Дәріс оқушы : ассистент-профессор, PhD доктор Мустапаева Сезим Нурахметовна ГУК

e-mail sezim_mus@mail.ru


Геологияқ түсіру, пайдалы қазба кенорындарын барлау және іздеу кафедрасы
 

ГЕОЛОГИЯЛЫҚ ПӘНДЕР

Жер қыртысының құрылысы, заттық құрамы: минералдар мен таужыныстар.
М И Н

И С Т Е Р С Т В О О Б Р А З О В А Н И Я И Н А У К И Р Е С П У Б Л И К И К А З А Х С Т А Н
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.И. САТПАЕВА

тұралы ең маңызды ғылым. Ол Жер құрамын, құрылымын, даму тарихын

және оның қойнауында және бетінде өтетін процестерді зерделейді.

Замануи геология математика, физика, химия, биология, географияның ең жаңа жетілімдер мен әдістеріне сүйенеді.

Литосфераның заттық құрамын кешенді геологиялық ғылымдар айналысады, олар геохимиялық циклына бірігеді.

В О О Б Р А З О

В А Н И Я И Н А У К И Р Е С П У Б Л И К И К А З А Х С Т А Н
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.И. САТПАЕВА

1кесте Геологиялық саладағы пәндер

сипаттаймын), немесе петрология - наука, изучающая магмалық және метаморфтық таужыныстардың

құрамын, құрылымын, жаралу жағдайларын, әртүрлі себепкерлердің әсерінен өзгеру дәрежесін және жер қыртысында таралу заңдылығын зерттейді.
Литология (грек. "литос" - тас) – шөгінді таужыныстарды зерттейтін ғылым.
Минералогия – таужыныстар құраушы табиғи химиялық қосылыстар немесе жеке химиялық элементтер минералдарды зерттейтін ғылым.
Кристаллография және кристаллохимия кристалдарды және минералдардың кристалдық жай-күйін зерделейді.

Геохимия – литосфераның заттық құрамын зерттеулерді қорытындылайды және химиялық элементтердің тарихын, Жер қойнауында және бетінде таралу және жылжуын зерделейді. Изотоптық геохимия Жер дамуының тарихын жаңғыртады.

– жер қыртысы мен литосфераның құрылымын және олардың уақыт пен

кеңістіктегі эволюциясын зерделейді.
Құрылымдық геология таужыныстардың жатыс пішіндерімен айналысады.
Тектонофизика таужыныстар деформациясының физикалық негізін зерделейді.
Тарихи геология жер қыртысы мен Жердің геологиялық даму тарихын зерделеумен айналысады.
Стратиграфия (грек. "стратум" - қабат), таужыныстардың қабаттар қалыптасуын және оларды әртүрлі бөлімдерге жіктеумен айналысады.
Палеогеография (грек. "паляйос" - көне), Жер бетіндегі өткен шақтағы физикалық-географиялық ақпараттарды жинайды.
Палеотектоника жер қыртысының көне құрылымдық элементтерді қайта жаңғыртумен айналысады.
Палеонтология органикалық қалдықтар қазбалары арқылы таужыныстар қабаттарының жастарын салыстырмалы анықтаумен айналысады.
Аймақтық геология аймақтарды қашықтық әдістер (тікұшақ, ұшақ, жасанды Жер серіктестер) арқылы олардың құрылымдар мен эволюциясын зерттейді.
Сейсмология (грек. "сейсмос" - шайқалу) – жер сілкіністер мен вулканология тұралы ғылым, замануи вулкандық процестермен айналысады.

жаңғыш – мұнай, газ және жаңғыш тақтатастар) болжау жасайды.
Гидрогеология

(грек. «гидер» – су) жер асты, жер беті суларының жаралымдарын, құрамын және ағу заңдылығын зерделейді.
Инженерлік геология – жер қыртысындағы адамдардың өмір сүру және әрекет ету ортасын зерделейді. Инженерлік ғимараттар құрылыстарының геологиялық жағдайларын зерттейді.
Ғарыш кеңістігін игеруімен байланысты ғарыштық геология немесе ғаламшарлар геологиясы пайда болды.
Әлемде мұнайдың 1/3 бөлігін теңіздер мен мұхиттар түбінен өндірілетін болғанымен байланысты теңіздік геология қалыптасты.
Халықшаруашылықтың шешетін мақсаттарымен байланысты келесі геологиялық мәселер қойылады: 1) өнеркәсіп және ауыл шаруашылығының негізі болатын әртүрлі пайдалы қазбалардың жаңа кенорындарын іздеу және ашу; 2) жер асты суларының қорын және жер суғару мәселерін зерделеу және анықтау; 3) ірі ғимараттарды салу жобаларын инженерлік-геологиялық дәлелдеу; 4) Жер қойнауын қорғау және үнемді қолдану.

ондағы нысандарымен бірге, олар: ғарыш тозаны, газ, жұлдыздар, ғаламшарлар, астероидтар,

метеориттер. Жерден біз Ғаламның тек аздаған бөлшегін көреміз – Метагалактиканы, ол галактикалардан тұрады.
Галактика жұлдызды жүйе, ол жұлдыздар, газды және тозанды тұмандардан және жұлдызды шашыранқы заттардан тұрады.
Күн жүйесі Құс жолы Галактикасында жайғасқан. Ол жұлдыз Күн, 8 ғаламшарлар серіктестерімен бірге, ғаламшарларды екі топқа бөлетін астероидтар белдемінен тұрады. Жерлік ғаламшарлар және немесе ішкі топтағы - Меркурий, Шолпан, Жер, Марс және сыртқы топтағы - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Ішкі топтың ғаламшарларының өлшемі кіші және тығыздығы жоғары болады, сыртқы топтың ғаламшарларының өлшемі үлкен және тығыздығы төмен болады.
Күн – оттай жанған плазмалық зор шар, онда термоядерліқ реакциялар өтеді. Ғаламшарлар өздерінің осі бойынша орбиталары бойымен айналады және Күнді айналып тұрады. Бірінші топтың ғаламшарлары Күнге жақын орналасқан, тығыздықтары жоғары 4 5,7 г/см3 дейін, екінші топтағы ғаламшарлардың өлшемі жоғары, тығыздығы төмен 0,6 - 2,1 г/см3.

серігі 67
Сатурн серігі 62
Уран серігі 27
Нептун серігі 13

ғаламшарлар. 2000- ға таяу астероидтар, жалпы саны 100 мың, жалпы

массасы 0,001 Жердің массасынан. Арасындағы үлкені: Церера (диаметрі 767 км), Юнона (190 км) және т.б. Астероидтар құрамы темірлі-тасты және кесекте пішінді.
Кометалар – ғарыш денелер ұзартылған пішінді, құрамы гигант-планеталардың құрамындай. Кометы – ыстық денелер емес. 1000 жұық кометалар табылған.

Метеориттер – ғарыш жаратылымдағы минераладық агрегаттар, Әлемдік кеңістіктен Жер атмосферасына ұшып келеді. Ұсақ метеорлар атмосферада жанады, Жердің бетіне ірілері жетеді, ұрылғанда кратер пішінді мұржа жаралады. Ең ірі кратер Метеор (Аризона штаты, США) диаметры 1,6 км және тереңдігі 150 м. Метеорлар, Ф.Стейси зерттеулері 700 көп. Метеориттер құрамы темірлі (сидериттер), тасты (эвкриттер) және темірлі-тасты (хондриттер). Сидериттер 95% темірлі және никель мен кобальт қоспаларымен; құрамы бойынша Жер ядросына ұқсас. Эвкриттер никельды темір және құрамы бойынша кейбір жер қыртысының таужыныстарына ұқсас. Хондриттер, ең көп тараған (93 %), құрамы Жердің құрамына жақын.

таужыныстар кесектерінен (мысалы, темірлі) тұратын зор қарша боп көрінеді. Ол

кометаның ядросы боп келеді. Мұз - әртүрлі мұздалған газдар (метан, аммиак, көмір қышқылы) және су. Күнге жақындағанда кометада жарқыраған құйрық пайда болады.

(5%).
Тасты метеорит,
негізі құрамында
– Si, O, азырақ
Mg, Fe,

Ni, C және
аминоқышқылдар

Темір метеорит
91% Fe, 8,5% Ni
және химэлемен-
терден тұрады.

Теміртасты
метеорит

млрд. жыл бұрын пайда болған. Ғалам Күннен жасы 2 есе

үлкен. Басты гипотеза бойынша Ғалам – заттың гиганттық қопарылысынан және сутек (H) пен гелийдің (He) бұлтты жинақтануынан жаралған. Жинақтардың әрі қарай қысылуы «бұлттар» ішінде миллиондаған градустарға температура көтерілуіне, және жұлдыздар жаралуына әкелді. 18 млрд. жыл бойынша ыдырау және жұлдыздар жаралуы жүрді.
4,6 млрд. жыл бұрын Құс Жолы аталатын галактикада Жер планетасы жаралды.
Кант гипотезасы бойынша Ғалам бастапқы бөлшектері қатты және қозғалмайтын хаостан жаралды дейді. Әлемдік тарту күші негізінде хаос қозғалды және ұсақ бөлшектер аспанның денелеріне қосылды: Күн, планеталар және серіктестері. Күн жүйесі – ыссы және жай суыйтын масса
Лаплас гипотезасы (1795 ж.): Күн жүйесі зор қатты емес бөлшектерден және ыссы ғарыш газынан тұратын туманнан жаралды. Туман қозғалмалы болды. Қысым жылдамдық ұлғаюына және сақиналар бөлінуіне әкелді, олардан планеталар қоюлықтар пайда болды.

Джинс гипотезасы – Күннің маңынан басқа жұлдыз өткенде, Күннен магманың сигара тәрізді ұзын ағыны жұлынып әкетілген. Ол планеталар жаралуының материалы болды.

6356 м, экваторлық радиус – 6378 км. Материктердің биіктігі 875

м, мұхиттың орташа тереңдігі –3800 м. Мұхит түбінің құрылысында шельф, континенттік беткей, Әлемдік мұхит жатыны, терең сулы ойыстар және орта-мұхит-жоталарымен күрделенген.

Геосфераның сыртқы белдемдері. Жер атмосферамен қоршалған.
Атмосфера (грек. atmos бу және spharia шар) Жердің ауа қабығы, онымен бірге айналатын. Атмосфера газдар қоспасы, азот (78,08 %), оттек (20,95 %), көмір қышқылды газ (0,03 %), аргон (0,93 %), аз мөлшердегі гелий, неон, ксенон, криптон (0,01 %), озон және басқа газдар, бірақ олардың құрамы аз. Замануи құрам жүздеген миллондар жылдар бұрын құралған, бірақ СО2 құрамы ұлғайып жатыр. Атмосфера оттегі адам, жануарлар демалуына керек.

АТМОСФЕРА ҚАБАТТАРЫ. Атмосфера қабатты құрылымды. Жер бетінен жоғарыға олар: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.

температурасы 0,6 °С – қа әр 100 м төмендейді. Тропосфераның

жоғарғы шегінде -55 °С, экватор аданында -70 °С, Солтүстік полюста -65 °С. Атмосферы массының 80 % алады, су буы бар, бұран, бұлттар және жаңбыр, тік (конвекция) және көлбеу (жел) ауа қозғалысы болып тұрады. Ауа райы тропосферада қалыптасады десе болады.

Стратосфера тропосферның үстіндегі атмосфера қабаты, биіктігі 8 ден 50 км - дейін, аспан түсі күлгін, ауа зарядталмаған күн сәулелері шашырап отпейді. Атмосфера массының 20 %. Су буы жоқ және бұлтар мен жауын-шашын жаралмайды, ауа ағындары болып тұрады, жылдамдығы 300 км/с. Қабатт озон (озон тосқауылы, озоносфера), ол Жерге ультракүлгін сәулелерді өткізбейді, ол біздің планетаның тірі организмдердін өмірін қорғайды. Озонға байланысты стратосфераның жоғарғы шегінде ауа температурасы -50 ден -55 °С дейін.

Мезосфера - 60 км биіктікте орналасқан атмосфера қабаты. Ауа тығыздығы Жер бетінен 200 есе төмен. Аспан түсі қара, күндіз жұлдыздар көрінеді. Ауа температурасы -75 (-90)°С.

де 1500 °С.
Ионосфера, биіктігі 50 ден 1000 км дейін,

иондалған оттек атомдарынан, азот оксидінің молекуласынан және бос электрондардан тұрады. Ионосферада полярлық зарядталмаған газдардың жарқыраулары болып тұрады, электрлі зарядталған Күннен ұшқан бөлшектердің әсер етуінен магниттік алаңнын тербелісі байқалады.

Экзосфера атмосфераның сыртқы қабаты, ол 1000 км жоғарылығында жайғасқан. Бұл қабатты шашырау сферасы деп атайды, ол газ бөлшектердің үлкен жылдамдықпен қозғалуымен және ғарыш кеңістігіне енуіне байланысты болады.

Гидросфера – Жердің су қабығы, оған жер беті және жер асты сулары, мұздықтар кіреді.
Биосфера – органикалық өмір сферасы. Жоғарғы шекарасы озон тосқауымен шектелген, ал төменгі шекарасы В.И. Вернадский бойынша ыстық булар мен температура 1000С төмендемйтін облыста, геоид деңгейнен 3–4 км жоғары болмау керек, бұл жағдай қарапайым организмдерге ыңғайлы .
Ішкі геосфералар. Жердің ішкі құрылысын зерттеуде сейсмикалық әдістер негізгі роль ойнайды. Ішкі геосфераларға жататындар: литосфера, мантия, ядро.

әдістерге бөлінеді.
Тікелей – таужыныстарды және құрылымдарды жасанды және табиғи ашылымдарда

зерделеу әдістері жатады. Ең терен ұңғыма Қола түбегінде бұрғыланған тереңдігі -12 261 м. Тереңдік белдемдер тұралы ксенолиттерді зерделеу береді. Олар магмалық балқымамен жер бетіне шыққан таужыныстар сынықтары.


Негізді ақпаратты геофизикалық әдістер береді:
• сейсмикалық, серпінді тербелістер тіркеуге сүйенеді;
• гравиметрлік, ауырлық күш алаңын зерделейді;
• магнитметрлік — Жердің магниттік алаңын зерделейді;
• геотермалық - жершарының жылу алаңын зерделейді;
• электрметрлік әдістер – жер қойнауының электрөткізгіштігін зерделейді.

Жанама әдістер космологиялық және геофизикалық мәліметтерге сүйенеді.

ж. Ашылған. Жер қыртысы мен мантияның шекарасы. Терендігі 10 км

ден 75 км дейін.
Гутенберг (Вихерттің) шекарасы. 1914 ж. ашылған, ядро мен мантияны бөледі. Тереңдігі 2900 км.
2. Қосымшалар
670 км шекарасы мантияны жоғарғы (33-670 км) және төменгі (670-2900 км) мантияларға бөледі.
410 км шекарасы, жоғарғы мантияны екі қабатқа бөледі. Жоғарғы мантия салыстырмалы қатан болады.
5150 км шекарасы ядроны сыртқы сүйыққа (2900-5150 км) және ішкі қаттыға (5150-6371 км) бөледі.

көрінетін басты облысы (тереңдігі 410 км дейін).
ТС жер қыртысына және

жоғарғы мантияға бөлінеді.
Физикалықта (реологиялықта) - ТС литосфера мен астеносфераға бөлінеді. Реологиялық қасиеттерінің көрсеткіші тұтқырлық.

Жер қыртысы

Жер қыртысы – Мохо шекарасымен шектелген қатты Жердің жоғарғы қабығы. Континенталдық тау құрылыстардың (Анд, Гималаи, Тибет) астында қалындығы 0 - дан (Ортанғы мұхит жотасының телімі) 75 км дейін.
Жер қыртысының екі басты типтері – континенталдық және мұхиттік.
Олар құрылысы, құрамы, жаратылуы мен жасы бойынша өзгешеленеді.
Қыртыстардың аралық типтері кездеседі.

шеті және мұхиттік бассейндердің бөлек телімдері (микроконтиненттер). Жер бетінің 41

% алады. Орташа қалындығы 35-40 км, олар континенттер шетінде кішірейеді және таулы аймақтарда ұлғаяды 70-75 км дейін.
КҚ құрамында 3 қабат бөлінеді (Хаин, Ломидзе, 2005):
1. Шөгінді қабат (жабын). Ойыстарда қалындығы 10-20 км – дейін. Шөгінді континенталдық немесе саяз теңіздік жаралымды, кейде негізді магмалық (трапп алаңдары) жамылғы мен силлдер кездеседі. Таужыныстар жасы 1,7 млрд. жыл.
2. Қыртыстың консолидарлық қабаты. Қалқандарда және қатпарлы құрылыстарда ашылады. Қола ұнғымасымен 12 км дейін және шахталармен 3,8 км (Индия, Оңтүстік Африка) ашылған. Таужыныстар – кристалдық тақтатастар, гнейстер, амфиболиттер, граниттер (гранит-гнейстік қабат, граниттік-метаморфтық). Қалындығы 15-30 км.
3. Қыртыстың консолидарлық қабатының төменгі бөлігі. Өте метаморфталған және негізді таужыныстар (гранулит-базиттік қабат).

алады. Қалындығы 5-6 км, континенттердің астында өседі. Таужыныстар жасы 170

млн. жыл. МҚ құрамында 3 қабат бар (Хаин, Ломизе, 2005):
1. Бірінші, шөгінді қабат. Қалындығы 1 км мұхиттардың орталық бөлігінде, 0 км – дейі Орталық мұхит жоталары (ОМЖ) остік бөлігінде, 15 км – дейін мұхиттар шетінде континенталдық табанына дейін. Таужыныстар – сазды, кремнийлі, карбонатты терең сулы (пелагиалдық) шөгінділер. Континенттер маңында сынықты материалдар пайда болады.
2. Екінші, базальттік пелагиалдық жұқа қоспаларымен. Базальттар жастықты бөлінімдер (пиллоу-лавалар). Шомбал базальттардың жабындары кездеседі. Төменгі жағында долериттердің параллель дайкалары дамыған. Қалындығы 1,5-2,0 км.

ұғымдар.
Литосфера – пассивтік, мортты, қатан қыртыс, жер қыртысы мен жоғарғы

мантиядан тұрады, иілімді астеносфера үстінде. Қалындығы 100 -ден 400 км дейін. Литосфера тақталарға «жарылған», астеносфераның бетінде «қалқып жүзеді» (литосфералық тақталар тектоникасы).
Астеносфера – белсенді, ағуға қабілетті, иілімді әлсіз (флюидалданған) қабат, қатты және мортты литосфераның түбінде. Флюид (балқыма) құрамы n*1%.

Мохоровичич жазықтығы және жоғарғы мантия

М шекарасы – қыртыс және мантия шекарасы сейсмикалық бойлық толқындардың кенет өзгеруімен анық білдіріледі 7,5-7,7 ден 7,9-8,2 км/с.

Жоғарғы мантия күрделі құралған және тереңдігі 660-670 км. Төмен бөлігінде өтпелі қабат 10 – нан 670 км – дейін - «Голицын қабаты».

2900 км – дейін (ядро шекарасы). Dʼʼ (дубль-прим) – төменгі

қабаты. Қалындығы 200-300 км. Мантиямен ядро арасында зат алмасу өтеді.
Dʼʼ қабатында:
- океандық литосфераның суық тақташалардың сүңгу базалық деңгейі;
мантиялық заттардың тереңдік ысссы ағындары («плюмдары» қөтерілетін белдем.
Сыртқы ядро (2900 - 5150 км - дейін) балқыма түрінде болады (көлденең сейсмикалық толқындар өшеді). Оның заттарды қарқынды конвективтік араласады, ол Жердің осьтік айналыммен үлескенде магниттік алаң тұғызады. Құрамында Fe және Ni жеңіл элементтер (Si, O, S, C, H) қоспаларымен кездеседі.
Ішкі ядро (-5150 км 6371 - дейін) қатты, тығыздығы14,3 г/см3. Мүмкін Fe мен Ni тұрады. Оның негізгі ерекшеліктері – ол анизотроптық және айналым жылдамдығы сыртқы ядроның және жершарының айналымдарынан ерекшелінеді.

Изостазия – жер қыртысы мен мантия массаларының теңістелуі.

Көлденеңінде n*100 км құрайтын алаңдарға тән.
Планетарлық бетің М бедері үлкейтілген тік жер беті бедер пішінінің айна-қатесіз суреті.

қыртыс табаның айна-қатесіз суреті
1 – беттік бедер; 2-3 – жер

қыртысының табан бедері (М):
2 – Эри моделі бойынша алдын-ала болжау
3 – сейсмикалық әдіспен анықталған.

«Су бетінен мұздық төбесі неғұрлым жоғары болса, оның төмен бөлігі терең болады».

М – Мохо шекарасы.
1 – жоғарғы қыртыс; 2 – жоғарғы

қыртыстың таужыныстары (Vp 6,5-7 км/с); 3 – төменгі қыртыстың таужыныстары (Vp 7-7,5 км/с);
4 – литосфера; 5 – литосфераның ішіндегі өабаттары (төмен Vp); 6 – астеносфера; 7 – мезосфера (ортанғы мантия).

құрайтын таужыныстардың тығыздығы төмен болады. Шөгінді таужыныстардың тығыздығы 2,4–2,5 г/см3

, граниттарда жіне көптеген метаморфтық таужыныстарды – 2,7–2,8 г/см3, негізгі магмалық таужыныстарда – 2,9–3,0 г/см 3. Жер қыртысының орташа тығыздығы 2,8 г/см3.
Жоғарғы мантияның Мохо шекрасының шегінде, таужыныстар тығыздығы 3,3–3,4 г/см3, төменгі мантияның (2900 км тереңдікте) – 5,5–5,7 г/см 3, Гутенберг шекарасынан төмен (сыртқы ядроның шекарасы) – 9,7–10,0 г/см 3, ары қарай көтеріліді 11,0–11,5 г/см 3, ішкі ядрода 12,5–13,0 г/см3 болады.
Ауырлық күшінің үдеуі тығыз затпен байланысты, ал төмендеуі заттың тығыздығы төмен болса болады. Жер бетінде ол 982 см/с2, сыртқы ядро шегінде 1037 см/с2, терңдікте кішірейеді Жер ядросында 452 см/с2, F аралық қабатта - 126 см/с2 ал 6000 км тереңдікте және орталығында 0.
Магнетизм. Жер зор магнитке ұқсап ауырлық алаңмен қоршаланған. Жердің қалыпты магниттік алаңын Жер айналғанда және сыртқы сүйық ядродағы турбуленттік конвекциямен байланыстырады.

торий, калий, рубидий радиоактивтік элементтер ыдырауымен байланысты.
Жердің ішкі температурасы.

Орташа геотермикалық градиент 30oС 1 км - ге. В. Н. Жарковатың зерттеулеріне байланысты Жер бетіне жақын 20oС 1 км – ге болады. Жоғарғы мантияда температура 1600oС. Жер ядросында 4000–5000o С.

Әдебиеттер
 
Короновский Н.В., Основы геологии. Учебное издание. /Н.В. Короновский, А.Ф. Якушова/ - М.: Высшая школа,1991.
Войткевич Г.В. Основы теории происхождения Земли. /Г.В Войткевич./ М., 1988.
Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. /В.Н Жарков/ М., 1978.