Этапы развития жизни на Земле по эрам и периодам. Химический способ распознавания минералов

1. Этапы развития жизни на Земле по эрам и периодам

Архейская и протерозойская эры . В породах архейской эры не обнаружено достаточно ясных свидетелей жизни - окаменелостей и отпечатков. Однако это не свидетельствует об отсутствии жизни на Земле в то время. Современная наука доказывает, что живые существа появились в самую раннюю архейскую эру в результате действия объективных законов развития материи. Наиболее разработанной гипотезой о происхождении жизни на Земле является теория академика А.И. Опарина. По этой теории, в результате взаимодействия парообразной и жидкой воды с карбидами железа, в изобилии содержавшимися в первичной земной коре, происходило выделение простейших углеводородов. Последние, соединяясь друг с другом, с парами воды и азотом воздуха, постепенно образовали сложные органические соединения, которые накапливались в водных бассейнах и являлись материалом для построения живых существ.

Архейская и протерозойская эры характеризуются интенсивной вулканической деятельностью и горообразовательными процессами. В это время произошло расчленение земной коры на участки - жесткие платформы и подвижные геосинклинали.

В пределах европейской части РФ находится Русская платформа, географически занимающая пространство, ограниченное с востока Уралом, с запада Карпатами, с юга Крымом и Кавказом, а с севера полярными морями.

Выступы пород кристаллического фундамента на поверхности земли называют щитами. На территории Русской равнины имеются два кристаллических щита: Балтийский (Фенно-Скандинавский) и Украинский (Азово-Подольский). Балтийский щит занимает Кольский полуостров, Карелию, Финляндию, Швецию и Норвегию. Он сложен крупнозернистыми гранитами, порфирами, гнейсами и кварцитами. Изредка встречаются мраморы и диабазы.

Палеозойская эра. Органический мир палеозойской эры характеризуется богатством и разнообразием форм, существовавших в море и на суше. В наиболее древний, кембрийский период этой эры море населяли простые животные: губки, медузы, черви, плеченогие и членистоногие.

В ордовикский и силурийский периоды происходили интенсивные горообразовательные процессы (каледонская складчатость). Животный мир в девонское время становился все совершеннее и разнообразнее, особенно это касалось рыб. Появились головоногие моллюски - аммониты, а также первые наземные позвоночные животные.

Каменноугольный период характеризуется развитием обильной наземной растительности - папоротников, сигиллярий, лепидодендронов, каламитов и других, которые достигали огромных размеров и послужили основой для образования каменных углей.

В течение всей палеозойской эры море многократно заливало Русскую равнину, оставив после себя мощные толщи известняков, глин, гипсов и других пород. Наиболее древние осадочные породы - кембрийские синие глины - распространены под Санкт-Петербургом; сверху они покрыты ледниковыми отложениями. Там же, а также в прибалтийских странах и в ряде мест Восточной и Центральной Сибири залегают силурийские и девонские известняки, мергели и песчаники, которые прикрыты червертичными отложениями и часто вскрываются по долинам рек.

Породы каменноугольного возраста весьма широко распространены. Они встречаются в Подмосковье и в Донбассе, вдоль восточного и западного склонов Уральского хребта, в Кузнецком бассейне и в ряде других мест. Эти породы представлены известняками различной прочности, кварцевыми песчаниками, черными глинами и каменными углями. Мощность этих отложений в Подмосковном бассейне достигает 0,5 км, а в Донбассе - 10 км.

На территории, занятой каменноугольными отложениями, имеется много карьеров, в которых разрабатываются известняки и реже кварцевые песчаники.

Широко распространены на Русской равнине отложения пермского возраста, залегающие широкой полосой вдоль западного склона Уральского хребта, а также в ряде мест Сибири и Дальнего Востока. Эта система представлена красными глинами и мергелями, известняками, гипсами, ангидритами и конгломератами. Общая мощность их достигает 2000 м. Известняки пермского возраста часто используются как дорожно-строительные материалы.

В течение каменноугольного и пермского периодов на востоке Русской равнины происходили значительные горообразовательные процессы (герцинская складчатость), завершившиеся в пермский период созданием уральского хребта. В дальнейшем (за 250-300 млн. лет) первоначальные вершины Уральских гор сильно разрушились от выветривания, сгладился рельеф, на поверхности обнажились более древние породы.

Вдоль Уральского хребта расположено много крупных карьеров, обеспечивающих строительными материалами города Свердловск, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст и др.

Из других имеющихся на Урале материалов необходимо указать дресву гранитов и диоритов, покрывающую коренные породы, а также гравий и песок аллювиального происхождения, залегающие в сравнительно небольших количествах по берегам рек.

Мезозойская эра. В это время происходило дальнейшее развитие морских и наземных животных, в особенности пресмыкающихся, которые в юрское время достигли наибольшего развития. Из них необходимо отметить гигантских динозавров, достигавших 30 м в длину и 5 м в высоту.

В мезозойскую эру происходили медленные опускания и поднятия материков, которые вызывали то наступление моря на сушу (трансгрессии), то его отступание (регрессии). Таких трансгрессий и регрессий моря на протяжении эры было несколько, в результате чего во многих местах Русской равнины встречаются мощные толщи мела, опок, известняков, глин и других пород триасового, юрского и мелового возраста. Примером могут служить залежи мела в северной части Украины, средней части рек Дона и Волги, а также залежи опок у городов Брянска и Пензы.

Кайнозойская эра. Три периода этой эры - палеогеновый, неогеновый и четвертичный - отличаются продолжительностью: первые два, объединяемые ранее в один третичный период, весьма длительные (около 67 млн. лет), четвертичный сравнительно короткий (1 млн. лет).

Палеоген и неоген являются промежутками времени, в течение которого животные и особенно растения значительно приблизились к современным формам. В продолжение этих периодов изменился рельеф земного шара. Еще в конце мелового периода началось образование Кавказских и Крымских складчатых гор (альпийская складчатость), а также хребта Сихотэ-Алинь на Дальнем Востоке, завершившееся в неогеновый период. К этому же времени относится образование Карпатских гор и гор Камчатки, Сахалина и Курильских островов.

Кавказские горы представляют собой молодую складчатую горную страну. На их поверхности можно видеть огромные толщи осадочных пород мелового и юрского возраста, а в центральной части на дневную поверхность выходят граниты и порфиры.

Вместе с горообразовательными процессами имели место медленные поднятия и опускания материков, в связи с чем море заливало огромные площади суши с образованием осадков, которые преобразовывались в толщи глин, меловидных и ракушечниковых известняков, опок и пр.

Умеренно холодный климат конца неогенового времени сменился холодным климатом с последующим чередованием более теплых и холодных веков четвертичного периода.

2. Химический способ распознавания минералов, его достоинства и недостатки

Для определения минералов пользуются различными методами: кристаллографическим – при изучении кристаллов минералов, измерении углов между гранями, установлении вида симметрии кристаллов; рентгенометрическим – для установления внутренней кристаллической структуры; кристаллооптическим – при определении ряда оптических показателей, свойственных данному минералу; химическим – при проведении полного химического анализа.

Как известно, ни одно месторождение не может быть разведано и оценено без выполнения большого количества химических анализов и других лабораторных исследований. Все шире, вместо классической аналитической химии, внедряются современные физические и физико-химические методы исследования: спектроскопия, колориметрия, пламенная фотометрия, рентгеноспектральный анализ, квантометрия и др. методы. Радиоактивационные (ядерные) методы химического анализа открывают новые возможности, позволяют с меньшими затратами быстро и точно определять состав минералов и горных пород. Успешно развивается изотопная геология.

Все эти методы требуют сложного лабораторного оборудования и довольно дороги, поэтому в практике дорожного строительства с достаточной точностью минералы можно определять макроскопическим (полевым) методом по внешним признакам.

3. Классификация обломков и частиц осадочных горных пород, принятая в дорожном строительстве

Изверженные горные породы подвергаются медленному выветриванию, в результате которого видоизменяются и разрушаются. Интенсивность процессов видоизменения и разрушения пород связана, с одной стороны, с их составом и свойствами, а с другой - с характером воздействия таких природных агентов, как вода, воздух, колебания температуры.

Продукты разрушения изверженных горных пород, представляющие собой обломки различных размеров, тонкие минеральные частицы и растворенные в воде химические вещества, остаются на месте своего образования или перемещаются с помощью воды, ветра, ледников или силы тяжести.

В результате накопления минеральных масс на дне водных бассейнов или на суше образуются осадки, которые после их преобразования создают горные породы, получившие название осадочных.

Осадочные породы слагают самую верхнюю часть земной коры и занимают значительную площадь. Они образуются в результате трех процессов: 1) накопления или осаждения обломочного материала, получившегося при разрушении ранее сформировавшихся горных пород (изверженных, осадочных и метаморфических); 2) химического осаждения растворенных веществ; 3) жизнедеятельности организмов.

Важным признаком многих осадочных пород является их слоистость, т.е. расположение пород в толще земной коры параллельными слоями или пластами. Отдельные слои отличаются друг от друга окраской, составом и свойствами. Для многих осадочных пород характерна также большая пористость, наличие окаменелых остатков ранее живших организмов (раковин, костей, игл и т.д.) или их отпечатков.

В образовании осадочных пород, кроме минералов первичного происхождения (кварц, слюда, ортоклаз и др.), принимают участие минералы вторичные - кальцит, гипс, ангидрит, каолинит, монтмориллонит и др. Во многих случаях вторичные минералы преобладают в породе (глинистые породы).

Осадочные горные породы, учитывая их происхождение, разделяют на четыре группы, представленные в табл. 1. При этом, учитывая наличие или отсутствие цементизации, производят более дробное их деление.

Таблица 1 - Классификация осадочных пород

Свойства рыхлых пород и их пригодность для использования в дорожном строительстве сильно зависят от преобладания в составе породы обломков тех или иных размеров; классификация пород по этому признаку представлена в табл. 2.

Таблица 2 - Классификация крупных обломков, принятая в дорожном строительстве

В случае значительного преобладания обломков или частиц того или иного размера, горная порода именуется по их размеру.

Валуны и булыжник представляют собой крупные, в различной степени окатанные обломки изверженных, осадочных и метаморфических горных пород - гранитов, известняков, песчаников и др.

Наибольшее количество крупнообломочного материала накапливается у подножия гор. Здесь мощность таких отложений может достигать 10 м и более.

Образование валунов связано с геологической деятельностью ледников. Они повсеместно встречаются в Карелии, Прибалтике, Ленинградской области и в других районах северо-западной части СССР, куда занесены ледниками, надвигавшимися с севера. Валуны и булыжник применяют для изготовления щебня, мощения дорог и кладки фундаментов. Среди валунов и булыжников могут встречаться разности, сложенные сильно разрушенными породами, поэтому их необходимо подвергать тщательному осмотру и сортировке.

Галька и гравий представляют собой окатанные обломки горных пород средней крупности. В природе они часто встречаются в смеси с песчаными, пылеватыми и глинистыми частицами, а иногда с валунами.

По преобладанию тех или иных пород или минералов различают гравий кремнистый, кварцевый, гранитный, известняковый, опоковый и т.д.

Галька и гравий образовались в результате геологической деятельности ледников, морей, рек и временных водных потоков.

Ледниковый гравий и гравий временных водных потоков характеризуются слабой окатанностью и повышенным содержанием пылеватых и глинистых частиц. Гравий морской и речной, наоборот, отличаются большой окатанностью, особенно морской, и весьма малым содержанием пылеватых и глинистых частиц.

На территории СССР галька и гравий распространены по берегам рек и морей, по всей средней и северной частям страны, когда-то занятым ледником, а также в предгорных и горных районах.

Гальку и гравий широко применяют в дорожном строительстве для устройства гравийных покрытий или оснований под усовершенствованные покрытия.

Песок является рыхлой, несвязной породой и представляет собой скопление мелких обломков различных минералов, преимущественно кварца, полевых шпатов, слюды и пр. Среди песчаных частиц могут содержаться в том или ином количестве более крупные гравийные зерна и более мелкие пылевато-глинистые частицы.

По минеральному составу различают пески кварцевые, когда почти все песчаные частицы состоят из кварца, слюдистые, когда кроме кварца содержится заметное количество слюды, полевошпатовые, когда зерна песка состоят из кварца и полевых шпатов, и др. Учитывая физические свойства и минеральный состав частиц, песчаными называют частицы размером 2-0,05 мм (см. табл. 2).

По строительным стандартам, учитывая, что отделить от песка гравийные частицы размером более 5 мм значительно легче и с меньшими затратами энергии, чем частицы более 2 мм, песком называют рыхлые породы, содержащие частицы менее 5 мм. При этом учитывают и то, что включение в состав песка мелких гравийных частиц размером 2-5 мм улучшает качество песка как строительного материала, а удаление из массы гравия или щебня частиц размером 2-б мм улучшает строительные свойства этих материалов.

Сцементированные обломочные горные породы . Рыхлые обломочные горные породы в природных условиях могут подвергаться уплотнению, а затем и цементации каким-либо естественным веществом. Наибольшее значение из них имеют конгломераты, брекчии и песчаники. Естественным цементом могут быть глинистые частицы, углекислая известь, окись кремния, гидроокись железа и т.д. По составу цементирующего вещества эти породы называют глинистыми, известковыми, кремнистыми, железистыми и др. (например, железистый песчаник, известковый конгломерат и т.д.). Изредка встречаются также породы, в которых природным цементом служит битум (вязкое органическое вещество, состоящее из смеси углеводородных соединений); такие породы носят название битуминозных.

Конгломерат представляет собой гравий или гальку, сцементированный тем или иным природным цементом. Чаще всего таким цементом служит углекислая известь, но могут также встречаться конгломераты с глинистым, железистым, кремнистым и другими цементами.

Образование конгломератов связано с движением воды, богатой солями, в пустотах обломочной породы и отложением солей на поверхности обломков и между ними. Дальнейшее физико-химическое изменение этих веществ приводит к цементации породы, прочность которой зависит от качества природного цемента, его количества и характера распределения в массе породы. Наибольшую прочность имеют кремнистые конгломераты.

В местах залегания конгломераты обычно весьма неоднородны и часто связаны постепенными переходами с рыхлым гравием или галькой. Встречаются конгломераты сравнительно редко, в виде ясно выраженного слоя или гнездообразных скоплений в гравийных месторождениях. Конгломераты известны в Крыму, Средней Азии, на Урале и в других местах. После дробления породы они используются в дорожном строительстве в качестве щебня.

Когда каким-либо природным веществом сцементированы неокатанные обломки (естественный щебень), такую породу называют брекчией. Брекчии встречаются у подножий крутых горных склонов, где накапливаются продукты разрушения горных пород. Большинство брекчей сцементировано глинистым или известковым веществом.

Песчаники образовались в результате цементации каким-либо природным веществом песков различного минерального состава.

Песчаники разделяются: по крупности песчаных зерен - на крупно-, средне- и мелкозернистые; по характеру природного цемента - на глинистые, известковые, кремнистые, железистые, битуминозные и др.; по минеральному составу - на кварцевые, слюдистые и аркозовые.

Кремнистые песчаники, сцементированные кремнеземом, в которых зерна кварца нельзя отличить от цемента даже при рассмотрении в лупу, называют кварцитами. Они характеризуются пределом прочности при сжатии 100 МПа и выше и отличаются большой морозостойкостью. Их широко применяют для изготовления штучных камней (брусчатки, шашки для мощения, бордюрных и облицовочных камней), реже - для щебня.

Известковые песчаники могут иметь различную прочность и морозостойкость, что связано с количеством цемента, характером распределения его в массе породы и пористостью породы. Некоторые из них отличаются высокой прочностью и значительной морозостойкостью, другие же, наоборот, имеют небольшую прочность (20-40 МПа) и часто неморозостойки.

Глинистые и железистые песчаники чаще бывают малопрочными и неморозостойкими. Только в некоторых случаях прочность их достигает 40-50 МПа. Лучшие разновидности этих песчаников могут быть использованы лишь для изготовления бутового камня для кладки фундаментов и нижних слоев дорожных покрытий.

Органогенные породы. К ним относятся породы, в образовании которых приняли участие животные или растительные организмы. Большинство населяющих моря и океаны организмов как крупных, так и микроскопических, имеют скелет. Материалом для него служат растворенные в морской воде углекислый кальций и окись кремния. После отмирания организмов скелетные образования падают на морское дно, где образуют осадки. Известковая и кремнеземистая масса претерпевают там сложные изменения (перекристаллизацию, уплотнение, химическое взаимодействие и т.п.), постепенно превращаясь


29-04-2015, 00:30