Геология с основами геоморфологии

Москва
ИНФРА-М
2021

ГЕОЛОГИЯ

С ОСНОВАМИ 
ГЕОМОРФОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Допущено УМО вузов РФ по агрономическому образованию
в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров,
обучающихся по направлению подготовки 35.03.03 
«Агрохимия и агропочвоведение»

Под редакцией доктора биологических наук, 
профессора Н.Ф. Ганжары

Г 36

УДК 551(075.8)
ББК 26.3я73
Г 36

Геология с основами геоморфологии : учебное пособие / под ред. 
проф. Н.Ф. Ганжары. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 207 с. + Доп. 
материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: 
Бакалавриат). — DOI 10.12737/7200.

ISBN 978-5-16-009905-7 (print)
ISBN 978-5-16-101493-6 (online)

В учебном пособии изложены основы геологии, описаны главные минералы 
и горные породы, эндогенные и экзогенные геологические породы, основные 
этапы геологической истории Земли, а также представлены основы геоморфологии. Учебное пособие предназначено для студентов бакалавриата, обучающихся 
по направлению подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение».

ББК 26.3я73

Цветные фото минералов и пород предоставлены А.В. Арешиным и 
О.С. Бойко (минералы размещены в Геолого-минералогическом музее 
Российского государственного аграрного университета – МСХА им. К.А. Тимирязева)

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны в электронно-библиотечной системе znanium (www.znanium.com)

Р е ц е н з е н т ы :
И.М. Ломакин, канд. геолого-минерал. наук, профессор кафедры гидрологии, гидрогеологии и регулирования МГУП им. А.Н. Костякова;
Н.В. Полякова, д-р биол. наук, проф., декан факультета почвоведения, 
агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА

ISBN 978-5-16-009905-7 (print)
ISBN 978-5-16-101493-6 (online) 
© Коллектив авторов, 2015

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

А в т о р ы :
Ганжара Николай Федорович, д-р биол. наук, профессор;
Борисов Борис Анорьевич, д-р биол. наук, профессор;
Арешин Александр Викторович, канд. биол. наук, ст. преподаватель;
Бойко Олег Степанович, канд. с.-х. наук, доцент;
Ефимов Олег Евгеньевич, канд. с.-х. наук, доцент

Предисловие

Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) при реализации 
основных образовательных программ бакалавриата по направлению 
подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение» предусмотрено 
изучение дисциплины «Геология с основами геоморфологии».

В первой части настоящего учебного пособия рассмотрены основы геологии: строение Земли, наиболее распространенные минералы 
и горные породы, в том числе четвертичные отложения и агроруды, 
эндогенные и экзогенные геологические процессы и их роль в формировании рельефа и ландшафтов, основные этапы геологической 
истории Земли. Во второй части представлены основы геоморфологии: 
формы и типы рельефа, роль различных геологических процессов 
в формировании рельефа, методы геоморфологических исследований, 
чтение форм и элементов рельефа на топографической карте.

Авторы выражают глубокую признательность рецензентам — профессору Московского государственного университета природообустройства, кандидату геолого­минералогических наук И.М. Ломакину и профессору Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии, доктору биологических наук Н.В. Поляковой за ценные 
замечания, позволившие улучшить содержание учебного пособия.

введение

Геология — естественноисторическая наука о Земле, ее составе, 

строении, происхождении, закономерностях развития. Первые научные обобщения в геологии были сделаны в России в середине XVIII в. 
М.В. Ломоносовым. По мере развития геология значительно дифференцировалась, и теперь она включает целый комплекс геологических 
наук.

Петрография — наука, изучающая горные породы, их состав, структуру, условия образования (подразделяется на петрологию — изучает 
магматические и метаморфические горные породы и литологию — 
изучает осадочные горные породы).

Минералогия — наука о минералах, их составе, свойствах, происхождении, строении.

Кристаллография — наука о кристаллах, их строении, включает 

кристаллохимию, изучающую химический состав кристаллов.

Геохимия — наука о распределении и миграции химических элементов и их соединений в недрах Земли (геохимия ландшафтов — наука о распределении и миграции химических элементов и их соединений в ландшафтах).

Динамическая геология изучает процессы, протекающие в недрах 

Земли (эндогенные процессы) и на ее поверхности (экзогенные процессы).

Динамическая геология включает ряд разделов: геотектоника 

и структурная геология — науки о тектонических движениях и их последствиях. 

Вулканология — наука, изучающая процессы вулканизма, строение 

и состав продуктов извержения вулканов. 

Сейсмология — наука о землетрясениях, условиях их возникновения и геологических последствиях.

Геофизика — наука о физических свойствах Земли.
Историческая геология — наука, которая изучает историю и закономерности развития Земли с момента образования земной коры до 
ее современного состояния. 

Четвертичная геология изучает историю развития земной коры 

в четвертичный период (1,5–2 млн лет). 

Стратиграфия изучает последовательность образования и залегания 

отдельных слоев горных пород в земной коре.

Морская геология изучает структуру, рельеф и современные осадки 

дна морей и океанов.

Прикладная геология объединяет практические отрасли геологии: 

геологию месторождений полезных ископаемых, инженерную геологию, гидрогеологию, грунтоведение и др.

Региональная геология изучает геологическое строение и геологическую историю крупных областей (регионов) земного шара.

Геоморфология — наука о рельефе земной поверхности. Является 

пограничной наукой между физической географией и геологией.

Геология и физическая география, наряду с продолжающейся дифференциацией на отдельные разделы, синтезируют знания смежных 
наук и с каждым годом получают все больший объем информации 
о составе, свойствах, развитии как отдельных оболочек (геосфер), так 
и о нашей планете в целом.

Ломоносов М.В. своими трудами «Первые основания металлургии или 

рудных дел» (1742), «О слоях Земли» (1763) и др. не только заложил научные основы геологии, но и дал толчок к развитию геологии в России. 
В 1805 г. было организовано Московское общество испытателей природы, в 1817 г. в Петербурге — Минералогическое общество, в 1845 г. — 
Русское географическое общество, в 1865 г. — Московское общество 
любителей естествознания, антропологии и этнографии, которые 
сыграли огромную роль в развитии географических и геологических 
исследований в России. В первой половине XIX в. минералогом 
Н.И. Кокшаровым была составлена первая схематическая геологическая карта северной половины, а геологом Г.П. Гельмерсеном — всей 
Европейской части России. Основы минералогии были сформулированы академиком В.М. Севергиным.

Дальнейшее развитие геологии связано с именами А.П. Карпинского 

(1847–1936), И.В. Мушкетова (1850—1902), В.А. Обручева (1863–1956), 
Е.С. Федорова (1853–1919), А.П. Павлова (1854–1929), В.И. Вер надского 
(1863–1945), И.М. Губкина (1871–1939), А.Е. Ферсмана (1883—1945) 
и других ученых. 

Основателя русской геологической школы А.П. Карпинского называют отцом российской геологии. Он является автором легенды 
геологической карты, утвержденной Всемирным геологическим конгрессом в 1881 г. С 1916 по 1936 г. А.П. Карпинский был президентом 
Академии наук СССР.

Всемирно известный минералог и кристаллограф Е.С. Федоров  

(в течение нескольких лет исполнявший обязанности заведующего 
кафедрой геологии Петровской земледельческой и лесной академии) 
разработал методы кристаллооптических исследований. В.И. Вернадский, ученик В.В. Докучаева, минералог, занимался систематикой 
минералов, химией земной коры, основатель нового направления 
в геологии — геохимии.

Методы исследований. Геология и физическая география, в том 

числе ландшафтоведение, имеют общие основополагающие методы 
исследований. Главным из них является сравнительно-исторический 
метод, в основу которого положен сформулированный М.В. Ломоносовым принцип актуализма. Сущность метода заключается в том, что 

на основании наблюдений над современными процессами можно 
судить о ходе тех же процессов в далеком геологическом прошлом. 
Существенный вклад в развитие этого метода внес Н.М. Страхов.

Много ценной информации получено путем применения сравни
тельно-географического метода, разработанного В.В. Докучаевым. 
Сущность метода заключается в выявлении корреляционных связей 
между строением, составом и свойствами почв — с одной стороны, 
и факторами почвообразования — с другой. Разновидности сравнительно­географического метода — сравнительно-геоморфологический 
и сравнительно-литологический — основаны на установлении связей 
между почвенными разностями, рельефом местности и почвообразующими породами и широко используются в настоящее время при 
крупномасштабном картографировании почв и ландшафтов.

Одним из основных методов познания в геологии является метод 

полевых наблюдений, основанный на изучении состава, возраста, характера залегания горных пород и последовательности их напластования по ископаемым остаткам животных и растений, которые сохранились в породах с момента их образования. Этот метод позволяет 
изучать породы в естественных обнажениях, скважинах и разрезах до 
глубины 1–20 км.

Геофизические методы основаны на изучении сейсмических волн, 

гравитационных аномалий магнитного и теплового полей Земли. Они 
позволяют судить о внутреннем строении и составе Земли.

Геохимические методы позволяют изучать химический состав различных сфер Земли, миграцию химических элементов и соединений, 
возраст пород и минералов.

Методы смежных наук: математические, картографические и др. 

применяются как в геологии, так и в физической географии. В свою 
очередь они используют методы химии и физики, картографии и топографии, а также аэрокосмические методы с применением аэрои космической съемки.

Глава 1. 
строение 
Земли

Форма планеты 
Одним из главных факторов в создании формы Земли является ее 

вращение. В настоящее время считают, что форма Земли представляет собой трехосный эллипсоид вращения, несколько сплющенный 
у полюсов. Экваториальный радиус Земли равен 6379 км, а полярный — 
6357 км. Эксцентриситет (степень сжатия) эллипсоида — 1/300.

Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за 24 часа (23 часа  

56 минут 4 секунды). 

Совокупность неровностей земной поверхности называется рель
ефом. Самая высокая гора Эверест (Джомолунгма) — 8848 м выше 
уровня океана, самая глубокая впадина — Марианская — 11 034 м ниже 
уровня океана. Таким образом, перепады рельефа на поверхности 
Земли составляют около 20 км, что по сравнению с радиусом планеты 
(около 6300 км) составляет ничтожную величину. Гораздо более существенным фактом является неравномерное распределение вещества, т.е. его разная плотность в недрах Земли.

Экваториальное сечение Земли представляет собой эллипс. Разность его полуосей составляет около 200 м. Кроме того, полярные 
полуоси Северного и Южного полушарий неодинаковы. Южная полуось — на 100–200 м короче северной, поэтому полярное сжатие 
Южного полушария больше Северного.

В результате неравномерного распределения вещества в недрах 

геометрический центр Земли не совпадает с центром ее масс. Механическим следствием этого должны являться «биения», что приводит 
к непрерывному смещению самой оси вращения внутри тела Земли — 
ее прецессии. Земная ось, совершая движение, описывает конус, характеризуя перемещение полюсов планеты в пространстве (нутация). 
Нутация полюсов оказывает огромное воздействие на распределение 
масс воздуха и их перемещения по сезонам.

Хотя представление о форме Земли как о трехосном эллипсоиде 

вращения для решения многих задач является верным, в действитель

ности поверхность Земли оказывается более сложной. Наиболее близка к ней фигура геоида (буквальный перевод термина — «землеподобный»). Геоид — некоторая воображаемая, замкнутая геометрическая 
поверхность, по отношению к которой сила тяжести повсеместно 
направлена перпендикулярно. Она совпадает с невозмущенной поверхностью Мирового океана и продолжается, погружаясь под материки, как бы сглаживая их рельеф. 

Форма и размеры Земли были вычислены геодезистом А.А. Изотовым в 1940 г. на основании геодезических работ, проводившихся 
под руководством математика, профессора Ф.Н. Красовского, поэтому 
вычисленная фигура Земли получила название эллипсоида Красовского. Позднее ее параметры были уточнены с помощью космических 
аппаратов.

Таблица 1.1

основные параметры эллипсоида Красовского  

и основные характеристики Земли

Экваториальный радиус
6 378,245 км

Полярный радиус
6 356,863 км

Площадь поверхности Земли
5210 млн км2

Окружность по полюсам
40 008 км

Окружность по экватору
40 075 км

Объем Земли
1,083 · 1012 км3

Масса Земли
5,976 · 109 т

Средняя плотность Земли
5,52 г/см3

Лабораторными исследованиями было установлено, что плотность 

горных пород, выходящих на поверхность Земли, не превышает 2,7– 
3 г/см3. Из этого следует, что в ее недрах должны находиться горные 
породы, чья плотность должна значительно превышать среднюю плотность Земли (табл. 1.1).

внешние геосферы
Атмосфера — газообразная оболочка Земли. Она имеет слоистое 

строение — в ней выделяют три основных слоя: нижний — тропосфера, средний — стратосфера и верхний — ионосфера.

Тропосфера — нижний слой атмосферы. Его толщина составляет 

от 6 км на полюсах до 18 км на экваторе, средняя — около 12 км. Тропосфера содержит 80% всей массы атмосферы и все водяные пары. 
Содержание кислорода О2 = 21%, азота N2 = 78%, углекислого газа 
СО2 = 0,03% и аргона 0,93%.

На каждые 100 м высоты в тропосфере фиксируется понижение 

температуры на 0,6 °С. В результате температура у верхней границы 
тропосферы — (–45–55 °С) у полюсов и (–70–80 °С) у экватора.

Стратосфера имеет верхнюю границу на высоте 80–90 км. Масса 

ее составляет 5% массы атмосферы, температура (–80–90 °С). На 
высоте 80–120 км расположен озоновый слой, который защищает 
биосферу от губительного действия ультрафиолетового излучения 
Солнца.

Ионосфера. Верхняя граница ионосферы не установлена, так как 

она постепенно переходит в межпланетное пространство, заполненное межпланетным магнитным полем и потоками космических заряженных частиц. Здесь воздух сильно ионизирован. Часто наблюдаются полярные сияния в результате схода электронных и протонных 
лавин, поступающих от Солнца. Верхняя граница полярных сияний 
100–120 км.

Гидросфера — водная оболочка Земли, верхняя граница которой 

определяется поверхностью водоемов. Гидросфера включает все известные нам формы природных вод в жидком, твердом и парообразном состоянии. Эти формы постоянно переходят друг в друга и взаимодействуют с другими геосферами.

Общая масса воды гидросферы составляет около 1644 · 1015 т (или 

0,2% массы планеты). Она в 275 раз превышает массу атмосферы. 
Около 94% массы гидросферы составляют соленые воды Мирового 
океана. Из оставшихся 6% массы гидросферы четвертая часть приходится на ледники. Подземные воды составляют 1,68% общего объема 
гидросферы. Их объем оценивается примерно в 200 км3. Остальные 
4% — пресные воды суши (вода рек, озер и болот).

Верхняя граница гидросферы совпадает с поверхностью ледников, 

снежников и уровнем воды в Мировом океане и в водоемах на континентах. Вопрос о положении нижней границы гидросферы однозначно еще не решен. Обычно за нижнюю границу гидросферы принимается нижняя граница существования подземных вод (в жидкой 
фазе). Она определяется давлением и температурой недр, так как при 
температуре около 1000 °С происходит диссипация (распад) молекул 
воды.

Любые воды гидросферы Земли в той или иной степени минерализованы и могут рассматриваться как природные растворы. В отличие от атмосферы в гидросфере четко проявлена горизонтальная неоднородность (зональность). Воды суши — в основном пресные, а океанов и морей — соленые. Химический состав воды океана постоянный 
и содержит в среднем 35 г солей в 1 л (3,5%).

Под влиянием солнечной радиации воды гидросферы Земли находятся в постоянном движении — в непрерывном кругообороте. Вода 
в виде паров атмосферной влаги, атмосферных осадков и речного 
стока, в виде течений в океанах перемещается на большие расстояния. 
Находясь в атмосфере, она максимально насыщается свободным кислородом, а затем расходует его, соприкасаясь с биосферой и верхни

ми слоями земной коры. В процессе круговорота в единую систему 
связываются все воды гидросферы, а также осуществляется тесная 
связь природных вод с атмосферой, земной корой и живым веществом 
планеты.

Биосфера — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой 

в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Главные особенности биосферы — 
исключительно быстрый круговорот вещества, широкое распространение веществ в коллоидном состоянии и в виде высокомолекулярных 
соединений.

Термин «биосфера» впервые применил Э. Зюсс (1875), считавший 

ее тонкой пленкой жизни на земной поверхности, в значительной 
мере определяющей «лик Земли». Однако заслуга создания целостного 
учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому, так как именно 
он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. 
Большое влияние на В.И. Вернадского оказали работы В.В. Докучаева о почве как о естественноисторическом теле.

Основы учения о биосфере, изложенные В.И. Вернадским в 1926 г. 

в книге «Биосфера», впоследствии стали идеологией и основой учения 
об окружающей среде — «экологией».

Биосфера имеет строго определенные границы. Эти границы определяются физическими и химическими условиями существования 
жизни. По современным представлениям биосфера занимает нижнюю 
часть атмосферы, верхние слои литосферы, поверхность суши и всю 
гидросферу. В то же время геометрические границы биосферы достаточно условны. Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22–24 км от поверхности Земли, где образуется 
озоновый экран.

Нижняя граница биосферы проходит в литосфере на глубине 

3–4 км, а в гидросфере — по дну Мирового океана.

Более широкое распространение живых организмов ограничено 

рядом факторов. Так, проникновению вверх препятствует космическое 
излучение, а проникновению вглубь — высокая температура земных 
недр.

Масса внешних оболочек Земли составляет меньше 0,001% массы 

планеты, однако их значение в геологической истории Земли чрезвычайно велико. Атмосфера, гидросфера и биосфера обладают высокой динамичностью, поэтому они являются мощными геологическими факторами развития земной поверхности и преобразования 
горных пород. Благодаря их работе создаются озерные, речные, элювиальные, делювиальные, ледниковые, пролювиальные, эоловые, 
торфяные и другие отложения, слагающие верхнюю часть земной 
коры.