Тема 7. Сучасні уявлення про будову земної кори

За основу прийнята ідея шаруватої будови кори, започаткована Р.Декартом (1644). Уявлення Г. Лейбніца (1693) про земну кору як шлак, виділенний із розплавленої кулі планети. Панування до ХІХ сторіччя ідеї про "гарячу" Землю. Теорія Канта-Лапласа. Висновки Є.С.Федорова про знищення первинної кори проце­сами подальшого метаморфізму. Неможливість прямих спостережень за складом гірських порід на глибинах понад 5-10 км спонукала до побудови по-різному обгрунтованих гіпотетичних моделей.

Ізостатична модель грунтується на уявленнях про гравітаційну рівновагу кори, що плаває на більш щільній мантії. Принцип ізостазії, запропонований англійськими вченими Ері та Пратом у 50-х роках минулого сторіччя, як пояснення результатів геодезичних робіт в Індії. Є два способи реалізації принципу ізостазії: 1) кора має однакову товщину, але різну щільність на глибині; 2) кора має сталу щільність, але різну потужність. Висновок американського геолога Даттона (1892) про те, що змив з континентів уламкового матеріалу полегшує їх; порушується ізостазія і материки повинні підніматися. Водночас під дією ваги матеріалу, який зноситься в сусідні западини, ці западини заглиблюються. Після утвердження принципу ізостазії корою стали вважати всю товщу літосфери, розташовану вище рівня ізостатичної компенсації (глибина понад 100 км). На цей час (початок 20—го сторіччя) ще не використовувалися сейсмічні дані.

Петрографічна та історико-геологічна модель побудови кори. Концепція Е.Зюса (1883–1909), який поділяв Землю на три концентричні шари: нижній – ніфе, середній – сима, верхній – сіаль. Під сіалем розуміли земну кору. Розвиток ідей Зюса американським петрографом Р.Делі (1914). Земна кора – це послідовність шарів, що залягають один на одному, з яких верхній складений осадами, що лежать на гнейсах фундаменту щитів і потужних товщах геосинкліналей. Нижче єкислий (гранітний) шар (в акваторії Тихого океану його нема – спостереження Ч.Дарвіна); далі – базальтовий, а ще нижче – ультрабазитовий.

Перші два десятиріччя ХХ ст. серед геотектонічних теорій панувала теорія геосинкліналей. На думку Борисяка геосинкліналь – це модель кори, яказмінюється по латералі. До 30-х років ХХ ст. Провідними були ідеї Зюса, Ога, Тетяєва про те, що кора океанів та материків однакова, а океанічні акваторії – це ділянки опущеної континентальної кори. Висновок німецького геофізика А.Вегнера про принципову різницю будови кори континентів і океанів (кінець 20-х років ХХст.).

Сейсмічна модель кори. Визначення сейсмологом Мохоровичичем на глибині близько 50 км поверхні різкої зміни фізичних властивостей порід (1908). Виділення В.Конрадом (1925) сейсмічного розділу, що залягає вище розділу Мохо. Введення у сейсмічну модель кори Г.Джефрісом (1926) поняття "гранітного" і "базальтового" шарів. Спроби переносення на сейсмічні дані петрографічної моделі не узгоджують­ся з тодішніми уявленнями про наявність під корою рідкої чи напіврідкої магми. На початку 50-х років перемагає концепція твердої мантії і кори. Виділення проміжних типів кори (Косминська, 1958) – субокеанічного та субконтинентального типу.

Сейсмічна модель кори Європи     3a швидкiстю проходження сейсмічних хвиль виділено п'ять шарів:1) осадовий (2–5,8 км/с); 2) гранітний (5,6–5,8 до 6,5 км/с);         3) перехідний (6,9–7,0 км/с); 4) базальтовий (7–7,3 км/с); 5) коро-мантійна суміш (7,3–7,8 км/с).

Розрізняють п'ять головних типів кори, які притаманні різним геоструктур­ним зонам. Тип 1 – це кора середньої чи трохи збільшеної потужності (36–55 км), з нормальною швидкістю проходження сейсмічних хвиль і потужністю осадів від 0 до 5 км. Тип 2 має нормальну чи збільшену потужність (36–50 км), низькі швидкості хвиль і потужності осадів 0–8 км. Це складчасті зони фанерозойських геосинкліна­лей. Типу 3 властиві тонка кора (25–33 км), нормальні чи знижені швидкості хвиль, потужність осадів 0–9 км. Це зони герцинських та альпійських геосинкліналей. Для типу 4 характерна кора нормальної чи зменшеної потужності (24–41 км) і осадовий шар різної (0–5 км) потужності. Швидкості у верхній частині знижені, в нижній – значні. Тип 5 відрізняється тонкою корою (15–32 км), збільшеними швидкостями хвиль і потужностями осадового шару 6–18 км. Це глибокі западини на різному фундаменті. Тип кори субокеанічний.

Для розуміння причин зміни кори зазначимо, що метаморфізм звичайних для кори ступенів (зелені сланці – грануліти) не може призвести до збільшення швидко­сті хвиль до рівного "базальтового" шару. Отже, ріст швидкостей викликається ростом основності порід із глибиною.

Приймається, що кора типу 2 утворюється внаслідок гранітизації потужних осадових товщ у фанерозойських геосинкліналях. Коратипів 3-5 формується на основі типу 1-2 як результат скорочення потужності ранньої кори і заміщення її нижньої частини більш основними утвореннями (тип 4).

Крім сейсмічних даних при моделюванні земної кори застосовують результати магнітометрії, гравіметрії, заміри теплового потоку, петрофізичні дані. На підставі комплексу даних розроблено геолого-геофізичну модель кори Європи (Бур'янов, Гордієнко та ін.,1987). Кору типу 1 вважають похідною для решти типів. Комплекс геофізичних даних свідчить про те, що верхня частина кори збагаченакислими породами з малою щільністю, високим вмістом радіоактивних елементів і низьким вмістом магнітоактивних мінералів. За Макленоном (1982), склад уламкових порід архею різко відрізняється від утворень фанерозою. Архейські породи містять більше магнію, кальцію, натрію і менше – кремнію та калію. Звідси висновок: джерела живлення теригенним матеріалом архею мали склад більш основний, ніж сучасні. Отже, підошва "гранітного" шару набуває особливого значення – вона розділяє (в типових випадках) первинну архейську кору від утвореної пізніше в інших геоструктурних умовах.

Передбачають, що протобазальтовий шар Землі, який виходив на поверхню, утворився 3700±200 млн. років тому. Власне "гранітний" шар сформувався 2100–200 млн. років тому. Приблизно 1300 млн. років тому гранітофільна тенденція магматиз­му змінилася на гранітофобну, тоді завершилось формування "гранітного" шару.

Склад порід "гранітного" шару в корі типу 1 змішаний. Тут наявні породи зеленосланцевої та амфіболітової фацій метаморфізму, магматичні утворення серед­нього і кислого складу. Інші типи порід розвинуті мало. Середній розрахунковий петрографічний склад такий, %: граніти, гранодіорити та гранітогнейси – 47; парагнейси та кристалічні сланці – 39; амфіболіти – 5; метапісковики – 4; карбонатні породи – 1,5; метаморфізовані кислі ефузиви – 1.

По латералі склад порід "гранітного" шару досить мінливий, що підтверджено комплексом геофізичних параметрів. Амплітуда коливання значень швидкостей сейсмічних хвиль сягає 0,6 км/с, при щільності 0,2 г/см. Відомі аномалії на всю потужність "гранітного" шару. В напрямі до підошви шару простежується поступове збільшення швидкостей сейсмічних хвиль, що пов'язано зі збільшенням відсоткa середніх та основних порід. За розрахунками це означає домішокдо поверхневого рівня 25–30% основних порід. Серед метаморфічних порід підошви "гранітного" шару приблизно половина належить амфіболітовій, а половина – гранулітовій фації.

Перехідний шар від "гранітного" до "базальтового" виходить на поверхню. Це архейські комплекси в припіднятих глибоко денудованих блоках щитів. Породи, за винятком магматитів, належать до гранулітової фації метаморфізму. Інтрузивні утворення відповідають габро, габро-діоритам, анортозитам. Середній склад кремнезему дорівнює 57%, що кисліший від складу габро (розбавлення породами середнього складу). Глибші рівні цього шару рідко виходять на поверхню. До них можна зачислити гранулітовий комплекс найвищого ступеня регіонального метаморфізму зруйнованої платформи Еріа.

Базальтовий шар продовжує тенденції загального підвищення основності порід із глибиною. На поверхню на континентах він не виходить. За разрахунками кількість ультрабазитів у нижніх рівнях становить близько 30%.

Середній склад консолідованої кори при приблизно рівному об'ємі "гранітного" і нижчи х шарів, серед яких базальтовий шар займає об'єм удвічі менший, ніж перехідний, наближається до андезитів (SiО=59%). 3а Н.Л.Добрецовим (1980) серед найдревніших метаморфічних порід наявні ендербіти – аналоги андезитів. Вони древніші, ніж основні грануліти та глиноземисті гнейси і, можливо, є рештками первинної кори, подальша переробка якої (ультраметаморфізм, осадова диференціація) призвела до утворення оболонок земної кори. У цілому середній склад кори (в тому числі й осадовий шар) є сталим, тобто просто відбувається диференціація первинної кори.

Тектоніка плит та її головний зміст Протистояння тектонічних концепцій фіксизму і мобілізму. Первинні положення мобілізму сформульовані американським геологом Ф.Тейлером і німецьким геофізиком І.Вегнером у 1910–1912 рр. Виникнення "нової глобальної тектоніки" на початку 60-х. років нашого сторіччя. Науковим підґрунтям нової теорії стали вікриття серединно-океанічних хребтів, явища інверсії магнітного поля Землі та пов'язаної з ним системи океанічних "зебрових" аномалій, вивчення розподілу зон сейсмічності, та аномального теплового потоку. Головна перевага нової концепції – її глобальність та спроба пояснити у взаємозв'язку всі геологічні процеси літосфери.

Головні положення: 1) літосфера Землі розділена на величезні плити, які пересуваються в горизонтальному напрямку із швидкістю 1–10 см за рік; 2) у серединно – океанічних хребтах, які є зонами глобального розтягу, постійно відбувається процес формування океанічної кори; сформована кора розсувається в обидва боки від хребтів (явище спретингу). Фронтальні частини океанічних плит підсуваються під жорсткі континентальні блоки чи під інші плити і на глибині переплавляються (зони Беньофа); 3) на межах літосферних плит концентрується основна тектонічна, сейсмічна і магматична активність планети; 4) геосинкліналі зароджуються в океанічних областях на межі з континентами; їхня еволюція визначена горизонтальним рухом літосферних плит; 5) взаємні горизонтальні переміщення літосферн0их плит упродовж останніх декількох мільйонів років є визначальним фактором розвитку Землі. Критика головних положень тектоніки плит надає нового імпульсу у розробці загальної теорії еволюції Землі.