Геология - это широкий комплекс наук, которые занимаются поисками полезных ископаемых и исследованием строения земной коры (ее состав, строение и особенности). По сравнению с другими науками, исследование недр земли является сравнительно молодым направлением, впервые о необходимости изучения ископаемых в научных кругах заговорили в восемнадцатом веке, однако первые упоминания о ней были еще в Древней Греции во времена Аристотеля. Исследование недр земли и ее поверхности включает в себя целый комплекс наук, которые вовсе не ограничены изучением земной коры (геофизика, минералогия, тектоника, экологическая геология, геофизика, геодезия и так далее), а также, является родственной таким наукам, как физике, химии, географии, биологии, экологии. В настоящее время обширные месторождения активно изучаются, и мы узнаем новые и удивительные свойства нашей планеты. Как наука о Земле, геология затрагивает вопросы о становлении жизни на планете, поэтому данная наука имеет для нас важное значение [4]. геология земля наука

Изучение Земли, ее вещественного состава, структуры коры, процессов и историю необходимо для прогнозов дальнейшего существования человеческой цивилизации, так как глобальные биосферные кризисы, сопровождаемые массовыми вымираниями организмов, происходили, по геологическим данным со значительной регулярностью. Это позволяет говорить о цикличности (периодичности) геологических процессов, а значит, принципиальной предсказуемости угрожающих человечеству явлений [4].

Становление и развитие геологии как науки

История геологических знаний тесно связана с практической деятельностью человека и развитием производительных сил общества. Сохранившиеся до наших дней горные выработки говорят о том, что задолго до нашей эры люди стремились разобраться в залегании руд и особенностях их распространения. Стремление к распознанию камней вело к накоплению знаний о рудах. В процессе познания возникали вопросы, связанные с происхождением полезных ископаемых и закономерностями их распространения. Первые попытки получить ответы на поставленные вопросы были сделаны в первом тысячелетии до н.э. [5].

Талантливый древнегреческий философ и ученый Аристотель (384-322 до н.э.) сделал попытку объяснить причины землетрясений, составить первую классификацию минералов и описать некоторые геологические явления. Аристотель считал, что землетрясения чаще происходят там, где есть трещины и пещеры, в которые попадают воздух и вода, вызывающие землетрясение. По его мнению, мир существует вечно и состоит из четырех взаимодействующих стихий: земли, воздуха, воды и огня [5].

Период средневековья мрачной страницей вошел в историю развития естественных наук. На фоне общего застоя науки в этот период выделяются работы ученых Средней Азии Авиценны и Аль-Бируни. Таджикский философ и врач Абу Али Ибн Сина (Авиценна, 980-1037) написал "Книгу исцеления", в которой указывал, что суша раньше была морским дном, а морское дно - сушей, что море неоднократно наступало на сушу, оставляя после себя слои горных пород. Он предложил классификацию минералов, согласно которой все природные образования были поделены на камни, плавкие тела (металлы), горючие, серные вещества и соли. Среднеазиатский ученый-энциклопедист Аль-Бируни (973-1048) написал "Книгу сводок для познания драгоценностей", в которой описал свыше 100 минералов, собранных в Средней Азии, Китае, Индии и других странах [5].

Пришедшая на смену Средневековой культуры эпоха Возрождения (XIV-XVI вв.) ознаменовалась оживлением науки, культуры и искусства. К этому времени относится открытие польского астронома Николая Коперника (1473-1543), доказавшего, что не Земля, а Солнце является центром Солнечной системы. Итальянский ученый Леонардо да Винчи (1452-1519) опроверг библейскую легенду о всемирном потопе, доказав, что раковины морских животных, встречающиеся в горных породах суши, являются следствием длительного развития Земли, в процессе которого происходило перераспределение суши и моря [5].

В России период зарождения геологии связан с развитием горного промысла [5].

Значительным событием периода становления геологии в России был выход в свет работ М.В. Ломоносова "Слово о рождении металлов от трясения Земли" (1757) и "О слоях земных" (1763). Ломоносов рассматривал Землю как нечто изменяющееся и развивающееся во времени и пространстве. Он отмечал, что земная кора подвижна и может подниматься, и опускаться, а горы - подниматься и разрушаться. Причины таких изменений он связывал с "землетрясением", которое он считал проявлением внутреннего огня или внутренней энергии Земли, и с внешними факторами. К внешним факторам М.В. Ломоносов относил текучие воды, разрушительную работу морских волн, мороз, ветер. Геологическое прошлое Земли он рассматривал через призму современных геологических процессов и явлений. Такой подход к изучению геологических процессов прошлого Земли получил впоследствии название принципа актуализма (фр. актуальна - современный, сейчас действующий). В 1755 г. в Москве по инициативе М.В. Ломоносова был открыт университет, в 1773 г. в Санкт-Петербурге было образовано горное училище (ныне Санкт-Петербургский горный университет) [5].

Цель геологии как науки

Научная и практическая цель геологических наук: познание геологического строения и развития Земли в целом; восстановление истории различных геологических процессов, раскрытие закономерностей геологических явлений и разработка теории эволюции планеты; перспективная оценка и прогноз выявления рудных районов, нефтегазоносных и угольных бассейнов, месторождений полезных ископаемых, включая подземные воды; разработка научных методов их поисков и разведки, обоснование комплексного использования природных минеральных ресурсов; участие в решении проблем охраны природной среды и её стабильности; предвидение катастрофических явлений; содействие прогрессу материалистического мировоззрения [1].

Объект и предмет геологии.

Геология - это предмет, изучающий задачи, методы исследования современной геологической науки и их взаимосвязь. Современная геология - область научных знаний о нашей планете, ее внутреннем и внешнем строении, особенностях развития, формировании и распределении полезных ископаемых, область знания о процессах, происходящих на поверхности планеты (континентах) и на океаническом дне. При этом геология изучает как современные процессы, так и процессы, имевшие место в геологическом прошлом - миллионы и миллиарды лет назад. Возраст Земли как планеты равен 4,6 млрд. лет. Геология - наука о строении Земли, процессах, протекающих в воздушной, водной и каменной ее оболочках. Изучение Земли ведется всеми доступными методами с привлечением данных астрономии, астрофизики, физики, химии, биологии и др. наук. Земля или земной шар состоит из нескольких оболочек, взаимодействие которых определяет характер процессов, протекающих на поверхности. Эти оболочки, а именно - атмосфера (состав: О 2 - 21%, N - 71%, Ar - 0,9%, остальные доли процента - углекислый газ, водород, инертные газы), включающая тропосферу (до 17 км), стратосферу (до 40 км), мезосферу, ионосферу; гидросфера; литосфера; биосфера и ноосфера (по В.И. Вернадскому - та часть земного шара, на которую распространяется активное и все усиливающееся воздействие человека). Все геосферы взаимно проникают друг в друга, определяя и обусловливая всемирное динамическое равновесие конкретных процессов [2].

Определение геологии как науки о Земле явно заужено и не раскрывает сути геологии, география, геофизика, геохимия тоже изучают Землю. Ясно одно, у всех наук, начинающихся со слова "гео" - единый объект - Земля, но разные предметы: поверхность, физическое состояние недр, химический состав Земли. Конечно же не просто поверхность, но ее образование, не только физическое состояние, но особенности физических полей, их генезис и изменчивость, не только химический состав, но распределение атомов, изотопов, их миграция, скопление. Практическое значение геологии огромно и разнообразно. Вся наша жизнь основана на использовании продуктов земных недр - нефти, угля, различных металлов, природных солей, строительных материалов, подземных вод. Использование подземных вод в современном мире приобретает все большее значение (в связи с загрязнением поверхности водоемов, обмелением водохранилищ и т.д.) Среди полезных ископаемых различают рудные (металлы) и нерудные (неметаллические). К нерудным относятся каменная и калийная соль, строительные материалы (песок, гравий известняк, гипс, различные облицовочные камни), драгоценные камни, горючие полезные ископаемые (или каустобиолиты). Поисками залежей подземных вод для практического применения в хозяйственно-бытовых и лечебных (бальнеологических) целях занимается гидрогеология [2].

В отдельные научные дисциплины выделились геология рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых. Без знания геологического строения территорий не обходится ни одно строительство промышленных и гражданских зданий, различных транспортных магистралей, трубопроводов и линий электропередач. Этим занимается инженерная геология. Работами, проводимыми в зонах развития многолетней мерзлоты, занимается такая наука, как мерзлотоведение или геокриология. Наряду с практическими задачами геология занимается теоретическими проблемами. В раздел геологии, изучающий вещество земной коры и литосферы, входят: минералогия - наука о минералах; петрография - наука о горных породах; кристаллография - наука о кристаллах; кристаллохимия - наука о химическом составе кристаллов. Породами осадочного происхождения занимается наука литология ("литос" - камень). Все эти науки тесно связаны с геохимией - наукой о химическом составе вещества Земли [2].

Следующий крупный теоретический раздел геологии составляет динамическая геология. Она изучает геологические процессы, действующие как на земной поверхности (экзогенные процессы), так и в глубинах земли - эндогенные процессы. Экзогенные и эндогенные процессы тесно переплетаются друг с другом. Например, горы создаются под влиянием внутренних глубинных сил, вызывающих поднятие земной поверхности, а детали рельефа, том числе и долины, формируются под воздействием ледников, рек и других текучих вод, т.е. под воздействием экзогенных процессов. В состав динамической геологии самостоятельным разделом входит геотектоника, изучающая строение земной коры и ее движение. Геоморфология занимается изучением формирования рельефа (на стыке наук геологии и географии). В комплекс наук, составляющих динамическую геологию, входят также вулканология и сейсмология. Первая изучает процессы вулканических извержений; строение, развитие и причины образования вулканов. Сейсмология - наука о геологических условиях возникновения и развития землетрясений. Третьим крупным разделом геологии является историческая геология - изучает историю развития Земли и ее органического мира. Сюда входят такие геологические дисциплины, как стратиграфия ("стратум" - слой), которая изучает последовательность образования горных пород, расчленение осадочных толщ. Относительный возраст осадочных горных пород определяется по окаменелостям или по органическим остаткам древних животных и растений. Этим занимается наука палеонтология (на границе с биологическими науками). Четвертым разделом теоретической геологии является региональная геология. В ее задачу входит изучение геологического строения, состава горных пород отдельных участков (регионов) земной коры [2].

Геологическое строение регионов изображается на геологических картах. Построением геологических карт и изучением условий залегания горных пород вы будите заниматься на занятиях по геологическому картированию и структурной геологии. Пятым разделом можно выделить экологическую геологию. В связи с внедрением человека в результате инженерно-технической деятельности в природную окружающую среду экологическая обстановка меняется в результате как природных, так техногенных процессов - это предмет изучения экологической геологии. В широком понимании геология включает в себя все науки, так или иначе изучающие Землю, но более конкретно геология занимается изучением литосферы, включающей земную кору и мантию в ее верхней части до глубины 250-400 км. Предмет изучения геологии - минералы, горные породы, ископаемые органические остатки, современные геологические процессы (природные и природно-техногенные) [2].

В истории развития геологии долгое время непосредственным объектом ее изучения выступала земная кора. Качественно-описательные геологические методы могли иметь дело только с теми явлениями и процессами, которые можно было наблюдать в природе. Попытки "проникнуть" во внутренние части земного шара с помощью этих методов, как правило, сводились к построению гипотетических дедуктивных схем. Чтобы вскрыть действительные закономерности строения и развития Земли, необходимо было обратиться к новым методам исследования, дающим возможность выяснить структуру внутренних ее сфер в их взаимосвязи и развитии. Решение этой задачи стало возможным лишь при использовании количественных методов и эффективных приемов физико-химического исследования. Это привело к тому, что к середине XX в. наметилась тенденция комплексного изучения Земли в целом [2].

Методы геологических исследований

Как известно, методы геологических исследований направлены, прежде всего, на то, чтобы отыскать залежи полезных ископаемых, содержащихся в определенном регионе. Геологоразведка обычно дает точный ответ на вопрос, насколько перспективной будет промышленная разработка месторождения. Геологразведке поэтому отводится ведущая роль в настоящее время, так как ограничение количества природных ресурсов накладывает определенные ограничения, как и недостаток территорий, пригодных для проведения разработок. Чтобы оценить перспективность месторождения, сегодня применяют целый спектр разнообразных тестов из разряда геофизических методов [3].

Это гравитационные, сейсмические, спектральные и электромагнитные исследования, а также дополнительные типы анализа. Кроме того, новейшая история предлагает научные разработки, о которых ранее ученые не могли и мечтать, это прежде всего сейсмологическая томография м геодезия с применением спутниковых технологий. Шумовую томографию начали широко применять для определения характера и расположения структур в подземном пространстве. Это касается рудных тел, пустот, резервуаров с водой и нефтью. Эти методы геологических исследований основываются, прежде всего на анализе естественных шумов, которые исходят из глубины земли. Ранее на сигнал оказывали влияние помехи естественного характера, которые в значительной степени подавляли его и делали данные менее достоверными. Сегодня предусматриваются особые режимы шумовой разведки, при которой посторонние шумы отсекаются и разработку можно проводить в самых сложных областях исследования [3].

Этот вид томографии уже давно и успешно применяется при поиске залежей сланцевого газа. В исследованиях последних лет большое внимание уделяется спутниковым методам, и геологические поиски здесь занимают не последнее место. GPS/ГЛОНАСС - оборудование, которое обладает такой точностью, что способно зарегистрировать сдвиги в земной коре размером в один миллиметр. Это можно использовать в процессе добычи нефти и сланцевого газа. Появляется отличная возможность проследить за процессами, происходящими в процессе разработки месторождения и определить поведение нефтяного пласта. Магнитометрическая геологическая разведка в последнее время получила большое распространение. В ходе исследования, на территории помещается замкнутое кольцо из провода, охватывающего территорию в сто квадратных метров. В этом замкнутом контуре пропускаются токи, которые вызывают, в свою очередь вихревые токи в тех материалах, которые расположены на глубине. Затем наблюдают затухание токов и поэтому определяют то, как расположены те или иные полезные ископаемые [3].

Точность этого метода в последнее время значительно увеличилась благодаря тому, что ученые открыли сверхпроводники. CSIRO организация научно-исследовательского направления из Австралии разработала уникальный сенсор, который включает в себя сверхпроводящие квантовые интерферометры. Их чувствительность по-настоящему выдающиеся, она позволяет определять наличие месторождения на большой глубине. Особенно эффективно использовать данный метод в том случае, если производятся попытки обнаружить высокопроводящие металлы. Корпорация Outer Rim использует эту технологию на территории Австралии, благодаря сенсору были обнаружены многие месторождения, которые принесли прибыли на миллионы долларов. Конечно, нельзя ограничиваться одними геологическими изысканиями, геофизические данные можно и нужно подвергать анализу, а на основе этого анализа строить точные трехмерные модели залежей полезных ископаемых [3].

Благодаря моделированию можно точно предсказать то, каким образом будет происходить дальнейшая разработка месторождения, каковые ее перспективы. Специалисты- моделисты могут использовать самые сложные программные методы для создания достоверных моделей. Требование к квалификации инженеров делает моделирование достаточно затруднительным использование этого метода непосредственно на месте добычи полезных ископаемых. Эта перспективная проблема уже решается силами российской компании Rock Flow Dynamics. Она образовалась всего семь лет назад и за это время вступила в партнерские отношения с крупнейшими добывающими компаниями - "Зарубежнефть" и "ТНК-BP. Они пытаются разработать t Navigator, который привлек внимание зарубежного инвестора Intel Capital. Эта компания уэе стала владельцем 30% капитала компании [3].

И предприятие получило офис в центре Хьюстона (США). В этой разработке должны сочетаться сразу три элемента - движок для моделирования, программа визуализации и интерфейс графической обработки. Оператору можно будет изменять данные непосредственно во время разработки месторождения, и получать новую вероятностную модель. Программа имеет все механизмы для создания оптимальной модели работы скважин системы нагнетания, имеются и алгоритмы для компенсации изменяющегося давления. Специалист по разработке, не имеющий специализированного образования сможет освоить эту программу всего за два дня. Для удобства заказчиков разрабатываются, дополнительны модули, "Зарубежнефть" получила дополнительный модуль термогазового воздействия на пласты. Для моделирования скважин нужно использовать множество информации и огромные вычислительные способности устройства. Сегодня каждому шестому суперкомпьютеру поручено обрабатывать данные как раз для нефтяной промышленности [3].

Заключение