Земная кора виды. Типы земной коры

Моя дочка прошлым летом первый раз была в Крыму. Она увидела горы и спросила у меня: «Почему они такие высокие?» Далее последовал еще один вопрос: «А почему море глубокое?». Ребенку 3 годика, а она уже интересуется такими вопросами. А вы не задумывались, почему так? Чем же отличаются горы от моря ? Сейчас я хочу рассказать о типах земной коры.

Какие типы земной коры выделяют

Я думаю, вы знаете, что под океаном и на равнине находится разная земная кора. В первом случае она тоньше, а во втором намного толще.

Земная кора – это твердый шар литосферы с толщиной от 5 км (под океаном) до 70 км (под горами) . В зависимости от состава и толщины пород выделяю 2 типа земной коры: материковая и океаническая.

Материковая (континентальная ) земная кора имеет толщину от 40 до 70 км . В своем составе она имеет 3 слоя:

• осадочный – верхний от земли слой. Его мощность 10-15 км;
• гранитно-метаморфический слой – толщина 5-15 км;
• базальтовый – 10-30 км.

В отличие от материковой, океаническая земная кора не имеет среднего гранитно-метаморфического слоя . В ее составе есть осадочный и базальтовый слои. Ее толщина всего 5 – 15 км.

Своеобразную земную кору имеют океанические хребты . Под вторым океаническим слоем располагается линза (или выступ). Горные породы в их составе не похожи на породы в горах, которые находятся на земле.

Исследования земной коры

Ученые давно доказали, что земная кора под равниной (или горой) отличается от земной коры под океаном. Но даже в наши дни, имея новейшее техническое оборудование, остается много неисследованных мест на земле. На Кольском полуострове, например, пробили самую глубокую скважину в мире. Ее глубина 12 км, что составляет лишь 1/500 радиуса нашей планеты.

Все что нам известно, ученые узнают благодаря сейсмическому методу . Во время землетрясений и вулканической деятельности на землю попадает магма и другие породы, которые накапливаются внутри нашей планеты. По ним и ведется исследование.

Земля состоит из нескольких концентрических оболочек, каждой из которых присущи особый химический состав, физические свойства и агрегатное состояние. Оболочки Земли группируются на 3 основных слоя:

1. наружный – земную кору;

2. промежуточный – мантию;

3. внутренний – ядро.

Ядро предположительно составляют окислы железа и никеля, находящиеся в расплавленном состоянии.

Мантия состоит из пород, основными компонентами которых являются силикаты магния и железа.

Земная кора по отношению ко всей планете составляет около 1,5% ее объема (0,8% от массы). Толщина земной коры под континентами составляет 35 – 70 км (в среднем 50 км), под океанами – 5 –10 км. В земной коре преобладают следующие химические элементы:

· кислород (47 - 49,1%) – он присутствует в составе большинства минералов;

· кремний (26 – 28 %): кремнезем (оксид кремния), кварц, силикаты.

· алюминий (7,4 – 8,7 %);

· железо (4,2- 5,1 %);

· кальций (3,3 – 3,6%);

· натрий (2.6 %);

· калий (2,6%);

· магний (2,1%).

Различают материковую и океаническую кору. Верхняя часть материковой коры сложена т.н. осадочным чехлом, ниже расположены гранитный и базальтовый слои. Океаническая кора имеет главным образом базальтовый состав (содержит кремний и магний). Плотность материковой коры составляет 2,7 г/см 3 , а океанической – 2,9 г/см 3 .

Материковая кора	SiO 2	69%
	Al 2 O 3	14%
	Fe 2 O 3 + FeO	4%
Океаническая кора	SiO 2	48%
	Al 2 O 3	15%
	Fe 2 O 3 + FeO	12%
	MgO	9%

Литосфера – это твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхний слой мантии. Толщина литосферы колеблется в пределах от 50 до 200 км.

Самые распрострененные химические элементы в литосфере – кислород, кремний, алюминий и магний, на их суммарную долю приходится 92% массы литосферы. Кислород, кремний и алюминий образуют самые распространенные в земной коре соединения – силикаты и алюмосиликаты.

Земная кора состоит их горных пород. Горные породы – это геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянным химическим составом и свойствами. Основные группы горных пород: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы – являются результатом застывания вулканической магмы, разлившейся по поверхности суши или внедрившиеся в глубь земной коры. На глубине 15-30 км магматические породы представлены в основном гранитом.

Осадочные породы – это преимущественно поверхностные образования, возникшие при разрушении и переотложении других – ранее сформировавшихся – горных пород (щебень, гравий, песок, песчаники, глины).

Метаморфические породы – это продукты изменения магматических и осадочных пород в результате воздействия физико-химических процессов (в основном высоких температур и давления).

Минералы – это природные неорганические соединения, состоящие из одного или нескольких химических соединений. Большинство минералов находится в кристаллическом состоянии, и имеет относительно постоянный состав. В земной коре обнаружено около 3000 минералов, подавляющая их часть (90%) образована силикатами алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. Так, наиболее распространенным минералами являются полевые шпаты (58%), простые силикаты (16,8%), кварц (12,6%), слюда (3,6%).

Важная составляющая литосферы – подземные воды , общий объем которых в осадочном чехле составляет 61,4 млн. км 3 . Вода присутствует в земной толще как в свободном состоянии, так и в связанной форме, а также в различных агрегатных состояниях: в виде паров, льда и жидкости. Свободные воды подземной гидросферы в той или иной степени минерализованы, на долю пресных подземных вод приходится 2%. Пресные подземные воды – это в основном грунтовые воды, которые непосредственно связаны с поверхностными источниками (реками, озерами). Общая минерализация подземных пресных вод составляет не более 1 г/л, по составу они принадлежат к гидрокарбонатным. Грунтовые воды отличаются высоким содержанием растворенного органического вещества, концентрация которого может составлять более 35 мг/л, наименьшее количество органического вещества содержат воды аридного (засушливого) пояса – менее 20 мг/л.

В состав биосферы входит только верхняя часть земной коры, причем положение нижней границы биосферы четко не установлено. Положение границы биосферы в литосфере обусловлено геологическим строением местности, гидрогеологических условий местности и геотермического градиента. Геотермический градиент характеризует прирост температуры горных пород при углублении на каждые 100 м. В среднем он составляет 3 0 С, но в зависимости от условий колеблется от 1 до 20 0 С.

В целом распространение живого вещества в литосфере наблюдается всего до нескольких десятков метров. Некоторые микроорганизмы с подземными водами достигают глубин до 2...3 км.

Почва

Почва – это самостоятельное естественной органо-минеральное тело, возникающее на поверхности земной суши в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов. Почва состоит из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха, она обладает комплексом свойств, которые обуславливают условия для роста и развития растений. Почва представляет собой рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай. Она является важнейшим элементом наземных экосистем, это продукт взаимодействия биоты и залегающих пород.

Почву рассматривают как особое природное тело, которое играет исключительно важную роль в глобальных биогеохимических процессах. С геосферами Земли почва связана следующим образом:

1. С литосферой:

· Участвует в биохимическом преобразовании верхних слоев литосферы;

· Является источником для образования минералов, полезных ископаемых, горных пород.

· Участвует в передаче аккумулированной солнечной энергии в глубокие слои литосферы;

· Защищает литосферу от чрезмерной эрозии.

2. С гидросферой:

· Трансформирует поверхностные воды в грунтовые;

· Участвует в формировании речного стока;

· Является фактором биопродуктивности водоемов за счет приносимых биогенных соединений;

· Является сорбционным, барьером, защищающим от загрязнений.

3. С атмосферой:

· Поглощает и отражает солнечную радиацию;

· Регулирует водооборот атмосферы;

· Источник твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу;

· Регулирование газового режима атмосферы.

4. С биосферой:

· Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши;

· Защитный барьер;

· Связующее звено биологического и геологического круговоротов.

Почвообразующие породы – это субстрат, на котором образуются почвы. Они состоят из различных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в почвообразовании. Минеральное вещество составляет 60 – 90% всего веса почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы: ее водный и тепловой режимы, скорость передвижения веществ в почве, минералогический и химический состав, первоначальное содержание элементов питания для растений.

Органические компоненты почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Основная роль при этом принадлежит растительности. Зеленые растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ. Поглощая из атмосферы углекислый газ, из почвы – воду и минеральные вещества и используя энергию солнечного света, они в процессе фотосинтеза создают сложные органические соединения. Наибольшее количество органических веществ дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков.

В процессе отмирания как целых растений, так и их отдельных частей, органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Количество годового спада колеблется в значительных пределах: во влажных лесах он достигает 250 ц/га, в арктических тундрах – менее 10 ц/га. На поверхности почвы органическое вещество под воздействием животных, бактерий, грибов, а также физических и химических факторов разлагается с образованием почвенного гумуса. Зольные вещества пополняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал образует т.н. лесную подстилку (в лесах) или войлок (в степях и лугах). Эти образования оказывают влияние на газообмен почвы, проницаемость осадков, на тепловой режим верхнего слоя почвы, почвенную фауну и жизнедеятельность микроорганизмов.

Основная функция живых организмов в почве – преобразование органических веществ. В почвообразовании принимают участие как почвенные, так и наземные животные. В почвенной среде животные представлены главным образом беспозвоночными и простейшими. Почвенные животные делятся на 2 группы: биофагов, питающихся живыми организмами или тканями животных организмов, и сапрофагов, использующих в пищу органическое вещество. Основное количество почвенных живых организмов – это сапрофаги: нематоды, дождевые черви.

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие , т.е. способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от физических и химических свойств почвы, которые в совокупности представляют эдафические факторы .

Факторы почвообразования: почвообразующие породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, возраст, вода (почвенная и грунтовая), хозяйственная деятельность человека.

Верхний, наиболее плодородный слой почвы, содержащий продукты перегнивания органики, называется гумусом (перегнойным слоем). В химический состав гумуса входят свободные ульминовая и гуминовая кислоты, а также их соли кальция, железа и магния.

Ниже гумусового слоя находится малоплодородный слой. Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами, поэтому его называют горизонтом вымывания.

Органические вещества, поступающие в почву с мертвыми тканями организмов, включают лигнин, белковые вещества, липиды, а также конечные продукты обмена веществ растений (воска, смолы, дубильные вещества).

Органические остатки в почвы минерализуются с образованием простых продуктов – воды, углекислого газа, аммиака.

Важнейшими характеристиками почвы являются: концентрация солей в почвенном растворе, кислотность (оказывает влияние на активность микроорганизмов).

Типы земной коры

Самой большой частью литосферы является земная кора. Земная кора, самая верхняя из твёрдых оболочек Земли. Нижней границей земной коры считается поверхность раздела, при прохождении которой сверху вниз продольные сейсмические волны скачком увеличивают скорость с 6,7-7,6 км/сек до 7,9-8,2 км/сек – граница Мохоровичича (раздел Мохо).

Земная кора различна на материках и под океаном. Сейсмические исследования показывают, что существуют два главных типа земной коры – континентальный и океанический.

Континентальная земная кора (рис. 1.1.) обычно имеет толщину 35-45 км, в областях горных стран - до 70 км. Она состоит из трех слоев – осадочный чехол, гранитный слой и базальтовый слой.

Осадочный чехол имеет толщину до 10 км и состоит из разновозрастных неизмененных или слабоизменённых осадочных и вулканических горных пород. Слои нередко смяты в складки, разорваны и смещены по разрыву. В некоторых местах (на щитах) осадочная оболочка отсутствует;

Гранитный слой – более плотный, его мощность 10-15 км, он сложен гранитами и гнейсами;

Базальтовый слой – еще более плотный, толщиной 15-35 км, сложен базальтами, габбро и очень сильно метаморфизованными осадочными породами в различных соотношениях.

Океаническая земная кора имеет толщину 5-10 км (вместе с толщей воды - 9-12 км).Она разделяется на 3 слоя: под тонким (менее 1 км) слоем морских осадков лежит «второй» слой со скоростями продольных сейсмических волн 4-6 км/сек; его толщина 1-2,5 км. Вероятно, он сложен серпентинитом и базальтом, быть может, с прослоями осадков. Нижний, «океанический», слой толщиной в среднем около 5 км имеет скорости прохождения сейсмических волн 6,4-7,0 км/сек; вероятно, он сложен габбро. Толщина слоя осадков на дне океана изменчива, местами их нет совсем.

В переходной зоне от материка к океану наблюдается земная кора переходного типа.

Земная кора геосинклинальных поясов переходного типа, образуется на стыке океанических и материковых платформ, при этом происходит образование гранитного слоя в результате глубокой метаморфизации магматических и осадочных горных пород в зонах субдукции, отличается пестротой и сложностью строения, встречается земная кора переходного типа океаническая (окраинные моря Тихого океана, Каспийское море и др.) и материковая (островные дуги и др.). Земная кора переходного типа как и океаническая состоит из базальтового слоя, поверх которого располагается мощный, до 10-20 км, осадочный.

Рифтогенный тип земной коры (5-7 км) возникает в зонах спрединга (рифтах), где на поверхность поступает вещество Мантии и возникают срединно-океанические хребты, рождается молодая океаническая земная кора.

Даже в наши дни, когда изобретено столько технического оборудования, аппаратов, все еще остаются миры малодоступные и загадочные. Одним из них являются земные недра. в мире пробурили на глубина ее достигает 12 км, что составляет лишь 1/500 радиуса нашей планеты. Все, что ученым известно о земных недрах, они узнают путем сейсмического метода изучения. Во время сотрясений внутри планеты происходят колебания, которые разносятся с разной скоростью. Известно, что быстрота распространения зависит от плотности и состава веществ. Исходя из данных о скорости, специалисты уже могут интерпретировать информацию о том, через какой слой прошло колебание.

Именно таким образом было установлено, что планета покрыта несколькими оболочками. Это земная кора, затем мантия и следующая - ядро.

Последняя - самая плотная и тяжелая. Предполагают, что ядро состоит из железа.

Мантия из всех трех оболочек имеет самый большой объем и вес. Состоит она из твердого вещества, но не такого плотного, как в ядре.

И, наконец, земная кора. Эта внешняя оболочка планеты намного тоньше по сравнению с предыдущими. Ее масса не превышает даже 1% от веса всей планеты. На ее поверхности живет человечество, из нее же добывают ископаемые. Во многих местах земная кора пронизана скважинами и шахтами. Их наличие позволило собрать образцы пород, которые и помогли определить строение этой оболочки планеты.

А состоит земная кора из горных пород, которые, в свою очередь, формируются из минералов. Они продолжают и сейчас образовываться во всех слоях оболочки, даже на ее поверхности. По тем условиям, в которых были сформированы, они делятся на:

1. Метаморфические. Они образуются глубоко под землей в результате сильного нагревания и сжатия одних пород и превращения их в другие породы. Так, например, в мрамор преобразуется обыкновенный известняк.

2. Осадочные. Они образуются путем постепенного накопления на земной поверхности различных минералов. Так как процесс этот медленный, осадочные породы часто состоят из нескольких слоев.

3. Магматические. Их образует вещество мантии, поднявшееся в вышележащие слои и там застывшее. Самая известная из этих пород - гранит. Магма может в расплавленном виде подняться и к земной поверхности. Тогда из нее резко выделяются пары воды и газы, и она превращается в лаву. Излившись, она застывает моментально. Таким образом, в результате формируются К ним относится, например, базальт.

Земная кора под океанами и на материках устроена по-разному. Основные отличия заключаются в составе ее слоев и в толщине. На этом основании отдельно рассматривают следующие типы земной коры:

Континентальный;

Океанический.

Специалисты предполагают, что материковый вид появился намного позже под влиянием сейсмических процессов, происходящих в недрах планеты. Минимальная толщина материковой (или континентальной) земной коры - 35 км, а под горами и прочими возвышениями она бывает до 75 км. Формируют ее три слоя. Верхний - это Его толщина - от 10 км до 15 км. Затем идет 5-15-километровый слой гранита. И последний - базальтовый. Его толщина - 10-35 км. Состоит он преимущественно из базальта, а также из пород, близких к нему по физическим свойствам.

Химический состав земной коры можно определить только по ее верхнему слою, глубина которого не превышает 20 км. Почти половину его занимает кислород, 26% - кремний, около 8% - алюминий, 4,2% - железо, 3,2% - кальций, по 2,3% - магний и калий и 2,2% - натрий. На остальные химические элементы приходится не более десятой доли 1%.

Сейчас ученые взялись за пристальное изучение океанической земной коры и континентальной. Они взяли за основу гипотезу о перемещении материков, выдвинутую более века тому назад А. Вегенером, и сформировали свою теорию строения внешней оболочки планеты.

1.Типы земной коры.

Различают 2 основных вида земной коры: континентальный и океанический и 2 переходных типа - субконтинентальный и субокеанический.

Континентальный тип земной коры имеет мощность от 35 до 75 км., в области шельфа - 20 - 25 км., а на материковом склоне выклинивается. Выделяют 3 слоя континентальной коры:

1 - ый - верхний, сложенный осадочными горными породами мощностью от 0 до 10 км. на платформах и 15 - 20 км. в тектонических прогибах горных сооружений.

2 - ой - средний ╚гранитно - гнейсовый╩ или ╚гранитный╩ - 50 - граниты и 40 % гнейсы и др. метаморфизированные породы. Его средняя мощность - 15 - 20 км. (в горных сооружениях до 20 - 25 км.).

3 - ий - нижний, ╚базальтовый╩ или ╚гранитно - базальтовый╩, по составу близок к базальту. Мощность от 15 - 20 до 35 км. Граница между ╚гранитовым╩ и ╚базальтовым╩ слоями - раздел Конрада.

По современным данным океанический тип земной коры также имеет трехслойное строение мощностью от 5 до 9 (12) км., чаще 6 -7 км.

1 - ый слой - верхний, осадочный, состоит из рыхлых осадков. Его мощность - от нескольких сот метров до 1 км.

2 - ой слой - базальты с прослоями карбонатных и кремниевых пород. Мощность от 1 - 1,5 до 2,5 - 3 км.

3 - ий слой - нижний, бурением не вскрыт. Сложен основными магматическими породами типа габрро с подчиненными, ультраосновными породами (серпентинитами, пироксенитами).

Субконтинентальный тип земной поверхности по строению аналогичен континентальному, но не имеет четко выраженного раздела Конрада. Этот тип коры связан обычно с островными дугами - Курильскими, Алеутскими и окраинами материков.

1 - ый слой - верхний, осадочно - вулканогенный, мощность - 0,5 - 5 км. (в среднем 2 - 3 км.).

2 - ой слой - островодужный, ╚гранитный╩, мощность 5 - 10 км.

3 - ий слой - ╚базальтовый╩, на глубинах 8 - 15 км., мощностью от 14 - 18 до 20 - 40 км.

Субокеанический тип земной коры приурочен к котловинным частям окраинных и внутриконтинентальных морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.). По строению близок к океаническому, но отличается повышенной мощностью осадочного слоя.

1 - ый верхний - 4 - 10 и более км., располагается непосредственно на третьем океаническом слое мощностью 5 - 10 км.

Суммарная мощность земной коры - 10 - 20 км., местами до 25 - 30 км. за счет увеличения осадочного слоя.

Своеобразное строение земной коры отмечается в центральных рифтовых зонах срединно - океанических хребтов (срединно - атлантический). Здесь, под вторым океаническим слоем располагается линза (или выступ) низкоскоростного вещества (V = 7,4 - 7,8 км / с). Предполагают, что это либо выступ аномально разогретой мантии, или смесь корового и мантийного вещества.

2.Гипотезы тектонического развития Земли и земной коры.

Гипотеза дрейфа материков.

Наиболее полную гипотезу дрейфа материков развил в 1912 г. известный немецкий геофизик А. Вегенер.

Согласно представлениям А. Вегенера вся поверхность Земли первоначально была покрыта сплошным тонким гранитным слоем. В палеозойскую эру весь гранитный материал собрался весь в один блок. Образовался единый праматерик - Пангея (греч. ╚пан╩ - всеобщий, ╚ге╩ - земля). Он возвышался над уровнем окружавшего его безбрежного океана. Причиной этого могло явиться воздействие приливных и центробежных сил. Приливные силы связаны с притяжением Солнца и Луны; они действуют на земной поверхности с востока на запад. Центробежные силы вызваны вращением Земли и направлены от полюсов к экватору. В середине мезозойской эры Пангея начала раскалываться на отдельные глыбы - континенты. Под влиянием тех же сил они стали отплывать друг от друга в широтном направлении. Например, Америка откололась от Европы и Африки и продвинулась на запад. В промежутке между ними возник Атлантический океан. Южная Америка и Африка в своем движении испытали поворот по часовой стрелке. В результате перемещения Антарктиды к югу, Австралии к юго - востоку, а Индостана к северо - востоку между ними образовался Индийский океан. Таким образом, в гипотезе Вегенера Атлантический и Индийский океаны рассматриваются как вторичные, а Тихий океан - как остаток первичного океана. Площадь его последовательно уменьшалась в результате надвигания на него со всех сторон материков.

Гипотеза расширения Земли.

Сторонники этой гипотезы предполагают, что объем земного шара первоначально был намного меньшим, чем сейчас. Радиус Земли составлял 3500 - 4000 км., а ее поверхность была вдвое меньше современной. Океанов еще не существовало. Материковая кора покрывала сплошной оболочкой весь земной шар. По мнению одних исследователей, расширение Земли началось с конца палеозойской эры. Другие считают, что это произошло в меловом периоде. С этого момента радиус Земли стал увеличиваться ежегодно приблизительно на 0,6 мм. Вследствие расширения первоначально единая материковая кора растрескалась. Образовались отдельные континенты, они все дальше и дальше отодвигались друг от друга по мере дальнейшего расширения Земли. В промежутках между материками обнажался подкоровый слой. Сюда проникало поднимавшееся снизу мантийное вещество,образуя новую кору океанического типа.

Пульсационная гипотеза.

В начале ХХ в. была высказана идея о том, что эпохи расширения Земли сменяются эпохами ее сжатия.

По их представлениям, эпохам сжатия соответствуют горообразовательные фазы, эпохам расширения - периоды покоя и прогибания бассейнов. Растяжение земной коры сосредоточено главным образом в рифтовых зонах. Оно компенсируется сжатием коры в области глубоководных желобов и горноскладчатых систем. Эффекты сжатия и растяжения распределяются неравномерно на поверхности Земли. Вследствие многократного попеременного сжатия и растяжения происходит дрейф глыб земной коры от зон растяжения к зонам сжатия. Так, например, происходит движение Сирийско - Аравийской плиты от грабенов Красного моря и Аденского залива в сторону складчатых хребтов Тавра, Загроса и Кавказа.

3.Гипотеза движения плит литосферы.

Особенности перемещения литосферных плит описали в конце 60 - х годов В. Джасон Морган, Ксавье Ле Пиннон и др. По их представлениям поверхность Земли разделяется на 9 основных (1.Тихоокеанская; 2.Северо - Американская; 3.Евроазиатская; 4.Кокосовая; 5.Наска; 6.Южно - Американская; 7.Африканская; 8.Индо - Австралийская; 9.Антарктическая) и несколько мелких жестких литосферных плит. В их состав входят не только континенты, но и смежные части океанического дна. Главными границами плит литосферы являются рифты срединно - океанических хребтов, глубоководные желоба и складчатые горы по окраинам континентов.

От линии срединно - океанических хребтов вследствие новообразования здесь океанической коры происходит раздвигание (в разные стороны) литосферных плит. Наращивание океанической коры вдоль осей рифтовых долин компенсируется его разрушением на противоположном краю плиты - в зоне глубоководного желоба. Предполагается,что здесь движущаяся от срединного хребта пластина океанической литосферы изгибается и погружается в астеносферу под углом 45° под движущуюся навстречу пластину континентальной литосферы. Погружение это происходит до глубины 700 км (см.рис.).

Ряд ученых считают, что подобные представления слабо аргументированы.

Характерная черта эволюции Земли — дифференциация вещества, выражением которой служит оболочечное строение нашей планеты. Литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера образуют основные оболочки Земли, отличающиеся химическим составом, мощностью и состоянием вещества.

Внутреннее строение Земли

Химический состав Земли (рис. 1) схож с составом других планет земной группы, например Венеры или Марса.

В целом преобладают такие элементы, как железо, кислород, кремний, магний, никель. Содержание легких элементов невелико. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см 3 .

О внутреннем строении Земли достоверных данных весьма мало. Рассмотрим рис. 2. Он изображает внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.

Рис. 1. Химический состав Земли

Рис. 2. Внутреннее строение Земли

Ядро

Ядро (рис. 3) расположено в центре Земли, его радиус составляет около 3,5 тыс км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см 3 (сравните: вода — 1 г/см 3). Ядро предположительно состоит из сплавов железа и никеля.

Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.

Мантия

Мантия — геосфера Земли, которая окружает ядро и составляет 83 % от объема нашей планеты (см. рис. 3). Нижняя ееграница располагается на глубине 2900 км. Мантия разделяется на менее плотную и пластичную верхнюю часть (800-900 км), из которой образуется магма (в переводе с греческого означает «густая мазь»; это расплавленное вещество земных недр — смесь химических соединений и элементов, в том числе газов, в особом полужидком состоянии); и кристаллическую нижнюю, тол- шиной около 2000 км.

Рис. 3. Строение Земли: ядро, мантия и земная кора

Земная кора

Земная кора - внешняя оболочка литосферы (см. рис. 3). Ее плотность примерно в два раза меньше, чем средняя плотность Земли, — 3 г/см 3 .

От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Она была установлена в 1909 г. хорватским ученым Андреем Мохоровичичем (1857- 1936).

Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера (каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.

Ниже литосферы располагается астеносфера — менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера — это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность.

Состав и строение земной коры

По сравнению с мантией и ядром земная кора представляет собой очень тонкий, жесткий и хрупкий слой. Она сложена более легким веществом, в составе которого в настоящее время обнаружено около 90 естественных химических элементов. Эти элементы не одинаково представлены в земной коре. На семь элементов — кислород, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний — приходится 98 % массы земной коры (см. рис. 5).

Своеобразные сочетания химических элементов образуют различные горные породы и минералы. Возраст самых древних из них насчитывает не менее 4,5 млрд лет.

Рис. 4. Строение земной коры

Рис. 5. Состав земной коры

Минерал — это относительно однородное по своему составу и свойствам природное тело, образующееся как в глубинах, так и на поверхности литосферы. Примерами минералов служат алмаз, кварц, гипс, тальк и др. (Характеристику физических свойств различных минералов вы найдете в приложении 2.) Состав минералов Земли приведен на рис. 6.

Рис. 6. Общий минеральный состав Земли

Горные породы состоят из минералов. Они могут слагаться как из одного, так и из нескольких минералов.

Осадочные горные породы - глина, известняк, мел, песчаник и др. — образовались путем осаждения веществ в водной среде и на суше. Они лежат пластами. Геологи называют их страницами истории Земли, так как но ним можно узнать о природных условиях, существовавших на нашей планете в давние времена.

Среди осадочных горных пород выделяют органогенные и неорганогенные (обломочные и хемогенные).

Органогенные горные породы образуются в результате накопления останков животных и растений.

Обломочные горные породы образуются в результате выветривания, псрсотложсния с помощью воды, льда или ветра продуктов разрушения ранее возникших горных пород (табл. 1).

Таблица 1. Обломочные горные породы в зависимости от размеров обломков

Название породы	Размер облом кон (частиц)
	Более 50 см
	5 мм — 1 см
	1 мм — 5 мм
Песок и песчаники	0,005 мм — 1 мм
	Менее 0,005 мм

Хемогенные горные породы формируются в результате осаждения из вод морей и озер растворенных в них веществ.

В толще земной коры из магмы образуются магматические горные породы (рис. 7), например гранит и базальт.

Осадочные и магматические породы при погружении на большие глубины под влиянием давления и высоких температур подвергаются значительным изменениям, превращаясь в метаморфические горные породы. Так, например, известняк превращается в мрамор, кварцевый песчаник — в кварцит.

В строении земной коры выделяют три слоя: осадочный, «гранитный», «базальтовый».

Осадочный слой (см. рис. 8) образован в основном осадочными горными породами. Здесь преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы. В осадочном слое встречаются залежи таких полезных ископаемых, как каменный уголь, газ, нефть. Все они органического происхождения. Например, каменный уголь -это продукт преобразования растений древних времен. Мощность осадочного слоя колеблется в широких пределах — от полного отсутствия в некоторых районах суши до 20-25 км в глубоких впадинах.

Рис. 7. Классификация горных пород по происхождению

«Гранитный» слой состоит из метаморфических и магматических пород, близких по своим свойствам к граниту. Наиболее распространены здесь гнейсы, граниты, кристаллические сланцы и др. Встречается гранитный слой не везде, но на континентах, где он хорошо выражен, его максимальная мощность может достигать нескольких десятков километров.

«Базальтовый» слой образован горными породами, близкими к базальтам. Это метаморфизованные магматические породы, более плотные по сравнению с породами «гранитного» слоя.

Мощность и вертикальная структура земной коры различны. Выделяют несколько типов земной коры (рис. 8). Согласно наиболее простой классификации различают океаническую и материковую земную кору.

Континентальная и океаническая кора различны по толщине. Так, максимальная толщина земной коры наблюдается под горными системами. Она составляет около 70 км. Под равнинами мощность земной коры составляет 30-40 км, а под океанами она наиболее тонкая — всего 5-10 км.

Рис. 8. Типы земной коры: 1 — вода; 2- осадочный слой; 3 — переслаивание осадочных пород и базальтов; 4 — базальты и кристаллические ультраосновные породы; 5 — гранитно-метаморфический слой; 6 — гранулитово-базитовый слой; 7 — нормальная мантия; 8 — разуплотненная мантия

Различие континентальной и океанической земной коры по составу пород проявляется в том, что гранитный слой в океанической коре отсутствует. Да и базальтовый слой океанической коры весьма своеобразен. По составу пород он отличен от аналогичного слоя континентальной коры.

Граница суши и океана (нулевая отметка) не фиксирует перехода континентальной земной коры в океаническую. Замещение континентальной коры океанической происходит в океане примерно на глубине 2450 м.

Рис. 9. Строение материковой и океанической земной коры

Выделяют и переходные типы земной коры — субокеаническую и субконтинентальную.

Субокеаническая кора расположена вдоль континентальных склонов и подножий, может встречаться в окраинных и средиземных морях. Она представляет собой континентальную кору мощностью до 15-20 км.

Субконтинентальная кора расположена, например, на вулканических островных дугах.

По материалам сейсмического зондирования - скорости прохождения сейсмических волн — мы получаем данные о глубинном строении земной коры. Так, Кольская сверхглубокая скважина, впервые позволившая увидеть образцы пород с глубины более 12 км, принесла много неожиданного. Предполагалось, что на глубине 7 км должен начаться «базальтовый» слой. В действительности же он обнаружен не был, а среди горных пород преобладали гнейсы.

Изменение температуры земной коры с глубиной. Приповерхностный слой земной коры имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой (от греч. гелио — Солнце), испытывающий сезонные колебания температуры. Средняя его мощность — около 30 м.

Ниже расположен еще более тонкий слой, характерной чертой которого является постоянная температура, соответствующая среднегодовой температуре места наблюдений. Глубина этого слоя увеличивается в условиях континентального климата.

Еще глубже в земной коре выделяется геотермический слой, температура которого определяется внутренним теплом Земли и с глубиной возрастает.

Увеличение температуры происходит главным образом за счет распада радиоактивных элементов, входящих в состав горных пород, прежде всего радия и урана.

Величину нарастания температуры горных пород с глубиной называют геотермическим градиентом. Он колеблется в довольно широких пределах — от 0,1 до 0,01 °С/м — и зависит от состава горных пород, условий их залегания и ряда других факторов. Под океанами температура с глубиной нарастает быстрее, чем на континентах. В среднем с каждыми 100 м глубины становится теплее на 3 °С.

Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью. Она измеряется в м/°С.

Тепло земной коры — важный энергетический источник.

Часть земной коры, простирающаяся ло глубин, доступных для геологического изучения, образует недра Земли. Недра Земли требуют особой охраны и разумного использования.