, золото находит применение в зубоврачебной практике.
Группа углерода.
Самородный углерод известен в природе в виде минералов алмаза и графита. Алмаз встречается в виде небольших кристаллов правильной системы с округ-
ленными ребрами (рис. 24). Ото самый твердый минерал: в шкале твердости он занимает высшее место (10). Чистый алмаз прозрачен.
Характерным свойством алмаза является его сильное лучепреломление. Вступающие в него лучи света многократно испыты
вают полное внутреннее преломление от поверхностей его граней
34
и при выходе из него дают все цвета спектра. Это создает замечательную игру ярких чистых цветов. В отраженном свете минерал дает сильный «алмазный» блеск. Иногда алмаз окрашивается примесями в синий, зеленый, красный и другие цвета. Иногда /йе оп
Рис. 25. Образцы крупнейших бриллиантов мира.
Слева направо: «Орлов*—192’/* карата (советский алмазный фонд), «Ко-и-Нур» (пло^ ский алмаз)—106 каратов, «Звезда Юга»—125 каратов»
темного бонадо.
и даже черного цвета. Черные алмазы называются кар-
Главная масса алмазов добывается из россыпей. Первичное же их месторождение—магматические породы. Для выкристаллизовывания алмаза необходимы очень высокие температур а и давление.
В СССР мелкие алмазы иногда попадаются на среднем Урале и по Енисею. Главные же его месторождения находятся в Южной
Африке, близ г. Вимберлея, а также в Индии и Бразилии.
Благодаря своей красоте алмаз употребляется в качестве украшения. Из-за своей редкости алмазы являются самыми драгоценными камнями. Граненый алмаз называется бриллиантом. Ценность алмаза растет гораздо быстрее его размеров и веса. Вес алмаза определяется в каратах Ц/- г). Благодаря редкости крупных алмазов они обыкновенно получают собственные имена. Самый крупный бриллиант алмазного фонда СССР «Орлов» имеет вес в 1923/4 карата (рис. 25), но известны бриллианты более 3000 каратов. Благодаря своей твердости алмазы применяются также в технике в качестве режущего и сверлящего материала, например в алмазных бурах (рис. 26).
Другой разновидностью самородного углерода является графит. В графите обычно имеется довольно много посторонних примесей (до 13%). Он образует обыкно
Рис. 2G. Коронка алмазного бура со вставленными в него алмазами.
венно листовидные плотные массы с весьма совершенной спайностью. Графит имеет черный или серый цвет и металлический блеск.
3*

По твердости он занимает низшее место (1), он пачкает руки и на-ощупь жирен. Удельный вес его 2,2. Способы образования его различны. При остывании магмы он подчас осаждается большими массами, выделяясь из паров углеродистых соединений, которые, разлагаясь, дают жильные залежи графита. Такой процесс называется пневматолитическим. Кроме того, большие залежи графита могут образоваться путем перекристаллизации каменного угля под влиянием высоких температур и давлений, например, при соприкосновении залежей каменно.го угля с излившимися лавами. Этот способ минералообразования носит название контактового метаморфизма.
СССР весьма богат месторождениями графита. Особенно значительные его месторождения найдены на реке Курейке в Турухан-ском районе (север Сибири), в Саянских горах (Алиберовское месторождение), а также на Дальнем Востоке по реке Амуру.
Лучшие сорта графита идут на выделку электродов, гальванических элементов и карандашей. Низшие сорта употребляются для обмазки форм чугунного литья, а вместе с маслом—на смазку машин.
10. Окислы и водные окислы кремния.
Кварц. При характеристике элементарного состава земной коры мы уже выяснили громадную роль двуокиси кремния (SiO2), или кремнезема. Являясь самым распространенным соединением земной коры, кремнезем составляет 60% ее массы. Наиболее часто встречающейся минеральной формой кремнезема является кристаллический кремнезем, или кварц. Твердость кварца 7, удельный вес 2,6. Кристаллы кварца в хорошо развитом виде встречаются, главным образом, в друзах (рис. 17) в комбинации призмы и пирамиды гексагональной системы. Отдельные кристаллические экземпляры кварца достигают иногда более'метра в длину.
Чистый кристаллический кварц называется горным хрусталем. Однако весьма часто в нем находятся примеси, придающие ему различную окраску. Амет истом называется кварц, окрашенный в фиолетовый цвет (видимо, соединениями марганца). Месторождения этого драгоценного камня находятся в СССР на Урале.
Непрозрачные и только просвечивающие кристаллы, а также сплошные зернистые агрегаты кварца называются обыкновенным кварцем. Пески состоят, главным образом, из окатанных зернышек обыкновенного кварца.
Из скрытокристаллических разновидностей кварца отметим яшму. Она представляет собой плотный кварц со значительной примесью глины и железа. Яшма имеет разнообразную красивую окраску, легко полируется и поэтому употребляется для различных поделок. В СССР богатые залежи яшмы встречаются на южном Урале (в горах Кыркты-Тау и др.) и на Алтае. Другой скрытокристаллической разновидностью кварца является халцедон, образующий обыкновенно гроздеобразные массы. Полосатой разновидностью халцедона является агат (рис. 27). Нечистый халцедон с примесью глины, воды и опала (см. пилю) дает всем хорошо известный кременъ. Нередко кварц включает в свои кристаллы другие минералы, например золо-
36
тистые чешуйки слюды (авантюрна), частицы асбеста, придающие ему .зеленоватый цвет с шелковистым оттенком (кошачий глаз), и т. д. Все эти разности идут на поделку и огранку в качестве полудрагоценных камней.
Генезис кварца различен. В зоне остывания магмы он является породообразующим минералом гранита, кварцевого порфира и пр.
В вышележащих зонах он выделяется из горячих водных растворов в сопровождении руд. При выветривании горных пород, содержащих кварц, он является наиболее прочным их остатком.
Применение кварца весьма разнообразно. Стекло, выплавленное из кварца, обладает большой прозрачностью для ультрафиолетовых лучей, почему широко применяется в медицине. Сосуды, выплавленные
Рис. 27. Агат.
из кварца, обладают весьма со-
вершенной кислотоупорностью и огнеупорностью, а также устойчивостью по отношению к резким изменениям температуры. Цветные разности кварца идут в качестве полудрагоценных камней. На-
конец, пески получили широкое применение в строительном, дорожном деле и при варке обыкновенного стекла.
Минерал, представляющий водную окись кремния (SiO2«
Опал. -nH2O), называется опалом. Опал является типичным кол-
лоидальным студнем (гелем). Он аморфен и изотропен. Он может удерживать в себе весьма колеблющиеся количества воды, которая иногда составляет до 13% состава минерала.
Опал—довольно твердый минерал (6,5), имеющий небольшой удельный вес (2). Он имеет жирный перламутровый блеск и обладает типичной для прозрачных коллоидальных растворов «опалесценцией», т. е. способностью давать радужный отлив. Особенно резко это свойство выражено у молочнобелого «благородного опала». Опал может быть окрашен примесями, например окисью железа, в различные цвета.
Встречается опал по преимуществу в осадочных породах, отлагаясь из водных растворов растворимой кремнекислоты и щелочных кремневых солей. Многие современные горячие источники, например гейзеры Исландии, выделяют ив себя опаловые натеки на омываемых ими предметах.
Нередко опал цементирует глинистые и кремнистые отложения.
Наконец, кремневые раковины морских организмов состоят из опала: из них образовалась горная порода—трепел.
Опал встречается во многих местах СССР: среди гранитов Украины, на Урале (трепел и пр.).
Красивые разности опала употребляются как полудрагоценные камни. Трепел же идет в качестве строительного материала, для полировки металлов, как впитывающее начало для приготовления взрывчатых веществ, как упаковочный материал и пр.
11. Окислы н водные окислы железа (железные' руды).
Ознакомимся теперь с железными рудами, представляющими безводные или водные окислы железа.
Железо очень легко вступает в химическое соединение, Одним из таких устойчивых соединений является бурый железняк.
Бурый железняк, или лимонит, представляет собой
Бурым водную окись железа (соединение окиси железа с водой: 2Ъе2О3‘ЗНпО). минерал этот нигде не был встречен в кристаллах. Лимонит обычно встречается в виде плотных пли землистых масс, нередко состоящих из разной величины зерен скорлуноватого строения. Это минерал матовый, иногда имеет полуметаллический блеск. Цвет его изменяется от желтовато-бурого до черного. Обычно он содержит в себе значительные примеси глины и песка. Если его нагревать в пробирке, то он выделяет воду.
Бурый железняк происходит из других соединений железа, главным образом, находящихся в изверженных горных породах. Благодаря действию воды и содержащейся в ней углекислоты железо образует растворимые соединения и выносится на поверхность земли, в моря и материковые водоемы, где и превращается в лимонит, отлагаясь здесь землистыми пластами. В этом процессе принимают участие особые железо-бактерии. В пустотах и трещинах горных пород он отлагается в форме натеков. Содержание железа в буром железняке 30 — 40%.
Бурый железняк является весьма распространенной рудой, имеющей громадное хозяйственное значение. Большая часть уральского железа выплавлялась до сего времени из бурых железняков. Громадные запасы керченской руды являются бурыми железняками зернистого строения. Встречаются они н в центре СССР. Озерные железные руды широко распространены среди озер северо-запада, особенно в Карельской республике. Запасы их в одном Выгозере. исчисляются в 11 500 000 т.
Кроме водной окиси железа встречается и безводная Красный его окись (Fe2Oa). Это соединение образует так называемые красные железные руды, в которых содержание железа доходит до 70%; к ним относятся красный железняк, железный блеск и др.
Красная железная руда может встречаться как в виде хорошо развитых кристаллов железного блеска, так и в скрытокристаллической форме в виде гематита (от слова «гема», что по-гречески значит «кровь»). Как показывает самое название, эта руда отличается кровавокрасным цветом; впрочем, цвет ее меняется до темномалинового, а иногда даже до железочерного.
Твердость гематита 5,5; удельный вес от 4 до 5,3.
Черта на фарфоровой пластинке, которую оставляет гематит,— красная, а не желтобурая (или желтая), как у лимонита, что позволяет легко отличить эти две руды друг от друга.
Красные железные руды представляют собой ценнейшую руду и могут образоваться различным путем. Гематит может произойти из лимонита под действием сильного давления и высокой температуры в недрах земли по схеме 2Fe^l)3.3H2.O==3IEO 2КеЛ)3. Образуется
Зй
Рис. 28. Магнитный железняк, притянувший железные гвозди.
он также путем выветривания магнитного железняка (КелО4). Он может образоваться и непосредственно путем химических выделений из застывающей магмы пли воздействием ее па окружающие горные породы, о чем будет сказано ниже.
Еще более богатой железной рудой является маг-Магнитпый пингный железняк. Магнитный железняк, пли маг-железияк. „ „
нетит, тоже представляет сооон соединение железа с кислородом (1те3О4, или FeO-Fe3O3), но здесь Fe больше, чем в любой из красных железных руд (до 75%). В этой руде часто содержится элемент титан (Ti). Удельный вес магнитного железняка до 5,2. Цвет его черный. Нередко он образует прекрасные кристаллы в форме октаэдров, как бы впаянных в ту пли иную горную породу. Магнитный железняк, как показывает его название, обладает резко выраженными магнитными свойствами (рис. 28). Что касается происхождения магнетита, то оно связано с процессами остывания магмы. Таково происхождение его на Урале в горе Благодать. Выходя из глубины земной коры, он выделяется вместе с принесшей его магмой, образуя то вкрапления, то мощные массы в виде отдельных гнезд.
Магнитный железняк может быть обязан своим происхождением и воздействию расплавленной магмы па соприкасающиеся с ней породы, имея, таким образом, контактовое происхождение.
Таково происхождение руд горы Магнитной, эксплоатацпя которой лежит в основе Урало-Кузбасского комбината.
Чистое железо хотя и применяется в промышленности, но, главным образом, оно употребляется в сплавах с другими элементами. Многочисленные отрасли народного хозяйства используют самые различные сплавы железа с углеродом, а также другими примесями. Из железных руд, как известно, сначала получается чугун, в котором содержится до 5% углерода. При удалении углерода пз чугуна получается железо, содержащее менее 0,5% углерода. При содержании в железе от 2,3 до 0,5% углерода получается сталь. Получение высококачественных сталей требует добавления к сплаву различных элементов' хрома, марганца и др. С другой стороны, примесь к железу серы и фосфора, встречающихся в железных рудах, весьма понижает качество металла, что требует особых технических приемов для их удаления. Применение железа и стали в современной жизни общеизвестно, и мы на этом останавливаться не будем. Современная техника вообще, а у нас в период социалистического строительства особенно, требует колоссального количества железа и стали для возведения гигантов индустрии, машин и сельскохозяйственных орудий.
Железные руды встречаются во всех странах земного шара. У нас на среднем Урале магнитные железняки добываются в горах Благодать и Высокая, а па южном Урале—в горе Магнитной, где ныне
39
развернуто грандиозное строительство. Магнитные железняки распространены и на Кавказе, а также в Сибири. На Урале распространены также и красные железные руды. Но последними особенно богата Украина, где в Кривом Роге кварциты с красной железной рудой встречаются наряду с магнетитом. Железные руды, хотя и не столь богатые, как уральские и криворожские, но все же широко эксплоатируемые, распространены в Московской области, а также и во многих других местах СССР. Запасы железных руд в пашен стране почти неистощимы.
К крупнейшим месторождениям Урала, УССР и др. недавно прибавилось еще одно огромное новое—район Курской магнитной аномалии. Открытие его есть величайшая победа теоретической науки. Работы, начатые учеными (Смирновым, а затем Лейстом) с наблюдений над отклонением магнитной стрелки в Курском районе, благодаря энергичным мероприятиям советской власти доведены до блестящего конца. Здесь обнаружены кварциты с богатым содержанием магнитного и красного железняка. Ныне в районе аномалии запроектирован крупнейший металлургический производственный гигант.
12. Двуокись марганца (марганцовая руда).
Двуокись марганца, или пиролюзит,—минерал, представляющий собой марганцевую руду, которая встречается то в виде землистых масс, то более твердых стяжений, пли желваков. Твердость пиролюзита незначительна—от 1 до 1,5; удельный вес 4,5—5. Цвет черный. Кристаллизуется пиролюзит в ромбической системе. Химический состав МпО2.
Первоисточником пиролюзита являются магматические породы. Известно нахождение МпО2 и среди осадочных пород. Пиролюзит в виде желваков встречается в некоторых областях на дне современных морей, где он образуется, главным образом, в прибрежной полосе из принесенных сюда марганцевых соединений при участии бактерий. Кавказ славится марганцевыми рудами. Здесь особенно богато Чиатурское месторождение, где пиролюзит распространен по той границе, где проходил берег моря в минувшую (третичную) геологическую эпоху. Кроме Кавказа пиролюзитом богаты Урал и УССР. В УССР известно крупное месторождение близ Никополя .
Пиролюзит служит для добывания марганца. Употребляется он при приготовлении стали, а также находит применение и в химической промышленности.
13. Силикаты (соли кремневых кислот).
Общая характеристика силикатов.
образом зона
Среди минералов, относящихся к классу кислородных кислот, совершенно особое место по своему значению в образовании горных пород, слагающих литосферу, занимают соли кремневых кислот, или силикаты. 65% всей земной коры, главным же анаморфизма, состоит из силикатов. 30% всех извест-
ных минералов относится к этой группе.
40
Полевые пшаты.
Рис. 29. Кристаллы полевого шпата. Последний—двойник (схема).
В состав силикатов входит сравнительно небольшое число элементов (до 18). Вадо иметь в виду, что кремний имеет некоторые общие черты с углеродом, большое разнообразие соединений которого точно так же с незначительным количеством элементов даже привело к выделению химии углеродистых соединений в особую пауку—органическую химию. Дело в том, что углерод и кремний находятся в одной группе периодической системы элементов.
Средн силикатов по значению в образовании литосферы главную роль играют полевые шпаты (сложные соли кремневых кислот). Эти минералы соста-
вляют 50% всей земной коры. По своему химическому составу они представляют собой алюмокремневые соли щелочных и щелочноземельных металлов—ортоклаз (KAlSi3H6), альбит (NaAlSi3O8) и анортит (CaAl2Si2O8), а также их изоморфные минеральные смеси. Кристаллизуются полевые шпаты в формах моноклинической и триклинической системы, нередко образуя двойники (рис.29). Являясь существенной составной частью магматических пород, полевые шпаты имеют, как мы увидим ниже, весьма большое значение при определении последних. Самым важным представителем полевых шпатов является ортоклаз, породообразующий минерал гранитов.
Твердость ортоклаза 6; удельный вес 2,5. ный блеск, едва просвечивая на краях. Цвет его обычно розовый, желтоватый, серый пли белый.
Среди полевых шпатов большое разнообразие представляют так называемые плагиоклазы—изоморфные смеси альбита и анортита.
Полевые шпаты обычно магматического происхождения. Таково, например, происхождение ортоклаза в граните. В последней стадии
Ортоклаз имеет стеклян-
затвердевания магмы остатки еще нераскристаллизовавшегося расплава, богатые летучими веществами, проникают в застывшие части пли в прилегающие породы; так образуются пегматитовые жилы. Эти жилы состоят, главным образом, из хорошо выкристаллизовавшихся полевых шпатов, кварца и небольшого количества слюды. Отдельные кристаллы ортоклаза иногда достигают в таких жилах громадной величины. Для промышленных целей полевые шпаты добываются по преимуществу из таких жил. Кроме того, полевые шпаты образуются и в глубинных горизонтах литосферы в зоне анаморфизма, где происходит перекристаллизация горных пород под действием высоких температур и давления. Главная масса полевых ш патов применяется в производстве для приготовленияфарфо-ра и фаянса, эмали и глазури. Важнейшие месторождения полевого шпата в СССР—Беломорское побережье, Урал, Украина и Сибирь.
Алюмосиликаты в верхних горизонтах литосферы подвер-Каолип. гаются химическому разрушению. Факторами их разрушения являются вода и углекислый газ. Реакция разрушения алюмосиликатов (полевых шпатов) идет по схеме, приведенной на странице 29.
Результатом этого процесса является водный алюмосиликат—каолин, или фарфоровая глина. Это аморфная землистая масса, состоящая из скопления микроскопически малых чешуек и пластинок. Каолин очень мягок (твердость 1); удельный вес его 2,6. Чистый каолин белого цвета, но нередко примесями окрашивается в желтоватые и красноватые оттенки.'Каолин употребляется в фарфоровом производстве. В СССР месторождения каолина имеются в западной Украине, на Урале, в Восточной Сибири и Казахстане.
„ К водным алюмосиликатам относятся также слюды.
Слюды.
Это весьма распространенные породообразующие минералы, входящие в состав магматических пород и кристаллических сланцев, например слюдяных сланцев. Они составляют примерно около 4% по весу земной коры. Химический состав их очень сложен и изменчив. Наибольшее распространение имеют калийная слюда, или мусковит (KH2A]3Si3O12), п магнезиально-железистая слюда, или биотит [(К, Н2) (Mg, Fe)3 (Al, Fe)2 Si3O12]1.
Эти разности слюды образуют кристаллические агрегаты моноклинической системы чешуйчатой формы с весьма совершенной спайностью. Твердость их невелика, всего 3. Мусковит, пли калийная слюда, обыкновенно бесцветен, реже бывает окрашен в желтоватые и зеленоватые топа. Биотит, или магнезиальная слюда, характеризуется черной окраской. Распространен он больше, чем мусковит.
Слюды образуются либо из магмы при ее застывании, либо являются результатом перекристаллизации горных пород в зоне анаморфизма. Слюды нередко примешиваются в виде блестящих пластинок к глинам и пескам, являющимся продуктами выветривания слюдосодержащих горных пород. Главные месторождения слюды в СССР—Карелия, Мурман, Урал и Сибирь.
Слюда нашла широкое применение в электротехнике как изолирующий материал. Благодаря своей огнеупорности она заменяет стекло в аппаратах, работающих при высокой температуре; применяется она также при изготовлении резиновых изделий, в бумажном производстве и пр.
Метасиликаты и ортоежди-каты.
Кроме сложных алюмосиликатов значительную роль в строении земной коры играют также породообразующие минералы, относящиеся к группе метасиликатов—солей мета-кремневой кислоты (IljSiOi). Mei асп ликаты также очень широко распространены в природе в качестве породообразую-Обшая их масса по весу достигает 17% всех магматических относятся авгиты (пи роксены}, роговые обманки
щих минералов.
пород. К метасиликатам
(амфиболы}—силикаты, содержащие кальций, магний и железо. Состав тех и других весьма непостоянен, так как они представляют собой сложные изоморфные смеси. Кристаллизуются они в моно- и триклинической и ромбической системах. Представителем этой группы может служить собствен по роговая обманка, получившая свое название за полуметаллический блеск. Цвет ее—темнозеленый, строение—волокнистое, твердость 6, удельный вес 3,5. Она входит в состав так называемых роговообманковых гранитов, в некоторых же изверженных породах составляет 50% их состава. Метасиликаты большого экономического
значения не имеют.
К породообразующим силикатам относятся также ортосиликаты— соли ортокремневой кислоты (H4SiOJ. Наиболее распространенным ортосиликатом является оливин [(Mg,Fel2SiO4]. Этот минерал имеет оливково-зеленый цвет, стеклянный блеск, твердость его 6,5, удельный вес 3,4. Иногда он целиком сла-
1 Запятая, поставленная между обозначениями элементов, взятыми в скобки, показывает, что эти элементы могут замещать gpjr Друга в минерале путем изоморфизма.
гает горную породу (душия). Обычно же является составной частью как глубинных магматических пород, так и лав. Прозрачные с золотистым оттенком разности этого минерала под названием хризолитов идут на огранку как драгоценные камни.
К силикатам относится также асбест, получивший за свое волокнистое строение название горного льна. Асбест имеет широкое применение в технике как огнестойкий нетеплопроводный материал. Богатые залежи асбеста встречаются на Урале и Восточной Сибири.
14. Прочие соли кислородных кислот.
Кальцит. Нальцит, пли известковый шпат, принадлежит к числу углекислых соединений, т. е. карбонатов.
Карбонаты широко распространены в поверхностной части земной коры и потому имеют для нас особое значение. Это прежде всего следует сказать о группе кальцита, встречающегося в разнообразнейших формах.
Кальцит представляет собой углекислый кальций; такой химический состав имеют и обыкновенный известняк и мел, которые и относятся к группе кальцита. Собственно же кальцитом обычно называют кристаллические разности, отличающиеся стеклянным блеском.
В химически чистом виде кальцит встречается очень редко. Обычно к нему бывают примешаны железо, магний, марганец, а также кремнезем и глинозем. Твердость кальцита 3, удельный вес его 2,7, спайность совершенная, а форма кристаллов гексагональной системы. Кальцит образует прекрасные кристаллы, отличаясь чрезвычайным богатством и разнообразием кристаллических форм. Известно более 400 простых его форм и около 1000 комбинаций. Большим разнообразием отличается также цвет кальцита. Самой обычной окраской кальцита является белая. Он бывает также бесцветным или же мутнобелым. Однако многие разновидности его бывают окрашены в желтый, серый, красноватый, зеленоватый или фиолетовый цвета. Цвет кальцита зависит от различных минеральных примесей, находящихся в нем.
Исключительной прозрачности л чистоты кристаллы кальцита образуют богатые месторождения на восточном берегу Исландии, почему эта разность кальцита получила название исландского шпата. Мы уже знаем, что исландский шпат обладает резко выраженным свойством двойного лучепреломления света, почему и нашел широкое применение в оптике.
Несмотря на разнообразие форм, в которых встречаются кальциты, а также всевозможную их окраску, их нетрудно отличить в природе от других горных пород. Дело в том, что все карбонаты бурно реагируют на действие кислоты. Если капнуть соляной кислотой (НС1) на кусочек известняка или на кристаллы кальцита, то они будут разлагаться с шипением, так как из них станет выделяться углекислый газ (СОД. Этот опыт можно проделать и с куском мела, мрамора и любого известняка.
Среди трещин и пустот известняков можно найти большое разнообразие минералов, принадлежащих к группе кальцита и образующихся путем осаждения из воды. Сущность процесса кристаллизации кальцита сводится здесь к следующему. В присутствии СО2 кальцит
43
образует двууглекислый кальций [Са(НСО3)а], легко растворимый в воде. Благодаря меньшему содержанию СО2 в окружающей среде, чем в растворе, двууглекислый кальций распадается и выделяет СО2 и СаСО3 по следующей схеме:
Са(НСО3)2^НаО+СО3+СаСОэ.
В трещинах известняков постоянно циркулирует вода, обогащенная Са(НСО3)а; разлагаясь, двууглекислый кальций образует отложения СаСО3 на стенках трещин, почему здесь возникают натеч-
ные образования то в виде корок, то в форме щеток кристаллов. В значительных пустотах и пещерах эти натечные образования
имеют удлиненные формы, напоминающие ледяные сосульки. Эти
Рис. 30. Галька с прослойками кальцита.
натечные образования называются сталактитами, или капельниками.
Навстречу сталактитам с пола пещеры растут столбообразные сталагмиты, которые образуются также из извести, долгие годы наращиваясь на тех местах, куда капают капли богатой известью воды.
Грунтовые воды часто содержат большое количество
Са(НСО3)2. Выходя на поверх-
ность земли в виде ключей или источников, воды осаждают рас
творенную известь, нередко откладывая ее на водорослях, мхах, травах и сучьях растений. Так образуются губчатые пористые массы, которые носят название известковых туфов.
Часто на берегах морей можно видеть гальку, которая пересечена в одном или нескольких направлениях белыми прослойками кальцита. Это явление—результат заполнения кальцитом весьма много
численных мелких трещин в горных породах, последние же распались на обломки и были окатаны морскими волнами (рис. 30).
Наиболее распространенной разновидностью кальцита являются различные известняки, которые образуют в земной коре мощные толщи.
Известняки представляют собой осадочную, преимущественно органического происхождения горную породу, образующуюся, главным образом, из скоплений различных морских раковин, которые, однако, не во всех разновидностях известняка различимы.
Иногда известняки образуют скопление округлых зерен. Это так называемые оолитовые известняки (рис. 31). Они имеют уже не органическое, а химическое происхождение, образуясь из воды озер и морских заливов, содержащей в своем растворе карбонаты кальция; последние осаждаются на песчинках, обломках раковин, окатываются движением воды и затем цементируются в твердые породы. Такой процесс можно в настоящее время наблюдать в прибрежной зоне некоторых пустынных озер и морей жаркого климата.
44
Рис. 31. Оолитовый известняк.
Применение известняков очень широко. Плотные сорта их идут на фундаменты зданий, кладку стен, облицовку их, а также на производство ступеней и подоконников. Кроме того, известняки, обжигаемые в печах, служат для приготовления цемента—«гашеной извести», на котором производится кладка кирпичей, штукатурка степ и т. и. Известняки служат и для приготовления портландского цемента, причем к чистым известнякам в этом случае добавляется глина. Некоторые сорта известняков идут на приготовление силикатного кирпича. Они употребляются и в металлургии в качестве «флюсов» прп выплавке чугуна, а также в химической, стекольной, фарфоровой, резиновой промышленности и в медицине (главным образом, в качестве дезинфектора).
Широко распространен в деле полиграфического производства литографский камень, также представляющий собой не что иное как известняк, по весьма плотного, тонкого мелкозернистого строения. Известняки, наконец, идут и па производство удобрений (известкование почв).
Зернистый, или кристаллический, известняк называется мрамором.
Мраморы бывают различных цветов: белого, серого, желтого, розового и др. Они образуются из обыкновенных известняков в тех случаях, когда последние подвергаются действию сильного давления и высокой температуры.
Общеизвестно, что обладающий исключительной красо
той и прекрасно принимающий полировку мрамор широко применяется для скульптурных целей, а также для облицовки гражданских сооружений. Мрамор находит применение в электротехнике, употребляясь для приготовления распределительных щптов.
Из заграничных мраморов особенно славится итальянский— каррарский. У нас в СССР мрамор распространен на Урале (близ Свердловска, у Златоуста и в Уфалейских горах), на Кавказе, в Карелии, в Сибири и в Крыму; мраморовидные известняки есть и под Москвой (подольский мрамор).
К группе кальцита относится также доломит. Доло-; пт* мпт Представляет собой карбонат кальция и магния [CaMg(CO3)e]. Кристаллизуется он в гексагональной системе. I вер-дость его 3,5; удельный вес 2,8. Доломиты часто встречаются наряду с известняками и образуют значительные по мощности слои, чаще всего морского происхождения. Образовались они при воздействии солей магния на СаСО3. В разбавленной НС1 доломит не растворяется и «не шипит», но при нагревании в этой кислоте оп растворяется с шипением.
Цвет доломита может быть самый различный: белый, серый, желтый, бурый, зеленоватый, красноватый, черный.
45
Апатит.
В производстве доломиты обычно идут па те те нужды, что п известняки. Кроме того, доломит применяется и в металлургии как огнеупорный материал.
К группе фосфатов, или солеи фосфорной кислоты (Н3РО4), относится апашит. Этот минерал пред-
ставляет собой фосфорнокислую соль кальция с хлором пли фтором— (СаС1)Са4(РО4)3 пли (CaF) Са4(РО4)3.
В зависимости от химического состава различают: хлорапатиты и фторапатиты. Содержание фосфора в апатитах различно и доходит до 42%.
Твердость апатита 5; удельный вес 3,2. Кристаллизуется он в гексагональной системе. Форма его кристаллов призматическая, таблитчатая, игольчатая. Блеск кристаллов апатита стеклянный.
Апатиты бывают различных цветов, но все же большей частью окраска их зеленоватая или голубоватая. Реже встречаются апатиты белые, бесцветные, фиолетовые, серые или бурые.
Некоторые апатиты представляют собой мелкозернистые массы, напоминающие более кварцевый песчаник с немного зеленоватым оттенком. Таковы, например, наши апатиты из Хибин па Кольском полуострове.
Апатиты мало распространены на земной поверхности, и нам известно сравнительно небольшое число месторождений, которые выгодны для эксплоатацпп. Встречаются они, главным образом, среди горных пород, образовавшихся из застывшей магмы, залегая более или менее значительными скоплениями. Кроме того, они могут быть и гидротермального происхождения, т. е. связаны с горячими водными растворами. Чаще всего встречаются апатиты в виде одиночных мельчайших кристаллов в магматических горных породах.
Месторождения апатитов, кроме упомянутых Хибин, известны у нас во многих местах на Урале, в Ильменских горах, а также и на Байкале (близ реки Слюдянки). Из других стран значительными месторождениями известны: Норвегия, США и Германия.
Социалистическое земледелие требует подъема урожайности, для чего нужно огромное количество минеральных удобрений. Апатиты и являются «агрономическими рудами», так как содержат в себе соли фосфорной кислоты, столь необходимой для питания растений. Огромную экономическую роль играют наши хибинские месторождения апатитов. Сравнительно недавно открытые, они вызвали уже постройку за полярным кругом нового социалистического промышленного центра, приготовляющего фосфорные удобрения. Суперфосфатные заводы СССР снабжаются апатитами из Хибин.
Расположенные недалеко от нашего незамерзающего порта Мурманска хибинские апатиты имеют и экспортное значение. Однако апатиты, кроме своего сельскохозяйственного значения, играют в хозяйстве п другую роль. В последнее время они все чаще употребляются для добывания фосфора и фосфорной кислоты.
Другим представителем фосфатов, встречающихся
0 ’' ' ,и в природе, являются фосфориты. Фосфориты по химическому составу близки к апатитам. Они являются минеральным образованием, в котором зерна кварца и различных силикатов сце-чб
монтированы фосфорнокислым кальцием. В слоях земли фосфориты более часты, чем апатиты. Они представляют землистые плп плотные массы скрытокрпсталлпческого строения. Встречаются фосфориты либо в виде круглых образований с лучистым строением в изломе, либо в виде желваков самой различной формы. Попадаются фосфориты и в виде целых глыб, состоящих из сцементированных остатков организмов, превращенных в фосфорит. Цвет их коричневый, светлосерый, бурый—до черного.
Фосфориты нетрудно отличить от других минералов по особому характерному запаху, который они издают при трении друг о друга. Этот запах обусловливается присутствием битуминозных веществ, т. е. веществ, представляющих смесь углеводородов.
Фосфориты больше всего распространены среди горных пород, образовавшихся на дне древних морей. В этих слоях и находят либо их одиночные конкреции, либо целые их залежи. Нередко в разбитой фосфоритовой конкреции можно найти остатки или только отпечатки раковин морских животных.
В черных песчанистых глинах, оставленных древним морем под Москвой, пластами залегают два слоя фосфоритов, почти сплошь состоящих из остатков морских животных. Подобные скопления, невидимому, обязаны своим происхождением массовой гибели морских животных, произошедшей вследствие каких-то катастрофических моментов, пережитых данной морской фауной.
Таким образом, фосфориты образуются за счет фосфора, находящегося в телах живых существ, которые в свою очередь заимствуют фосфор в морских водах. В моря он доставляется материковыми водами из разрушенных горных пород, содержащих апатиты.
Фосфориты в СССР распространены довольно широко, главным образом, в Европейской части Союза, но не везде они достаточно богаты фосфорной кислотой и выгодны для производства фосфорных удобрений. Месторождения их известны в Московской и Ленинградской областях, в Поволжье, в Казахстане и др. В Европейской части СССР лучшими фосфоритами являются подольские. За границей мировое значение имеют залежи в Северной Америке и в Африке. Фосфориты, так же как и апатиты, представляют собой «агрономические руды». Их размалывают на заводах, превращая в фосфоритовую муку, которая является хорошим удобрением. Обработанная серной кислотой фосфоритовая мука дает прекрасное минеральное удобрение—суперфосфат. Фосфорные удобрения повышают плодоношение растений.
рипс К представителям сернокислых солей, или сульфатов, относится гипс. Гипс чрезвычайно широко распространен в природе. В химическом отношении он представляет собой водный сернокислый кальций (CaSO4 . 2Н2О),
Гипс отличается малой твердостью—около 2 и удельным весом 2,2—2,4. Спайность его совершенная. Кристаллы моноклинической системы обычно прекрасно образованы и имеют таблитчатую форму (рис. 16). Блеск гипса стеклянный, у некоторых разностей шелковистый. Цвет: прозрачный, белый, серый, желтый, розовый, редко голубой. Иногда кристаллы гипса бывают прозрачны. Встречаются
47
гипсы, состоящие из тонких шелковистых волокон, расположенных параллельно друг другу. Это так называемый селенит.
В земной коре гипс встречается то в виде отдельных кристаллов, то образует целые залежи иногда значительной мощности в толщах осадочных горных пород.
Уже давно подмечено то обстоятельство, что спутником таких залежей обыкновенно является каменная соль. Это не случайность. И действительно, залежи гипса (как и каменной соли), главным образом, распространены ередп геологических отложений тех периодов земной истории, которые отличались весьма сухим климатом, когда благодаря быстрому испарению воды в мелководных морских бассейнах на дне последних осаждались соли, содержащиеся в морской воде. В толще таких отложений расположены гипсы и у пас в Союзе, например в Приуралье, среди глин, известняков, мергелей и песчаников, образовавшихся на дне древних морских лагун и озер.
Мелкозернистый гипс получил название алебастра, хотя нередко алебастром называют обожженный гипс, идущий на лепные работы.
Безводный сернокислый кальций носит название ангидрита (GaSOJ.
Применение гипса, главным образом, основано на том его свойстве,' что, будучи обожжен и превращен в порошок, он при смешении с водой образует быстро твердеющее тесто. Благодаря этому свойству гппс нашел себе широкое применение в строительном деле, где употребляется на штукатурку и лепные работы. Из гипса изготовляют, как известно, и всевозможные скульптурные произведения. Волокнистый гипс, обладая шелковистым блеском, идет па производство украшений. Гппс применяется также и для удобрения почвы под клевер. Кроме того, путем химической переработки из гипса добывается серная кислота.
Гипс, как уже сказано, широко распространен у нас в Приуралье (Кунгур, Оса). Кроме того, большие залежи его известны в Горьковский области, на Кавказе, в Туркмении и Сибири.
15. Галоидные соединения.
Каменная соль, или галит, относится к галоидным ас(ГД соединениям. Химический состав ее Nad. В практическом обиходе—это поваренная соль. В природе она встречается или в виде самосадочной соли, т. е. такой, которая отлагается на дне современных озер, или в виде залежей в толщах горных пород, образовавшихся в прошлые периоды земной истории.
Кристаллизуется каменная соль в кубической системе. Твердость соли 2; удельный вес 2,2. Каменная соль обладает легкой растворимостью. Спайность у нее совершенная. Блеск стеклянный. Чистые кристаллы прозрачны. Но очень часто соль имеет белый цвет или же бывает окрашена различными примесями в цвета: желтый, серый, розовый, бурый, реже голубой и зеленый. Каменная соль часто образует прекрасно развитые кристаллы, сравнительно быстро нарастающие. Так, у нас в Крыму, на Сиваше, где в пересыхающих морских лиманах осаждается поваренная соль, ветви растений,’ пролежавшие
48
в соленой воде в течение нескольких дней, сплошь покрываются крупными кристаллами соли.
Каменная соль находится в земной коре среди горных пород осадочного происхождения. Залегает она в слоях различной древности. Условия, благоприятные для образования каменной соли, особенно ярко были выражены в так называемый пермский период. В пермский период по берегам морей происходили явления, которые теперь можно наблюдать на берегах Каспия. В этот период образовывались мелководные заливы, которые отделялись от моря песчаными косами; в них благодаря сухому климату шло интенсивное испарение и концентрировались морские соли; заливы превращались в соленые озера, а затем осадившиеся в них соли погребались под континентальными отложениями. Таково происхождение, например, знаменитой залежв соли в Илецкой Защите.
Главные запасы соли содержатся в водах океанов и морей. Концентрация солей в морской воде равна в среднем 3,5%, среди них более 70% приходится на соль поваренную.
Но добывается соль, главным образом, из соленых озер (самосадочная) и из слоев земли (каменная).
Главнейшими месторождениями каменной соли у нас в СССР являются: Илецкая Защита, Артемовск в Донбассе, озера Эльтон и Баскунчак. Соль добывается также у нас в Крыму, на Кавказе и во многих местах Сибири. Из европейских соляных копей наибольшей известностью пользуются Стассфуртские (Германия) п Велпчкин-ские (Польша). Последние представляют собой целый подземный город, общая длина соляных коридоров которого превосходит 100 км.
В соляных копях вблизи Артемовска в Донбассе слоистая соляная толща залегает на сотни метров глубины.
Применение поваренной соли очень широко: для ппщи, для добывания соляной кислоты, для лечебных целей и пр.
Подобно хлористому натрию в природе встречается
Калийные и ХЛористый калий КС1. Этот минерал получил соли. 1 к, 1 п
название сильвина. Его твердость равна 2; удельный вес 1.8. Цвет белый, желтый или красноватый. Кристаллизуется сильвин в комбинациях куба и октаэдра.
Сильвин редко бывает химически чистым. Он почти всегда содержит NaCl, с которой он представляет много общего. В сопровождении NaCl сильвин встречается более часто и в этом случае называется сильвинитом. Сильвинит у нас в СССР в особенно большом количестве встречается в Соликамских месторождениях. Очевидно, что сильвинит образуется при тех же условиях, как и каменная соль.
Сильвинит употребляется, главным образом, для удобрений, а также в промышленности—химической, парфюмерной, в металлургии,
16. Сернистые соединения (сульфиды).
Серный (а также железный) колчедан, представляет собой двусернистое соединение железа (FeS3), относясь к группе так называемых сульфидов. Твердость
его 6; удельный вес около 5.
Серный колчедан то образует хорошо развитые кристаллы правильной системы с золотым блеском (так называемый пирит),
Серный колчедан.
4 Минералогия и геология
то
49
встречается в виде отдельных желваков (пли их скоплений), образуя конкреции самой различной формы.
Встречающийся в виде конкреции колчедан обычно не имеет яркого блеска, присущего его кристаллам, и отличается стально-серым цветом с желтоватым оттенком. На фарфоровой пластинке он оставляет черную черту.
Серный колчедан—самый распространенный в земной коре сернистый минерал. Прп остывании магмы он выделяется отдельными
кристаллами и скоплениями последних в магматических горных породах. Ювенильные (глубинные) воды и газовые выделения магмы выносят его в трещины горных пород, где он осаждается вместе с рудными минералами, часто сопровождая золото. Он образуется также в зоне анаморфизма в результате контакта изверженных пород с осадочными известняками и мергелями, а также со сланцами.
Что же касается месторождений колчедана, связанных с осадочными породами, то здесь он обычно имеет органическое происхождение, образуясь в результате процессов разложения остатков животных и растений. Выделяемый прп их разложении сероводород H2S, действуя па железистые растворы, дает с железом серный колчедан. Нередко среди осадочных толщ приходится находить окаменелые остатки древних деревьев, красиво покрытых блестящими кристаллами серного колчедана или сплошь состоящих из пего, т. е. образующих так называемую псевдоморфозу. Такие образования часто приходится находить, например, в черных (юрских) глинах под Москвой, отложившихся на дне морей минувших геологических эпох.
Серные колчеданы являются сырьем, главным образом, для добывания серной кислоты, которая, как известно, является чрезвычайно важным материалом в химической промышленности. Кроме того, FeS2 служит для изготовления особой бурой железной краски, а также применяется в радиотехнике. Примесь этого колчедана к строительным камням считается вредной, так как образующаяся при его выветривании серная кислота разрушительно действует
на породу.
Серные колчеданы добываются у нас, главным образом, на Урале, где залегают в сланцевых породах, протянувшись с севера па юг на 300 клг, и на Кавказе в районе г. Гянджи. Их месторождения существуют также и в Подмосковном бассейне, где они, однако, служат предметом лишь побочной добычи (часто вместе с углем), так как месторождения эти небогаты.
Весьма частым спутником пирита является мед-Полиметалли- ны& колчедаи, или так называемый халькопирит чесьяе руды. (CuFe.S2), который известен как хорошая медная руда, а также свинцовый блеск (PbS) и цинковая обманка (ZnS), имеющие большое значение при добывании свинца и цинка. Это сочетание руд цветных металлов получило название полиметаллических рудных месторождений. При значительной потребности СССР в цветных металлах они имеют громадное значение в промышленной жизни нашей страны. Главным районом полиметаллических рудных месторождений является восточная часть Казахстана, где их насчитывается до 200,
И. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ И О ПОРОДА А.ИМИ ОБРАЗУЕМЫХ.
1. Факторы образования горных пород п классификация последних.
Мы уже знаем, что определенные сочетания минералов, которые слагают мощные толщи литосферы, называются горными породами. Образование их происходит под действием самых различных геологических факторов. Одни из этих факторов коренятся в глубинах земли и носят название внутренних, или эндогенных, другие называются внешними, или экзогенными, и действуют в верхних слоях литосферы, причем главным источником их является солнечная энергия. К эндогенным силам относятся, например, вулканические явления, силы, обусловливающие горообразование, и т. д., а к экзогенным—ветер, вода и пр.
Эндогенные факторы создают породы, образующиеся в результате остывания магмы, например, граниты, порфиры и пр. Так как их образование связано с магмой и процессами, в пей происходящими, они получили название магматических, или изверженных, пород. Магматические породы являются исходным материалом для образования всех других пород.
Под влиянием экзогенных факторов горные породы подвергаются разрушению, изменению своего состава и строения, в результате чего образуются так называемые осадочные породы—пески, песчаники, глины, известняки и пр. Наконец, породы от соприкосновения с раскаленной магмой, а также при перемещении их в глубинные области литосферы под влиянием высоких давлений и температур частично пли целиком изменяются п в своем строении и в составе. Эти может происходить как под влиянием проникающих в них химических веществ, так и, главным образом, благодаря внутренней перегруппировке составляющих их элементов. Такие породы получили название метаморфических горных пород. К ним относятся гнейсы, слюдяные сланцы и т. п,
Попять характерные особенности всех трех групп горных пород можно, только ознакомившись с действием тех факторов, которые их образуют. Поэтому в дальнейшем описанию горных пород мы будем предпосылать характеристику факторов, их образующих. Изучение геологических факторов составляет задачу так называемой д и нам и ческой геолог и и.
2.
Современные вулканы и их типы.
На ме сте
Вулканизм и магматические горные породы.
Вообще говоря, вулканическими явлениями называются процессы поднятия из земных глубин горячих веществ, которые могут находиться в газообразном, жидком пли твердом состоянии.
извержения из недр земли расплавленных масс, так
4*
51
называемых лав, а также твердых и газообразных продуктов извержения возникают образования, получившие название вулканов.
Ознакомимся с двумя основными типами вулканов.
Тин Везувия (Италия). Этот тип вулканов представляет собой конические массивные горы, сложенные из чередующихся слоев продуктов извержения—лавы, вулканического пепла, камней. В центре вулкана проходит канал, заполненный (в период покоя) застывшей магмой. На вершине находится воронкообразное расширение капала—кратер.
Эти горы достигают значительной высоты, иногда поднимаясь в область вечных снегов. Таков наш камчатский вулкан—Ключевская сопка, поднимающаяся над уровнем моря на 4886 м (рис. 32).
Площадь, занимаемая такими вулканами, иногда громадна. Так, Арарат, находящийся в Турции, недалеко от южных границ СССР, занимает 970 кв. км.. ! акого типа большинство современных вулканов. i
Тип Гавайски и. Этот тип получил название от вулканов Гавайских островов.
Гавайского типа вулканы представляют собой большие, весьма отлогие куполообразные возвышенности, сложенные из застывших
лав; иа плоских вершинах этих вулканов располагаются округлые озероподобные углубления, наполненные (в период деятельности вулкана) огненно-жидкой лавой (рис. 33). Таким образом, настоя-
щей вулканической горы (конуса), которую мы видим, например у Везувия, у Гавайских вулканов пет, что объясняется их чрезвы-
чайно жидкой лавой, быстро растекающейся в стороны, а также и
отсутствием твердых продуктов извержения (пепла, камней), которые принимают участие в построении вулканических гор типа Везувия.
Деятельность вулканов.
Вулканы обычно делят на деятельные и потухшие. Однако деление это совершенно условно, так как «потухшие» вулканы нередко после длительного пе
риода покоя начинают обнаруживать деятельность. Примером может служить вулкан Арарат, считавшийся потухшим: в 1840 г. он неожиданно обнаружил кратковременный, но энергичным пароксизм вул-
канической деятельности.
У различных вулканов процесс извержения проходит по-разному. И если деятельность одних вулканов представляет собой относительно спокойный процесс, то с другими вулканами связаны бурные и нередко катастрофические извержения.
Самым распространенным типом вулканических извержений является извержение Везувия. Лава этого вулкана очень вязкая и тугоплавкая. Она течет медленно и скоро застывает, образуя бугристые поверхности из губчатой массы, напоминающей печные
шлаки.
Сам процесс извержения вулканов этого типа происходит бурио и нередко сопровождается взрывами вулканических газов, с трудом выделяющихся из вязкой лавы.
Извержение начинается обычно выделением вулканических газов. Затем в огромном количестве начинает выделяться водяной пар; в воздух выбрасываются столбы вулканического пепла, и нередко выкидываются целые тучи угловатых камней размерами несколько
52
Рис. 32. Камчатский действующий вулкан—Ключевская сопка.
Рис. 33. Вулкан Килауэа.
53
Рнс. 34. Различные формы вулканических бомб.
более ореха—так называемых лапиллей и крупные куски—вулканические бомбы (рис. 34),
Вулканический пепел и лапилли представляют собой частицы лавы, подхватываемые бурно выделяющимися из нее парами и газами и застывающие в воздухе. Таково же происхождение большей части вулканических бомб; последние могут быть также обломками кратера вулкана, увлекаемыми вулканическими взрывами.
Над вулканом образуется огромное облако; грозовые тучи нависают над окрестностями вулкана. Эти тучи грандиозными ливнями изливаются на близлежащие мест-' ности. Вода их, смешиваясь с массой пеп-устремляются но скло
нам вулкана и заливают его подножие. Такие потоки представляют грозную опасность для окрестного населения. Отвердевшие потоки вулканической грязи дают вулканический туф, в обра
ла, образует потоки жидкой грязи, которые
Рис. 35. Вулканический туф.
зовании которого также принимают участие другие обломочные продукты вулканической деятельности (рис. 35).
В 79 г. н. о. долго не проявлявший деятельности вулкан Везувий, который даже не признавался за вулкан, вдруг, после грозного землетрясения, разрушившего города, лежащие у подножия вулкана, Геркуланум, Помпею и Стабшо, залил их развалины потоками жидкой грязи, лавой и засыпал пеплом так, что совершенно сравнял с поверхностью земли.
При извержении типа Везувия лава появляется лишь после того, как вышеописанные явления достигнут наивысшего напряжения. В этот момент наступившего кризиса лава обычно прорывает край кратера и стекает по склонам вулкана (рис. 36).
В некоторых случаях извержения имеют характер сильнейших взрывов, в результате которых может раздробиться значительная часть самой вулканической горы. Так, в 1883 г. вулкан Крака-тау, расположенный посреди Зондского архипелага на острове того же наименования, после напряженнейшего извержения был взорван силой вулканических газов и паров. Грохот этой катастрофы был слышен даже в Австралии. Большая часть острова опустилась под воду до глубины в 300 м. Несколько прибрежных городов и много селений на островах Яве и Суматре было разрушено чудовищно огромной волной, хлынувшей на берега и погубившей более 40 000 человек. Пепел, образовавшийся при извержении, покрыл толстым слоем соседние острова. Выброшенный в верхние слои
Рис. 36. Застывшие потоки лавы.
атмосферы, он, в течение ряда лет отражая от себя лучи солнца, вызывал явление красных, необычайно ярких зорь на всем земном шаре.
Катастрофические извержения бывают и несколько иного типа. Так, 8 мая 1902 г. вулкан Мон-Пеле на острове Мартиника выбросил грандиозное облако раскаленных газов, которое со страшной быстротой скатилось по склонам горы и сожгло цветущий город Сен-Пьер со всем его населением. Такое на первый взгляд странное движение этой горячей тучи объясняется тем, что она заключала в себе огромное количество вулканического пепла, частички которого увлекли с собой изверженные газы (рис. 37).
Менее бурный характер носит деятельность вулкана Стром-боли, расположенного в Средиземном море в группе Липарских островов близ Италии. Его извержения повторяются с поразительной правильностью в течение долгих лег,
55
Лава, более жидкая, чем у Везувия, в кратере вулкана то опускается по жерлу вулкана па большие глубины, то вновь поднимается к краям кратера, иногда выбрасывая облако газов, пара п пепла.
Весьма своеобразно происходит извержение вулканов гавайского типа. До извержения дно вулкана представляет собой ровную твердую поверхность. Извержение начинается с того, что дно кратера постепенно приходит в расплавленное состояние. По временам из расплавленной массы поднимаются раскаленные фонтаны (рис. 33). Легкоплавкая и жидкая лава этих вулканов то вспенивается и поднимается, то снова опускается. Как только она находит себе выход сквозь пониженные края кратера, она быстро устремляется по его склонам, заливая передко обширные пространства.
Таким образом, извержения гавайских вулканов проходят без взрывов и выбрасывания вулканических бомб, песка и пепла, что наблюдается у других вулканов. Это объясняется тем, что более жидкая, чем у Везувия, лава позволяет газам и парам, заключающимся в пей, свободно выделяться из нее.
В тех случаях, когда происходят взрывы вулканических газов, содержащихся в магме, которым затруднен свободный выход на поверхность, возникают иногда сильные и разрушительные землетрясения. Однако вулканические землетрясения не распространяются на больших площадях—
Рис. 37. Горячая туча вулкана они носят местный характер.
Мон-Пеле. Вулканическая деятельность про^-
является не только на суше, но и под водой, на дне морей. Подводные извержения происходят в общих чертах так же, как и вулканические явления на суше, причем в море над вулканическим очагом вздымаются столбы воды, выделяются пары и твердые продукты (рис. 38). Легкие, тонкопори-стые, «пенистые», стекловатые изверженные продукты (так называемые пемзы) при подводных извержениях всплывают на поверхность моря.
Подводные извержения па дне морей образуют конусы, которые при достаточной их высоте могут подниматься над поверхностью моря в виде вулканических островов.
Ужас, который вызывали катастрофические извержения, с давних времен породил сказку о «преисподней» и «геенне огненной».
Древние римляне так объясняли деятельность вулканов. Внутри земли живет особый бог, которого называют Вулканом. Это бог огня и подземного мира. Когда этот бог кует стрелы в своей подземной кузнице, то пз земли вылетает огонь и пепел и вытекает лава. Христианская религия и до сих пор утверждает, что «огонь преисподней» существует в наказание грешному человечеству.
R книге Моисей «Бытие» есть такой рассказ о наказании! «И пролил господь бог на Содом и Гоморру дождем серу и огонь, от господа с неба и ниспроверг города спи, и вою окрестность сию,
и всех жителей городов сих и все произрастания земли».
Нет ничего бессмысленнее, как представлять себе, что какой-то бог за грехи, за ошибки людей заливает раскаленной серой живых,
ни в чем невинных детей и даже истребляет растительность.
Стадии угасания вулканов.
Достигнув наибольшего напряжения, энергия вулкана начинает ослабевать. Этот процесс затухания может длиться многие сотни лет, причем деятельность
угасающего вулкана будет отличаться целым рядом характерных явлений. Прежде всего потоки застывшей лавы, которая под своей
пористой коркой целые
годы может хранить благодаря своей малой теплопроводности раскаленную массу, покрываются трещинами, из которых с большой силой вырываются струи горячего вара и газов. Это так называемые фу~ мароллы. Кроме паров воды, фумароллы могут СОСТОЯТ!» из хлористых соединений металлов, сернистого ангидрида и пр. Надо иметь в виду, что химический состав фумаролл зависит не только от состава лавы, но и от температуры, с изменением которой происходят изменения и их химического состава. Температура же фумароил зависит, в свою очередь, не только от длительности остывания лав, но и от расстояния этих струй паров и газов от кратера вул-
кана. Рис. 38. Извержение подводного вулкана.
Продуктами возгона
фумаролл являются, главным образом, хлористые железо и медь. Напряжение пара и температура (около 500°) фумаролл
так высоки, что в некоторых странах энергия этих вулканических явлений утилизирована для примышленных целен. Так, в Лордерелло (Италия) близ источников, содержащих борную кислоту, работает борный завод, используя тепловую энергию фумаролл.
Стадия фумарола пере ходит затем в следующий этап жизни угасающего вулкана, который носят название стадии сольфатары.
Это название происходит от одного из древних итальянских вулканов (Сольфатара в Флегрепскпх полях), находящегося в наше время на упомянутой ступени затухания вулканических процессов.
В стадии сольфатары вулканы выделяют водяные пары, сероводород, углекислоту и некоторые другие газы.
В период угасающей деятельности вулкана в окружающей местности часто развивается большое число горячих, термальных источников, особенно серных, а также можно наблюдать выход газов из горных трещин. В некоторых областях наблюдаются периодически действующие фонтаны горячей воды—гейзеры, извержения которых происходят благодаря перегреванию воды и бурному развитию паров, с силой выталкивающих воду.
Случается, что за стадией сольфатары вновь следует пробуждение вулканов. Сам кратер Сольфатара испытал некоторое оживление в 1930 г.
Однако, обычно этого не наблюдается, и следующей ступенью по пути угасания вулканической деятельности является стадия, называемая стадией .мофетты. В этой стадии происходят выделения, главным образом, углекислоты и углеводородов.
Некоторые явления стадий угасания вулканической деятельности можно наблюдать у нас на группах Кавказских минеральных вод. В окрестностях курортов Кисловодска, Ессентуков, Пятигорска, Железноводска и др. находятся выходы многочисленных горячих и холодных минеральных источников, отличающихся исключительными целебными свойствами. В района Пятигорска выходят, главным образом, теплые серные источники, в Железноводске щелочные и железистые источники, а в Кисловодске углекислые источники (Нарзан).
Большинство этих источников является отдаленным отзвуком давно минувшей вулканической деятельности, связанной с поднятием Кавказского хребта, памятниками которой являются величайшие вершины Кавказа—Эльбрус, Казбек—погасшие вулканы.
Рассматривая географическую карту распространять пзвер- нения вулканов, мы легко обнаружим то обстоя-женип с лжпи- * 1
,,,, тельство, что большинство вулканов находится в со-
ями разлом**. 7
седстве с морем, дто—не случайное совпадение; оно связано с новейшей, так называемой альпийской зоной складчатости (рис. 80). Далее мы увидим, что нередко берега морей представляют собой линии опускания земной коры, где проявляются растягивающие силы и где поэтому возникают разрывы, или расколы, литосферы. Линии разломов земной коры и представляют собой те места, которые изобилуют вулканическими явлениями. Вполне естественно, чти именно здесь и устанавливается сообщение посредством трещин пли каналов между очагом магмы и земной поверхностью. По этим каналам насыщенная нарами и газами и находящаяся под большим давлением магма поднимается, стремясь выйти на поверхность литосферы.
Совершенно естественно, что в распределении вулканов на поверхности земли можно подметить указанную выше закономерность,
Ь8
которая не могла бы иметь места, если бы религиозное толкование вулканических явлений не было сказкой.
Рассмотренная нами выше вулканическая деятельность представляет собой процесс, при котором магма из земных глубин поднимается на поверх-
Батолиты и лакколиты.
ность; происходит извержение, которое носит название поверхностного извержения. Однако земная кора далеко не всегда дает воз-
можность магме подойти к поверхности земли и излиться наружу. Нередко магма проплавляет в глубоких частях земную кору или, иначе говоря, внедряясь в глубинные толщи литосферы, образует гигантские скопления застывшей массы большой мощности в виде так называемых батолит at? (рис. 39).
Последние состоят из хорошовыкристаллизован-ных горных пород, залегают обычно глубоко и на поверхность земли выхо-
Рпс. 39. Разрез батолита.
горных стра-прикрывавшие их слои горных пород удалены про-подойдя близко к поверхно-
Рис. 40. Схема лакколита.
дят иногда в нах там, где цессами разрушения. Иногда магма, сти земли, уже не имеет силы прорвать последние слои, а может лтши, приподнять их и своей массой заполнить образующееся пространство. Такая проникшая между слоями и застывшая магма обычно приподнимает куполообразно верхние слои и^ образует скопления в форме каравая. Эта форма внутренних магматических вторжений получила название ла сколитов (рис. 40). Такими обнаженными отпокры-вающахихслоев лакколитами являются,например, гора Аю-Даг (Медведь) в Крыму, близ Гурзуфа, мыс Плака и др.
Делая группа прекрасных лакколитов самой разнообразной формы расположена у нас на Северном Кавказе в районе Минеральных вод, близ Железноводска, Пятигорска, Ессентуков и Кисловодска. Таковы горы: Бештау, Машук, Змеиная, Железная, Развалка и др. Последняя представлена на рисунке 41. Эта гора сильно разрушена деятельностью воды и атмосферы.
Упомянем, наконец, что поднимающаяся из недр земли магма нередко заполняет трещины земной коры, образуя плптообразные залегания, так называемые магматические, мейлы.
На рисунке 42 представлена схема вулканических явлений.

О представляет собою магму, вторгнувшуюся в литосферу и образующую еще неостывшпе батолиты. Над магмой располагаются осадочные толщи: А—сильно смятая в складки; 27—менее нарушен-
Рпс. 41. Обнажившийся лакколит—гора Развалка в районе Минеральных год.
ная и В—верхняя новейшая группа (или свита) пластов; буквой Г обозначено то место, где магма проплавляет кровлю батолита. Далее мы видим и отдельные глыбы осадочных пород («), опустившихся
Рис. 42. Схема вулканических явлений.
в расплавленную магму. Последняя по трещинам проникает в литосферу, образуя жилы, лакколиты и вызывая пзверя?ение вулканов. В местах соприкосновения магмы с осадочными породами последние сильно оплавлены (е). Т—действующий вулкан; П—потухшие вулканы.
60
3. Описание магматических горных пород.
Выше мы видели, что магма, внедряясь в литосферу, может либо остановиться на известной глубине, образуя батолиты, лакколиты и т. и., либо может выйти на земную поверхность, т. е. излиться в виде 3 первом случае говорят об интрузии магмы (внедре-
нии), а во втором об ее эффузии (излиянии).
Во всех этих случаях из застывшей магмы образуются различные горные породы, которые известны под общим названием пород маг-
Интрузивные и эффузивные породы.
потоков лавы.
матических.
Магматические горные породы разделяются на две большие категории. Горные породы, образовавшиеся из магмы, застывшей на глубине (в интрузиях), носят название пород интрузивных, или глубинных, а породы, образовавшиеся из вышедшей на поверхность лавы, называются породами излившимися или эффузивными. Застывшие магмы, образующие жилы, могут носить либо характер интрузивных пород, если трещины, в которых они образовались, не сообщались с поверхностью земли, либо эффузивных пород, при условии заполнения магмой открытых трещин (зияющих).
В зависимости от условий образования стоит и характер магматических пород. Магматические породы нетрудно отличить от осадочных горных пород: последние обычно залегают пластами на боль-
шом протяжении и нередко содержат большое количество окамене-
лых органических остатков. Магматические
от осадочных, образуют сплошные покровы, массивы и жилы. Они неслоисты, органических остатков не содержат, масса их обычно представляет собой либо зернистую, либо стекловидную структуру. Такова в общих чертах разница между двумя упомянутыми группами горных пород. Однако надо оговориться, что слоистость может проявляться в вулканических туфах, в которых случалось находить и отпечатки погребенных в них остатков
организмов.
Структура магматических пород.
Структура магматических пород стоит в прямой зависимости от условий их образования.
Мы уже знаем, что магма, поднявшая-
породы, в отличие
Рис. 43. Обсидиан(вулканическое стекло).
ся на поверхность земли, выливается на нее в виде лавы, быстро остывает, пре-
вращаясь либо в темную спекшуюся пористую массу, напоминающую печные шлаки, либо в стекловидную массу, так называемое
вулканическое стекло, или обсидиан (рис. 43). Обсидиан представляет собой чистое вулканическое стекло, которое образуется довольно редко. Обычно же излившиеся породы состоят из массы чрезвычайно
мелких кристалликов, погруженных в вулканическое стекло, причем количественное соотношение стекла и минералов бывает различно.
61
Крупных кристаллов при этом в излившейся остывающей лаве обычно не образуется, так как расплавленная масса остывает очень быстро, а для роста кристаллических индивидуумов необходимо значительно больше времени. Лишь в некоторых случаях в пзлив-
Рис. 44. Строение (структура) гранита.
шлхся породах удается различать видимые простым глазом (или в лупу) те мельчайшие кристаллики, которые только и могут успеть образоваться при быстром застывании огненно-жидкой массы.
Совершенно иное происходит в случаях застывания магмы на больших глубинах в земной коре. Это застывание совершается чрезвычайно медленно. Кроме того, на большой глубине процесс проис-
ходит под огромным давлением. В этих условиях образуются крупные кристаллы, и возникшая таким 01 разом горная порода будет представлять собой сплошную массу как бы сросшихся кристаллов, или кристаллический агрегат. Такая порода более или менее равномерно-зерниста,
или, как говорят, полнокристаллическая. Классическим примером подобной породы может служить гранит (рис. 44) (гранит—от латинского слова «гранум», что означает зерно).
Таким образом, каждая глубинная порода состоит из зерен большей или меньшей величины. Но бывают случаи, когда магматическая горная порода приобретает переходные черты от интрузивной к эффузивной породе.Подобное явление имеет место в тех
Рис. 45. Порфировая структура.
случаях, когда застывание магмы происходит, так сказать, в два приема. Поднимаясь по трещине, магма может задержаться на известной глубине, и в ней успеют вырасти крупные кристаллы. Если затем произойдет вторичное поднятие магмы «г опа, дойдя до поверхности, выльется па нее, то остальная часть магмы при быстром остывании превратится в стекловатую массу, в которую будут как бы впаяны ранее образовавшиеся более или менее крупные кристаллы.
62
Такая структура, в отличие от равномерно-зернистой, называется порфировой (рис. 45). Примером породы порфировой структуры может служить кварцевый порфир, у которого в общую плотную стекловатую массу заключены округлые зерна кварца.
Химический состав гордых пород.
Мы уже знаем, что при различных условиях из остывшей магмы образуются различные горные породы. Условия образования магматических пород влияют и на их химический состав.
Магма представляет собой сложные растворы различных окислов. Главнейшие из них: SiO2, AJ3O„ MgO, NasO, KgO, FeO, CaO. Пока
магма сохраняет высокую температуру, все эти окислы химически не связаны между собой. Но по мере того как магма, устремившаяся по трещинам земной коры, поднимается ближе к земной поверхности и там охлаждается, между
этими окислами начинает проявляться химическое сродство, происходят химические соединения, начинается процесс расщепления магмы, сопровождающийся выделением минеральных агрегатов. Большую роль при этом играют пары и газы (хлор, фтор, борная кислота и пр.), заключенные в магме. Они выполняют роль как бы х и м п ч с с к и х
катализаторов, направляя и ускоряя химические реакции, однако не входя в состав образующихся веществ. Эти летучие вещества уменьшают вязкость магмы и понижают точки плавления входящих в ее состав соединении; кроме того, они с этими соединениями образуют летучие смеси и переносят их в направлении уменьшающегося давления, т. е. диференцируют состав магмы. Эти вещества получили название, минера ли зато ров. В заключительной стадии остывания магмы при участии минерализаторов образуются пегматитовые жилы; структура этих
жил, так называемая пегматитовая, характеризуется весьма крупными кристаллами полевого шпата, проросшими кварцем в виде клинообразных включений (рис. 46).
Из магмы, вылившейся на поверхность и утратившей минерализаторы, процесс образования минералов происходит в иных условиях, нежели в глубинах. Все это обусловливает большое разнообразие магматических
Рис. 46. Пегматитовая структура.
горных пород.
В основу современной классификации магматиче-
Классифшса-цвя магматических горных иород.
ских горных пород положен минералогический их состав, а также структура.
Так как кремнезем (SiO2) играет существенную роль в образовании всех интересующих нас горных
пород, то обычно они разделяются на три группы; породы кислые, средние и основные, в зависимости от содержания в них SiO2.
Некоторые ученые углубляют упомянутое подразделечше, давая
не три, а пять групп (в зависимости от содержания SiOa):
Группа породы
Ультракислые.................................
Кислые.......................................
Средние......................................
Основные.....................................
Ультраосновные...............................
Процент SiOj
Более 75
75—65
65—52
52—45
Менее 45
В общем можно сказать, тго кислые горные породы отличаются более светлой окраской, они легче основных по своему весу. Кроме
63
того, они тугоплавки и отличаются богатством калия и натрия, будучи бедны железом, магнием
Основные породы в указанных признаках противоположны кислым. Они отличаются более темной, иногда совершенно черной окраской, большим удельным весом, они легкоплавки, менее вязки ц в расплавленном состоянии представляют собой быстротекучие лавы. Каждой глубинной породе соответствует определенная излившаяся. Это и понятно, так как и интрузивные и эффузивные породы могут образоваться, как нам известно, из одной и той же магмы, но при различных условиях ее застывания.
Приведем таблицу соответствия некоторых наиболее общеизвестных магматических пород:
Интрузивные Эффузивные
(глубинные) (излившиеся)
Гранит ........... Липарит
Сиенит ..........Трахит
Диорит ...........Андезит
Гаобро ..........Базальт
Сопоставим попарно характерные особенности вышеприведенных интрузивных и эффузивных пород.
Гранит нам уже известен; он представляет зернисто-кристаллическую массу и состоит из кристаллов полевого шпата, кварца и листочков слюды.
Из полевых шпатов здесь обязательно присутствует ортоклаз, а плагиоклаз может присутствовать пли отсутствовать. Встречается также и роговая обманка. Слюда может быть светлая (мусковит) или черная (биотит). Цвет гранита зависит, главным образом, от его полевого шпата, который может быть красным, розовым, серым, белым и желтоватым.
Липарит (получил название от Лппарских островов в Средиземном море) обычно светлосерого цвета, имеет порфировую структуру. В его пористой тонкозернистой массе содержатся кристаллы полевого шпата, кварца, биотита или роговой обманки.
Возьмем теперь следующие пары.
Сиенит представляет собой глубинную кристаллическую породу, но от гранита он отличается отсутствием кварца, т. е. состоит из кристаллов полевого шпата (ортоклаза) и роговой обманки (или слюды).
Трахит (в переводе значит шероховатый)—излившаяся порода, обычно светлосерой окраски. Состоит из полевого шпата (ортоклаза) и роговой обманки (или слюды).
Диорит представляет собой глубинную кристаллическую но-'роду, обычно черновато-зеленоватого или зеленовато-серого цвета. Состоит из белого полевого шпата (плагиоклаза) и роговой обманки. Иногда содержит кварц и биотит.
Андезит—изверженная порода обычно темного цвета, иногда порфирового строения. Состоит из кристаллов полевого шпата — плагиоклаза и роговой обманки (пли авгита).
Наконец, рассмотрим последние две породы нашей таблицы: габбро и базальт.
Габбро является глубинной грубой зернисто-кристаллической породой черного, зеленоватого или серого цвета, богатой темными
64
минералами (иногда черным с синим отливом полевым пшатом— лабрадором).
Состоит он из полевого пшата, а также авгита и оливина. В габбро встречается также и магнитный железняк, имеющий, однако, второ
степенное значение.
Базальт представляет собой темную, очень тяжелую, излившуюся горную породу плотного пли очень мелкозернистого строения, широко распространенную на земной поверхности.
В состав базальта входят: полевой шпат (плагиоклаз), авгит
и оливин.
В базальтах встречается также и магнитный железняк.
Рассмотрев ряд интрузивных и эффузивных пород, мы могли убедиться в том, что одна группа является аналогом другой в отношении ее минералогического состава.
Из рассмотренных нами горных пород к кислым относятся гра
нит и липарит, к средним—сиенит, трахит, диорит и андезит, к основным—габбро и базальт.
Определение
При навыке многие из наиболее распространенных магматических пород могут быть определены приблизительно
магматических и по внешним признакам, или, как говорит, м а к росно
п и ч е с к и По определить по макроскопическим признакам («на-глаз») точно любую горную породу без ошибки не сможет и самый опытный петрограф. Поэтому для изучении горных пород в петрографии существуют методы, которые позволяют с большой точностью определить как структуру, так и минералогический состав той или иной породы.
Достигается такое определение путем микроскопического исследования шлифов. Они приготовляются следующим образом: от породы отщепляют небольшой тоненький кусочен и, прикрепив его канадским бальзамом к стеклу, шлифуют сначала с одной стороны, а затем, перевернув, шлифуют и другую сторону В результате такой обработки получается тоненькая, прозрачная пластинка—шлиф, которую можно рассматривать в специальном (поляризационном) микроскопе (рис. 47).
Петрограф может таким способом оп-
горных пород.
«да -s, - •
у'’ 'y
Рис. 47. Образец шлифа (андезит).
ределить не только структуру породы,
но и входящие в нее минералы, а следовательно, решить точно, с какой породой он имеет цело.
Расдрострапс-ние и использование магматических горных пород.
Магматические горные породы распространены на земле очень широко. Они выходят на поверхность земли, главным образом, в горных странах, на местах же равнинных они часто являются фундаментами разрушенных горных систем. На Русской рав
нине, как установлено по наблюдениям в буровых скважинах, они лежат глубоко прикрытые позднейшими осадочными толщами.
На Урале же, в Средней Азин, на Кавказе магматические породы выходят на больших площадях. Подобные породы известны и в Приднепровье, и если в наше время там горы отсутствуют, то в минувшие времена истории земли там поднимались, вероятно, высокие хребты.
Широко распространены они и в Финляндии, представляющей ны-
5 Минералогия н геология
65
не лишь холмистую страну. Здесь еще с древнейшие времена также поднимались горы, которые в дальнейшем были сильно разрушены.
Наш Кольский полуостров, представляющий собой как бы природный минералогический музей, сплошь состоит из различных магматических, а также и метаморфических пород. Что касается излившихся магматических пород, то они часто образуют обширные покровы или потоки, средн которых широко распространены базальты.
Магматические горные породы используются в народном хозяйстве для самых различных, целей. Они уже сами по себе представляют полезные ископаемые, не говоря о том, что с ними связаны также и месторождения металлов, редких минералов и драгоценных камней.
Большинство магматических пород отличается огромной прочностью. Эти качества позволяют дать им самое разнообразное применение. Так, различные сорта гранита широко применяются для строительных и технических целей: на устои мостов, па устройство набережных, тротуаров и т. п.
Гранит привлекает не только своей прочностью, но и красотой. Он обрабатывается трудно, но прекрасно принимает полировку. Вот почему он идет на облицовку и внутреннюю отделку зданий, на цоколи памятников и пр.
Габбро также отличается огромной прочностью и большой красотой, поэтому он применяется для тех же целей, как и гранит.
В Ленинграде, недалеко от которого широко распространены магматические горные породы, граниты нашли значительное применение: из них построены набережная реки Невы, мосты через нее, многие монументальные здания.
Еще большей прочностью отличается базальт. Базальт значительно лучше сопротивляется, чем граппт, разрушительному действию атмосферных агентов. Базальт применяется для устройства фундаментов зданий, для мостовых устоев, тротуаров и пр.
Нередко базальт применяется для устройства мостовых в виде так называемой брусчатки.
Базальт отличается меньшей тугоплавкостью, чем гранит. Все же плавится он при очень высоких температурах. Поэтому он употребляется для литья тугоплавких сосудов. Базальтовое литье кислотоупорно. Оно также неэлектропроводно, поэтому употребляется в качестве электрических изоляторов (вместо фарфоровых).
Другие магматические породы: диориты, порфиры, диабазы и т. п., широко применяются в строительном деле. Для строительных целей применяются также и некоторые вулканические туфы. Среди этих туфов особыми качествами отличается так называемый трасс, который, будучи смешан с песком и известью (в размолотом виде), дает высокосортный цемент. Что касается пемзы, то она применяется, главным образом, для полировочных работ.
С магматическими породами связаны месторождения редких минералов и руд.
Под словом руда понимают такие минеральные образования, из которых добывают путем прес1варительной обработки вещества, используемые в производственно-хозяйственных целях, как-Ши:металлы, минеральные удобрения и пр
Значительные скопления руд, экономически выгодные для разработки, носят название рудных месторождений.
65
Магматические породы, редкие минералы и рудные месторождения.
«Изверженные породы,—говорит академик Обручев, —являются первоисточником всех руд тяжелых металлов, а извержения в той или иной форме непременно связаны с горообразованием, с дислокациями—складчатыми или срросовыми». И действительно, вспомним, например, наши районы, прославившиеся своими рудными богатствами: Урал, Кавказ, Алтай, Забайкалье, Фергану и др.; все это—горные области.
v Рудные месторождения и месторождения редких минералов не рассеяны в земной коре «как попало. Как всюду в природе, и здесь существуют известные закономерности. Знание этих закономерностей и позволяет нам ориентироваться в толщах земной коры при их поисках, указывая нам, куда и зачем мы должны направлять свою разведку. Иначе дело поисков, идя вслепую, представляло бы собой весьма непродуктивный труд. Важнейшими путеводными признаками в деле интересующих нас изысканий являются генезис и парагенезис минералов, с которыми мы познакомились в курсе минералогии.
Изучая вулканический процесс, мы видели, что раскаленная магма содержит в себе огромное количество паров и газов, которые выделяются из нее как в период извержения вулкана, так и в стадиях его угасания.
Сама по себе магма, застывая, раскристаллизовываясь, может образовать самые различные выделения химических элементов и соединений, которые осаждаются из магмы в известной последовательности, в зависимости от условий остывания, температуры их плавления, концентрации и пр. Эта диференциация магмы дает минеральные скопления—рудные и нерудные. Так образуются месторождения платины, иприта, слюды и пр.
К интрузивным месторождениям принадлежат и жилы пегматитов, богатые весьма ценными полезными ископаемыми. Как мы уже знаем, так называются горные породы, образующиеся из остывающей магмы последними и состоящие из чрезвычайно крупных кристаллов полевого шпата, проросших кварцем. Существенную роль в процессе рудообразованпя здесь играют находящиеся в магме летучие вещества; они способствуют обогащению жил пегматитов целым рядом полезных ископаемых: бором, фтором, фосфором, а также и редкими элементами: вольфрамом, теллуром, висмутом, ванадием и др.
Точно так же жилы пегматитов весьма богаты и различными драгоценными камнями, среди которых встречаются: изумруд, аквамарин, топаз, гранат и др.
В последнее время большое внимание уделяется исследованиям пегматитовых жил, так как наша промышленность нуждается в редких элементах и других минералах, часто связанных с пегматитами.
Но кроме вышеописанных магматических процессов образования ценных ископаемых, последние возникают и другими способами.
При застывании в интрузиях, как мы уже знаем, выделяются газы и пары, выносящие с собой из магмы различные химические элементы и их соединения. Остывая, эти пары и газы осаждаются на стейках трещин и в различных пустотах земной коры, заполняя их и образуя жилы (а также скопления неправильной формы—гнезда, штоки и т. и.) или покрывая их стенки корками и щетками кристаллов. В этих случаях образуются очень часто богатые месторождения ценных полезных ископаемых. Этот процесс получил название, как мы уже знаем, пневматолитического, т. е. связанного с газами и парами Сюда относятся многие месторождения олова, вольфрама, молибдена и пр. К таким пневматолитическим месторождениям принадлежат вольфрамовые руды на Урале, а в Забайкалье подобное же происхождение имеют и месторождения оловянного камня.
Но руды образуются не только из самой магмы или выделяющихся из нее газообразных и парообразных продуктов. Они образуются также и в самых толщах тех горных пород, через которые проходит раскаленная магма или внедряется в них. Дело в том, что воздействие раскаленной массы на соприкасающиеся с магмой породы не исчерпывается тем, что эти породы оплавляются магмой или расплавляются вовсе, глыбами опускаясь в магматические массы, как бы растаивая в них и превращаясь в магму. Наряду с этим соприкасающиеся с магмой толщи земной коры пропитываются парами и газами, выходящими иа магмы; они, изменяясь химически, превращаются в совершенно новые минеральные образования, давая начало особому типу рудных месторождений, которые носят название контактовых (стр. 36). Так образуются железные, медные руды и др.
Путем контактового метаморфизма возникли железные руды гор Магнитной, Высокой и Благодати, а также и некоторые медные руды Урала (Богослов ское, Медпорудянск и др.).
5*
67
Припомним, наконец, роль ювенильных вод в процессах' мппсрэлообразова-тшя Вода в нижних зонах литосферы является чрезвычайно активным растворителем. Поднимаясь по трещинам земной норы, она осаждает в этих трещинах и пустотах растворенные в ней вещества, отлагая их либо на стенках трещин и пустот, либо целиком заполняя их. Так образуются месторождения полезных ископаемых, которые по характеру своего образования носят название гидротермальных.
Подобное происхождение имеют вольфрамовые руды в Забайкалье, а также полиметаллические руды (серебро-свпнцовые и цинковые) Алтая, Казахстана и др.
С деятельностью растворов, циркулирующих в трещинах горных пород, часто бывают связаны явления метасоматоза.
Метасоматоз представляет собой химический процесс, при котором происходит замещение одного минерального образования другим путем двойного обмена между горной породой п притекающим раствором, причем строение горной породы обычно не изменяется.
Так, в результате метасоматоза нередко сульфиды серебра и меди замещаются сульфидами свинца, цинка, железа и т. п.
4. Процессы, обусловлена тощие образование осадочных горных пород.
Выветривание.
В образовании осадочных пород громадную роль Что такое играют процессы разрыхления и распада горных выветРИЕанпе- пород, которые происходят в зоне катаморфизма, обладающей умеренными, колеблющимися температурами и невысоким давлением. Процессы эти объединяются общим термином
выветривание.
Физическое выветривание.
ного состава.
Разрушение горных пород прежде всего может итти путем механического разрыхления и распада каменистых твердых пород без изменения их мпнераль-Такое выветривание называется физическим вывет
риванием.
Главным агентом физического выветривания горных пород являются суточные и годовые температурные колебания на поверхности земли. Особенно сильно проявляется действие этого агента в пустынях и на горах с их резкими температурными колебаниями. Амплитуда этих колебаний в пустынях достигает местами 70—80°. Быстрое и сильное нагревание лучами солнца поверхности каменистой горной породы, охлажденной за ночь, вызывает столь же быстрое и сильное расширение ее поверхностных слоев; благодаря этому связность между нагретым слоем и слоем, не успевшим прогреться, нарушается, образуются горизонтальные трещинки, благодаря чему поверхность породы отслаивается в форме чешуек (дескваммация). В то же время ночное охлаждение, неравномерное в разных частях породы, вызывает образование глубоких трещин. Поэтому в пустынях можно наблюдать громадные валуны и даже целые скалы, расколотые глубокими трещинами. Нередко большие каменные глыбы, сохранившие свою первоначальную форму, но е действительности разрушенные проникающими их многочисленными трещинами, распадаются в щебень от одного удара молотком.
Процессу выветривания подвергаются как породы однородного состава, так в разнородного. Однако последние выветриваются быстрее. Если горная порода состоит из разнородных зерен, обла
68
дающих различными теплоемкостью и коэфицпентамп расширения, при этом неодинаково поглощающих солнечные лучи благодаря различной окраске, то при нагревании и охлаждении связность между ее отдельными зернами также нарушается—’Порода разрыхляется. Поэтому гранит, состоящий из отдельных зерен кварца, полевого шпата и слюды, несмотря на свою твердость, может подвергнуться весьма глубокому разрушению под влиянием физического выветривания.
К разрушительному действию резких температурных колебаний в странах с зимами, имеющими температуру ниже 0°, присоединяется разрушительное действие замерзающей воды. Вода при замерзании
Рис. 48. Финга лова пещера на острове Стаффа.
увеличивается в объеме с такой силой, которая способна разрушить даже очень твердые породы. Проникая в трещины горной породы, при замерзании она расширяет их, производит новые разрывы и в результате приводит к полному разрушению породы. Более всего замерзающая вода разрушает те горные породы, которые легко ею пропитываются, например богатые глиной (мергелистые) известняки, которые поэтому и называются рухляками. Впрочем, некоторые пористые породы, например грубые песчаники, менее подвержены разрушению, так как вода при замерзании имеет достаточно места для расширения и поэтому не нарушает в такой степени, как у рухляков, связности породы. Выветривание под действием замерзающей воды называется морозным выветриванием. Явления морозного выветривания хорошо можно наблюдать на Урале, в сибирских горах и вообще в горных областях северных широт.
Разрушение связности у горных пород вулканического происхождения обнаруживается в так называемой их отдельности.. Не
69
Химическое выветривание
редко эти породы при застывании образуют правильно пересекающиеся трещины; благодаря выветриванию эти трещины углубляются, расширяются, и порода распадается на более или менее правильные глыбы. Так, базальт при разрушении дает так называемую призматическую отдельность, образуя как бы шестигранные призмы. Примером такой призматической отдельности может служить знаменитая Фингалова пещера па острове Стаффа близ Шотландии, образовавшаяся в базальтовых массах (рис. 48).
Наряду с физическим выветриванием происходят изменение и разрушение гордых пород химическими агентами. Главными деятелями такого химического
выветривания являются вода, углекислый газ и кислород.
Вода, пропитывая горные породы и двигаясь тго их порам и трещинам, может растворять породообразующие минералы. К легко растворимым в воде минералам относятся каменная соль и гипс. Присутствие в воде углекислого газа чрезвычайно повышает ее действие как растворителя. Такая вода растворяет в себе значительное количество углекислого кальция, разъедая известковые породы.
Деятельность воды не ограничивается только растворением породообразующих минералов. При участии кислорода и углекислого газа она вызывает глубокие химические изменения в горных породах. Особенное значение в процессах химического выветривания имеет разложение силикатов—полевых шпатов, роговых обманок, слюд и пр. Их распадение приводит к выветриванию гранитов, гнейсов и пр. Гранит на 65—70% состоит из полевого шпата и на 25—30% из кварца. Распадение полевых шпатов, входящих в состав гранита, прослежено нами в схеме на странице 29. В результате этого процесса силикаты каолинпзируются и образуют глину. Щелочные и щелочноземельные металлы при этом переходят в углекислые соли (карбонаты), двуокись кремния, содержащаяся в силикатах, в большей своей части переходит в растворимую кремневую кислоту, которая вместе с карбонатами уносится водой. Зерна кварца с остатками слюды образуют пески.
Точно так же под действием веды и кислорода пирит (FeS2) переходит в сульфаты, в том числе в сернокислые соли железа (FeSO4), в лимонит (2Fe2O3. ЗН2О), дающий в жплытых рудах «железную шляпу», а также и свободную, самородную серу. До 9% объема химически разрушающихся изверженных горных пород переходит в растворы и уносится водами. Эти растворы выносятся в море, где и вступают в следующие стадии минералообразованпя. Подсчитано, что общее количество этих растворенных веществ, скопившихся за геологическую историю в океанах и морях, таково, что при осаждении из воды они могли бы покрыть дно слоем мощностью в 100 м.
Наряду с физическим и химическим выветриваиия-Органическ°е ми происходит процесс органического выветривания. выв тр 1вани(. Древесная растительность в районах выхода на земную поверхность твердых каменистых пород может действовать на них прежде всего чисто механически, раздвигая своими корнями, наподобие клина, их трещины. Одновременно корпи растений выделяют органические кислоты, оказывающие растворяющее действие на минеральные вещества почвы. Так же действует выделяемая

растениями и животными углекислота. При гниении организмов в условиях слабого доступа воздуха возникает ряд органических кислот, действующих па минеральный состав почвы, а также сероводород (H2S); действие последнего на соли железа приводит к образованию сернистого железа, пирита (FeS3). Припомним, наконец, минералообразующую деятельность нитрифицирующих и азотусвап-вающих бактерий, а также разрыхляющую деятельность животных—земляных червей, личинок насекомых, кротов и пр,, увеличивающих доступ в почву СО2 и Н3О.
Перенос продуктов разрушения.
Перемещение продуктов выветривания под влиянием силы тяжести.
Продукты разрушения горных пород редко остаются на месте их образования. Для этого необходимы особо благоприятные условия: прежде всего отсутствие уклона и наличие растительности, препятствующей действию агентов переноса. Обычно же
продукты разрушения уносятся с места их образования.
Это удаление' продуктов выветривания происходит, во-первых, под непосредственным влиянием силы тяжести. Угловатые обломки скал и щебень обрушиваются по крутым склонам, скопляясь у их подножий в виде конусов осыпи\ сливаясь, конусы осыпи образуют у подножия гор так называемые шлейфы.
Разрушение горных пород, особенно при насыщении их водой, уменьшающей трение, нередко ведет в горах к громадным обвалам. Наиболее грозные обвалы происходят при землетрясениях. Остатками горных обвалов являются нередко встречающиеся в Крыму «хаосы». Во время известного землетрясения в Алма-Ате (Верном), происшедшего в 1887 г., в горах обрушились громадные скалы. Площадь обвала по реке Ак-Джар заняла х/4 кв. км. мощность же его равнялась 300 лг, громадные обломки гранитных, диоритовых и сланцевых скал, достигавшие 50 т веса, совершенно заполнили всю
долину реки.
А гейты переноса про д) ктов выветривания.
Осыпи и обвалы не могут на далекое расстояние унести продукты выветривания. Гораздо более значительную работу в этом отношении производят вода, лед и ветер. Эти агенты переноса уносят про
дукты разрушения горных пород иногда на тысячи километров, чрезвычайно глубоко изменяя лик земли. Но, являясь агентами переноса, они совершают и другую геологическую работу—разрушительную и созидательную.
Поэтому, рассматривая их ио преимуществу как геологических деятелей переноса, м ы н е д о л ж и ы упускать из вида
и их роли в разрушительных и созидатель-
ных проц
Работа поверхностных потоков и рок.
выветривания.
е с с а х поверхности земли.
Дождевые и снеговые воды, унося продукты выветривания, начиная с наиболее мелких, пылеобразных частиц, тем самым обнажают поверхность горных пород для дальнейшего действия агентов
Размывающая работа поверхностного водного потока подчи
няется следующим закономерностям.
71
Движение выпавшей из атмосферы воды по поверхности земли начинается сетью небольших струй, которые могут создавать благодаря своей размывающей деятельности весьма прихотливые формы поверхности (рис, 49). Благодаря слиянию струй увеличивается масса движущейся воды, увеличивается и быстрота ее движения. Образовавшийся таким образом поверхностный поток начинает рыть
Рис, 49. Меловые стилбы (Кавказ).
Аг Л1 л
Рис. 50. Схема профиля равновесия потока:
А, А,, А2, а3, А4— конус выноса, В—первоначальная поверхность склона, В,—базис эрозии, С—исток.
себе русло-, так образуется рытвина. Двшкение воды потока прекращается у подошвы склона, по которому он стремится.
Следовательно, здесь прекращается размывающая деятельность воды, или, как говорят, эрозия, и образуется конус, выноса из нанесенных водой материалов.
Подошва склона, по которому стремится поток, называется ос* нованием, пли базисом эрозии. Размывание потоком склона идет от базиса эрозии к его верховью или регрессивно, причем наиболее энер-
Е Гпчная эрозионная дея-; тельность потока проис-' ходит в верхней части его, где склон наиболее крут, в средней части идет по преимуществу перенос материала, который отлагается у базиса эрозии.
Профиль русла на том этапе его развития, когда все три отдела его вып элняют свойствен-50) кривой, обращенной
ную им работу, можно изобразить (рис, кверху вогнутой стороной. В нижней части эта кривая переходит в горизонтальную линию, в верхней—поднимается почты вертикально. При таком профиле, получившем название профиля равновесия,
вода скатывается, встречая наименьшее сопротивление со стороны ложа и берегов потока.
В вышеописанной последовательности развиваются овраги. В верхней их части происходит унос материала, в средней части—перенос, в нижней части—намыв вынесенного сюда материала. Материал, намытый текучими водахми, получил название аллювия.
72
Развитие крупных поверхностных потоков, или рек, подчиняется в основном тем же закономерностям развития.
Реки также производят энергичную эрозионную работу, причем верхнее их течение является, главным образом, областью размыва, среднее—областью переноса, нижнее—областью отложения, особенно значительного у базиса эрозпп, у впадения реки в море. Здесь реки
Ряс. 51. Дельта Волги.
образуют дельту —группу наносных островов, разделенную речными рукавами. Дельты больших рек могут занимать тысячи квадратных километров (рис. 51). У нас громадные дельты образовались прп устьях Волги, Лены, Аму-Дарьи. Значительная часть Ленинграда стоит на дельте Невы. Дельты растут буквально на глазах жителей. Так, на карте местоположения старого Петербурга (1698 г.) не показаны некоторые острова (например, Вольный) и отмели, которые выросли за время существования города.
Если устье реки расположено на побережье, испытывающем постепенное опускание, то море затопляет долину реки при ее впадении, благодаря чему река образует широкое устье, или эст yaри й.
Близкая к профилю равновесия река в среднем течении уже не в состоянии преодолеть препятствия, оказываемого ее течению мате
73
риалами, образующими ложе: опа перестает углублять русло п, обходя препятствия, начинает удлинять его, образуя излучины (меандры) (рис. 52). Ударяясь в изгибы излучин, вода подмывает их берег, у противоположного берега со слабым течением откладывая аллювий. Благодаря
этому происходит блуждание, пли планация, реки в горизонтальном направлении. Извилины при планации реки все более и более увеличиваются, промежутки же между ними суживаются; в конце концов, они прорываются и русло реки выпрямляется, оставленные же излучины обращаются в так называемые старицы (рис. 53).
В описанной стадии развития река у же почти не углубляет своего русла, проводя лишь боковую эрозию, приводящую к расширению ее долины;
Рис. 52. Схема образования меандров и планации речного русла.
Рис. 53. Меандры и старицы реки.
при этом отложения аллювия захватывают и среднее течение, переносимый же рекой материал доставляется по преимуществу дождевыми и снеговыми потоками, которые сглаживают окружающие равнины, придавая им мягкие очертания так называемой предельной равнины., или почти равнины (пенеплена). В этой стадии река как геологический фактор «стареет». Большинство равнинных рек нашего Союза находится именно в этой стадии развития.
Однако состояние равновесия реки может быть нарушено. Изменение климата, сопровождающееся увеличением о садко в, понижение базиса эрозии или поднятие области верхнего течения реки в связи с медленными колебаниями земной коры могут открыть новый цикл эрозии: река как геологический деятель «омолаживается». Свидетелями этой циклической истории реки являются террасы речных долин, наблюдаемые и па наших реках—Волге, Лене и пр. (рис. 54).
Каждая из террас соответствует одному циклу эрозии, во время которого река выработала более или менее свой профиль равновесия, отложив свой аллювий. Каждое новое углубление долины соответствует обновлению речного бассейна в начале нового цикла эрозии.
Рис, 54. Речные террасы.
Если река на своем протяжении прокладывает себе русло по горным породам, оказывающим: различные сопротивления ее эрозионной деятельности, происходит нарушение установленной выше закономерности в ее развитии. Река в любой части своего течения мо-яют образовать пироги со стремительным течением. Примером может
Рпс. 55. Водопад па рено Ольховке близ Кисловодска.
. о
служить Днепр, в своем среднем течении пересекающий гранитную гряду и образующий пороги, перекрытые подпором вод Днепрогэса. Здесь долина реки не закончила своего образования. Еще более ярким примером нарушения нормального профиля реки могут служить водопады (рис. 55). Но и здесь энергия падающей воды водопада, размывая уступ, медленно приближает русло реки к профилю равновесия. Так, Ниагарский водопад (рис. 147), низвергающийся мощным потоком с высоты около 50 м, ежегодно
Рис. 5G. Схема каньона реки (Колорадо).
смывает свой каменистый уступ оа 0,3 м. За время своего существования он уже успел промыть русло реки Ниагары на протяжении 11 км.
То же можно констатировать и по отношению к Нарвскому водопаду (Эстония), ниспадающему с высоты 7 м. Раковины живущих в нем мягкотелых (слизняков) находятся ниже водопада в горизонтах, расположенных значительно выше современного русла реки Нарвы.
Наоборот, если мощный водный поток протекает по высокой равнине, сложенной из легко размываемых горных пород, он может чрезвычайно углубить свое русло, образуя узкие ущелья с вертикальными краями. Особенно интересны в этом отношении теснины североамериканских рек на западе США. Река Колорадо протекает здесь по дну глубочайшей пропасти,
вертикальные степы которой поднимаются над уровнем реки местами на 2000 м (рис. 56). Такие ущелья называются каньонами.
Вода производит большую работу разрушения и переноса также в твердом виде. Даже в жарких
странах на высоких горах снежный покров держится круглый год. Нижняя граница постоянного снежного покрова называется снеговой линией. В экваториальных областях она находится на высоте 5—5,5 тыс. м. Понижение этой границы зависит не только от температуры, но и от влажности климата. Например, в восточной части Кавказских гор с их сухим климатом снеговая лилия проходит на высоте 4300 м над уровнем моря, в западной же части, где осадков значительно больше, она опускается до высоты 3570 м.
Однако даже в полярных странах снеговая линия не спускается
до самого уровня моря, и снег, выпавший здесь за зиму, стаивает летом. Например, на Шпицбергене снеговая линия держится на высоте 400 м.
56
Снег, скопляющийся выше снеговой линии, в горных областях, частично уносится из них путем снежных обвалов, или лавин. Обрушивающиеся с крутых склонов лавины увлекают с собой подчас значительные глыбы камней, несомненно являясь фактором сноса в горных областях. Однако основные массы уносятся из областей вечного снега, главным образом, в виде ледников, или глет-че ров.
Среди ледников различают несколько видов: а) Ледниковые покровы мощным слоем льда охватывают целые страны, например,
Рис. 57. Долина, склоны и дно которой выпаханы ледником.
Антарктиду, Гренландию и пр. Ледник Антарктиды занимает площадь примерно 14 млн. кв. км. Толщина этих ледников достигает 2000м и более, б) Горные (альпийские) ледники образуются в высокогорных циркоподобных котловинах и сползают языками в соседние долины. Размеры их колеблются в значительных пределах. Самый мощный ледник Кавказа Бизинги имеет длину 19 км, ширину до 1 км. Некоторые ледники Тянь-Шаил достигают 30 и более километров. Мощность горных ледников выражается величинами порядка 300—509 м.
Кроме этих двух основных типов ледников, различают также смешанный скандинавский тип ледников, образующихся в виде ледяного покрова на плоскогорьях, питающего собой ледники горных склонов.
Процесс образования ледников лучше всего изучен в отношении ледников альпийского типа.
Снег, выпадающий в течение целого года в высокогорных областях, скопляясь там, под влиянием своей тяжести уплотняется
77
ё зернистый непрозрачный фирновый, лед, пли фирн, включающий большое количество пузырьков воздуха. Затем благодаря давлению
вышележащих слоев пузырьки удаляются через трещины, и лед становится однородным, прозрачным, голубым глетчерным льдом. Этот лед состоит из очень неправильных, но более пли менее округлых зерен различных размеров, представляющих собой дефор-
в нижних горизонтах ледника зти зерна достигают величины голубиного яйца. Ледниковый лед слоист. Эта слоистость объясняется чередованием периодов обильного и малого выпадения снега, что обусловливает чередование слоев, относительно богатых и бедных пузырьками воздуха и, следовательно, неодинаково прозрачных. Существенной особенностью льда вообще, а следовательно, и глетчерного, объясняющей его движение, является пластичность; благодаря пластичности лед под влиянием собственного давления может растекаться, не теряя связности частей. Движение ледни-
мированные кристаллы;
Рве. 58. Ледниковые шрамы на камне.
ка следует законам истечения жидкостей: посредине ледникового потока, приблизительно по его осп, происходит самая быстрая передвижка льда. Ледник движется при одинаковом наклоне по сравнению с водяным потоком в 10 000 раз медленнее последнего, проходя от 1,25 до 25 мм в час.
При движении ледника в его массе образуются как продольные, так и поперечные трещины. В леднике по мере его движения идет подтаивание льда как на поверхности, так и в глубине. Благодаря
Рис. 59. Схема продольного разреза через ледник.
атому на поверхности ледника, а также внутри его по ледниковому ложу устремляются воды; последние нередко вырываются из-под ледника па ого конце через ледяной грот—так называемые ледниковые ворота.
При своем движении ледник оказывает разрушающее действие на свое ложе, выпахивая его (рис. 57), выламывая и унося с собой выдающиеся края скал и истирая обломки, поддающиеся механическому измельчению. Стирая острые выступы своего русла, ледник
78
как би шлифует их, придавая им «курчавый» вид (курчавые скалы}. Разрушительную работу ледника увеличивают обломки горных пород, вмерзающие в ледник и при его движении истирающие ложе и берега глетчера. Образующиеся прп этом так называемые ледниковые шрфмы (рис. 58), полировка ложа ледника и ледниковых валунов указывают на прежнее прохождение ледника по местам, откуда он йозже отступил, нередко окончательно растаяв.
Впрочем, Унос материала ледником лишь отчасти обусловливается разрушительно)! работой самого ледника: главную роль в этом отношении играют атмосферные агенты, разрушающие скалы, обломки которых скопляются на леднике. Материал, уносимый ледником и откладываемый им, называется мореной. Скопления обломочного материала их по бокам ледника называются боковыми моренами. Прп падении
на ледник камней с возвы- Рис. 60. Схема поперечного разреза через шающпхся скал образуются ледник,
срединные морены; средин-
ная морена может образоваться также из боковых путем слияния двух ледников. Материал, попадающий на дно ледника, образует донную морену.
Когда ледник достигает области таяния, он нагромождает на своем конце вынесенные им обломки в неподвижную так называемую конечную морену, образующую на его конце высокий вал (рис. 59 и 60у
Еще более грандиозную работу разрушения и переноса материала производят материковые ледниковые покровы. Характерным для них образованием является скопление впереди конечных морен песков. Обильные воды, вытекающие из-под таких ледников, отлагают впереди конечных морен массы слоистого, так называемого флювно-гляцпэльиого, иначе ледниково-ручейкового, песка,
устилающего
Работа подземных вод.
расположенные впереди ледника равнины.
Примерно от г/5 до \/3 воды, выпадающей из атмосферы на поверхность суши, проникает внутрь земли. Вода, выпадающая на землю в виде атмосферных осадков, может, во-первых, просачиваться в слои земли (инфилъ-
трация}', во-вторых, она перегоняется по порам горных пород в виде паров, осаждающихся (конденсирующихся) при благоприятных для их осаждения условиях; в-третьих, она может передвигаться по трещинам пород. Наконец, она может двигаться по значительным каналам, образовавшимся в земной коре. Этот способ передвижения подземных вод (ипфлюации) встречается сравнительно редко, глав-ным образом в слоях горных пород, легко растворимых в воде. Вода, пропитывающая верхние зоны литосферы и передвигающаяся в них, по преимуществу поверхностного происхождения (вадозпая вода). Сравнительно с ней роль ювенильных вод в этих горизонтах совершенно ничтожна,
79
Рпс. 61. Схема артезианского колодца.
А, С—водонепроницаемые слои, Н—водоносный слой (вертикальные каналы—оуровые скважины).
Воды, просачивающиеся под влиянием силы тяжести в верхние слои земли, называются грунтовыми-, задерживаясь водонепроницаемыми слоями земли, грунтовая вода образует над ними водоносный Верхняя поверхность такого водоносного горизонта называется их зеркалом. Зеркало грунтовых вод испытывает периодические и непериодические колебания в зависимости от атмосферных условий. Грунтовые воды, выходящие на поверхность земли, например па склоне оврага, горы или речной долины, образуют источники. Движение воды таких источников происходит под влиянием силы
тяжести. Такие источники называются нисходящими. Они выходят в нижней части водоносного слоя.
Однако, если вода скопляется между двумя водонепроницаемыми слоями, образующими ьпадину, в нижних частях впадины в воде развивается гидростатическое давление под влиянием вышерасположенных масс воды. Давление это может достигать значительной силы; поэтому, если один из склонов такой впадины обнажается (например по склону оврага), вода с силой выбрасывается по нему. В таких случаях вода движется уже не под влиянием силы тяжести, а под влиянием гидростатического давления, почему такие источники называются восходящими. Искусственные восходящие
ко
Значитель-
ную роль воды могут образовании
источники называются артезианскими
(рис. 61).
Оползни.
грунтовые играть при
оползней. Под оползнем понимается медленное движение поверхностных земляных масс, происходя-
щее по склонам гор, хол- Рпс. 62. Схема оползня.
мов, речных долин, бере-
гов морей и озер. Образуются они благодаря тому, что между различными слоями земли нарушается естественное сцепление. Причи-
ной оползней может быть искусственная нагрузка на грунт: в виде насыпей, построек и т. п. Если вес грунта увеличивается благодаря насыщению его водой во время изобильных дождей или снеготаяния,
80
могут также возникнуть обширные оползни. Уменьшение трения между слоями земли благодаря смачиванию поверхности их соприкосновения, например поверхности глины, также содействует оползням (рис. 62).
Один из наиболее крупных оползней в пашей стране произошел на берегу Волги в Саратове в 1884 г. по склону Соколовой горы (рис. 63). Площадь оползня измерялась 0,5 км в длину и 40 м в ширину. В 1915 г. большой оползень у нынешнего Уль-
I
Рис. G3. Оползень.
яновска разрушил строившийся железнодорожный мост. Значительные оползни происходят также по южному берегу Крыма, у Одессы п т. д.
0ПЛЬ11 j Обильный приток вод к поверхностным слоям земли может привести к такому пропитыванию их водой, что они обращаются в грязевую массу. Если образование такой грязи приурочено к склонам, грязь может выйти из равновесия и бурно устремиться в соседнюю долину. Такие грязевые потоки, получившие название мур, или оплывай, нередки в горах, например в Альпах, в горах Средней Азин, представляя серьезную опасность для местного населения.
,, Подземные воды оказывают значительное раство-
11СЩС1) Ы« ,,
ряющее действие на омываемые ими пласты горных пород. Благодаря этому в областях залегания гипса, а также известняков могут образоваться обширные подземные пустоты. Некоторые из этих пустот представляют собой пещеры, тянущиеся па десятки и даже сотни километров. Наибольшей известностью пользуется так называемая Мамонтова пещера в США, подземные коридоры которой тянутся в общей сложности на 250 км.
В СССР наиболее известна заповедная Кунгурская пещера в западных предгорьях Урала, а также пещера Бимбаш-Коба в Крыму на горе Чатыр-Даг. Все эти большие пещеры образованы в известняках. Для подобного рода пещер весьма характерно образование кристаллических агрегатов кальцита в виде натеков на потолке, полу и на стенах, знакомых уже нам из курса минералогии ста-
6 Минералогия и геология.
81
лактптов (пли капельников) и сталагмитов. Иногда натеки эти
имеют форму кружевообразных занавесок.
Работа аетра.
Работу ветра можно наблюдать па берегах рек, где отсутствует растительность. Еще более крупную ра-
боту ведет ветер в пустынях. Эта работа заключается в том, что ветер, подхватывая песок, ударяет его в скалы и камни. Удары песчи-
нок стирают и сглаживают поверхность горных пород. На ней обра-
Рис. 64. Камни пустыни, обработанные ветром.
зуются борозды, углубления и даже сквозные пустоты. При постоянстве направления ветра эта обтачивающая работа песчинок приводит к тому, что каменистые обломки преврапщются в многогранные камни нередко характерной пирамидальной формы (рис. 64).
Ветер также производит работу по переносу продуктов разрушения горных пород.
Ветер выметает не только горизонтальные поверхности: он проникает в мельчайшие углубления, выдувая оттуда продукты выветривания
горных пород. Лишь благодаря этой дефляции в
пустынях разрушение горных пород развивается в полной мере. Если бы не было этого выдувания, продукты выветривания накоплялись бы на месте и предохраняли горные породы от дальнейшего действия агентов разрушения.
На далекое расстояние ветром уносится только пыль, песок же
гонится им по поверхности на сравнительно недалекие расстояния, образуя холмы, так называемые дюны. Полное развитие дюны получают лишь в пустынях (полулунные барханы пустынь) и на морских берегах; некоторое развитие они получают также по берегам больших рек. Для образования дюн необходимо преобладание ветра одного направления. В развитом виде дюны носят характер песчаных валов, достигающих иногда 120—130 м высоты, расположенных перпендикулярно к направлению господствующего ветра. Наветренный склон дюн, по которому ветер накатывает песчинки, пологий (5—12°), подветренный склон, наоборот, довольно крутой (28—30°).
Ветер сдувает песок с вершины дюны и перебрасывает его на подветренный склон (рис. 65). Благодаря этому дюна перемещается по направлению ветра. Скорость этого перемещения в приморье достигает 30 м в год. Под Ленинградом, в Сестрорецке, можно наблюдать это передвижение дюн. Они уже засыпали водяной резервуар,
82
служивший когда-то источником энергии для местного завода, надвинулись на лес, засыпав деревья 45 м высотой, и засыпают постройки. Борьба с дюнами ведется путем посадки на них леса, а также посевов некоторых трав, хорошо удерживающих песок от раздувания.
Относительно значительного развития речные дюны достигают по берегам крупнейших наших рек—Волги, Днепра и пр. Цтору-пинскпе (Ллешкинские) пески с дюнами 30—40 м высоты в низовьях
Рис. 65. Схема движения дюны:
правильное движение, когда масса песка остается без изменения; В—замедляющееся движение при увеличивающемся количестве песка и увеличении высоты дюны; С—ускоряющееся движение при уменьшении высоты дюны и постепенном уменьшении массы песка.
Днепра захватывают площадь 150 км длины и 30 км ширины. Они значительно расширились в XIX в. благодаря выпасу скота, вытоптавшему растительность, закрепляющую эти пески. В настоящее время здесь ведется успешная борьба за их хозяйственное использование под различные растения .
Громадного развития дюны достигают в пустынях. Барханы, имеющие полулунную форму, являются их первичной стадией (рис. 66). В своем дальнейшем развитии барханы сливаются в длинные валы с пологими склонами. Дюны прибрежий, передвигаясь внутрь страны, скоро останавливаются закрепляющей их растительностью. Наоборот, дюны пустынь, захватывая обширные пространства за пределами пустыни, распространяются далеко от места, где образовался песок.
Значительна работа ветра так?ке по переносу пылевидных продуктов выветривания. Воздух пустынь почти всегда наполнен мельчайшей пылью. Эта пыль может уноситься на большие расстояния. При постоянстве ветров, дующих из пустынь в относительно увлажненные области, пыль может осаждаться мощными слоями. Таково происхождение (ветровое, или эоловое) отложений лёсса,состоя
Рис. 66. Схема расположения барханов в окрестностях Бухары.
6*
Геологическая деятельность моря.
Рпс. 67. Разрушение мэрских берегов прибоем: А, Б, В—последовательные, стадии разруш пня морских берегов прибоем; Г, Д, В—слои прибрежных наносов, образовавшихся в результате paspi шешш берега.
щего в основном из кварцевых глинистых, известковых пылевидных частиц с примесью гидрата окиси железа.
Одним из самых мощных г е о л о г и ч е с к п х факторов является море. Оно ведет и грандиозную разрушительную работу и переносит продукты разрушения, и принимает участке в созидании горных
пород, отлагая на своем дне осадки.
Морские волны обладают значительной живой силой. Сила удара волн прибоя обычно колеблется от 3000 до 10 000 кг па 1 кв. м, в самые же сильные бури она вырастает до 30 000 кг. Отлогое дно благодаря трению об него волн смягчает силу удара, при глубоком же дне волны действуют, как таран, разрушая прибрежные скалы. Каменистые обломки, подхваченные волной, еще более увеличивают ее разрушительную силу. Подтачивая подножие скалистого
берега, морские волны образуют в них ниши. В конце концов, навес обрушивается, и морские волны начинают измельчать обрушившийся материал, пока не подойдут вновь к скале (рис. 67). Этот процесс механического разрушения усиливается химическим действием морской воды, содержащей в себе в растворенном виде хлористый натрий, хлористый магний и другие соли. Моллюски-камнеточцы (рис. 68), морские ежи, сверлящие камень морские черви и пр, также принимают участие в разрушении морских берегов. Водоросли, подхватываемые волнами, в свою очередь, расшатывают камни, к которым оно прикрепились. Этот процесс разрушения при медленном вековом опускании суши может привести к размыванию обширных участков материков. Еше в недавнее геологическое время значительная часть Нижнего Поволжья подвергалась такому наступанию Каспий
ского моря (морской трансгрессии), ровнявшего при своем наступании прибойной волной бывшие па нем неровности и устлавшего выровненную им поверхность своими осадками. В дальнейшем море опять отступило, обнажив свое дно. Иногда этот процесс разрушения идет так быстро, что текучие воды суши не успевают углубить своих долин до уровня моря. Образуются так называемые
Рис. 68. Моллюскл-калшеточцы.
о*
висячие долины, из которых в море нередко низвергаются водопады (рис. 69).
Совершенно обратное происходят у берегов, переходящих в пологое дно. Здесь волны подхватывают донный песок и выбрасывают его на. берег. Таким образом, на пологих берегах происходит не размывание, а накопление рыхлого материала. Волны, набегал на берег, перекатывают по прибрежной платформе мелкие обломки скал. От взаимного трения они стачивают своп острые края и образуют окатанные гальку п песок. Если волны набегают на берег под углом, то
Рас. 69. Висячие долины в меловых берегах (Франция).
обломочный материал постепенно уносится вдоль берега, к этому присоединяется перенос материала морскими течениями, которые подхватывают песчинки. Если такое береговое течение встречает выдающийся выступ берега, оно откладывает здесь песок, благодаря чему образуется песчаный пляж. Наоборот, если море вдается в сушу бухтой, то песок осаждается в месте соприкосновения течения со спокойными водами бухты, образуя песчаную носу.
Ознакомившись с работой морских вод в прибрежной зоне, мы в дальнейшем рассмотрим океаны и моря как главные области отложений осадочных пород.
Отложение осадочных пород.
Области отложений.
Материковые воды, лед, ветер и море являются мощными агентами разрушения горных пород и их переноса. Рано или поздно переносимый ими материал отлагается. Это отложение происходит, главным образом, в областях понижений земной коры. Области земной поверхности, куда сносится рыхлый материал, подхваченный агентами переноса, называются областями отложений {аккумуляции). Такие области отложений существуют и на материках, но главной областью отложений является морское дно, куда сносятся в конечном результате продукты разрушения поднимающейся над водами океана суши. Однако
85
Рельеф морского дна.
В образовании морских отложений принимают громадное участие населяющие морские воды организмы. Поэтому для понимания происхождения мор-
не все воды су .пи стекают в океаны и несут туда рыхлые продукты разрушения горных пород. Есть так называемые бессточные впадины. Самой большой бессточной областью на земном шаре является область, охватывающая юго-восток Европы и центральную часть Азии. Крупнейшими водными бассейнами, аккумулирующими продукты речного сноса в этой области, являются озера: Каспийское, Аральское, Балхаш, Иссык-Куль, Лоб-Нор и Куку-Нор. Такие же бессточные впадины есть и на других континентах.
Характер морских отложений стоит в большой зависимости от рельефа морского дна. В основном построение этою рельефа таково. Дно прибрежных
морей и морей, вдающихся в материки, характеризуется медленно увеличивающейся глубиной, которая не превышает 200 м. Такие мелководные части моря—континентальные платформы—занимают до 7,5% всей поверхности мирового океана. Изменения в относительном положении суши и моря в прошлые геологические эпохи резче всего сказывались в области этих континентальных платформ. От континентальных платформ морское дно опускается до глубины 1 тыс. м крутым материковым склоном, иногда имеющим наклон, приближающийся к 35°. Подошва материкового склона представляет собой основание материковых массивов, поднимающихся из океанических вод. Склон этот охватывает до 10,5% всей площади дна океанов. Остальное пространство занимают глубинные области. 1 дубина 3000—4000 м является средней глубиной океанов.
Еиоиомическяе факторы п фации.
ских осадков необходимо знать законы расселения в морях организмов, т. е. необходимо принимать во внимание условия, определяющие их существование. К этим условиям, как говорят, бионо-мическим факторам, относятся: присутствие или отсутствие твердой опоры для прикрепления организмов (есть организхмы, прикрепленные к подводным предметами свободно плавающие), соленость воды, температура, свет, давление, разнообразные движения морской воды и т. д.
Изменение того или иного из этих биономических факторов ведет к изменению и состава органического мира или вследствие вымирания организмов, или благодаря постепенному их приспособлению.
В морях мы можем выделить такие участки, которые на всем своему протяжении характеризуются одинаковыми физико-географическими условиями и одной и той же фауной и флорой. Такие участки получили название морских фаций.
Изучение биономических факторов и фаций проливает свет не только на современное образование морских осадков. Оно дает возможность, зная состав древних отложений и окаменевших остатков живых существ, сохранившихся в них, восстановить физико-географические условия прошлого: определить, имеем ли мы дело с отложениями открытого моря, прибрежными, лагунными и т. д.
В распределении осадков морского дна отмечается екогоИднеь следующая затгономерность.
Дно прибрежных частей моря устилается материковыми наносами. Наиболее крупные обломочные материалы накопля-
ло
ются ближе к берегу, далее отлагается более мелкий материал. Так, у берегов скопляются окатанные обломки каменистых пород—• галечник, далее от берега—песчаные отложения с некоторым коли* чеством раковин. Впрочем, иногда количество раковин здесь бывает весьма значительным (так называемый ракугиник}, далее следуют иловатые глинистые отложения уже обычно с большей или меньшей примесью раковин и скелетов морских животных. Крутые «материковые» склоны покрыты иловатыми осадками также материкового происхождения, к которым в более значительном количестве примешиваются твердые остатки морских животных.
В прибрежной зоне теплых морей широкое распространение получили известковые постройки кораллов. Кораллы принимают заметное
Рпс. 70. Атолл.
участие в образовании отложений морского дна, образуя сидячие колонии на дне мелкого моря у берегов ина подводных возвышенностях в открытом море. На известковых постройках отмерших особей развиваются следующие поколения, благодаря чему коралловые колонии быстро растут, образуя большие подводные валы, так называемые барьерные рифы, а также кольцеобразные низменные острова—атоллы с расположенным внутри них круглым озером—лагуной (рис. 70). Наиболее вероятное (теория Me р р ея) происхождение последних таково. Покрыв как бы шапкой своих построек подводные горы пли отмели, кораллы усиленно разрастаются не с внутренней стороны, а со стороны, обращенной к морю, в полосе морского прибоя. Силой волн последнего обломки коралловых рифов выбрасываются на поверхность, которая, в конце концов, поднимается невысоко над уровнем моря в виде кольца атолла. Коралловые рифы прежних геологических эпох во многих местах принимают участие в образовании земной коры.
Кроме обломочных и органических отложений, на дне прибрежного мелководного моря отлагаются и химические осадки. Они выпадают в замкнутых, быстро испаряющих воду морских заливах благодаря сгущению (концентрации) раствора морских солей. Так
87
образуются отложения каменной, глауберовой соли и гипса, играющих важную роль в хозяйственной жизни человека.
Примером такого замкнутого бассейна может служить мелководный залив Каспийского моря Кара-Богаз-Гол, сообщающийся
Рис. 71. Залив Каспийского моря Кара-Богаз-Гол.
с последним узким проливом (рис. 71). Сильное испарение воды с поверхности залива вызывает увеличение концентрации морской воды и выпадение из нее растворенных в ней солей.
В глубоководных областях моря грунт меняется в зависимости от глубины и населяющих толщу океанических вод организмов.
На глубинах, не превышающих 3000 м, обычно лежит так называемый глобигериновый ил. Он представляет собой желтую пли белую массу. На воздухе он образует белое
мелообразное вещество; состоит он из скопления раковинок микроскопически малых простейших животных—глобигерин.
На глубинах от 1000 до 2000 м среди составных частей ила местами преобладают раковины крылоногих мягкотелых, или птеронод. Поэтому этот белый ил называется птероподовым. Встречается он во-
Рис. 72. Образцы океанического ила при рассмотрении е микроскоп! диатомовый, глобигериновый, радиоляриевый (слева направо).
обще редко, наиболее же распространен на подводном плато южной части Атлантического океана.
Более значительные глубины не имеют уже известковых отложений. так как известковые раковины и скелеты морских животных, медленно опускаясь ко дну, растворяются в морской воде. Поэтому на глубинах, превышающих 3000 м, в теплых океанах скопляется.
88
так называемый радиаляриееый ил, состоящий из мельчайших кремневых лучистых скелетов простейвгих животных—радиолярий. В холодных же областях океанов даже на меньшей глубине отлагается так называемый диатомовый ил, состоящий из кремневых раковинок диатомовых или кремневых водорослей, в массах размножающихся в верхних горизонтах холодных океанов (рис. 72).
На самых значительных глубинах, превышающих 5000 м, кремневые скелеты и раковины также растворяются в морской воде, и отлагается красная глубоководная глина, составные части которой маскируются на меньших глубинах органическими осадками; состопт она почти исключительно из вулканического пепла, кусочков пемзы и красной пыли, содержащей железо метеорного происхождения.
В озерах в гораздо меньших масштабах, чем в морях, ' адк“ 0 ’’р* происходит тот же процесс образования осадков. В отношении механических примесей, приносимых в них реками, озера играют роль естественных отстойников, постепенно заполняющихся осадками. Примером может служить обширный и глубоководный Байкал, принимающий в себя мутные воды Селенги и многих горных рек и выпускающий совершенно прозрачную Ангару. На дне озер лежит пл, богатый органическими примесями, являющимися остатками заселяющих озерный бассейн организмов.
Химические осадки, отлагающиеся и в проточны?: озерах, особенно обильны в озерах, не имеющих стока. Воды, питающие такие озера, приносят с собой растворенные в них соли, которые они извлекают из омываемых ими горных пород. Скопляясь в озерном бессточном бассейне, они засолоняют его воды. Когда их концентрация, особенно при сильном летнем испарении воды, достигает перенасыщения, они выпадают на дно в виде твердого осадка. Такое происхождение имеют слои самосадочной соли в соляных озерах Европейской части нашего Союза, в Западной Сибири. Наконец, в умеренных широтах озера нередко зарастают растительностью, главным образом торфяным мхом, остатки которого сплошь заполняют озерный бассейн, образуя так называемые торфяники.
С осадками рек—речным аллювием—хмы познакомились уже при изучении геологической деятельности рек.
Классификация осадочных пород.
. Описание осадочных горных пород.
В зависимости от способа образования осадо-шые горные породы делятся на несколько групп. К первой, сравнительно незначительной группе относятся породы, оставшиеся на месте разрушения пород,
подвергавшихся химическому выветриванию. Они получили название остаточных отложений, или аллювиальных пород.
Гораздо значительнее группа обломочных горных пород, механически перенесенных различными геологическими деятелями с места их первоначального образования (ветром, водой и т. п.). Широкое распространение имеют органогенные образования, возникшие в результате деятельности организмов. Кроме того, в природе образуются химические осадочные горные породы, осевшие из водных растворов.

Аллювиальные от л о жени я.
Общая характеристика аллювиальных отложений.
Э.плювиальные отложения представляют собой нерастворимые продукты выветрившихся пород, не унесенные транспортирующими агентами и оставшиеся на месте, где они произошли. Эти либо нерааложившиеся минералы, например зерна кварца, слюды и up., либо нерастворимые продукты разложения—глины. Эти отложения не имеют
слоистого харак! ера.
К типичным аллювиальным отложениям относится каолин, Бокситы образующийся в результате процесса разложения полевых и латериты. пшатов (стр. 29). Этот процесс может, не останавливаясь па каолиновой фазе пойти дальше, вплоть до образования гидрата окиси алюминия, или боксита. Протекает он в щелочной среде, извлекающей из каолина кремний.
По внешнему виду боксит легко принять за глину. Внешним его отличием является то, что он не дает с водой пластической массы. Впрочем, единственным надежным средством определить боксит является химический анализ. Бокситы являются минеральным сырьем для получения алюминия.
В СССР наиболее известные залежи боксита находятся в Тихвинском районе Ленинградской области и на Урале.
Обогащение поверхностного слоя литосферы глиноземом особенно энергично идет в тропическом климате, где образуются так называемые латериты—красные почвы, состоящие из боксита с большим содержанием окрашивающих его
окислов железа.
Обломочные породы.
Мы уже знаем, что результатом разрушения скал Щебень в ГОрНЫХ местностях являются осыпи щебня, со-ц галька. г
стоящие из обломков, скопившихся недалеко от места своего образования. Щебень не обработан текучей водой, не отсортирован, не слоист и пе окатан. По своему петрографическому составу он может быть весьма разнообразен, в зависимости от той горной породы, из которой образован. Громадные скопления щебня образуются у подножия склонов гор сухих пустынных и полярных стран, где особенно энергично пдет процесс выветривания.
Обломки, подвергнутые обработке водой, т. е. окатанные и отшлифованные, если их размеры не менее 1 0 мм в поперечнике, называются галькой. Петрографический состав гальки точно так же зависит от породы, продуктом разрушения которой она является. Образуется галька в зоне морского прибоя у скалистых берегов крупных озер и в быстротекущих реках. Морская галька отличается от речной плоской лепешкообразной формой.
Когда размер зерен обломочной породы колеблется
Гравий в пределах от 1,5 до 10 мм, такая горная порода называется гравием. Это уже отсортированный материал, располагающийся слоями.
Гравий может образоваться под действием ледниковых потоков (флювиогляциальное происхождение) в реках, озерах и морях. Гравий ледникового происхождения в большом количестве встречается на северо-западе СССР; речные же отложения гравия широко распространены на Урале, Кавказе, в Сибири и Средней Азии.
Следующей стадией измельчения породы являются пески. Пески, как п гравий, обычно состоят по преимуществу из зерен кварца с большей или меньшей примесью зерен полевого шпата, слюды, окислов железа, глины и т. и.
90
Так как песок представляет собой легко переносимую обломочную породу, то отложения песка могут иметь весьма различное происхождение (аллювиальное, валунное, эоловое я пр.).
Наиболее обычной примесью к песку, определяющей его качество, является глина. По этому признаку пески можно разбить на три группы.
Сыпучие, или рыхлые, пески. Они в сухом состоянии не пылят и не обнаруживают никакой связности в смоченном виде. При рассмотрении под лупой песчинки не окутаны пылеватым налетом или окутаны очень слабо. Примесей глины в них не более 3%. Они легко копаются и в сухом виде сыплются с лопаты.
Глинистые пески под лупой обнаруживают примесь мелкозема. В сухом состояния немного пылят и обнаруживают при смачивании некоторую связность. Высушенные комочки такого песка легко распадаются под пальцами. Примесь глины к ним от 3 до 10%. Копаются они легко.
Супеси в сухом состоянии пылят, под лупой же песчинки представляются сплошь окутанными мелкоземом. В смоченном состоянии связны и чуть-чуть прилипают к пальцам. При смачивании их можно сделать шарик с шероховатой поверхностью, колбаску же скатать не удастся. Высушенные комочки раздавливаются между пальцами с некоторым усилием. К лопате песок не прилипает, но копается с некоторым трудом, причем выбрасываемые комья сохраняют1 более или менее следы среза лопатой. Примесь глины в них 10—18%.
Песок с примесью соединений железа обладает окраской от светложелтой до красной. Примесь к песку органических веществ придает ему темную окраску.
Цемептиро- Мы Уже знаем, что нижние горизонты зоны катамор-ваппые физма, а также зона диагенеза, расположенная под обломочные морским дном, являются по преимуществу областями породы. цементации, где из рыхлых сыпучих пород образуются связные каменистые горные породы. Растворенные в верхних горизонтах вещества выделяют здесь из растворов и цементируют рыхлый материал. Обломочные породы, начиная от щебня, кончая песком, попадая в эту область, превращаются в каменистые горные породы. В результате этого процесса щебень дает так называемую брекчию, скопления гальки и гравия—конгломераты, а пески—песчаники (рис. 73). Во характеру цемента эти горные породы могут быть глинистые, известковые, железистые, кремнистые.
Практическое применение некоторых из описанных обломочных пород очень велико.
Так, щебень в сортиро- Рис. 73. Песчаник (шлиф).
ванном виде При величине Образец породы с неравномерной зернистостью, обломков от 25 до 60 мм
применяется для покрытия шоссейных дорог. Гравий обычно также употребляется в дорожном деле в качестве баласта на полотне железных и грунтовых дорог. Кроме того, он входит в состав бетона, имеющего, как известно, большое значение в строительном деле.
У1
Чистые пески—необходимый материал в стекольном деле, при изготовлении кирпича и огнеупоров, в литейном деле, в шлифовальном деле и пр. Из сцементированных пород большое хозяйственное значение имеет песчаник. Это хороший строительный камень; песчаник, кроме того, употребляется в качестве материала для жерновов, а также в качестве точильного камня.
К обломочным породам относятся также глины. Глинами называются землистые минеральные массы, состоящие из мельчайших частиц, имеющих преимущественно форму чешуек (диаметром не свыше 0,002 мм), обладающие способностью в широких размерах пропитываться водой (от 3 до 60%). При высыхании глины уменьшаются в объеме и дают трещины. Глины водо-непр оница емы.
По петрографическому составу это обыкновенные водные алюмосиликаты с примесью водных окислов железа п других минералов. Вообще состав глин весьма колеблющийся. В зависимости от состава они либо лишены пластичности, либо обладают ею в высокой степени. Происхождение глин различно.
Валунные (ледниковые) глины входят в состав ледниковых морен. Это обычно неслоистый, несортированный материал, богатый щебнем и валунами. Наоборот, глины, выносимые ледниковыми потоками (флювиогляциальные), хорошо отсортированы и слоисты. Аллювиальные глины (речные и озерные) слоисты, хорошо отсортированы, обычно окрашены в темный цвет благодаря органическим примесям.
Наиболее мощные глинистые отложения—морского происхождения. Широкое распространение имеет морская синяя глина, окрашенная органическим веществом и сернистым железом. Морские глины, приуроченные к устьям рек, выносящих вместе с глинистыми частицами водную окись железа, имеют красную окраску. Нередки также зеленые морские глины, окрашенные минералом глауконитом (водный силикат железа и калия). Наконец, как мы уже знаем, очень широкое распространение на дне океанов имеют так называемые глубоководные красные глины.
В народном хозяйстве глины играют весьма важную роль. Наиболее широкое применение они находят в строительном деле, где они употребляются в качестве сырья для изготовления кирпича, кровельной черепицы, канализационных труб, настилги для мостовой (клинкера). Определенные сорта глин идут на изготовление огнеупорных (шамотных) изделий. Помимо этого глина имеет весьма широкое применение в промышленности. В зависимости от ее природных качеств она идет на изготовление кислотоустойчивых сосудов, фарфоровых изделий; глины-наполнители употребляются в качестве примеси к бумаге, мылу, краскам; есть глины, обесцвечивающие жидкости, например, очищающие керосин от растворенных в нем примесей (отбеливающие глины), применяются они также в сукновальном деле в качестве обезжиривающей массы и т. д.
„ Уплотненные слоистые глины образуют глинистые
сланцы. сланцы. Это темносерые или черные породы с резко выраженным свойством разделяться па топкие пластинки. Глинистые сланцы уже не обладают способностью впитывать в себя воду и становиться пластичными.
92
Лёсс.
Гис. 74. Дорога в лёссе (Северный Китай).
По своей структуре весьма близок к глинам лёсс. Это желтоватая, чрезвычайно мелкозернистая, неслоистая горная порода, представляющая в основном смесь кварца, глпйпстых частиц, углекислой извести, гидратов окиси железа. Кроме того, она содержит в себе стяжения (конкреции) углекислой извести, называемые журавликами. Она прорезана тончайшими вертикальными канальцами, которые представляют собой отпечатки корней травянистой растительности, покрывавшей лёсс во время его образования. Порода эта очень водопроницаема. При размыве водами лёсс дает весьма характерные вертикальные обрывы (рис. 74). Мощные лёссовые отложения, отличающиеся большим плодородием, покрывают обширные, области северного Китая. Лёсс является также подстилающей породой восточноевропейского (русского) чернозема.
Лёссу приписывают прежде всего ветровое (эоловое) происхождение. Уносимая ветром пустынь легкая пыль, попадая в более увлажненные области, прибивалась к земле и в течение веков образовала мощные толщи лёсса. Таково, видимо, происхождение китайского лёсса. Образование толщ восточноевропейского лёсса, по всей вероятности, связано с моренными отложениями ледникового периода; лёсс представляет собой здесь, видимо, результат развевания ветром мелкозема флювиогляциальных образований.
Не исключается возможность происхождения лёсса путем смыва водными струями мелкозема со склонов холмов и гор и отложения его у их подножий. Такие отложения называются делювием. Отличают еще аллювиальный озерный лёсс и лёсс речных долин.
Органогенные горные породы.
Горные породы органического происхождения играют громадную роль в образовании осадочных слоев литосферы. Это, главным образом, морские осадки, хотя среди органогенных пород есть также пресноводные и континентальные образования.
Среди морских органогенных образований наиболь-Известняки. шее распространение имеют известняки, составляющие до 6% всех осадочных пород.
Некоторые из них, как мы уже знаем, образуются прямо как каменистые породы; это остатки коралловых построек, дающие начало так называемому рифовому неслоистому известняку. Большинство же известняков образовалось путем уплотнения морского известкого ила. Как на дне современных морей отлагается ил из раковинок
93
моллюсков (птсропод), простейших (форампнифер—глобпгерпн), так и в моряк прошлых геологических эпох образовались отложения из известковых раковинок форампнифер, давших при уплотнении и цементации так называемые форамшшферовые известняки (нуммулито-вые, фузулиновые и пр.) (рис. 75, 76) и раковин моллюсков и других животных, давших раковистые известняки. V некоторых известняков уже совершенно нельзя различить раковин, послуживших материалом для их образования.
Известковый ил дал начало землистой, пачкающей породе— мелу. Его микроскопическое строение ясно раскрывает его происхождение: в микроскоп в нем можно различить довольно хорошо сохранившиеся раковинки форампнифер.
Нередко к известняку примешивается глина в большем или меньшем количестве. Получается ряд переходов к так называемым мерее-
Fiic. 75. Нуммулитовый известняк.
Рис. 7G. Фузулиновый известняк.
лям, или рухлякам, в которых примесь глины it известняку достигает 30%.
С другой стороны, в известняках нередко имеется примесь углекислого магния (MgCO3). Такие известняки называются доломитизированными. Если примесь MgCO3 достигает 45%, получается горная порода доломит. Процесс доломитизации происходит путем воздействия солей 'магния, содержащихся в морской воде, на известковые осадки.
b заключение припомним вкратце еще раз хозяйственное применение известняков. Главная масса их идет па строительные нужды. При их обжиге получается строительный цемент—известь. Обожженные вместе с глиной известняки дают портландский цемент. Впрочем, лучшим материалом для портланд-ского цемента являются мергели. Далее известняки применяются при выплавке чугуна, в стекольном производстве, наконец, известняки и мергели употребляются в качестве удобрения (известкование почв). Доломит применяется в строительном деле и в качестве огнеупорного материала. Мел также нашел широкое применение в промышленности—цементной, стеклянной, сахарной, резиновой, бумажной, в строительном деле и пр.
Отложения кремневых раковинок простейших водо-11(111 ' ’ рослей морей прежних геологических периодов дали начало трепелу. Это мягкая, обычно светлосерая или желтоватая, несколько похожая на мел порода. Совершенно землистые разности трепела называются горной мукой, между тем как уплотненные—• полировальным сланцем. В плотном трепеле раковинок уже не видно— они растворились. В кислотах трепел не вскипает.
94
Трепелы обладают большой легкостью, плохой тепло- и звукопроводностью. Все это делает их ценным строительным материалом при приготовлении кирпича и гидравлического цемента. Употребляются они также в качестве фильтров, в качестве полировального материала, наполнителя при приготовлении канцелярских резинок и сургуча, при приготовлении огнеупорных красок, противогазов, в качестве примеси к взрывчатым веществам и пр. Встречаются они в центральных районах СССР, в Поволжье, на Урале и Кавказе.
Широкое распространение в природе получили ор-с ганогенные породы растительного происхождения.
Первой стадией образования таких пород является торф. Торфяники образуются на площадях, характеризующихся избытком влаги. Этот избыток создает благоприятные условия для накопления органической массы растительного и лишь отчасти животного происхождения; эта масса при участии бактерий, разлагаясь при малом доступе воздуха, образует торф, пропитанный органическими—гуминовыми—кислотами и содержащий до 60% углерода. Если иакоп-ленпе органической массы достигает мощности 0,5—1 м, мы уже имеем типичный торфяник. Вся растительность коренится в нем не на минеральном грунте, а на этой органической массе.
Типичные торфяники обычно образуются на болотах и благодаря зарастанию стоячих водоемов—озер. 13 последнем случае растительность сначала появляется у берегов и постепенно затягивает всю поверхность озера. Минеральные осадки таких водоемов сначала состоят из известково-илистой массы—озерного мергеля. Они постепенно заменяются органическими осадками. Пока водоем не затянулся сверху растительным покровом, осадки образуются из остатков свободно плавающих в воде растений и животных, так называемого планктона. Иногда они накопляются в большом количестве, образуя так называемый сапропелевый слой ила, богатый продуктами разрушения белков и жиров, главным образом углеводородами. Затем начинается образование торфяной массы из остатков коренящихся на дне растений и затянувшего поверхность волы слоя белого торфяного мха. Среди них всегда имеются остатки водорослей, планктона и растительных спор. Это так называемый гиттиевый (по названию водорослей) слой, иногда достигающий мощности 4 м\ выше него залегают уже типичные торфяные слои, образовавшиеся из торфяного мха.
Среди энергетических ресурсов СССР торф занимает весьма важное место. Это горючее, имеющее громадную будущность. СССР— первая страна в мире по количеству торфяных залежей: на ее долю приходится 78% всех мировых запасов торфа. Если исключить торфяные запасы Крайнего севера и Сибири, еще точно неучтенные, окажется, что Европейская часть СССР имеет около 23 млн. га торфяных болот. Значение торфа усиливается тем обстоятельством, что главные торфяниковые массивы располагаются в СССР в областях, бедных ископаемым топливом.
Торф имеет большое хозяйственное значение не только как топливо. Он дает кокс, который благодаря отсутствию в нем примеси серы весьма пригоден для выплавки чугуна, стали и железа. Перегонка и химическая обработка торфа дают целый ряд пеннеймтих продуктов: парафин, креозот, древесный спирт, горючий торфяной газ; торф дает перевязочные материалы, волокно для приготовления так называемой растительной шерсти, материал для бумаги и пр. Применение он имеет также в сельском хозяйстве и качестве подстил' иного и удобрительного материала.
95
Ископаемые J run.
Залежи же богатого -углеводородами сапропеля, достигающие иногда нескольких метров мощности, представляют ценное сырье для получения таких продуктов возгонки, как бензин, парафин и пр.
Гораздо дальше пошла минерализация у ископаемых углей, представляющих собой смесь углеводородов и более сложных соединений углерода. Ископаемые
угли образовались из растительных остатков, как установлено в настоящее время, при участии бактерий, вызывающих в растительном веществе процессы брожения, которые приводят к обогащению их углеродом и значительной потере кислорода, водорода и азота.
По содержанию углерода мы можем различать следующие виды ископаемых углей:
Лигниты состоят из сцементированных обуглившихся обломков древесных пород, видимых простым глазом; имеют бурый или коричневый цвет. Количество углерода в них не превышает 60%.
Бурые угли бурого или чернобурого цвета. Имеют плотное строение, в котором неразличимы уже остатки растений; иногда па изломе имеют тусклый блеск. Количество углерода в них колеблется от 70 до 75%.
Каменный уголь представляет собой плотную бесструктурную массу тем-нокоричневого или черного цвета; иногда он матовый, но обычно имеет жирный блеск; хрупок. Количество углерода в нем колеблется от 75 до 95%,
Антрацит представляет блестящую черную плотную массу, ломающуюся остроугольными кусками. Количество углерода колеблется в нем от 93 до 98%.
Все эти угли образовались из остатков растений, отложившихся в болотах и водных бассейнах в прежние геологические эпохи. Они объединяются в общую группу гумусовых углей, образование которых сопровождалось возникновением гуминовых кислот. От них отличаются угли, исходным материалом которых послужил сапропель. Эго сапропелевые угли; к ним огно< ятся баехеды. В своем составе они содержат много углеводородов. Количество летучих веществ, выделяющихся прп перегонке, иногда достигает у них, как, например, у подмосковных богхедов. более 80% их веса. Ископаемые угли залегают обычно друг над другом многочисленными пластами. Так, в Донецком бассейне насчитывается до 49 рабочих пластов, каждый мощностью выше 0.5 м.
Колоссальная роль каменного угля для тяжелой индустрии, а следовательно, для социалистического строительства, побудила партию и правительство обратить особое внимание на изыскание каменноугольных месторождений СССР. Большая геологоразведочная работа, произведенная в течение первой пятилетки, выяснила, что СССР по богатств;/ каменным углем занимает одно из первых мест в мире. В настоящее время учтено около 1.600 млрд, т каменного угля (Донбасс, Урал, Караганда, Кузбасс и др.), причем открыт громадный новый Тунгусский бассейн между реками Енисеем и Леной, видимо, являющийся самым обширным в мире каменноугольным бассейном.
К органогенным породам должна быть отнесена и
е<*ть’ нефть. Нефть представляет собой жидкость, имеющую варьирующий цвет—желтый, зеленоватожелтый или бурый. Это смесь углеводородов предельного (метанового или парафинового) ряда (СпН2п+2), нафтенового ряда (СпН2п) и ароматического ряда или бензольного с другими примесями. Различные нефти содержат эти вещества в разных пропорциях. Так, бакинская нефть принадлежит к нафтеновой группе, американская к парафиновой. В связи с разным химическим составом различны и другие свойства нефти: плотность (от 0,7 до 1), консистенция (жидкая, густая и пр.).
Вопрос о происхождении нефти решается различно. Известный русский химик Менделеев предполагал, что внутри земли находятся углеродистые тяжелые
96
металлы главным образом железо. Вола, пронимающая к этим гоелпярнпям, в условиях высоких давлении и температур разлагается, и выделяющийся при этом водород соединяется с углеродом металлов. Образующиеся углеводороды, поднимаясь кверху, насыщают легко пропитывающиеся ими горные породы— пески в песчаники, в которых скопляются в виде нефтяных месторождений. Эта неорганическая теория прпсхожденпя нефти .встречает серьезные возражения. Вот почему подавляющее большинство геологов придерживается так называемой органической теории происхождения нефти. Согласно этой теории нефть образуется в результате естественного разложения в условиях высоких давлений и температур жировых веществ, трупов морских животных, а также растений. Продукты, аналогичные нефти, были получены лабораторным путем при перегонке трескового жира при давлениях до 25 ат и температурах в 360—420°. За исходное вещество нефти, согласно исследованиям русского геолога академика Л. Д. А р х а н-ге ль с к о г о, надо признать ил органического происхождения. образующийся на дне морских бассейнов, главным образом, от скопления отмирающих планктонных1 организмов. Если в бассейне существуют условия, препятствующие окислению, их органическое вещество подвергается при участии анаэробных бактерий гнилостному разложению, давая промежуточные вещества между исходным материалом и нефтью. Превращение же этих промежуточных веществ в нефть происходило под дей
ствием повышенных температур и давления в недрах литосферы. Условия для анаэробного
Рис. 77. Один из типичных случаев залегания нефти (схема).
Вертикальные линии—буровые скважины,- над ними вышки.
разложеппя органических веществ на дне моря в настоящее время существуют в Черном и Каспийском морях, вода кото рых в глубинах содержит значительные количества сероводорода (H2S). Архангельским доказано, что такие условия су
ществовали вдоль северной окраины Кавказа в предшествующий геологический период (третичный). Здесь отложились богатые органическими примесями темноизетпые глины, местами нефтеносные.
Скопления нефти обусловлены ее незначительным удельным весом. Скопляется она, главным образом, в приподнятых участках пластов вследствие того, что здесь имеется и вода, в которой она всплывает (рис. 77). Выделение из нее газов обусловливает высокое давление, под которым находятся залежи нефти. Как известно, при бурении нередко нефть давлением этих газов выбрасывается с громадной силой в виде фонтанов. Выбросы нефти, главным же образом нефтяных газов, могут происходить и в естественных условиях через трещины, прп этом могут возникнуть так называемые грязевые вулканы, выталкивающие из грязевых кратеров, расположенных на вершинах грязевых сопок (до 100м высоты), пузырящуюся от газов грязь
1 П лав кто и—животные и растительные организмы, пассивно плавающие в воде. Н е к т о н—организмы, активно передвигающиеся в ней.
3 М-шералигия и геология
97
n CTnvn воспламеняющихся газов. Грязевые вулканы находятся в нефтяных районах—в Бакинском, Керченском и др.
Небезынтересно вспомнить, какое суеверное отношение внушала людям религия к подземным газам. Выходя из трещин эти газы воспламеняются при смешении с воздухом от случайно попавшей искры. Близ Баку и до сих пор существует особый «храм огнепоклонников», где еще не так давно молились люди огню, который они считали божественным, чудесным.
Твердые пластические массы углеводородов, получающиеся в естественных условиях в результате уплотнения нефти благодаря потере летучих веществ, называются горным воском, или озокеритом. Смолообразное же вещество, образующееся в результате окисления нефти, известно под названием асфальта.
Значение нефти в нашем социалистическом хозяйстве, особенно в связи с значительным применением двигателей внутреннего сгорания, автомобилизации нашего транспорта и развитием авиации, отнюдь не меньше чем значение каменного угля.
Поэтому отыскание новых месторождений нефти приобретает исключительную важность в нашей стране, бурно развертывающей свое социалистическое хозяйство. Уже в настоящее время мы по нефти являемся самой богатой страной в мире. Главнейшие месторождения нефти в СССР—Кавказский район (Баку, Грозный, Майкоп), Эмба, Урал, бассейн Печоры, средняя Азия и Сахалин.
Горючие сланцы представляют собой обычно глинистую или Горючие богатую известью породу, содержащую органические ве-сланцы. щества, способные к горению. Залегают они среди отложений морЯ'. прежних геологических периодов тонкими пластами. Произошли они из ила, содержащего значительное количество остатков морских водорослей. Горючие еланцы используются как в качестве топлива, так и в качестве сырья для получения путем сухой перегонки газсв и парафина.
При участии организмов произошли и залежи фосфоритов, Фосфориты. с которыми мы подробно ознакомились уже в курсе минералогии. Обычно фосфориты залегают в виде желваков среди известняков, глины и глинистых сланцев, иногда же образуют среди них небольшие прослойки или целые пласты. Хозяйственное значение имеют только те месторождения фосфоритов, в которых содержание фосфора не менее 15%.
Отложения химического происхождения.
Отложения химического происхождения представляют собой продукты выветривания, которые, растворяясь в воде, уносятся ею и затем отлагаются в виде выпадающего из нее осадка. К породам химического происхождения относятся гипс, каменная соль, калийные соли, бурый железняк, химические известняки и пр. С характером, условиями их образования и использования главнейших из них мы также ознакомились уже из курса минералогии.
6. Движения земной коры.
Мы привыкли считать земную поверхность неподвижной. Однако нередко происходящие землетрясения свидетельствуют о тим, что эта неподвижность весьма относительна. Кроме колебаний, проявляющихся внезапно и на короткие промежутки времени, постоянно испытывает движения совершенно иного
98
Вскочые колебания суши. (Эш'Ирогепе-аис.) земная копа
характера; мы имеем в виду те поднятия п опускания материков, которые происходят настолько медленно, что в обыденной жизни остаются незамеченными. Такие движения земной коры в науке известны под названием вековых колебаний суши.
Самым бросающимся в глаза доказательством поднятия и опускания суши являются террасы морских побережий. Они представляют собой уступы, образовавшиеся в берегах благодаря разрушающей деятельности морского прибоя (рис. 78). Иногда они напоминают
огромные ступени и нередко располагаются в несколько ярусов, поднимаясь на различную высоту над уровнем моря.
Присутствие террас может обозначать либо то, что в данном месте произошло поднятие берега, либо то, что произошло понижение
уровня водоема.
Обычно на этих террасах можно найти плоскую морскую гальку, округленную волной, раковины морских животных, клешни и панцыри крабов, а также кости рыб или другие остатки мор-
Рис. 78. Терраса иа берегу моря.
ской фауны.
Таким образом, не только террасы сами по себе, но и находимые на их платформах материалы прибрежной полосы моря свидетельствуют о том, что уровень последнего когда-то располагался на иной
высоте, чем в настоящее время.
Уступы и платформы террас показывают, что периоды сравнительного покоя перемежались с периодами более интенсивных поднятий суши относительно уровня моря. Платформы соответствуют первому моменту в жизни данного участка, когда прибой воли в течение более или менее продолжительного времени работал над созданием прибрежных платформ; уступы же являются свидетельством периодов относительно быстрого поднятия.
Примеры береговых террас дает нам побережье Кавказа. Здесь найдено в разных участках берега 4—5 террас, образовавшихся в новейшие времена геологической истории.
Особенно ясно видны эти террасы в окрестностях Гагр. Здесь верхняя терраса располагается на высоте около 200 м над уровнем моря. Подобные же террасы можно наблюдать и у Нового Афона (рис. 79).
На площадках этих террас сохранилось большое количество морской гальки и гравия. На некоторых черноморских террасах сохранились кое-где и остатки новейшей морской фауны,
Все это показывает, что вертикальные поднятия берегов Черного моря на значительную высоту произошли в течение новейшего геологического времени (четвертичного периода).
Вертикальные движения суши прекрасно выражены также во многих местах северных берегов Европы. Берега Норвегии имеют целый ряд террас, расположенных друг над другом и так же, как и на Черном море, образовавшихся в течение новейшего геологического времени. Установлено, что берега Скандинавии поднимаются на
69
1.25 м в столетие. Террасы поднятий обнаружены также на Новой Земле и других островах Полярного моря.
Наряду с этим имеются бесспорные доказательства опускания суши относительно уровня моря. Во многих местах, например в Бретани (Франция), у восточных берегов Северной Америки, обнаружены затопленные морем остатки лесов; ложа многих рек, впадающих в Атлантический океан, продолжаются по дну прибрежного
Рис. 79. Террасы яа Черноморском побережье Кавказа (Новый Афон).
моря; на дне моря находят остатки древних городов, шоссейных дорог и пр.
Классическим примером опускающейся суши является Голландия. Жители этой страны вынуждены были постоянно надстраивать плотины, чтобы оградить свою страну от надвигающегося моря.
Все эти колебания суши относительно уровня моря, обнаруживающиеся на изменении береговой линии, происходят теперь так, как они происходили и в минувшие времена земной истории.
Памятники этих минувших событий находятся повсюду. Почти в любом овраге, в каменоломне или на обрывистом берегу реки вы можете видеть слоистые толщи горных пород, часто переполненные остатками морских животных. Нет никаких оснований сомневаться в их морском происхождении. Подобные морские слои покрывают обширные области земного шара, распространяясь на сотни и даже тысячи килэметров и составляя мощные толщи.
«Каменная книга земли» хранит ясные доказательства того, что море постоянно сменяло сушу, а суша—море в течение всей земной истории, Иными словами, как в наше время, так и в отдаленном пращ-
100
лом земля переживала наступания миря на сушу {морские трансгрессии), сменявшиеся его отступанием {регрессии).
Земля постоянно меняла и продолжает менять своп облик, Это геологами доказано документально: христианская и иудейская религии утверждают, что в так называемый «третий день творения» море раз навсегда было отделено от суши, и по этому поводу в библии говорится: «И сказал бог: да соберется вода, которая под небом, в одно место и да явится суша. И стало так. И назвал бог сушу землею, а собрание вод морями. II увидел бог, что это хорошо». Но геология показывает, что такого момента в жизни земли никогда не было. Географическая карта земного шара менялась постоянно, и, таким образом, так называемое «отделение суши от моря» есть непрерывный процесс, который продолжается и сейчас.
Рассмотренные нами медленные движения земной коры получили в геологии название опей рог енических (или эпирогенических). В переводе это означает движения, создающие материки(«эпейрос» по-гречески «материк»). Эпейрогенпческпе движения характеризуются тем, что они приурочены к обширным пространствам суши. Кроме того, эти движения почти не изменяют первоначального положения слоев земли, что так характерно для горообразовательных процессов.
Эпейрогенпческпе движения являются движениями радиальными, т. е. совершающимися в направлении радиуса земли.
Эпейрогенпческпе движения происходят, как уже говорилось, чрезвычайно медленно. Обычно величина подъема или опускания берегов измеряется сантиметрами или дециметрами в столетие. Тем не менее в некоторых случаях нам известны поднятия берегов, которые совершались значительно быстрее—по нескольку метров в столетие.
Горообразо-ванпе. (Орогенезис.)
Медленные эпейрогенпческпе колебания литосферы не могут привести к образованию горных кряжей. Горные кряжи обязаны своим происхождением другим движениям земной коры, это—движения горо-
образующие, или орогенические.
Под орогенезисом подразумевают такое возникновение гор, которое вызвано смещением слоев земли, приводящим иногда к чрезвычайно резкому нарушению нормального (горизонтального) залегания слоев.
Горы (Кавказ, Алтай, Гималаи, Альпы и др.), обязанные своим происхождением горообразовательным силам, располагаются хребтами, разделенными между собой продольными долинами.
Слои земли, которые были горизонтальными на равнине, на склонах таких гор выходят из горизонтального положения. В центральных частях горных хребтов положение слоев оказывается резко нарушенным. Строение земной коры здесь становится чрезвычайно сложным, причем слои земли занимают самые прихотливые положения; нередко они поставлены «на голову», т. е. вертикально.
Отсюда неизбежен вывод, что здесь происходили весьма интенсивные движения земной коры, которые и образовали горные кряжи, к Как ни разнообразно расположение слоев земли в таких горах, все же можно установить, что в основе этой горной архитектуры лежат огромные складки, в которые смята земная кора.
^>01
Эти движения могли осуществиться при условии мощных напряжений в данных участках земной коры, достаточных, чтобы поднять на несколько километров морские отложения.
Нередко и в давние времена различные исследователи находили морские раковины в слоях земли на вершинах высоких, убеленных снегами гор. Религия всячески стремилась доказать, что раковины занесены на эти высоты во время всемирного потопа. Таким образом, интересное и важное в геологии открытие использовалось церковниками для доказательств библейской сказки. В библии говорится, что когда люди размножились на земле, бог увидел, что они злобны и развращены. Земля наполнилась неправдой и злодеяниями. Тогда бог («раскаялся, что создал человека на земле» и сказал: («Истреблю человека с лица земли и даже скотов, гадов и птиц небесных». Сорок дней якобы и сорок ночей лил на землю дождь. Вода покрыла всю землю и все высокие горы. Спасся только праведник Вой со всей семьей и теми животными, которых он взял в ковчег (нечто в виде корабля).
Путем археологических раскопок установлено, что сказка о потопе вместе с другими легендами была заимствована древними евреями у их соседей—вавилонян и родилась, невидимому, под впечатлением сильных наводнений, случавшихся в долине Тигра и Евфрата. Причины нахождения морских раковин на вершинах гор нам в настоящее время совершенно понятны. Еще в XVIII в. Ломоносов писал, что «есть в сердце земном иное неизмеримое могущество, которое по временам на поверхности земли дает себя чувствовать и следы которого всюду явствуют; где дно морское на горах, а где на дне морском горы видим. Сила, поднявшая такую тягость, ничему иному приписана быть не может, как господствующему жару в земной утробе».
Именно к этому же выводу спустя полтора столетия и пришла гео-логическая наука. Вода никогда не затопляла величайших гор, а внутренние силы земли поднимали морское дно, сжимая его в складки и таким путем образуя горные цепи. Это происходило в тех пластичных, податливых участках морского дна, которые, располагаясь в прибрежных зонах, сначала прогибались под тяжестью осадков, а затем испытывали сжатие в складки, будучи разогреты в глубоких недрах, и потому пластичны. Их называют геосинклиналями, и о них речь будет ниже. Отсюда же становится понятным, почему находимые на горах раковины не представляют собой беспорядочной смеси форм, как это выходит, если поверить религии, но являются строго определенными группами, жившими в известных условиях прибрежной полосы моря или, во всяком случае, небольших глубин.
Существование больших внутренних напряжений в горных местностях подтверждается замечательными явлениями, наблюдаемыми при прокладке тоннелей. Это так называемые горные удары. Во вновь проложенном тоннеле вдруг раздается громкий удар или треск и от стенки тоннеля отскакивают плиты совершенно свежей породы (академик Л. 11 а в л о в).
Точные складки могли произойти лишь благодаря боковому давлению, действующему по касательной к земной поверхности (горизонтально), т. благодаря тангенциальному давлению. Об одно-а оз
стороннем действии этих сил говорит обычно наблюдаемое несимметричное строение гор. Горные складки почти никогда не образуют симметрично спадающих скатов. Асимметрия гор выражается в наклонном положении складок, иногда принимающих лежачее положение.
Горообразовательные движения отличаются от эпейрогенических своей эпизодичностью и относительной быстротой (разумеется, в геологическом смысле слова). Эти периоды интенсивного горообразования мы называем революционными не только благодаря сравнительной быстроте геологических процессов, но также и по-
Рис. 80. Карта распространения новейших складчатых гор.
тому, что в это время происходили крупные преобразования в строении и составе литосферы, связанные с большими перемещениями слоев земли и явлениями метаморфизма.
Процессы складчатого горообразования протекают все же очень медленно. Поэтому по мере образования гор экзогенные агенты подвергают их поверхности разрушению и сносу продуктов разрушения.
Процессы разрушения, особенно деятельность текучей воды, в горах проявляются значительно сильнее, чем в местностях равнинных; они обнажают перед нами, в конце концов, и самое «сердце» гор, и если мы примем во внимание, что обычно глубоко залегающие, богатые рудными минералами кристаллические горные породы в горах приподняты, вынесены из земных недр, то нам станет понятно, почему рудные месторождения мы находим, главным образом, в горных странах. Этим же решается вопрос и о том, почему, например, Урал богаче Кавказа полезными ископаемыми. Дело в том, что Кавказские горы образовались на земле в более поздние эпохи, нежели Урал. С Кавказа внешние агенты не успели еще сорвать поверхностные толщи в такой мере, чтобы обнажить скрытые в нем, может быть, огромные богатства.
Рассматривая географическую карту, на которой изображено расположение молодых складчатых гор на земном шаре, нетрудно
103
видеть, что эти горы на большом протяжении сопутствуют берегам океанов п морей, протягиваясь здесь сравнительно узкими, но длин-
Рис. S1. Горный компас
ними поясами (рпс. 80). Причины этого явления будут выяснены в разделе исторической геологии.
Итак, если эпейрогенпческпе движения являются приуроченными к весьма значительным участкам литосферы, то от них надо отличать другой вид движений литосферы, приуроченный к узким полосам земной коры, для которых характерно смятие ее в целые серии нередко весьма сложных укладок. Такие движения могут привести к разрыву связности слоев и перемещению их друг относительно друга.
Из всего сказанного ясно, что если для эпейрогенезиса важнейшим его признаком являются движения вертикальные или радиальные. то в орогенезисе преобладают движения боковые, т. е. тангенциальные.
«Однако слишком строгое разграничение того и другого процесса,—говорит академик Обруче в,—едва ли необходг&ю, так как оба они связаны между собой переходными формами нарушенного залегания».
104
Формы залегании пластов земли,
Познакомимся теперь с главными формами структур, возникающих при орогенезисе. Познание различных форм дислокаций позволяет правильно разрешать пути горообразования, определять силы, по
рождающие горы, помогает нам ориентироваться в деле изучения земной коры, определять местонахождение полезных ископаемых
и рационально вести их поиски и разработку. Чтобы вести разработки в горах, надо хорошо изучить устройство гор, а горные цепи представляют собой сложную комбинацию различных форм дислокаций.
В полевой исследовательской работе большое значение приобретают так называемые падение и простирание слоев земли, определяемые при помощи горнего компаса (рис. 81)
При наличии горного компаса всегда указывают эти элементы за-
Рис. 82. Элементы залегания пласта.
А, 13—линия простирания; В—падение пласта; д—угол падения.
легания.
Линией простирания пласта называется линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью (А—Я, рис. 82). Линия, перпендикулярная к линии простирания, совпадающая с поверхностью пласта, показывает направление пи-
Рис. 83. Складки земной коры в беретовом обнажении.
дения пласта, а угол, образуемый горизонтальной плоскостью и плоскостью пла-ста, называется углом падения-, он измеряется особым приспособлением—клинометром, т. е. отвесом, помещенным при компасе»
105
Результатом тангенциальных перемещений земной коры являются., как указано выше, складки (рис. 83). Если мы имеем ряд складок, то возвышенные их части, или гребни, будут чередоваться с частями пониженными, т. е. углубленными. Складки, направленные выпуклостью вверх, носят название антиклинальных складок, пли, как
Рис. 84. Формы складок земной коры.
Наверху—прямая складна; в середине—косая; внизу— флекс ура, А А,—осевые плоскости антиклинальных сил а-дик, CCi—осевые плоскости синклинальных складок.
чаще говорят геологи, антиклиналей. Их также называют седлами (рис. 84).
Складки вогнутые, т. е. направленные выпуклостью вниз, называются синклинальными, или просто сникли налям и, м ул ъдами (рис. 84).
Боковые плоскости складок называются кры-лълми .
Воображаемая и идущая от вершины складки к ее основанию плоскость, пересекающая складки вдоль гребня, носит название осевой плоскости. Если осевая плоскость наклонена, складка носит название косой складки, а если осевая плоскость приближается к горизонтальному положению, то мы имеем лежачую складку.
Самые различные комбинации всевозможных складок тянутся в горных местностях часто на большом расстоянии На рисунке 85 изображена целая система различных складок.
В действительности обычно складки бывают так сильно разрушены внешними агентами, что различить их становится очень трудно, и от геолога требуется большой исследовательский навык, чтобы разобраться хотя бы даже в основных формах дислокаций. Часто бывает нужно мысленно восстановить уничтоженные части складок, или, иначе говоря, построить воздушные складки. Такие воздушные складки показаны на рисунке 85.
Если разность горизонтальных напряжений соседних участков земной коры приводит к разрыву слоев, то происходит их смещение друг относительно друга в горизонтальном направлении. Такое горизонтальное смещение слоев земли называется сдвигом (рис. & ).
Если же разрывы связности слоев и их смещение по отношению друг к другу произойдут в вертикальном направлении под влиянием разности вертикальных напряжений соседних участков, таков перемещение образует так называемый сброс (рис. 86).
105
Сброс представляют собой, например, Жигулевские торы на Волге. Величина перемещения слоев относительно друг друга по вертикали называется амплитудой сброса.
Стены трещин, по которым произошло перемещение земной коры, обычно отличаются сильной полировкой вследствие скольжения, а нередко п глубокими шрамами.
у помянем, наконец, еще одну форму дислокаций. Когда вертикальное перемещение слоев происходит без разрыва сплошности,
НОРМАЛЬНАЯ ИЛИ ПРАВИЛЬНАЯ СКЛАДКА КОСАЯ СКЛАДКА ПЕРЕТЯНУТд я, или4
ВЕЕРПОСРДЭИАЯ, СКЛАДКА
Рис 85. Серия различных горных складок (схема).'
в этом случае возникает коленчатая складка, или флексура (рис. 84).
Часто наблюдаются сбросы не по одной какой-либо линии, но целые группы сбросов, прошедших по различным сбросовым тре
щинам.
При этом сбросы образуют самые разнообразные формы нарушений положения пластов. Среди них различают две основные формы— это горсты и грабены.
Горст образуется в том случае, если опускание произойдет по сторонам какого-либо участка земной коры, а средний, таким обра-
Рпс. 86. Сброс.
зом, будет возвышаться над ними (рис. 87).
Если же, напротив, некоторый участок земной коры опустится по
Рис. 87. Горст.
двум пли нескольким трещинам и поверхности соседних, таким образом, окажутся расположенными выше него, то образуется грабен (рис. 88). Как горсты, так и грабены, являясь формами таких нарушений, далеко не всегда могут быть обнаружены по рельефу местности, так как последний нередко бывает сглажен деятельностью экзогенных факторов. Итак, грабены и горсты своим происхождением обязаны появлению трещин, расколов земной коры, которые образуются, главным образом, под действием растягивающих усилий.
107
Однако иногда горсты бывают обусловлены и сжатием, причем нарушения в этих случаях происходят, как показано на рисунке 89.
Грабенами являются впадины Красного, Черного, Мертвого морей, Байкальского озера, Рейнская долина в Германии и др.
Горы, образованные, главным образом, горстами, называются глыбовыми горами. Чаще всего последние являются результатом
Рис. 88. Грабен.
Рис. 89. Горст, образовавшийся благодаря сжатию.
ции, глуооко изменяют не только внешнее,
Рис. 90. Остроконечные вершины Кавказских гор.
раскола складчатых гор. Если старые складчатые горы сильно разбиты вертикальными расколами земной коры, то в результате опускания известных участков земной коры по трещинам соседние участки будут возвышаться, образуя таким путем глыбовые горы.
Внутренние эндогенные силы, создающие все эти формы дислока-но и внутреннее строение—т е к т о и и к у литосферы. Они получили название тектонических сил.
Наряду с тектоническими силами в процессах горообразования действует и другой эндогенный уже известный нам фактор — вулканизм. В процессах горообразования его роль гораздо менее значительна: вулканизм может создать вулканические конусы насыпного (и натечного) характера, которые представ
ляют собой относительно редкое геологическое явление.
Человеку, незнакомому с жизнью земли, кажется, что горы представляют собой образование, когда-то появившееся и как бы па всегда застывшее, неподвижное. Во подобный взгляд совершенно ложен.
Как и все на земле, горы также находятся в процессе постоянных изменений. Они появляются, растут и разрушаются, исчезая с лица земли и оставляя в качестве своего памятника каменные глыбы, а иногда лишь одни фундаменты, состоящие, главным образом, из
108
магматических и метаморфических горных пород. На пто^ещенньгх здесь рисунках (90 и 9'1 ) изображены сравнительно молодое Кавказские горы и древние Уральские горы. Какая огромная разница! Если молодой Кавказ, поднятие которого продолжается и в наше время, отличается высокими покрытыми снегом остроконечными вершинами, то старый Урал, поднявшийся в конце древней эры жизни
Рис. 91. Сглаженные, однообразные хребты Уральских гор.
земли, сильно разрушен, завален грудами щебня и, не отличаясь высотой вершин, обнаруживает однообразную гребневую линию.
Сейсмические явления, или землетрясения, представ-Сейсмическпе ляют собой самые большие и тяжелые стихийные бедствия. Во время сильных катастроф целые города разрушаются в несколько минут, а иногда и в несколько секунд. Случались землетрясения, когда сотни тысяч жителей находили себе смерть в своих жилищах. От землетрясения в Мессине в 1908 г. погибло около 140 тыс. человек. Во время японского землетрясения в 1923 г. было разрушено 5 городов, в том числе столица Японии— Токио, погибло около 170 тыс. жителей и ранено около полумиллиона; без крова же осталось 2 млн. человек.
Наукой твердо установлено, что большинство землетрясений находится в непосредственной связи с дислокациями и горообразованием, с молодыми горами, рост которых еще продолжается. Однако в некоторых случаях землетрясения бывают связаны и с более древними горами, но в которых возобновились горообразовательные движения (Тянь-Шань, Прибайкалье). Почти все разрушительные
109
землетрясения, которые происходили на нашей памяти: в Японии, 3 шавказье, в Крыму и др., относятся к числу именно этих так называемых тектонических землетрясений, т. е. связанных с дислокациями земной коры, с процессами горообразования.
Однако существуют еще и такие сейсмические явления, которые непосредственной связи с горообразованием не имеют. Это землетрясения вулканические, о которых упоминалось выше.
Вулканические землятрясения объясняются взрывами вулканических газов, когда нарушен свободный выход магмы по каналу вулкана на поверхность. Такие сотрясения случаются обычно в пе-
Рис. 92. Сдвиг и сброс, образовавшиеся в результате землетрясения в Овари (Япония).
риод бурных вулканических извержений и в некоторых случаях могут вызывать сильнейшие катастрофы, разрушать целые города.
Эти землетрясения не охватывают столь огромных пространств, как землетрясения тектонические.
Кроме упомянутых выше землетрясений происходят еще и провальные землетрясения.
Провальные землетрясения происходят, главным образом, в тех местах земно11 коры, где распространены легко растворимые горные породы. Там, как мы уже знаем, часто образуются подземные пещеры, иногда весьма значительных размеров. Естественно, что при недостаточной прочности потолков этих пещер последние могут обрушиться, почему некоторый участок земной коры придет в движение и опустился. Такие землетрясения охватывают весьма незначительные площади.
410
Тектонические землетрясения относятся к наиболее распространенным землетрясениям. Сильных тектонических землетрясений на земном шаре происходит по нескольку ежегодно, мельчайшие же (микросейсмические) колебания земной коры, которые людьми не ощущаются, а отмечаются лишь специальными приборами—сейсмографами, происходят на земном шаре, можно сказать, непрерывно.
Для определения силы землетрясения составлена особая шкала. В этой шкале землетрясения разной силы разделены на десять ступеней. По ней можно оценить то или иное землетрясение соответствующей цифрой, или, как еще говорят, баллом. Балл 1 ставится в том случае, если колебания непосредственно не ощущаются чело
веком, а обнаруживаются лишь специальными приборами. Балл 2 — если сотрясения ощущаются только некоторыми людьми, находящимися в покое, и т. д.
Во время землетрясения по земному шару распространяются упругие волны — сейсмические.
Сейсмические вол-
Рис. 93. Разрушенная землетрясением постройка.
ны различают трех ро-
дов. Различные волны движутся с различными скоростями, причем каждый род волн отличается своеобразной амплитудой и периодами колебаний.
Волны сильных землетрясений,«пройдя через внутренние области земного шара, могут быть отмечены чувствительными приборами на его противоположной стороне.
Обычно землетрясение представляет собой ряд ударов или толчков, которые расходятся из некоторого центра, расположенного на известной глубине под поверхностью земли. Эти удары при тектонических землетрясениях вызываются разрывами земной копы и движениями ее вдоль сбросовых трещин, которыми сопровождаются горообразовательные процессы (рис. 92).
Точка на земной поверхности, которая расположена над очагом, или гипоцентром землетрясения, носит название эпицентра. Здесь удары направлены снизу вверх, чрезвычайно разрушительны, они как бы подбрасывают предметы. Чем дальше от эпицентра, тем все под более острым к земной поверхности углом будут наир влены сейсмические волны. Здесь будут ощущаться боковые удары, стремящиеся повалить предметы набок.
Нередко эпицентр землетрясения располагается на дне моря, в этом случае происходят моретрясения.
Разрушительное действие сейсмических волн зависит от многих причин, среди которых важнейшее значение имеют направление волн цо отношению к стенам здания, форма самого здания, свойства гор
111
ных пород, на которых расположено здание, наличие в них грунтовой
воды, пустот п пр.
Действие волн сильно изменяется рельефа местности.
Большое значение имеет самый тип которого оно построено. Так, например,
также в зависимости и от сооружения и материал, из каменные постройки больше страдают, нежели деревянные, круглые менее, чем прямоугольные, и т. п. (рис. 93).
Хорошо переносят землетрясения специальные каркасные постройки японцев, которые часто устанавливаются на округлых камнях или специальных шарнирах.
В последние годы в областях, подверженных землетрясениям, стали разрабатывать различные типы стойких в сейсмическом отношении построек. Такое антисейсмическое строительство развивается у нас на Кавказе, в Крыму, в Алма-Ате и в других местах. Упомянем, наконец, о влиянии
Рис. 94. Сейсмограф. землетрясений на подземные
воды. После землетрясений нередко наблюдаются изменение уровня грунтовых вод, исчезновение одних источников и появлецпе других. Приборы, регистрирующие землетрясения, как уже сказано, называются сейсмографами (рис. 94).
Изображенный здесь сейсмограф представляет собой особый горизонтальный маятник, который прикреплен к подставке. Во
II;
Рис. 95. Сейсмограмма.
время землетрясения в силу инерции он сохраняет свою неподвижность, тогда как подставка колеблется, почему перо маятника чертит на барабане зигзагообразную линию. Сейсмография очень чутки к самым незначительным колебаниям,
112
Географическое распространение землетрясений.
Эти колебания регистрируются механически специальным прибором с часовым механизмом п барабаном, на который навернута закопченная бумажная лента.
Так как барабан непрерывно вращается, то перо, прикрепленное к маятнику сейсмографа, чертит на ленте прямую горизонтальную линию. Однако стоит прибору получить самые незначительные колебательные движения земной коры, как перо начинает чертить зигзаги (рис. 95).
По записям сейсмографа определяют время землетрясения, его продолжительность, силу и даже приблизительно определяют его место.
Сейсмографы устанавливаются в подвальных помещениях на каменных столбах. Хорошие приборы находятся у пас в обсерваториях под Ленинградом (Пулково), под Москвой (Кучино), в Крыму и пр.
В распространении землетрясений но еемному шару существует определенная закономерность. Уже давно наукой было установлено, что сейсмические явления приурочены к горным странам и берегам морей, т. е. следуют вдоль линий новейших дислока
ций земной поверхности (рис. 80). Рассматривая географическую карту распространения землетрясений, можно установить, что сейсмические области расположены следующим образом: одна группа расположена вдоль гористых берегов Тихого океана (берега Северной и Южной Америки, Японии и ряд островов), а другая—вдоль берегов Средиземного моря (где особой сейсмичностью отличается Италия), идет через Балканский полуостров, Крым, Кавказ, Закавказье, Малую Азию, Пран, Среднюю Азию, Тянь-Шань, Памир и далее на восток.
У нас в Советском Союзе землетрясения наиболее часты в горах Средней Азии (район Алма-Ата) и на Кавказе (Армения). Но они случаются и в других наших горных районах. Так, совсем недавно 0927 г.) землетрясение дважды произошло в Крыму, где сейсмические явления на протяжении большого ряда лет себя не обнаруживали. Первое землетрясение произошло 26 и 29 июня 1927 г. Затем оно вновь повторилось в ночь с 11 на 12 сентября уже со значительно большей силой, нежели июньское. Эпицентр землетрясения располагался на дне моря, к югу от Ялты. В Ялте было разрушено много зданий и были раненые и убитые.
Большие разрушения произошли в других городах Крыма. Землетрясение сопровождалось большими обвалами и оползнями на Крымском побережье.
Это землетрясение отозвалось далеко за пределами Крыма. Колебания чувствовались на Украине, на Черноморском побережье Кавказа и в других еще более далеких районах.
Причины крымских землетрясений таковы. Южная часть Крымского полуострова представляет собой высокое плоскогорье—Яйлу.
По определению академика А. Д. Архангельского, с юга Таврические горы обрублены системой сбросов, следы которых отчетливо выступают на крутом уступе, тянущемся вдоль крымских берегов, и на дне Черного моря.
В Минералогия и геология, 'J J 3
Одна из сбросовых трещин проходит на дне моря, на крутом уступе, который является границей между мелкоморьем и областью средних глубин. Очаг современных землетрясений и лежит в области этой трещины.
Из сказанного ясно, что землетрясения представляют собой одну из форм проявления орогенезиса.
7. Метаморфизм горных пород»
Контактовый метаморфизм и динамометаморфизм.
Под метаморфизмом горных пород понимают явления, выражающиеся в глубоких изменениях структуры, минералогического, а часто и химического состава горных пород под влиянием высокой температуры, давления и химических процессов. контактовый метаморфизм и динамометаморфизм.
Различают
Контактовый метаморфизм происходит на месте соприкосновения горных пород с магмой и продуктами ее выделения. Мы уже знакомы с контактовым метаморфизмом, в результате которого из известняков получается мрамор, из каменных углей — гра-
Рис. 97. Раздробленная давлением в слоях земли галька.
Рис. 96. Кристаллический сланец.
фит. Таким же образом возникает красный и магнитный желез-
няк 7 и пр.
Огромное распространение в земной коре получили изменения и иного характера. Мы имеем в виду динамометаморфизм (или дис-
локационный метаморфизм); он широко распространен в складча-
Рис. 98. Разорванные в слоях горных пород раковины ископаемого моллюска-белемнита.
тых областях земного шара. Динамометаморфизм является след
ствием давления, которое вызывают в литосфере орогенические движения. К механическому воздействию присоединяется действие на горные породы высоких температур, а также и циркулирующих в недрах земли растворов. Вот почему в результате динамометаморфизма возникают весьма разнообразные как физические, так и химические
114
изменения в горных породах. Давление прежде всего вызывает явление сланцеватости; иначе говоря, в горных породах образуются тонкие пластинки или листочки (рис. 96) подобно тому, как это наблюдается у железа при сильных по нему ударах. (Сланцеватость нужно отличать от слоистости, обусловленной совершенно иными причинами, именно последовательной сменой условий отложения осадочных пород.)
Действие сильного давления в литосфере часто обнаруживается в раздроблении горных пород (рис. 97) и их растяжении.
Последнее явление особенно хорошо можно пронаблюдать в тех морских осадочных горных породах, в которых сохранились ока-
Рпс. 99. Слоистость и сланцеватость.
Слегка наклонные слои горных пород и почти перпендикулярные к нпм поверхности сланцеватости и трещины (кливаж}.
менелые морские раковины, ракообразные, рыбы или другие ископаемые. Они оказываются изуродованными, растянутыми, а иногда и разорванными на части (рис. 98). Под влиянием давлен»тя породы могут быть разбиты многочисленными тонкими трещинами, которые маскируют слоистость пород, причем трещины эти могут располагаться под явление носит
Региональный метаморфизм.
различными углами по отношению к слоям. Такое название кливажа (рис. 99).
Мы уже знаем, что в нижних зонах катчморфизма происходят уплотнение и цементация горных пород. Гак, под действием давления и температуры вышележащих слоен и циркулирующих растворов глины превращаются здесь в глинистые сланцы, а рыхлые пески—в плотные песчаники. На больших глубинах, в зоне анаморфизма, где сильнее проявляется действие высоких температур и давления, эти только
8*
115
уплотненные породы подвергаются глубокому метаморфизму—перекристаллизации, изменению их структуры и состава. Здесь образуются кристаллические сланцы. Этот вид метаморфизма, распространяющийся на большие пространства, носит название регионального метаморфизма.
Глинистые сланцы, образовавшиеся из обыкновенной глины, здесь сначала превращаются благодаря их перекристаллизации с выделением слюды в филлиты. Филлиты имеют применение в качестве материала для крыш и поэтому также носят название кровельных сланцев. Филлиты в свою очередь в дальнейшем перекристаллизовываются в слюдистые сланцы. Кристаллизации подвергаются и другие горные породы. Известняки, например, подвергаются процессу мраморизации. т. е. становятся кристаллическими известняками или мраморами. Метаморфизуются и граниты: слагающие их минералы приобретают сланцеватое расположение; граниты превращаются в так называемые ортогнейсы.
В некоторых случаях можно наблюдать постепенный переход ме?кду гранитами и ортогнейсамп. В этом случае в верхних толщах гранитов листочки слюды мало-помалу принимают параллельное положение. Такие промежуточные породы носят название гранитогнейсов.
На значительных глубинах происходят большие преобразования минеральных масс: осадочные породы начинают не только перекристаллизовываться, но и переплавляться. Так, глины и мергели могут преобразоваться в гнейсы, т. е. горные породы гранитного состава (полевой шпат, кварц, слюда), но отличающиеся слоистым расположением минералов.
Такие гнейсы в отличие от ортогнейсов называются парагнейсами.
Граниты, а также гнейсы и другие кристаллические сланцы, подстилающие осадочные горные породы, выходят на поверхность земли, главным образом, в горных странах, на равнинах ;ке—на местах древних, уже разрушенных гор.
HI. ОСНОВЫ ИСТОРИИ ЗЕМНОЙ коры
Строение вселенной.
1. Происхождение Земли.
Для того чтобы понять жизнь и историю Земли, необходимо знать, как образовалась наша планета и что представлял собой переход ее из астральной (звездной) стадии раз
вития в качественно иную стадию—геологическую. Только тогда мы исторически подойдем к интересующему нас предмету и познаем объект нашего изучения—Землю—в ее непрерывной динамике.
Сначала припомним, какое положение занимает Земля во вселенной.
Мы знаем, что Земля является одной из планет солнечной системы, в которой вокруг центрального светила—Солнца—вращаются 9 больших планет и более тысячи маленьких астероидов. Эта огромная солнечная система представляет собой крошечную группу в грандиозной звездной системе. Система эта есть тот Млечный путь, который серебристой полосой пересекает небесный свод. В Млечном пути насчитывается несколько миллиардов звезд, одни из которых в миллионы раз больше нашего Солнца, тогда как другие значительно меньше его.
Однако и Млечный путь представляет собой лишь «островок вселенной» в бесконечном мировом пространстве.
В мощные телескопы можно рассмотреть множество звездных роев, имеющих вид слабосветящихся туманностей, подобных Млечному пути
Таким образом, совершенно ясно, что наше Солнце—это одна из бесчисленного множества звезд, а Земля—это одна из небольших планет, множество которых вращается вокруг своих солнц Все это, конечно, противоречит «мировоззрению дикаря», как справедливо назвал Карл Маркс религиозное понимание мира. Религия рисует Землю, как главное тело всей вселенной, единственный населенный жизнью мир, и все остальные миры существуют лишь на потребу Земли.
Более трехсот лет назад великий вдохновенный мыслитель Джордано Бруно говорил, что «в мире существует бессчетное количество солнц—звезд и планет—и бессчетное множество других невидимых, ствование которых должно предполагаться.
Бессчетное количество «земель» вращается вокруг своих солнц, неты нашей системы. Мы видим только солнца (звезды), как тела
размеров потому, что они светятся, но их планеты остаются для нас невидимы, так как они малы и темны. Будьте уверены, что настанет пора, когда все будут видеть мир таким, каким вижу я его теперь».
За такие слова чернорясые палачи «святейшей римской инквизиции» постановили «предать смерти по возможности милосердно и без пролития крови» гениального Бруно, т. е. сжечь его живым на костре. Церковь тогда поступала так с каждым, кто осмеливался итти против «священного писания».
Итак, наша солнечная система ничтожная частица мироздания. Как же и в частности
видимых но суще-
как пла-больших
в этой грандиозной вселенной возникла солнечная система один из спутников Солнца—Земля?
На этот вопрос наука отвечает теориями, вскрывающими причины возникновения солнечной системы.
Однако совершенно ясно, что, несмотря на то, что мы вполне разработанной теории происхождения солнечной системы и звездных миров благодаря недостаточности наших знаний, наши знания вполне достаточны, чтобы отбросить от себя нелепые религиозные бредни о божественном сотворении мира.
материя л ьныз
не имеем ещэ
117
Христианская религия, утверждает, что весь мир бог сотворил в шесть дней При этом Землю он создал в первый день, а Солнце, Лун}’ и звезды в четвертый. А между тем наукой определенно установлено, что Земля появилась много позже Солнца, что Солнце в миллионы раз старше Земли.
Бесчисленные добытые наукой факты показывают, что мир в целом никогда не создавался, существует вечно и что для его «управления» не нужны никакие сверхъестественные силы.
По этому поводу интересно вспомнить ответ великого Лапласа Наполеону. Когда Наполеон прочел сочинение Лапласа «Механика неба», то он пригласил во дворец талантливого ученого. Одобрив работу, Наполеон все же выразил Лапласу порицание за то, что он в своем труде нигде не упомянул имени бога.
На это Лаплас ответил:
«Я ни разу не имел надобности прибегать к подобной гипотезе».
Если мы не можем еще составить себе полного, и исчерпывающего научного представления о происхождении солнечной системы, d том числе и Земли, то все же дня пас нет никакого сомнения в том, что земной шар до возникновения твердой, умеренно нагретой оболочки представлял собой раскаленную массу. Постепенно охлаждаясь через лучеиспускание в мировое пространство, Земля стала покрываться остывшими твердыми глыбами. Последние скоплялись все в больших и больших массах, пока нс покрыли всю Землю сплошной твердой каменной корой, или литосферой.
С момента образования твердой земной коры Земля перешла из астрального периода развития в качественно иной этап развития—г ео лог и ч еск иЙ.
Первую попытку научно объяснить происхождение солнечной системы сделали одновременно в XVIII в. философ Кант
Гипотезы
образования и математик Лаплас. Оба они выводили образование сол-
еолнечной системы.
нечной системы из единой, первичной туманности, характеризующейся чрезвычайным рассеянием в ней материи; эта туманность, по гипотезе Канта и Лапласа, находилась ь дви-
женпи вокруг своей оси.
Остывая вследствие охлаждения в мировом- пространстве, эта туманность, согласно законам механики, должна была увеличивать угловую скорость своего вращения. Благодаря этому увеличивалась и центробежная сила, под действием которой шаровидная туманность сплющилась с полюсов и превратилась в так называемый эллипсоид. Дальнейшее ускорение привело к тому, что внешние частицы эллипсоида, лежащие на экваторе, потеряли связь со всей массой туманности и отделились в виде кольца. Затем в связи с ускорением вращения отделилось следующее кольцо и т. д.; последнее кольцо образовалось на расстоянии орбиты ближайшей к Солнцу планеты—Меркурия.
Вследствие неоднородности колец в каждом из них образовался благодаря взаимному притяжению частиц центр сгущения; таким образом возникли планеты Благодаря их вращению у них также образовались кольца, давшие начало их спутникам У одной же планеты, именно Сатурна, в виде исключения последнее кольцо оказалось таким однородным, что дало начало не одному спутнику, а целому рою мелких телец, которые образовали так называемые кольца Сатурна. Эта схематическая простая теория как бы нашла свое подтверждение в опыте Плато, в котором шарик масла, вращаемый в смеси воды и спирта того же удельного веса, давал кольца, последние же потом распадались на отдельные «спутники».
Гипотеза Канта и Лапласа всю сложность эволюции солнечной системы сводит к простым законам механики. Однако это механистическое объяснение эволюции солнечной системы не смогло истолковать целого ряда астрономических фактов. С гипотезой Калта и Лапласа совершенно не согласовался целый ряд явлений солнечной системы Нельзя было с точки врения этой гипотезы объяснить разницу движения спутников различных планет, из которых одни двигаются около своей планеты с запада на восток, а другие—с востока на запад. Необъяснимо этой гипотезой и довольно значительное несовпадение плоскостей орбит планет. Точно так же необъяснима быстрота движения спутников Марса, из которых спутник Фобос перегоняет в своем движении планету и поэтому восходит на западе, а заходит на востоке. Далее, образованче колец и допущение Лапласом концентрации колец в центральные тела планет не подтвердились расчетами. Не согласуется с теорией также медленность вращения планет и Солнца около их осей.
11^
Кроме того, как выяснилось в последнее время, Солнце в миллионы раз старше Земли, тогда как по теории Канта и Лапласа вся система образовалась почти одновременно. Последнее возражение теперь многими астрономами признается самым важным.
Все это заставило астрономов отказаться от гипотезы Канта и Лапласа. Из современных гипотез происхождения миров, и в частности, солнечной системы наибольшим признанием пользуется гипотеза Джинса —Д жеф рейс а, построенная также на механистических основаниях, детально разработанных. Не вдаваясь в ее подробности, что составляет предмет астрономии, установим основные ее положения. Целый ряд теоретических соображений и точных вычислений привел Джинса к заключению, что звезда, развиваясь самостоятельно без воздействия посторонних сил, не может образовать вокруг себя планет. Поэтому надо заключить, что процесс сгущения тела, из которого образовалась солнечная система, был нарушен прохождением в очень близком, по астрономическим масштабам, расстоянии от нее другого мирового тела. Это вызвало, благодаря взаимному притяжению, образование на нем громадных приливных волн в виде гигантских извержений разреженной материи наподобие солнечных протуберанцев Вероятность такого сближения небесных тел при чрезвычайной рассеянности материи в мировом пространстве весьма невелика, поэтому цаша планетная система представляет собой, очевидно, тип образований, встречающийся во вселенной относительно редко, хотя благодаря неизмеримо большим размерам звездного мира все же многократно повторяющийся.
Протянувшись к встречному светилу, вершина «протуберанца» могла, как показывает вычисление, оторваться от Солнца. Она путем сгущения материи около центров тяготения и дала начало планетам. Из средней части этой массы образовались самые мощные спутники нашего Солнца (Юпитер, Сатурн), а крайние ее области дали начало более мелким планетам. Образование спутников планет, по Джинсу, было подобно образованию последних, причем роль возмущающего мирового тела, по его расчетам, играло само Солнце. Возникновение спутников у спутников было уже невозможно: последние быстро охладились, перейдя в жидкое и даже в твердое состояние, при котором возникновение мощных протуберанцев произойти уже не могло. Математические расчеты, которые дает Джинс в своей гипотезе, совпадают с массами планет солнечной системы Это свидетельствует о том, что Джинс в своей гипотезе уловил определенные закономерности эволюции солнечной системы Все же в этом построении мы имеем лишь приближенное, весьма схематизированное разрешение проблемы, совершенно не учитывающее огромной сложности тех физико-химических процессов, которые принимали участие в эволюции небесных тел. Ряд вопросов, например обратное вращение спутников некоторых планет, на основе этой гипотезы так же необъясним, как и на основании гипотезы Канта и Лапласа.
Дав математически более разработанную гипотезу, нежели гипотеза Канта и Лапласа, Джинс не ушел от механицизма последней. Сам автор этой; наиболее
приемлемой гипотезы заявляет: «Время выводов в космогонии еше не пришло». Происхожде-
Совершенно очевидно, что в течение всего звездного периода жизни Земли на ее поверхности не могла существовать орга-
ние жизни на Земле.
ническая жизнь благодаря слишком высокой ее температуре. Отсюда ясно, что в истории Земли был момент, когда орга-
ническая жизнь на ней должна была появиться впервые.
В курсе эволюционного учения вы уже ознакомились с вопросом о зарождении жизни на Земле. Современное состояние науки дает нам все основания
утверждать, что путем чрезвычайно длительного и сложного процесса эволюции неживой материи из нее возникли на Земле первичные живые существа. На этой новой ступени эволюции в материи возникают новые качества, и она подчиняется новым закономерностям, характеризующим органический мир. В процессе развития Земли органический мир принимал и принимает участие в процессах минералообразования, образования горных пород в качестве самостоятельного геологического агента, накладывающего свой неизгладимый отпечаток на весь лик Земли.
Строение Земли и ее оболочки
В период огненножидкого состояния Земли химические элементы ее распределялись в определенной закономерной последовательности. Более тяжелые вещества—железо, кель и пр.—под
Более тяжелые вещества—железо, ни-влиянием силы тяжести сгруппировались ближе к центру Земли, а более легкие—кремний, алюминий, кальций, натрий
П9
и Др-—заняли верхние горизонты литосферы. Наконец, наиболее легкие элементы, как водород, кислород, азот, составили воздушную оболочку Земли— атмосферу.
Сказанное подтверждается тем, что плотность (или удельный вес) всего земного шара на основании астрономических вычислений равен 5,5, а плотность горных пород, образующих земную кору, равняется в среднем всего 2,6. Отсюда неизбежно надо сделать вывод, что в центральных областях земного шара должны находиться весьма тяжелые массы с удельным весом около 10. Повидимому, центральное ядро Земли, примерно с глубины в 3500 км,—металлическое и, судя по
его удельному весу, состоит из никелистого железа, что подтверждается значи-
тельной распространенностью железа па всем земном шаре. Интересно отметить,
что из железа и никеля состоят также многие метеориты, т. е. что такой состав имеет космическое распространение. Это внутреннее тяжелое ядро Земли носит
Рис. 100. Схема строения земного шара.
название барисферы, т. е. тяжелой сферы, или ннфе (Nile) (от никель—Ni и железо—Fe).
Что касается верхних частей земной коры, или литосферы, то, как мы уже знаем, здесь широко распространены минералы, состоящие из более легких элементов, кислорода, кремния, алюминия, кальция, натрия и пр.
Верхняя оболочка литосферы, в которой широко распространены кремний (Si) и алюминий (А1), получила название сиаль (Sial), а ниже ее расположенная и отличающаяся породами, богатыми кремнием (Si) и магнием (Mg), получила название сима (Sima).
Таким образом, сделав мысленно разрез через земной шар, мы должны представить его состоящим из целого ряда оболочек, или сфер, с определенной закономерностью расположенных друг над другом. Выше всего располагается атмосфера, верхняя граница которой точно не установлена Во всяком случае, в чрезвычайно разреженном состоянии она находится, судя по высоте некоторых северных сияний, происходящих в ней, еще и на высоте 800 км.
Следующая оболочка Земли, водная оболочка или гидросфера, образовавшаяся после охлаждения земной коры ниже температуры 100°, не покрывает земного шара сплошь, занимая, однако, */s его поверхности. Гидросфера покоится на литосфере, мощность которой не везде одинакова и точно еще не определена. Существующие определения колеблются в широких пределах—от 40 до 100 и.даже до 120 км.
Далее идет область раскаленных масс Земли, или пиросферы. Пиросфера представляет собой зону, находящуюся в скрытопластическом состоянии. Ниже следует оболочка, состоящая из более тяжелых горных пород, в центре же находится земное ядро с плотностью 6—12. По мнению академика Ферсмана и ряда других ученых, центральное ядро Земли окружено толстой полуметаллической оболочкой. Состав этой оболочки напоминает руду, почему сама оболочка носит название рудной оболочки (рис. 100).
О природе глубоких областей Земли мы можем только строить гипотезы. Непосредственное исследование их при современных данных невозможно, и вполне естественно, что среди ученых существуют на этот предмет самые различные Точки
зрения.
2. Восстановление истории земной коры и геохронология.
Восстановление физико-географических условий, сферу, так и
Современная геологическая наука разработала систему методов, при помощи которых с известной точностью можно установить как те условия, при которых образовались породы, слагающие лито-историческую последовательность их образования.
120
Х^абота различных геологических агентов как бы записана па своеобразном языке в слоях земли, и исследователь должен лишь хорошо владеть геологической грамотой.
Чтобы иллюстрировать ото, сопоставим изображенные на рисунке 101 несколько камней, обработанных различными, уже известными нам геологическими силами: источенные ветром камни пустыни, обточенный и исштрихованный ледниковый валун, шаро-
Рис. 101. Работа различных геологических агентов (сравнение).
7—штриховальньгй ледниковый валун; 2—галька из горного потока; з—плоская морская галька; 4—граненый камень пустынь; 4—камень, обработанный летучими песками.
образный камень горного потока и плоскую морскую гальку; по их характерным особенностям мы легко можем определить, при каких физико-географических условиях они образовались. Так, по скоплениям в слоях земли различных форм ветровой скульптуры геолог устанавливает существование ископаемой пустыни, по сцементированным в конгломераты морским галечникам он определяет береговые линии древних морей, по слоям каменной соли и гипса он читает летопись высыхающих прибрежных лагун и соленых озер. Изучая слои земли, геолог устанавливает и те химические и физические процессы, которые испытывают горные породы после своего образования, определяя, таким образом, их дальнейшую судьбу; например, образование из глин глинистых или слюдяных сланцев говорит о перемещении отложений глины в глубокую область литосферы, либо об их метаморфизме под влиянием громадных давлений при орогенезе.
Но чтобы восстановить историю земли, геолог должен расположить изучаемые им события во времени. Ему приходится решать такие задачи: какой из срав
ниваемых слоев древнее и какой новее. Это легко можно определить тогда, когда слои залегают друг над другом, да и то если их первоначальное положение не нарушено. Б этом случае, чем ниже слой расположен, том он древнее, чем выше, тем он новее. Способ определения относительного возраста слоев по их взаимному
Стратиграфический метод.
121
Рис. 102. Пример несогласного напластования слоев.
расположению называется стратиграфическим методом1. Однако наряду с горизонтальным, ненарушенным положением слоев мы знаем, что в земной коре существуют весьма значительные дислокации, складки, сдвиги, сбросы. Они чрезвычайно запутывают вышеприведенную последовательность. Гак, в случае опрокинутой складки древние слои окажутся над более молодыми. Иногда целая группа слоев может быть надвинута на слои, образовавшиеся с ней одновременно, и т. д. Здесь пользование стратиграфическим методом значительно осложняется.
При изучении последовательности расположения (стратиграфии) слоев нередко можно наблюдать несогласное их залегание, когда одна дислоцированная и более или менее разрушенная группа слоев перекрывается другой группой слоев, располагающихся к ней под углом (рис. 102). В этом случае необхо-
димо признать, что между периодом образования тех и других слоев прошел значительный промежуток времени, что непрерывность отложений здесь была нарушена: слои дислоцированы, поверхность их разрушена и затем уже покрыта новыми напластованиями. Анализируя несогласованность залегания слоев, можно сделать некоторые выводы относительно последовательности геологических событий, например о времени образования гор. Это возможно, если у подножия складчатого хребта лежат горизонтальные слои, не принимающие участия в образовании складок. Ясно, что слои, которые образовали складки, более раннего происхождения, чем отложения у их подножия. На рисунке 103 мы видим, что данное горное сооружение, представленное в
виде схемы, относится ко времени, прошедшему в промежуток между образованием слоя А и слоя В. Иногда несогласие напластований наблюдается в образующих складку слоях. Это значит, что складка образовалась в несколько приемов, разделенных периодами спо-кэйного отл >жения осадков, и т. д.
Но как быть в тех случаях, когда приходится сравнивать возраст слоев из местностей, расположенных далеко друг от друга? Стратиграфический метод здесь бессилен. Определить время образования того или иного слоя петрографическим методом, т. е. по составу горных пород, также невозможно. Дело в том, что совершенно различные горные породы могли образоваться в одну и ту же эпоху жизни Земли, и обратно—прежде, как и теперь, в одном
Рис. 103. Схема, поясняющая способ определения возраста гор.
1 «Стратос» по-гречески значит—слой.
422
месте океана одновременно могли осаждаться глины и пески, а в
другом — известняки.
Палеонтологический метод.
Здесь приходит на помощь палеонтологический метод определения относительной древности пластов. Дело в том, что в осадочных слоях как морских, так иногда и континентальных находятся скелеты,
твердые покровы или иные окаменелые остатки животных и растений или их отпечатки. Сохранение некоторых ископаемых организмов стало возможным только благодаря тому, что они подвергались процессу окаменения. Окаменение заключается в том, что органиче-
Рис. 104. Палеонтологические документы.
Отпечаток крыльев бабочки, отпечаток рыбы, раковина ископаемого моллюска-аммонита, зуб рыбы, отпечаток листа, насекомое в янтаре.
скпе остатки замещаются минеральными веществами: кремнекисло-той, углекислой известью, окисью железа и т. д. Для того чтобы организм подвергся окаменению и сохранился в течение долгих геологических периодов времени, необходимы исключительно благоприятные условия. Надо, чтобы после смерти он попал в хорошо сохраняющую среду, чтобы минеральный раствор его минерализовал, чтобы геологические процессы не разрушили в течение миллионов лет образовавшуюся окаменелость, т. е. необходимо редкое совпадение ряда благоприятных условий. Несмотря па то, что для сохранения вымерших форм нужны исключительные условия, благодаря обилию особе I, населявших землю, наука располагает огромным количеством окаменелостей, или ископаемых.
На рисунке 104 представлены различные формы палеонтологических документов: крылья бабочки, отпечаток рыбы, морская ра
123
ковина, зуб рыбы, отпечаток древесного листа, насекомое внутри янтаря (окаменелая смола древних деревьев).
Религия объясняла происхождение окаменелостей самым фантастическим образом. В одних она видела «неудачные модели творения», другие считала за «остатки ангелов, сброшенных с небес за то, что они ослушались бога», третьи признавала за окаменелые кости людей и животных, погибших во время потопа. Но все это в свете современных знаний настолько нелепо, что не требует особых опровержений.
Кроме окаменелостей в иных случаях находят только «следы ;кпзни», например, следы ползания червей, отверстия, просверленные
Рпс. 105. Следы жизни;
Отверстия, просверленные в камнях намнеточца-ми; следы ползания червей; следы ископаемого позвоночного и капель дождя (слева направо).
в камнях камнеточцамп, или следы ног па влажной п пластичной почве (рпс. 105).
Как же использовать эти палеонтологические документы для определения времени образования отло-
жений? Мы знаем, что в
течение истории Земли органический мир прошел длинный путь эволюции,
что одни формы органического мира сменились другими в опре-
дел е нн о й по следо в ате л ьно с ти.
Вот почему мы можем по находимым в слоях земли окаменелостям судить как об одновременности геологических отложений, так и о последовательности образования осадочных слоев во времени.
В настоящее время можно считать прочно
установленным тот закон, что по одинаковым ископаемым можно судить об одновременности геологических отложений.
Разумеется, сравнивать можно только однотипные фауны, па-пример прибрежные с прибрежными, глубоководные с глубоководными и т. п., которые приурочены к определенным типам осадков, образуя определенные фации. Конечно, фация может и не содержать органических остатков, т. е. быть немой; в этом случае она не может служить для установления хронологии.
Прослеживая развитие животного мира от слоев более древних к более новым, было замечено, что тогда как одни формы, сохраняясь в почти неизменном виде, жили в течение долгого времени и встречаются в слоях различной древности, другие, напротив, обладали значительной изменчивостью во времени и в различных условиях. Такие окаменелости строго приурочены к слоям определенной древности. Эти формы названы руководящими, так как позволяют геологу руководиться ими в деле определения последовательности образования отложений, т. е. относительного возраста пластов.
Говоря о слоях геологически одновременных, необходимо уточнить это понятие. Геологически одновременными признаются слои, образовавшиеся в течение такого промежутка времени, за который в органическом мире не произошло значительных изменений. По»*
этому осадки, отложившиеся уже в историческое время, например в эпоху древнего Вавилона, будут геологически одновременны по родам, отлагающимся в морях нашего времени, несмотря на то, что эти отложения разделяет промежуток в 6—1 тысяч лет.
Переходя последовательно от слоя к слою и восста-
Этапы гео- навливая физико-географические условия и вымер-логической а. ч. '
истории ший органический мир минувших периодов, наука подметила целый ряд этапов в развитии Земли и ее населения, установив, что в более древних толщах хранятся в общем и более примитивно организованные формы животных и растений. Это и понятно, так как из курса зоологии мы знаем, что эволюция в органическом мире шла по пути развития все более и более высокоорганизованных живых существ.
Основываясь на этом, геология разделила всю земную кору на пять «этажей», или групп, которым во времени соответствует термин эра. Эти группы следующие: архейская (первобытная), эозойская (эра зари жизни), палеозойская (эра древней жизни), мезозойская (эра средней жизни) и кайнозойская (новейшая). Группы делятся на системы. Время, пошэдшее на образование слоев той или иной системы, называется периодом. Системы в свою очередь делятся на отделы, которым во времени соответствуют эпохи-, отделы—па ярусы (см. таблицу), Названия систем: кембрийская, силурийская, девонская
ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА.
Группы (эры) Системы (периоды) Отделы (эпохи)
Кайнозойская Четвертичная Современный Ледниковый
Третичная Неоген Палеоген Плиоцен Миоцен Олигоцен Эоцен Палеоцен
Мезозойская Меловая Верхний Нижний
Юрская Верхний Средний Нижний
Триасовая Верхний Средний Нижний
Палеозойская Пермская Верхний Нижний
Каменноугольная (карбон) Верхний ! Средний Нижний
Девонская Верхний Средний Нижний
Силурийская Верхний (готландский) Нижний (ордовичений)
Кембрийская Верхний Средний Нижний
Эозойская Архейская Подразделения имеют лишь местное, значение _ _____
125
п т. д., часто заменяются сокращенными терминами: кембрий, силур, девон, карбон, пермь, триас, юра и т. д. Происхождение названий геологических систем различно. Кембрийская система получила его от названия древней английской провинции (теперь Уэльс), где впервые были изучены слои этой системы; силурийская названа по имени древних обитателей Уэльса (народ—силуры); девонская система названа по имени английской провинции Девоншайр; каменноугольная (карбон)—благодаря изобилию в ее отложениях каменного угля; пермская—по б. Пермской губернии, так как впервые данные отложения были изучены здесь геологом Мурчисоном, и т. д.
На основе этого деления в следующих главах параллельно с историей земной коры мы познакомимся и с развитием животного и растительного мира—сменой фаун и флор на протяжении земной истории.
Нередко церковники пытаются примирить выводы геологии с «священным писанием». Они утверждают, что библейские дни творения надо понимать в переносном смысле, что библейский «день»—это то, что в геологии называют периодом. Однако это утверждение есть «попытка с негодными средствами», так как: 1) в библии при описании каждого «акта творения» говорится: «И был вечер и было утро, день первый» и т. д.; 2) геологические периоды совершенно не равны по времени и отличаются друг от друга по продолжительности на многие миллионы и сотни миллионов лет. Порядок творения по библии находится в полном противоречии с документальными данными, добытыми геологической наукой.
В изучении истории органического мира громадную роль сыграло умение по отдельным частям ископаемых организмов восстанавливать их строение в целом. В основе этого умения лежит закон соотношения частей организма, установленный гениальным создателем палеонтологии и сравнительной анатомии—французским ученым Кювье. Закон этот заключается в том, что в степь ни своего развития и в форме строения отдельные части организма находятся в зависимости друг от друга. Таким образом, строение какой-нибудь одной кости предопределяется строением организма в целом, и наоборот. Из курса эволюционного учения вы уже познакомились с этим методом реставрации животных. Гак анализируя часть черепной крышки, коренной зуб и бедро питекантропа, антропологи со значительной долей вероятия восстанавливают облик этого существа, близкого к звероподобным предкам человека. Точно так же могут быть по находкам отдельных частей восстановлены и другие организмы.
В заключение отметим, что изучение истории земной коры имеет не только теоретический, но и большой практический интерес. Дело в том, что существует известная приуроченность полезных ископаемых к слоям определенного геологического возраста:
одни геологические периоды отличаются особенно богатыми месторождениями ископаемого угля, другие—каменной соли, третьи— нефти и т. д. Таким образом, историческая геология помогает нам отыскивать полезные ископаемые.
Практическое значение исторической геологии.
£,2Ь
3. 11рхейская и эозойская эры.
Общая В основе всей толщи осадочных отложений земной характери- коры лежит как их фундамент мощная свита кри- • сталлпческих пород, состоящая, главным образом, из гранитов, других магматических пород, а также кристаллин'ских сланцев. Из-за кристаллической структуры этой толщи прежде ее считали первоначальной корой, охладившейся из огненножидкого состояния земного шара. Однако существование такой первичной коры совершенно маловероятно, так как от нее вряд ли что-либо могло остаться благодаря многократным переплавкэм, процессам выветривания и метаморфизму, постоянно происходившим в течение всей истории литосферы, длившейся, как мы увидим дальше, многие сотни миллионов лет. Все эти кристаллические породы сильно дислоцированы, сложены в складки, разбиты сбросами и пронизаны многочисленными интрузиями.
Еще недавно они объединялись в одну архейскую группу. В настоящее время их делят на две большие группы, довольно резко отличающиеся друг от друга по характеру слагающих их пород. За нижними, наиболее древними горизонтами этих отложений, представленными, главным образом, гранитами, гнейсами и слюдяными сланцами, сохранено название архейской группы. Верхние же горизонты этих отложений, сложенные, главным образом, из филлитов, глинистых сланцев, кварцитов, мраморов и пр., т. е. из пород менее метаморфизованных, нежели более древние и более измененные кристаллические сланцы, объединяются в альгонкскую, или эозойскую, группу (т. е. группу зари органической жизни).
В архейской толще уже видны несомненные следы разрушительной и созидательной работы мирового океана; обнаруженные в толще кристаллических пород конгломераты, кварциты и песчаники, иногда очень .мало метаморфизованные, отчетливо сохраняют следы своего осадочного происхождения. В эозойской группе еще отчетливее выявляется первоначально осадочный характер большей части слагающих ее пород.
Было время, когда существование окаменевших органических остатков в толщах, слагающих эти группы, совершенно отрицалось. Однако присутствие относительно богатой жизни в самом начале следующей палеозойской эры заставило предполагать, что корни этой жизни уходят в описываемую нами эру. Этот вывод подтвердился в дальнейшем целым рядом прямых доказательств—палеонтологических находок. В эозойских слоях найдены, правда, встречающиеся исключительно редко, окаменелые остатки, например иглы губок, а также отпечатки кольчатых червей и т. д. В пользу существования в эозое морской фауны говорит также найденный в толщах этой группы мрамор, который мог образоваться в результате метаморфизма известковых отложений, вероятно, органогенного происхождения, на дне эозойского моря.
В пользу же существования в эозое растений говорит нахождение в его толщах в Финляндии и Карелии шунгита—горной породы типа антрацита. Мы же знаем, что ископаемые угли образуются из растительных остатков.
127
Материковые платформы п геосинклинали.
Архепскпе и эозойские толщи, судя по значительным нарушениям горизонтальности их напластования, в большинстве случаев представляют собой сглаженные агентами разрушения и сноса горные области. Процессы горообразования, сопровождавшиеся ме-
таморфизмом горных пород и образованием кристаллических сланцев, а также излияния лав и внедрение в земную кору батолитов и лакколитов обусловили в некоторых областях земли значительное уплотнение литосферы и увеличение ее мощности.
В течение всей последующей истории земной коры эти участки, приобревшие значительную неподатливость (жесткость), реагировали на горообразующио силы лишь слабыми изгибами и расколами и не принимали уже участия в образовании складчатых гор. Лишь благодаря эпейрогеническпм колебаниям они покрывались частично морями, отложившими на них горизонтальные или сравнительно слабо дислоцированные в дальнейшем слои своих осадков.
По возрасту и характеру залегания между этими древнейшими образованиями и позднейшими отложениями существует резкая разница. Эти древние жесткие участки земной коры получили название континентальных плит, или платформ. Те их части, которые несут на себе маломощный покров более поздних отложений или на обширных пространствах выходят и на поверхность земли, называются кристаллическими щитами.
К континентальным плитам относятся Восточно-Европейская (пли Русская) плита с Балтийским и Азовско-Подольским щитами в Европе, Восточно-Сибирская в Азии и т. д. (рис. 106).
Между этими жесткими, устойчивыми участками земной коры расположились более податливые участки, принимавшие интенсивное участие в послеэозойских горообразовательных процессах.
При изучении древних морских отложений, поднятых горообразовательными процессами и принявших участие в строении этих гор, было установлено, что мощность их нередко измеряется тысячами метров. Такие мощные морские отложения могли образоваться лишь там, где одновременно с накопленном морских отложений происходил прогиб морского дна. Благодаря этому осадки, не заполняя морского бассейна, могли накопляться в громадных толщах. Такие прогибы морского дна получили название геосинклиналей. Оказывается, что наиболее значительные горные системы сложены именно из мощных морских отложений, скопившихся в геосинклиналях. Отсюда необходимо сделать вывод, что прогиб морского дна в области геосинклиналей в следующей стадии истории земли сменялся процессом горообразования—орогенеза.
Ближайшее изучение процесса горообразования выяснило, что по мере поднятия все новых и новых складок, в конце концов, происходило полное закрытие геосинклиналей. Стадия орогенеза протекала, как уже отмечено в главе «Движения земной коры», гораздо быстрее, чем стадия накопления осадочных пород, т. е. стадия прогиба спо сме
длительные земно й коры периодами бурного развития го-
геосинклиналей. Таким образом, к о й н ы е периоды в истории мялись
428
геология.
Ц Платформы и части платформ не прикры-тые более молодыми осадочными отложе
— ниями (кристаллические щиты)
II Платформы и части платформ, покрытые осадочными отложениями
Границы платформ
t-5 £>
Pirc. 10G. Карта континентальных платформ и кристаллических щитов.
]) о о б р а з о в а те л ьн ы х проце особ, приводивших к весьма глубоким изменениям литосферы.
Эт! смена «э в о л ю ц и о и н ы х» и «революций и и ы х» периодов повторялась на протяжении всей геологической истории. Она приводила к нарастанию континентальных массивов в течение последовательных этапов складчатости, когда причленялпсь к древним матер ткам новые участки суши. В то же время это увеличивало жесткость участков коры, подвергшихся дислокациям, благодаря динамометаморфизму горных пород, а также внедрению в дислоцированные участки магматических пород. Это придавало материкам все большую
Геологические революции архея и эозоя.
ббльщую устойчивость.
Еще в допа неозойское геологическое время на основе изучения нарушения горизонтального напластования горных пород можно установить два наиболее крупных периода такого бурного орогенеза.
Исследования в Канаде и Финляндии установили исключительно резкую складчатость в самых древних известных нам горизонтах архейских отложений. Этот бурный период горообразования получил у геологов название—«Лаврентьевская революция». Второй острый пароксизм горообразования—«Алъгонкская революциям—произошел на границе между архейской и эозойской эрами.
Мы не располагаем достаточными данными, чтобы составить более пли менее точное представление о физико-географических условиях архейской и эозойской эр. Однако установлено, что в эти отда-
II
Археи и золой в СССР.
Фязико-геогрсфпчо-скпе условия ярхея и эозоя. ленные времена земная поверхность в некоторых областях подверглась ол щенениям. Следы таких оледенений найдены в северной Норвегии, Северной Америке, Австралии, Китае. Здесь были обнаружены значительно метаморфизованные ледниковые морены, заключающие в себе валуны с ясной ледниковой штриховкой.
Породы архейской и эозойской эр в пределах СССР выходят на поверхность земли в Карелии, Мурманском округе, на юго-западе Украины, в восточной Сибири. Кроме того, поднятые при горообразованиях, они обнажились благодаря денудационным процессам в горных областях Союза—на Кавказе, Урале и в горах Азиатской части СССР. На обширнейших же низменностях нашей страны они лежат обычно глубоко под более поздними образованиями. В Московской области они не были достигнуты при самых глубоких бурениях; в Курской области они лежат местами на глубине менее 100 м.
Неизмеренная огромная мощность отложений архейской и эозойской эр и глубокие нарушения в правильности их напластований дают основание заключить, что длительность этих двух эр во много раз превышает длительность всей последующей истории земной коры.
В отложениях архейской и эозойской эр много полезных ископаемых. Oi-ш образовались п магматическим путем в различных интрузиях, и в результате метаморфизма, и в виде жильных месторождений. Сорди этих отложений мы имеем железные руды Курской магнитной аномалии, железные руды
Длительность архея и аозоя.
Народнохозяйственное значение , отложений архея н эозоя. Криворожья
130
Скандинавско-Финского щита, хибинские апатиты. Жильные месторождения золота в Сибири и на Дальнем Востоке относятся также к этому времени. В Сибири того же геологического возраста—месторождения марганца, висмута, меди, слюды и графита. Сами горные породы, слагающие архейскую и эозойскую группы, дают прекрасный строительный материал.
4. Палеозойская эра.
(Эра древней жизни.)
Оощая Между колоссальными толщами кристаллических жара’Iзри- пород архейской и эозойской эр и отложениями палеозоя природа положила резкую грань. Древнейшие слои палеозоя, лежащие несогласно непосредственно на архейских и эозойских гранитах, гнейсах в других метаморфизованных породах, являются уже типичными осадочными породами и содержат в себе богатые остатки органической жизни.
Наиболее древний период палеозоя называется кем-Le mR рийскпй брийскам.
яернод. Известные в настоящее время отложения кембрийского моря носят характер прибрежных и мелководных осадков, состоя из песчаников, глии, кремнистых и глинистых сланцев и изредка из известняков. Глубоководные отложения этого периода
в дальнейшем развитии земной коры, очевидно, были разрушены, смыты или совершенно метаморфизованы.
Размещение современных выходов кембрийских отложений дщт основание заключить о следующем распределении суши и моря в этот период (рис. 107). Между материками, ядра которых составляли Канадская и Русская материковые платформы, в это время распола-
9*
13 L
галось море с глубокой меридиональной геосинклиналью, получившей название Каледонской. К востоку от Русской платформы была расположена также меридионально У рало-Тянъ~Шаиъская геосинклиналь, которая обходила с юга Сибирскую платформу и соединялась с В неточно- А татской геосинклиналью. К югу от Канадского и Русского материков простирался обширный океан, получивший название океана Тетис. Этот океан сохранился, как мы увидим далее, на протяжении всей наследующей истории земной коры, дойдя до нашего в емэни в виде остаточных бассейнов—Средиземного, Черного п Каспийского морей. На юг от океана Тетис лежал огромный материк, объединявший поверхность современных: Бразилии, Африки, Мадагаскара, Индии и Австралии. У геологов он получил название материка Гондваны. Длительное существование такого материка находит подтверждение в единстве строения и отложений тех участков суши, которые входили в его состав и которые в настоящее время разделены глубокими океаническими впадинами, а также в сходстве ископаемых животных и растений, встречающихся в слоях этих участков одновременной давности.
Эта древнегеографическая (палеогеографическая) карта дает, конечно, лишь грубо приближенное условное представление о расчленении поверхности суши в этот отдаленный период, тем более что невозможно непосредственно восстановить по отложениям историю дна современных океанов.
В пределах СССР выходы кембрийских отложений находятся на юг от Ленинграда в виде синих гончарных глин и покрывающих их песчаников, далее они выходят в Закавказье на Урале, в горной части Средней Азии, особенно же значительны их выходы в Восточной Сибири, в Якутии и на Дальнем Востоке.
Континентальные отложения кембрия известны очень мало. Среди них обнаружены в южных широтах эоловые отложения пустынь, окрашенные в красный цвет окислами железа, что свидетельствует о сухом и жарком климате в местах п х отложений. Но наряду с этим па территории Норвегии, Китая и на материке Гондвана имело место и материковое оледенение.
Мы уже знаем, что органическая жизнь на земле появилась в эозое. В кембрийских морских отложениях находятся уже представители всех главнейших групп беспозвоночных животных: простейших, кишечнополостных, иглокожих, червей, мягкотелых и членистоногих; это указывает на длительные этапы эволюции органического мира еще в докембрийские времена. Характерньвм для кембрия является отсутствие в его отложениях кораллов и мшанок. На основании ископаемых остатков кембрийских морских животных геологам удалось установить относительный возраст кембрийских отложений и разбить их на ярусы (стр. 125). Особенный интерес в этом отношении представляют ископаемые ракообразные—трилобиты, давно ужо совершенно вымершие, ио в то время представленные большим количеством видов (рис. 108). Тело этих ’животных, за|цл-
132
f
щепное твердым покровам, оьпо расчленено в продольном и попе-речном направлениях на три лопасти. На нижней его стороне находились жабры, жевательные придатки и членистые ножки, На головном щитке у большинства были глаза. Различные виды трилобитов приурочены к различным слоям кембрийской системы. Поэтому по присутствию их в тех пли иных слоях удалось установить как одновременность кембрийских отложений в разных областях земного шара, так и последовательность их образований Мы уже знаем, что такие ископаемые, различные виды которых строго приурочены к определенным пластам данной системы, и п > к торым можно установить последовательность их отложений, называются руководящими ископаемыми.
Заканчивая характеристику кембрийского периода, надо отметить, что народнохозяйственное значение его отлоясений очень невелико. Среди них нет горных пород и минералов, широко используемых в хозяйстве. " окне глины
Силурийский период.
r
В СССР используются лишь в гончарном деле кембрий-(под Ленинградом).
Кембрийский период палеозоя сменяется силурийским. В течение силурийского периода направленно геологических процессов сравнительно с кембрием резко меняется: развертывается напряженнейший орогенез, происходит «Каледонская революция^ приведшая к образованию на месте Каледонской геосинклинали мощной горной складчатой области, которая соединила Канадский п Балтийский шиты в единый материковый массив.
Процесс горообразования захватил в большей или меньшей степени и все остальные геосинклинали. Поднятие со дна моря обширных горных областей сопровождалось выступанием моря из берегов и обширными затоплениями (трансгрессией) материковых платформ. Силурийские отложения имеют широкое распространение в пределах СССР. Их выходы находятся под Ленинградом, в западной Украине, на Урале, в Средней Азии, в районе между Енисеем и Леной. На территории Европейской части Союза оутпа в течение большей части силурийского периода занимала широкую суживающуюся к юго-востоку полосу. В бассейне же рек Оби и Иртыша с севера на юг протянулся ряд островов jjinc. 109). Огложе-
Рис. 109. Палеогеографическая схема верхнего силура Европейской части СССР.
£33

кия силурийского моря состоят в Европейской части Союза из песчаников, глинистых сланцев и, главным образом, известняков.
В этот период происходит расцвет некоторых кембрийских групп. Так, в силурийской фауне трилобиты играют еще большую роль, чем в кембрии. Для геологов они и здесь являются руководящими ископаемыми. Наряду с ними громадное значение приобретают находимые уже в кембрпе граппголиты, позволившие геологам установить в силуре до 30 отдельных зон, т. е. наиболее дробных геологических подразделений, характеризующихся одной или несколькими ископаемыми формами и представленными нередко одним пластом пли пачкой слоев относительно небольшой мощности. Хитиновые скелеты
Рис. 110. Хитиновые скелеты г рад то лито в Рис. 111. Строение граптолитов
(силур). (силур).
сунка часто встречаются в сланцах, богатых органическими примесями. Граптолпты представляли собой колониальные формы гидромедуз—то сидячих, то свободно плававших в поверхностных слоях силурийских морей при помощи своих воздушных колоколов (рис. 111).
Наряду с формами, перешедшими в силурийский период из кембрия, в нем обнаруживается огромное количество совершенно новых групп животных. Появляются мшанки, своими колониями, как мхом, покрывающие подводные предметы. Большую роль в морях этого периода начинают играть кораллы (рис. .112), получают значительное развитие плеченогие, появляются гигантские ракообразные, например пт&рчготус, достигавший длины 2 м, скорпионы и т. д. Но особое развитие получают головоногие моллюски', у наиболее примитивных их форм, появившихся еще в кембрия, раковина не закручена в плоскую спираль, как у головоногих более поздних периодов,—эти формы относятся к группе о ртоце ратитов (рис. 113). Это были самые крупные животные того времени. Некоторые их особи достигали
134.
2 .ч в длину п 30 см в поперечнике. Их раковины в большом колпче-стве на ходится в нпжиесилурпйском (ортоцоратптовом) известняке,
послужившем материалом для замощения ленинградских тротуаров
В силурийских отложениях встречаются головоногие и с закрученными раковинами. Они принадлежат к богатому во времена силура семейству наутилид. Из них до настоящего времени сохранился только один род наутилуса (рис. 114).
Наконец, в силуре появляются своеобразно специализированные панцирные рыбы с хрящевым внутренним и костным наружным скелетом.
Рис. 113. Раковины орто-церас (силур).
Рис. 112. Коралл фавозптес (силур).
Эти рыбы существенно отличались от рыб современных. Небесполезно вспомнить, что, по библии, рыбы создаются в «пятый день
творения», одновременно с пресмыкающимися и, конечно, в современном их виде. Но наукой совершенно бесспорно установлено, что рыбы появились значительно раньше пресмыкающихся и что между этими группами животного мира стоит еще одна большая группа—земноводные (амфибии), о которых ничего не говорится в «священном писании», просто потому, что сочинители библии не были достаточно знакомы с ними.
Растительный мир силура представлен морскими водорослями и небольшим количеством видов простейших наземных— тайнобрачных.
Народнохозяйственное значение силурийских отложений сравнительно велико. Отложения силура дают горючие сланцы
на Балтийском побережье, подольские фосфориты, свинец, цинк и медь северного Урала Пай-Хоя, Вайгача и Новой Земли, каменную соль и гипс на Сибирской платформе, кровельные сланцы, строительные известняки и т. д.
Девонская система представлена самыми разиообраз-Девонекий нымп отложениями—как морскими, так и конти-
нентальными.
Рис. 114. Продольный разрез наутилуса (современная форма).
Распределение материков и морей девонского периода наметилось в конце силура, когда Каледонская революция создала единый

Канадско-Балтийский материк, по которому тянулась громаднаягор-ная страна. Сильно разрушенные временем остатки этой горной системы сохранились в Шотландских и Скандинавских горах. Этот Северо-Атлантический континентальный массив иногда называется Атлантидой. К югу от этого материка в океане Тетис в это время закладывается новая геосинклиналь, в которой начали накопляться морские отложения, подготовлялся орогенез следующего периода. Эта геосинклиналь получила название Гертшспой.
Девонский период характеризуется энергичной вулканической деятельностью па Урале, Тимане, Тянь-Шане: здесь происходят
значительные
лавовые
Рис. 115. Палеогеографическая схема среднего девона Европейской части СССР.
излияния п нагромождения вулканических туфов. Глубокое море девона отступило на юг, причем в области современной Средней Европы остались мало сообщающиеся с океаном или даже замкнутые бассейны. Здесь нередко известковые отложения сменяются глинистыми сланцами, песчаниками и конгломератами. Это свидетельствует о постоянных колебаниях очертаний моря, о постоянной борьбе суши и моря, приведшей к частой смене глубоководных, мелководных и даже континентальных отлОгке-ний. Отложенная таким
образом пестрая толща осадков дала возможность геологам четко разделить девонскую систем}’' па горизонты последовательных отложений.
Огромное развитие в девоне получили материковые отложения, особенно так называемый красный древний песчаник, которому приписывается пустынное происхождение. Строение песчаника свидетельствует о том, что в отложении песков, послуживших для него материалом, принимал большое участие ветер. Некоторые из этих песчаников носят следы озерного происхождения, другие образовались как отложения временных речных потоков, свойственных также пустыням. Наконец, местами, они представляют материковые выносы в прибрежной части моря. Значительные накопления этих континентальных образований, видимо, были вызваны тем, что Каледонская горная система, отгородившая огромную Атлантиду от моря, создала из нее пустынную бессточную страну наподобие современной Центральной Азии. Влияние пустыни сказалось и на побережье Атлантиды.
136
Рис. 116. Рыбы девона.
Налево ганоидная — гэлоптихиус, направо панцирная—птерихтис.
Древний красный песчаник имеет широкое распространение на Русской платформе. С середины девона он частично покрывается морскими мелководными осадками с весьма бедной фауной ископаемых (рис. 115).
На восток от Русской платформы в течение девонского периода продолжала существовать глубокая Уралэ-Тя ль-Шктьзкая геосинклиналь. На Урале девон представлен мощной толщей известняков, обнажающихся, главным образом, на западных склонах позже поднявшейся горной цепи. На восточных же склонах Урала широкое распространение получили изверженные породы, излившиеся в этот период, а также вулканические туфы.
В этот период море, видимо, покрывало всю Западную Сибирь и Среднюю Азию. Ограничено оно было на востоке Сибирской и Китайской платформами, разъединенными узкой Средне-Азиатской геосинклиналью.
Если силурийский период был периодом расцвета морской фауны, то в девоне явно обнаруживается ее обеднение. В то время как в силуре существовало более пли менее однообразное морское население,
в девоне происходит зоо-географическая дпференцпацпя. Отчетливо выделяются две зоо-географические провинции—Американская и Европейская. По своему фаунистическому составу значительно обособляется и русское девонское море. В девонских морях создавались благоприятные условия для анаэробных процессов разложения остатков животных и растений. Об этом свидетельствуют богатейшие месторождения нефти, приуроченные к девонским горизонтам, особенно в Северной Америке.
Наиболее характерные изменения, происшедшие в девонской фауне сравнительно с силурийской таковы. Отмечается заметное обеднение видами трилобитов. Совершенно исчезают так богато представленные в силуре граптолиты. Уменьшается число видов плече-ногих. Из мягкотелых господство попрежнему принадлежит голо-
5
воногим.
То новое, что особенно характерно для девона, это большой шаг, который делают в своем развитии рыб ы. В этот период появляются галоиды (рис. 116), к которым из современных рыб относятся стерлядь, осетр, белуга и пр. Получают значительное развитие панцирные рыбы (рис. 116), свойственные, главным образом, девонскому периоду. Выше уже отмечено, что отличительная особенность их заключалась в том, что, не имея еще костного позвоночника, они были покрыты сплошным костным панцирем. Этот панцирь, давая хорошую защиту
137
телу рыб, в то же время делал .их малоподвижными, в этом отношении уменьшая их шансы в борьбе за существование. Поэтому в дальнейшем они уступили место другим формам.
Кроме панцирных рыб в девонских отложениях встречаются многочисленные остатки (зубы) двоякодышащих рыб. В них мы должны видеть первое приспособление позвоночных к наземным условиям существования. Немногочисленные современные двоякодышащие как известно живут в пустынных областях с периодически пересыхающими водоемами. Изобилие остатков двоякодышащих в девоне является подтверждением пустынного характера материков того вре-
Рнс. 117 Растительность девона (ландшафт).
меня. Но нс двоякодышащие дали начало наземным позвоночным. Предполагается, что задача перехода от жаберного дыхания к легочному быта разрешена другим семейством рыб, точно так же впервые появляющимся в девоне, именно кистеперыми. Кистеперые имели еще не вполне окостеневший скелет, у них были зачаточные парные легкие. Строение их парных плавников, служивших, может быть, органами передвижения по дау, таково, что легко представить развитие из такого плавника пятипалой конечности земноводного. Кроме кистеперых в девоне появляются древние акулообразные и селахии, к которььм относятся живущие в настоящее время акулы и скаты.
Растительные остатки девонского периода дошли до пас в довольно значительном количестве. В это время появляются первые наземные растения—папоротникообразные (папоротники, хвощезые, плауновые) (рис. 117). Эта растительность дала начало пластам каменного угля, залегающего иногда среди девонских отложений,
138
Отложения девона имеют большое народнохозяйственное значение, так как сидер.кат в себе много полезных ископаемых, Ввдде уже было указано, что богатейшие североамериканские (пенсильванские) месторождения нефти приурочены как раз к девонской системе. К отложениям этого же возраста приурочена печорская нефть. Среди девонских отложений на Урале встречаются железные и марганцовые руды. Девонские породы нашли широкое применение в качестве строительных материалов.
В связи с энергичной вулканической деятельностью девона в его
слоях находятся руды железа и меди контактного происхождения.
Каменноугольный период был временем необыкповеп-
Каменно- но сильного горообразования. Герцинская геоспнкли-угольныН не- паль, заложенная в начале девона, стала театром ги-риод (карбон). гантского горообразовательного процесса—«Герцин-ской революции». К середине каменноугольного пе
риода эта геосинклиналь совершенно закрывается и превращается
в систему горных хребтов, смявших земную кору современных Англии, Франции, Бельгии и Германии. Герцинские горные складки
простирались по двум направлениям (рис. 118). Сильно разрушенные
остатки Герцинскпх гор образуют горные глыбы Западной и Средней Европы: Бретань (Франция), Арденны (Бельгия), Гарц. Вогезы, Шварцвальд (Германия), Богемский горный массив и др. В это же время в Северной Америке поднимаются Алеганы.
В Восточней Европе и Азии в Урале - Тянь - Шаньской геосинклинали также происходит процесс
Ряс. 118. Герцинская складчатая система, горообразования, давший начало Уральским
горам, о большой древности которых мы упоминали, сравнивая их с Кавказом. Эти движения земной коры вызвали значительные
передвижения океана, обнажившего во многих местах дно континентальных платформ. Здесь образовались обширные, слабо покатые низменности, покрытые озерами, болотами п лагунами и
изрезанные морскими заливами.
Карбон характеризуется также оживлением вулканической деятельности. Вулканические извержения выделили в атмосферу большие количества углекислого газа.
Образование каменноугольных отложений в нашей стране харак
теризуется следующими чертами.
Мы уже знаем, что к концу девонского периода море, покрывавшее восток Европы, уменьшилось в размерах л почти обособилось ит остальных морских бассейнов.
139
Рис. 119. Палеогеографическая схема верхнекаменноугольной эпохи Европейской части СССР.
Это девонское море непосредственно переходит в море каменноугольного периода. Прилагаемая карта (ряс. 119) показывает очертания русского каменноугольного моря. Рассматривая ее, остановимся сначала на так называемом Подмосковном бассейне, широким заливом вдававшемся на запад.
Побережья Подмосковного зализа, заросшие богатой каменноугольной растительностью, дали начало угленосным слоям, в которых глинистые сланцы и песчаники чередуются со слоями каменного угля. Среди угленосных слоев Московского бассейна под г. Тихвином (Ленинградской области) обнаружены залежи бокситов и огнеупорных глин. Присутствие бокситов дает основание сделать заключение о тропическом климате, господствовавшем здесь в это время.
Подмосковные угли относятся как к группе бурых—гумусовых углей, так п к группе сапропелевых богхедов. Накопление гумусовой массы и сапропеля, как мы уже знаем, происходит в заболоченных пространствах суши. Не исключена, впрочем, возможность образования углей и па морском дне в результате сноса туда растительных осадков. Очертания уголь-
них слоев Московского бассейна дают основа-
ние заключить что он нередко образовывался здесь в низовьях ц дельтах рек. Сильное заболачивание низовьев рек может быть связано с повышением базиса речной эрозии. Это предположение находит свое подтверждение в последующем затоплении угленосных слоев относительно глубоким морем, отложившим на них мощные слои известняка.
На карте каменноугольного моря отчетливо виден другой узкий залив, далеко вдающийся в материк южнее Подмосковного бассейна. Это Донецкий бассейн. Геологическая история его несколько иная, чем Подмосковного. Здесь, несомненно, мы имеем глубокий прогиб земной коры типа геосинклинали. В ней постоянно происходило накопление осадков. Только постепенным прогибом литосферы можно объяснить громадную мощность этих отложений, достигающую 12 000 м. В Донецком бассейне нижние горизонты карбона сложены из известняков. На них располагаются угленосные слои прибрежного и материкового происхождения, состоящие из песчаников и сланцев, иногда вновь сменяющихся известняками. В настоящее время все
140
яти слои выведены из горизонтального положения происшедшим здесь в дальнейшем складкообразованием. Каменноугольные отложения Урало-Тянь-Шаньской геосинклинали тянутся от Полярного моря до Средней Азии. В настоящее время толща этих отложений сильно дислоцирована и лежит двумя полосами вдоль обоих склонов >• рала, во многих местах прорванная изверженными породами. Угленосные горизонты здесь, как и в Подмосковном бассейне, погребены под мощными отложениями известняков.
В Казахстане каменноугольные отложения Урало-Тянь-ПТаньской геосинклинали располагаются в больших и малых котловинах, образовавшихся между приподнятыми в складки девонскими отложениями. Угленосная свита лежит здесь поверх отложений глубокого моря. Особое развитие она получила в большом Карагандинском бассейне. Огромные месторождения каменного угля мы находим и в Кузнецком бассейне. Общая толща отложений, содержащих каменноугольные пласты как каменноугольного периода, так и, главным образом, отложений последующего пермского периода, здесь достигает 7000 м. Нижние горизонты их сложены из известняков. Выше них угленосные ярусы состоят из песчаников и сланцев, включающих в себя слои угля. Общая мощность угленосных слоев достигает здесь 5000 м.
Среди каменноугольных отложений найдены мощные моренные образования на материках, входивших в прежнее время в состав континентальной массы Гондваны. Если соединить все пункты, в которых отмечены следы ледниковых явлений, на юге Южной Америки, в Южной Африке, в Индии, в Австралии, то получится огромная площадь, в несколько раз превышающая ту, которая была покрыта льдами в позднейший, так называемый ледниковый период. И наряду с этим оледенением мы имеем несомненные доказательства того, что в средних широтах Северного полушария царил жаркий, тропический климат; об этом свидетельствуют и богатое развитие каменноугольной растительности, и присутствие в отложениях карбона бокситов, и богатое развитие в морях этих широт коралловых построек, характерных для тропических морей.
Последовательность образования отложений каменноугольной системы благодаря их большому хозяйственному значению изучена очень подробно. Значительную роль в определении этой последовательности играют ископавхмые растительные и животные остатки, находимые в слоях карбона. Каменноугольный период, как уже было сказано, является временем богатого развития растительности. Папоротникообразные растения, представленные в настоящее время в наших широтах лишь травянистыми формами и сохранившие древовидный характер только в тропическом поясе в каменноугольный период достигали необычайной мощи. В каменноугольных слоях находятся окаменевшие остатки древовидных папоротников, громадные плауновые—лепидодендроны (рис. 120) и сагалярии (рис. 121). Под названием стигмарий описаны их большие корневища. Там -же найдены древовидные хвощи—каламиты (рис. 122). В каменноугольном периоде появляются так называемые кордаиты, несшие на своем стволе длинные лентовидные листья. Они относятся уже к древнейшим голосеменным растениям. Достигали они размеров очень
141
Крупных деревьев. Леса всех этих растений, нередко погруженные «но пояс» в воду, п дали начало слоям каменного угля.
Таким образом, мы видим, что флора, как и все па земле, не воз
никла вдруг, а постепенно развивалась в течение ряда эпох. А между тем
библия утверждает, что «трава, сеющая семя, и дерево плодовитое» появляются вдруг в качестве готовых высокоорганизованных представителей флоры, дающих плоды. Идея эволюции последовательного и непрек-ращающегися развития жизни всегда отвергалась церков
Рис. 121. с.игилярин (каменноугольная система).
геологпческих
Рис. 122. Каламит (каменноугольная система).
Рис. 120. Лепидодендрон (каменноугольная система) .
никами, как идея, разрушающая веру в незыблемость защищаемого ими строя насилия и эксплоатации.
В каменноугольный период появляются и получают значительное развитие земноводные животные. Этому особенно благоприятствовала физико-географическая среда: обилие озер, болот и приморских лагун, а также жаркий и влажный климат. Земноводные, как известно, не имеют постоянной температуры крови, дышат легкими лишь во взрослом состоянии, размножаются же в водной среде, где живут и их личинки, дышащие жабрами.
Каменноугольные земноводные принадлежат к группе панцыр-ноголовыхили стегоцефалов (рис. 123). Некоторые из них, как, например, лабиринтодонты, достигали очень больших размеров: череп одного из найденных в каменноугольных толщах представителя этой группы достигал метра в длину. Таким образом, в каменноугольный период растения и животные завоевывают сушу.
Характерным для карбона является развитие хищных селахий (акул). Морская фауна обильна простейшими (корненожками), кирал-
142
ламп (рпс. 124), плеченогимп, мшанками, иглокожими. Главными руководящими ископаемыми являются из плеченогпх виды родов про-дуктус (рпс. 125) п спардфер (ряс, 12о), из корненожек (форамиди-
Рис. 123. Лабиринтодонт (каменноугольная система).
а—поперечный разрез его зуба, обладающего сложной складчатостью дентина как у кистеперых рыо.
Рис. 125. Плечепогое продуктус гиган-теус (каменноугольная система).
фер)—роды фузулпна и швагерина. Фузулпновые известняки сложены как бы из зерен ржи (рпс. 76) и иногда достигают большой мощности.
Из членистоногих беспозвоночных в это время получают развитие многоножки, пауки и насекомые, достигавшие очень крупных размеров. Исполинские же ракообразные и трилобиты в карбоне находятся на пути к вымиранию.
Экономическое значение каменноугольных отложений громадно.
В них лежат главнейшие запасы каменного угля, являющегося до последнего времени основным энергетическим ресурсом современ
Рис. 126. Плечепогие—спириферы.
ной промышленности. В них залегают ценные бокситы и огнеупорные глины: интрузии этой системы связаны с месторождением железных, марганцевых полиметаллических руд и графита.
ЙЗ
Энергичные горообразовательные процессы, происходившие в течение каменноугольного периода, продолжались и в следующем—пермском—периоде. Об
Пермский период.
этом свидетельствуют остатки могучих складчатых систем, в обра? зованпи которых принимали участие отложения предшествующих периодов, включительно до каменноугольного. Значительно суженная к этому времени Герцинская геосинклиналь в течение пермскоУо периода окончательно закрывается, и на ее месте поднимается целая система горных хребтоп. У их южной подошвы закладывается новая1— Альпийская геосинклиналь, в которой горообразовательные процессы с особой силой проявились в третичный период.
В результате этих новых поднятий, примкнувших к Каледонской и Герципской горным системам, образуется в Северном полушарии обширнейший материковый массив, не уступавший по своему протяжению с запада на восток южному материку Гондвана, но резко отличавшийся от него необычайной вертикальной расчлененностью своей поверхности. Между этими двумя материковыми массивами в течение пермского периода установилась в западной части современной Европы временная связь.
Океан Тетис сохранился только в восточной своей части, моря же на континентальных платформах имели ограниченное распространение и непродолжительное существование.
Урало-Тяпь-Шаньская геосинклиналь также заполняется осадками и становится ареной мощных горообразовательных процессов.
Таким образом, в геологически обследованных областях земного шара пермский период был временем чрезвычайного развития суши.
Пермское море, расположенное, на восточной части Русской платформы, судя по распространению его осадков, становится значительно уже, чем в каменноугольный период, причем к концу периода, сильно обмелев, море заполнялось лишь осадками материкового происхождения. Усыхающий Пермский бассейн оставил после себя громадные залежи каменной соли и гипса, оседавших в мелководных заливах и в отделенных от открытого моря песчаными косами лагунах. Так образовались богатейшие залежи каменной соли в Илецке, у Сольвычегодска и Соликамска. У Соликамска в замкнутых бассейнах отложились калийные соли, по своему богатству превышающие знаменитые Стассфуртские месторождения того же возраста, имеющие мировое значение.
В отложениях Пермской системы имеют громадное рапростра-нение мергели, глины, песчаники и конгломераты. В Приуралье широкое распространение получили медистые песчаники с медными рудами, происшедшие в результате разрушения более древних горных пород, обнажившихся в Уральском хребте, который уже образовался к этому времени. Красный цвет некоторых пермских отложений, как мы уже знаем, указывает на пустынный режим материка, однако местами физико-географические условия пермской суши были близки к карбону. Об этом свидетельствуют залежи каменного угля пермского возраста. Печорский каменноугольный бассейн п верхние горизонты Кузбасса образовались уже в течение пермского периода.
144
К этому периоду откосится образование и так называемого Тунгус-ского бассейна, занимающего громадную площщь между Е шсэем и Леной. Здесь совершенно неизвестны пусты iibie крас.тоцветные (породы. Для Тунгусского бассейна чрезвычайно характерны также излияния основных лав, образовавшие обширные лавшыэ покровы. Там, где вулканические жилы и покровы пришли в сшрпкэсловэние г., залежами каменного угля, последний метаморфизован в гра-
Органический мир пермского периода сделал в своем развитии большой шаг вперед как в отношении растений, так и в отношении животных.
В то время как в Западной Европе в точение пермского периода развивается фтора, тесно связанная с флорой конца каменноугольного периода, в Азин, на материно Гондвана, появляется новая флора, получившая название гондвлнекэй, или глоссоптериевой, по одному
Рис. 127. Лист глос-соптериса (пермь).
Рис. 128. Скелет иностранцевии и ее реставрация (пермь).
из наиболее характерных для этой флоры папоротников гяоссоппге-риса (рис. 127). Появление ее связано с оледенением Гондваны. Эта флора проникает далеко па север Азии и даже па север Европы, в бассейны Печоры и Северной Двины. Во второй половине пермского периода появляются типичные саговники и хвойные растения.
Среди животных обитателей пермского моря точно так же происходят значительные изменения. Фузулины, еще богато представленные в начале пермского периода, в конце его вымирают.Вымирают и головоногие наутплиды (кроме наутилуса, дожившего до нашего времени). Наряду с этим появляются закояченяыг в выработке своего типа аммониты со спирально свернутой раковиной, достигшие исключительного расцвета в юрский период (рис. 13]). Наконец, вымирают последние трилобиты.
10 Минералогия и геология
143
Среди позвоночных в в пермский период осооое развитие получают гапоиды и земноводные из группы стегоцефалов.
Но что особенно характерно для пермского периода—это развитие первой чрезвычайно интересной группы пресмыкающихся.
В озерах и лагунах верхнепермского материка отложились пест-
рые мергели, среди которых найдено
Рис. 129. Скелет парейазавра п его реставрация (пермь).
громадное скопление скелетов этих животных, объединяемых в группу звероподобных (тгроморф) Они найдены как в слоях материка Гондваны, так и у нас на Севере, в Су-хоно-Двпнском районе (про-ф ссором А м а л и ц к и м). Здесь в песках эрозионной впадины, видимо, представляющей русло пермской реки, найдено очень большое скопление окаменевших костей звероподобных ящеров. Пермские ре чтилпн-теромор-фы носят характер «сборных ти гов». Наряду с типичными признаками пресмыкающихся они несут некоторые черты млекопитающих. 1 ак, у некоторых из них, например у хищной иност ранцевии
(рпс. 128), мы находим дгференцировку зубов, среди которых сильно развиваются клыки. Среди тероиорф были и растительноядные, так называемые парейазавры (рпс. 129), достигавшие 3 м длины.
Из предыдущего мы можем заключить об очень большом народнохозяйственном значении пермских отложений. В них находятся за-
лежи угля, нефти, каменной соли, гипса, калийных солей, а также месторождения графита, железных и медных руд.
5. Мезозойская эра
(средняя эра ж и з н и).
Общий характер геологических процессов в мезозое.
Грандиозные дислокации карбона и перми в мезозое сменяются длительным затишьем. Изменения конфигурации материков и морей, происходившие в мезозойскую эру, есть результат значительных эпейрогенических движений литосферы. Некоторое
пробуждение орогенезиса наблюдается лишь с середины мезозоя,
в конце же мезозоя начинаются орогепические процессы, являющиеся вступлением в бурный горообразовательный период кайнозойской эры.
Судя но мощности отложений, мезозойская spa продолжалась значительно меньше времени, чем палеозой.
Нб
Мезозойская эра начинается триасовым парно дОхМ, 1шас# в котором следует отметить значительное проявление вулканической деятельности.
Эяейрогеяические движения, в пермский период вызвавшие юль-шую морскую регрессию, продолжались и в триасе.
Океан как бы убирал свои воды в глубокие впадины литосферы, и ого отступание моря привело к тому, что к середине триасового периода почти вся Европейская часть нашего Союза оказалась сушен. Вот почему морских триасовых отложений мы почти не имеем па территории СССР, за исключением окраинных частей Сибири. Лишь там, где заливы океана Тетис оставили свои осадки, мы находим прибрежные мелководные и лагунные отложения триаса, состоящие из мергелей, глин, песчаников и известняков. Таковы немногочисленные выходы отложений триаса в Крыму, на Кавказе и на севере к северо-востоке от Каспийского моря (Мангышлакскпй полуостров).
Что касается континентальных отложений, то обширные пространства триасового северного материка были покрыты красным песком и глинами пустынного происхождения. Русская платформа в это время представляла собой полупустынную равнину с озерами и временными речными потоками, широко разнесшими по равнине продукты разрушения высоко поднимавшихся в то вретля Уральских гор.
Таким образом, триас, как и пермский период, был временем весьма значительного развития суши.
Морская фауна этого периода сравнительно с палеозоем претерпевает значительные изменения. Получают большое развитие аммониты и рифообразующие гиестилучевые кораллы, ископаемые постройки которых в настоящее время создают красоты известковых Альп и Тироля. В триасе появляются первые костистые рыбы. Земноводные в триасе представлены стегоцефалами, вымирающими
к концу периода.
Среди рептилий в триасовый период постепенно вымирают теро-морфы, развиваются первые формы пресмыкающихся, приспособленных к жизни в виде, получившие особое развитие в следующий— юр скип—период.
В триасе большое развитие имеют крупные черепахи, крокодилы и огромные наземные рептилии—динозавры.
Первобытные ящеры дали в триасе начало и первым примитивным формам мелких млекопитающих, которые, невидимому, напоминали современных сумчатых крыс. Что касается флоры триаса, то с этого периода начинается господство хвойных и саговников.
Экономическая значимость отложений триаса невелика.
У нас в Союзе среди этих отложений распространены, главным образом, каменная соль и гипс. В триасе других стран встречаются каменный уголь, железные, свинцовые и цинковые руды.
К началу юрского периода, получившего свое назва-
Юреашй ние от Юрских гор в Швейцарии, в истории земли шрвод. намечается некоторый перелом сравнительно с пермским п триасовым периодами: господство суши, характерное для этих периодов, начинает сменяться развитием морских трансгрессий. Благодаря этому обширный северный материк начинает распадаться
на отдельные материки п архипелаги островов. Расположение мате/ рпков и морей в Восточной Европе, Западной Сибири и Средней Азии представлено на прилагаемой карте (рис. 130). Трансгрессий захватывает и материк Гондвана, разделив его на восточную и западную части по Мозамбикской впадине, отделяющей в настоящее время Мадагаскар от Африки. На земле господствует теплый и влажный климат.
13 пределах СССР юрские отложения состоят, главным образом, из песчаников, известняков, мергелей и глины, нередко черного или бурого цвета. Отло
Рис. 130. Схема средней юры Европейской части СССР.
жения эти отдельными островами разбросаны в средней и северной Европейской части Союза.
Юрские глины известны во многих местах Московской области. Под самой Москвой черные юрские глины образуют прекрасные обнажения, местами с исключительным богатством окаменелостей.
Кроме центральной и северной частей Союза, отложения юрской системы распространены у нас и на Кавказе, где слои их образуют значительную часть Кавказского хребта. Кроме того, юра известна в Крыму, где ее
выходы также развиты вдоль гор Черноморского побережья и на северо-восток от Каспийского моря. Морские отложения юры известны по окраинам Сибири и вдоль подножия северного Урала. Континентальные отложения распространены в Сибири и Средней Азии.
Большинство юрских отложений представлено у нас в Союзе мелководными морскими осадками: илами п глинами, окрашенными в темные цвета большим количеством органических примесей.
В юрский период пробуждаются и горообразующие силы, и к этому времени относится начало поднятия Кавказских гор. Наблюдается также, хотя и слабое пробуждение вулканизма.
В течение юрского периода органическая жизнь сделала значительный шаг вперед.
Юра—это время исключительного расцвета морских головоногих моллюсков—аммонитов и белемнитов (последние появляются в триасе). Среди них многие формы встречаются только в юрских слоях и нередко бывают приурочены к отдельным, определенным слоям, или зонам. Вполне естественно, что такие ископаемые явдя-

ются лучшими пз числа руководящих форм и представляют для геолога исключительную ценность, позволял отличать мельчайшие стратиграфические единицы—зоны, или горизонты. Аммониты
Рис. 131. Аммониты.
Верхний виргагпитяс ц аенидоцерас; ииншяй—кардиоцзрас н пгрисфинктес (слева направо).
(рис. 131) отличаются тем, что свернутая в спираль раковина их разделена перегородками на ряд камер. В передней камере обитало само животное, а остальные наполнены воздухом, благодаря чему эти
«
Рис. 132. Аммонит с хорошо сохранившейся лопастной линией (юра).
Рис. 133. Аммонит на дне моря—реставрация.
животные могли подниматься со дна и плавать на поверхности моря. В перегородках имеются отверстия, через которые проходит длинный кожистый тяж, или «сифон». Весьма характерной особенностью ра-
149
копии аммонитов является, лопастная линия, которая образована межкамернымн перегородками в их соединении со стенкой раковины. Лопастную линию часто удается видеть на ядрах аммонитов, когда удалена раковина (рис. 132).
На рисунке 133 изображен аммонит на дне моря.
Похожие на скрученный бараний рог, аммониты были приняты древними людьми,
населявшими Ливийскую пустыню в Африке, за рога бога Аммона, которому поклонялись эти народы. Церковники утверждали, что аммониты способны вызывать пророческие сны. Их клали под подушки, носилив «ладонках» ипр.‘ В юрских морях одновременно с аммонитами, как уже сказано, огромное развитие получила и другая группа, именно голых двужаберных головоногих моллюсков-белемнитов, от которых до нашего времени сохранились .их известковые раковины (рис. 134). Мягкое продолговатое тело белемнитов имело голову, снабженную щупальцами, на которых помещались присоски. Задний конец тела животного имел конусообразную раковину. На рисунке мы видим часть раковины, или ростр, а также и другие части скелета белемнита. Здесь же изображена и его реставрация. Мягкое тело белемнитов лишь в самых исключительных случаях оставляло отпечатки, но ростры белемнитов, будучи твердыми, дошли до пас в огромном числе и разнообразии форм. Эти ростры среди широких масс получили названия «чертовых пальцев» и «громовых стрел». Так как очень многие до сих пор склонны полагать, что белемниты образуются от действия молнии, мы считаем нелишним познакомить учащихся с тем малоизвестным об-
Рис.
134. Белемнит.
Слева направо — рановина (ростр), реставрированный белемнит, ростр и остальные части скелета.
Рис. 135. Фульгурит (громовая стрела).
рааованием, которое носит название фульгурита и которое действительно возникает прп ударах молнии в песчаную почву (рис. 135).
Но, как мы видим, заостренные раковины белемнитов совершенно не похожи на фульгуриты. Последние представляют собой корявые трубки, снаружи шероховатые, а внутри стекловатые. А между тем, код влиянием религиозного суеверия, еще и до сих пор кое-где люди, считая белемнитов за «громовые стрелы», приписывают им чудесные свойства. Знахари и бабьи толкут белемниты в порошок
130
и дают ого пить с водой вольным, уверял одурманенных религией людей, что «небесная стрела» чудесно исцеляет от болезни.
Счирифериды, имевшие огромное значение в палеозое, в этот период вымирают. Зато наблюдается расцвет кораллов, строящих рифы, и морских ежей.
Но в юре особенно надо отметить исключительное развитие крупных пресмыкающихся—ящеров. В сравнительно короткие время
Рпс. 13G. Ихтиозавр (юра),
Рис. 137. Археоптерикс (юра), с пресмыкающимися в так
появляются самые различные их формы, приспособленные к жизни на суше, в море и в воздухе. По суше бродили колоссальные динозавры (рис. 138). Некоторые из юрских динозавров достигали 18 м длины. Моря кишели хищниками—рыбоящерами—ихтиозаврами (рис. 136), плезиозаврами. Прекрасные скелеты их находили в Англии. На лебединой шее плезиозавра, имевшей 41 позвонок, сидела небольшая голова ящерицы с зубами крокодила. Несомненно, что плезиозавры были хорошими пловцами и жизнь проводили в воде. Другие ящеры—ихтиозавры—еще более приспособились к водной стихии и приобрели форму рыб.
Наконец, в воздухе носились летающие ящеры (рис. 138). Как известно из курса эволюционного учения, летающие ящеры предками птиц не являются. Они вымерли бесследно, не выдержав конкуренции за обладание воздушной стихией с птицами, первое появление которых также относится к юре. В отложениях юры на литографских слан> цах сохранились прекрасные отпечатки > древнейшей известной нам первоптицы—археоптерикса (рис. 137).
Птицы развились на земле, невидимому, от мелких наземных пресмыкающихся, лазавших по деревьям и живших в их дуплах. Припомним, что, по библии, птицы появляются в их «готовом» современном виде одновременно
называемый «пятый день творения». В действительности же первые птицы, долго сохранявшие признаки своего сходства с рептилиями и имевшие пальцы па крыльях, стали развиваться на земле много миллионов лет позже, чем первые ящеры.
151
Млекопитающие в юре представлены псе теми же мелкими и примитивными формами, что и в триасе.
В растительном мире отмечено широкое и пышное развитие хвойных. деревьев и саговых пальм] те и другие становятся в юре преобладающими формами, отодвигая на последний план всех представителей палеозойской растительности. По своему систематическому положению они являются флорой, переходной к высшим представителям растительного мира (рпс. 138).
Нарсд нехозяйствен юе значение юрских отложений значительно. В этом отношенн i прежде всего нужно отметить довольно многочисленные, хотя и нс всюду богатые, залежи каменного угля: место-
Рис 138. Юрский ландшафт. Динозавры, летающие ящеры, саговниковые и хвойные растения.
рождения близ Челябинска, на Дальнем Востоке, Кавказе, в Средней Азии п др. В юрских отложениях распространены горючие сланцы (Поволжье), имеющие важное значение в нашем Союзе в качестве местного топлива и сырья химической промышленности. Кроме того, юрские глины часто бывают богаты залежами фосфоритов. Наконец, с юрой связаны литографские сланцы, огнеупорные глины, ПО СЧЭНИКИ и пр.
Отложения мелового моря широко распространены Меловой п0 вССХ странах и на больших пространствах вы-
период. ходят у нас, особенно в Европейской части Союза.
Перераспределение материков и морей в меловой период было весьма значительно.
Во вторую половину мелового периода происходит грандиозная трансгрессия, соответствующим образом отмеченная во многих странах.
Эта трансгрессия, может быть, величайшая в истории земли, ознаменовалась у нас в СССР широким наступанием моря на Русскую платформу. В этом море в конце периода и отложились те мощные толщи писчего мела, которые широко распространены, главным образом, на территории Украины (например около Белгорода), в Курской области на Волге (утес Степана Разина) и во многих других местах.
152
1
В конце мелового периода наступает морская регрессия, причем
морское покрытие становится исключительно мало.
В середине и в конце мелового периода происходят довольно зна
чительные процессы складкообразования в районе Альпийской гео-
синклинали. Но наиболее сильный орогенез в это время происходил на северо-востоке Азии и в области современных Кордильер и Анд, т. е. по побережью Тихого океана.
Наряду с этим развернулась и энергичная вулканическая деятельность. Особенно гран-
диозны были излияния
Рис. 139. Аммониты мелового периода. Слева—к^иоцзрас, справа—скафитгс.
базальтовой лавы на
Индостане, покрывшие толщей базальта мощностью
до 2000 м около 3 млн. кв. км зем-
Рис. 140. Птеранодон (мел).
ной поверхности.
Климатические пояса, которые уже наметились на земном шаре еще в самом начале мезозоя, в меловой период прпоорели еще более отчетливый характер. Смены времен года становились все оолее резкими, что можно проследить по кольцам древесины окаменелой флоры мелового периода. Эго относятся, главным образом, к концу мела. Физико-географические перемены вызвали огромные изменения как в фауне, так и во флоре мелового периода.
Из морских организмов мелового периода прежде всего отметим простейших — глобиге-рин (рис. 72), которые широко были развиты в верхнем мелу и микроскопические раковины которых оставили нам залежи писчего мела. Большого развития
в мелу достигают также губки, морские ежи и своеобразные руди-сты—прикрепленные формы моллюсков, несколько напоминающие своим внешним видом одиночные кораллы.
Наряду с этим происходит вымирание головоногих моллюсков: аммонитов и белемнитов. Окончательно аммониты вымерли в конце мелового периода. Интересно, что ко времени своего вымирания
153
многие из аммонитов стали приобретать развернутую раковину, приспосабливаясь к новым условиям существования (рпс. 139).
Среди рептилии в начале мелового периода появляются еще некоторые новые формы, например гигантский летающий ящер птеранодон (рис. 140). Однако господству рептилий наступил конец.
Изменившиеся к концу мелового периода климатические условия в сторону большой суровости оказались, видимо, мало благоприятными для крупных рептилий, не имеющих постоянной температуры * крови. К концу мелового периода весь богатый и разнообразный мир мезозойских ящеров вымер в сравнительно короткое время, уступив свое место млекопитающим п птицам. ।
Птицы мел »вэго периода представлены зубастыми формами, млекопитающие же—мелкими представителями сумчатых и предков копытных и хищных.
Таким образом, меловой период является временем великого вымирания господствовавших мезозойских форм. Если исчезновение рептилий мы без особого труда можем объяснить климатическими переменами, то причины смены морской фауны нельзя считать достаточ но выясненными.
В фторе мелового периода также произошли огромные перемены. Если в начале периода она имела очень много общего с юрской, то в верхнемеловую эпоху быстро завоевывают господствующее положение цветковые (покрытосеменные) растения. Появляются лиственные деревья: дубы, буки, ивы, тополя, а также тропические формы: пальмы, магнолии, платаны и пр. Среди них имеются уже растения с цветами, о ц ы л я ю щ и-ми с я при п о мощи п а с е к о м ы х.
Экономическое значение меловых отложений очень велико.
К числу наиболее распространенных полезных ископаемых меловых отложений относятся: бурый уголь (Сибирь, ДЕК), нефть (Эмба), фосфориты, бурые железняки, мел, хорошие строительные песчаники и пр.
6. Кайнозойская эра.
О'7 ая хапяг Кайнозойская, или неозойская, эра в переводе на русте >истика/ скип язык значит время новой жизни. Эго последняя, новейшая из геологических эр, которая продолжается и в настоящее время. Как по мощности осадочных толщ, так и по времени, которое потребовалось на их образование, эта эра еще меньше, чем мезозойская, ио все же и она измеряется миллионами лет. В течение новейшей эры моря и континенты постепенно приняли современные очертания, а органический мир выработал современные формы.
Ороге тезис, подготовленный еще первыми тектоническими движениям.! в юрский, а затем меловой периоды, проявился с чрезвычайной силой с самого начала кайнозойской эры. Эта одна из самых величайших геолог и чес к и х рев о-л ю ц и й захватила почти весь земно й ш а р и известна под названием «Альпийской революции».
Е це в конце мезозоя произошли крупные разломы земной коры, и мезозойские континенты распались на части. Так, из грандиозного
154
материка Гондвапы образовались Африка, Мадагаскар, Аравия, Индостан, Южная Америка и Австралия.
Северный материк распался на Северную Америку, Гренландию и Евразию.
Эгн разломы мезозойских континентов на части постепенно приводят к формированию современного распределения суш» и моря.
Кайнозойская группа делится на две системы: более др "'в пою— третичную и более новую—четвертичную. Название «третичная» сохранилось от прежней геохронологии, когда вся история земти разделялась на три группы: первичную, вторичную и третичную. Последней и была кайнозойская эра, причем в дальнейшем в ней был выделен еще и четвертичный период. Оба эти подразделения в современной геохронологии получили значение не групп, а систем. Третичная система делится па две подсистемы: более древние отложения— палеоген и более новые—неоген (см. Геохронологическую таблицу, стр. 125).
Четвертичная система также разделяется на две части: нижний отдел—ледниковый и верхний—современный.
Отложения третичного периода очень широко рас-Третпчяый пространены у нас в СССР. Они представлены как период.
1 континентальными, так и морскими осадочными по-
родами: конгломератами, ракушечниками, носками, песчаниками, глинами, известняками или .мергелями. В местах новейших разломов земной коры третичные толщи прорезаются жилами магматических пород. Здесь наблюдаются также и покровы, состоящие из молодых эффузивных пород, чаще всего базальта.
Наибольшее развитие третичные отложения имеют в южной части Союза: на Украине, в Крыму, в Поволжье, на Кавказе и в Туркменистане. Огромные площади они покрывают и у подножия восточного склона Урала, в Сибири и на севере и западе Казахстана.
Океан Тетпс в палеогене начинает сокращаться. В его пределах происходят горообразовательные процессы, поднимаются новые горы и продолжают надстраиваться горные цени, начало которых было положено еще в предшествующую геологическую эру. Эта геологическая революция, получившая название альпийской, с особой силой проявилась во вторую половину третичного периода. Она завершилась образованием величайших современных горных цепей: Альп, Пиренеев, Атласа, Апеннин, Карпат, Балкан, Крыма, Кавказа и далее Гималаев, Памира и др., поднявших на свои вершины дно древней альпийской геосинклинали. Последними остатками Тетиса являются, как мы уже знаем, современные Средиземное, Черное и Каспийское моря. Уже в палеогене некоторые участки третичного моря, например Средней Азии (Фергана), представляли собой изолированные от океана бассейны, благодаря чему в их застойных водах накапливался, как в современных Черном и Каспийском морях, сероводород. Но особенно это явление, по исследованиям академика Архангельского, выявилось вдоль северного и юго-восточного склонов современного Кавказского хребта в неогене. Об этом свидетельствует сродство морских отложений третичного и современных Черного и Каспийского морей. Это создавало благоприятные условия
155
для образования нефти. Нефтяные богатства Ферганы и Кавказа приурочены как раз к отложениям третичного периода.
Сначала Черное и Каспийское моря представляли один общий бассейн, отделенный от Средиземного моря, затем соединялись лишь узким рукавом, а в конце третичного периода произошло полное отделение Черного моря от Каспия.
В это же время произошло опускание горной страны, отделявшей Черное море от Эгейского, соединенного с Средиземным морем. Воды Средиземного моря проникли в Черное море, осолонялп его п подняли его воды, благодаря чему реки, впадающие в него, образовали лиманы.
В третичный период были окончательно сформированы Анды и Кордильеры, протягивающиеся по берегам Тихого океана Северной и Южной Америки (рис. 80).
Среди горных цепей третичного возраста существует немало вулканов. У наев СССР к этим в настоящее время потухшим вулканам принадлежат величайшие вершины Кавказа—Эльбрус и Казбек. Следы вулканической деятельности широко распространены в Армении, где эффузии образовали мощные лавовые покровы.
Что касается органического мира третичного периода, то среди простейших морских животных особое распространение получили нуммулиты. Корненожки-нуммулиты в таком обилии населяли третичные моря, что в настоящее время целые толщи палеогеновых отложений состоят только из скоплений этих, имеющих вид монет, плоских раковин (рис. 75).
В третичном море широко развиваются также и кораллы, возводившие свои постройки на дне Тетиса и приподнятые теперь вместе с ним на вершины Альп.
Огромное значение приобретают пластинчатожаберные и брюхоногие, которые, как и нуммулиты, являются руководящими формами третичных отложений. Пластинчатожаберные и брюхоногие третичного времени мало отличаются от современных.
С наступлением палеогена обладающие постоянной температурой тела млекопитающие начали широко расселяться по земле, приспособляясь к многообразию третичных ландшафтов и дав в сравнительно короткое время большое разнообразие форм. Появляются первобытные хищные и травоядные. На основе ископаемых остатков млекопитающих третичного периода можно последовательно проследить эволюцию некоторых из них вплоть до современных форм. Так, прослеживая скелеты предков лошади от слоя к слою в третичных отложениях, мы видим, как из животного с пятью пальцами на ногах и величиной всего с лисицу {фенакодус) вырабатывается крупный, сильный и стройный организм лошади с однопалой конечностью, приспособленной для быстрого бега в открытых степях. Так же последовательно прослежено развитие современных слонов, начиная от их небольших предков с простыми бугорчатыми зубами и еще неразвитыми бивнями до крупных мастодонтов с двумя парами бивней, от которых, видимо, произошли настоящие слоны. От первобытных же хищных отделяется и последняя наивысшая группа млекопитающих—приматы, к которым относятся обезьяны третичного периода ц развившийся из них человек, с появлением которого мы встретимся только в четвертичном периоде.
156
Растительный мир третичного периода представляет полное господство покрытосеменных. Значительная роль принадлежит лиственным деревьям; таким образом, третичная флора имеет уже почти современный облик. Но если теплый климат Европы в течение палеогена позволяет широко развиваться в средних шпротах нашей страны даже типично тропическим формам: пальмам, лаврам, платанам, магнолиям и др., то ужэ к концу неогена климатические условия изменяются в сторону похолодания, и наша страна, как и другие страны Европы, приобретает климат, близкий к современному.
Тропическая и субтропическая растительность сохраняется только ) на юге, а в средних и северных шпротах Европы распространяются леса, состоящие пз березы, дуба, тополя, клена, пвы и других представителей современной флоры, сбрасывающих свою листву с наступлением холодного времени года.
Экономическое значение третичной системы очень велико. Полезные ископаемые третичных отложений весьма разнообразны. Здесь мы встречаем богатые желез тые и особенно марганцевые руды, образовавшиеся в прибрежной части третичных морей (Кавказ, Украина).
С морскими третичными образованиями связаны самые богатые выходы не фт и. Наши нефтяные месторождения па Апшеронском полуострове (Баку), на Северном Кавказе, на Керченском, Таманском полуостровах, а также в Фергане, Туркменистане, на Сахалине, Камчатке и в некоторых других местах приурочены к слоям третичного возраста.
В озерных и лагунных третичных отложениях нередко встречаются залежи бурого угля и каменной соли.
Третичные пески, песчаники п известняки дают строительные материалы. Наконец, янтарь, представляющий собой отвердевшую смолу древних хвойных деревьев, добывается только пз третичных отложений.
Почти всюду в северной и средней Европейской Четвертичный части нашего Союза, как и в других странах север-период. Европы, часто прямо под почвенным слоем за-
। легают мощные толщи красных или бурых глин, переполненных округленными камнями—салунами. Над этими глинами, а иногда и под ними нередко располагаются пески, содержащие гальку и гравий и во многих местах отличающиеся косой слоистостью. Все эти отложения относятся к ледниковому отделу четвертичной системы. Сверху они бывают покрыты или непосредственно слоем почвы, или же другими новейшими отложениями—речными, озерными, болотными торфяниками, или же эоловыми (ветровыми) образованиями, например лёссом. Различные «наносы», образовавшиеся в послеледниковое время, относятся к более поздним отложениям четв е ртлчпо го периода—совреме иным.
Таким образом, мы видим, что четвертичные отложения на современных материках имеют континентальное происхождение. И действительно, морские осадочные породы здесь очень редки. Это и понятно, так как за короткий четвертичный период, насчитывающий всего лишь несколько сот тысяч лет, больших перемещений моря не
157
происходило. Современные отложения распространены всюду: почти везде они покрывают более ранние геологические образования.
Орогеннчеокие движения за четвертичное время резко не проявлялись, и лишь эпепрогенпческие колебания вызывали небольшие местные трансгрессии п регрессии. Последние отмечены террасами на берегах современных морей. Очертания морей и материков в течение четвертичного периода оставались близкими к современным.
Рассматривая толщи ледникового отдела системы, мы легко заметим, что глины с валунами, его образующие, неслоисты и мор-
Рис. 141. Валунная глина.
скнх окаменелостей не содержат, по зато они переполнены валунами, которые под названием булыжника идут па мощение улиц наших городов (ряс. 141). Валуны эти состоят из гранитов, гнейсов и других горных пород, которые на территория Европейской части СССР обычно залегают на больших глубинах, будучи прикрыты мощными толщами более поздних слоистых образований. Но зато Финляндия целиком состоит из этих горных пород. Очень важно отметить, что количество валунов, которое часто можно ш.блюдтгь и на поверхности земли в виде огромных камеей (рис. 142), увеличивается по мере приближения к горам Финляндии и Скандинавия.
Это находит свое объяснение в том, что мощный ледник, покрывавший в послетретичпое время нашу страну, как п другие страны Европы (рпс. 143), а также и Северную Америку, увлек с гор Скандинавии и Финляндии и принес к нам бесчисленное количество обломков гранитных и других горных пород, при своем движении отполировывая куски скал, а иногда оставляя на них многочисленные ца р ашшы—га рамы.
158
Это великое оледенение было вызвано наступившими суровыми кл иматп вескими у с л о пнями.
В Европе удалось обнаружить следы четырех оледенений. У нас в СССР можно считать доказанной наличность трех оледенений. Это
подтверждается соответствующим количеством морей, залегающих друг над другом и разделенных толщ’’мл неморенного происхождения.
Иаша страна представляла в ледниковый период ледяную пустыню вроде современной Грен ландии, которая и теперь еще переживает лед никовое время. По сде-
ланным расчетам толщи-
на ледникового покро- Рис- ^2- Валуны на полях
ва, одевавшего нашу
страну, должна была местами доходить до двух и более километров.
Наличие нескольких морен, последовательно залегающих друг над другом, и разделяющие их межледниковые толщи, состоящие
Рис. 1ТЗ. Карта распространения оледенения в Европе.
из озерных, болотных и эоловых отложений, показывают, что с наступлением более теплых климатических условий ледник таял,
15У
п, таким образом, его южная граница отодвигалась к северу, а пространство, освобожденное от льда, то покрывалось озерами и болотами, то превращалось в степи или даже пустыню, то зарастало лесом, пока снова не наступали с севера льды, двигавшие перед собой тундру.
Таким образом, ледниковые эпохи чередовались с м е ж лед и п к о в ы м и. Под моренами и над мо-
Рис. 144. Моренный ландшафт. Гряда конечной морены.
репами часто располагаются валунные пески, соответственно называемые верхневалуннымп или нпжневалунпыми песками, среди которых можно встретить валуны и гальку как северных, так и мест
ных горных пород.
Кроме того, различают еще и другого вида пески с мелким гравием или без него. Косая слоистость их и прослойки гравия говорят, как и в валунных песках, о быстрых потоках воды, выносивших эти пески из-под льда. Эти пески, как мы уже знаем, получили название флювиогляциальных. Во вторую половину ледникового периода
Рис. 145. Мамонт.
происходило впереди ледника громадное накопление лёсса, Это может найти свое объяснение лишь в допущении усиленного пылевого развевания флювиогляциальных песков в условиях очень сухого климата.
Оледенения оставили свою печать на всем облике земной поверхности. Местности, бывшие подо льдом, нередко имеют характерный рельеф:
холмистую поверхность земли, усеянную валунами и сложенную из ледниковых отложений (рис. 144). В низинах между холмами располагаются небольшие озера и болота. Такой облик земной поверхности носит название моренного ландшафта.
В течение ледниковых периодов происходили некоторые изменения в размер ах и очертаниях наших морей. Так, Северное и Балтийское моря, соединенные вместе, временно образовали огромный замкнутый пресноводный бассейн, получивший название анциллового
160
по которому шло развитие типа чело-
Гис. 146. Шерстистый носорог.
(по имени моллюска аягшлла). Наоборот в конце ледникового периода Белое море даег значительную трансгрессию, затопившую крайний север Европейской части СССР. Значительную трансгрессию обнаруживает п Каспийское море.
В ледниковых отложениях находят различные остатки животных додпакопого периода. Здесь встречаются кости покрытых густой шерстью ныне вымерших слонов—мамонтов (рис. 145), огромных гаерстистых, носорогов (рис. 146), лошадей, гигантских оленей, древних быков н других животных, обитавших по окраинам великого льда. Здесь же находят п кости, орудия и остатки костров древнего человека, современника ледниковых и межледниковых времен. По ним удалось установить тот путь, века от его далеких предков—третичных человекоподобных обезьян.
Со времени Дарвина, новый свет, пролитый на про-псхолщепие человека и его историю, окончательно рассеял мрак, тысячи лет висевший над этими вопросами. Человеческому обществу предоставлялось питаться библейской наивной сказкой, что бог сотворил человека по образу и подобию своему, вдунув в пего «душу бессмертную».
Весь ход развития орга
нического мира, который наука проследила по слоям земли с докембрийских времен до эпох великих оледенений и всего четвертичного периода, ископаемые скелеты человека, орудия и другие остатки его жизни, как п свидетельства целого ряда других наук, окончательно установили животное происхождение человека. Решающая роль труда в развитии человека была установлена Энгельсом в его работе «Роль труда в процессе очеловечения обезьяны».
Конечно, на подобный процесс понадобились многие сотни тысяч лет. «До того, как первый булыжник,—говорит Энгельс,—прп помощи человеческих рук, мог превратиться в нож, должен был, пожалуй, пройти такой длинный период времени, что по сравнению с ним знакомый нам исторический период является совершенно незначительным» Ч
Полезные ископаемые четвертичных отложений таковы: глины, идущие на кирпичное и гончарное производство, строительные а стекольные пески, валуны и гравий, а также известковые туфы, торф, озерпыа и болотные руды.
7. Абсолютная длительность истории земли.
Геологическая наука всего лишь за одно столетие своего существования сделала колоссальные успехи в деле восстановления прошлого зем.ш.
1 Энгельс, Диалектика природы.
11 Минералогия ц геология
161
Относительная и абсолютная X’ о-НО 1ОГНИ.
Однако того же нельзя сказать по отношению к вопросу о времени, в- течение которого протекал этот исторический процесс.
Геология в настоящее время достаточно полно разработала м ‘тоды определения о г п о с и т е л ь и ого возраста пла-
стов з \кш, но общие методы определения абсолютного возраста слоев ьем иг, т. е. количества лет, в течение которых происходило их образование, а следовательно, и абсолютной длительности истории земной коры, до последнего времени еще с достаточной точностью нс установлены.
Самый принцип деления геологической истории основан, главным образом, па этапах развития органического мира, абсолютная длительность которых является величиной совершенно неопределенной.
Картина развития земли и ее органического мира, которую восстанавлп-I азт перед памп геология, совершенно определенно свидетельствует о гран
Рис. 147. Ниагарский водопад.
д и о з н ы х промежутках времен и. которые нужны были для того, чтобы весь историко-геологический процесс мог совершиться.
По мощности отложений различных геологических периодов, по развитию дислокаций и степени метаморфизма горных пород мы можем судить, что более древние эры жизни земли имели значительно большую продолжительность, нежели эры более поздние. Наименее продолжительной является новейшая кайнозойская эра; средняя, мезозойская, отличалась значительно большей продолжительностью, древняя же, палеозойская, невидимому, является еще более продолжительной, чем мезозойская.
Что же касается архейской и эозойской эр, то, вероятно, они по своей продолжительности в несколько раз превышали все остальные эры, вместе взятые. Вот все, что мы можем сказать с большей или меньшей уверенностью, основываясь на современных принципах деления геологической истории.
162
Определение длительности эрозии.
Но наука уже давно делает попытки подойти с самых различных сторон к вопросу абсолютного геологического летосчисления. Приведем здесь главнейшие из этих методов. Метод определения абсолютной длительности процесса эро
зии при образовании каньонообразных речных долин был применен в отношении Ниагарского водопада, расположенного но реке Ниагаре, соединяющей американские озера Эри и Онтарио (рис. 147). Вода, падая с большой высоты и размывая уступ Ниагарского водопада, вызывает непрерывное отступление последнего За время существования Ниагарского водопада Ниагара вырыла себе целое ущелье длиной в 11 км. Наблюдения показали, что водопад ежегодно отступает на 0,3 м, и, таким образом, было определено, что для прорытия всего ущелья водопаду понадобилось около 38 тысяч лет.
Определение времени образования осадков.
Более общие выводы можно сделать на основании методов абсолютного исчисления, основанных на в р е м е н и об» разовая ия осадков. Так была сделана попытка установить время, в течение которого образовались огромные толщи лёсса в Китае. Слои пыли, из которых образуется лёсс
покрывают в окрестностях Мукдена могилы древних китайских императоров,
похороненных около 2 тысяч лет назад, толщей в 2 м мощности. Следовательно, метр лёссовых отложений образуется примерно в тысячу лет. Таким образом, очевидно, что лёсс, слагающий в Китае толщи в 200 и более метров мощности, потребовал на свое образование около 200 тысяч лет. Последний подсчет имеет лишь грубо приближенное значение, так как в недавнее время выяснено, что скорость образования лёсса сильно изменяется.
Приведем еще один способ подсчета, основанный на образовании так на
зываемых ленточных глин, которые, невидимому, возникли на дне озер, располагавшихся по окраине великого льда в ледниковый период.
По мнению геолога де-Геера и других исследователей, каждая «лйнта»> (состоящая из тонкого слоя песка и слоя глины) образовалась в течение года: пе
Рис. 148. Слои озерного мергеля в обнажении на берегу Оки близ г. Лихвина (горизонтальная штриховка—мергель).
счаный слой ее отлагался в летнее время, в период наибольшего таяния ледника, а зимой на дно опускалась только глинистая муть, не успевшая осесть за лето. Такое чередование зимних и летних слоев позволяет определить время, в течение которого происходило образование данной осадочной породы, так же, как мы, например, определяем число лет дерева по годичным кольцам.
Не менее интересен подсчет, сделанный профессором Боголюбовым по отношению ко времени образования озерного мергеля, оставленного древним исчезнувшим озером и обнаруженного в береговом обрыве Оки
11*
163
Метод радиоактивного распада минералов.
близ г. Лихвппа (рис. 148). Этот мергель пронизан тончайшими прослойками перегнивших древесных листьев. Вполне очевидно, чго такие скоплении листьев образовались здесь во время листопада, т. е. в осенние периоды. Таким образом, по числу этих прослоек можно определить, в течение какого времени мог образоваться 1 аг данного озерного мергеля. Каждый метр содержит не менее 2000 прослоек листьев и, следовательно, потребовал па свое образованно около 2 тысяч лет, а па 5.н лихвинского озерного осадка понадобилось всего около 10 тысяч лет.
Таким образом, выходит, что Лпхвинское озеро существовало не менее 10 тысяч лет. Небесполезно вспомнить, что христианская религия определяет не только возраст земли, но и всей вселенной приблизительно в 7г/2 тысяч лет.
В последние годы выдвинулся совершенно новый метод, основанный ва рад по а кт и в по м распаде вещества, который большинством ученых принимается как наиболее точный. Сущность этого метода заключается в следующем. Из курса физики и химии вы знакомы с радиоактивными
явлениями, поэтому мы здесь только припомним некоторые основные моменты радиоактивных процессов. Известно, что атомы, из которых построены тела природы, представляют собой системы, состоящие пз положительно и отрицательно заряженных частичек—протонов и электронов. Они образуют как бы незримо малые «солнечные системы», причем эти системы тем сложнее, чем тяжелее элементы, которые они образуют.
Тяжелым элементам, каковы, например, уран и торий, присущи весьма сложно построенные атомы; они являются неустойчивыми и наиболее подвержены так называемому радиоактивному распаду, сопровождающемуся выбрасыванием газообразного гелия. В результате атомы урана и тория перестраиваются, превращаясь в более легкие элементы. Радиоактивный процесс происходит постоянно с одинаковой интенсивностью, повпдимому, воздействия температуры и давления пе могут его изменить.
Есть основание утверждать, что все минералы земной коры радиоактивны, но исключительной степенью радиоактивности отличаются, как сказано, вышеупомянутые тяжелые элементы.
Распад урана, также и тория, идет чрезвычайно медленно, и после целого ряда превращений в результате всегда образуются свинец и газообразный гелий. Поэтому, чем древнее минерал (или горная порода), содержащий уран, тем больше в нем продукта конечного распада, т. е. свинца.
Для определения возраста минерала, содержащего уран, отыскивается так называемое свинцовое отношение, т. е. отношение между свинцом, с одной стороны, ураном—с другой, и чем больше это отношение, тем старше минерал. Разрушение урана и образование свинца представляют собой как бы своеобразный геологический хронометр.
Нахождение в толшах земли урановых минералов позволяет нам довольно точно определить этим методом возраст данной горной породы, т. е. установить абсолютное летосчисление в геологии.
Само собой ясно, что методы абсолютной геохронологии, основанные на радиоактивном распаде минералов, применимы лишь к тем горным породам, в которых встречаются упомянутые минералы в их чистом виде. Таковыми являются породы магматического происхождения.
Радиоактивные методы дают результаты, в общем согласующиеся с последовательностью геологических процессов, и, повпдимому, этот способ абсолютного летосчисления нужно признать более надежным, чем все остальные.
164
Ниже мы помещаем небольшую таблицу, показывающую давность некоторых геологических периодов, вычисленную методом радиоактивного распада. Геологические периоды Возраст в тысячах лет
Ледниковый ..................................... 960
Третичный (плиоцен) ........................... 1 560
Третичный (миоцен)............................. 6 Ю0
Верхний отдел карбона (каменноугольный период) . 137 0 )0
Силурийский...................................242 000
Нижний кембрийский........................... 600 000
Общий же возраст земли—порядка миллиардов лет
Каким наивным лепетом веет от религиозного определения возраста земли Оно ни на чем не основано и, конечно, не более вероятно, чем утверждение, что наша планета стоит на «трех китах» или черепахе.
8» Гипотезы об основных причинах историко-геологического процесса.
Первые теории горообразования.
Геология накопила огромное количество фактов, бесспорно свидетельствующих о постоянных движениях земной коры, которые обусловили на протяжении истории земли громадные перемещения морей и материков, изменение их очертаний,
образование обширных горных областей. Совершенно понятно, что паука, но только описывающая факты, ио стремящаяся дать им объяснение, должна была поставить перед собой вопрос о причинах этих грандиозных явлений.
Из введения к настоящему курсу мы уже знаем, что в отношении объяснения происхождения горных пород в начале XIX в. боролись два течения—вул-канистов и нептунистов. В своих взглядах о происхождении горных пород обе теории исходили из общих представлений о причинах, изменяющих лик земли. По гипотезе вулканизма, которую развивал еще в XVII в. итальянец Стено, горообразовательные процессы обусловлены деятельностью вулканических сил— напором лав, паров воды и газов, приподнимающих и взламывающих пласты земной коры.
Нептунизм, основателем которого был геолог Вернер, решающее значение в образовании лика земли приписывал разрушающей и созидательной деятельности моря. Вулканическим явлениям нептунисты приписывали случайный характер, объясняя извержения вулканов самовозгоранием находящихся в недрах земли залежей серы или каменного угля.
Примитивные взгляды вулканпстов и нептунистов, основывавшиеся на весьма узком круге наблюдений, произвольно обобщенных, при соприкосновении с большим запасом фактов, в дальнейшем накопленных геологией, потерпели полное крушение.
Создание последующих гипотез о коренных причинах тектоники земли происходило на основе гораздо более тщательного изучения и анализа широкого круга геологических процессов, наблюдаемых на всем земном шаре. Мы уже знаем, что на путь действительно научного анализа процессов, происходящих в земной коре, геология встала со времени появления работы Л я й э л л я, нанесшего сокрушительный удар не только гипотезам вулканпстов и нептунистов, но и выдвинутой Кювье теории геологических катастроф, которая была теснейшим образом связана с библейским преданием о сотворении мира и мировом потопе.
Однако теории горообразования и механизма историко-геологического процесса до последнего времени не смогли поднятия до того уровня, который но-
165
вводил бы охватить жизнь земного шара в целом во всей ее сложности и многообразии. Выхватывая из общего комплекса жизни земли какое-либо одно явление или группу явлений, создатели современных теорий развития земной коры пытаются подвести иод выдвинутое ими объяснение всю сложность геологических процессов, не укладывающихся в действительности полностью в их теоретические схемы.
Среди гипотез, стремящихся объяснить механизм геологического процесса в целом, широким признанием еще недавно пользовалась гипотеза сжатия, или к о и т р а к ц п о и н а я, в настоящее время сильно поколебленная.
При изучении строения гор, как мы уже внаем, с полной
Гипотеза * *
сжатия очевидностью выясняется, что силы, вызвавшие образование горных складок, имели горизонтальное (пли тангенциальное) направление.
Об этом говорит детально изученная 3 ю с с о м —одним из главных создателей контракцнонной теории—уже знакомая нам асимметричность строения горных цепей.
Расположение складок земной коры экспериментально было воспроизведено на моделях французскими учеными Добра и Фавром. Для опытов брались пакеты горизонтальных слоев глины, которая подвергалась тангенциальному сдавливанию с боков. При этом в серии слоев возникали складки, очень сходные со складками земной коры. Динамометаморфизм, преобразующий горные породы, также говорит о громадных боковых давлениях на пласты этих пород. Образование складок под влиянием тангенциальных сил, по мнению сторонников контракцнонной гипотезы, было вызвано сжатием (контракцией) земного пдра.
Геологом Г е й м о м были сделаны подсчеты для Альп и Юрских гор, на какую величину должен был бы сократиться объем земного шара для того, чтобы вызвать поднятие этих гор. По отношению к Юрским горам Гейм установил, что выпрямление их складок увеличило бы ширину площади, занимаемой в настоящее время горами, примерно на 5 км. Сокращение же земной поверхности при образовании Альп, или, как принято говорить, ее абсолютное стяжение, по подсчетам того же Гейма, равнялось -120 км.
Отсюда можно сделать вывод, насколько должен был сократиться радиус земли для того, чтобы могли образоваться Альпийские п Юрские горы. Это сокращение, оказывается, должно равняться приблизительно 57 км, или около 6,009 земного радиуса.
Причиной сжатия ядра земного шара сторонники контракцнонной теории считают постепенное охламщение его благодаря отдаче земной теплоты путем излучения ее в холодное междузвездное пространство. Однако, защищая свою гипотезу от сделанных против нее возражений, основанных на том, что медленное охлаждение земли совершенно недостаточно, чтобы объяснить столь значительное сокращение се объема, сторонники контракционной гипотезы выдвигают и другие причины этого сжатия. К таким причинам они прежде всего относят огромное количество вулканических продуктов, в том числе газов и паров воды, выброшенных и выбрасываемых из недр земли при вулканических извержениях.
Но, кроме того, причину сокращения объема земли они видят в замедлении быстроты ее вращения благодаря морским приливам. Морские приливы, как известно, вызываются притяжением как водных, так и внутренних магматических масс земли луной и солнцем. Массы приливных волн, увлекаемые этим np*t-тяжепием па запад, отстают от суточного вращения земли. Это вызывает трение 1G6
между ними п остальной массой земного шара, приводящее к постоянному замедлению вращения последнего (теория Джорд ж а Д а р в и я а). Благодаря этому замедлению, связанному с уменьшением центробежной силы, земля, имеющая, как известно, форму эллипсоида вращения, все более и более приближается к шарообразной форме, что связано с уменьшением поверхности ядра земли, так как при одной массе эллипсоид вращения имеет большую поверхность, чем шар.
Сведение всей сложности процессов геотектоники к пассивному спаданию земной коры под влиянием силы тяготения, к простому механическому сжатию без учета других моментов, например химизма земной коры и земных недр, совершенно явно упрощает действительную сложность тектонических процессов. Поэтому естественно, что у геологов явилось стремление выйти за пределы этой гипотетической схемы, дав более широкую концепцию геотектонических процессов. Такой попыткой является гипотеза Вегенера, предложенная им в 1912 г., о горизонтальном и вертикальном перемещении континентальных массивов.
В основу своей гипотезы Вегенер положил допущение, что Гипотеза земная кора имеет глубоко различный состав и строение
Вегенера. в области материков и океанов. Изучение силы земного при-
тяжения в различных пунктах земли показало, что в области океанов, несмотря на относительно малую плотность воды, оно не меньше, чем на материках. Отсюда Вегенер делает вывод, что твердая оболочка земли, образующая дно океанов, состоит из более тяжелых масс, чем массы, образующие материки.
Изучение магматических горных пород показывает, что так называемые кислые горные породы, содержащие в себе более 65% окиси кремния, например граниты, удельный вес которых равняется 2,5, значительно легче основных пород, например габбро, базальта, заключающих менее 50% кремнезема и имеющих удельный вес 3. Есть еще более тяжелые ультраосновные породы с содержанием окиси кремния ниже 45%, богатые железом и другими тяжелыми металлами.
Вегенер полагает, что дно океанов представляет собой базальтовое ложе, в то время как материки сложены по преимуществу из гранитов и продуктов их разрушения Подтверждение этого он видит в том, что напряжение магнитного поля над океанами, имеющими по его предположениям дно, сложенное из тяжелых, богатых железом пород, сильнее, чем над материками. Подтверждается это также, по мнению Вегенера, неодинаковой скоростью распространения землетрясений, причем большая скорость их распространения в области Тихого океана вполне соответствует скорости их распространения в базальтовых породах.
По мнению Вегенера, первоначальное распределение тяжелых и легких магм было иное. Основные магмы как более тяжелые были покрыты слоем кислых легких магм.
Повышение удельного веса магмы с глубиной Вегенер подтверждает том, что извержения, происходящие из очагов, расположенных выше, дают кислые лавы, а извержения, идущие из больших глубин, дают лавы основные и ультра-основные. Мы уже знаем, что оболочка земной коры, состоящая из химически основных пород, сокращенно называется сима (от силиция, т. е.кремния и магния), кислая же, но более легкая—сиаль (от силиция и алюминия).
Чем же объяснить, что сиаль сосредоточилась в области материков, а осадки на дне океанов подстилаются слоями сима?
Вегенер объясняет это следующим образом. В начале истории земли кора сиаль покрывала поверхность земли относительно тонким слоем и в свою очередь была покрыта водами первичного океана. Под пей была расплавленная масса
Рпс. 149. Геологическая карта Азиатской части СССР,
Рис. 150. Распадение Пангеи по Веге-
сима. Пол влиянием лунного и солнечного притяжений в расплавленной массе сима возникали приливные волны, которые ломали оболочку сиаль. Отдельные глыбы ее под влиянием приливных течений тяжелой основной магмы нагромождались друг па друга, сбиваясь в одну массу, которая, в конце концов, и образовала единый материковый массив—-Всеземлю, или Пангею, плавающую, как глыба шлака, на вязкой магме, на остальной же поверхности земного шара, лежащей на отвердевшем базальтовом ложе,, раскинулся океан.
Для того чтобы обосновать первоначальное существование такой Пангеи, из которой образовались в дальнейшем все современные материки, Вегенер обращает внимание на поразительную согласованность форм очертаний последних. Большой прямоугольный излом берегов Южной Америки настолько соответствует западным берегам Африки, что если бы мы сблизили их, они образовали бы почти сплошную материковую массу. Еще более поразительно совпадение восточного и западного берегов Красного моря. То же наблюдается в формах поверхности материков.
Если мы мысленно сблизим Старый и Новый свет, то увидим, как докембрийские массивы Канадского и Балтийского щитов и Гренландии почти сольются между собой; Герцин-ские горы найдут свое продолжение в Апалачских складках Северной Америки, наконец, складчатые горы Южной Африки явятся продолжением южноамериканских гор у Буэнос-Айреса. Такое совпадение вряд ли можно считать случайным.
Эго соответствие Вегенер объясняет расколом Пангеи по линиям, в основном совпадающим с очертаниями современных материков, кото
рый привел к образованию современных континентальных массивов (рис. 150). В известный момент в Пангее произошла громадная меридиональная трещина, вызванная, вероятно, приливными течениями магмы, и обе глыбы начали расходиться, передвигаясь в пластической магме под влиянием магматических течений, увлекших их в западном направлении. При своем движении на запад глыба Америки встретила большое сопротивление на своем переднем (западном) крае, благодаря чему вдоль этого края нагромоздились складки Кордильер и Анд. Наоборот, задние края глыбы испытывали растяжения и разрывы, благодаря которым от нее откололись массы Гренландии и Исландии.
Таким же передвижением материковых глыб Всгеиер объясняет расхождение северных и южных частей Пангеи под влиянием центробежной силы, гнавшей материковые глыбы к экватору, а также образование гирлянд островов у берегов Евразии. Этим же перемещениям обязана, по Вегенеру, своим происхождением трещина Красного моря, лежащая на одной линии с огромным грабеном, который тянется вдоль всей восточной части Африканского континента, намечая новый раскол земли.
Вегенер пытался проверить это движение материков в течение исторического времени на основе сопоставления разновременных определений географического положения некоторых пунктов земли. Подтверждение своей гипотезы
неру.
1—часть, давшая начало Евразии; 2—часть давшая, начало Африке; з и / части, давшие начало Америке; 5—часть, давшая начало Антарктиде; б—часть, давшая начало Австралии.
17U
он видит в различных показаниях шпроты острова Сабина, находящегося у берегов Гренландии. Определения его широты в 1829 и 1870 гг дали разницу, соответствующую его продвижению на запад на 2,1", а измерения 1908 г. свидетельствуют якобы о его дальнейшем продвижении еще па 1,4". В среднем, таким образом, по мнению Вегенера, остров Сабина удаляется от Европы со скоростью 11 м в год. Однако надо отметить, что сличение разновременных измерений расстоянии между Европой и Америкой не дает столь же определенных указаний на передвижение Америки на запад.
По мнению Вегенера, Пангея оставалась неделимой до мезозойской эры, что устраняет необходимость признавать существование единого, протянувшегося через Индийский и Атлантический океаны громадного материка Гондваны и допускать опускание под уровень современных океанов значительных участков суши.
Наряду с горизонтальными перемещениями материковых глыб происходили, по мнению Вегенера, также их опускание и поднятие с магмы, па. которой они плавали. Эти вертикальные эпейрогеническпе колебания вызывались нагрузкой или разгрузкой материковых масс. Так, мощный ледниковый покров мог вдавить материковую массу, заставить ее погрузиться в магму; наоборот, снос с материков обломочных пород в моря мог вызывать их поднятие. Такими погружениями и всплываниями материковых масс, вызванных нарушением гидростатического равновесия и стремлением масс восстановить его (теория и з о с т а з и и), Вегенер объясняет наступания на материки морей и их отступания
Несмотря на увлекательность этой теории, с ней мирятся далеко не все факты геологической истории. Не всегда удается, исходя из нее, согласовать данные, касающиеся распределения климатов в прежние геологические эпохи и распространения в морях животных; вопреки этой теории палеозойские складки Пиренейского полуострова и Сахара не находят своего продолжения в Америке. Недостаточно обосновано, почему именно в мезозое начали действовать те силы, которые раскололи Пангею и заставили разойтись ее отдельные глыбы
Наконец, само образование Пангеи нагромождением массы сиаль в одну глыбу точно так же не получает достаточного обоснования в гипотезе Вегенера.
Гипотеза Вегенера, несомненно, дает более широкую концепцию развития тектоники земной коры, нежели узкая, механистичная контракционная гипотеза. По, с другой стороны, в ней самой допущено много произвольного; она определенно стремится подвести под принятую схему все многообразие движений земной коры, происходивших на протяжении геологической истории. Наконец, гипотеза Вегенера в эволюции земного шара не учитывает всей сложности его химизма, играющего громадную роль н развитии земного шара.
Важность этого последнего момента раскрыта гипотезой Джоли. В предшествующей главе вы уже ознакомились с выводами о длительности существования земного шара, которые можно сделать, исходя из распада радиоактивных элементов земной коры. Какую же роль, согласно гипотезе Джоли, играют эти процессы в тех явлениях, которые совершаются в земной коре и которые определяют ее тектонику?
Изучая строение земной коры, Джоли устанавливает, что в течение геологической истории на поверхности земли периодически изливались огромны? массы базальтовой лавы. Такие базальтовые покровы находятся в Индии на Деканском плоскогорье, в Северной Америке, в бассейне реки Колумбии и т.д.
Другая особенность, характеризующая тектонику земной норы, отмеченная Джоли, заключается в том, что горные цепи земного шара в большинстве случаев располагаются по окраинам океана. Таким горным кольцом окружен
171
со всех сторон Тихий океан, Гималаи и горы Индо-Китая связаны с Индийским океаном и т. д.
Для того чтобы связать эти моменты воедино, Джоли исходит из представления Вегенера о материнах, как относительно легких массах, сложенных из кислых пород и плавающих па базальтовой, основной, тяжелой пластической магме, непосредственно подстилающей дно океанов. В результате радиоактивного распада, происходящего как в материковых массах, так и в базальтовом их ложе, в недрах земли происходит медленное непрерывное накопление теплоты. Особенно значительно это накопление будет под слабо проводящими тепло материками. В результате этого накопления происходит плавление базальтовых масс, более легкоплавких, чем граниты и другие кислые породы. Это плавление сопровождается увеличением объема базальтов примерно на 12%, что должно повлечь за собой массовое излияние базальтов на поверхность земли.
Однако наряду с этим происходит плавление и нижних горизонтов базальтового дна океанов. Базальтовая кора становится благодаря этому тоньше. Это увеличивает пластичность земного шара, что приводит к образованию под земной корой магматических приливов и отливов, вызванных притяжением лупы и солнца.
Увлекаемые мощными приливными волнами, двигающимися за притягивающими их светилами на запад, все базальтовые перегретые расплавленные массы благодаря этому начинают медленно перемещаться из-под материков. Так как над океаном благодаря к о н в е к ц и и, происходящей в толще морской воды, процесс отдачи тепла идет быстрее, чем нэд материком, то это приводит к охлаждению перегретых магматических масс, оказавшихся под дном моря. Наступает цикл охлаждения, сопровождаемый уменьшением пластичности земного шара; он продолжается до тех пор, пока базальтовая кора не достигнет прежней мощности.
Тогда снова наступает период накопления тепла, и геологический цикл развертывается снова. При плавлении базальта, как указано выше, он расширяется и становится менее плотным. Поэтому период плавления базальтового основания сопровождается погружением в него более тугоплавких материковых массивов и относительным поднятием уровня океанов. К этому же периоду относятся прогибание ставшей более топкой базальтовой коры морского дна, образование геосинклиналей и накопление в них морских осадков.
Наоборот, когда начинается стадия охлаждения базальтового фундамента, материковые глыбы начинают всплывать и подниматься относительно уровня океана. Растянутая в предшествующий период базальтовая кора океанов становится чрезмерно широкой для нижележащих сжавшихся масс охлаждающегося базальта. Дно океанов в области геосинклиналей начинает образовывать складки, особенно сильно давящие па пластичные края материковых глыб. Складки осадочных пород, образование которых сопровождается внедрением в них легких гранитных магм материка, создают относительно легкий массив, который благодаря своему меньшему удельному весу всплывает в базальтовой магме в виде горной складчатой области. Таким образом, Джоли приписывает образование дислокаций боковому давлению (спаданию базальтового ложа океанов), поднятие же складок в виде гор рассматривает как всплывание легких складчатых масс по законам гидростатического равновесия (изостазии).
Гипотеза Джоли, несомненно, вносит новое в понимание тектонических процессов—именно момент радиоактивного распада веществ, входящих в состав земного шара. Тем самым опа отрешается от узости гипотезы прогрессирующего охлаждения земли. Но тем не менее и Джэми в своей гипотезе, уиро-
172
щая проблему, не избег односторонности, антидиалектической схематизации необычайно сложных процессов эволюции земного шара и земной коры в частности.
Итак, мы видим,что научная мысль в попытках выяснить основные причины историко-геологического процесса не охватила еще всей совокупности процессов развития земли. Перед ней еще стоит задача—проверить точным научным анализом всю сумму предположений, главнейшие из которых изложены нами выше, и определить их место в широком обобщении, охватывающем научно проверенные закономерности жизни и развития земного шара в целом. Эта задача несильна только коллективной работе тех, кто, вооруженный диалектико-материалистическим методом, отметая все недостоверное, борясь с упрощенством и схематизацией, на основе конкретного анализа действительности овладевает познанием природы для того, чтобы подчинить ее человеку. Такая задача имеет больше всего возможностей быть разрешенной наукой социалистического общества .
9. Геологические карты и профили.
Геологическая карта представляет собой обыкновенную то-
Карта, пографическую карту, на которую нанесено распространение различных геологических образований, условия их залегания и некоторые другие сведения, полученные при геологической съемке.
Площади, на которых распространены отложения тех или иных геологических систем, закрашены определенными красками, установленными международными соглашениями. Так, например, кембрийской системе присвоен лиловый цвет, силурийской—зеленовато-желтый, девону—коричневый, каменноугольной—серый, триасовой—фиолетовый, юрской—синий, меловой—зеленый и т. п.
Чтобы избежать ошибок в понимании значения красок, которые могут иметь оттенки, близкие друг к другу, выходы геологических отложений, кроме цветов, имеют еще и особые буквы: например, кембрийская система—Ст, силурийская—S, девонская—D. Эти обозначения имеют международное значение.
Однако надо иметь в виду, что в тех районах, где на земной поверхности распространены магматические породы, древнейшие кристаллические сланцы и т. п., древность которых не может быть точно определена, обозначения делаются по петрографическому принципу, т. е. указываются самые горные породы, а не возраст их.
Так как почвы, а также ледниковые и современные наносы скрывают от наблюдателя выходы более древних образований, обычно эти поверхностные наносы на карте не обозначаются. Для этих новейших четвертичных отложений существует особая карта.
В настоящей книге даются геологические карты Европейской и Азиатской частей СССР (рпс. 149 и 151). Они изображены здесь в схематизированном, упрощенном виде, и условные обозначения красками заменены различными видами штриховок. На наших картах вследствие их очень мелкого масштаба показано лишь распространение геологических систем.
Вполне очевидно, что на геологической карте в каждом отдельном месте могут быть показаны лишь самые верхние из распространенных в том или ином месте отложений.
Если геологическая карта показывает распространение раз-ГеологическнМ личных геологических образований на поверхности земли, го профиль. профиль дает представление о вертикальном геологическом строении земной коры ио определенной линии. Возьмем для примера уже известную нам по геологической карте Европейскую часть СССР и представим себе ее разрезанной от Финляндии до Азовского моря (рпс 152). Толщи земли, принадлежащие различным геологическим системам, обозначены здесь теми же условными обозначениями, как и на пашей геологической карте. Таким образом, мы видим, что гранитные и другие древнейшие к; ис ал-лические горные породы, выступающие на земную поверхность в Финляндии и на берегах Аятского моря, в районе Москвы опускаются на большую глубину и вновь поднимаются близко к земной поверхности около г. Курска. Рассмат
1/3
риваемые впадины на всей территории нашей страны выстилаются слоями осадочных пород, образовавшихся в различные геологические периоды, в течение которых моря покрывали территорию Союза и оставили в этих впадинах морские отложения. Есе это прикрыто, кроме того, сверху толщами ледниковых
ft
Рис. 151. Геологическая карта Европейской части СССР.
174
и современных наносов, обозначенных узкой полоской, проходящей вдоль всего профиля.
Надо иметь в виду, что на рассмотренном профиле вертикальный масштаб во много раз больше горизонтального, что принято делать с той целью, чтобы отчетливее выразить относительную мощность и наклон пластов.
Упомянем, наконец, и о составлении так называемых «колонок* (рпс. 153), также вертикальные разрезы земной коры для данного пункта, изображенные в форме полоски. Они составляются таким образом, что могут давать или действительное строение недр на данном участке или упрощенную схему чередования пластов.
Такая колонка может быть вычерчена на бумаге и слои земли показаны условными знаками. Однако иногда колонки строят и непосредственно пз самых горных пород, которые данная колонка проходит. Когда с целью детального исследования недр производится так называемое колонковое бурение, то пустотелый инструмент вь^уривает в горных породах «керн», т. е. столбик (рис. 154). Добывание его из буровой скважины позволяет построить совершенно точную колонку, показав
Рис. 154. Керн.
колонка.
земли точная картина строения недр может
и ее горные породы и получив образцы пород для исследования.
Из всего сказанного нетрудно понять, какое огромное практическое значение имеют геологические карты, профили и колонки. В этих наглядных графических работах геолога мы находим всестороннее освещение вопросов, связанных со строением недр, залеганием в них горных пород и распространением полезных ископаемых: угля, нефти, металлов, строительных материалов и пр.
При недостатке естественных или искусственных обнажении на том или ином участке быть выяснена при помощи бурения. Оно может быть мелким или глубоким и производиться либо вручную. как это часто делается при геологической разведке, либо при помощи специальных механических буровых станков.
Наряду с упомянутыми способами разведки в последние годы большое распространение получили геофизические методы. Они используют различные физические свойства минеральных тел земной коры для того, чтобы, не прибегая к бурению, выявить характер горных пород и полезные ископаемые. Одни из этих методов основаны на наблюдении над электрическим полем, на которое оказывают влияние находящиеся под поверхностью земли горные породы и минералы (электроразведка). Другие основаны на наблюдениях над положением магнитной стрелки, на которую могут действовать железные руды, обладающие магнитными свойствами (магнитометрический способ). Так были разведаны советскими учеными громадные запасы железной руды так называемой Курской магнитной аномалии.
Гравиметрический метод разведки основан па наблюдении над изменениями силы тяжести посредством особых чувствительных весов или же маятников, на которых отзывается присутствие в недрах земли тяжелых масс.
Разведка геофизическими методами ведется сравнительно быстро и с меньшими затратами Они широко используются при изучении ископаемых богатств нашего Союза.
г
Масштаб горизонтальный
’GO J 100 200 300«м
— Мариуполь
Масштаб вертикальней
<0( о зсз еоз scow
После! ретичные отложения
Третичная система
Юрская система
Каменноугольная система
Меловая система
Девонская система
Силурийская система
Кембрийская система
Ма’мэтическчэ породы, крмстаялическлэ сж»ниы ГДокембрийск.че образования, мгтаморЛиэирзь-дИ^ыа и изверженные породы)

Гис. 152. Геологический профиль Европейской части СССР с севера на юг.