с чего начать изучать геологию
Геология для начинающих
Геологией называется комплекс наук, изучающих земную кору и более глубокие сферы Земли; если же рассмотреть узкий смысл слова, то геологией называют науку, занимающуюся составом, строением, движениями и историей развития земной коры и размещением в ней полезных ископаемых. Многие прикладные и теоретические вопросы, решаемые геологией, имеют отношение к верхней части земной коры, которая доступна непосредственному наблюдению.
В основе геологических методов находятся прямые полевые наблюдения. При выполнении геологических исследований определенной территории на первом этапе изучаются и сопоставляются горные породы, наблюдаемые на поверхности Земли в структуре различных естественных обнажений, а также искусственных выработок (шурфов, карьеров, шахт и пр.). Изучение пород производится как в естественном залегании, так и при отборе образцов, которые затем исследуются в лабораторных условиях.
Среди обязательных элементов полевых работ, которые должен проводить геолог, следует упомянуть геологическую съемку, на основании которой составляют геологическую карту и геологические профили. Карта нужна для изображения распространения горных пород, с указанием их генезиса и возраста, состава пород и характера их залегания. Геологические профили необходимы для отражения взаимного расположения слоев горных пород в вертикальной проекции, на мысленно проведенных разрезах.
Весь спектр геологических карт и профилей используется в качестве основной документации, служащей для эмпирических обобщений и выводов, обоснования поисков и разведки полезных ископаемых, оценки условий при возведении строительных сооружений. Для того, чтобы уточнить данные геологической съемки, используется бурение скважин, предназначенных для извлечения на поверхность горных пород, залегающих на достаточной глубине.
На основании методов непосредственного изучения недр узнать о строении Земли глубже сложно, поэтому пользуются косвенными методами, разработанными другими науками, особенно геохимическими и геофизическими методами. Часто геологи выполняют комплексные инженерные работы для полноценного изучения территории.
Геологические исследования состоят из трех направлений
Первым из них является описательная геология, которая занимается описанием минералов, горных пород: изучением состава, размеров, формы, последовательности залегания, взаимоотношений.
Вторым направлением считается динамическая геология, которая изучает как внешние геологические процессы и их эволюцию, так и более глубокие геосферы (вопросы разрушения горных пород, переноса и переотложения ледниками, ветром, водами, накопления осадков, движений земной коры, землетрясений, извержений вулканов и пр.).
Третье направление занимается историко-геологической реконструкцией, то есть восстановлением картины геологического прошлого Земли. Это направление занимается изучением последовательности и распространения геологических напластований, иных геологических тел, а также установлением различных геологических событий и процессов.
Теоретические вопросы, рассматриваемые геологией, направлены на решение крупнейшей практической задачи по поиску и разведке полезных ископаемых.
Как самостоятельно провести геологию грунта и стоит ли это делать?
Исследование геологии грунта – это одна из важных процедур, предшествующая строительству дома. Рассмотрим, можно ли обойтись без геологии, как сделать геологическое исследование самостоятельно и стоит ли это делать.
Можно ли не делать геологию?
Среди заказчиков все еще сохраняется предрассудок, что деньги, потраченные на строительные работы себя окупают, а на интеллектуальном труде можно сэкономит. Сразу возникают вопросы, нужно ли платить архитектору и инженеру для создания проекта, стоит ли оплачивать геологические исследования и др.
Распространенной формой экономии является строительство по эскизному проекту,
в статье 5 причин не строить по эскизному проекту мы разобрали,
чем эскизный (архитектурный) проект отличается от рабочего (инженерного).
На этот вопрос большинство профессиональных проектировщиков и строителей отвечают отрицательно – строить дом без геологических исследований сомнительная затея. Раньше в индивидуальном жилищном строительстве часто обходились без них, так как такие изыскания не были доступны. Сейчас рынок компаний, осуществляющих геологические исследования достаточно широк.
Можно ли сделать геологию самостоятельно?
Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим данные, которые может предоставить профессиональное исследование по сравнению с самостоятельными изысканиями.
Некоторые геологические компании просто смотрят геологические карты
и по ним составляют заключения без выезда на участок.
Такие исследования сопоставимы по информативности с самостоятельным изучением почвы. Профессиональная геология предполагает выезд специалистов на объект.
Что можно определить самостоятельно?
Визуальный осмотр на предмет однородности.
Глубина залегания грунтовых вод.
Дренирующие свойства грунта – легко ли через него проходит вода.
Определение типа почвы со значительной погрешностью.
С небольшой точностью можно прогнозировать пучинистость грунтов.
Что определяет профессиональное исследование?
С высокой точностью определяется тип грунта.
Определение физико-технических характеристик грунта (просадочность, набухание, пучинистость, несущая способность и др.).
Физико-технические параметры можно получить только в результате лабораторных исследований, самостоятельно их установить нельзя. К важным характеристикам относится показатель просадочности. Это свойства грунтов изменять свой объем под собственным весом при насыщении влагой. Классификация включает непросадочные, слабопросадочные, просадочные и сильнопросадочные.
Степень просадочности грунтов
Получение гидрологической картины, которая включает не только уровень залегания грунтовых вод, но и характер воздействия воды на бетон и арматуру фундамента. Также в результате можно определить, где находится верховодка.
Профессиональные рекомендации и прогноз по осадке грунтов после строительства.
Самостоятельное изучение геологии не заменит профессионального исследования, так как проектировщики, скорее всего, потребуют точных характеристик грунта. Самостоятельные изыскания полезны для получения общей картины, эти данные можно использовать только для возведения малозначимых построек. Рассмотрим, как своими силами провести эти исследования.
Инструменты для геологического исследования
Блокнот для фиксации данных, в него следует записывать все наблюдения в процессе работы.
Емкости для сбора образцов.
Кусочки скотча или стикеры для подписи образцов, на них следует указать глубину пробы и номера скважины.
Ручной бур и удлинитель для него.
Лопата для удаления плодородного слоя.
Емкость с водой для определения дренирующих свойств грунта.
Рулетка для определения глубины скважины.
Экспресс-исследованиегрунта
Тут можно обойтись без бура, такой вид изысканий позволяет выявить общие проблемы в пятне застройки. Работы начинаем с рытья ямы, в процессе работ надо отмечать глубину залегания плодородных слоев. После достижения плотных слоев почвы можно залить 8 – 10 литров воды и посмотреть, как быстро она будет уходить. Если уходит быстро, то это говорит о том, что почва обладает хорошими дренирующими свойствами.
Если в ходе «экспресс» исследования картина плохая: высокая неоднородность, плохая несущая способность, высокий уровень грунтовых вод, то можно не продолжать рытье. При серьезном строительстве на таком участке все равно потребуется профессиональное исследование.
Для строительства фундамента важны не только данные геологического исследования. Всю необходимую информацию мы описали в отдельной статье Информация, без которой нельзя строить фундамент.
Подробное исследование
Для этих работ потребуется садовый бур. Чтобы получить полную картину, нужно сделать не меньше трех скважин, при этом одна из них должна находиться в пятне застройки будущего дома. Глубина скважины зависит от типа строения.
Дома с несколькими этажами и подвалом – скважина 4 – 5 м.
Дома без подвала с несколькими этажами из тяжелых материалов – 3,5 – 4 м.
Одноэтажные легкие дома – до глубины промерзания.
Результаты сохраняем в емкости или пакеты для образцов, пробы берем каждые 25 см, после достижения глубины промерзания – каждые 50 см. Плодородный слой почвы не нужно брать в качестве образца, он все равно будет удален при строительстве.
Плодородную почву нельзя оставлять под фундаментом, так как она содержит много органики, со временем органические включения будут перегнивать, а грунт просядет. Про ошибки при строительстве фундамента подробнее читайте в 12 ошибок при строительстве фундамента.
Анализ результатов
Теперь перейдем к «лабораторным испытаниям», для этого нам потребуется вода и увеличительное стекло. С нами все еще должен быть блокнот для записи. Если мы затрудняемся определить тип почвы в образце, можно записать, как он себя ведет при смачивании, растирании, сворачивании в шнур и в кольцо, потом дать эту информацию более опытному человеку для анализа.
Песок – отчетливо видны разрозненные частицы, в сухом состоянии легко разделяется на части, не скатывается, пластичность в сухом состоянии отсутствует.
Легкая супесь – содержит частицы песка и комочки, которые в сухом состоянии можно легко раздавить пальцами. Грунт не скатывается в шнур или шарик. Соотношение в пользу песка.
Пылеватая супесь – содержит пылевые включения, которые в сухом состоянии напоминают муку. Во влажном состоянии скатывается в шарик, но не в шнур.
Тяжелая супесь – состоит из частиц песка, скатывается, но разделяется на небольшие фрагменты, которые быстро распадаются.
Легкий суглинок в сухом виде состоит из твердых комков, чтобы раздавить их, нужно прилагать усилие. Во влажном состоянии скатывается в шнур, который быстро распадается. В легком суглинке под лупой хорошо видны песчаные включения.
Легкий суглинок
Пылеватый суглинок в сухом состоянии тоже имеет твердые комки, но раздавить их руками проблематично, при увлажнении образец становится липким и пластичным. При растирании доля песка мала, большую часть составляет пыль. Скатывается в шнур, но при попытке свернуть кольцо разрушается.
Пылеватый (средний) суглинок
Тяжелый суглинок
Глина – в увлажненном состоянии мягкая и пластичная, пачкает руки, легко сворачивается в шнур, который скручивается в кольцо без повреждений. В сухом состоянии состоит из твердых кусков, которые раскалываются на крупные куски твердым предметом.
Глина
Что должно быть в профессиональном геологическом исследовании?
Несколько слов скажем о том, что должно быть в профессиональной геологии.
Описание – результаты визуального осмотра.
План участка со скважинами, из которых были взяты пробы.
По плану участка проектировщик сможет рассчитать нагрузки от фундамента на конкретную ось. Например, если под одним из углов дома находятся «слабые» грунты,
в проекте можно учесть эту особенность.
Сводная таблица с характеристиками грунтов с указанием скважины и глубины.
Разрезы почвы, на которых показана карта залегания разных типов грунтов.
Описание характера грунта (просадочность, пучинистость).
Вывод
Если планируется обращаться за проектом, то без профессиональной геологии не обойтись. Многие компании откажутся разрабатывать проектные документы без данных геологической экспертизы или предложат провести собственные исследования. Самостоятельная геологическое исследование дает хозяину понимание особенностей грунтов на участке. Эти знания можно использовать при планировании колодца и строительстве небольших построек.
Геология – наука о Земле
Геология – это естественная наука, которая изучает Землю, ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, геоморфологию, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.
Что делают геологи?
Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:
Что изучает геология?
Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:
Минералы
Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.
Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.
Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.
Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.
Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.
Горные породы
Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.
Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь – это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.
Окаменелости
Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.
Ископаемые останки имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.
Формы рельефа, геологические структуры и карты
Формы рельефа во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.
Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого – сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.
Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.
Геологические процессы и угрозы
Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.
Геологические опасные явления – мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.
Тектоника и история Земли
Тектоника – геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике – жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня Мирового океана, и о том, какие процессы происходят в ядре и мантии Земли. Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.
Геологическая история Земли – это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. Фанерозойский эон (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия фауны и флоры и акцентирован массовыми вымираниями. Предыдущие четыре миллиарда лет, докембрийское время, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.
Роль геологии
Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. – геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.
Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. Водные ресурсы являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.
Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология – раздел геологии – хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.
Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.
На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.
Геология как наука
О геологии знает каждый, несмотря на то, что она является, пожалуй, единственной естественнонаучной дисциплиной, не изучаемой в школьном курсе. Развитие «геологических» знаний сопутствовало развитию человечества на всех этапах его истории. Достаточно вспомнить, что общая периодизация истории основана на характере используемых для производства орудий труда материалов: каменный, бронзовый и железный века. Добыча и совершенствование технологии обработки полезных ископаемых неизбежно связаны с увеличением знаний о свойствах минералов и горных пород, выработкой критериев поиска месторождений и совершенствованием способов их разработки.
Вместе с тем, в понимании, близком к современному, термин «геология» впервые был применен лишь в 1657 году норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом, а как самостоятельная ветвь естествознания геология начала развиваться только во второй половине 18 века. В это время были разработаны элементарные приёмы наблюдения и описания геологических объектов и процессов, первые методы их изучения, проведена систематизация разрозненных знаний, возникли первые гипотезы. Этот период связан с именами выдающихся учёных А. Броньяра, А. Вернера, Ж. Кювье, Ч. Лайеля, М. Ломоносова, У. Смита и многих других. Геология становится наукой – выработанной в результате деятельности человека взаимосвязанной развивающейся системой знаний о законах мира.
Геология в современном понимании – это развивающаяся система знаний о вещественном составе, строении, происхождении и эволюции геологических тел и размещении полезных ископаемых.
Таким образом, объектами изучения геологии являются:
Геология имеет тесную связь со многими науками. На приведенном рисунке указаны разделы наук, возникшие в результате взаимодействия геологии со смежными дисциплинами.
