Існують різні наукові напрями, в рамках яких вивчається структура Землі. Однією з таких дисциплін є петрографія. Значення цієї науки важко переоцінити. Вона тісно взаємодіє з багатьма дисциплінами. Розглянемо докладніше, чт про таке петрографія.

Визначення

У найменуванні дисципліни використовується грецьке слово petros (камінь). На питання про те, що вивчає петрографія, короткий відповідь можна дати такий – вона вивчає камінь. Проте таке визначення не дає повного розуміння завдань і цілей дисципліни.


Якщо говорити більш повно, то петрографія – це наука, що вивчає гірські породи, їх хімічний і мінералогічний склад, текстури, структури, умови залягання, закономірності походження, поширення, зміни. Загальну науку про гірських породах прийнято розділяти на дві частини. Першу складають основи петрографії передбачають використання переважно описових методів. Друга частина – петрологія. В рамках цього напрямку проводиться дослідження генетичних співвідношень. У літературі, однак, ці терміни часто розглядаються як синоніми.

Специфіка

Петрографія – це дисципліна геологічного циклу. Як вище вже говорилося, вона тісно пов'язана з різними науковими напрямками. Наприклад, на практиці поширене використання методів мінералогії та петрографії . Крім того, дисципліна пов'язана з геохімією, тектонікою, вулканологией, стратиграфией та ін.

Класифікація

Вона проводиться в залежності від типу досліджуваної породи. Так, існує петрографія:

Магматичних порід. В рамках цього напряму вивчаються кристалічні породи, що виникли переважно при застиганні і кристалізації магми. Ці процеси супроводжуються розщепленням і розчиненням вміщуючих структур. Це призвело до появи типів порід, різних по складу, і копалин, пов'язаних з ними. Магматична петрографія спрямована на отримання відомостей про їх речовинний склад, фізико-хімічних умовах, при яких відбувалося застигання магми, особливості їх взаємодії з іншими породами та ін.

Метаморфічних порід. Цей напрямок вивчає структури, змінили свій хімічний і мінеральний склад під впливом нових умов. Залежно від змін виділяють породи різних метаморфічних фацій. Їх мінеральний склад визначається переважно по температурі і тиску навколишнього середовища.

Деякі породи займають проміжне положення. Одні структури в ході своєї освіти частково розплавляються, інші - формуються під впливом процесів метаморфізму.

Методи дослідження

Все, що вивчає петрографія , пов'язане з надрами Землі. Для дослідження будови і складу порід застосовуються спеціальні методики. У першу чергу потрібно сказати про кристаллооптических методи. Вони дозволяють досліджувати дрібнозернисті агрегати за допомогою поляризаційного мікроскопа та інших пристроїв. Спектральний аналіз та рентгеноскопічний метод також досить широко застосовуються в петрографії. Ці методики дозволяють визначити домішки, присутні в структурах в малій кількості. Хімічний склад визначають з допомогою микроанализаторов безпосередньо в породі.
Ще один поширений метод петрографії – це дослідження фізичних констант. До них відносять показники твердості, щільності, теплового розширення, магнітних властивостей, щільності, в'язкості і пр. З середини минулого століття стали активно використовуватися математичні методи. Вони дозволяють оцінити достовірність результатів спектральних або хімічних аналізів, побудови класифікацій порід, визначення ознак для різних видів копалин. Слід сказати, що вивчає петрографія не тільки безпосередньо породи, але й умови, в яких вони знаходяться. Таким чином, дослідження копалин передбачає проведення складного комплексу заходів. Однак будь-яке дослідження завжди починається в польових умовах. Узагальнення отриманих матеріалів дозволяє визначити роль різних гірських порід в процесі утворення кори Землі.

Розділи науки

Вони виділяються в залежності від використовуваних методів. Основні розділи петрографії – це :

петрофизика;

петрохимия;

петротектоника.

Крім того, існують такі напрями, як технічна, експериментальна, фізико-хімічна, космічна петрографія. Визначення комплексу хімічних взаємодій в тих чи інших породах у природничих їх сполученнях здійснюється в рамках петрохимии. Розвиток геофізичних, інженерно-геологічних досліджень призвело до виникнення нового розділу – петрофізики. В рамках цього напрямку встановлюється зв'язок фізичних характеристик порід за складом, історією формування і структурою. Петротектоникой називають розділ петрографії, що досліджує зв'язок між геометричними закономірностями в мікроструктурах порід і рухами/деформаціями в них. З допомогою спеціальних методів з'ясовуються діючі сили і напруги. В основі петротектоники лежить мікроструктурний аналіз, що дозволяє встановити переважну просторову орієнтування лінійних і площинних компонентів структури породи.
Фізико-хімічна петрографія – це наука про зв'язку між мінеральним і хімічним складом копалин і загальні умови їх формування. У дослідженнях використовуються загальні закони термодинаміки. Експериментальна петрографія – це напрямок, в рамках якого здійснюється моделювання природних процесів формування порід, їх мінеральних асоціацій. Окремо слід сказати про технічну петрографії. Вона стала розвиватися завдяки діяльності радянського геолога Белянкина. В рамках цього напряму визначається мінеральний склад порцеляни, цементу, шлаків, скла, кам'яного литва, кераміки та інших технічних продуктів. Результати досліджень мають велике значення для металургійного та силікатної виробництва. Разом з тим методи технічної петрографії використовуються для розшифрування багатьох процесів породоутворення. Космічна петрографія, що виникла в 70-ті роки минулого століття, вивчає породи Місяця та інших космічних тел.

Історія петрографії

До середини XIX століття проблеми вивчення порід частково вирішувалися методами загальної геології. У цей період сформувалися основи мінералогії та петрографії. В рамках досліджень всі гірські породи були розділені на осадові, метаморфічні і магматичні за їх генезисом. Мінералогія і петрографія стали активно розвиватися після того, як Сорби продемонстрував можливість аналізу мінерального складу копалин у шліфах під мікроскопом. Згодом у практиці став використовуватися поляризаційний мікроскоп, далі були вдосконалені кристаллооптические методи дослідження. Через деякий час був розроблений теодолітний спосіб вивчення констант з допомогою універсального столика. Згодом були введені в практику методи дослідження мінералів за кристаллооптическим властивостями. Завдяки використанню теодолітного способу вивчення порід став розвиватися мікроструктурний аналіз. Одночасно стали удосконалюватися хімічні методи. Все це дозволило створити кількісно-мінералогічну і хімічну класифікації магматичних порід. Поділ ґрунтувалося на різних методах перерахунку хімічних аналізів копалин.

Наука на рубежі XIX-XX ст.

В цей період вчені активно почали вивчати проблему генезису і причини різноманітності порід. Висувалися припущення про поділ первинної магми на приватні, про процесі засвоєння нею вміщуючих порід. В кінці XIX століття Левінсон-Лессінг зміг показати, що початковим джерелом формування магматичних порід, поширених на земній поверхні, є 2 принципово різні магми – основна і кисла. У 20-ті роки XX століття цю ідею підтримав Рейлі. Через десятиліття Боуен виступив з гіпотезою про існування в надрах базальтової магми, з якої в процесі кристалізаційної диференціації (відділення від залишкової магми при спливанні або зануренні що виділилися кристалів) могли сформуватися практично всі магматичні породи. Це припущення отримало велику популярність у науковому співтоваристві. В ході подальших досліджень у природі були виявлені реальні випадки такої диференціації.

Дослідження гранітів

Цим породам дослідники приділяли особливу увагу. Вивчалися граніти, що залягають в глубокометаморфизованних мигматитових і гнейсових шарах. Ще на початку ХХ століття Седергольм виявив у цих порід деякі особливості, пояснити які було досить складно. Він припустив, що такі граніти не можна вважати магматичними. Скоріше, на його думку, вони були сформовані внаслідок метасоматической гранитизации або ультраметаморфізму під впливом глибинних процесів.

Введення нових понять

У працях Коржинського були сформульовані основи фізико-хімічного дослідження парагенезисов мінералів. Елементи, складові породи, були класифіковані за групами залежно від функції, яку вони виконують у минералообразовании. З'явилося поняття про системи з рухомими компонентами, в яких умови рівноваги хімічних показників визначаються специфічними термодинамічними потенціалами. Виникло поняття про диференціальної рухливості. Усе це істотно розширило сферу застосування методів дослідження парагенезисов мінералів. Коржинскому вдалося показати, що магматизм в корі планети розвивається у взаємодії з трансмагматическими розчинами (флюїдами). Він обґрунтував роль магматичного заміщення у формуванні вивержених структур в глибинних умовах. Коржинский розробив концепцію метасоматической зональності.

Наука на сучасному етапі

В 60-е-70-е роки минулого століття на підставі результатів експериментальних, петрологічних, геофізичних досліджень вчені знову почали обговорювати можливість формування гранітів внаслідок виплавлення з глибинних шарів. Багато наукові діячі визнають існування 2 типів гранітів. Перший сформувався з палигенной магми, що має порівняно низьку температуру. Вона виникла в результаті часткового плавлення порід кори в умовах водонасичення. При кристалізації на місці магми утворюються слабо переміщені або автохтонні (неперемещенние) граніти. Другий тип утворюється з кислих розплавів. Вони формуються в ході перетворень базальтової магми, яка, в свою чергу, походить з нижніх частин або верхньої мантії кори. Високотемпературні кислі розплави можуть досягати поверхні, утворюючи і інтрузивні граніти, і ефузивні їх аналоги.

Літологія

В рамках цього наукового напрямку здійснюється вивчення осадових порід. Це напрямок відокремилося на рубежі XIX-XX ст. внаслідок палеогеографического, стратиграфічного та інших досліджень. Ключовим завданням науки є аналіз речовинного складу порід і корисних копалин, пов'язаних з ними. Особливе значення для виділення літології в самостійний напрям мали матеріали, які були отримані на судні "Челленджер", дослідження Вальтера (німецького геолога), присвячені проблемам осадового породоутворення. Значний внесок у розвиток цього напрямку внесли такі вчені, як Заварицкий, Архангельський, Швецов, Батурин, Страхів, Рухин і ряд зарубіжних наукових діячів.

Петрологія

В рамках цієї науки, суміжної з петрографією, проводяться дослідження структурно-текстурні специфіки метаморфічних і магматичних порід. В рамках дисципліни створена їх класифікація, в тому числі за мінеральним складом. Однак петрографія охоплює більш широкий спектр об'єктів, вона досліджує не тільки метаморфічні і магматичні структури. Щодо перших ці дві науки часто розглядаються як тотожні. Однак саме в рамках петрології вивчаються генетичні зв'язки, що утворюються між породами.

Петрофизика

Це ще одна суміжна з петрографією наукова дисципліна. Вона розглядається як наука про фізико-хімічних властивостях порід. Виникла петрофизика на основі петрографії, лабораторних методів аналізу, геофізики. Ключовим напрямом є розгляд характеристики структур як геологічних тіл з урахуванням їх специфічної природи. Вперше поняття "петрофизика" було запропоновано в 1953 р. німецьким фізиком Фреліхом. Першим методичним керівництвом по дисципліні стала робота Кобрановой, видана в 1962 р. Ключовим завданням петрофізики є дослідження фізичних характеристик порід і класифікація типів структур, фацій, товщ по сукупності властивостей. Показники порід вивчаються в масиві з допомогою космофізичних, геофізичних і геологічних методів, в лабораторних умовах за допомогою визначення параметрів під високими температурами і тиском. Між фізичними характеристиками порід (пористістю, щільністю тощо) і петрографо-структурними показниками є кореляційний зв'язок. Вона виявляється з допомогою петрофизического аналізу. Дослідження виконуються в комплексі з іншими традиційними методиками. Отримані дані відображаються на спеціальних картах. За цими даними дослідники реконструюють геодинамічні умови утворення геологічних тіл, встановлюють тип деформацій, напружень і виявляють закономірності розподілу рудних родовищ, нафтогазових покладів. Все це забезпечує ефективне вирішення інженерно-технічних задач. Приміром, завдяки петрофизическим досліджень була виявлена природа анізотропії пружних характеристик порід, встановлено її залежність від петроструктурних факторів, зв'язок з деформаційними змінами. Отримані дані дозволили провести реконструкцію геодинамічних напруг, що мали місце при становленні інтрузивних тіл, формуванні масштабних тектонічних елементів, особливості зон розломів, а також рудовмещающих структур. В рамках петрології вивчені закономірності змін фізичних характеристик магматичних комплексів при різних умовах їх становлення. В ході досліджень встановлено завдання, які виконували предрудние гидротермально-метасоматичні процеси. Вони сприяли утворенню пористих, крихких і проникних порід, які легко заміщуються рудною речовиною. Розробки по петрофизике були впроваджені і в інші геолого-фізичні наукові напрямки. Наприклад, особливе значення вони мали для сейсмології. Науково-методичні розробки використовувалися для інтерпретації профілів глибинного сейсмічного зонування. Важливе значення мали напрацювання і для тектоніки. Зокрема, вони сприяли встановленню природи порушень і виявлення прихованих розломів.

Висновок

Як видно, вивчення гірських порід передбачає застосування різних методів і прийомів. Останнім часом в дослідженнях використовуються комп'ютерні програми. Вони істотно прискорюють процес збору і обробки даних. Враховуючи кількість невирішених питань, представляється, що наука про гірських породах буде і далі вдосконалюватися.