6. Научное и практическое значение геологической науки. Роль геологии в формировании мировоззрения людей.

Практическое значение геологии очень велико и разнообразно. Вся мощная современная техника основана на использовании продуктов земных недр — нефти, угля, металлов, различных строительных материалов, подземных вод и др. Необходимость поисков извлечения разнообразного минерального сырья способствует развитию геологических исследований, ставит перед геологией все новые теоретические и практические задачи, требует скорейшего их решения.

Очень велико и познавательное значение геологии. Как наука о Земле, ее происхождении и формировании, затрагивающая вопросы происхождения и развития жизни, геология всегда была в центре ожесточенной идеологической борьбы, являлась важнейшим звеном в борьбе за материалистическое понимание мира, против идеалистических мировоззрений и религиозных предрассудков.

В настоящее время мы становимся свидетелями небывалого развития образования и растущего осознания его жизненно важной роли для экономики и социального развития. В связи с этим встает вопрос о целостности образования.

Геология имеет все основания занимать достойное место в образовательном процессе. Она способствует формированию научного мировоззрения, осознанию взаимосвязи наук, повышению экологической грамотности, осознанному выбору специального образования. Отвечая за обеспечение общества минеральными ресурсами, она имеет исключительное практическое значение. Причинно-следственные связи феноменов биологии и географии корнями уходят в геологию. Геологические процессы имеют химическую, физико-химическую и физическую природу, но они не сводятся к отдельным законам этих наук, а носят более общий характер, выражающийся в особой форме движения, которую философы называют планетарной или геологической. Формирование современного научного мировоззрения на базе фундаментальных естественных наук без геологии вряд ли возможно.

Геологическую историю Земли можно проиллюстрировать на таком примере. Пусть каждый миллион лет соответствует одной секунде условного кинофильма. Тогда продолжительность всего фильма займет примерно 1 час 20 минут. В течение нескольких минут происходило формирование Земли из протопланеты. Затем в течение примерно 30 минут идут так называемое доархейское время и архейская эра, когда образовались кора, океаны, атмосфера. Ближе к концу этого получаса на Земле зародится жизнь, хотя пока довольно примитивная — водоросли, простейшие. В протерозойскую эру, которая продлится более получаса, возникли зоны повышенной проницаемости земной коры, которые образовали системы разломов. Возможно, это было одной из причин выхода растений на сушу. Тогда же возникают почти все типы животных, за исключением позвоночных, — черви, моллюски. И наконец, в последние 10 минут — в них уместились палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры — происходит быстрый расцвет фауны, связанный с тем, что у животных выработался прочный скелет или твердая внешняя оболочка. Две последних секунды этого фильма будут содержать эпохи великих оледенений и появление человека, а вся история нашей цивилизации уложится в 1/200 часть последней секунды. Узнать все это позволяют изучение окаменевших останков животных в осадочных породах и радиоуглеродный метод датировки.

Базовые геологические знания включены во все школьные естественнонаучные предметы: ботанику, зоологию, общую биологию, химию, природоведение и, конечно, в географию. В курсе биологии рассматривается эволюция жизни на Земле и, в связи с этим, геохронологическая шкала, а также круговорот некоторых химических элементов. Основные особенности химического и минерального состава земной коры рассматриваются в курсе химии. Однако знания эти отрывочны, неполны.

Анализ общеобразовательных программ по географии для средней школы показывает, что они предусматривают в основном географические знания о поверхности Земли, её географической оболочке, внешних экзосферах Земли — атмосфере, гидросфере, биосфере, а также техносфере. Их литогенная основа (литосфера, её строение, история развития, процессы формирования и т.п.) в школьных общеобразовательных программах изучается в незначительных объемах либо не изучается вовсе.

Но дополнить и объединить сведения из геологии в единый курс тоже надо умеючи. В этом отношении пока непочатый край работы. Школьные учебники по геологии, отвечающие общеобразовательным или разноуровневым программам, отсутствуют, программ и методик нет. И то, что будет разработано, должно учитывать общее содержание школьного образования.

Школьникам даются только отрывочные начальные геологические сведения, объем которых (до 20 часов за весь период обучения) явно недостаточен.

8.Особенности химического и минерального состава земной коры и Земли в целом.Понятие о кларках.Общее число минералов не так уж велико — порядка 2000, из них широко распространены 400—500 видов. Уже теперь человек может искусственно синтезировать значительно большее количество соединений. По-видимому, ограниченное число минералов находится в связи, во-первых, с особенностями состава земной коры, а во-вторых, с определенными процессами, в результате которых возникают эти природные образования.

Рассматривая состав земной коры, мы видим, что восемь химических элементов практически слагают основную ее массу. Кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий и магний образуют более 99% массы земной коры. Но самое замечательное заключается в том, что наибольшим распространением пользуется кислород, который составляет почти половину массы коры. Если учесть объем, который занимают различные химические элементы благодаря своим ионным радиусам, земная кора предстанет перед нами как своеобразная твердая кислородная оболочка, состоящая в основном из кислородных ионов, занимающих более 90% всего объема, между которыми находятся остальные химические элементы. Итак, чем больше содержится химического элемента в земной коре, тем, как правило, больше встречается минералов, в состав которых он входит. Например, известно более 1000 минералов, в состав которых входит кислород, несколько сотен минералов кремния, более 200 минералов железа и всего несколько минералов кадмия.

Разную способность химических элементов к образованию минералов в условиях земной коры иллюстрирует рисунок. На этом графике по вертикальной оси в логарифмическом масштабе отложено число минералов, в состав которых входит данный элемент, а по горизонтальной оси нанесены химические элементы в порядке возрастания их атомного веса.

Верхняя горизонтальная пунктирная линия позволяет выделить группу химических элементов, образующих большое количество минералов — от 100 и более. Сюда относятся О, Н, Si, S, Са, Fe, Al, С, Р, Na, Mg, Mn, Pb и As.

Нижняя пунктирная линия отделяет химические элементы, минералы которых отсутствуют или настолько редки, что до сих пор не обнаружены. Таковы Ga, Rb, In, Hf, Re, Ra, некоторые элементы группы редких земель и платины. Элементы группы инертных газов также не образуют природных соединений с другими элементами.

Большая часть химических элементов образует от нескольких до десятков минералов.

Следует отметить, что наряду с образованием самостоятельных минералов, в состав которых данный химический элемент входит в значительном количестве и может быть отражен в их формулах, этот же элемент может присутствовать в других минералах, изоморфно входя в их кристаллохимическую структуру или находясь в состоянии рассеяния. Это состояние, которое еще пока недостаточно хорошо изучено, особенно характерно для химических элементов, редко встречающихся в виде самостоятельных минералов или совсем их не образующих. Химические элементы, присутствующие в рассеянном состоянии, в формуле минерала не показывают.

Так как минералы — это химические соединения, то в основу их классификации положен химический состав.

Выделяют следующие крупные группы (типы) минералов:1) самородные элементы;2) сернистые и близкие им соединения (сульфиды, арсениды, антимониды и др.);3) галоидные соединения;4) оксиды и гидроксиды;5) кислородные соли, в том числе:а) карбонаты;б) сульфаты, хроматы, вольфраматы, молибдаты;в) фосфаты, арсенаты, ванадаты;г) силикаты и некоторые другие.Среди всего многообразия минералов обратим внимание на следующие две категории — породообразующие минералы, составляющие основную массу горных пород, и минералы, имеющие промышленное значение, главным образом рудные. Они менее распространены по сравнению с породообразующими, хотя в отдельных местах встречаются в виде крупных скоплений (рудных залежей). Обзор минералов проводится в последовательности приведенной выше классификации.

КЛАРКИ ЭЛЕМЕНТОВ — система усреднённых содержаний, характеризующих распространённость химических элементов в крупной геохимической системе (в земной коре, литосфере, атмосфере,гидросфере, биосфере, на Земле в целом или в космосе). Выражается в массовых, объёмных, атомных процентах (%), промилле (‰), миллионных частях (г/т) или по отношению к содержанию одного из элементов,

наиболее распространённого, например кремния. Средние содержания ряда ведущих элементов в земной коре исследовались с 1815 английским учёным У. Филлипсом.

Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубины 16 км, впервые было сделано американским учёным ф. У. Кларком (1889). Величины кларков конкретных элементов различаются в миллионы раз, зависят от устойчивости ядер элементов и перераспределения элементов в той или иной системе. В космосе резко преобладают простейшие элементы — Н и He (99,99%), в земной коре (99%) — О, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К, Ti, Mn, Н (кларки элементов земной коры см. в табл. к ст.Геохимия), в гидросфере — О и Н, и т.п. В определённой зависимости от кларков находится общее содержание элементов в геохимических системах, общие запасы тех или иных металлов и руд в земной коре, масштабыместорождений, количество минералов каждого элемента, поведение элементов в геохимических процессах.