Геологічна будова та корисні копалини України
Геологічна будова й історія розвитку України
Територія України характеризується різноманітністю своєї геологічної будови, формуванням протягом тривалого часу своїх складових частин. Розміщується Україна в зоні зчленування Східноєвропейської платформи і складчастих споруд Середземноморського поясу, які включають Карпати і Крим. Серед головних її структурних елементів треба назвати Український щит, складчасті споруди Донбасу, Криму і Карпат, Дніпровсько-Донецьку западину, Волино-Подільську плиту. Вони мають різну геологічну будову й історію розвитку (див. рисунок).
Тектонічна карта України
Український щит являє собою вихід на поверхню кристалічного фундаменту платформи, який складений магматичними і метаморфічними комплексами архею і раннього протерозою. У йог складі присутні великі гранітні плутони; частково він перекривається малопотужним покривом кайнозойських осадочних утворень. Цікавою особливістю щиту є формування на його поверхні потужних кор вивітрювання, що вміщують численні й значні за розмірами родовища каолінів. Придніпровський блок щита включає Криворізьку й інші системи басейнів, районів і родовищ залізних руд, а також Нікопольський марганцеворудний басейн. Серед інших корисних копалин цієї тектонічної структури треба назвати басейни й родовища бурого вугілля, кольорового і ювелірного каміння (бурштин, топаз, берил, кварц), титанових руд.
Волино-Подільська плита може розглядатися як західна окраїна Українського щита, де кристалічні породи перекриті вапняками нижнього палеозою (переважно силуру), що залягають майже горизонтально. Серед корисних копалин, крім будівельних матеріалів, тут заслуговують на увагу родовища сірки з великими запасами. В товщах неогенових гіпсів сформувалися численні й дуже протяжні печери, які треба вважати дуже цікавими геологічними пам'ятками природи.
Донецька складчаста споруда (скорочено – Донбас) розміщуються всередині Східноєвропейської платформи. Вона складена дуже потужними вугленосними породами кам'яновугільного віку, які сягають майже 20 км. Походження Донбасу зв'язують з величезними розламами на півдні платформи, які простягаються майже через весь материк і одержали назву «ліній Карпинського». Це один з найбільших вугільних басейнів Європи. Крім вугілля він включає родовище ртуті (Микитівське), флюсові вапняки, кам'яну сіль (Артемівське родовище).
Дніпровсько-Донецька западина (ДДЗ) є продовженням Донбасу, що простягається майже через всю північно-східну частину України. Вона являє собою великий прогин, осьову частину якого складає палеозойський рифт, або великий грабен. Потужність осадочних товщ сягає тут майже 15-18 км, до складу яких входять соленосні породи девонського й пермського віку. Крім родовищ кам'яної солі, бурого вугілля, різноманітних будівельних матеріалів тощо, структура включає найбільші в Україні накопичення газу й нафти.
Гірський Крим вважається складовою частиною Середземноморського складчастого поясу. Це відносно проста споруда, що складена інтенсивно дислокованим нижнім мезозоєм (тріас – Середня юра). Вище залягає малопотужна верхня крейда і палеоген , що дозволяє вважати цю структуру мезозойською складчастою спорудою. Для складчастості, яка її утворила, була навіть запропонована назва «кіммерійська» (давня назва цієї частини Криму). За Межами півострова ця складчаста споруда не простежується. Від Східноєвропейської платформи (Українського щита) вона відокремлена Скіфською плитою і Причорноморською западиною, яка розглядається як аналог крайового прогину. Серед головних корисних копалин Криму необхідно назвати залізні руди (Керченський басейн) і будівельне каміння. Гірський Крим треба вважати регіоном, який найбільш багатий різноманітними геологічними пам'ятками природи.
Українські Карпатиє складовою частиною східної окраїни Карпатської складчастої області. Вони характеризуються досить складною будовою. Крім складчастої споруди (чергування інтенсивно дислокованих пісковиків і • глинистих сланців) тут виділяється Рахівський виступ кристалічних порід, система молодих кайнозойських западин (Солотвинська, Чоп-Мукачівська), Вигорлат-Гутинське вулканічне пасмо і Передкарпатський крайовий прогин. Складчаста споруда порушена системою насувів і лусок (їх називають тут скибами). Карпати є типовою областю альпійського гороутворення, формування якого продовжується і зараз. Крайовий прогин і міжгірні западини включають поклади кам'яної і калійної солей. Серед інших корисних копалин споруди – озокерит, невеликі родовища нафти і газу, ртуті й золота, а також різноманітні мінеральні лікувальні води.
Серед інших тектонічних елементів України треба назвати Скіфську плиту –
невелику молоду платформу або структуру платформного типу, що розташована в прирівнинній частині Криму і на прилеглих площах Чорного й Азовського морів. Фундамент її більш молодий, ніж у Східноєвропейської платформи, він залягає на глибинах від,0,5-1,5 на півдні до 3-6 км на півночі. Серед її корисних копалин – невеликі газові родовища. Осьову частину Чорного моря займає глибоководна западина, яка має субокеанічну будову земної кори (у неї відсутній гранітний шар, який є типовим для материкових структур). Воронезький масив є продовженням Українського щиту, від якого він відокремлений ДДЗ.
Історія геологічного розвитку всієї України і окремих її структур вивчена з великою повнотою. Базою для таких досліджень став аналіз геологічних карт, на яких показаний склад порід, що сформувалися в різні інтервали часу її минулого розвитку. Вони дозволяють встановлювати палеогеографічні умови відповідних періодів й епох (морські чи континентальні режими, вологий чи посушливий клімат), фіксувати підняття на якихось площах, якщо в цей час припинялося накопичення морських відкладів, а також установлювати масштаби прогинання в залежності від потужності осадочних товщ. Додаткову інформацію про геологічну історію дає характер магматизму, що проявлявся в цей час, ступінь тектонічної порушеності різновікових товщ в різних структурах. На базі таких матеріалів будують палеогеографічні карти для певних інтервалів часу. За їх допомогою можуть бути зрозумілими умови формування окремих корисних копалин.
Морські умови, активні прогинання
Архей і протерозой був найбільш протяжним інтервалом часу геологічної історії, розшифрувати який ми можемо за результатами аналізу будови Українського щита. В різні його етапи тут існували різноманітні басейни, в яких відбувалося накопичення уламкових й інших порід. В першій половині протерозою, приблизно 2,3 млрд. років тому, в басейнах сучасного Криворіжжя формувалися залізисті кварцити, які зараз стали головною залізорудною базою країни. Неодноразові гороутворюючі процеси супроводжувалися вторгненням численних гранітів, виходи яких на поверхню ми спостерігаємо в різних зонах Українського щита. Друга половина протерозою характеризувалася переважними підняттями. В кінці протерозою (інтервал часу приблизно 670-640 млн. років тому) в різних регіонах світу, в тому числі на західних околицях України, відбувалося зледеніння, слідами якого стало утворення моренних покладів.
В кінці протерозою і першій половині палеозою, до інтервалу часу приблизно 400 млн. років тому, західні околиці України (в межах сучасної Волино-Подільської плити) були узбережжям мілководного теплого моря, де накопичувалися вапняки. Це був один із басейнів океану Япетус. Зараз такі вапняки можна спостерігати в районі Залещиків й інших місцях Подолії. Ліквідація океану Япетус, що було результатом сходження літосферних плит Південної Америки і Євразії, проявлена утворенням на його місці гір, а також численних мілководних озер. Це явище знайшло відображення у формуванні континентальних червоноколірних пісковиків, що одержали назву червоного лежня, які ми теж маємо можливість спостерігати в Подолії, а також каледонідах Північної Америки і Західної Європи.
У середині палеозою, приблизно 380–325 млн. років тому, Український щит і його продовження Воронезький масив були розколоті величезними розламами, по яким відбулося просідання й формування гігантського грабена (Дніпровського рифта). Цей процес супроводжувався проявом інтенсивного вулканізму, а в східній частині Дніпровсько-Донецької западини – накопиченням солей. Пізній палеозой (кам'яновугільний і пермський періоди) характеризувалися в Центральній Європі, Закарпатті й на Кавказі інтенсивним гороутворенням (формування так званих герцинід). У Донбасі й ДДЗ навпаки – мали місце інтенсивні прогинання і формування потужних осадочних товщ, частково вугленосних. З пізньокам'яновугільної епохи вологий клімат змінився на посушливий, що обумовило зміну вугленакопичення формуванням червоноколірних уламкових і гіпсово-соленосних товщ.
Мезозойська ера (інтервал часу 245–65 млн. років тому) характеризувалась існуванням в Криму, Карпатах і Закарпатті морських басейнів, які іноді проникали і в межі ДДЗ (юрська система в Ізюмському районі Харківської області). На початку мезозою починаються підняття в Донбасі, які охопили й ДДЗ. У середині мезозою на півдні Криму мало місце гороутворення, що одержало назву кіммерійського, яке іноді супроводжувалося вулканізмом (його прояви ми можемо спостерігати в Карадазі). З другої половини крейдового періоду тепле мілководне море займало майже всю площу Дніпровсько-Донецької западини, значну частину Криму, Львівську западину, де формувалася писальна крейда й вапнякові породи. Карпати в цей час були глибоководним басейном, де формувалися потужні уламково-глинисті породи – фліш.
Протягом майже всього кайнозою на значній площі України зберігаються морські басейни, які поступово скорочуються. З другої половини неогенового періоду, або приблизно 15 млн. років тому, море остаточно покидає територію країни; це співпадає за часом з найбільш активним гороутворенням, яке одержало назву альпійського. В передгірному і міжгірному прогинах Карпат відбувається соленакопичення, а в Закарпатті ще й наземний вулканізм. Клімат цього часу характеризується поступовим похолоданням, яке різко посилилося в четвертинний період. Зледеніння цього часу на півночі Євразії супроводжувалися формуванням льодовиків, які по долинах великих річок пересувалися на південь. Зокрема, під час дніпровського зледеніння льодовики сягали широт Полтавської і Запорізької областей. Різке скорочення рослинного покриву й активні вітри четвертинного періоду обумовили формування в південних областях країни потужних товщ лесових порід, на поверхні яких з часом утворилися знамениті українські чорноземи.
Корисні копалини: час їх формування
Оскільк
Відразу ж слід уточнити, що поняття про корисні копалини є дуже широким, уявлення про них змінювалися в часі. Це вчення становить інтерес не лише для геології, яка вважає його одним з основних напрямів своєї діяльності, але й географії та інших наук, що опікуються питаннями територіального розміщення корисних копалин, умов видобування й раціонального їх використання. Корисні копалини прийнято поділяти на три основні групи: рудні, нерудні й горючі. Спробуємо розглянути особливості розвитку в часі лише деяких корисних копалин.
Типовим прикладом рудних корисних копалин є залізні руди, які людина почала освоювати практично від початку свого розвитку. Вони різняться за складом, умовами утворення й віком. Формування таких руд відбувалося вже в давній історії земної кори. Ми говорили про грандіозне їх накопичення в докембрії, близько 2,3 млрд. років тому. Вони відомі в Криворізькому басейні, у межах Курської магнітної аномалії (КМА), на Балтійському й Канадському щитах. Такі скупчення пов'язані з породами, що отримали назву залізистих кварцитів, або джеспілітів. Передбачається, що вони сформувалися у своєрідних водних басейнах ранньопротерозойського віку, можливо, за рахунок космічного надходження відповідної речовини (залізні метеорити).
Ще одна група залізних руд формувалася під впливом гранітів, що стикаються з карбонатними породами. У результаті термального впливу та привнесення певних компонентів їх накопичення на межі магматичних порід і карбонатів утворюються своєрідні скарни, з якими найчастіше пов'язані родовища заліза, міді, поліметалів. Найактивніше таке рудоутворення відбувалося в пізньому палеозої, упродовж герцинського гороутворення (325-250 млн. років тому). Зокрема, значні скупчення таких руд відомі в межах Уралу, Алтаю, Центральної Європи, Казахстану, в інших регіонах.
Урешті-решт, існування залізорудних басейнів відбувалося й у зовсім недалекому минулому. Зокрема, у межах України відома неогенова залізорудна формація Азово-Причорноморської провінції. Вона включає рудоносні площі Керченського півострова, Присивашшя, Херсонської області та ін. Тут сформовані залізні руди мають осадкове хемогенне походження й накопичені у великих лаг гунах. Передбачається, що це відбувалося за рахунок життєдіяльності своєрідних бактерій, У родовищах Керченського півострова вміст Феруму в руді досягає 37–40 %, а потужність рудних шарів становить 10–12 м. Процес протікав близько 3,5 млн. років тому, про що свідчить різноманіття процесів залізорудного накопичення.
Дуже цікавим і показовим є процес вугленакопичення, формування в часі вугленосних відкладень. Для нього характерним є не лише нерівномірність накопичення вугіль, але й чітко виражене територіальне переміщення вугленосних басейнів у різні інтервали геологічної історії. Слід відзначити, що цей процес почався лише із середнього палеозою. Більш давніх вугленосних відкладень практично немає, оскільки в давні інтервали часу рослинного світу на земній поверхні в значних масштабах ще не існувало. Вугілля середнього палеозою утворює незначні скупчення в різних районах Європи: Приуралля, Прикаспію, Західного Донбасу, Воронезької височини та ін. Ще раз нагадаю, що середній палеозой.(інтервал часу – 400–325 млн. років тому) характеризувався тим, що в той час зійшлися материки Північної Америки й Євразії, а на місці колишнього океану Япетус сформувалися численні широкі лагуни, у яких почала накопичуватися рослинна органіка. До речі, саме тоді на земну поверхню в значних масштабах почали виходити й морські організми.
Часом найбільш активного вугленакопичення став пізній палеозой (325–250 млн. років тому). У цей інтервал історії накопичилося понад половину всіх відомих запасів вугілля. Пізньопалеозойські вугленосні відкладення утворюють два чітко розмежовані пояси. Протягом середнього карбону вугленакопичення відбувалося на територіях Центрального Казахстану (Карагандинський басейн), Донбасу, у басейнах Західної Європи, південної частини Англії, в Аппалачах Північної Америки. Структурний план середньопермського вугленосного пояса Євразії різко відрізняється від більш давнього кам'яновугільного. Він утворює трансматериковий пояс вугільних басейнів, що простягається від Печори й Таймиру через Тунгуський та інші басейни Сибірської платформи, а також Кузбас і тягнеться на північний схід Індостану. Цікаво, що територіального поєднання цих двох поясів не зафіксовано.
Мезозойське й кайнозойське вугленакопичення характеризується різким зниженням своїх масштабів. Воно пов'язано в основному з азіатською частиною материка. Для нього, як і для попередніх етапів, характерна нерівномірність розвитку цього процесу в часі, чергування епох згасання або активізації накопичення вугілля, а також стрибкоподібне переміщення різновікових вугленосних басейнів. З-поміж великих басейнів цього часу можна назвати лише Південно-Якутський і Вілюйський. Звичайно ж, це дрібні й розсіяні вугленосні депресії. Крім цього, найбільш активне пізньопалеозойське вугленакопичення збігається за часом з герцинським гороутворенням. Цей інтервал часу характеризувався найбільш різкою диференціацією рельєфів, що створювало сприятливі умови для інтенсивного вугленакопичення.
До корисних копалин слід було б зарахувати підземні води. Ми звикли до їх майже повсюдного поширення, вважаємо, що це та корисна копалина, яка формується вже на наших очах, запаси її можуть безупинно відновлюватися й нам не загрожує її дефіцит. Про це свідчать умови накопичення ґрунтових вод, верхнього водоносного горизонту. Водночас багато фахівців уже сьогодні прогнозують, що найближчими десятиліттями вона може стати однією з найбільш важливих і затребуваних корисних копалин. Отже, є сенс уточнити, як відбувається її накопичення в часі.
Водночас із ґрунтовими водами, що формуються сьогодні, існують і більш давні різновиди, які отримали назву седиментаційних, або седиментогенних. Це води давніх морських басейнів, які збереглися в накопичених осадках, а потім у процесі подальшого перетворення, діагенезу, ущільнення й переміщення опинилися в породах, що містять їх. Частково вони можуть використовуватися. Більш поширеними є води артезіанських басейнів, що знаходяться на значній глибині й зазвичай під великим тиском. Прикладом однієї з таких найбільших структур у нас може бути Дніпровсько-Донецький артезіанський басейн. Його верхні водоносні горизонти містять прісні води, що активно використовуються.
Такі води містять корисні компоненти, які роблять їх більш привабливими, ніж ґрунтові. Вони поки що не забруднені. Вивчення швидкості переміщення підземних вод і розмірів артезіанських басейнів дозволяє фахівцям стверджувати, що сформувалися вони близько 15 тис. років тому – в епоху останнього похолодання. Водночас надмірно активний відбір таких вод не дозволить компенсувати їх надходження і теоретично відновлювана корисна копалина не встигатиме задовольняти наш попит. Таке явище обов'язково слід ураховувати нашим екологам.
Ми звикли до того, що майже всі корисні копалини, крім ґрунтових вод, не можуть бути зараховані до відновлюваних і вимагають Обережного використання. А чи можуть існувати рудні корисні копалини, які в досить великих об'ємах формуються наразі? Найцікавіше, що такі є! Ідеться про залізорудні й марганцеві конкреції, що утворюються на дні Світового океану. їх почали вивчати порівняно нещодавно, але вони відразу зацікавили фахівців. На глибині понад 4 км такі скупчення утворюють майже суцільний шар. Ці конкреції містять до 36 % Мангану, а також Ферум, Купрум, Нікель, Кобальт, Титан, Молібден та інші елементи (понад двадцять). У США, Японії, ФРН уже розроблено технічні прийоми їх видобування. Головною проблемою їх використання є лише економічні показники такого процесу, а також екологічні наслідки подібних розробок. І оскільки ми завели мову про швидкість формування корисних копалин, слід відзначити, що темп сучасного росту подібних утворень на дні океану цілком може задовольнити нагальні потреби людства.
Як приклад ми розглянули особливості формування в часі лише кількох корисних копалин, показали лише окремі закономірності просторово-часового розвитку цього процесу. Таких прикладів можна навести чимало. Це предмет вивчення низки наук і вчень, серед яких можна назвати металогенію (наука про народження металів), мінерагенію, вчення про горючі корисні копалини та ін. Дуже складним є з'ясування закономірностей формування нафтогазових скупчень, які безупинно переміщаються, утворюються в результаті як перетворення в надрах якихось органічних речовин, так і глибинного надходження вуглеводнів. І, звичайно ж, демонструють різноманіття історії розвитку земної кори.
Рельєфи минулого: що ми можемо про них знати?
Раніше вже говорилося про існування в минулому окремих материків і океанів, які наразі вже зникли, про періодичне розростання і скорочення морських площ. Трохи нижче ми розглядатимемо умови й закономірності розвитку в часі гороутворення. Усі ці питання входять до кола проблеми, яку можна назвати рельєфами минулого. Їх вивченням займається геоморфологія, яку і геологи, і географи вважають своєю. Нас має цікавити, як формувався, змінювався рельєф у часі, як ми можемо це вивчати. Природно, що в наших бесідах ми спробуємо розглянути все це.
Торкнемося одного окремого питання: у який спосіб ми можемо відновлювати рельєфи минулого? Це той напрям досліджень, яким займається палеогеографія – теоретично знайома й близька нам наука. Спробуємо уточнити методику палеогеографічних досліджень. Частково ми торкалися цього питання, говорячи про методи відновлення фізико-географічних обстановок минулого в розділі про історико-геологічний аналіз, його методи та принципи.
Аналоги добре знайомих нам фізико-географічних карт ми можемо складати для різних історико-геологічних періодів і епох. Вони будуть значно менш детальними та інформативними, більш схематичними, без уточнення оцінок і висот гірських споруджень і глибин морських басейнів, але загальне уявлення про рельєфи минулого такі палеогеографічні карти нам дадуть. Створюються вони за даними геологічних карт, на яких показано територіальне розміщення відкладень певного віку, а також заданими тектонічних карт, на яких нанесено складчасті спорудження певного віку. Це ті площі, де в певний час відбувалося гороутворення.