Основные методологические и методические положения физической географии. Определение важнейших проблем физической географии.

Изложение предлагаемого материала базируется на структуре различных методов и принципов изучения стратиграфии и палеогеографии, предлагаемой исследователями в разных вариантах (Евдокимов, 1991; Гурский, 1979; Гурский и др., 1982, 1985; и др., таблица 1), в которой они группируются в соответствии с решаемыми задачами.

Основным методом является естественно-исторический, представляющий собой совокупность имеющихся современных методов, с помощью которых проводятся всесторонние исследования Земли, позволяющие выявлять состояние и процессы изменения географической оболочки во времени и пространстве для объяснения их сходства и различия, однотипные связи между компонентами природы, осуществлять сопоставления природных условий и создавать прогнозы их развития. В основе решения обозначенных проблем лежат три основные задачи:

1) изучение природной обстановки прошлого во времени и пространстве;

2) оценка состояния геосистем нынешнего этапа как результата пространственно-временного развития;

3) прогнозирование тенденций развития природной среды на основе их

Частные методы дают первичную информацию, фактический материал, а общие методы – позволяют на их основе обрабатывать уже имеющуюся информацию.

Сбор и первичное изучение фактического материала осуществляется в полевых условиях на основе аэрофото- и геологической съемок, бурения скважин, описаний геологических объектов (естественных обнажений, выходов древних пород, продуктов вулканической деятельности, а также искусственных выработок – керна скважин, шурфов, шахт, карьеров), по записям и определениям каротажными станциями физических свойств горных пород в скважинах, отборам проб и органических остатков.

Последующая обработка пород проводится в лабораторных условиях и включает: техническую обработку образцов различными видами анализов и последующую микроскопию (в т.ч. фотографирование объектов), дешифрирование аэрофотоснимков и материалов каротажа.

Обобщение и анализ полученных данных проводится в камеральных условиях с использованием общенаучных методов (моделирования, системного, логического, сравнения и аналогов) и приемов (математического, компьютерного, табличного, а также графического в виде диаграмм, карт, профилей, перфокарт, схем, сейсмограмм и проч.) обработки полученной информации.

Чтобы ориентироваться в бесконечном множестве отдельных событий прошлого, необходимо установить не только их формальные хронологические отношения, но и их внутренние связи (хронологические и пространственные) друг с другом. Тем самым могут быть выявлены их естественные группировки, позволяющие наметить отвечающие последним этапы и рубежи геологического развития, составляющие основу естественной геологической периодизации.

Историческая последовательность геологических событий запечатлена в последовательности образования слагающих земную кору геологических единиц (пластов), изучением которых занимается стратиграфия.

3.1. Методы абсолютной геохронологии

Первые попытки установления абсолютного возраста горных пород относились к 18 в. и были основаны на подсчете мощности накопившихся за всю историю Земли осадочных пород и скорости осадконакопления (Э.Галлей, Д.Муррей). С той же целью де Геер разработал методику изучения ленточных глин, накопившихся в приледниковых водоемах. Для них характерна тонкая чередующаяся слоистость из летних (светлых) и зимних (темных) слоев, сложенных соответственно более крупным, грубым (песчано-алевритовым) или более мелким, тонким (глинистым) материалом. Мощность годовой пары ленточных слоев около 1 мм, но она увеличивается на участках озер, которые были расположены ближе к леднику, и снижается по мере удаления от него. Подсчет числа годовых слоев (варв) в ленточных глинах используется для геохронологии ледникового и послеледникового времени (варвометрический метод).

В настоящее время для определения абсолютного возраста горных пород, который выражен в единицах времени, применяются радиологические (изотопные) методы. Все они основаны на данных времени радиоактивного распада определенных химических элементов и накопления их продуктов распада (изотопов) в минералах, горных породах, природных водах, газах и органическом веществе.

В зависимости от свойств химических элементов и конечных продуктов их распада выделяют следующие методы:

Урановый — основан на изучении содержания радиоактивного урана в гранитном слое и осадочных породах.

Свинцовый (уран-торий-свинцовый) — в его основе лежит исследование радиогенного свинца в минералах, которые содержат более 1% урана или тория (уранит, монацит, циркон, ортит), образовавшегося в результате процесса распада атомов урана-238 и урана-235 и тория-232 на радиогенный газ 4He и изотопы свинца. По отношению изотопов 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb определяют возраст галенитов.

Аргоновый (калий-аргоновый, аргон-калиевый) — базируется на распаде радиоактивного изотопа калий-40 и преобразовании его в аргон и накоплении последнего в минералах

Рубидий-стронциевый — основан на радиоактивном распаде рубидия-87 и преобразовании его путем бета-распада в стронций-87.

Гелиевый — основан на определении содержания гелия в радиоактивных минералах. На Земле изотоа гелия 4He постоянно продуцируется 29 радиоактивными изотопами (преимущественно при распаде урана, тория). Около половины всего гелия состердоточено в гранитной оболочке земной коры. Максимальные концентрации гелия (10-13%) выявлены в свободных газовых скоплениях и газах урановых рудников и (до 25%) в газах, спонтанно выделяющихся из подземных вод. Вулканическим газа обычно свойственно низкое содержание гелия.

Радиоуглеродный (изотопно-углеродный) — в основе его лежит изучение изотопных отношений углерода 12С, 13С, 14С в осадочных карбонатных породах, карбонатитах и органогенных образованиях, что позволяет решать вопросы о происхождении нефти, газа, алмазов, углеводородных соединений в магматических породах, графита в древних метаморфических толщах. И др.

3.2. Методы относительной геохронологии

Все методы определения относительного возраста пород объединяются в две группы: палеонтологические (биостратиграфические) и непалеонтологические (геолого-стратиграфические). Практически каждый из них представляет собой научное направление в изучении Земли, имеет свою разрешаемую способность в установлении времени накопления отложений.

Палеонтологические (биостратиграфические) методы

Эти методы являются универсальными и используются чаще всего в исторической геологии, поскольку позволяют решать практически все задачи стратиграфии, палеогеографии и корреляции. Сущность палеонтологических методов заключается в определении относительного возраста пластов горных пород по крупным и мелким ископаемым остаткам вымерших животных (моллюсков, конодонт, рыб, фораминифėр, радиолярий, остракод и др.) и растений (листьев, спор, пыльцы, диатомовых и золотистых водорослей, плодов, семян и др.), которые в них захоронились.

Для определения относительного возраста горных пород используются флористические и фаунистические биостратиграфические методы.

Флористические методы

Палинологический (спорово-пыльцевой) метод вошел в практику геологических работ сравнительно недавно (1916 г.), тем не менее среди других палеонтологических методов занимает ведущее положение и является универсальным. Объектом его изучения являются микроскопические оболочки пыльцы (голосеменные, цветковые растения), спор (грибы, лишайники, мхи, плауны, хвощи, папоротники), а также встречающиеся массулы растений, ценобии водорослей, оогонии харовых водорослей.

Карпологический – изучает форму и строение плодов и семян растений (преимущественно травянистых), мегаспор папоротникообразных.

Альгологический – исследует микроскопические водоросли, в основном диатомовые, золотистые и жгутиковые, объединяемые общим понятием “нанопланктон”, и докембрийские водорослевидные образования.

Диатомовый – среди альгологических методов он занимает важное место. Предметом его исследований являются кремнистые водоросли, известные с юрского периода. Использование сканирующего микроскопа позволило более широко проводить изучение их систематического и экологического состояния, биогеографии и численности, что важно для расчленения отложений неогена, плейстоцена и голоцена. Максимальные скопления остатков диатомей образуют такие осадочные породы, как опоки и диатомиты.

Бактериологический – основан на изучении группы микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов — бактерий, распространенных повсеместно в почвах, водах, грунтах водоемов, воздухе и т.д. Самые ранние бактерий обнаружены в породах древнее 3,5 млрд.лет. Предполагается, что значительная часть карбонатных пород и железистых руд архея образовалась в результате скопления продуктов жизнедеятельности бактериальных организмов. Функционирование бактерий присуще всей геологической истории Земли.

Дендрохронологический – базируется на изучении годичных колец на срезах стволов деревьев. В силу ограниченности объемов информации применяется не часто.

Органографический – основывается на изучении остатков растений или их признаков, а также их отпечатков (размеров и формы листьев – листовой анализ). Остатки растений имеют универсальное значение для стратиграфии отложений всех возрастов. Вымершие растения изучает палеоботаника, которая в настоящее время объединяет ряд научных направлений, специализирующихся на исследованиях флористических остатков по отдельным систематическим группам (микроскопические водоросли, высшие растения), и по остаткам отдельных частей растений (палеопалинология, палеоксилология, кутикулярный анализ, палеокарпология). Несмотря на широкое использование палеопалинологии в связи с ее универсальностью (нахождение спор и пыльцы почти во всех породах осадочного происхождения), ныне основным и более точным остается изучение отпечатков растений, т. е. классическая палеоботаника. Отпечатки растений чаще всего листьев и побегов высших растений, поддаются наиболее точным определениям. Они могут встречаться (иногда с сохранением органического вещества) в виде фитолейм или кутикул водорослей, грибов, мхов и др. Поскольку высшие растения распространены в основном на суше, их остатки (отпечатки) имеют значение для решения проблем стратиграфии континентальных отложений среднего и верхнего палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Особенно велико их значение при поисках угленосных отложений. Отпечатки растений встречаются и в прибрежно-морских отложениях, иногда вместе с остатками животных (рыб, моллюсков), что дает большие возможности для установления возраста и корреляции морских и континентальных геологических образований.

Палеоксилологический – основан на анатомическом изучении ископаемой древесины. Важными признаками микроскопического строения древесины являются форма и строение элементов проводящей ткани, наличие и форма пор и др. Метод используется весьма редко.

Эпидермально-кутикулярный метод используется для изучения кутикулы и эпидермиса, которые в ископаемом состоянии встречаются в виде пленок на листьях и стеблях. Кутикулы осветляют химическим путем и микроскопически изучают форму клеток, строение устьиц. Используется данный метод весьма редко.

Кроме вышеупомянутых остатков растительных организмов объектами флористических методов растений также являются:

-риниофиты (псилофиты) – это появившиеся в силуре, достигшие расцвета в среднем девоне и вымершие в конце девона кустарникообразные наземные споровые растения, заселявшие низменные побережья морей, многие из которых были земноводные.

-мохообразные – мелкие наземные растения, редко встречаемые в ископаемом состоянии.

-плауновидные – споровые древовидные растения, развивавшиеся в позднем палеозое. Широко распространенными в каменноугольном периоде были лепидофиты, в т. ч. чешуйчетоствольные - лепидодендроны, сигиллярии. В ископаемом состоянии чаще всего встречается кора плауновидных.

-хвощи (членистостебельные) - достигли бурного распространения в позднем палеозое (карбоне). Наибольшее значение имеют каламитовые – крупные древовидные растения, похожие на гигантских хвощей.

-папоротниковидные – произошли от риниофитов. Первые папоротники появились в девоне, широкое распространение получили в палеозое. В ископаемом состоянии обычно сохраняются отпечатки листьев и споры папоротников.

-голосеменные в большинстве случаев представлены древесными формами, реже это кустарники или лианы: хвойные, цикадовые (или саговниковые), гинкговые и др. Известны они с девонского периода, а в мезозое становятся господствующими. Из палеозойских голосемянных важны кордаитовые (появились в конце карбона, имели годичные кольца – показатель сезонности климата), а гинкговые появились в конце каменноугольного периода, достигли расцвета в юре и резко сократились в конце мелового периода. Хвойные появились в позднем карбоне, в настоящее время являются господствующими среди голосеменных.

-покрытосеменные появились в конце юрского–начале мелового периода и в середине мела занимали господствующее положение.

Фаунистические методы

Антропологический – объектом его исследований является происхождение человека, образование человеческих рас и эволюция человека под влиянием социальных и природных условий. Представители рода Homo (человеки) подразделяются на архантропов (питекантропов, синантропов и гейдельбергских людей, существовавших 370—700 тыс.лет назад), палеоантропов (неандертальцев), неоантропов (появились примерно 40 тыс.лет назад, к ним относятся и представители расы современных людей - кроманьоньцы).

Археологический - основан на изучении вещественных продуктов труда человека (орудий производства и созданных с их помощью материальные благ: построек, оружия, украшений, посуды, произведений искусства и др.), а также восстановлении по ним исторического прошлого человечества.

Мамалогический (териофаунистический) – изучает костные остатки млекопитающих. Свое происхождение млекопитающие ведут от мезозойских звероподобных пресмыкающихся, которые стали известны из отложений триаса и исчезли в среднем мелу. В современной фауне их потомками являются ехидна и утконос. В раннем мелу уже существовали сумчатые (современные представители - кенгуру, сумчатый волк, сумчатая собака) и также появились насекомоядные — первые плацентарные или высшие млекопитающие. Расцвет млекопитающих наступил в кайнозое. В палеоцене плацентарные (древние копытные, зайцеобразные, древние хищники, грызуны и летучие мыши) уже преобладали над сумчатыми, а эоцен стал периодом их самого бурного развития. Отряд приматов, к которому принадлежит человек, появился в палеоцене как ответвление класса насекомоядных. Современные виды млекопитающих составляют около трети всех существовавших ранее животных организмов.

Орнитологический – предметом изучения являются остатки костей ископаемых птиц, которые из-за плохой сохранности и хрупкости редки и малочисленны.

Герпетофаунистический – изучает остатки рептилий (пресмыкающихся).

Ихтиологический – базируется на изучении древних рыб. Их ископаемые формы (акантоды, артродиры, крылатые рыбы) появились в силуре в пресных водах, а позднее, начиная с девонского периода, они вышли в море.

Малакологический – объектами изучения являются моллюски, появление которых относится к кембрию, а наибольшее стратиграфическое значение они приобретают в конце палеозоя и в мезозое. В наиболее древних палеозойских отложениях (кембрийских) наряду с другими группами фауны встречаются хиолиты и хиолительмииты, используемые для корреляции этих отложений. Метод используется также для решения проблем стратиграфии и экологии кайнозоя.

Двустворчатые моллюски появились еще в древнем палеозое (кембрии) и их представители были распространены в мезозое и кайнозое, заселяя мелководные зоны морей, реже пресноводные бассейны.

Брюхоногие моллюски появились в кембрии и хотя их представители были широко распространены в верхнем палеозое, мезозое и кайнозое, тем не менее, они не играют существенной роли в биостратиграфии и, как правило, используются лишь наряду с другими группами фауны для комплексного обоснования подразделений мезозоя южных районов России, Казахстана, Средней Азии и отчасти Дальнего Востока. Несколько большее значение они приобретают для кайнозоя. Живут они в морях, пресноводных водоемах и на суше.

Энтомологический - основан на изучении насекомых (членистоногих).

Остракодологический – объектами его исследований являются ископаемые и рецентные пресноводные и морские низшие ракообразные – остракоды, имеющие большое палеогеографическое и стратиграфическое значение.

Отпечатков – в основу метода положено исследование в породах отпечатков панцирей, костей животных, насекомых, перьев птиц и др.

Кроме вышеупомянутых остатков животных организмов, объектами фаунистических методов являются также:

— амфибии (земноводные) – первые позвоночные, перешедшие от водного к водно-наземному образу жизни.

-граптолиты - группа вымерших колониальных животных типа полухордовых, известны с кембрия до девона и являются руководящей группой в ордовике, силуре и в нижнем девоне.

-иглокожие – представлены морскими организмами - лилиями, цистоидеями, звездами, ежами, змеехвостками, тело которых имеет известковистый скелет или панцирь и покрыто известковыми иглами.

-брахиоподы (плеченогие)- одиночные морские животные, ведущие донный образ жизни и слагающие одну из наиболее распространенных групп ископаемой фауны.

И др.

Непалеонтологические (геолого-стратиграфические) методы

Эти методы используются наряду с палеонтологическими, а также и в тех случаях, когда пласты горных пород не содержат окаменелостей.

Стратиграфический метод

Геологический метод – базируется на следующих трех основных направлениях изучения строения Земли, ее происхождения и развития:

- описательной геологии, которая преследует цель описать минералы, горные породы и их типы; изучить состав, формы, размеры, взаимоотношения, последовательность залегания и прочие задачи, связанные с географией современного размещения и вещественным составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.).

- динамической геологии, изучающей данные о геологических процессах, происходящих на поверхности Земли (разрушение горных пород, перенос и переотложение их ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков в бассейнах рек, озер, морей, океанов и др.) и в ее недрах (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления; различные нарушения в залегании слоев – их изгибы или пликативные дислокации, разрывы или дизъюнктивные дислокации и т.п.); объединяет материалы нескольких научных направлений - тектоники, неотектоники, экспериментальной тектоники, вулканологии, сейсмогеологии, геокриологии, геоморфологии.

- исторической геологии, которая рассматривает вопросы истории Земли за время ее возникновения и развития: последовательность образования и распространение геологических тел, процессы и события (тектогенез, метаморфизм, образование и разрушение залежей полезных ископаемых, трансгрессии и регрессии водных бассейнов, смены эпох оледенений эпохами межледниковий, эволюция растительного и животного мира и т.д.).

Минералогический — основан на изучении природных устойчивых химических соединений – минералов, образующих примерно однородные тела. Минералы встречаются в твердом (алмаз, золото, платина, вольфрам, кальцит, киноварь, слюда), жидком (вода, ртуть) и газообразном (благородные газы) состоянии; характеризуются определенным составом и свойствами, структурными и текстурными особенностями, условиями образования и изменения в природе. Метод важен для создания научных основ с целью поиска и оценки месторождений полезных ископаемых, их обогащения для практического использования в народном хозяйстве.

Петрографический – как одно из направлений минералогии базируется на исследовании горных пород. Последние – это минеральные агрегаты, образующие самостоятельные геологические тела: известняки, кварциты, гипс, гнейсы, сланцы, соли, пески, гравий, глины, граниты, алевролиты и др. Они характеризуются минералогическим и химическим составом, структурой и текстурой, происхождением (магматические, метаморфические, осадочные породы), закономерностями залегания, распространения и преобразования (но без расплавления и разрушения) в земной коре и на поверхности Земли. Данные используются при корреляции на близких расстояниях, а на больших могут возникнуть ошибки, поскольку одновозрастные пласты часто быстро меняют свой петрографический состав, потому что они образовались в разных условиях. И наоборот, разновозрастные пласты, которые формировались в одинаковых или близких условиях, часто имеют сходный петрографический состав. Используются кристаллооптический, рентгеноскопический, спектральный, химический, физический (определяют изменение плотности, твердости, теплового расширения, сжимаемости, скорости сейсмических волн, вязкости, электрических и магнитных свойств и др.), математический, формационный (определяют типы горных пород в процессах формирования и развития земной коры) анализы и методы. Выделяют также петрохимию, петрофизику, петротектонику, а также физико-химическую, экспериментальную, техническую, космическую (изучает метеориты, горные породы Луны и других планет) петрографию.

Литологический – используется для изучения современных типов отложений и осадочных пород: их вещественного состава, строения, происхождения и закономерностей пространственного размещения. Многие из осадочных пород представлены полезными ископаемыми: рудами железа, марганца, аллюминия (бокситы), фосфора (фосфориты), стронция, никеля; торфом, бурыми и каменными углями, графитом, горючими сланцами; песками в виде россыпей золота, платиной, оловом, титаном, алмазами и другими ценными минералами; песками кварцевыми, стекольными, формовочными и строительными, глинами огнеупорными, кирпичными и бентонитовыми, адсорбентами, цементным сырьем, гипсом, природной солью. Кроме того, осадочные породы на суше, океаническом и морском дне вмещают залежи нефти, газа, руды меди, свинца, цинка, марганца, никеля, фосфора, ртути, россыпи ценных минералов, артезианские воды: питьевые, минеральные лечебные, рассолы. Изучение осадочных пород позволяет судить об их устойчивости как основании для возведения зданий и других инженерных сооружений. Для этого использует методы: полевые (детально описываются состав и строение осадочных пород; выявляются органические остатки с указанием их сохранности, замещения их другими минералами, распределения, количественных соотношений, условий захоронения) и лабораторные (включают аналитические исследования и эксперимент: моделирование, исследование физико-химических условий среды осадкообразования; используют световую, иммерсионную и электронную микроскопию для определения минерального состава в зернах на основе оптических свойств минералов, а также гранулометрические и термические исследования; проводят рентгеноструктурный анализ для точной диагностики минерального состава пород и изменений отдельных минеральных видов на разных стадиях литогенеза; проводят изучение тонкодисперсных – глинистых, кремнистых, карбонатных и других пород). При обобщении материалов используются методы (фациальный, формационный, сравнительно-литологический) и приемы (математической статистики, графический в виде диаграмм, кумулятивных кривых, литологических колонок, литолого-фациальных карт) обработки материалов.

Кристаллографический –.

Фациально-формационный

И др.

Поиск по сайту: