Строение, состав и структура земной коры

Литосфера— внешняя сфера «твердой» оболочки Земли. Верхняя часть ее называется земной корой. Средняя плотность земной коры составляет 2,8 г/см³. Она отделяется от верхней мантии границей резкого изменения скорости распространения сейсмических волн с 6 до 8 км/с. На материках это происходит на глубине 35 – 70 км; в пределах океанов - 5 - 15 км. Эта граница получила название границы Мохоровичича(по имени открывшего её югославского ученого Андрея Мохоровичича).

Земная кора различна по составу, строению и мощности на континентах и в океане (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема строения литосферы: 1 – вода океана; 2 – осадочный слой; 3 - гранитный слой; 4 – базальтовый слой; 5 - верхняя мантия; 6 – межблоковые разломы

Континентальная (материковая) кора имеет мощность 30—40 км, достигая 70—75 км под Гималаями и Андами. В строении континенталь­ной коры различают три слоя:

· осадочный слой, состоящий из осадочных пород мощностью до 20 км и плотностью 1,8 – 2,5 г/см³;

· «гранитный», образованный гранитоидами — светлоокрашенными горными породами мощностью 10 — 40 км и плотностью 2,5 – 2,8 г/см³. Скорость распространения волн в этом слое 5,5 – 6,2 км/с;

· «базальтовый», скорость распространения сейсмических волн в этом слое 6,1—7,4 км/с, что характерно для базальта, отсюда название слоя — базальтовый. Мощность базальтового слоя 15—30 км. Граница между гранитным и базальтовым слоем называется границей Конрада.

Океаническая кора обычно не содержит «гранитного» слоя, а мощность осадочного слоя, представленного глубоководными осадками, не превышает 600 – 700 м. Нижний «базальтовый» слой распространен повсеместно и имеет мощность 4,1—5,8 км.

Сплошность земной коры прерывается большим количеством вертикальных и наклонных нарушений, разбивающих её на блоки. Некоторые нарушения уходят в мантию, образуя коромантийные блоки.

Структурными элементами земной коры являются литосферные плиты (платформы), геосинклинали (подвижные пояса) и океанические плиты.

Платформы (массивы, глыбы) занимают огромные пространства на Земле. К ним относятся Русская платформа, Австралийская, Северо-Африканская и др. Платформы чаще всего имеют двухэтажное строение. Их основанием (фундаментом) являются складчатые осадочные породы либо метаморфические и магматические породы. На фундаменте располагаются породы осадочного происхождения в относительно горизонтальном залегании, которые называются осадочным чехлом платформы. Для платформ, как наиболее жестких частей земной коры, характерны сравнительно спокойные колебательные движения вертикаль­ного характера.

Платформы являются центральной частью более обширных структур­ных образований — литосферных плит с континентальной корой, на которых располагаются современные материки.

океанические плиты - это обширные области дна океанов, которые являются слоем океанической коры базальтового состава, с незначительным по мощности осадочным чехлом. В них через рифтовые зоны, или зоны спрединга (англ. spreading, от spread— растягивать, расширять) поступают вещество и тепло из верхней мантии, постоянно наращивая океаническую кору.

На современном уровне знаний утвердились представления о развитии Земного шара в последние 4 млрд лет путем его расширения. Глобальные тектонические процессы сопровождались постепенным увеличением радиуса Земли и её поверхности за счет постоянного прироста площади океанических плит. Действующее со стороны расширяющихся океанов горизонтальное давление на континенты не является уравновешенным. При преобладающем давлении с какой-либо стороны происходит перемещение литосферных плит, «дрейф» материков по верхней мантии Земли.

перемещаясь по верхней мантии Земли, континентальные плиты надвигаются на океанические, которые, являясь более тяжелыми, погружаются, переплавляются и уходят в глубины Земли (рис. 3.1).

Между континентальными и океаническими плитами находятся глубокие прогибы, которые называются геосинклиналями (от греч.Ge - земля + Syn - вместе + Klino – наклоняюсь). Геосинклиналь - обширная, обычно линейно вытянутая, дугообразная в плане тектоническая структура, отличающаяся повышенной подвижностью, большой мощностью осадочных отложений, которые легко проницаемы для внедряющейся

в них магмы.

В начале своего развития они представляют собой морские бассейны, дно которых испытывает прогибание. В них сносится обломочный материал, накапливаются многокилометровые толщи осадков. Примером геосинклиналей такой стадии развития являются Японское и Средиземное моря.

Рис. 3.2. Положение и динамика основных структурных элементов земной коры. 1 – гранитный слой континентальной коры; 2 – базальтовый слой; 3 – осадочный слой; 4 - направление горизонтальных сдвигов от океанических рифтов; 5 – вынос глубинных базальтовых расплавов и тепла через рифтовые зоны

Со временем, в результате горизонтального движения и давления плит, геосинклинальные осадки, зажатые между плитами, сминаются в складки и, являясь более легким материа­лом по сравнению с расплавом океанической коры, как бы выталкиваются («всплывают») из-под воды в виде горных сооружений. Так возникли складчатые горные хребты Альп, Карпат, Крыма, Кавказа, Памира и т. д. Для районов геосинклиналей типичны интенсивные и разнообразные тектонические движения. Это вызывает изменение первоначального положения пород. Горизонтальное залегание пород сменяется смятием, перемещением, разрывами. Районам геосинклиналей свойственны повышенная сейсмичность (землетрясения). К ним приурочено большинство современных вулканических поясов.

 

Тепловой режим земной коры

Развитие земной коры происходило последние 4 млрд лет за счет поступающей энергии Солнца и внутреннего тепла Земли. Примерное количество поступающей солнечной энергии на поверхность Земли – 1,72*10¹⁷ Вт. Конвективный перенос тепла из внутренних сфер Земли к её поверхности оценивается в 3,05*10¹³ Вт. Соотношение поступающей энергии на поверхность Земли от Солнца и из недр планеты составляет 140:1, что обусловливает сложный характер изменений температуры в толщах горных пород.

В верхней части земной коры выделяют три температурные зоны: I — сезонных колебаний, II—постоянной температуры и III—нарастания температур (рис. 3.3). Изменение температур в зоне I определяется климатическими условиями местности – сезонной прогреваемостью и промерзанием почвогрунтов.

 

 

 

Рис. 3.3. Схема распределения температур в земной коре

 

Общая мощность зоны I достигает 12—15 м. По мере углубления в недра Земли влияние суточных и сезонных колебаний температур уменьшается и на глубине примерно 15—40 м находится зона постоянной температуры, равная среднегодовой для данной местности. В северном полушарии она равна +15,5°С, а в южном — +13,6°С.

В пределах зоны III температура с глубиной возрастает. Величина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называется геотермическим градиентом,а разность глубин, при которой температура повышается на один градус, называется геотермической ступенью. Средняя величина этой ступени составляет 33 м. В районах вулканической деятельности, где в недрах земли располагаются участки расплавленной магмы, величина геотермической ступени уменьшается до 5—7 м.

О температуре глубоких зон земной коры и верхней мантии можно судить по температуре лав вулканов. Она примерно равна +1 500°С.

За счет энергии Солнца происходят основные геодинамические процессы на поверхности Земли. Их принято называть экзогенными. Источниками внутреннего или эндогенного тепла, является энергия, постоянно возникающая за счет гравитационного уплотнения ядра и распада радиоактивных элементов, находящихся в земной коре и мантии. За счет эндогенного тепла в земной коре происходят такие процессы, как горообразование, тектонические деформации и подвижки, землетрясения. Возникают и существуют очаги и зоны расплавленных магм, вулканические пояса и геотермальные системы.

Совокупность долговременных в геологическом масштабе времени эндогенных и экзогенных процессов в земной коре привело к формированию современного облика и состава земной поверхности, в том числе современной конфигурации континентов и морей, их структурного и вещественного строения.

Вещество земной коры

Вещество земной коры представлено различными горными породами (гранитами, песчаниками, песками, глинами и др.), которые, в свою очередь, состоят из минералов.

Минералы - это природные соединения, имеющие определенный химический состав и внутреннее строение, образующиеся в недрах земной коры и на ее поверхности. Они представляют собой хорошо ограненные кристаллы или зерна с элементами огранки, обладающие определенными физическими свойствами.

3.3.1. Происхождение минералов

В земной коре содержится более I7 000 видов и разновидностей минералов, но лишь около 100 из них имеют широкое распространение и слагают главнейшие горные породы. Эти минералы называют породообразующими, а остальные — второстепенными.

Все многообразные процессы их образования можно разделить на три группы: эндогенные, экзогенные и метаморфические.

Эндогенные процессы протекают в недрах Земли. Минералы рожда­ются по мере кристаллизации магмы — силикатного огненно-жидкого расплава, при высоких температурах и давлениях. Эти минералы плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам (кварц, силикаты и др.).

Экзогенные процессы свойственны поверхности земной коры, где имеют место сложные явления взаимодействия литосферы с гидросферой, атмосферой и биосферой. В этих процессах минералы образуются на суше, а также путем выпадения их из водных растворов (озер, морей и др.). Экзогенные минералы в большинстве случаев имеют низкую твердость и активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфические процессы — это перерождение ранее образовавших­ся минералов (эндогенных и экзогенных) под воздействием высоких температур, давлений, а также магматических газов и воды.