Геологія/Вступ

Геоло́гія (від давньогрецького γῆ — Земля, і λογος — вчення) — наука, яка всебічно вивчає поверхню та надра Землі і процеси,які в них відбуваються. Від інших наук про Землю, таких як океанологія, чи метеорологія геологія відрізняється тим, що досліджує тверду оболонку Землі — літосферу і те, що знаходиться під нею. Найближчі родичі геології в родині наук про Землю — фізична географія, геоморфологія, грунтознавство, гляціологія і геодезія. На стику геології і біології знаходиться палеонтологія (наука про викопні організми), геології і фізики — геофізика (досліджує фізичні властивості надр Землі), геології і хімії — геохімія (вивчає хімічний склад гірських порід і руд та поведінку хімічних елементів в Земній корі).

Фрагмент давньоєгипетського Туринського папірусу. 1320 рік до н.е. Через те, що на схемі золотоносні руди показані іншим кольором цей папірус вважається першою в світі геологічною картою

Картина німецького художника Карла Шпіцвега: Геолог (написана близько 1860 року)

Стіна наук про Землю

Геологія як ремесло зародилася ще в ті далекі часи, коли неандертальці у пошуках кременю для виготовлення знарядь праці почали осмислено шукати по берегах річок відслонення гірських порід, де можна з легкістю видобути ці крем'яні стяжіння. Через кілька десятків тисяч років розвиток металургії змусив людей шукати руди міді, олова, заліза, срібла, мити золото і коштовне каміння. Вже давні єгиптяни вміли складати примітивні геологічні схеми на папірусах і розрізняти руди золота і срібла. Розвиток промисловості ставив перед античними геологами усе нові і нові задачі. І хоча уявлення ранніх геологів про мінерали, руди і геологічні явища були сильно зашорені релігійними міфами — логіка, здоровий глузд і постійна потреба у мінеральних ресурсах кували науку у правильному напрямку.

Що вивчає геологія?

Як і будь-яка інша наука, геологія має свій предмет вивчення (і не один):

• речовинний склад земної кори — цим займаються геохіміки, петрологи (вивчають магматичні і метаморфічні гірські породи) і літологи (досліджують осадові породи);
• внутрішня будова земної кори — над цим ламають собі голови геофізики, та тектоністи;
• процеси, що відбуваються в земній корі і на її поверхні — коло наукових інтересів мінералогів, петрографів, вулканологів, гляціологів, геоморфологів та седиментологів;
• рухи та історію розвитку земної кори ретельно досліджують тектоністи, палеонтологи і стратиграфи;
• закономірності утворення й поширення корисних копалин — на це геологам дають грубі гроші нафтовики, вугільщики, алмазники, уранщики та інші «рудники».

Методи вивчення

Методів насправді величезна кількість. Значна частина позичена у фізиків і хіміків і «заточена» під геологів. Багато чого дали біологи, геодезисти, математики, географи та інженери. Перелічити всі тут нема потреби, згадаємо тільки основні, які згруповані умовно в дві великі групи: польові методи і лабораторні.

Польові

• Аерофотозйомка — фотографування земної поверхні з літака, дрона чи супутника за допомогою спеціальних аерофотокамер. Цей метод дуже допомагає під час складання геологічних і геоморфологічних карт, підрахунку запасів корисних копалин у відкритих гірничих виробках, в інженерній геології
• Геологічне картування — метод дослідження верхньої частини земної кори, коли на топографічну карту різними кольорами виносять виходи різновікових геологічних тіл на земну поверхню, розломи, інтрузії та іншу спеціальну геологічну інформацію. Цей метод дозволяє виділяти геологічні структури, в яких можуть міститись корисні копалини.
• Ареальні геофізичні методи (електророзвідка, сейсморозвідка, магніторозвідка, гравіметрія, радіометрія) — всі ці методи досліджують фізичні поля (природні/штучні) в масиві гірських порід. Їх інтерпретація потребує вельми складного математичного апарату, потужних обчислювальних систем і досвідчених інтерпретаторів-практиків. Цим займаються геофізики і зазвичай вони завжди крайні, коли на когось треба спихнути вину за від'ємні результати пошукового буріння.
• Буріння свердловин та геофізичні дослідження у свердловинах — найбільш витратний і марудний метод, проте максимально інформативний. Пробурена свердловина дає найбільш достовірну інформацію про глибинну будову району досліджень, про наявність/відсутність корисних копалин, та про фізичний стан гірських порід на глибині.

Петрографічний мікроскоп, за допомогою якого вивчають особливості гірських порід і руд.

Лабораторні

Після польових досліджень, взірці гірських порід, руд, мінералів, грунтів, природних вод, глибинні проби газів та рідин попадають в лабораторії, де над ними чаклують спеціалісти різних профілів. Це ще ті слідчі — ви навіть не уявляєте, що виробляють з лабораторними взірцями геологи, щоб ті «розв'язали язика» і розказали про себе все. Перелічимо найуживаніші методи:

• Дослідження гірських порід в шліфах — із взірців порід і руд виготовляють тоненькі (0,03 мм товщини) пластинки, які досліджують під оптичним мікроскопом у прохідному і відбитому поляризованому світлі. Це дає можливість точно визначити тип гірської породи, вміст корисного компоненту, пористість тощо;
• Спектральний аналіз порід і руд — дозволяє визначити які саме хімічні елементи присутні в породі/руді і їх кількісні співвідношення;
• Мікрозондовий аналіз — під скануючим електронним мікроаналізатором визначають які саме мінерали і якого складу представлені у взірці;
• Люмінесцентний аналіз — дозволяє виділити серед мінералів і зерен, що складають породу, такі, які світяться під ультрафіолетовим випромінюванням
• Рентгеноструктурний аналіз — метод дослідження структури речовини, в основі якого лежить явище дифракції рентгенівського випромінювання на тривимірних кристалічних ґратках. Застосовують переважно для дослідження глин.
• Гранулометричний аналіз — метод визначення вмісту частинок різного розміру (розмірних фракцій) у пухких осадових породах просіюванням через набір стандартних сит з отворами різних розмірів, а також осадженням та наступними мікроскопічними та/або рентгеноструктурними дослідженнями;
• Біостратиграфічний аналіз — метод визначення відносного віку осадових гірських порід за комплексом викопних решток, які в них знаходять. Цим займаються палеонтологи і палінологи.
• Радіоізотопне датування — метод визначення віку мінералів і гірських порід в складі яких є який-небудь радіоактивний ізотоп. Базується на визначенні того, яка частина цього ізотопу встигла розпастися за час існування зразка. За цією величиною, знаючи період напіврозпаду даного ізотопу, можна розрахувати вік зразка.
• Мас-спектрометрія — визначення співвідношення конкретних ізотопів хімічного елементу в зразку гірської породи/руди. Дозволяє встановити особливості утворення мінералів, порід і руд.

Мотивація

Незалежно від цін на нафту, газ, золото, свинець, боксити, торф, літій, бурштин, алмази і решту сировини, промисловість майбутнього буде потребувати висококласних фахівців-геологів. Це видається не очевидним, але запаси корисних копалин мають прикру властивість вичерпуватися, а розвиток технологій має властивість зненацька потребувати великої кількості певного компонента, який до цього моменту був нікому не потрібний. Окрім того завжди є потреба у інженерно-геологічних вишукуваннях для будівництва доріг і мостів, хмарочосів і підземних паркінгів та метрополітенів. Постійно є і буде потреба у найціннішій корисні копалині на Землі — питній воді, і саме гідрогеологи якраз стануть у нагоді. Людству потрібні вулканологи і сейсмологи, які дають прогнози і зберігають мільйони життів. Необхідні геологи, які підкажуть де шукати місцевість з відповідними геологічними умовами для довготривалого захоронення радіоактивних відходів. Ну і окрім прикладного аспекту є і «чиста наука», яка допомагає нам зазирнути у далеке минуле нашої планети і зрозуміти як саме посеред безкрайнього холодного космосу функціонує складна планетарна система, яку ми називаємо своєю рідною домівкою. І без жодного сумніву, серед перших людей, які у далекому 2025 році зійдуть на марсіанську поверхню для дослідження і тераформування, однозначно будуть геологи!