Методические рекомендации к практическим работам по курсу: «Геология»

Исаенко О.П.

Методические рекомендации к практическим работам по курсу: «Геология»

Практическая работа № 1

Тема: Форма, размеры и общее строение Земли

Цель: изучить форму Земли, ее строение, структуру и состав.

Задание 1.

Пользуясь лекционным материалом и другим учебным пособиями изучите темы «Форма и размеры Земли», «Внутреннее строение Земли», «Геофизические поля Земли».

Задание 2.

Назовите математические модели, используемые для описания формы Земли в порядке их приближения к истинной форме Земли. Укажите размеры полярных и экваториальных радиусов этих фигур.

Перечертите рис. 1 в тетрадь и подпишите значения R1, R2, R3, L.

Рис. 1. Форма и размеры Земли

Выпишите в тетрадь основные показатели фактических размеров Земли: средний, средний экваториальный и средний полярный радиусы, экваториальное и полярное сжатие, длину меридиана, длину экватора, площадь поверхности Земли, длину дуги 1 градуса меридиана.

Задание 3.

Перечертите в тетрадь рис. 2.

Охарактеризуйте каждую оболочку твердого тела Земли, указав ее толщину, температуру, плотность, химический состав и физическое состояние.

Задание 4.

Рассмотрите рис. 3. Перечислите типы земной коры, охарактеризуйте каждый тип, указав его мощность, строение, состав и соответствие в рельефе.

Рис. 2. Внутреннее строение Земли

Задание 5.

Перечислите геофизические поля Земли. Изучите их и охарактеризуйте магнитное, гравитационное, тепловое и электрическое поля.

Рис. 3. Типы земной коры

Контрольные вопросы:

1. Какова форма Земли? Назовите уровни ее абстракции и соответствующие им типы математических фигур.

2. Для чего фигура Земли абстрагируется?

3. Каковы причины различий в величинах экваториального и полярного радиусов?

4. Перечислите оболочки Земли.

5. Из чего состоит твердое тело Земли?

6. Что представляет собой земная кора?

7. Что такое «граница Мохоровичича»?

8. Назовите типы земной коры и соответствующие им типы рельефа. Укажите особенности каждого из них.

9. В чем различия между понятиями «земная кора» и «литосфера»?

10. Охарактеризуйте строение, химический состав, физическое состояние мантии.

11. Дайте характеристику ядра Земли.

12. Что представляют собой геофизические поля Земли? Какое значение они имеют?

13. Что представляет собой магнитосфера Земли?

14. Что представляет собой электрическое поле Земли?

15. Что представляет собой тепловое поле Земли? Каковы причины и следствия его возникновения и существования?

16. Что представляют собой геохимические процессы, происходящие в земной коре? Что такое «кларк»?

Практическая работа № 2

Тема: Изучение минералов по образцам

Задание: изучить внешние признаки и свойства минералов, определить и описать важнейшие минералы.

Материалы и оборудование. Раздаточный набор минералов, шкала твердости минералов Мооса, подручные материалы для определения твердости минералов, стеклянные пластинки, белые неглазурованные фарфоровые плитки, 10%-ный раствор HCl.

Ход выполнения работы.

1. Вначале нужно изучить по образцам с этикетками внешние признаки и физические свойства известных эталонных минералов: кварца, полевых шпатов, слюд, каолина, гематита, магнетита, пирита, каменной соли, сильвина, карналлита, апатита, фосфорита, кальцита, доломита, гипса и др. Затем следует определить минералы из раздаточных образцов, не имеющих этикеток.

Важнейшие минералы описать по форме 1.

Форма 1

Описание минералов

Минерал

Класс

Физические свойства

Происхожде-ние

окраска

цвет черты

блеск

твердость

спайность

излом

Практическая работа № 3

Тема: Изучение горных пород по образцам

Задание: изучить горные породы и описать их характерные признаки.

Материалы и оборудование. Раздаточный набор горных пород, 10%-ный раствор HCl.

Ход выполнения работы.

1. Изучить по образцам главнейшие горные породы: магматические (гранит, сиенит, диорит, габбро, липарит, базальт, трахит, андезит); осадочные (щебень, галька, песок, песчаник, глина, мергель); почвообразующие (морена алюмосиликатная, морена карбонатная, покровный суглинок, лесс, шоколадные моренные глины и др.); метаморфические (гнейс, кварцит, сланцы кристаллические и горючие, мрамор).

Описать по форме 2 характерные признаки горных пород по группам.

Форма 2

Описание горных пород

Название

Минералогический состав

Окраска

Твердость

Происхождение

Значение в почвообразова-нии или в сельском хозяйстве

Практическая работа № 4

Тема: Выветривание

Контрольная работа.

Вопросы:

1. Почему некоторые минералы устойчивы на глубине нескольких километров, но неустойчивы на поверхности?

2. Что такое выветривание? Назовите типы выветривания и их воздействие на горные породы.

3. Почему физическое (механическое) выветривание ускоряет химическое выветривание?

4. Что является конечным продуктом выветривания полевых шпатов: (а) минералы глин, (б) кальцит, (в) пироксен, (г) амфибол?

5. Какова роль организмов в процессах химического выветривания?

6. Почему каменные здания в больших городах разрушаются быстрее, чем за их пределами?

7. Как называется разрушение пород на поверхности под действием воды и атмосферного воздуха: (а) механическое выветривание, (б) седиментогенез, (в) диагенез, (г) химическое выветривание?

8. Охарактеризуйте современные и древние коры выветривания.

9. Охарактеризуйте основные реакции химического выветривания: окисление, гидратация, растворение, гидролиз.

Практическая работа № 5

Тема: Стадии развития речной долины

Цель: изучить стадии развития речной долины.

Задание 1.

Ознакомьтесь с теоретическим материалом по теме «Стадии развития речной долины»

Задание 2.

Зарисуйте в тетради схему образования меандр и стариц (рис. 1), а также рис. 2, 3.

Теоретический материал.

На протяжении времени существования река переживает периоды юности, молодости, зрелости и старости.

В период юности продольный профиль равновесия реки еще не выработан. Река течет по неровному рельефу, региональный уклон ее русла на всем протяжении чрезвычайно крутой, скорость течения велика; кое-где обособляются отдельные участки, развитие которых контролируется местными базисами эрозии. На этой стадии развития реки происходят усиленные процессы глубинной (донной) эрозии, которые приводят к интенсивному углублению русла. Боковая эрозия в это время почти не проявляется, так как энергия реки в основном направлена на разрушение ложа и перенос продуктов разрушения. Быстрое углубление русла приводит к образованию долин, имеющих V-образную форму. Коэффициент извилистости реки на этой стадии минимален.

Период юности в настоящее время переживают многие реки, текущие в горных районах. Они, как правило, характеризуются бурным течением, наличием порогов и водопадов. Долины их имеют форму ущелий и каньонов.

По мере выработки профиля равновесия река переходит в период молодости. Этот период наступает когда в силу вступает боковая эрозия. В период молодости река стремится углубить свое русло только в верхнем течении, где еще наблюдаются процессы глубинной эрозии. В среднем и нижнем течении рек глубинная эрозия сменяется боковой. Это приводит к незначительному расширению ее долины, которая приобретает U-образную коробчатую форму. В эту стадию формируются прирусловые отмели. Продольный профиль реки еще не выработан.

На стадии зрелости скорость течения равномерно уменьшается от верховьев к устью. Для этой стадии характерно появление излучин - меандр, приводящих к увеличению коэффициента извилистости реки, образованию многочисленных рукавов, по которым вода течет параллельно основному руслу, и возникновению обширных аллювиальных равнин поймы.

Для определения стадии старости реки ясно выраженных критериев не существует. Считается, что река вступает в стадию старости, тогда, когда дно ее долины достигает ширины, во много раз превышающей ширину поймы меандрирующей реки. На этой стадии происходят перенос и образуются многочисленные меандры. Река на стадии старости характеризуется максимальным коэффициентом извилистости и перемывает свои пойменные отложения.

На рис. 1 показана принципиальная схема образования меандр. Двигаясь прямолинейно, струя водного потока (и переносимые ею частицы) при повороте русла ударяется о берег. В результате вогнутый берег интенсивно подмывается, становится обрывистым, а дно реки у вогнутого берега заметно углубляется (сечение АА). Как указывалось выше, скорость течения возрастает в самых глубоких участках русла, так как здесь меньше сказывается трение воды о дно. Следовательно, у вогнутого берега скорость будет больше. У противоположного берега скорость заметно падает, так как глубина здесь меньше и, кроме того, возникают поперечные придонные течения. Эти течения захватывают с собой частицы обломочного материала и откладывают их у выпуклого берега. Именно здесь, как правило, и накапливаются аллювиальные отложения. Струи воды, ударяясь о вогнутый берег, отражаются и направляются вниз по течению к противоположному берегу (сечение ВВ), в свою очередь подмывая его. На этом участке берег начинает отступать, увеличивается кривизна изгиба русла реки и значительно расширяется долина. Последнее происходит не только за счет отступания береговой линии ниже изгиба, но и за счет перемещения самих изгибов реки вниз по течению. В результате большинство выступов, сложенных коренными породами, срезается и долина приобретает плоскодонную форму (сечение СС).

Меандры с коротким радиусом расширяются значительно быстрее, чем более крупные. Это происходит потому, что все изгибы реки стремятся приобрести радиус кривизны приблизительно одного и того же порядка. Ввиду постоянного увеличения кривизны реки в ходе подмыва вогнутых берегов и отложения материала у выпуклых, вершины двух соседних меандр, обращенных в одну сторону, сходятся все ближе, и между ними остается только узкий перешеек. В период половодья может произойти прорыв такого перешейка, основная масса воды устремится в новое, спрямленное русло реки, а петля окажется отрезанной. На отрезанной стороне остается покинутое русло, получившее название старицы. Старицы, как правило, имеют в плане подковообразную форму; в дальнейшем они часто превращаются в болото (см. рис. 1).

Рис. 1. Схема формирования меандр и стариц

1- возвышенный берег; 2 - перекат; 3 - низкий берег; 4 - наиболее глубокое место (обычно находится ниже максимальной кривизны); 5 - сближенные части крыльев излучины, подверженные прорыву; 6 - прежнее русло; 7 - место прорыва между крыльями излучины; 8 - занесенная отложениями часть прежнего русла; 9 - стержень; точками показаны отмели

В период старости реки в ее долине образуется широкая пойма, или пойменная терраса, - часть долины, заливаемая в половодье и возвышающаяся над руслом реки в меженный период.

Периоды юности, молодости и зрелости составляют цикл эрозии реки. Большинство рек проходит все эти стадии развития. В ряде случаев все стадии можно наблюдать у одной реки. Например, Терек в верхнем течении переживает период юности, в нижнем - это уже зрелая река.

Цикл эрозии реки может быть неполным: в зависимости от рельефа начальной поверхности и слагающих ее пород река может сразу вступить в период зрелости, минуя юность, и т. д. Особенно это характерно для равнинных рек. Более того, уже сложившийся цикл эрозии может быть нарушен, например, после вступления в период старости может вновь наступить период юности реки, т. е. может произойти ее омоложение. Этому способствует ряд факторов, главными из которых являются:

1) понижение базиса эрозии, приводящее к увеличению уклона русла реки и возрастанию скорости ее течения, а также к возобновлению донной эрозии;

2) повышение какого-либо участка реки, обусловливающее изменение ее продольного профиля и увеличение уклона русла;

3) изменение климата района, в котором протекает река; особенно большое значение имеет увеличение количества выпадающих осадков, в результате чего возрастает масса воды в реке; к этому же приводит таяние ледников в верховьях реки, связанное с потеплением климата.

Речные террасы

Терраса - это площадка в строении речной долины открытая или погребенная и обязанная своим происхождением эрозионной или аккумулятивной деятельности водотока в предыдущий цикл развития.

Каждое омоложение реки вызывает новый цикл эрозии - появление донной эрозии, углубление дна, спрямление русла. При таком углублении русла аллювиальные отложения, слагающие пойму реки, оказываются выше новых пойменных осадков при новом базисе эрозии. Неразмытые остатки древних пойм обычно образуют ступенчатые уступы, нависающие над новой поймой, и называются надпойменными террасами. Число террас соответствует количеству этапов омоложения (циклов эрозии), которые пережила река за время своего существования. Последовательность углубления русла при выработке нового профиля равновесия показана на рис. 2.

Углубление реки при ее омоложении приводит к тому, что древние террасы располагаются выше молодых, подвергаются воздействиям выветривания и площадного смыва. Поэтому молодые террасы обычно лучше выделяются в рельефе.

Рис. 2. Образование надпойменных террас при омоложении реки. а - первый цикл эрозии; в - второе омоложение; I, II - надпойменные террасы

Рис. 3. Надпойменные террасы

а - строение террасы; б - типы надпойменных террас. 1 - пойменный аллювий, 2 - русловой аллювий, 3 - песчаники в коренном залегании, 4 - аллювий, 5 - осыпи.

I - уступ; II - бровка; III - террасовая площадка; IV - тыловой шов террасы; V - эрозионная, VI - цокольная, VII - аккумулятивная, VIII - цоколь, IX - пойма

Надпойменные террасы нумеруются снизу вверх - от более молодых к древним: над уровнем поймы обычно выделяют первую, вторую, третью и т. д.

В строении надпойменных террас выделяют ряд геоморфологических элементов - уступ, бровку, террасовидную площадку и тыловой шов (рис. 3, а). Террасы отличаются друг от друга, в частности, по соотношению аллювиальных и коренных отложений. Так, различают террасы следующих видов (рис. 3, б): аккумулятивные (террасы накопления), эрозионные (террасы размыва), цокольные (смешанные).

Как кумулятивным террасам относят такие, у которых мощность аллювия больше относительной высоты их над уровнем реки; весь террасовидный уступ таких террас сложен аллювиальными накоплениями.

Эрозионные террасы почти целиком сложены коренными породами; на террасовидной площадке таких террас аллювий отсутствует или располагается в виде очень тонкого покрова. Эти террасы образуются при резком преобладании процессов эрозии над процессами аккумуляции в истории развития реки. Цокольными террасами считаются такие, у которых мощность аллювия значительна, но не превышает их высоты; в уступах этих террас ниже толщи аллювия обнажаются коренные породы, слагающие основание (цоколь) террасы и вышележащую часть склона долины.

Задание 3.

Пользуясь лекционным и изученным на практической работе материалом, ответьте на контрольные вопросы:

1. Какие факторы контролируют скорость течения?

2. В какой части конусов выноса отлагаются наиболее грубозернистые осадки? Почему?

3. Назовите три способа переноса реками осадочного материала.

4. Как образуются террасы?

5. Чем русло реки отличается от поймы?

6. Что такое меандры? Как они образуются?

7. Как меандр превращается в старицу?

8. Что такое россыпи, и как они образуются?

9. Скорость воды на внутренней стороне меандра: (а) выше, чем на внешней, (б) такая же, (в) ниже, чем на внешней?

10. Что такое базис эрозии?

11. Как называются осадочные отложения при впадении реки в стоячую воду: (а) конус выноса, (б) дельта, (в) меандр, (г) пойма?

12. На какие особенности развития региона в недавнем геологическом прошлом указывает наличие эстуариев?

13. Каково влияние понижения или повышения базиса эрозии на профиль равновесия реки и поведение террас?