Въведение
Заключение
Въведение
Земята е част от система, където центърът е Слънцето, което съдържа 99,87% от масата на цялата система. Характерна особеност на всички планети Слънчева системае тяхната обвивна структура: всяка планета се състои от определен брой концентрични сфери, различаващи се по състав и състояние на материята.
Земята е заобиколена от мощна газова обвивка - атмосферата. Той е своеобразен регулатор на обменните процеси между Земята и Космоса. В състава на газовата обвивка се разграничават няколко сфери, които се различават по състав и физични свойства. По-голямата част от газообразното вещество се съдържа в тропосферата, чиято горна граница, разположена на височина от около 17 km на екватора, намалява до полюсите до 8-10 km. По -горе, по стратосферата и мезосферата, разреждането на газовете се увеличава и термичните условия се променят трудно. На височина от 80 до 800 km се намира йоносферата - област от силно разреден газ, сред частиците на който преобладават електрически заредени. Най-външната част на газовата обвивка е образувана от екзосферата, която се простира до височина от 1800 km. Най-леките атоми - водород и хелий - се разсейват от тази сфера.
Самата планета е още по -сложно разслоена. Масата на Земята се оценява на 5,98 * 1027 g, а обемът й е 1,083 * 1027 cm 3. Следователно средната плътност на планетата е около 5,5 g / cm 3. Но плътността на наличните скали е 2,7-3,0 g / cm 3. От това следва, че плътността на земната материя е нехомогенна.
Основните методи за изучаване на вътрешните части на нашата планета са геофизични, като основно се наблюдава скоростта на разпространение на сеизмични вълни, генерирани от експлозии или земетресения. Точно както вълните от хвърлен във водата камък се излъчват в различни посоки по повърхността на водата, така и еластичните вълни се разпространяват в твърдо вещество от фокуса на експлозия. Сред тях се разграничават вълните на надлъжни и напречни вибрации. Надлъжните вибрации са редувания на компресия и разтягане на вещество в посока на разпространение на вълната. Страничните вибрации могат да се разглеждат като редуващи се измествания в посоката, перпендикулярна на разпространението на вълната.
Вълните от надлъжни вибрации или, както се казва, надлъжни вълни, се разпространяват в твърдо тяло с по-висока скорост от напречните. Надлъжните вълни се разпространяват както в твърдо, така и в течно вещество, напречните - само в твърдо. Следователно, ако по време на преминаването на сеизмични вълни през някое тяло се установи, че то не предава напречни вълни, тогава можем да предположим, че това вещество е в течно състояние. Ако и двата вида сеизмични вълни преминават през тялото, това е доказателство за твърдо състояние на материята.
Скоростта на вълните се увеличава с увеличаване на плътността на веществото. При рязка промяна в плътността на материята скоростта на вълните ще се промени рязко. В резултат на изследването на разпространението на сеизмичните вълни през Земята беше установено, че има няколко определени граници за скокообразното изменение на скоростите на вълните. Следователно се приема, че Земята се състои от няколко концентрични обвивки (геосфери).
Въз основа на установените три основни граници се разграничават три основни геосфери: земна кора, мантия и ядро.
Първият интерфейс се характеризира с рязко увеличаване на скоростите на надлъжните сеизмични вълни от 6,7 до 8,1 km / s. Тази граница се нарича участък на Мохорович (в чест на сръбския учен А. Мохоровичич, който я открива), или просто границата на М. Тя отделя земната кора от мантията. Плътност на материята кора, както е посочено по-горе, не надвишава 2,7-3,0 g / cm 3. Границата М се намира под континентите на дълбочина от 30 до 80 km, а под океаните - от 4 до 10 km.
Като се има предвид, че радиусът на земното кълбо е 6371 km, земната кора е тънък филм на повърхността на планетата, съставляващ по-малко от 1% от общата й маса и приблизително 1,5% от обема.
минерал на земната кора
1. Земната кора и видове нейната структура
Структурата на земната кора. Земната кора е термин, въпреки че навлиза в естествената наука през Ренесанса, дълго време се тълкува много свободно поради факта, че е невъзможно директно да се определи дебелината на кората и да се изучат дълбоките й части. Откриването на сеизмичните вибрации и създаването на метод за определяне на скоростта на разпространение на техните вълни в среди с различна плътност даде мощен тласък на изследването на земните недра. С помощта на сеизмографски изследвания в началото на XX век. открита е фундаментална разлика в скоростта на преминаване на сеизмичните вълни през скалите, съставляващи земната кора и материала на мантията, и обективно е установена границата на тяхното разделяне (границата на Мохорович). Така понятието "земна кора" е получило конкретно научно обосновано.
Експериментално изследване на скоростта на разпределение на ударно-еластични вибрации в скали с различна плътност, от една страна, и от друга страна, "предаване" на земната кора от сеизмични вълни в много точки земната повърхност, направи възможно да се установи, че земната кора се състои от следните три слоя, съставени от скали с различна плътност:
1.) Външният слой, състоящ се от седиментни скали, в който сеизмичните вълни се разпространяват със скорост 1-3 km / sec, което съответства на плътност от около 2,7 g / cm 3. Някои учени наричат този слой седиментната обвивка на Земята.
2.) Слой от плътни кристални скали, които съставляват горната част на континентите под седиментните слоеве, в които сеизмичните вълни се разпространяват със скорост от 5,5 до 6,5 km/s. Поради факта, че надлъжните сеизмични вълни се разпространяват с определена скорост в гранити и скали, близки до тях по състав, този пласт условно се нарича гранитен слой, въпреки че съдържа голямо разнообразие от магмени и метаморфни скали. Преобладават гранитоиди, гнайси, кристални шисти; намерени са кристални скали със среден и дори основен състав (диорити, габрос, амфиболити).
3.) Слой от по-плътни кристални скали, който образува долната част на континентите и съставя океанското дъно. В скалите на този слой скоростта на разпространение на надлъжните сеизмични вълни е 6,5-7,2 km / s, което съответства на плътност от около 3,0 g / cm 3. Такива скорости и плътност са характерни за базалтите, поради което този слой се нарича базалтов, въпреки че базалтите не изграждат напълно този слой навсякъде.
Както можете да видите, понятията "гранитен слой" и "базалтов слой" са условни и се използват за обозначаване на втория и третия хоризонт на земната кора, характеризиращи се със скоростите на разпространение на надлъжните сеизмични вълни, съответно, 5,5-6,5 и 6,5-7,2 км/сек... В бъдеще тези имена ще бъдат дадени без кавички, но трябва да помните за техните условности.
Долната граница на базалтовия слой е повърхността на Мохорович. Отдолу има скали, принадлежащи към материала на горната мантия. Те имат плътност 3,2-3,3 g / m 3 и повече, скоростта на разпространение на надлъжните сеизмични вълни в тях е 8,1 m / s. Съставът им съответства на ултраосновни скали (перидотити, дунити).
Трябва да се отбележи, че термините "кора" и "литосфера" (каменна обвивка) не са синоними и имат различни значения. Литосферата е външната обвивка на земята, съставена от твърди скали, включително скали от горната мантия с ултраосновен състав. Земната кора е част от литосферата, която се намира над границата на Мохорович. В посочените граници общият обем на земната кора е повече от 10 милиарда km 3, а масата е над 1018 тона.
Видове структура на земната кора. При изследване на земната кора неравномерната й структура е открита в различни региони. Обобщаването на голямо количество фактически материал позволи да се разграничат два типа структура на земната кора - континентална и океанска.
За континентален типхарактеризиращ се с много значителна дебелина на кората и наличие на гранитен слой. Границата на горната мантия се намира тук на дълбочина 40-50 км и повече. Дебелината на седиментните скални пластове на някои места достига 10-15 km, на други - пластът може да липсва напълно. Средната дебелина на седиментните скали на континенталната кора е 5,0 km, на гранитния слой - около 17 km (от 10-40 km), базалта - около 22 km (до 30 km).
Както бе споменато по -горе, петрографският състав на базалтовия слой на континенталната кора е пъстър и най -вероятно в него доминират не базалти, а метаморфни скали от основния състав (гранити, еклогити и др.). Поради тази причина някои изследователи предложиха този слой да се нарече гранулит.
Дебелината на континенталната кора се увеличава над площта на планинските сгъваеми структури. Например в Източноевропейската равнина дебелината на земната кора е около 40 km (15 km е гранитен слой и повече от 20 km е базалтов слой), а в Памир е един и половина пъти по-голям (около Общо 30 км са дебелината на седиментни скали и гранитен слой и същия базалтов слой). Континенталната кора е особено дебела в планинските райони, разположени по краищата на континентите. Например в Скалистите планини (Северна Америка) дебелината на кората е много по-голяма от 50 км. Земната кора, която изгражда дъното на океаните, има съвсем различна структура. Тук дебелината на кората рязко се намалява и материалът на мантията се доближава до повърхността. Няма гранитен слой, дебелината на седиментните пластове е сравнително малка. Горният слой от неконсолидирани седименти се отличава с плътност 1,5-2 g / cm 3 и дебелина около 0,5 km, вулканогенно-утаечен слой (наслояване на насипни седименти с базалти) с дебелина 1-2 km и базалтов слой, чиято средна дебелина се оценява на 5 -6 km. На дъното Пасификаземната кора има обща дебелина 5-6 km; на дъното на Атлантическия океан, под седиментен слой от 0,5-1,0 км, има базалтов слой с дебелина 3-4 км. Имайте предвид, че дебелината на земната кора не намалява с увеличаване на дълбочината на океана.
Понастоящем съществуват и преходни субконтинентални и субокеански типове кора, съответстващи на подводната граница на континентите. В рамките на земната кора от субконтинентален тип гранитният слой е силно намален, който се заменя със слой от седименти, а след това към дъното на океана дебелината на базалтовия слой започва да намалява. Дебелината на тази преходна зона на земната кора обикновено е 15-20 km. Границата между океанската и субконтиненталната кора минава в рамките на континенталния склон в интервала на дълбочината 1-3,5 km.
Въпреки че океанската кора заема по-голяма площ от континенталната и субконтиненталната, поради малката й дебелина, в нея е съсредоточено само 21% от обема на земната кора. Обемна и масова информация различни видовекори са дадени в таблица 1.
маса 1
Обем, дебелина и маса на хоризонтите от различни видове земна кора (съставени по данни на A.B. Ronov и A.L. Yaroshevsky. 1976)
Земната кора лежи върху субстрата на подземната мантия и представлява само 0,7% от масата на мантията. В случай на ниска дебелина на кора (например на океанско дъно), най -горната част на мантията също ще бъде в твърдо състояние, което е обичайно за скалите на земната кора. Следователно, както беше отбелязано по-горе, наред с концепцията за земната кора като обвивка с определени индекси на плътност и еластични свойства, съществува концепцията за литосферата - каменна обвивка, по-дебела от твърдо вещество, която покрива повърхността на Земята.
Структури на видовете земна кора. Видовете земна кора също се различават по своята структура. Океанската кора се характеризира с разнообразни структури. В централната част на дъното на океаните, мощен планински системи- средноокеански хребети. В аксиалната част тези хребети са изсечени от дълбоки и тесни рифтови долини със стръмни страни. Тези образувания са зони на активна тектонска дейност. Дълбоководните изкопи са разположени по протежение на островните дъги и планинските структури в покрайнините на континентите. Наред с тези образувания има дълбоководни равнини, които заемат обширни площи.
Също толкова разнородна е и континенталната кора. В неговите граници е възможно да се разграничат млади планински сгъваеми структури, при които дебелината на земната кора като цяло и на всеки от нейните хоризонти значително се увеличава. Обособяват се и участъци, където кристалните скали от гранитния слой представляват древни нагънати участъци, изравнени за дълго геоложко време. Тук дебелината на кората е много по-малка. Тези огромни участъци от континенталната кора се наричат платформи. Вътре в платформите има щитове - зони, където кристалната основа излиза директно на повърхността, и плочи, чиято кристална основа е покрита със слой от хоризонтално лежащи седименти. Пример за щит е територията на Финландия и Карелия (Балтийски щит), докато в Източноевропейската равнина нагънатата основа е дълбоко потопена и покрита от седиментни отлагания. Средната дебелина на седиментите на платформите е около 1,5 km. Минните структури се характеризират със значително по-голяма дебелина на седиментните скали, чиято средна стойност се оценява на 10 km. Натрупването на такива дебели отлагания се постига чрез продължително постепенно потъване, потъване на отделни участъци от континенталната кора, последвано от тяхното издигане и нагъване. Такива места се наричат геосинклинали. Това са най -активните зони на континенталната кора. Около 72% от общата маса на седиментните скали е ограничено до тях, докато около 28% са концентрирани върху платформите.
Проявите на магматизъм върху платформи и геосинклинали са рязко различни. В периодите на потъване на геосинклиналите по дълбоките разломи се подава магма с основен и ултрабазивен състав. В процеса на трансформация на геосинклинала в нагъната област се образуват и въвеждат огромни маси от гранитна магма. По-късните етапи се характеризират с вулканични изригвания на лави с междинен и фелзитен състав. На платформите магматичните процеси са много по-слабо изразени и са представени главно от излияния на базалти или лави с алкално-основен състав.
Сред седиментните скали на континентите преобладават глини и шисти. На дъното на океаните съдържанието на варовити седименти се увеличава.
И така, земната кора се състои от три слоя. Горният му слой е изграден от седиментни скали и продукти от атмосферните влияния. Обемът на този слой е около 10% от общия обем на земната кора. По-голямата част от веществото се намира на континентите и преходната зона, в рамките на океанската кора е не повече от 22% от обема на слоя.
В така наречения гранитен слой най-често срещаните скали са гранитоиди, гнайси и кристални шисти. По-основните скали представляват около 10% от този хоризонт. Това обстоятелство е добре отразено в средния химичен състав на гранитния слой. При сравняване на стойностите на средния състав се обръща внимание на ясната разлика между този слой и седиментния слой (Таблица 2).таблица 2
Химичен състав на земната кора (в тегловни проценти)
(според Л. Б. Ронов и А. Л. Ярошевски, 1976 г.)
Съставът на базалтовия слой в двата основни типа земна кора не е еднакъв. На континентите тази прослойка се характеризира с разнообразие от скали. Има дълбоко метаморфизирани и магмени скали с основен и дори киселинен състав. Основните скали съставляват около 70% от общия обем на този слой. Базалтовият слой на океанската кора е много по-хомогенен. Преобладаващият тип скали са т. нар. толеитни базалти, които се различават от континенталните базалти по ниското си съдържание на калий, рубидий, стронций, барий, уран, торий, цирконий и високото съотношение Na/K. Това се дължи на по-ниската интензивност на процесите на диференциация при тяхното сливане от мантията. Ултраосновните скали на горната мантия се появяват в дълбоки рифови разломи.
Изобилието от скали в земната кора, групирани, за да се определи съотношението на техния обем и маса, е показано в Таблица 3.
Таблица 3
Разпространението на скалите в земната кора
(след А. Б. Ронов и А. Л. Ярошевски, 1976 г.)
2. Еволюция на химичния състав на земната кора
Проблемът за формирането на съществуващата структура на земната кора е не само от фундаментално теоретично значение. Познаването на процесите, които образуват земната кора, в същото време означава изясняване на закономерностите на образуване и местоположение на промишлени находища на полезни изкопаеми. Затова големи научни екипи от много страни работят върху изследването на тези процеси.
Експериментални изследвания, изследване на скали на повърхността на континентите и на дъното на океаните, резултати дълбоко пробиваненаправи възможно развитието на представа за радиално насоченото изправяне и дегазиране на земната кора от мантията. Веществото на мантията все още не е подложено директно на химичен анализ, тъй като все още е технически невъзможно да се получи. Има обаче основание да се смята, че съставът на мантията съответства на състава на каменистите метеорити (хондрити).
Резултатите от анализите показват, че те съдържат определени количества от някои химични елементи, образувайки сравнително ниско топящи се съединения, както и елементи, които образуват газове и вода (Таблица 4).
Таблица 4
(по А. П. Виноградов, 1964 г.)
Мантийното вещество е в равновесно твърдо състояние при условия високи температурии налягане. Това равновесно състояние обаче ще бъде нарушено, ако външните условия се променят, например налягането спадне или температурата се повиши. Тогава веществото ще премине в разтопено, течно състояние. Подобно явление е доста вероятно, ако вътре в мантията възникне силен нагревателен център. Тя може да бъде причинена от енергията на радиоактивния разпад. Стопената маса, съдържаща източник на топлинна енергия, ще се движи в радиална посока към земната повърхност, разтопявайки материала на мантията по време на движението си. В този случай трябва да се получи естествена диференциация на това вещество.
За да си представим механизма на този процес, ще направим мислено следния експеримент.
Поставяме смес от съединения с различни точки на топене в термоустойчива тръба. С помощта на пръстеновидния нагревател разтопете тясната зона в долната част на тръбата и след това бавно преместете нагревателя нагоре по дължината на тръбата. Когато нагревателят се издигне, следващата зона ще се стопи, а основната маса ще се охлади и ще кристализира отново. Докато нагревателят се движи, цялото вещество в тръбата ще премине през етапите на топене и последваща кристализация. Ако тази операция се повтори няколко пъти, тогава първоначалната смес ще се раздели естествено: повече нискотопими съединения ще се отделят отгоре и по-малко топящи се отдолу.
Посоченият принцип на "зоново" топене е използван от известния геохимик A.P. Виноградов да създаде модел за образуване на земната кора. Според този модел определени центрове на стопилка, движещи се в радиална посока, осигуряват редовното диференциране на материала на мантия. Съставът на първоначално образуваната стопилка не се различава от състава на изходния материал. Но многократното повторение на този процес доведе до отделяне на материята, отстраняване от манията на относително нискотопими съединения и натрупването им на повърхността на планетата.
В резултат на диференциацията на изходното вещество има редовно преразпределение на химичните елементи върху черупките на Земята. Ако приемем, че съставът на изходния материал на мантията е близък до състава на каменистите метеорити, тогава можем да проследим как се е променило съдържанието на най-важните химични елементи по време на образуването на земната кора.
Таблица 5 ясно показва, че освобождаването на ниско топящи се съединения от първоначалното вещество на планетата е било придружено от прогресивно натрупване на силиций, алуминий, калций, калий, натрий, флуор, хлор. В същото време по-голямата част от желязото, магнезия, сярата останаха в материала на мантията.
Предложени са и други модели, но независимо от каквито и да било идеи за механизма на пренос на маса, повечето учени споделят мнението, че земната кора е образувана чрез отстраняване на топими и силно летливи химически съединения от мантията.
Таблица 5
(по А.П. Виноградов)
Процесът на отстраняване на силно летливи и нискотопими химически съединения е много сложен. Докато образуването на базалтовата кора като продукт на топене от мантийния материал не подлежи на съмнение, в процеса на образуване на гранитния слой все още има много неясноти. Многобройни факти показват, че образуването на големи гранитни маси се ограничава до определен етап от развитието на геосинклинали, при който процесите на регионален метаморфизъм достигат най-високата си степен - палингенеза. В този случай топенето на метаморфозирани скали става под въздействието не само на високи температури и налягане, но и на дълбоки флуиди, дегазирани от мантията. Получената стопилка е наситена с химични елементи, подадени в резултат на дегазирането, нейният състав става по-сложен в сравнение с разтопените базалти, изливащи се на дъното на океана от дълбоки разломи. Разглежданият процес се нарича гранитизация. Възможно е по този начин да са се образували огромни маси от гранитни батолити.
Активното отстраняване на летливи съединения, които причиняват гранитизация на дебели седименти, не се случва навсякъде по повърхността на земното кълбо, а само в определени структурни елементи на земната кора - геосинклинали. Локализацията на процесите на активно отстраняване, очевидно, е свързана с неравномерното разпределение на енергийните източници, по-специално масите от радиоактивни елементи в мантията. Така континентите, чиято кора съдържа гранитен слой, могат да се разглеждат като области на земната кора, в рамките на които особено активно се извършва отстраняването на силно летливи и нискотопими химически съединения от мантията. В зоната на разпространение на океанската кора този процес е бил по -малко активен, което се доказва не само от по -малката дебелина на слоя разтопени базалти, но и от бедността на океанските базалти в много химични елементи в сравнение с базалтите на континенталната кора. Според изчисленията на A.B. Ронов и А.А. Ярошевски, общата маса на материята, пренесена от мантията в континенталната кора, е 22,37 * 10 18 тона, а в океанската кора е почти четири пъти по-малко.
Процесът на образуване на континенталната кора беше особено важен за преразпределението на металите. Както следва от данните в Таблица 6, съдържанието на някои метали рязко нараства в гранитния слой в сравнение с изходния материал на мантията,
Таблица 6
Преразпределение на някои редки и разпръснати химични елементи по време на образуването на земната кора, в 1-10-3%
докато съдържанието на други е намалено. В процеса на топене на материала на земната кора в мантията се задържаха метали от желязната група - никел, кобалт, хром и отчасти манган. Следователно съдържанието на никел в скалите на горните хоризонти на земната кора, в сравнение със съдържанието в оригиналния материал, намалява десетки пъти, съдържанието на кобалт и хром намалява около сто пъти и хиляда пъти платина. В процеса на топене на земната кора съдържанието на живак също намалява, но това се дължи на отстраняването на парите на този метал, които влизат в атмосферата и се разтварят в естествени води.
Металите, чието съдържание обикновено се увеличава в земната кора, са разпределени неравномерно в скалите. Обособява се група метали, концентрирани в гранитния слой на континенталната кора, обогатени със силиций, алуминий, алкали и силно летливи съединения. Това включва цирконий, ниобий, барий, калай, олово, уран. Например концентрацията на олово се увеличава 100 пъти, уран - още повече. Друга група метали е концентрирана в базалтови скали. Тази група включва титан, ванадий, мед, цинк.
Едновременно с топенето на нискотопими съединения от материала на мантията се отделят газове от различни вещества. В резултат на дегазирането на мантията се образува по-голямата част от наличните на нашата планета газове и вода. В същото време изчисленията показват, че в хода на геоложката история само около 10% от всеки газ, съдържащ се в него, е бил отстранен от мантията. Така, например, според A.P. Виноградов, съдържанието на вода в мантията е 2 * 10 22 kg, а общото й количество в хидросферата и атмосферата е 1,5 * 10 21 kg. Сублимираните съединения на тежки метали също бяха отстранени в резултат на процеса на дегазиране.
Много специално положение в земната кора заема най-външният слой, който някои учени наричат седиментната обвивка на Земята. По минералогичен състав той е коренно различен от другите два слоя на кората. В състава на седиментната обвивка доминират несиликати с разнообразна кристалохимическа структура, както в гранитните и базалтовите слоеве на земната кора, а дисперсните силикати със сложна структура са глини, които съставляват 40% от седиментните слой, карбонати - 23%. Сред кластичните минерали, запазени по време на хипергенната трансформация на гранитния слой, които са част от седиментната обвивка и съставляват 19% от масата й, доминира кварцът, най -устойчивият на атмосферни влияния ендогенен минерал. Химическият състав на утайковия слой е обогатен не само с H 2 O и CO 2, но и с окислени форми на сяра, органичен въглерод, хлор, флуор, азот и тежки метали. Всички тези съединения и елементи се отстраняват от мантията чрез дегазиране, но в процеса на хипергенеза и седиментогенеза се свързват и натрупват в материала на седиментния слой. Така на повърхността на Земята има дълбока трансформация на веществото на гранитния слой. Основният фактор на този процес е общият геохимичен ефект от жизнената дейност на организмите. Това се проявява както в прякото участие на организмите в образуването на седименти, така и в регулирането на условията, които определят посоката на трансформация на скалите в гранитния слой: съдържанието на кислород и въглероден диоксид в атмосферата, алкално-киселинните параметри на естествени води, редокс условия, наличие на органични съединения и др. Установено е, че по-голямата част от масата на седиментните скали, образувани през последните 600 милиона години, се намира в континенталната кора, като около половината от тази маса е концентрирана в геосинклинали . Образуването на метаморфни скали от древни щитове - основните фрагменти от гранитния слой - също е станало в тектонически активни структури. Може да се предположи, че много особености на гранитния слой са комплексно свързани с общия геохимичен ефект от жизнената дейност на организмите в геоложкото минало. Имайки това предвид, В.И. Вернадски нарече гранитния слой на земната кора „следи от отминали биосфери“.
3. Формиране на минералогичното разнообразие на земната кора
Земната кора е съставена от естествени химични съединения- минерали, чийто брой видове е малко повече от 2 хил. Ограниченият брой естествени химични съединения в сравнение с много по-голям брой изкуствени съединения се дължи на много причини, основната от които е много неравномерното съдържание на различни химически елементи в земната кора. Обхватът на средното съдържание на различни химични елементи достига шест математически порядъка.
Най -голямото число минерални видовеобразуват елементите, съдържащи се в земната кора в най-голямо количество. Те включват кислород, силиций, алуминий, желязо, калций, магнезий, калий, натрий. Тези елементи образуват група съединения, чиито маси в най-голямо количество са разтопени от мантията.
Наред с тях, значителни количества минерали се образуват от елементи като сяра, арсен, антимон, мед, олово, цинк и някои други метали, които са били активно отстранени по време на дегазирането на материала на мантията.
Таблица 7
Образуване на минерали по време на основните процеси на минералообразуване
Ако разгледаме разнообразието от образуване на минерали по време на различни ендогенни процеси, тогава най-голям брой минерални видове се образуват по време на процеси, които протичат с участието на продукти на дегазиране. Минералите, образувани по време на пневматолитично-хидротермални и пегматитни процеси, според изчисленията на известния украински минералог Е.К. Лазаренко, съставляват около 30% от всички минерални видове. Още по-голямо количество минерални вещества възниква по време на процесите на хипергенеза и седиментация, при които под геохимичния контрол на общия ефект от жизнената дейност на организмите се образуват химични съединения на дегазирани елементи, които навлизат в атмосферата и хидросферата (Таблица 7 ).
В разнообразието и разпределението на масата на минералите по класове се откриват определени закономерности. Някои данни бяха дадени при описание на минерални групи, тяхното общо обобщение е представено в Таблица 8.
Данните в тази таблица позволяват на първо място да се маркират най-многобройните класове. Въпреки несъответствията в резултатите от изчисленията на различни автори, съвсем очевидно е, че най-голямото количество минерали е характерно за силикатите. Съставът на класа фосфати и техните аналози е много разнообразен, които заемат второ място по брой минерали (17,7% - 16,4%), както и класа сулфиди и подобни съединения (9,4-13,0%) , оксиди и хидроксили. (9,4-12,5%), сулфати (9,0-12,2%). Съставът на другите класове е по-малко и възлиза на няколко процента или дори части от процента, като например минерали от класа хромати.
Таблица 8
Връзка между отделните класове минерали и тяхното съдържание в земната кора
Минерални класове |
минерали | |||||
номер |
в% към общото количество минерали | |||||
| аз 1 | II 2 | аз | II | аз | II | |
Родни елементи Сулфиди и други подобни Халогениди Оксиди и хидроксиди силикати Сулфати Фосфати, арсенати, ванадати Карбонати Волфстати и молибдати Органични съединения |
не се взема предвид |
не означава. ще назначи. |
||||
| Обща сума | 1500 2135 100,0 100,0 100,0 99,85 | |||||
I 1 - данни на Е. К. Лазаренко, 1963 г II 2 данни на Н. И. Сафронов и Б. А. Гаврусевич, 1968 г. |
||||||
Изобилието от минерали от един или друг клас не означава непременно, че тези минерали съставляват значителна част от масата на земната кора. Въпреки че в земната кора преобладава най-разнообразният клас силикати, вторият най-разпространен минерален клас фосфати и техните аналози е по-малко от процент от масата на литосферата (0,7%). Класовете сулфиди и оксиди, които са сходни по брой видове, се различават рязко по тегловното си съдържание в земната кора: първите са в количество от 0,15% (според В. И. Вернадски), вторите - 17% от масата на кората . Трябва да се отбележи, че стойностите на масите на минералите в земната кора не са точно установени и се определят от различни учени чрез неравни стойности. Така че дори за група от преобладаващи минерали - силикати - бяха изчислени много различни стойности. Американският геохимик Г. Вашингтон (1925) определя масата на силикатите в земната кора на 63%, V.I. Вернадски (1937) - 85%, A.E. Fersman (1934) - в 74,5%, Е.К. Лазаренко (1963) - в 75%, Б.А. Гаврусевич и Н.И. Сафронов (1968) - 80%, A.B. Ронов и А.А. Ярошевски (1967) - 83%. Последната цифра изглежда най-надеждната.
Образуването на маса от представители на някои класове е свързано главно с един специфичен процес на минералообразуване. Както сочат данните на Е.К. Лазаренко, повечето от минералите от класа на сулфидите (89%) са с пневматолитично-хидротермален произход и само 5% възникват по време на литогенезата. Волфрамитите и молибдатите се разделят поравно между хипергенен и пневматолитично-хидротермален генезис. Някои класове се характеризират с появата на преобладаващо количество минерални видове по време на процесите на хипергенно минералообразуване. Това са сулфати, фосфати и сродни съединения, нитрати.
Заключение
С развитието на геологията идеите за земната кора, нейния материален състав и образуване постепенно се променят от наивни представи за замръзнала шлакова кора върху повърхността на огнено-течна метална топка до създаването на сложни модели на образуването на земната кора като резултат от многократна обработка на натрупвания от нискотопими и летливи вещества, отнесени от топлинните потоци от мантията.
Дълго време натрупването на геоложки знания става по два почти несвързани пътя. От една страна, за решаване на различни практически задачи се изучаваха минерали, руди, скали, т.е. съставни части на земната кора. В тази насока бяха направени важни откритияи е натрупан опит, допринесъл за развитието не само на минералогията, но и на други науки и клонове на човешката дейност. Натрупаният опит допринесе за формирането на минералогията и свързаните с нея геоложки науки, както и на химията и металургията.
От друга страна, благодарение на наблюденията на натуралистите, беше събрано огромно количество материал, който характеризира различни геоложки процеси: геоложката дейност на морета и реки, ледници и вулкани и др. Особено внимание беше обърнато на идентифицирането на процесите на образуване и съотношението на възрастта на различни седименти, които почти изцяло покриват сушата и с които геологът се сблъсква най-напред в работата си.
В същото време изследователите се стремят да разберат процесите на образуване на различни валежи и да установят техните възрастови съотношения. V началото на XIX v. известният английски геолог К. Лайел показа, че седиментите, образувани в далечното геоложко минало, са резултат от същите процеси, които протичат и в момента. Малко по -рано неговият сънародник У. Смит установява, че относителната геоложка възраст на изследваните седименти, независимо от географското им разположение, може да бъде определена с помощта на вкаменелите останки от организми, съществували по време на отлагането на тези седименти. Тези фундаментални открития бяха теоретичната основа за разгръщащото се проучване на геоложката структура на различни територии.
Едновременно с това бяха проучени условията за възникване на скали с дълбок произход. В средата на XIX век. беше разработен метод за изследване на плътни скали под микроскоп, който отвори света на кристализацията и метасоматичните процеси, които преди са били недостъпни за изследване, възникващи при образуването на магматични и метаморфни скали, руди и пневматолитично-хидротермални образувания. През втората половина на XIX век. синтезът на постиженията на минералогията, петрографията и рудното изкуство започва с резултатите от изследването на геоложкия строеж на отделните региони на света. На тази основа руски, американски, френски геолози създават първите хипотези за образуването и структурата на големи геотектонични елементи на земната кора - геосинклинали, платформи, кристални щитове и плочи. През 1881 г. австрийският геолог Е. Зюс въвежда термина "земна кора" в научния лексикон, а в страните Западна Европаразработват се методи за изследване на земните недра чрез регистриране на скоростта на разпространение на сеизмичната воля.
Първите десетилетия на XX век. са белязани от откриването на границите на разделянето на земната кора и мантията и закономерностите на вертикалната структура на кората на континентите и океаните. Минералогията и петрографията от описателните науки постепенно се превръщат в генетични, изучавайки процесите на образуване на минерали и скали. Възникна нова наука – геохимията, която изучава на атомно ниво еволюцията на химичния състав на материята на Земята и земната кора, установявайки законите, управляващи миграцията на химичните елементи по време на геоложки процеси. Въз основа на постиженията на физиката и физическата химия бързо се развиват нови методи за изследване на материята на земната кора и експериментално моделиране на процесите на образуване и трансформиране на скалите в условия на високи температури и налягания.
До средата на XX век. геоложките проучвания бяха ограничени до границите на сушата и нейния подводен край. От края на 50-те години. работи се за изследване на структурата на океанското дъно и геоложките процеси, протичащи там с помощта на подводни превозни средства и дълбоководен сондаж. Нова информацияправи значителни корекции във възгледите за геоложка структураземната кора и процесите, които я образуват. В светлината на модерното научни постижениястана ясно, че отделните геоложки ендо- и екзодинамични процеси са връзки в единния планетарен процес на образуване на твърди, течни и газообразни външни обвивки на планетата. Грандиозният процес на отстраняване на стопяеми и газообразни вещества от мантията не протича равномерно по цялата повърхност на земята, а се регулира от мощни топлинни потоци, генерирани от енергийни източници, които образуват удебеления в дълбочините на мантията.
Радиалните потоци на топлинна енергия и пренасяни вещества определят образуването на глобални структури на земната кора. Базалтите, изливащи се в активните срединноокеански хребети, образуват относително тънък слой, под който се намира твърдият мантиен материал, представен от скали с ултраосновен състав. Има основание да се смята, че твърдата обвивка с такъв състав е разчленена на големи фрагменти - литосферни плочи, които се движат по повърхността на пластичните маси на мантията. Тези фрагменти, под влияние на конвективни измествания на масите на мантийната материя, могат да потънат под мощни блокове. континентална кораили взаимодействайте с тях при контакт. И в двата случая фрагменти от океанската кора отново попадат в мантията и отново преминават през процеси на топене и дегазиране. По този начин формирането на състава на материята и структурите на океанската кора се случва на фона на цикличен процес на пренос на маса в системата на земната кора - горната мантия. Тази система е неподвижна, но не е затворена, тъй като те участват в различно временеравномерни маси и отворени, тъй като цикличният процес включва не само масите на базалтовия слой на океанската кора, но и скалите на горната мантия, областите на континенталната кора и морските седименти.
Още по-трудно е образуването на континенталната кора, в която над базалтовия слой е разположен дебел гранитен слой. При образуването на веществото на този слой, което се състои не само от нискотопими съединения, но и от минерали, богати на силно летливи химични съединения, все още има много неясно. Въпреки това може да се предположи, че процесите на дълбок метаморфизъм на дебели седиментни пластове, натрупани в специфични структури на континенталната кора - геосинклинали, са имали голямо значение за нейното формиране. Трябва да се отбележи, че наличието на летливи съединения, които отличават гранитния слой от разтопения от мантията базалтов слой на океанската кора, се предопределя от състава на седиментите. Именно седиментната обвивка на Земята е акумулатор на силно летливи продукти от дегазирането на мантията - производни на въглеродна, флуороводородна, солна, борна и сярна киселини.
Изключителният руски учен В.И. Вернадски през 20-те години на миналия век. беше показано, че най-мощната геохимична сила, действаща на повърхността на Земята, е ефектът от общата жизнена дейност на всички организми. Под влияние на този ефект се променя съставът на атмосферата и природните води в хода на геоложката история, регулират се процесите на хипергенно минералообразуване и утаяване, т.е. образуването на веществото, което навлиза в геосинклинали и претърпява метаморфизъм и гранитизация.
Стойността на V.I. Вернадски е реализиран едва през последните десетилетия на XX век. Приносът на биогенните процеси за образуването на гранитния слой все още не е достатъчно проучен, но може да се предположи, че включването на биогенни минерални образувания в процесите на палингенеза е било важно за образуването на гранитна магма, метаморфни скали с киселинен състав и постепенното натрупване на структури от гранитния слой - древни кристални щитове и платформи.
Така в континенталната кора се очертават две взаимосвързани отворени стационарни циклични системи на еволюцията на материята: системата от базалтови слоеве и система от гранитни слоеве. Скалите на гранитния слой, на последния етап от геосинклиналното развитие, навлизайки в биосферата, претърпяват хипергенна трансформация, протичаща в ландшафтно-геохимични условия, контролирани от биогенни фактори, а получените продукти на изветряне претърпяват по-нататъшна биогенна трансформация по време на утаяване. Значителна част от континенталните седименти се натрупват в геосинклинали, където протичат техните метаморфни трансформации и частична гранитизация. Цикълът на образуване на базалтовия слой на континенталната кора е проблематичен поради липсата на данни за дълбоки сондажи. Може само да се предположи, че веществото на този слой се различава значително от веществото на базалтовия слой на океанската кора, както по минералогичен състав, така и по високо съдържание на летливи съединения.
В края на разглеждането на идеята за циклично образуване на земната кора трябва да се отбележи, че дебелата континентална кора вероятно очертава областите за освобождаване на най-мощните топлинни потоци и отстраняване на най-големите маси на топими и летливи вещества от мантията. В същото време 99% от масата на живите организми е концентрирана на континентите. Това съвпадение едва ли е случайно. По-нататъшното изследване на глобалната система от циклични процеси на масообмен на вещества в биосферата и на различни „нива” на земната кора е един от актуалните проблеми на науката за Земята.
Списък на използваната литература
2. Короновски Н.В., Якушева А.Ф. Основи на геологията. М., 1991г.
3. Никонов А. А. Холоцен и съвременни движения на земната кора. - М .: Наука, 1977.
4. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Справочник по геология. М., 1991г.
5. Khain V.E. Основните проблеми на съвременната геология (геологията на прага на XXI век). М., 1995 г.
Има два основни типа земна кора: океанска и континентална. Различава се и преходен тип на земната кора.
Океанска кора. Дебелината на океанската кора в съвременната геоложка епоха варира от 5 до 10 km. Състои се от следните три слоя:
1) горният тънък слой от морски утайки (дебелина не повече от 1 км);
2) среден базалтов слой (дебелина от 1,0 до 2,5 км);
3) долния слой габро (с дебелина около 5 км).
Континентална (континентална) кора. Континенталната кора има по-сложна структура и по-голяма дебелина от океанската. Капацитетът му е средно 35-45 км, а в планинските страни нараства до 70 км. Той също се състои от три слоя, но се различава значително от океана:
1) долният слой, съставен от базалти (дебелина около 20 км);
2) средният слой заема основната дебелина на континенталната кора и условно се нарича гранит. Състои се главно от гранити и гнайси. Този слой не се простира под океаните;
3) горният слой е утаечен. Средната му дебелина е около 3 км. В някои райони дебелината на валежите достига 10 км (например в Каспийската низина). В някои райони на Земята утаечният слой отсъства напълно и на повърхността се появява гранитен слой. Такива зони се наричат щитове (например Украински щит, Балтийски щит).
На континентите в резултат на изветряването на скалите се образува геоложка формация, която се нарича кора за изветряне.
Гранитният слой е отделен от базалтовия слой Конрад повърхност , при което скоростта на сеизмичните вълни нараства от 6,4 до 7,6 км/сек.
Границата между земната кора и мантията (както на континентите, така и в океаните) минава по протежение на Повърхност на Мохорович (линия Мохо). Скоростта на сеизмичните вълни върху него рязко се увеличава до 8 км / ч.
Освен двата основни типа - океански и континентални - има и зони от смесен (преходен) тип.
На континенталните плитчини или шелфове кората има дебелина около 25 km и като цяло е подобна на континенталната кора. В него обаче може да падне слой базалт. V източна Азияв областта на островните дъги ( Курилски острови, Алеутски острови, японски островии други), земната кора е от преходен тип. И накрая, кората на средноокеанските хребети е много сложна и засега малко проучена. Тук няма граница на Мохо и материалът на мантията се издига по разломите в кората и дори до нейната повърхност.
Понятието "земна кора" трябва да се разграничава от понятието "литосфера". Понятието "литосфера" е по-широко от "кора". В литосферата съвременната наука включва не само земната кора, но и най-горната мантия до астеносферата, тоест до дълбочина около 100 км.
Концепцията за изостазия ... Изследването на разпределението на гравитацията показа, че всички части на земната кора са континенти, планински страни, равнините са балансирани върху горната мантия. Това балансирано положение при тях се нарича изостазия (от лат. isoc - равномерен, stasis - положение). Изостатично равновесие се постига поради факта, че дебелината на земната кора е обратно пропорционална на нейната плътност. Тежката океанска кора е по-тънка от по-леката континентална кора.
Изостазия – по същество тя дори не е равновесие, а стремеж към равновесие, непрекъснато нарушавано и възстановявано отново. Така, например, Балтийския щит след топене континентален ледПлейстоценското заледяване нараства с около 1 метър на век. Площта на Финландия непрекъснато се увеличава поради морското дъно. Територията на Холандия, напротив, намалява. Нулевата линия на равновесие в момента минава малко на юг от 60 0 N. Съвременният Санкт Петербург е с около 1,5 м по-висок от Санкт Петербург по времето на Петър Велики. Както показват данните от съвременните научни изследвания, дори тежестта на големите градове е достатъчна за изостатичното колебание на територията под тях. Следователно земната кора в зоните на големите градове е много подвижна. Като цяло релефът на земната кора е огледален образ на повърхността на Мохо, дъното на земната кора: повишените зони съответстват на вдлъбнатините в мантията, а по-ниските съответстват на по-високо ниво на горната й граница. И така, под Памир, дълбочината на повърхността на Мохо е 65 км, а в Каспийската низина - около 30 км.
Топлинни свойства на земната кора ... Ежедневните колебания в температурата на почвата се разпространяват на дълбочина 1,0 - 1,5 m, а годишните колебания в умерени ширинив страни с континентален климатдо дълбочина 20-30 м. На дълбочината, където влиянието на годишните температурни колебания престава поради нагряване на земната повърхност от Слънцето, има слой с постоянна температура на почвата. Нарича се изотермичен слой ... Под изотермичния слой дълбоко в Земята температурата се повишава и това се дължи на вътрешната топлина на земните недра. Вътрешната топлина не участва във формирането на климата, но служи като енергийна основа за всички тектонски процеси.
Нарича се броят на градусите, с които температурата се повишава на всеки 100 m дълбочина геотермален градиент ... Нарича се разстоянието в метри, при понижаване, с което температурата се повишава с 1 0 С геотермален етап ... Величината на геотермалната стъпка зависи от релефа, топлопроводимостта на скалите, близостта на вулканичните огнища, циркулацията на подпочвените води и пр. Средно геотермалната стъпка е 33 м. На платформи), тя може да достигне 100 м.
ТЕМА 5. ВЪПРОСИ И ОКЕАНИ
Континенти и части от света
Два качествено различни типа земна кора - континентална и океанска - съответстват на две основни нива на планетарния релеф - повърхността на континентите и дъното на океана.
Структурно-тектонски принцип на разделяне на континентите. Принципно качествената разлика между континенталната и океанската кора, както и някои значителни разлики в структурата на горната мантия под континентите и океаните, задължават да се разграничават континентите не по очевидното им обкръжение от океаните, а по структурно-тектоничния принцип.
Структурно-тектонският принцип гласи, че първо континентът включва континентален шелф (шелф) и континентален склон; второ, в основата на всеки континент има ядро или древна платформа; трето, всеки континентален блок е изостатично балансиран в горната мантия.
От гледна точка на структурно-тектоничния принцип, континентът се нарича изостатично балансирана маса на континенталната кора, която има структурно ядро под формата на древна платформа, към която прилягат по-млади нагънати структури.
На Земята има шест континента: Евразия, Африка, Северна Америка, Южна Америка, Антарктида и Австралия. Всеки континент има една платформа и само в основата на Евразия има шест от тях: Източноевропейска, Сибирска, Китайска, Тарим (Западен Китай, пустинята Такламакан), Арабска и Индустан. Арабската и Индустанската платформа са части от древна Гондвана, която се присъедини към Евразия. Така Евразия е хетерогенен аномален континент.
Границите между континентите са доста очевидни. Границата между Северна Америка и Южна Америка минава по Панамския канал. Границата между Евразия и Африка е начертана по Суецкия канал. Беринговият проток разделя Евразия от Северна Америка.
Два реда континенти ... V съвременна географиясе открояват следните два реда континенти:
1. Екваториални континенти (Африка, Австралия и Южна Америка).
2. Северен ред континенти (Евразия и Северна Америка).
Извън тези редици е Антарктида – най-южният и студен континент.
Съвременното подреждане на континентите отразява дългата история на развитието на континенталната литосфера.
Южните континенти (Африка, Южна Америка, Австралия и Антарктида) са части („фрагменти“) от единния палеозойски мегаконтинент Гондвана. Северните континенти по това време са обединени в друг мегаконтинент – Лавразия. Между Лавразия и Гондвана през палеозоя и мезозоя е съществувала система от обширни морски басейни, наречени океан Тетис. Океан Тетис се простира от Северна Африка, през южна Европа, Кавказ, Западна Азия, Хималаите до Индокитай и Индонезия. В неогена (преди около 20 милиона години) на мястото на този геосинклинал възниква алпийски гънов пояс.
Според големите си размери, суперконтинентът Гондвана. Според закона на изостазията, тя имаше дебела (до 50 км) кора, която беше дълбоко потопена в мантията. Под тях в астеносферата конвекционните течения бяха особено интензивни болки, омекотената субстанция на мантията се движеше активно. Това доведе първо до образуването на издутина в средата на континента, а след това до разцепването му на отделни блокове, които под действието на същите конвективни течения започнаха да се движат хоризонтално. Както е доказано математически (Л. Ойлер), движението на контура по повърхността на сферата винаги е придружено от нейното въртене. Следователно части от Гондвана не само се преместиха, но и се разгърнаха в географското пространство.
Първото разделяне на Гондвана е настъпило на границата на триаса и юра (преди около 190-195 милиона години); отдели Афро-Америка. След това, на границата между юра и креда (преди около 135-140 милиона години), Южна Америка се отдели от Африка. На границата на мезозоя и кайнозоя (преди около 65-70 милиона години) блокът на Хиндустан се сблъсква с Азия и Антарктида се отдалечава от Австралия. В настоящата геоложка ера литосферата, според неомобилистите, е разделена на шест плочи, които продължават да се движат.
Срутването на Гондвана подходящо обяснява формата на континентите, тяхното геологично сходство, както и историята на растителността и фауната. южните континенти.
Историята на разцеплението в Лавразия не е проучена толкова задълбочено, както в Гондвана.
Концепцията за части от света ... Освен геоложки детерминираното разделение на сушата на континенти, има и разделяне на земната повърхност на отделни части на света, което се е развило в процеса на културно-историческото развитие на човечеството. Общо има шест части на света: Европа, Азия, Африка, Америка, Австралия с Океания, Антарктида. На един континент Евразия има две части на света (Европа и Азия), а два континента от западното полукълбо (Северна Америка и Южна Америка) образуват една част от света - Америка.
Границата между Европа и Азия е доста произволна и се очертава по вододелната линия на Уралския хребет, река Урал, северната част на Каспийско море и Кума-Маничската депресия. В Урал и Кавказ има дълбоки разломни линии, разделящи Европа от Азия.
Площ на континентите и океаните. Площта на земята се изчислява в рамките на текущата брегова линия. Площта на земното кълбо е приблизително 510,2 милиона km 2. Около 361,06 милиона km 2 са заети от Световния океан, което е приблизително 70,8% от общата повърхност на Земята. Земята представлява около 149,02 милиона км 2, което е около 29,2% от повърхността на нашата планета.
Площта на съвременните континентихарактеризиращ се със следните стойности:
Евразия - 53, 45 km 2, включително Азия - 43, 45 милиона km 2, Европа - 10, 0 милиона km 2;
Африка - 30, 30 милиона km 2;
Северна Америка - 24,25 милиона km 2;
Южна Америка - 18,28 милиона km 2;
Антарктида - 13,97 милиона km 2;
Австралия - 7,70 милиона km 2;
Австралия с Океания - 8, 89 км 2.
Съвременни океаниимат площ:
Тихия океан - 179,68 милиона km 2;
Атлантически океан - 93,36 милиона km 2;
Индийски океан- 74,92 милиона km 2;
Северния ледовит океан - 13, 10 милиона км 2.
Между северния и южния континент, в съответствие с различния им произход и развитие, има значителна разлика в площта и естеството на повърхността. Основните географски различия между северния и южния континент се свеждат до следното:
1. Той е несравним по размер с други континенти на Евразия, които концентрират повече от 30% от земната маса на планетата.
2.U северните континентизначително по отношение на площта на рафта. Особено значим е шелфът в Северния ледовит океан и Атлантически океани, както и в жълто, китайско и Берингови моретаТихи океан. Южните континенти, с изключение на подводното разширение на Австралия в Арафурско море, са почти лишени от шелф.
3. Повечето от южните континенти попадат върху древни платформи. В Северна Америка и Евразия древните платформи заемат по-малка част от общата площ, като повечето от тях са в териториите, образувани от палеозойско и мезозойско планинско строителство. В Африка 96% от нейната територия попада върху платформени площи и само 4% върху планини от палеозойска и мезозойска възраст. В Азия само 27% се пада на древни платформи и 77% на планини от различни възрасти.
4. Бреговата линия на южните континенти, образувана предимно от разцепени пукнатини, е относително права; полуострови и континентални островималцина. Северните континенти се характеризират с изключително извивост брегова линия, изобилие от острови, полуострови, често достигащи далеч в океана. От общата площ островите и полуостровите представляват около 39% в Европа, Северна Америка - 25%, Азия - 24%, Африка - 2,1%, Южна Америка- 1,1% и Австралия (без Океания) - 1,1%.
Според съвременните концепции на геологията нашата планета се състои от няколко слоя - геосфери. Те се различават по физични свойства, химичен състав и В центъра на Земята е ядрото, последвано от мантията, след това хидросферата и атмосферата.
В тази статия ще разгледаме структурата на земната кора, която е горната част на литосферата. Това е външна твърда обвивка, чиято дебелина е толкова малка (1,5%), че може да се сравни с тънък филм в мащаба на цялата планета. Въпреки това обаче, горният слой на земната кора представлява голям интерес за човечеството като източник на минерали.
Земната кора е условно разделена на три слоя, всеки от които е забележителен по свой начин.
- Горният слой е седиментален. Достига дебелина от 0 до 20 км. Седиментните скали се образуват в резултат на отлагането на вещества на сушата или тяхното утаяване на дъното на хидросферата. Те са част от земната кора, разположени в нея в редуващи се слоеве.
- Средният слой е гранит. Дебелината му може да варира от 10 до 40 км. Това е магматична скала, която е образувала твърд слой в резултат на изригвания и последващо втвърдяване на магма в земната дебелина при високо налягане и температура.
- Долният слой, който е част от структурата на земната кора, е базалтов, също от магматичен произход. Съдържа повече калций, желязо и магнезий, а масата му е по-голяма от тази на гранитната скала.
Структурата на земната кора не е еднаква навсякъде. Особено впечатляващи са океанската и континенталната кора. Под океаните земната кора е по-тънка и по-дебела под континентите. Той има най -голяма дебелина в районите на планинските вериги.
Океанската кора се състои от два слоя - седиментен и базалтов. Под базалтовия слой е повърхността на Мохо, последвана от горната мантия. Океанското дъно има най-сложните релефни форми. Сред цялото им разнообразие особено място заемат огромните средноокеански хребети, в които от мантията произлиза млада базалтова океанска кора. Магмата има достъп до повърхността чрез дълбок разлом – разлом, който минава по центъра на билото по върховете. Отвън магмата се разпространява, като по този начин постоянно изтласква стените на дефилето отстрани. Този процес се нарича "разпръскване".
Структурата на земната кора е по-сложна на континентите, отколкото под океаните. Континенталната кора заема много по -малка площ от океанската - до 40% от земната повърхност, но има много по -голяма дебелина. Под него достига дебелина 60-70 км. Континенталната кора има трислойна структура - седиментен слой, гранит и базалт. В области, наречени щитове, гранитният слой е на повърхността. Като пример - от гранитни скали.
Подводната крайна част на континента - шелфът, също има континентална структура на земната кора. Включва също така островите Калимантан, Нова Зеландия, Нова Гвинея, Сулавеси, Гренландия, Мадагаскар, Сахалин и др. Както и вътрешни и крайбрежни морета: Средиземно, Азовско, Черно.
Възможно е да се очертае границата между гранитния слой и базалтовия слой само условно, тъй като те имат подобна скорост на разпространение на сеизмичните вълни, което определя плътността на земните слоеве и техния състав. Базалтовият слой е в контакт с повърхността на Moho. Седиментният слой може да има различна дебелина, което зависи от релефната форма, разположена върху него. В планините, например, той или изобщо липсва, или има много малка дебелина, поради факта, че насипните частици се движат надолу по склоновете под въздействието на външни сили. Но от друга страна, той е много мощен в предпланинските райони, вдлъбнатините и котловините. И така, в него достига 22 км.
Формата на земята е много малко по-различна от сфера. Той е сплескан само по оста на въртене с 42,8 км.Екваториален радиус на земното кълбо 6 378 245 м,полярни - 6 356 863 м.Средният радиус на сфера, равен на размера на земята, е приблизително равен на 6370 км.Обемът на Земята 1080 ∙ 10 24 cm 3, или 1080 ∙ 10 9 км 3;масата му е 5980 ∙ 10 24 g, или 5980 ∙ 10 18 T.
Във вътрешната структура на земното кълбо, въз основа на сеизмични изследвания, се установява ясно разделение на кора, мантия и ядро. Всеки от тези структурни компоненти е разделен с по-малко ясни граници на редица сфери.
Скалите, които изграждат мантията на Земята, не са еднакви; отгоре са по-малко плътни. Скоростта на сеизмичните надлъжни вълни в мантията се увеличава с дълбочина от 7,8 до 13,6 км/сек.На дълбочина 2900 кмрязко намалява до 8,1 км/сек.Срязващите сеизмични вълни проникват само до една и съща дълбочина. От дълбочина 2900 кма до центъра на земята лежи веществото, което съставлява ядро с диаметър 6940 км.Вътре в ядрото се намира и сферична повърхност, която разделя така нареченото ядро или вътрешно ядро. Диаметър на нуклеола 2500-3000 км.
Въз основа на факта, че срязващите вълни не преминават в ядрото, се счита, че то е в течно състояние. В каква форма е веществото на ядрото - дали под формата на течност или в твърдо състояние, все още не е възможно да се установи.
Въз основа на данните, получени в резултат на изследване на Земята чрез сеизмични и други косвени методи, може да се предположи, че средната плътност на материята на черупките, съставляващи Земята, макар и неравномерно, нараства с дълбочината. Информация за дълбочината на границите, разделящи мантията от земната кора, ядрото от мантията и ядрото от ядрото, както и средните стойности на плътността на скалите, съставляващи черупката, са дадени в табл. . 1.
Ако дробното участие на черупките на земното кълбо в неговия обем може да се прецени с голяма сигурност, тогава е много по -трудно да се прецени тяхната маса, тъй като няма надеждна информация за плътността на материята и нейния химичен състав в недрата на Земята. Най-обективните данни за свойствата на материята в недрата на земното кълбо включват само данни за скоростта на разпространение
сеизмични вълни. Но скоростта на вълната се влияе от голям брой фактори, включително плътност, порьозност, химичен състав, здравина, температура, налягане, агрегатно състояние и т. н. Следователно няма как еднозначно да се реши проблемът за плътността на веществото, което изгражда обвивката на Земята и нейното ядро.
Концепцията за "земната кора" възниква дори когато се приема, че Земята е образувана като огнено-течно тяло, на повърхността на което в резултат на охлаждане се образува тънка кора от най-силно топящите се и най-леки "шлаки". беше формиран.
Сега е доказано, че Земятасе състои от твърдо вещество, а земната кора се счита за слоевете, които са
над повърхността, на която скоростта на разпространение на сеизмични вълни се увеличава с 1-2 км/сек.Тази повърхност е кръстена на югославския учен А. Мохорович, който я е открил. Той отделя земната кора от мантията - следващата обвивка на Земята, състояща се от по-плътни и по-издръжливи твърди скали.
Земната кора, ако това понятие се разбира като всички видове материя, разположени над повърхността на Мохорович, се състои от литосфера, хидросфера, атмосфера и биосфера (Таблица 2).
Има два основни типа земна кора: кора на континентите и кора на океаните. Те се различават както по състав, така и по сила. Дебелината на земната кора, обхващаща площ от 149 млн. км 2,средно 37 км,и дебелината на океанската кора на площ от 361 млн. км 2равно средно само на 7 км.
Както на сушата, така и под океаните, повърхността на земната кора е покрита със седименти, състоящи се от пясъчници, глини и карбонатни скали. На континентите мощността им е по-голяма, на места достига 20 км;на дъното на океаните дебелината на валежите е малка и варира от 0 до 3 км.Значителна разлика между кората на континентите и кората на океаните е, че има мощен (15-20 км)слой от гранит. Под гранитната черупка вероятно има слой базалти с приблизително същата дебелина. Границата между гранити и базалти е наречена повърхност на Конрад. Под океаните кората се състои само от базалти, дебелината на слоя на които е средно около 5 км.
основни характеристикифизическите слоеве на кората по данни на Н. А. Беляевски и В. В. Федински е дадена в табл. 3.
Средна плътност на кората 2.8 g / cm 3,подкорен слой - 3.3 g / cm 3,скоростта на надлъжните вълни 6 и 8 км/сексъответно. Кората е разделена не само на континентална и океанска, но и има голям брой разновидности. П. Н. Кропоткин разграничава 8 вида земна кора, които се различават по дебелина и гравитационни аномалии, характерни за всеки от тях. Кората на континентите обикновено се характеризира с голяма дебелина и наличие на отрицателни гравитационни аномалии. Въз основа на тези характеристики в него се разграничават следните видове:
1) дебела кора от сгънати хребети и повдигнати зони и платформи (H = 50-80 км, Δ ж от +550 до +200 mgl);
2) кората на по-малко издигнати зони (Н = 30-60 км, Δ ж от -300 до +50 mgl);
3) кора от ниски равнини и рафтове (З= 15-40 км, Δ ж от -100 до +100 mgl)- подразделен на:
кора от стабилни докамбрийски епипалеозойски платформи с повърхностна или плитка основа (Н = 25-40 км);кора с рязко намалена дебелина на сутерена.
В районите на океанската и субокеанската кора П. Н. Кропоткин идентифицира 5 типа:
1) кората на вътрешните морета (H = 20-30 км, Δ ж от -50 до +200 mgl)с мощен комплекс от валежи (10-15 км),лежи върху "базалтовия" слой;
2) дълбоки части на крайбрежните морета (Н = 7-25 км, Δ ж от +150 до +450 mgl);
3) океански тип кора - континентален склон, подводни хребети, вулканични острови (З =10-20 км, Δ ж от +50 до +200 mgl);
4) кора на дълбоководни окопи (H = 5-17 км, Δ ж повече от 250 mgl);
5) кората на дълбоките части на Световния океан (H = 3-15 км, Δ ж от +150 до +450 mgl).
A. Polderwart разграничава два рязко различни региона: дълбокия океански регион, чиято площ е 268 ∙ 10 6 км 2със средна дълбочина на океана 4,5 км(дебелината на долната кора под тази област е само 6 км),и площ на континенталния щит с площ 105 10 6 км 2и средна височина над морското равнище 0,75 км.Дебелина на континенталната кора 35 км.Той също така разграничава две преходни зони: площта на младите сгънати колани, чиято площ е 42 ∙ 10 6 км 2,с дебелина на кората 14 км,и субокеански (континентални платформи и склонове, както и крайни дълбоководни канавки), с площ 93 ∙ 10 6 км 2,с дебелина на кората 18 км.Други 2 10 6 км 2земята се намира главно на вулканични острови, разположени в дълбоките и поддълбоките региони.
От общата маса на земната кора по обем, континенталната част представлява 69%, или 5,5 ∙ 10 9 км 2,и делът на океанските - 31%, или 2,5 ∙ 10 9 км 2.
Трябва да се отбележи, че повърхността на Мохорович лежи на определена дълбочина, характерна за даден терен, независимо от възрастта на скалите, изграждащи земната кора. Така например повърхността на Мохорович минава на дълбочина 40 кмкакто в Балтийския щит, където скалите са от най-древната възраст, достигаща 3 милиарда години, така и в младите нагънати структури на Кавказ.
Доскоро се смяташе, че земната кора, за разлика от мантията, е съставена от скали, в които скоростта на надлъжните сеизмични вълни съответства на скоростта в гранитите и базалтите. Въпреки това, работата, извършена главно по време на IGY, разкри случаи, когато повърхността на Мохорович преминава в областта на скорости на сеизмичните вълни, надвишаващи 6-7 км/сек.Такива скорости не могат да бъдат намерени в гранита и базалта. И сега не е ясно каква е земната кора, тъй като плътността на скалите, лежащи над повърхността на Мохорович, понякога е характерна за скалите от горните слоеве на мантията, а не за кората. Земната кора на сушата се различава рязко от кората на океана по химичен и минерален състав. И двете са още по-различни от материала на мантията, както по плътност и здравина, така и по химичен състав, обаче информацията за състава на материала на мантията е много ограничена.
Изложени са много хипотези за естеството и произхода на земната кора, нито една от които не дава задоволително обяснение на причините за разликата в състава и дебелината на земната и океанската кора.
Т. Уилсън предполага, че земната кора, подобно на хидросферата и атмосферата, се е образувала от материала на мантията поради вулканични изригванияизхвърляне на топими вещества, разтопени в дълбините на мантията (Т. Уилсън приема повърхността на Мохорович за начална повърхност на Земята). В резултат на тези вулканични изригвания, бившата повърхност на Земята остава дълбоко под слой от магмени скали.
Това предположение е неприемливо, не само защото (както следва от данните, които той цитира) пристигането на вулканична материя през последните векове е само около 0,8 км 3годишно, а речният дрейф на материята от континентите годишно надхвърля 12 км 3,но и защото не обяснява разликите в кората на континентите и океаните.
За да се обяснят причините за появата на континенталната и океанската кора, както и на континентите и океаните, бяха предложени хипотези, които привличат различни космически фактори.
Г. Алфвен през 1963 г. излага хипотеза, обясняваща образуването на континенти с факта, че преди 3-4 милиарда години Луната, уж независима планета, се е приближила толкова близо до Земята, че се е сринала, част от нея е паднала на Земята и образуват континенталната кора, неравномерно покриваща повърхността на Земята: другата част се превърна в нашия спътник - Луната, и малки частици - метеорити.
Дж. Дарвин през 1911 г. изказва хипотеза, според която дъното на Тихия океан се е образувало в резултат на отделянето на част от земната повърхност, която се е превърнала в нашия спътник - Луната. Тази идея все още намира множество последователи (О. Опенхайм, Р. Швинер, Г. Куиринг, Г. И. Берлин, Е. Краус и др.).
Някои учени смятат, че Земята се охлажда и свива, докато други, напротив, намират доказателства за бързото разширяване на земното кълбо. Има и опити да се обяснят наблюдаваните явления и факти чрез специфични процеси, протичането на които е възможно или в земната кора, или в скалите на земната мантия. Така В. В. Белоусов разработва хипотеза за радиомиграция, според която образуването на континенти, обогатяването на континенталните слоеве със силиций, тектонски и вулканични процеси се свързват с диференцирането на материала на земната мантия и с отделянето на скали, богати на радиоактивни вещества. вещества от него. Такива скали, близки по състав до гранити, според него изплуват на повърхността на земната кора и предизвикват повдигане, топене и други процеси, изискващи топлинна и механична енергия. Повтарящите се аналогични явления на едни и същи места, според В. В. Белоусов, са свързани с факта, че диференциацията се извършва на различни „нива“ на мантията не веднъж, а последователно.
През последните години В. В. Белоусов стига до извода, че земната повърхност за първи път е преминала етапа на гранитизация, когато „в архея цялото земно кълбо е било повече или по-малко равномерно покрито с континентална кора, която по-късно само нараства по дебелина“. Тогава, в края на палеозоя, според него, настъпил повратен момент, когато ултраосновен материал се издигнал в земната кора, разтопил континенталната кора и потопил обратно в мантията; в резултат на това „... на мястото на континенталната кора се образува кора от океански тип“. Процесът на по-нататъшна океанизация на земната кора, смята той, ще продължи и в бъдеще.
Тази хипотеза, както и други, основани на процесите на диференциация на материала на мантията, е неподходяща за обяснение на дългото съществуване на континентите и океаните. Освен това тази хипотеза е в непримиримо противоречие със законите на физиката и механиката, според които по-малко плътно вещество не може да се потопи в по-плътно. Следователно ултраосновната материя, която изплува на повърхността на Земята след разтварянето на дебели пластове от континенталната кора в нея, не може да избяга в мантията, както признава В. В. Белоусов.
В. А. Магнитски излага идеята за образуването на континентални слоеве и обогатяването им със силиций. Според него в резултат на реакцията от скалите на мантията се отделя силиций
По термодинамични причини тази реакция трябва да протича в слоеве на мантията, разположени на дълбочина не повече от 500 км.На по -големи дълбочини той е по -стабилен MgSiO 3 ... Тази идея може да помогне да се разбере обогатяването на континенталните скали със силиций, но не обяснява защо континенталните слоеве се издигат над океанското дъно с почти 5 км.Маркиране SiO 2 в горната мантия обемът на скалите трябваше да намалее толкова, колкото обемът на земната кора се увеличи. Общият ефект от процеса на диференциация на продуктите съгласно горната реакция не може значително да повлияе на нивото на дневната повърхност. Същият общ ефект е неизбежен при прилагането на процесите на серпентинизация. В тези процеси той вижда решението на загадката за появата на континентите. х. х... Хес, който в продължение на 25 години развива идеята за увеличаване на скалите на земната мантия, когато те се превърнат в земната кора поради добавянето на вода към оливините с образуването на серпентини със състав, съответстващ на формулите :
В същото време плътността на скалите намалява и те уж плуват върху по-тежки скали на мантията. В тази гледна точка е вярно, че плътността на скалите намалява поради добавянето на вода. Водата, която се присъединява към скалите на горната мантия, обаче трябваше да излезе от по-дълбоките хоризонти на мантията, където в резултат на това щеше да има съответно увеличение на плътността на останалата материя и намаляване на нейния обем. Нетният ефект от това движение на водата отдолу нагоре е нула.
Има и по -радикални гледни точки за причините за появата на граници, открити в сеизмичните изследвания на Земята. Така А. Ф. Капустински смята, че те са свързани с промени в структурата на външните електронни обвивки на атомите, които възникват под въздействието на налягане. Предполага се, че външните електрони при налягания, съществуващи в дълбочината на повърхността на Мохорович, се движат към незапълнени енергийни нива и електронните обвивки придобиват по-плътна опаковка. С аналогични трансформации в структурата на електронните обвивки той обяснява увеличаването на плътността на материята в земното ядро и преминаването й в „метално състояние”.
Въпреки това, тъй като долната граница на земната кора е разположена на сравнително малка дълбочина, особено под океаните, и освен това на много различни дълбочини, обяснението, свързано с промените в структурата на атомите под въздействието на налягане, не може да се приложи да обоснове появата на границата на Мохорович.
Д. Кенеди отдели голямо внимание на анализа на проблема за произхода на земната кора и създаването на хипотеза, която трябва да изведе науката за земната кора от задънената улица. Той смята, че следните факти противоречат на концепцията за сиаличната кора на океаните и сиаличния състав на кората на континентите, плаващи върху по-плътен симатичен субстрат.
1. Големи площи от континенти, ерозирани до морското равнище, могат внезапно да бъдат издигнати на хиляди фута нагоре.
2. Законите на физиката се нарушават от факта, че седиментите с ниска плътност очевидно са в състояние да изместят скалите повече висока плътност; вдлъбнатините от седименти с ниска плътност вероятно ще потънат в по-плътен субстрат.
3. Скоростта на пренос на топлина от недрата на Земята през континенти, планински вериги и океански басейни, в първо приближение, е еднаква.
4. Продължителността на живота на континентите и планинските вериги е много по-дълга, отколкото може да се очаква от скоростта на ерозия.
Д. Кенеди вижда отговора на трудните проблеми, свързани с образуването на леки земни скали, които изграждат континентите, във факта, че границата на Мохорович не е разделение между скали с различен химичен състав, а между скали със същия състав, но с различен минерален състав и кристална структура... Д. Кенеди, както и редица негови предшественици, смята, че под базалтите и габрото се намират еклогити, които са близки до тях по химичен състав. Тъй като еклогитите имат плътност 3,3 g / cm 3, 10% по-висока от плътността на габрото (2,95 g / cm 2),тогава еклогитите могат да съществуват само при високо налягане. В тези структурни преходи на базалти в еклогити Д. Кенеди вижда улика за естеството и произхода на участъка Мохоровичи. Той твърди, че експериментално е открил (при 500 ° C и налягане под 10 000 банкомат)преходът на базалтово стъкло към габро, чийто основен компонент е фелдшпат. При налягане над 10 000 банкомати 500 ° C, базалтовото стъкло кристализира в скала, състояща се от жадеит пироксен, и се образуват еклогити. В зависимост от налягането и температурата, леките скали могат да се трансформират в плътни скали и обратно. Съответно се наблюдава увеличаване или намаляване на дебелината на слоя от скали, разположен над преходната повърхност.
Според Д. Кенеди тази хипотеза обяснява добре не само същия топлинен поток в скалите на континентите и океаните, но и дългото съществуване на континенти, чиято дебелина на кората непрекъснато се увеличава поради намаляване на плътността на плаващите скали на мантия.
Д. Кенеди вижда причината за увеличаването на дебелината на земната кора във факта, че по-ниските хоризонти на континенталната кора уж се нагряват и по този начин се изместват към по-високи налягания условията за трансформиране на плътните мантийни скали в скали с по-малко плътна кора, т.е. изместват границата на Мохорович надолу.
Според Д. Кенеди на границата на Мохорович има съвсем други условия. Под океаните трансформацията на габрото в еклогит става на дълбочина 6-7 кмпри температура около 150 ° С, под континентите - на дълбочина 30 кмпри температура 500°С и под планински вериги- на дълбочина 40 кми повече при температура от 700 ° C и повече.
Тези интересни аргументи на Д. Кенеди изглеждат оправдани от гледна точка на критика на съществуващите хипотези за земната кора. Те разкриват наистина слабите места на науката за произхода на земната кора, континентите, планинските вериги и океанските ровове. Те правилно поставят въпросите, чието решение е необходимо за хипотеза, която претендира да бъде призната. Той по-рязко от обикновено подчертава проблема за продължителното съществуване на континенти, които според неговите изчисления при сегашните темпове на ерозия на земните маси трябва да бъдат напълно ерозирани за 20-25 милиона години. Вярно е, че той също подценява интензивността на ерозията. Всъщност, като се има предвид текущата степен на разрушаване от 12 км 3твърда материя годишно, континентите трябва да се отмиват не след 20-25 милиона години, а само след 10 милиона години.
Въпреки това, все още не е доказана възможността за фазови трансформации на твърди скали близо до границата на Мохорович, т.е. близо до границата, лежаща на малка дълбочина, особено под океаните. По този начин, в резултат на експериментално изследване на фазовото състояние на скалната материя при налягания до 35 kbarи при температури до 1700 ° C, проведено в Института по физика на Земята през 1964 г., е установено отсъствието на разлагане на пироксен в оливин и стиповерит при условия, съответстващи на дълбочини от 10 до 100 км... Това доказа, че появата на границата на Мохорович не може да се обясни с подобен процес.
Отказът да се признае разликата в химичния състав на земната кора и мантията, освен това е в явно противоречие с реалността. Изследването на химичния състав на скалите от кората на океаните и кората на континентите убедително показа, че те имат значителна разлика в състава и физичните свойства.
Химическият състав на земната кора също се различава от средния състав на метеоритите и няма причина да се очаква, че химичният състав на мантията може да бъде същият като състава на земната кора.
През последните години А. П. Виноградов разработва проблема за образуването на земната кора по отношение на нейния материален състав. Чрез изчисления и експериментално той обосновава идеята, че земната кора е продукт на топене и дегазиране на мантийния материал в процеси, подобни на зоновото топене.
Методът на зоново топене е разработен от J. Pfann за пречистване на полупроводникови материали, главно германий и силиций. Състои се във факта, че единият край на металния прът се нагрява от високочестотен ток или друг локален нагревател до разтопяване и след това нагревателят се премества по пръта или пръчката през нагревателя от нагретия край към студения край. В този случай стопената зона се придвижва към студения край на пръта и прехвърля всички нискотопими компоненти там. В този случай най-огнеупорните компоненти се придвижват към движението на зоната и постепенно се концентрират в началния край на пръта. При достатъчен брой преминавания на стопената зона по протежение на пръта металът се освобождава от лесни и огнеупорни примеси и може да се получи в изключително чист вид.
Използването на този метод даде възможност на А. П. Виноградов да покаже, че в резултат на многократно изместване на разтопената зона по протежение на пръта от материала на силикатната фаза на хондрити, това става чрез разделянето му на две части. Базалтното стъкло се образува като нискотопим компонент, а остатъкът става много подобен на дунитите, за които е известно, че принадлежат към оливинови скали, съставляващи горния мантиен слой.
А. П. Виноградов смята, че процесът на зонално топене на нискотопима базалтова магма с изпускането й на земната повърхност не само създава земната кора, но и „... е отговорен за образуването на континенти, планински структури, потъване и издигане на платформи, за образуване на геосинклинали и океана - всички най-дълбоки геоложки трансформации. Той обаче не изразява съображения за онези специфични процеси, чрез които "... дегазирането и топенето на нискотопима базалтова магма" причиняват появата на континенти и океани и извършват "всички най-дълбоки геоложки трансформации". Той вярва само, че ефектът от продуктите на топенето и дегазирането на веществото на мантията трябва да бъде напълно различен в зависимост от „... как се отделят. Ако се откроят под слоеве от седиментни или други скали, тогава настъпва тяхната дълбока промяна - гранитизация. Ако селекцията е под слоя океанска вода, след това те се срутват и разтварят и ако влязат в атмосферата, я обогатяват с газове и други вещества."
Тези съображения не дават обяснение как се получава гранитизация, ако нискотопимата част навлезе под слоевете на седиментните скали. Освен това, това не изяснява въпроса откъде са дошли тези седиментни скали, преди да получат продуктите от топенето. Следователно въпросите за произхода на земната кора, за произхода на континентите и океаните, както и въпросите за "геоложките трансформации", остават дори след поредица от интересни работи на А. П. Виноградов, както и преди, все още далеч не са ясни. Стана по-ясно, че земната кора, хидросферата и атмосферата могат да се образуват от вещество, подобно на веществото на метеоритите, но как и в резултат на какви процеси се разделя първоначалната материя на земната кора в нейните разновидности - земна кора и океанска кора - остава неясно.
Въз основа на данните за съдържанието на летливи компоненти в материала на мантията, както и в хидросферата и атмосферата, А. П. Виноградов определя степента на топене и дегазиране на материала на мантия, настъпили по време на съществуването на Земята, т.е. в 4.7. -5 ∙ 10 9 години. Оказа се по-малко от 10%. По този начин степента на отделяне на азот е ~ 5%; въглерод ~ 2,5%, сяра ~ 5 ∙ 10 -3%, хелий -0,1%, аргон 40 ~ 2 ∙ 10 -2%. Най -високият процент на дегазиране за такива летливи компоненти като H2O и C1 2 е около 7,5% от тяхното съдържание в мантийния материал. Тази част от масата му по обем е равна на 63 ∙ 10 9 км 3.Ако приемем, че дегазирането е настъпило в слоевете на горната мантия, тогава това ще съответства на слой с дебелина само 125 км.
За редица елементи се наблюдава повишено съдържание в земната кора в сравнение с тяхното съдържание в веществото на метеоритите. Като се има предвид, че те са отстранени от материала на мантията, А. П. Виноградов определя нейната дебелина, която е необходима за отстраняването на излишно количество от редица елементи, така че съдържанието им в земната кора да стане това, което реално се наблюдава (табл. 4 ).
Както можете да видите от таблицата. 4, необходимата конструктивна дебелина на мантията е различна и варира от 100 до 3000 км.Възможно е дадените в табл. 4, изчисленията ще бъдат усъвършенствани с течение на времето, но те убедително показват, че освобождаването на повечето от елементите е станало само от относително малка част от материала, който съставя мантията на Земята. Но за уран, торий, рубидий, калий и особено барий дебелината на дегазираната мантия достига много голяма стойност, достигайки една трета или дори половината от радиуса на Земята.
Различната степен на обогатяване на скалите на земната кора с един или друг елемент в сравнение със съдържанието му в материала на мантията или, както прави А. П. Виноградов, в сравнение със съдържанието му в метеоритния материал може да се обясни не само с отстраняването им от мантията. слоеве с различна дебелина, но и от разликата в коефициентите на разпределение. Коефициентът на разпределение на различните съединения със сигурност не е еднакъв и следователно тяхното отстраняване в земната кора с издигащ се разтопен слой трябва да бъде различно. Колкото по-нисък е коефициентът на разпределение, т.е., колкото по-малко дадено съединение се утаява в твърдата фаза, толкова повече се пренася със стопилката по време на зоновото топене.
Ето защо е по-приемливо различната степен на обогатяване на земната кора с елементи, отстранени от вътрешността на Земята, с разликата в коефициентите на разпределение, отколкото с разликата в дебелината на слоевете на мантията, от които един или друг компонент на земната земя кората се отстранява.
Като се има предвид образуването на земната кора в процеса на зонално топене, А. П. Виноградов предположи, че дебелината на земната кора, подобно на дебелината на кората на всяка друга планета, се определя от радиуса на планетата. Разбира се, радиусът на планетата, като количество, което определя обема на планетата, определя и количеството топлина, отделяно в резултат на радиоактивно разпадане под единица от повърхността на планетата. Количеството топлина от своя страна определя дебелината на стопената зона, която се издига нагоре от недрата на Земята в процеса на топене на зоната. Това, разбира се, определя дебелината на горния слой, който ще бъде най -обогатен в най -подвижните компоненти, извършени в стопилката. Това обаче е вярно само за случая, когато има само едно преминаване на стопената зона или когато както броят на преминаванията, така и дебелината на стопените зони са били абсолютно еднакви за сравняваните планети.
Най -голямо влияние върху дебелината на земната кора в случай на нейното образуване в резултат на зоновото топене може да има броят на преминаванията на разтопената зона. Колкото повече преминавания, толкова по -висока трябва да бъде концентрацията и степента на отстраняване на тези компоненти, които се натрупват в земната кора (ако наистина се образува в резултат на зонално топене).
Следователно няма причина да очакваме зависимостта на дебелината на земната кора само от радиуса на планетата. В условията на Земята дебелината на земната кора варира в много широк диапазон - от 5-7 до 25-40 км.
Дебелината на земната кора е особено голяма в планинските райони, където достига 70 и дори 80 км.
Дебелината на земната кора е в строго закономерна връзка само с външния й релеф – колкото по-висока е площта на сушата, толкова по-мощна е кората и колкото по-дълбок е океанът, толкова е по-тънък. Този модел не зависи от възрастта на кората, въпреки интензивната ерозия. Важно е също така, че всеки сорт и всяка дебелина на кората отговарят на строго определена слоеста структура - структурата на "бутер пай", всеки слой от който има собствена дебелина и собствен химически и минерален състав, чието образуване изискваше мобилизиране на радиоактивни и други елементи от дълбините на мантията на стотици дълбочини и дори хиляди километри.
Следователно хипотези, които заслужават внимание, могат да се считат само за тези (от многото предложени), които могат да обяснят: а) закономерната връзка между дебелината и състава на земната кора с релефа на земната повърхност и океанското дъно; б) запазването на тази естествена връзка през цялото съществуване на континентите, въпреки денудацията; в) рязка разлика в състава на кората от състава на мантията в съдържанието на радиоактивни и много други елементи, които са концентрирани главно в земната кора.
Процесите на проста високотемпературна диференциация на мантийния материал, както и процесите на отделяне на вода, силициев оксид или "базалтова" магма по време на зоновото топене, не могат да се считат за достатъчни. Те не обясняват разликите между кората на континентите и кората на океаните и, което е още по-важно, не могат да обяснят фактите за взаимното превръщане на кората от един тип в кора от друг тип. Тези трансформации, наречени океанизация и континентизация, все повече се потвърждават. Без обяснение на процесите, в резултат на които кората на континентите понякога се превръща в кора на океанското дъно, е невъзможно да се разберат множество факти, например фактите за необичайно тънка кора, наблюдавани в средния унгарски масив , в Мексиканския залив, в Охотско, Черно, Каспийско море и в някои райони Централна Азия, тъй като данните от геоложката история и сравнителния анализ не ни позволяват да се съмняваме, че по-рано в тези региони е имало нормална, тоест достатъчно дебела, континентална кора.
В допълнение към повърхността на Мохорович, в земната кора, горната мантия и отдолу са открити множество сеизмични граници, вълноводи, черупки и слоеве с висока електропроводимост. Всички те се различават, от една страна, по това, че скоростта на разпространение на сеизмичните вълни се променя рязко върху тях, а от друга, по това, че образуват като че ли концентрични сфери, разделящи земята на слоеве и черупки с почти същата дебелина.
Появата на слоеве с повишена проводимост - вълноводи - се определя от факта, че скоростта на разпространение на вълната в тях е по-ниска, отколкото във по-високите и долните слоеве на скалите. Следователно вълните не се изкачват и слизат от такъв слой, а се движат в него с пълно вътрешно отражение от покрива и почвата на слоя. Най-често, когато се появят вълноводи, те виждат повишаване на температурата, което води до намаляване на плътността на веществото. Намаляването на плътността на скалите се обяснява и с пренареждането на минералогичната или молекулярната структура на скалите, които изграждат вълноводите. Въпреки това, тъй като вълноводи са открити на много различни дълбочини както в земната кора, така и в мантията, е трудно да се предположи някакви специфични фазови трансформации на твърди вещества, чийто поток е възможен в толкова широк диапазон от температури и налягания.
Както знаете, няма единна гледна точка нито за причините за появата, нито за естеството на стратификацията на земната кора и Земята като цяло.
Следните процеси се считат за причини за появата на наслояване в земната кора:
наслояване на седименти и суспензии, изпадащи от водата на дъното на водоемите, особено при настъпване и оттегляне на морето;
наслояване на суспендирани вещества, падащи от атмосферата, включително отлагане на валежи от вулканична пепел;
наслояване на едни скали върху други в резултат на свлачища, накланяния и др.
Вярно е, че все повече привърженици на гледната точка се появяват, че сеизмичните граници са специални граници, чийто произход не зависи от състава, произхода и възрастта на скалите, в които преминават.
И така, Г. Д. Афанасиев, отбелязвайки, че границата на Мохорович минава на определена дълбочина, характерна за даден терен, независимо от възрастта на скалите, съставляващи земната кора, предлага пробиване на дълбоки кладенци в украинския кристален масив и Балтийския щит, където при дълбочина 6-7 кмса открити интерфейсите на сеизмичните вълни. Изследването на тези кладенци, според него, „... ще направи възможно да се разбере как стръмно разположените нагънати образувания от метаморфни скали са сякаш стратифицирани в хоризонтална равнина, образувайки слоеве с дебелина около 5 км отразлична скорост на разпространение на сеизмичните вълни. Има ли вертикална промяна в петрографския състав на тези "слоеве" или само промяна във физичните им свойства, по-специално плътността, във връзка с увеличаване на постоянно нарастващото натоварване на подлежащите скали?
Ю. В. Ризниченко и И. П. Косминская смятат, „... че дълбоките сеизмични граници и съответно слоевете са следствие от влиянието както на състава, така и на състоянието на материята при условия на налягане, температура и движение на материята в недрата на Земята. Те представляват някои фронтове на метаморфизъм, характерни за определени доста тесни интервали на дълбочина, поне при стабилни условия на платформата. Тези граници имат значително различно естество от стратиграфските граници, познати на геолозите, или, от друга страна, граници с разделителен характер между различни видове комплекси от метаморфни и други скали или между магматични масиви с различен състав и време на образуване ...границите трябва да бъдат признати като вторични и насложени върху първичните геоложки структурни характеристики на околната среда.
А. А. Борисов обръща внимание на факта, че „Сеизмичните граници, идентифицирани в рамките на консолидирания (кристален) комплекс на земната кора (граница на Конрад и др.), се характеризират с много нежни морфологични форми, приблизително успоредни една на друга и на повърхностите на земната кора. мазе и Мохорович. Това противоречи на геоложките, гравиметричните, магнитните и други данни, че сгънатите, често дълбоко метаморфозирани комплекси от консолидираната кора се характеризират с остри и сложни, главно блокови, структурни форми. Този автор прави опит да разкрие конкретните причини, които, действайки във времето, водят до това, че навсякъде се наблюдава определена връзка между морфологията на повърхността на Мохорович и релефа на земната повърхност. Той пише: „Очевидно морфологията на повърхността се дължи на взаимодействието на два противоположни фактора:
1) директната посока на вертикалните движения на този сегмент от литосферата, което води до образуването на приблизително съгласувани форми във всички хоризонти на кората и повърхността на Мохорович, и
2) обработка на материала на земната кора и горната мантия със съответното му преразпределение между тях, което е придружено от образуване на обърнати форми.
В зависимост от преобладаването на този или онзи фактор се определя съотношението на морфологичните форми в различните хоризонти на литосферата.
Разбира се, тези два противоположни фактора, особено вторият, все още са много общи и не са специфични. В резултат на какви процеси и под влияние на какви причини възниква „обработката“ на материала от земната кора и горната мантия, А. А. Борисов не може да каже, но обосновката на необходимостта от такава „обработка“ насърчава изследователите да търсят в нови посоки.
В. В. Тихомиров обърна специално внимание на една много важна и специфична особеност на повърхността на Мохорович - нейния динамизъм. Анализирайки проблема за произхода на гранитите, той цитира голям брой примери, потвърждаващи гледната точка на много геолози, че седиментните скали под въздействието на различни фактори на метаморфоза се трансформират в масивни кристални образувания като гранитите. От друга страна, гледната точка за процесите, наречени „базификация“ или океанизация, в резултат на които веществото на континенталната кора се превръща в субстанция на океанската кора, придобива все по-голямо признание. Отчитайки това, В. В. Тихомиров пише: „Може да се предположи, че при потъването на сиаличния блок долните му части се превръщат в перидотит и се присъединяват към подлежащите образувания, докато повърхността на Мохорович изглежда скача на по-високо стратиграфско ниво, намирайки се в по същото време на същата абсолютна дълбочина. Образно казано, скалите от потапящата се част на земната кора, когато се спускат под изохипса, съответстващ на хоризонта на повърхността на Мохорович в тази точка на планетата, се превръщат от „сиал“ в „сима“ и, отделяйки се от горната черупка , прилепват към субстрата на перидотита “.
Повърхността на Мохорович, като специална повърхност, е в същото време една от многото други сеизмични граници, открити както в земната кора, в мантията и в ядрото.
Дебелината на слоя, чийто връх е представен от съвременния релеф, а дъното - от границата "кора -мантия", най -често наричана "повърхността на Мохорович", варира в широки граници в рамките на Русия и прилежащите акватории - от 12 до 60 km Пластът има сложна мозаечна структура, но има ясни регионални модели. В световен мащаб се отличава централният регион, състоящ се от четири големи суперблока с изометрична форма: източноевропейски, западносибирски, сибирски и източен. В тектонски план тези суперблокове съответстват на източноевропейските и сибирските древни платформи, разделящата ги западносибирска млада плоча и района на Верхоянско-Чукотската гънка, заемащ североизточната част на Русия. На юг суперблоковата система е рамкирана от широка хиперзона, ориентирана към ширина, простираща се от до. От север суперблоковете на континенталната част са ограничени от мощна ивица на ширина, покриваща бреговете на арктическите морета и морета. Той съответства на северната шелфова зона на Евразийския континент. На изток е Тихоокеанският пояс.
Суперблоковете на континенталната част на Русия имат следните характеристики. Най-малката средна дебелина на кората съответства на Западносибирския суперблок (36–38 km). В източноевропейския суперблок, разположен на запад от него, средната дебелина нараства до 40–42 km, докато сибирският суперблок се отличава с най-дебелата кора (средно 43–45 km). В източния суперблок, където положението на границата на Мохорович се определя от много оскъдни данни и с помощта на гравиметрична информация, дебелината на земната кора е приблизително 40–42 km.
Суперблоковете са разделени от контрастиращи линейни структури или широки зони на резки промени в дебелината на земната кора. По този начин източноевропейският суперблок е отделен от Западносибирския с тясна разширена меридионална зона с аномално висока дебелина (45–55 km), съответстваща на Уралската гънка система. Източната граница на Западносибирския суперблок е меридионална система от близки къси линейни структури с различни знаци на фона на сравнително широка зона с рязко увеличаване на дебелината. Той съответства на мощна система от вдлъбнатини и издигания, която разделя Сибирската и Западно-Сибирската платформи. Границата, разделяща сибирския суперблок от Восточния, е разширена, подобна на коляно зона на огъване по реките Лена и Алдан. Проследява се от верига от линейни и елипсоидални лещи с намалена мощност (до 36 км). Тектонски, междублоковите зони са нагънати системи и орогенни пояси на фанерозоя.
Южната хиперзона е система от съседни и ен-ешелонови линейни и елипсоидални структури с ширина и близки посоки. Зоната се отличава с диференцирана структура и резки контрастни промени в дебелината на земната кора от 36 до 56 km
Северната шелфова зона, като запазва много структурни характеристики на съседни суперблокове на континенталната кора, се отличава със значително намаляване на дебелината до 28–40 km. Структурата на шелфовата зона на западния арктически сектор се различава от източната както по геометрични параметри, така и по дебелината на земната кора. Северната граница на зоната на руския шелф с блокове от тънка океанска кора (10–20 km) е „зона на свързване на континента и океана“ с ширина 50–70 km, която е зона с рязка разлика в дебелината.
Земната кора в рамките на Тихоокеанския пояс се отличава със сложна морфология и големи разлики в дебелината на кората от 12 до 38 км. Общ регионален модел е рязко намаляване на дебелината на земната кора при преместване от континент към океан. Сравнително дебелата кора (26–32 km) е характерна за плочите във водите на Охотск и. Геосинклиналните системи се характеризират със сходни стойности на този параметър, докато имат много разнородна вътрешна структура. Стойностите на дебелината на земната кора на средното ниво (24–26 km) са присъщи на островната дъга (Курил), най-тънката кора се характеризира със структурите на океанската кора - дълбоководни депресии (10 –18 км).
В резултат на това може да се каже, че дебелината на земната кора като цяло корелира с възрастта на структурите: най-дебелата кора (40–45 km) се наблюдава под студените древни платформи - Източноевропейската и Сибирската; под Западен Сибир дебелината му е по-малка (35–40 km). Под нагънати системи и орогенни пояси на фанерозоя дебелината на земната кора варира в широки граници (38–56 km), като средно е по-дебела от кората на платформите. Под младите планински структури на региона Алтай-Саян има "корени" на планини, по-дълбоки от 54 км
