Структура земной коры. Тектонические движения и тектонические структуры земной коры

Свидетельствуют о том, что на нашей планете уже много сотен миллионов лет назад сформировались как жесткие и малоподвижные глыбы - платформы и щиты, так и подвижные горные пояса, которые часто называют геосинклинальными. К ним относятся и огромные , обрамляющие моря и целые . В XX в. эти научные представления были дополнены новыми данными, среди которых в первую очередь следует назвать открытие срединно-океанических хребтов, и океанических котловин.

Наиболее устойчивыми участками земной коры являются платформы. Площадь их составляет многие тысячи и даже миллионы квадратных километров. Когда-то они были подвижными, но со временем превратились в жесткие массивы. Платформы, как правило, состоят из двух этажей. Нижний этаж построен из древних кристаллических пород, верхний - из более молодых. Породы нижнего этажа называют фундаментом платформы. Выступы такого фундамента можно наблюдать в , на , в и . Благодаря своей массивности и жесткости эти выступы получили название - шиты. Это самые древние участки : возраст многих достигает 3 - 4 млрд. лет. За это время в породах произошли необратимые изменения , перекристаллизация, уплотнения и другие метаморфозы.

Верхний этаж платформ образуют огромные толщи осадочных пород, накопившихся в течение сотен миллионов лет. В этих толщах наблюдаются пологие складки, разрывы, валы и купола. Следами особенно крупных поднятий и опусканий являются антеклизы и синеклизы. по своей форме напоминает гигантский холм площадью 60 - 100 тыс. км2. Высота такого холма небольшая - около 300 - 500 м.

Окраины антеклизы ступенями спускаются к окружающим их (от греч. syn - вместе и enklisis - наклонение). На окраинах синеклиз и антеклиз часто встречаются отдельные валы и купола - мелкие тектонические формы. Для платформ, прежде всего, характерны ритмические колебания, что приводило к последовательной смене поднятий и опусканий. В процессе этих движений возникали прогибы, небольшие складки, тектонические трещины.

Строение осадочного чехла на платформах осложняют тектонические структуры, появление которых объяснить непросто. Например, под северной частью дна и под Прикаспийской низменностью скрыт огромный замкнутый со всех сторон бассейн глубиной более 22 км. В поперечнике этот бассейн достигает 2000 км. Его заполняют глины, известняки, каменная соль и другие породы. Верхние 5 - 8 км осадков относят к палеозойскому возрасту. По геофизическим данным, в центре этой впадины отсутствует гранито-гнейсовый слой и толща осадочных пород залегает непосредственно на гранулито-базальтовом слое. Такое строение больше характерно для впадин с океаническим типом земной коры, поэтому Прикаспийскую впадину считают реликтом древнейших докембрийских океанов.

Полной противоположностью платформам являются орогенические пояса - горные пояса, возникшие на месте прежних геосинклиналей. Они, так же как и платформы, принадлежат к длительно развивающимся тектоническим структурам, но скорости движения земной коры в них оказались значительно большими, а силы сжатия и растяжения создали на поверхности Земли крупные горные хребты и впадины. Тектонические напряжения в орогенических поясах то усиливались, то резко уменьшались, а потому можно проследить и фазы роста горных сооружений, и фазы их разрушения.

Боковое сжатие блоков земной коры в прошлом нередко приводило к разделению блоков на тектонические пластины, каждая из которых имела толщину 5-10 км. Тектонические пластины коробились и часто надвигались одна на другую. В результате древние породы оказывались надвинутыми на более молодые породы. Крупные надвиги, измеряемые десятками километров, ученые называют шарьяжами. Их особенно много в , и , но шарьяжи встречаются и на платформах, где смещение пластин земной коры приводило к образованию складок и валов, например в Жигулевских горах.

Дно морей и океанов долго оставалось малоисследованной областью Земли. Только в первой половине XX в. были открыты срединно-океанические хребты, которые впоследствии были обнаружены во всех океанах планеты. Они имели разную структуру и возраст. Результаты глубоководного бурения тоже способствовали изучению структуры срединно-океанических хребтов. Осевые зоны срединно-океанических хребтов вместе с рифтовыми впадинами бывают смещены на сотни и тысячи километров. Эти смещения наиболее часто происходят по крупным разломам (так называемым трансформным разломам), которые образовались в разные геологические эпохи.

Внутреннее строение Земли

В настоящее время преобладающим большинством геологов, геохимиков, геофизиков и планетологов принимается, что Земля имеет условно сферическое строение с нечёткими границами раздела (или перехода), а сферы – условно мозаично-блоковое. Основные сферы – земная кора, трёхслойная мантия и двухслойное ядро Земли.

Земная кора

Земная кора составляет самую верхнюю оболочку твёрдой Земли. Мощность её колеблется от 0 на некоторых участках срединно-океанических хребтов и океанских разломов до 70-75 км под горными сооружениями Анд, Гималаев и Тибета. Земная кора обладает латеральной неоднородностью , т.е. состав и строение земной коры различны под океанами и континентами. На основании этого выделяются два главных типа коры – океаническая и континентальная и один тип промежуточной коры.

● Океаническая кора занимает на Земле около 56% земной поверхности. Мощность её обычно не превышает 5-6 км и максимальна у подножия континентов. В её строении выделяются три слоя.

Первый слой представлен осадочными породами. В основном это глинистые, кремнистые и карбонатные глубоководные пелагические осадки, причём карбонаты с определённой глубины исчезают вследствие растворения. Ближе к континенту появляется примесь обломочного материала, снесённого с суши (континента). Мощность осадков колеблется от ноля в зонах спрединга до 10-15 км вблизи континентальных подножий (в периокеанических прогибах).

Второй слой океанической коры в верхней части (2А) сложен базальтами с редкими и тонкими прослоями пелагических осадков. Базальты нередко обладают подушечной отдельностью (пиллоу-лавы), но отмечаются и покровы массивных базальтов. В нижней части второго слоя (2В) в базальтах развиты параллельные дайки долеритов. Общая мощность второго слоя около 1,5-2 км. Строение первого и второго слоя океанской коры хорошо изучено с помощью подводных аппаратов, драгированием и бурением.

Третий слой океанической коры состоит из полнокристаллических магматических пород основного и ультраосновного состава. В верхней части развиты породы типа габбро, а нижняя часть сложена «полосчатым комплексом», состоящем из чередования габбро и ультрамафитов. Мощность 3-го слоя около 5 км. Он изучен по данным драгирования и наблюдений с подводных аппаратов.

Возраст океанической коры не превышает 180 млн. лет.

При изучении складчатых поясов континентов были выявлены в них фрагменты ассоциаций пород, подобных океанским. Г Штейманом было предложено в начале XX века называть их офиолитовыми комплексами (или офиолитами ) и рассматривать «триаду» пород, состоящую из серпентенизированных ультрамафитов, габбро, базальтов и радиоляритов, как реликты океанической коры. Подтверждения этому были получены только в 60-ые годы XX столетия, после публикаций статьи на эту тему А.В. Пейве.

● Континентальная кора распространена не только в пределах континентов, но и в пределах шельфовых зон континентальных окраин и микроконтинентов, расположенных внутри океанских бассейнов. Общая площадь её составляет около 41% земной поверхности. Средняя мощность 35-40 км. На щитах и платформах континентов она варьирует от 25 до 65 км, а под горными сооружениями достигает 70-75 км.

Континентальная кора имеет трёхслойное строение:

Первый слой – осадочный, обычно называется осадочным чехлом. Мощность его колеблется от нуля на щитах, поднятиях фундамента и в осевых зонах складчатых сооружений до 10-20 км в экзогональных впадинах плит платформ, передовых и межгорных прогибах. Он сложен, в основном, осадочными породами континентального или мелководного морского, реже батиального (в глубоководных впадинах) происхождения. В этом осадочном слое возможны покровы и силы магматических пород, образующих трапповые поля (трапповые формации). Возрастной диапазон пород осадочного чехла от кайнозоя до 1,7 млрд. лет. Скорость продольных волн составляет 2,0-5,0 км/с.

Второй слой континентальной коры или верхний слой консолидированной коры выходит на дневную поверхность на щитах, массивах или выступах платформ и в осевых частях складчатых сооружений. Он вскрыт на Балтийском (Фенноскандинавском) щите на глубину более 12 км Кольской сверхглубокой скважиной и на меньшую глубину в Швеции, на Русской плите в Саатлинской уральской скважине, на плите в США, в шахтах Индии и Южной Африки. Он сложен кристаллическими сланцами, гнейсами, амфиболитами, гранитами и гранитогнейсами, и называется гранитогнейсовым или гранитно-метаморфическим слоем. Мощность данного слоя коры достигает 15-20 км на платформах и 25-30 км в горных сооружениях. Скорость продольных волн составляет 5,5-6,5 км/с.

Третий слой или нижний слой консолидированной коры был выделен как гранулито-базитовый слой. Ранее предполагалось, что между вторым и третьим слоем существует чёткая сейсмическая граница, названная по имени её первооткрывателя границей Конрада (К) . Позднее при сейсмических исследованиях стали выделять даже до 2-3 границ К . Кроме того, данные бурения Кольской СГ-3 не подтвердили различие в составе пород при переходе границы Конрада. Поэтому в настоящее время большинство геологов и геофизиков различают верхнюю и нижнюю кору по их отличным реологическим свойствам: верхняя кора более жёсткая, и хрупкая, а нижняя – более пластичная. Тем не менее, на основании состава ксенолитов из трубок взрыва можно полагать, что «гранулито-базитовый» слой содержит гранулиты кислого и основного состава и базиты. На многих сейсмических профилях нижняя кора характеризуется наличием многочисленных отражающих площадок, что также может, вероятно, рассматриваться как наличие пластовых внедрений магматических пород (что-то похожее на трапповые поля). Скорость продольных волн в нижней коре 6,4-7,7 км/с.

● Кора переходного типа является разновидностью коры между двумя крайними типами земной коры (океанской и континентальной) и может быть двух типов – субокеанской и субконтинентальной. Субокеанская кора развита вдоль континентальных склонов и подножий и, вероятно, подстилает дно котловин не очень глубоких и широких окраинных и внутренних морей. Мощность её не превышает 15-20 км. Она пронизана дайками и силами основных магматических пород. Субокеанская кора вскрыта скважиной у входа в Мексиканский залив и обнажена на побережье Красного моря. Субконтинентальная кора образуется в том случае, когда океанская кора в энсиматических вулканических дугах превращается в континентальную, но ещё не достигает «зрелости». Она обладает пониженной (менее 25 км) мощностью и более низкой степенью консолидированности. Скорость продольных волн в коре переходного типа не более 5,0-5,5 км/с.

● Поверхность Мохоровичича и состав мантии. Граница между корой и мантией достаточно чётко определяется по резкому скачку скоростей продольных волн от 7,5-7,7 до 7,9-8,2 км/сек и она известна как поверхность Мохоровичича (Мохо или М) по имени выделившего её хорватского геофизика.

В океанах она отвечает границе между полосчатым комплексом 3-го слоя и серпентинизированными базит-гипербазитами. На континентах она расположена на глубине 25-65 км и до 75 км в складчатых областях. В ряде структур выделяется до трёх поверхностей Мохо, расстояния между которыми могут достигать нескольких км.

По результатам изучения ксенолитов из лав и кимберлитов из трубок взрыва предполагается, что под континентами в верхней мантии присутствую кроме перидотитов эклогиты (как реликты океанской коры, оказавшиеся в мантии в процессе субдукции?).

Верхняя часть мантии – это «истощённая» («деплетированная») мантия. Она обеднена кремнезёмом, щелочами, ураном, торем, редкими землями и другими некогерентными элементами благодаря выплавлению из неё базальтовых пород земной коры. Она охватывает почти всю её литосферную часть. Глубже она сменяется «неистощенной» мантией. Средний первичный состав мантии близок к шпинелевому лерцолиту или гипотетической смеси перидотита и базальта в пропоции 3:1, которая была названа А.Е. Рингвудом пиролитом .

Слой Голицина или средняя мантия (мезосфера) – переходная зона между верхней и нижней мантией. Простирается он с глубины 410 км, где отмечается резкое возрастание скоростей продольных волн, до глубины 670 км. Возрастание скоростей объясняется увеличением плотности вещества мантии примерно на 10%, в связи с переходом минеральных видов в другие виды с более плотной упаковкой: например, оливина в вадслеит, а затем вадслеита в рингвудит со структурой шпинели; пироксена в гранат.

Нижняя мантия начинается с глубины около 670 км и простирается до глубины 2900 км со слоем D в основании (2650-2900 км), т. е. до ядра Земли. На основании экспериментальных данных предполагается, что она должна быть сложена в основном перовскитом (MgSiO 3) и магнезиовюститом (Fe,Mg)O – продуктами дальнейшего изменения вещества нижней мантии при общем увеличении отношения Fe/Mg.

По последним сейсмотомографическим данным выявлена значительная негомогенность мантии, а также наличие большего количества сейсмических границ (глобальные уровни – 410, 520, 670, 900, 1700, 2200 км и промежуточные – 100, 300, 1000, 2000 км), обусловленных рубежами минеральных преобразований в мантии (Павленкова, 2002; Пущаровский, 1999, 2001, 2005; и др.).

По Д.Ю. Пущаровскому (2005) строение мантии представляется несколько иначе, чем вышеприведённые данные согласно традиционной модели (Хаин, Ломизе, 1995):

Верхняя мантия состоит из двух частей: верхняя часть до 410 км, нижняя часть 410-850 км. Между верхней и средней мантией выделен раздел I – 850-900 км.

Средняя мантия : 900-1700 км. Раздел II – 1700-2200 км.

Нижняя мантия : 2200-2900 км.

● Ядро Земли по данным сейсмологии состоит из внешней жидкой части (2900-5146 км) и внутренней твёрдой (5146-6371 км). Состав ядра большинством принимается железным с примесью никеля, серы либо кислорода или кремния. Конвекция во внешнем ядре генерирует главное магнитное поле Земли. Предполагается, что на границе ядра и нижней мантии зарождаются плюмы , которые затем в виде потока энергии или высокоэнергетического вещества поднимаются вверх, формируя в земной коре или на её поверхности магматические породы.

Плюм мантийный – узкий, поднимающийся вверх поток твёрдофазного вещества мантии диаметром около100 км, который зарождается в горячем, низкоплотностном пограничном слое, расположенном либо выше сейсмической границы на глубине 660 км, либо рядом с границей ядро-мантия на глубине 2900 км (A.W. Hofmann, 1997). По А.Ф. Грачёву (2000) плюм мантийный – это проявление внутриплитной магматической активности, обусловленное процессами в нижней мантии, источник которой может находиться на любой глубине в нижней мантии, вплоть до границы ядро-мантия (слой «Д»). (В отличие от горячей точки, где проявление внутриплитной магматической активности обусловлено процессами в верхней мантии.) Мантийные плюмы характерны для дивергентных геодинамических режимов. По Дж. Моргану (1971) плюмовые процессы зарождаются ещё под континентами на начальной стадии рифтогенеза (рифтинга). С проявлением мантийного плюма связывается формирование крупных сводовых поднятий (диаметром до 2000 км), в которых происходят интенсивные трещинные излияния базальтов Fe-Ti-типа с коматиитовой тенденцией, умеренно обогащённых лёгкими РЗЭ, с кислыми дифференциатами, составляющими не более 5% от общего объёма лав. Отношения изотопов 3 He/ 4 He(10 -6)>20; 143 Nd/ 144 Nd – 0.5126-0/5128; 87 Sr/ 86 Sr – 0.7042-0.7052. С мантийным плюмом связывается формирование мощных (от 3-5 км до 15-18 км) лавовых толщ архейских зеленокаменных поясов и более поздних рифтогенных структур.

В северо-восточной части Балтийского щита, и на Кольском п-ове в частности, предполагается, что мантийные плюмы обусловили формирование позднеархейских толеитбазальтовых и коматиитовых вулканитов зеленокаменных поясов, позднеархейского щелочногранитного и анортозитового магматизма, комплекса раннепротерозойских расслоенных интрузий и палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий (Митрофанов, 2003).

Плюм-тектоника – тектоника мантийных струй, связанная с тектоникой плит. Эта связь выражается в том, что субдуцируемая холодная литосфера погружается до границы верхней и нижней мантии (670 км), накапливается там, частично продавливаясь вниз, а затем через 300-400 млн. лет проникает в нижнюю мантию, достигая её границы с ядром (2900 км). Это вызывает изменение характера конвекции во внешнем ядре и его взаимодействия с внутренним ядром (граница между ними на глубине около 4200 км) и, в порядке компенсации притока материала сверху, образование на границе ядро/мантия восходящих суперплюмов. Последние поднимаются до подошвы литосферы, частично испытывая задержку на границе нижней и верхней мантии, а в тектоносфере расщепляются на более мелкие плюмы, с которыми и связан внутриплитный магматизм. Они же, очевидно, стимулируют конвекцию в астеносфере, ответственную за перемещение литосферных плит. Процессы же, происходящие в ядре, японские авторы обозначают в отличие от плейт- и плюм-тектоники, как тектонику роста (growth teсtonics), имея ввиду рост внутреннего, чисто железо-никелевого ядра за счёт внешнего ядра, пополняемого корово-мантиным силикатным материалом.

Возникновение мантийных плюмов, приводящее к образованию обширных провинций плато-базальтов, предшествует рифтогенезу в пределах континентальной литосферы. Дальнейшее развитие может происходить по полному эволюционному ряду, включающему заложение тройных соединений континентальных рифтов, последующее утонение, разрыв материковой коры и начало спрединга. Однако развитие отдельно взятого плюма не может привести к разрыву материковой коры. Разрыв происходит в случае заложения системы плюмов на континенте и далее процесс раскола происходит по принципу продвигающей трещины от одного плюма к другому.

Литосфера и астеносфера

Литосфера состоит из земной коры и части верхней мантии. Это понятие чисто реологическое, в отличие от коры и мантии. Она более жесткая и хрупкая, чем более ослабленная и пластичная подстилающая оболочка мантии, которая была выделена как астеносфера . Мощность литосферы от 3-4 км в осевых частях срединно-океанских хребтов до80-100 км на периферии океанов и 150-200 км и более (до 400 км?) под щитами древних платформ. Глубинные границы (150-200 км и более) между литосферой и астеносферой определяется с большим трудом, либо вовсе не выявляются, что, вероятно, объясняется высокой изостатической уравновешенностью и уменьшением контраста между литосферой и астеносферой в приграничной зоне, обусловленным высоким геотермическим градиентом, уменьшением количества расплава в астеносфере и т.д.

Тектоносфера

Источники тектонических движений и деформаций лежат не в самой литосфере, а в более глубоких уровнях Земли. В них вовлечена вся мантия вплоть до пограничного слоя с жидким ядром. В связи с тем, что источники движений проявляются и в непосредственно подстилающем литосферу более пластичном слое верхней мантии – астеносфере, литосферу и астеносферу нередко объединяют в одно понятие – тектоносферы как области проявления тектонических процессов. В геологическом смысле (по вещественному составу) тектоносфера делится на земную кору и верхнюю мантию до глубины примерно 400 км, а в реологическом смысле – на литосферу и астеносферу. Границы между этими подразделениями, как правило, не совпадают, и литосфера обычно включает кроме коры и какую-то часть верхней мантии.

Последние материалы

• Основные закономерности татического деформирования грунтов

  За последние 15...20 лет в результате многочисленных экспериментальных исследований с применением рассмотренных выше схем испытаний получены обширные данные о поведении грунтов при сложном напряженном состоянии. Поскольку в настоящее время в…

• Упругопластическое деформирование среды и поверхности нагружения

  Деформации упругопластических материалов, в том числе и грунтов, состоят из упругих (обратимых) и остаточных (пластических). Для составления наиболее общих представлений о поведении грунтов при произвольном нагружении необходимо изучить отдельно закономерности…

• Описание схем и результатов испытаний грунтов с использованием инвариантов напряженного и деформированного состояний

  При исследовании грунтов, как и конструкционных материалов, в теории пластичности принято различать нагружение и разгрузку. Нагружением называют процесс, при котором происходит нарастание пластических (остаточных) деформаций, а процесс, сопровождающийся изменением (уменьшением)…

• Инварианты напряженного и деформированного состояний грунтовой среды

  Применение инвариантов напряженного и деформированного состояний в механике грунтов началось с появления и развития исследований грунтов в приборах, позволяющих осуществлять двух- и трехосное деформирование образцов в условиях сложного напряженного состояния…

• О коэффициентах устойчивости и сопоставление с результатами опытов

  Так как во всех рассмотренных в этой главе задачах грунт считается находящимся в предельном напряженном состоянии, то все результаты расчетов соответствуют случаю, когда коэффициент запаса устойчивости к3 = 1. Для…

• Давление грунта на сооружения

  Особенно эффективны методы теории предельного равновесия в задачах определения давления грунта на сооружения, в частности подпорные стенки. При этом обычно принимается заданной нагрузка на поверхности грунта, например, нормальное давление р(х), и…

• Несущая способность оснований

  Наиболее типичной задачей о предельном равновесии грунтовой среды является определение несущей способности основания под действием нормальной или наклонной нагрузок. Например, в случае вертикальных нагрузок на основании задача сводится к тому…

• Процесс отрыва сооружений от оснований

  Задача оценки условий отрыва и определения требуемого для этого усилия возникает при подъеме судов, расчете держащей силы «мертвых» якорей, снятии с грунта морских гравитационных буровых опор при их перестановке, а…

• Решения плоской и пространственной задач консолидации и их приложения

  Решений плоской и тем более пространственных задач консолидации в виде простейших зависимостей, таблиц или графиков очень ограниченное число. Имеются решения для случая приложения к поверхности двухфазного грунта сосредоточенной силы (В…

Литосфера- внешняя сфера «твердой» оболочки Земли. Верхняя часть ее называется земной корой. Средняя плотность земной коры составляет 2,8 г/см 3 . Она отделяется от верхней мантии границей резкого изменения скорости распространения сейсмических волн с 6 до 8 км/с. На материках это происходит на глубине 35 – 70 км; в пределах океанов - 5 - 15 км. Эта граница получила название границы Мохоровичича(по имени открывшего её югославского ученого Андрея Мохоровичича).

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

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

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

· осадочный слой, состоящий из осадочных пород мощностью до 20 км и плотностью 1,8 – 2,5 г/см 3 ;

· «гранитный», образованный гранитоидами - светлоокрашенными горными породами мощностью 10 - 40 км и плотностью 2,5 – 2,8 г/см 3 . Скорость распространения волн в этом слое 5,5 – 6,2 км/с;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

в них магмы.

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

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

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

Тепловой режим земной коры

Развитие земной коры происходило последние 4 млрд лет за счет поступающей энергии Солнца и внутреннего тепла Земли. Примерное количество поступающей солнечной энергии на поверхность Земли – 1,72*10 17 Вт. Конвективный перенос тепла из внутренних сфер Земли к её поверхности оценивается в 3,05*10 13 Вт. Соотношение поступающей энергии на поверхность Земли от Солнца и из недр планеты составляет 140:1, что обусловливает сложный характер изменений температуры в толщах горных пород.

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

Рис. 3.3. Схема распределения температур в земной коре

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

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

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

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

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

Вещество земной коры

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

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

3.3.1. Происхождение минералов

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

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

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

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

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

Земная кора в научном понимании представляет собой самую верхнюю и твердую геологическую часть оболочки нашей планеты.

Научные исследования позволяют изучить ее досконально. Этому способствуют многократные бурения скважин как на континентах, так и на океанском дне. Строение земли и земной коры на различных участках планеты отличаются и и по составу, и по характеристикам. Верхней границей земной коры является видимый рельеф, а нижней - зона разделения двух сред, которая также известна как поверхность Мохоровичича. Часто ее называют просто "граница М". Это наименование она получила благодаря хорватскому сейсмологу Мохоровичичу А. Он долгие годы наблюдал за скоростью сейсмических движений в зависимости от уровня глубины. В 1909 году он установил наличие разницы между земной корой и раскаленной мантией Земли. Граница М пролегает на том уровне, где скорость сейсмических волн повышается с 7.4 до 8.0 км/с.

Химический состав Земли

Изучая оболочки нашей планеты, ученые делали интересные и даже потрясающие выводы. Особенности строения земной коры делают ее схожей с такими же участками на Марсе и Венере. Более чем 90 % составляющих элементов ее представлены кислородом, кремнием, железом, алюминием, кальцием, калием, магнием, натрием. Сочетаясь между собой в различных комбинациях, они образуют однородные физические тела - минералы. Они могут войти в состав горных пород в разных концентрациях. Строение земной коры весьма неоднородно. Так, горные породы в обобщенном виде представляют собой агрегаты более-менее постоянного химического состава. Это самостоятельные геологические тела. Под ними понимается четко очерченная область земной коры, имеющая в своих границах одинаковое происхождение, возраст.

Горные породы по группам

1. Магматические. Название говорит само за себя. Они возникают из остывшей магмы, вытекающей из жерла древних вулканов. Строение этих пород напрямую зависит от скорости застывания лавы. Чем она больше, тем меньше кристаллы вещества. Гранит, например, сформировался в толще земной коры, а базальт появился в результате постепенного излияния магмы на ее поверхность. Многообразие таких пород довольно велико. Рассматривая строение земной коры, мы видим, что она состоит из магматических минералов на 60 %.

2. Осадочные. Это породы, которые стали результатом постепенного отложения на суше и дне океана обломков тех или иных минералов. Это могут быть как рыхлые компоненты (песок, галька), сцементированные (песчаник), остатки микроорганизмов (каменный уголь, известняк), продукты химических реакций (калийная соль). Они составляют до 75 % всей земной коры на материках.
По физиологическому способу образования осадочные породы делятся на:

• Обломочные. Это остатки различных горных пород. Они разрушались под воздействием природных факторов (землетрясение, тайфун, цунами). К ним можно отнести песок, гальку, гравий, щебень, глину.
• Химические. Они постепенно образуются из водных растворов тех или иных минеральных веществ (соли).
• Органические или биогенные. Состоят из останков животных или растений. Это горючие сланцы, газ, нефть, уголь, известняк, фосфориты, мел.

3. Метаморфические породы. В них могут превращаться другие компоненты. Это происходит под воздействием изменяющейся температуры, большого давления, растворов или газов. Например, из известняка можно получить мрамор, из гранита - гнейс, из песка - кварцит.

Минералы и горные породы, которые человечество активно использует в своей жизнедеятельности, называются полезными ископаемыми. Что они собой представляют?

Это природные минеральные образования, которые влияют на строение земли и земной коры. Они могут использоваться в сельском хозяйстве и промышленности как в естественном виде, так и подвергаясь переработке.

Виды полезных минералов. Их классификация

В зависимости от физического состояния и агрегации, полезные ископаемые можно разделить на категории:

1. Твердые (руда, мрамор, уголь).
2. Жидкие (минеральная вода, нефть).
3. Газообразные (метан).

Характеристики отдельных видов полезных ископаемых

По составу и особенностям применения различают:

1. Горючие (уголь, нефть, газ).
2. Рудные. Они включают радиоактивные (радий, уран) и благородные металлы (серебро, золото, платина). Есть руды черных (железо, марганец, хром) и цветных металлов (медь, олово, цинк, алюминий).
3. Нерудные полезные ископаемые играют существенную роль в таком понятии, как строение земной коры. География их обширна. Это неметаллические и негорючие горные породы. Это строительные материалы (песок, гравий, глина) и химические вещества (сера, фосфаты, калийные соли). Отдельный раздел посвящен драгоценным и поделочным камням.

Распределение полезных ископаемых по нашей планете напрямую зависит от внешних факторов и геологических закономерностей.

Так, топливные полезные ископаемые в первую очередь добываются в нефтегазоносных и угольных бассейнах. Они имеют осадочное происхождение и формируются на осадочных чехлах платформ. Нефть и уголь крайне редко залегают вместе.

Рудные полезные ископаемые чаще всего соответствуют фундаменту, выступам и складчатым областям платформенных плит. В таких местах они могут создавать огромные по протяженности пояса.

Ядро

Земная оболочка, как известно, многослойна. Ядро располагается в самом центре, а его радиус приблизительно равен 3 500 км. Его температура гораздо выше, чем у Солнца и составляет около 10000 К. Точных данных о химическом составе ядра не получено, но предположительно оно состоит из никеля и железа.

Внешнее ядро находится в расплавленном состоянии и имеет еще большую мощность, чем внутреннее. Последнее подвергается колоссальному давлению. Вещества, из которых оно состоит, находятся в постоянном твердом состоянии.

Мантия

Геосфера Земли окружает ядро и составляет около 83 процентов от всей оболочки нашей планеты. Нижняя граница мантии находится на огромной глубине почти 3000 км. Данную оболочку принято условно разделять на менее пластичную и плотную верхнюю часть (именно из нее образуется магма) и на нижнюю кристаллическую, ширина которой составляет 2000 километров.

Состав и строение земной коры

Для того чтобы говорить о том, какие элементы входят в состав литосферы, нужно дать некоторые понятия.

Земная кора - это самая внешняя оболочка литосферы. Ее плотность меньше в два раза по сравнению со средней плотностью планеты.

От мантии земная кора отделена границей М, о которой уже говорилось выше. Так как процессы, происходящие на обоих участках, взаимно влияют друг на друга, их симбиоз принято называть литосферой. Это означает "каменная оболочка". Ее мощность колеблется в пределах 50-200 километров.

Ниже литосферы расположена астеносфера, которая обладает менее плотной и вязкой консистенцией. Ее температура составляет около 1200 градусов. Уникальной особенностью астеносферы является возможность нарушать свои границы и проникать в литосферу. Она является источником вулканизма. Здесь находятся расплавленные очаги магмы, которая внедряется в земную кору и изливается на поверхность. Изучая эти процессы, ученые смогли сделать много удивительных открытий. Именно так изучалось строение земной коры. Литосфера была сформирована много тысяч лет назад, но и сейчас в ней происходят активные процессы.

Структурные элементы земной коры

По сравнению с мантией и ядром, литосфера - это жесткий, тонкий и очень хрупкий слой. Она сложена из комбинации веществ, в составе которых на сегодняшний день обнаружено более 90 химических элементов. Они распределены неоднородно. 98 процентов массы земной коры приходится на семь составляющих. Это кислород, железо, кальций, алюминий, калий, натрий и магний. Возраст самых древних пород и минералов составляет более 4.5 миллиардов лет.

Изучая внутреннее строение земной коры, можно выделить различные минералы.
Минерал - сравнительно однородное вещество, которое может находиться как внутри, так и на поверхности литосферы. Это кварц, гипс, тальк и т.д. Горные породы слагаются из одного или нескольких минералов.

Процессы, формирующие земную кору

Строение океанической земной коры

Данная часть литосферы преимущественно состоит из базальтовых пород. Строение океанической земной коры изучено не так досконально, как континентальное. Теория тектонических плит объясняет, что океаническая земная кора является относительно молодой, а самые ее последние участки можно датировать поздней юрой.
Ее толщина практически не изменяется со временем, так как она определяется количеством расплавов, выделяющихся из мантии в зоне срединно-океанических хребтов. На нее существенно влияет глубина осадочных слоев на дне океана. В наиболее объемных участках она составляет от 5 до 10 километров. Данный вид земной оболочки относится к океанической литосфере.

Континентальная кора

Литосфера взаимодействует с атмосферой, гидросферой и биосферой. В процессе синтеза они образуют самую сложную и реакционно активную оболочку Земли. Именно в тектоносфере происходят процессы, изменяющие состав и строение этих оболочек.
Литосфера на земной поверхности не однородна. Она имеет несколько слоев.

1. Осадочный. Он в основном образуется горными породами. Здесь преобладают глины и сланцы, а также широко распространены карбонатные, вулканогенные и песчаные породы. В осадочных слоях можно встретить такие полезные ископаемые, как газ, нефть и каменный уголь. Все они имеют органическое происхождение.
2. Гранитный слой. Он состоит из магматических и метаморфических пород, которые наиболее близки по своей природе к граниту. Этот слой встречается далеко не везде, наиболее ярко он выражен на континентах. Здесь его глубина может составлять десятки километров.
3. Базальтовый слой образуют породы, близкие к одноименному минералу. Он более плотный, чем гранит.

Глубина и изменение температуры земной коры

Поверхностный слой прогревается солнечным теплом. Это гелиометрическая оболочка. Она испытывает сезонные колебания температуры. Средняя мощность слоя составляет около 30 м.

Ниже находится слой, еще более тонкий и хрупкий. Его температура постоянна и приблизительно равна среднегодовой, характерной для этой области планеты. В зависимости от континентального климата глубина этого слоя увеличивается.
Еще глубже в земной коре находится еще один уровень. Это геотермический слой. Строение земной коры предусматривает его наличие, а его температура определяется внутренним теплом Земли и возрастает с глубиной.

Повышение температуры происходит за счет распада радиоактивных веществ, которые входят в состав горных пород. В первую очередь это радий и уран.

Геометрический градиент - величина нарастания температуры в зависимости от степени увеличения глубины слоев. Этот параметр зависит от разных факторов. Строение и типы земной коры влияют на него, так же как и состав горных пород, уровень и условия их залегания.

Тепло земной коры является важным энергетическим источником. Его изучение очень актуально на сегодняшний день.

Платформа (от франц.plat - плоский иforme - форма) - крупная (несколько тыс. км в поперечнике), относительно устойчивая часть земной коры, характеризующаяся очень низкой степенью сейсмичности.

Платформа имеет двухэтажное строение (рис. 2). Нижний этаж -фундамент - это древняя геосинклинальная область - образован метаморфизованными породами, верхний -чехол - морскими осадочными отложениями небольшой мощности, что свидетельствует о небольшой амплитуде колебательных движений.

Рис. 2. Строение платформы

Возраст платформ различен и определяется по времени становления фундамента. Наиболее древними являются платформы, фундамент которых образован смятыми в складки кристаллическими породами докембрия. Таких платформ на Земле десять (рис. 3).

Поверхность докембрийского кристаллического фундамента очень неровная. В одних местах он выходит на поверхность илизалегает вблизи нее, образуящиты, в других -антеклизы (от греч.anti - против иklisis - наклонение) исинеклизы (от греч. syn - вместе,klisis - наклонение). Однако эти неровности перекрыты осадочными отложениями со спокойным, близким к горизонтальному залеганием. Осадочные породы могут быть собраны в пологие валы, куполовидные поднятия, ступенеобразные изгибы, а иногда наблюдаются и разрывные нарушения с вертикальным смешением пластов. Нарушения в залегании осадочных пород обусловлены неодинаковой скоростью и разными знаками колебательных движений блоков кристаллического фундамента.

Рис. 3. До кембрийские платформы: I - Северо-Американская; II - Восточно-Европейская; III - Сибирская; IV - Южно-Американская; V - Африкано-Аравийская; VI - Индийская; VII - Восточно-Китайская; VIII - Южно-Китайская; IX - Австралийская; X - Антарктическая

Фундамент более молодых платформ образован в периодыбайкальской ,каледонской или герцинской складчатости. Области мезозойской складчатости не принято называть платформами, хотя они и являются таковыми на сравнительно раннем этапе развития.

В рельефе платформам соответствуют равнины. Однако некоторые платформы испытали серьезную перестройку, выразившуюся в общем поднятии, глубоких разломах и крупных вертикальных перемещениях глыб относительно друг друга. Так возникли складчато-глыбовые горы, примером которых могут служить горы Тянь-Шань, где возрождение горного рельефа произошло во время альпийского орогенеза.

На протяжении всей геологической истории в континентальной земной коре происходило наращивание площади платформ и сокращение геосинклинальных зон.

Внешние (экзогенные) процессы обусловлены поступающей на Землю энергией солнечного излучения. Экзогенные процессы сглаживают неровности, выравнивают поверхности, заполняют понижения. Они проявляются на земной поверхности и как разрушительные, и как созидательные.

Разрушительные процессы - это разрушение горных пород, происходящее из-за перепада температур, действия ветра, размывания потоками воды, движущимися ледниками.Созидательные процессы проявляются в накоплении переносимых водой и ветром частиц в понижениях суши, на дне водоемов.

Самым сложным внешним фактором является выветривание.

Выветривание - совокупность естественных процессов, приводящих к разрушению горных пород.

Выветривание условно подразделяется на физическое и химическое.

Основными причинамифизического выветривания являются колебания температуры, связанные с суточными и сезонными изменениями. В результате перепалов температур образуются трещины. Вода, попадающая в них, замерзая и оттаивая, расширяет трещины. Так происходит выравнивание выступов горных пород, появляются осыпи.

Важнейшим факторомхимического выветривания также является вода и растворенные в ней химические соединения. При этом значительную роль играют климатические условия и живые организмы, продукты жизнедеятельности которых влияют на состав и растворяющие свойства воды. Большой разрушительной силой обладает и корневая система растений.

Процесс выветривания приводит к образованию рыхлых продуктов разрушения горных пород, которые называютсякорой выветривания. Именно на ней постепенно образуется почва.

Из-за выветривания поверхность Земли все время обновляется, стираются следы прошлого. В то же время внешние процессы создают формы рельефа, обусловленные деятельностью рек, ледников, ветра. Все они образуют специфические формы рельефа - речные долины, овраги, ледниковые формы и т. д.