Геологія — наука про Землю. Її виникнення і розвиток

Починаючи з глибокої давнини люди стали вивчати будову Землі, склад і властивості складають її порід і процеси, безперервно змінюють земну поверхню. До кінця XVIII в. накопичився такий значний запас відомостей про Землю, що змогла оформитися самостійна наука, що отримала назву «геологія» (землеволодіння), а в XIX в. — «геологія» (наука про Землю).

Інтенсивний розвиток геології призвів до накопичення великої кількості фактичних матеріалів, в результаті чого окремі розділи геологічної науки стали відокремлюватися в самостійні наукові дисципліни. Виникли мінералогія (наука про склад, походження і властивості природних сполук — мінералів, що складають земну кору), петрографія (наука про агрегати мінералів -горних породах, їх склад, будову, походження і умовах залягання), динамічна геологія, що вивчає процеси, які змінюють вигляд Землі , стратиграфія (вчення про шарах земної кори), тектоніка, що вивчає будову земної кори в історичній послідовності, історична геологія, що досліджує історію земної кори від початку її розвитку до теперішнього часу, гідрогеологія (наука про підземні води), інженерна геологія, і інші науки.

Геологія

Геологія

Початок використання даних геологічних спостережень і досліджень при будівництві інженерних споруд відноситься до XVIII ст. На думку Н. Н. Маслова, першою роботою в цій області слід вважати «Меморіальну записку про заводському виробництві», складену Григорієм Махотіна. У цій «Записці» містяться цінні вказівки по обгрунтуванню зведення гребель і заводських споруд.

На необхідність проведення геологічних спостережень і досліджень для будівництва вказував ще М. В. Ломоносов, який у своїй роботі «Про шарах земних» писав: «… будівельник слухає твердості землі в ровах для підстав».

Цікаво відзначити, що спочатку геологічні дослідження для будівництва вели самі будівельники. Російський інженер шляхів сполучення М. С. Волков в роботах «Записка про дослідження грунтів землі, виробленому в будівельному мистецтві» (1835) та «Про основанія кам’яних будівель» (1840) привів у систему геологічні дослідження для будівництва і склав продуману класифікацію ґрунтів як основ споруд.

Англійський землемір і будівельник доріг і каналів В. Сміт (1769-1839) не тільки виробляв спостереження для безпосереднього використання при будівництві, але, узагальнюючи отримані дані, відкрив можливість зіставлення осадових порід за укладеними в них скам’янілим залишкам тварин і рослин. Так було покладено початок палеонтологічному методу у вивченні послідовності нашарувань осадових товщ.

Вивчаючи гірські породи як грунти підстав будівель і споруд, інженери-будівельники в першу чергу прагнули визначити величину опору грунтів переданим на них па-вивантаження. Надзвичайно плідними були дослідження російських інженерів Г. Б. Паукера і В. І. Курдюмова, що поклали початок теорії міцності і стійкості ґрунтів як основ споруд. Надалі ці праці стали тією основою, на якій виникла нова наука — механіка грунтів.

Як дисципліна фізико-математичного циклу механіка грунтів встановлює математично виражені закономірності взаємодії між спорудами та грунтами підстав тільки в тій мірі, в якій процеси, що відбуваються при цьому в грунтах, є механічними. Насправді, в гірських породах виникають крім механічних ще й хімічні, електрофізичні і навіть в окремих випадках біологічні процеси.

Інженерна геологія

Завдання інженерної геології ширше — вона покликана виявити всі умови, в яких відбувається взаємодія споруджуваних і вибудуваних споруд з навколишнім їх природним середовищем на всьому просторі, охопленому цією взаємодією. Так, наприклад, споруда навіть невеликий греблі може викликати підйом рівня ґрунтових вод на великому просторі і, отже, викликати зміни в умовах існування будівель і споруд, у яких фундаменти і підвальні поверхи спочатку знаходилися вище рівня грунтових вод.

Сучасна інженерна геологія як наука ставить перед собою три основні завдання:

  1. вивчення складу, будови, стану, властивостей і умов поширення гірських порід (грунтів), визначають їх поведінку при взаємодії з інженерними спорудами;
  2. вивчення геологічних процесів, як природних, так і виникають у зв’язку із зведенням і експлуатацією будівель, споруд і пристроїв, з метою встановлення характеру цих процесів, їх впливу на існування будівель і споруд, а також розробка рекомендацій щодо регулювання цього впливу та охороні навколишнього середовища;
  3. встановлення закономірностей просторового поширення інженерно-геологічних умов.

Оскільки в будівельній практиці гірські породи прийнято називати грунтами, початковий розділ інженерної геології, дозволяючий першу з перерахованих завдань, отримав назву грунтознавства. Розділ, який розбирає і дозволяючий друге завдання, називається динамічною інженерною геологією або інженерної геодинамікою. Третій розділ називається регіональної інжинерною геологією.

На основі численних інженерно-геологічних досліджень російських і радянських інженерів і геологів Ф. П. Саварен-ський в 30-х роках XX ст. створив перший капітальна праця в цій області, названий їм «Інженерна геологія». Надалі інженерна геологія отримала розвиток в працях радянських вчених Н. В. Коломенського, І. В. Попова, В. А. Приклонских, Є. М. Сергєєва та ін.

Інженерна геологія найтіснішим чином пов’язана з вченням про підземних водах — гідрогеологіей. Розвиток гідрогеології почалося дещо раніше інженерної геології і йде паралельно з нею. Розвитку гідрогеології сприяли В. С. Ільїн, Г. Н. Каменський, О. К. Ланге, А. Ф. Лебедєв, А. Н. Семнхатов та ін.

У сучасних умовах інженери-будівельники, як правило, самі не ведуть інженерно-геологічних досліджень — для цього існують спеціалізовані інженерно-геологічні організації; однак при проектуванні і здійсненні будівництва вони повинні знати, розуміти і враховувати інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови будівельного майданчика. Вони повинні вміти правильно і вчасно поставити перед геологом завдання інженерно-геологічних досліджень; інженери-будівельники повинні вміти приймати правильне рішення про проведення інженерно-будівельних заходів, необхідних в даних конкретних умовах будівельного майданчика.

Склад Землі і земної кори

У 1889 р американський вчений Кларк вперше визначив середній хімічний склад земної кори на підставі хімічних аналізів всіх відомих в його час гірських порід (6000 аналізів). З тих пір багато вчених займалися уточненнями середніх даних хімічного складу земної кори. Аналіз порід показує, що земна кора майже на 50% складається з атомів кисню, а перші три елементи (О, Sі і Аl) складають більше 80% її маси. Деяку роль відіграють залізо, кальцій, натрій, калій, магній і титан.

У чистому вигляді хімічні елементи зустрічаються в земній корі вкрай рідко, зазвичай вони утворюють хімічні сполуки більш-менш постійного складу. Ці однорідні за складом і будовою природні хімічні (переважно неорганічні) з’єднання, що виникають в результаті різноманітних процесів, що відбуваються всередині земної кори і на її поверхні, називають мінералами. Різні мінеральні асоціації, об’єднані походженням (генезисом), створюють гірські породи, що складають земну кору.

Геологічні процеси, та їх роль у розвитку земної кори

Процеси, що викликають зміни в складі і будові земної кори, а також утворення і руйнування гірських порід, називають геологічними процесами. Їх вивчає динамічна геологія.

За часом геологічні процеси можуть відбуватися в різні терміни: одні завершуються швидко, наприклад виверження вулканів, землетруси, гірські обвали і т.п. (як правило, такі процеси відбуваються епізодично, нерегулярно), інші здійснюються постійно, безперервно, але зате надзвичайно повільно — десятки і сотні тисячоліть і більше. Наприклад, водоспад розмиває гірську породу, яку падає вода, але темпи цього розмивання дуже повільні. Такий потужний водоспад, як Ніагара, розвиває механічну силу в 147-108 Вт, а розмиває свій поріг зі швидкістю 30 мм на рік. Накопичення лесса в Північному Китаї відбувається зі швидкістю ~ 1 мм на рік.

Література: Пешковський Л. М., Перескокова Т. М. “Инженерная геология: Учебное пособие для студентов вузов. Высш. школа, 1982.”